[go: up one dir, main page]

RU2061112C1 - Epitaxial ferrite carnet structure - Google Patents

Epitaxial ferrite carnet structure Download PDF

Info

Publication number
RU2061112C1
RU2061112C1 SU5034904A RU2061112C1 RU 2061112 C1 RU2061112 C1 RU 2061112C1 SU 5034904 A SU5034904 A SU 5034904A RU 2061112 C1 RU2061112 C1 RU 2061112C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
garnet
orientation
plane
sample
epitaxial
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.С. Хе
Б.П. Нам
А.В. Маряхин
В.В. Шагаев
Е.Р. Сендерзон
В.Г. Богунов
Original Assignee
Научно-исследовательский институт материалов электронной техники
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научно-исследовательский институт материалов электронной техники filed Critical Научно-исследовательский институт материалов электронной техники
Priority to SU5034904 priority Critical patent/RU2061112C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2061112C1 publication Critical patent/RU2061112C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of small-size planar SHF instruments. SUBSTANCE: epitaxial ferrite garnet structure containing substrate made of gadolinium-gallium garnet of orientation (100) comprises ferrite-yitrium garnet film containing Ga, La and/or Se and disorientated from plane (100) to plane (110) through angle of α. The proposed structure allows for thermal stability of excitation frequencies of surface magnetostatic waves within temperature range of from -70 to +85 C. EFFECT: improved properties of the title structure. 1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к монокристаллическим материалам, в частности к эпитаксиальным феррит-гранатовым структурам (ЭФГС) на основе железо-иттриевого граната (ЖИГ), и может быть использовано при разработке и изготовлении малогабаритных планарных сверхвысокочастотных (СВЧ) приборов на поверхностных магнитостатических волнах (ПМСВ). The invention relates to single-crystal materials, in particular to epitaxial ferrite-garnet structures (EFGS) based on yttrium iron garnet (YIG), and can be used in the development and manufacture of small-sized planar microwave (microwave) devices on surface magnetostatic waves (PMSV).

Для создания планарных СВЧ-приборов на ПМСВ используются ЭФГС, включающие эпитаксиальный слой на основе ЖИГ, осажденный на подложку из гадолиний-галлиевого граната. Одним из основных требований к приборам на ПМСВ является стабильность частоты возбуждения ПМСВ при изменении температуры окружающей среды. Температурная нестабильность частоты возбуждения ПМСВ обусловлена в основном температурной зависимостью намагниченности насыщения эпитаксиальной пленки ЖИГ. В этой ситуации представляет интерес изыскание путей термостабилизации частот возбужденря на уровне достаточном для практического изменения (αf=

Figure 00000001
Figure 00000002
≅ 5•10-5oC-1) в максимально широком интервале температур.To create planar microwave devices at PMSV, EFGSs are used, including an YIG-based epitaxial layer deposited on a gadolinium-gallium garnet substrate. One of the main requirements for PMSV devices is the stability of the PMSV excitation frequency when the ambient temperature changes. The temperature instability of the PMSV excitation frequency is mainly due to the temperature dependence of the saturation magnetization of the YIG epitaxial film. In this situation, it is of interest to find ways of thermal stabilization of the excited frequencies at a level sufficient for practical change (α f =
Figure 00000001
Figure 00000002
≅ 5 • 10 -5o C -1 ) in the widest possible temperature range.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности является эпитаксиальная феррит-гранатовая структура (ЭФГС), содержащая эпитаксиальную пленку железистого граната с добавками ионов Cо, и/или РЗМ, полученная методом жидкофазной эпитаксии из расплава системы PbO B2O3 на монокристаллической подложке из немагнитного граната, имеющей ориентацию плоскости100} Пленки данного типа обладают повышенным значением угла Фарадеевского вращения и анизотропией типа "легкая плоскость", что позволяет использовать их для конструирования магнитооптических вентилей волноводного типа. Недостатком данной структуры является повышенное значение ширины линии ФМР, вследствие чего она не может быть использована в устройствах обработки информации СВЧ-диапазона на магнитостатических волнах.Closest to the invention in technical essence is an epitaxial ferrite-garnet structure (EFGS) containing an epitaxial film of a garnet garnet with the addition of Co ions and / or rare-earth metals obtained by liquid-phase epitaxy from a melt of the PbO B 2 O 3 system on a single crystal substrate from non-magnetic garnet having a plane orientation of 100} Films of this type have an increased Faraday rotation angle and an anisotropy of the "easy plane" type, which allows them to be used to construct magneto-optics eskih valves waveguide type. The disadvantage of this structure is the increased value of the FMR line width, as a result of which it cannot be used in microwave information processing devices using magnetostatic waves.

Цель изобретения расширение температурного интервала температурной стабильности частот возбуждения ПМСВ. The purpose of the invention is the expansion of the temperature range of the temperature stability of the excitation frequencies of the PMSV.

Цель достигается тем, что эпитаксиальная феррит-гранатовая структура, содержащая подложку из ГГГ ориентации (100) и эпитаксиально осажденную на нее пленку на основе железо-иттриевого граната отличается тем, что последнюю берут с содержанием Ga, La и/или Sc, а структура разориентирована от плоскости (100) к плоскости (110) на угол 0-15о. Концентрации легирующих добавок Sc и La Х 0-0,5 ат/форм.ед. Gа у 0-1,6 ат/форм.ед. что обеспечивает низкие потери при распространении ПМСВ в диапазоне частот 1-10 ГГц.The goal is achieved in that the epitaxial ferrite-garnet structure containing a substrate of HGG orientation (100) and an epitaxially deposited film based on yttrium iron garnet differs in that the latter is taken with a content of Ga, La and / or Sc, and the structure is disoriented from the plane (100) to the plane (110) at an angle of 0-15 about . The concentration of dopants Sc and La X 0-0.5 at / form. Ha at 0-1.6 at / form. which ensures low losses during the propagation of PMSV in the frequency range 1-10 GHz.

Температурная зависимость частоты возбуждения ПМСВ в данной структуре имеет вид прямой с температурным коэффициентом αf не более 5·10-5оС-1 в широком интервале температур (-70)-(+185)оС. Эффект обусловлен тем, что для выбранной ориентации эпитаксиального слоя изменение частоты ПМСВ от температуры, вызванное нестабильностью намагниченности насыщения пленки компенсируется эквивалентным и противоположным изменением частоты вследствие температурной зависимости размагничивающих факторов кристаллографической анизотропии. Ориентационная зависимость значений размагничивающих факторов приводит к тому, что при угле разориентации δ более 15о увеличивается наклон линейной зависимости f(Т), и αf становится больше, чем 5·10-5оС-1.The temperature dependence of the PMSW excitation frequency in this structure has the form of a straight line with a temperature coefficient α f of no more than 5 · 10 -5 ° С -1 in a wide temperature range (-70) - (+ 185) о С. The effect is due to the fact that for the chosen orientation of the epitaxial layer, the change in the PMSV frequency from temperature caused by the instability of the saturation magnetization of the film is compensated by the equivalent and opposite change in frequency due to the temperature dependence of the demagnetizing factors of crystallographic anisotropy. Orientation dependence of the values of the demagnetizing factors leads to the fact that the misorientation angle δ of more than 15 increases the slope of the linear function f (T), and α f becomes larger than 5 × 10 -5 ° C -1.

Авторам не известно использование структур ЖИГ ориентации (100) с разориентацией 0-15о в других технических решениях.The authors do not know the use of structures YIG (100) orientation to disorientation of 0-15 in other technical solutions.

На фиг.1 изображены температурные зависимости частоты возбуждения ПМСВ в пленках ЖИГ, выращенных на подложках ГГГ:
поз.1 образец 1, ориентация (100), разориентация 0о;
поз.2 образец 2, ориентация (100), разориентация 5,2о;
поз.3 образец 3, ориентация (100), разориентация 15о;
поз.4 образец 4, ориентация (100), разориентация 16о.
Figure 1 shows the temperature dependence of the excitation frequency of PMSV in YIG films grown on GGG substrates:
position 1 sample 1, the orientation (100) of misorientation 0;
pos.2 sample 2, orientation (100), disorientation 5.2 o ;
pos.3 sample 3, the orientation (100) of misorientation 15;
pos. 4 sample 4, orientation (100), misorientation 16 about .

На фиг.2 изображены температурные зависимости частоты возбуждения ПМСВ в пленках легированного ЖИГ, выращенных на подложках ГГГ:
поз.1 образец 5, ориентация (100), разориентация 0о;
4гМ 585 Гс
поз.2 образец 6, ориентация (100), разориентация 5,2о;
4гМ 446 Гс
поз.3 образец 7, ориентация (100), разориентация 15о;
4гМ 360 Гс
поз.4 образец 8, ориентация (100), разориентация 16о;
4гМ 550 Гс
поз.5 образец 9, ориентация (110), разориентация 26,5о
4гМ 400 Гс
П р и м е р 1. Методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе PbO были выращены эпитаксиальные пленки ЖИГ на подложках ГГГ ориентации (100) с различной разориентацией плоскости (100) к плоскости (110), δ; образец 1, толщина пленки d 19,5 мкм, 2 Δ H 0,6 Э; δ 0о; образец 2, d 15 мкм, 2Δ Н 0,5 Э; δ 5,2о; образец 3, d 21,2 мкм; 2Δ Н 0,7 Э; δ=15о; образец 4, d 17,9 мкм, 2 ΔН 0,6 Э, δ 16о.
Figure 2 shows the temperature dependences of the excitation frequency of PMSV in doped YIG films grown on GGG substrates:
position 1 sample 5, the orientation (100) of misorientation 0;
4gM 585 G.
pos.2 sample 6, orientation (100), disorientation 5.2 o ;
4gM 446 G.
pos.3 sample 7, the orientation (100) of misorientation 15;
4gM 360 G
pos.4 sample 8, the orientation (100) of misorientation 16;
4gM 550 Gs
pos. 5 sample 9, orientation (110), misorientation 26.5 about
4gM 400 G.
EXAMPLE 1. Liquid phase epitaxy from a PbO-based melt solution was used to grow YIG epitaxial films on HGG substrates of (100) orientation with different misorientations of the (100) plane to the (110) plane, δ; sample 1, film thickness d 19.5 μm, 2 Δ H 0.6 Oe; δ 0 about ; sample 2, d 15 μm, 2Δ N 0.5 Oe; δ 5.2 o ; sample 3, d 21.2 microns; 2Δ N 0.7 Oe; δ = 15 about ; sample 4, d 17.9 μm, 2 ΔН 0.6 Oe, δ 16 about .

Образцы 1, 2 и 3 имели (αf )= 0, 1,5·10-5 и 4,5·10-5оС-1соответственно в интервале температур -80 -+60С; образец 4 имел температурный коэффициент (αf )= 5,5·10-5оС-1.Samples 1, 2 and 3 had (α f ) = 0, 1.5 · 10 -5 and 4.5 · 10 -5 ° С -1, respectively, in the temperature range -80 - + 60С; sample 4 had a temperature coefficient (α f ) = 5.5 · 10 -5 ° C -1 .

П р и м е р 2. Методом жидкофазной эпитаксии из раствора-расплава на основе PbO были выращены эпитаксиальные пленки легированного ЖИГ с пониженной намагниченностью насыщения на подложках ГГГ ориентации (100) с различной разориентацией δ образец 5, d 18,2 мкм, 2Δ Н 0,7 Э, 4гМ 585 Гс, δ= 0о;
образец 6, d 10,7 мкм, 2Δ Н 0,8 Э, 4гМ= 446 Гс, δ 5,2о;
образец 7, d 11,8 мкм, 2Δ Н 0,8 Э, 4гМ= 360 Гс, δ 15о;
образец 8, d 21 мкм, 2 Δ Н 0,7 Э, 4гМ= 550 Гс, δ= 16о;
образец 9, d 30 мкм, 2 Δ Н 0,35 Э, 4гМ= 400 Гс, δ 26,5о(соответствует плоскости (210)).
PRI me R 2. The method of liquid-phase epitaxy from a solution-melt on the basis of PbO were grown epitaxial films of doped YIG with reduced saturation magnetization on substrates GGG orientation (100) with different misorientations δ sample 5, d 18.2 μm, 2Δ N 0.7 Oe 4gM 585 gauss, δ = 0 °;
sample 6, d 10,7 micron, 2Δ H 0.8 Oe 4gM = 446 gauss, δ 5,2 °;
sample 7, d 11,8 micron, 2Δ H 0.8 Oe 4gM = 360 gauss, δ 15 °;
sample 8, d 21 mm, 2 H Δ E 0.7, 4gM = 550 gauss, δ = 16 °;
sample 9, d 30 μm, 2 Δ Н 0.35 Oe, 4 gM = 400 G., δ 26.5 about (corresponds to the plane (210)).

Образцы 5, 6 и 7 имели (αf)≅5· 10-5 в интервале температур от -60 до +20оС, образцы 8 и 9 имели (αf) 8,5·10-5оС-1. Таким образом, в пленках выращенных на подложках ориентации (100) с разориентацией δ= 0-15о, температурный коэффициент (αf) не превышает 5·10-5оС-1 в широком интервале температур. Увеличение (αf) при δ≥ 15о связано с увеличением наклона зависимости температурной частоты возбуждения ПMСВ.Samples 5, 6 and 7 had (α f ) ≅ 5 · 10 -5 in the temperature range from -60 to +20 о С, samples 8 and 9 had (α f ) 8.5 · 10 -5 о С -1 . Thus, in the films grown on (100) orientation with a misorientation of δ = 0-15, the temperature coefficient (α f) less than 5 × 10 -5 ° C -1 in a wide temperature range. The increase (α f ) at δ≥ 15 о is associated with an increase in the slope of the temperature dependence of the excitation temperature of the PMW.

Предлагаемая структура позволяет обеспечить термостабильность частоты ПМСВ на уровне (αf ) ≃ 5·10-5оС-1 в широком интервале температур.The proposed structure allows for the thermal stability of the PMSV frequency at the level of (α f ) ≃ 5 · 10 -5 ° С -1 in a wide temperature range.

Claims (1)

Эпитаксиальная феррит-гранатовая структура, содержащая подложку из гадолиний-галлиевого граната ориентации (100) и эпитаксиально осажденную на нее пленку на основе железо-иттриевого граната, отличающаяся тем, что последнюю берут с содержанием Ca, La и/или Se, а структура разориентирована от плоскости (100) к плоскости (110) на угол 0 15o.Epitaxial ferrite-garnet structure containing a substrate of gadolinium-gallium garnet orientation (100) and an epitaxially deposited film based on iron-yttrium garnet, characterized in that the latter is taken with the content of Ca, La and / or Se, and the structure is disoriented from plane (100) to plane (110) at an angle of 0 15 o .
SU5034904 1992-01-29 1992-01-29 Epitaxial ferrite carnet structure RU2061112C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5034904 RU2061112C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Epitaxial ferrite carnet structure

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5034904 RU2061112C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Epitaxial ferrite carnet structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2061112C1 true RU2061112C1 (en) 1996-05-27

Family

ID=21600628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5034904 RU2061112C1 (en) 1992-01-29 1992-01-29 Epitaxial ferrite carnet structure

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2061112C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777497C1 (en) * 2021-10-18 2022-08-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Method for excitation of standing spin waves in nanostructured epitaxial ferrite garnet films using femtosecond laser pulses

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Заявка Японии N 61-256996, кл. C 30B 19/02, 19/12, 1986. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777497C1 (en) * 2021-10-18 2022-08-04 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Method for excitation of standing spin waves in nanostructured epitaxial ferrite garnet films using femtosecond laser pulses

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5408565A (en) Thin-film magneto-optic polarization rotator
US4263374A (en) Temperature-stabilized low-loss ferrite films
EP0248212A2 (en) Magnetic device and method of manufacture
US4968954A (en) Epitaxial layer-bearing wafer of rare earth gallium garnet for MSW device
Henry et al. Ferromagnetic resonance properties of LPE YIG films
JP3198053B2 (en) Products made of magneto-optical material with low magnetic moment
US5608570A (en) Article comprising a magneto-optic material having low magnetic moment
RU2061112C1 (en) Epitaxial ferrite carnet structure
US5601935A (en) Surface magnetostatic wave device
US5785752A (en) Method for the preparation of magnetic oxide garnet single crystal for magnetostatic wave device
US5449942A (en) Rare earth oxide-based garnet single crystal for magnetostatic device and method for the preparation thereof
US5701108A (en) Magnetostatic wave device with a magnetic field applied parallel to an axis of easy magnetization
EP0208547B1 (en) Yig thin film microwave apparatus
Haberey et al. Preparation and magnetic properties of LPE-grown hexagonal strontium aluminoferrite films
Nosov et al. Specific features of the magnetic anisotropy of thin yttrium iron garnet films prepared by pulsed laser deposition
US6052042A (en) Magnetostatic wave device
JP2869951B2 (en) Magnetic garnet single crystal and microwave device material
Haberey et al. LPE-grown hexagonal strontium aluminoferrite films
Fratello et al. Growth and characterization of magnetooptic garnet films with planar uniaxial anisotropy
Gieniusz Cubic and uniaxial anisotropy effects on magnetostatic modes in (111)-oriented yttrium iron garnet films
US4273610A (en) Method for controlling the resonance frequency of yttrium iron garnet films
JPH07130539A (en) Surface magnetostatic wave device
US6194091B1 (en) Magnetostatic wave device
Tsai Integrated magneto-optic waveguide material structures and devices
Takeuchi et al. Curie temperatures and anisotropy fields in very thin garnet films