RU2061112C1 - Epitaxial ferrite carnet structure - Google Patents
Epitaxial ferrite carnet structure Download PDFInfo
- 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
Links
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title abstract 2
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 9
- ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N gallium;gadolinium(3+);oxygen(2-) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Ga+3].[Gd+3] ZPDRQAVGXHVGTB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical compound [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 230000005284 excitation Effects 0.000 abstract description 8
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 2
- 206010013395 disorientation Diseases 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 description 3
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 238000012886 linear function Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
Abstract
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= ≅ 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 = ≅ 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
pos.2
pos.3
pos. 4
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
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;
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.
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
sample 6, d 10,7 micron, 2Δ H 0.8 Oe 4gM = 446 gauss,
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.
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)
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)
| 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 |
-
1992
- 1992-01-29 RU SU5034904 patent/RU2061112C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Заявка Японии N 61-256996, кл. C 30B 19/02, 19/12, 1986. * |
Cited By (1)
| 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 |