CN109686798B - 一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 - Google Patents
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109686798B CN109686798B CN201811579272.6A CN201811579272A CN109686798B CN 109686798 B CN109686798 B CN 109686798B CN 201811579272 A CN201811579272 A CN 201811579272A CN 109686798 B CN109686798 B CN 109686798B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- magnetic ferrite
- substrate
- film layer
- composite film
- thin film
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Active
Links
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 61
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 49
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 39
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 63
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000010408 film Substances 0.000 claims description 91
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 44
- 239000002223 garnet Substances 0.000 claims description 37
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims description 37
- MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N iron yttrium Chemical group [Fe].[Y] MTRJKZUDDJZTLA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 31
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 claims description 20
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 18
- 238000004943 liquid phase epitaxy Methods 0.000 claims description 11
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 claims description 11
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 10
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims description 9
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 claims description 9
- 239000000155 melt Substances 0.000 claims description 7
- WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N bismuth(III) oxide Inorganic materials O=[Bi]O[Bi]=O WMWLMWRWZQELOS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 230000004907 flux Effects 0.000 claims description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 5
- 229910052596 spinel Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000011029 spinel Substances 0.000 claims description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 claims description 3
- 230000008859 change Effects 0.000 abstract description 6
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 6
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 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 description 18
- 238000002791 soaking Methods 0.000 description 16
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 8
- KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N potassium dichromate Chemical compound [K+].[K+].[O-][Cr](=O)(=O)O[Cr]([O-])(=O)=O KMUONIBRACKNSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M Potassium hydroxide Chemical compound [OH-].[K+] KWYUFKZDYYNOTN-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 description 4
- AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N oxobarium;oxo(oxoferriooxy)iron Chemical compound [Ba]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O.O=[Fe]O[Fe]=O AJCDFVKYMIUXCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L sodium carbonate Substances [Na+].[Na+].[O-]C([O-])=O CDBYLPFSWZWCQE-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 4
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 4
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 3
- 239000013077 target material Substances 0.000 description 3
- VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N Ammonium hydroxide Chemical compound [NH4+].[OH-] VHUUQVKOLVNVRT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910003962 NiZn Inorganic materials 0.000 description 2
- XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N Trichloroethylene Chemical group ClC=C(Cl)Cl XSTXAVWGXDQKEL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910009493 Y3Fe5O12 Inorganic materials 0.000 description 2
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 235000011114 ammonium hydroxide Nutrition 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N iron Substances [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001915 proofreading effect Effects 0.000 description 2
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000002910 rare earth metals Chemical class 0.000 description 2
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 229910000029 sodium carbonate Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001488 sodium phosphate Substances 0.000 description 2
- 229910000162 sodium phosphate Inorganic materials 0.000 description 2
- UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N trichloroethylene Natural products ClCC(Cl)Cl UBOXGVDOUJQMTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K trisodium phosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])([O-])=O RYFMWSXOAZQYPI-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 2
- 238000005303 weighing Methods 0.000 description 2
- 229910001845 yogo sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910001053 Nickel-zinc ferrite Inorganic materials 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- -1 magnesium aluminate Chemical class 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000000985 reflectance spectrum Methods 0.000 description 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/0248—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies
- H01L31/0256—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by their semiconductor bodies characterised by the material
- H01L31/0264—Inorganic materials
- H01L31/032—Inorganic materials including, apart from doping materials or other impurities, only compounds not provided for in groups H01L31/0272 - H01L31/0312
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C30—CRYSTAL GROWTH
- C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
- C30B19/00—Liquid-phase epitaxial-layer growth
- C30B19/02—Liquid-phase epitaxial-layer growth using molten solvents, e.g. flux
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/半金属Bi复合薄膜及其制备方法，属于光电探测技术领域。所述复合薄膜包括衬底，以及依次形成于衬底之上的磁性铁氧体薄膜层和Bi薄膜层。本发明提供的复合薄膜中，Bi半金属薄膜厚度的改变会导致复合薄膜红外光反射强度在中远红外波段呈现规律性变化，即Bi半金属薄膜厚度增加，复合薄膜的红外光反射强度减弱，光学吸收增强，光电效应增加，使得其在中远红外光电探测、光信息存储等多学科领域具有广泛的应用前景；同时，该复合薄膜在室温下就能实现对中远红外的光电探测，可广泛应用于红外光的探测、校对和识别。
Description
技术领域
本发明属于光电探测技术领域，具体涉及一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/半金属Bi复合薄膜及其制备方法。
背景技术
红外探测作为红外技术领域的一个重要应用分支，已经渗透到我们生活的多个方面，在扫描、检测、定位、预警等领域都有着极其广泛的应用。由于红外辐射(0.76～1000μm)处于人眼不见的光谱范围，必须借助于红外探测系统才能进行观察。现有技术通过上转换发光或猝灭已经实现了近红外光的探测，其主要应用在0.7～1.6微米的红外波段。而众所周知，3～5微米的中远红外波段才是重要的大气窗口，也是军用红外探测器的主要工作区域，该波段光电对大雾、烟尘等具有较强的穿透力，且在海平面上传输时受到的分子吸收和悬浮物散射的影响很小。在军事上，中远红外光电探测器主要用于光电对抗，采用中远红外波段的多束光电可以干扰红外热寻的导弹，摧毁在不同距离和高度的目标。近年来，针对中远红外波段光电探测材料的研究逐渐成为了热点，而目前大部分中远红外探测器材料需要在低温制冷的条件下才能实现高的红外探测率。
发明内容
本发明的目的在于针对背景技术存在的缺陷，提出一种在室温下就能实现中远红外光电探测的磁性铁氧体/半金属Bi复合薄膜及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，其特征在于，包括衬底，以及依次形成于衬底之上的磁性铁氧体薄膜层和Bi薄膜层。
进一步地，所述衬底为硅、玻璃或石榴石单晶基片等。
进一步地，所述磁性铁氧体薄膜层为镍锌铁氧体等尖晶石铁氧体，钇铁石榴石、稀土掺杂的钇铁石榴石等石榴石铁氧体，或者钡铁氧体等磁铅石铁氧体薄膜。
进一步地，所述磁性铁氧体薄膜层的厚度为100nm～50μm；所述Bi薄膜层的厚度为1nm～500nm。
进一步地，所述磁性铁氧体薄膜层采用液相外延法，或者光电脉冲沉积法、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到，所述Bi薄膜层采用分子束外延、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到。
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、采用液相外延法，或者光电脉冲沉积法、磁控溅射法等真空气相沉积法在衬底上形成厚度为100nm～50μm的磁性铁氧体薄膜层；
步骤2、采用分子束外延、磁控溅射法等真空气相沉积法在步骤1得到的磁性铁氧体薄膜层上形成厚度为1nm～500nm的Bi薄膜层，即可得到所述复合薄膜。
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜的制备方法，以GGG(钆镓石榴石)单晶基片作为衬底、钇铁石榴石(YIG)作为磁性铁氧体薄膜，具体包括以下步骤：
步骤1、以Fe2O3和Y2O3作为原料，Bi2O3作为熔剂，制备熔体；然后采用液相外延的方法在GGG单晶基片上生长钇铁石榴石薄膜层，生长温度为900～980℃，时间为5～10min；
步骤2、采用分子束外延方法在步骤1得到的磁性铁氧体薄膜层上形成Bi薄膜层，具体过程为：首先，将Bi(铋)源升温至400～600℃，步骤1得到的带钇铁石榴石薄膜的基片升温至200～500℃并保温1h；然后在基片温度自然降至25～300℃时，打开铋源，开始进行分子束外延生长，直至得到厚度为1nm～500nm的Bi薄膜层，完成所述磁性铁氧体/Bi复合薄膜的制备。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1、本发明提供了一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，该复合薄膜中，Bi(铋)半金属薄膜厚度的改变会导致复合薄膜红外光反射强度在中远红外波段(波长为3.2-13μm)呈现规律性变化，即Bi(铋)半金属薄膜厚度增加，复合薄膜的红外光反射强度减弱，光学吸收增强，光电效应增加，使得其在中远红外光电探测、光信息存储等多学科领域具有广泛的应用前景。
2、本发明提供的一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，该复合薄膜在室温下就能实现对中远红外的光电探测，可广泛应用于红外光的探测、校对和识别。
3、本发明提供的一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，制备方法简单易行，成本低，有利于实现大规模工业化生产。
附图说明
图1为实施例1和实施例2得到的GGG/YIG/Bi复合薄膜在中远红外波段(3.2～13μm)的红外光反射图谱。
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明的技术方案进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，包括衬底，以及依次形成于衬底之上的磁性铁氧体薄膜层和Bi薄膜层；所述磁性铁氧体薄膜层为NiZn铁氧体等尖晶石铁氧体，钇铁石榴石、稀土掺杂的钇铁石榴石等石榴石铁氧体，或者钡铁氧体等磁铅石铁氧体薄膜；所述衬底为硅、玻璃或石榴石单晶基片等；所述磁性铁氧体薄膜层的厚度为100nm～50μm，Bi薄膜层的厚度为1nm～500nm；所述磁性铁氧体薄膜层采用液相外延法，或者光电脉冲沉积法、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到，所述Bi薄膜层采用分子束外延、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到。
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，包括GGG(钆镓石榴石)单晶基片，以及依次形成于GGG单晶基片之上的钇铁石榴石(YIG)薄膜和Bi(铋)半金属薄膜。
其中，所述YIG(钇铁石榴石)薄膜为单晶薄膜，厚度为100nm～50μm；采用液相外延法，或者光电脉冲沉积法、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到。
其中，所述Bi(铋)半金属薄膜厚度为1nm～500nm，采用分子束外延、磁控溅射法等真空气相沉积法制备得到。
其中，所述YIG/Bi(铋)半金属薄膜的最大直径为4英寸。
本发明还提供了上述磁性铁氧体/Bi复合薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、以Fe2O3和Y2O3作为原料，Bi2O3作为熔剂，制备熔体；然后采用液相外延的方法在GGG单晶基片上生长钇铁石榴石薄膜层，生长温度为900～980℃，时间为5～10min；
步骤2、采用分子束外延方法在步骤1得到的磁性铁氧体薄膜层上形成Bi薄膜层，具体过程为：首先，将Bi(铋)源升温至400～600℃，步骤1得到的带钇铁石榴石薄膜的基片升温至200～500℃并保温1h；然后在基片温度自然降至25～300℃时，打开铋源，开始进行分子束外延生长，直至得到厚度为1nm～500nm的Bi薄膜层，完成所述YIG/Bi复合薄膜的制备。
更具体地，一种钇铁石榴石薄膜/Bi复合薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、选取GGG(钆镓石榴石)基片作为衬底，清洗基片：将钆镓石榴石基片在70～80℃的三氯乙烯中浸泡3～10min，然后在70～80℃的去离子水中浸泡3～10min；将上步处理后的基片在70～80℃的重铬酸钾、浓硫酸和水的混合液中浸洗10～15次，每次浸洗时间为1～2s，其中，所述混合液中重铬酸钾的质量浓度为18～20g/L，浓硫酸的摩尔浓度为10～15mol/L，然后在70～80℃的去离子水中浸泡2～8min，取出后在另一70～80℃的去离子水中浸泡3～10min；将质量比为1:1:1的磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钾配制成溶质质量浓度为10～15g/L的混合碱液，将上步处理后的基片在70～80℃的配制的碱液中浸泡3～10min，然后在70～80℃的去离子水中浸泡3～10min；将上步处理后的基片放入室温下的体积百分含量为20～30％的氨水溶液中浸泡清洗3～10min，然后在室温去离子水中浸泡3～10min；将上步处理后的基片在异丙醇蒸汽冷凝回流条件下清洗3～10min；
步骤2、钇铁石榴石薄膜的制备：以纯度不低于99.999wt％的Fe2O3和Y2O3作为原料，Bi2O3作为熔剂，按照钇铁石榴石的分子式Y3Fe5O12称取原料，混料，在1000～1100℃下熔融，得到熔体；然后，将步骤1清洗干净的基片放入熔体中，采用液相外延法生长钇铁石榴石单晶薄膜，生长温度为900～980℃，基片转速为50～80转/分，时间为5～10min，生长完成后，清洗，得到钇铁石榴石薄膜；
步骤3、采用分子束外延方法在步骤2得到的磁性铁氧体薄膜层上形成Bi薄膜层，具体过程为：首先，将Bi(铋)源升温至400～600℃，步骤1得到的带钇铁石榴石薄膜的基片升温至200～500℃并保温1h；然后在基片温度自然降至25～300℃时，打开铋源，开始进行分子束外延生长，直至得到厚度为1nm～500nm的Bi薄膜层，完成所述YIG/Bi复合薄膜的制备。
进一步地，步骤2所述钇铁石榴石薄膜还可以采用光电脉冲方法制备得到，以Y3Fe5O12靶作为靶材，脉冲频率为10～50Hz，氧分压为0.1～0.5Pa，基片温度为500～750℃。
进一步地，步骤2所述钇铁石榴石薄膜还可以采用磁控溅射法制备得到，以Y3Fe5O12靶作为靶材，溅射功率为30～70W，基片温度为550～800℃。
进一步地，步骤3所述Bi薄膜还可以采用磁控溅射法制备得到，以纯度不低于99.999wt％的Bi(铋)作为靶材，溅射功率为3～5W，真空度为1.8×10-4Torr～5×10-4Torr，溅射气体为氮气，氮气的流量为10～1515sccm。
本发明还提供了上述磁性铁氧体/Bi复合薄膜在光电探测、信息存储等领域的应用。
实施例1
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，包括GGG(钆镓石榴石)单晶基片，以及依次形成于GGG单晶基片之上的钇铁石榴石(YIG)薄膜和Bi(铋)半金属薄膜。
上述钇铁石榴石薄膜/Bi复合薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤1、选取GGG(钆镓石榴石)基片作为衬底，清洗基片：将钆镓石榴石基片在70℃的三氯乙烯中浸泡3min，然后在70℃的去离子水中浸泡3min；将上步处理后的基片在70℃的重铬酸钾、浓硫酸和水的混合液中浸洗10次，每次浸洗时间为2s，其中，所述混合液中重铬酸钾的质量浓度为20g/L，浓硫酸的摩尔浓度为10mol/L，然后在70℃的去离子水中浸泡8min，取出后在另一70℃的去离子水中浸泡3min；将质量比为1:1:1的磷酸钠、碳酸钠和氢氧化钾配制成溶质质量浓度为10g/L的混合碱液，将上步处理后的基片在80℃的配制的碱液中浸泡3min，然后在70℃的去离子水中浸泡3min；将上步处理后的基片放入室温下的体积百分含量为20％的氨水溶液中浸泡清洗3min，然后在室温去离子水中浸泡3min；将上步处理后的基片在异丙醇蒸汽冷凝回流条件下清洗3min；
步骤2、钇铁石榴石薄膜的制备：以纯度不低于99.999wt％的Fe2O3和Y2O3作为原料，Bi2O3作为熔剂，按照钇铁石榴石的分子式Y3Fe5O12称取原料，混料，在1050℃下熔融，得到熔体；然后，将步骤1清洗干净的基片放入熔体中，采用液相外延法生长钇铁石榴石单晶薄膜，生长温度为900℃，基片转速为50转/分，时间为5min，生长完成后，清洗，得到厚度为100nm的钇铁石榴石薄膜；
步骤3、采用分子束外延方法在步骤2得到的钇铁石榴石薄膜上形成Bi薄膜层，具体过程为：首先，将Bi(铋)源升温至500℃，步骤1得到的带钇铁石榴石薄膜的基片升温至500℃并保温1h；然后在基片温度自然降至200℃时，打开铋源，开始进行分子束外延生长，直至得到厚度为10nm的Bi薄膜层，完成所述YIG/Bi复合薄膜的制备。
实施例2
调整步骤3分子束外延的生长时间，得到厚度分别为20nm、30nm、40nm、50nm的Bi薄膜。其余步骤与实施例1相同。
实施例3
调整步骤2液相外延的生长时间，得到厚度分别为800nm、1μm、20μm、50μm的钇铁石榴石薄膜。其余步骤与实施例1相同。
实施例4
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，采用Al2O3单晶基片作为基底，磁铅石钡铁氧体薄膜作为磁性薄膜，得到Al2O3单晶基片/磁铅石钡铁氧体薄膜/Bi复合薄膜。
实施例5
一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜，采用镁铝尖晶石单晶基片作为基底，NiZn铁氧体薄膜作为磁性薄膜，得到镁铝尖晶石单晶基片/NiZn铁氧体薄膜/Bi复合薄膜。
图1为实施例1和实施例2得到的不同厚度Bi薄膜形成的GGG/YIG/Bi复合薄膜在中远红外波段(3.2～13μm)的红外光反射图谱；表明Bi(铋)半金属薄膜厚度的改变会导致复合薄膜红外光反射强度在中远红外波段(波长为3.2-13μm)呈现规律性变化，即Bi(铋)半金属薄膜厚度增加，复合薄膜的红外光反射强度减弱，光学吸收增强，光电效应增加，使得其在中远红外光电探测、光信息存储等多学科领域具有广泛的应用前景。同时，吸收频率对应半金属铋薄膜的带隙宽度，分别为0.36eV(3.42μm)，0.35eV(3.5μm)，0.20eV(6.05μm)和0.18eV(6.85μm)。相比于目前大部分中远红外探测器材料需要在低温制冷的条件下才能实现高的红外探测率，本发明磁性铁氧体/Bi复合薄膜在室温下就能实现对中远红外的光电探测，可广泛应用于红外光的探测、校对和识别。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (5)
1.一种磁性铁氧体/ Bi复合薄膜在中远红外光电探测中的应用，其特征在于，所述磁性铁氧体/ Bi复合薄膜包括衬底，以及依次形成于衬底之上的磁性铁氧体薄膜层和Bi薄膜层，所述磁性铁氧体薄膜层为尖晶石铁氧体、石榴石铁氧体或者磁铅石铁氧体薄膜，厚度为100 nm ~ 50 μm；所述Bi薄膜层的厚度为1 nm ~ 500 nm。
2.根据权利要求1所述的磁性铁氧体/ Bi复合薄膜在中远红外光电探测中的应用，其特征在于，所述衬底为硅、玻璃或石榴石单晶基片。
3. 根据权利要求1所述的磁性铁氧体/ Bi复合薄膜在中远红外光电探测中的应用，其特征在于，所述衬底为GGG单晶基片，磁性铁氧体薄膜层为钇铁石榴石薄膜。
4. 根据权利要求1所述的磁性铁氧体/ Bi复合薄膜在中远红外光电探测中的应用，其特征在于，所述磁性铁氧体薄膜层采用液相外延法或者真空气相沉积法制备得到，所述Bi薄膜层采用分子束外延或磁控溅射法制备得到。
5. 一种磁性铁氧体/ Bi复合薄膜在中远红外光电探测中的应用，其特征在于，所述磁性铁氧体/ Bi复合薄膜的制备过程具体为：
步骤1、以Fe2O3和Y2O3作为原料，Bi2O3作为熔剂，制备熔体；然后采用液相外延的方法在GGG单晶基片上生长钇铁石榴石薄膜层，生长温度为900~980 ℃，时间为5~10 min；
步骤2、采用分子束外延方法在步骤1得到的磁性铁氧体薄膜层上形成Bi薄膜层，具体过程为：首先，将Bi源升温至400~600 ℃，步骤1得到的带钇铁石榴石薄膜的基片升温至200~500 ℃并保温1h；然后在基片温度自然降至25~300℃时，打开铋源，开始进行分子束外延生长，直至得到厚度为1 nm ~ 500 nm的Bi薄膜层，完成所述磁性铁氧体/ Bi复合薄膜的制备。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811579272.6A CN109686798B (zh) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | 一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201811579272.6A CN109686798B (zh) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | 一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN109686798A CN109686798A (zh) | 2019-04-26 |
| CN109686798B true CN109686798B (zh) | 2021-02-02 |
Family
ID=66188846
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201811579272.6A Active CN109686798B (zh) | 2018-12-24 | 2018-12-24 | 一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN109686798B (zh) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110029315B (zh) * | 2019-04-29 | 2020-01-31 | 电子科技大学 | 一种超晶格材料及其制备方法和应用 |
| CN110176533B (zh) * | 2019-05-10 | 2021-03-26 | 电子科技大学 | 一种光响应的自旋电子器件及其制备方法 |
| CN113737275A (zh) * | 2021-07-30 | 2021-12-03 | 西安交通大学 | 一种超低磁阻尼大磁致伸缩铁氧体薄膜制备方法及系统 |
| CN115233302A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-10-25 | 沈阳大学 | 一种半金属Bi超薄薄膜表面具有透明导电性和疏水性的制备方法 |
| CN116984623B (zh) * | 2023-09-26 | 2024-02-09 | 之江实验室 | 一种基于分段式水热法的二维铋纳米晶体合成方法 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9228968B2 (en) * | 2010-03-25 | 2016-01-05 | Nec Corporation | Thermal sensor and platform |
| SG10201401787QA (en) * | 2013-04-24 | 2014-11-27 | Agency Science Tech & Res | Photo-sensor |
| JP6630879B2 (ja) * | 2014-05-01 | 2020-01-15 | 株式会社 東北テクノアーチ | 発光体及び放射線検出器 |
| CN106753376B (zh) * | 2017-01-05 | 2019-01-25 | 东南大学 | 一种近红外发光的铈镱共掺钇铝石榴石荧光材料 |
| CN107146761B (zh) * | 2017-05-05 | 2020-07-28 | 电子科技大学 | 一种巨磁光效应的钇铁石榴石/铋异质薄膜的制备方法 |
-
2018
- 2018-12-24 CN CN201811579272.6A patent/CN109686798B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN109686798A (zh) | 2019-04-26 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN109686798B (zh) | 一种应用于中远红外光电探测的磁性铁氧体/Bi复合薄膜 | |
| Wang et al. | Photoluminescence of ZnO films prepared by rf sputtering on different substrates | |
| Kim et al. | Optical properties of β‐Ga2O3 and α‐Ga2O3: Co thin films grown by spray pyrolysis | |
| Hung et al. | Epitaxial growth of MgO on (100) GaAs using ultrahigh vacuum electron‐beam evaporation | |
| JP2001210864A (ja) | 発光ダイオードおよび半導体レーザー | |
| CN110061089A (zh) | 蓝宝石斜切衬底优化氧化镓薄膜生长及日盲紫外探测器性能的方法 | |
| WO2017045398A1 (zh) | 一种二氧化钒薄膜低温沉积方法 | |
| CN111072057B (zh) | 一种氧化镓微米线的制备方法 | |
| Kobayashi et al. | Preparation of c-axis oriented ZnO films by low-pressure organometallic chemical vapor deposition | |
| CN104775101A (zh) | 一种多孔结构二氧化钒薄膜的制备方法及应用 | |
| CN111628019A (zh) | 一种三氧化二镓日盲紫外探测器及其制备方法 | |
| Kokubun et al. | Preparation of ZnO thin films on sapphire substrates by sol-gel method | |
| Ozaki et al. | Strong ultraviolet photoluminescence in polycrystalline ZnO sputtered films | |
| CN103221585B (zh) | 铋置换型稀土类铁石榴石晶体膜和光隔离器 | |
| US5281575A (en) | Laser ablation method for forming oxide superconducting films | |
| CN112410734B (zh) | 一种中波红外透明电磁屏蔽薄膜及制备方法 | |
| Zhang et al. | Engineering of electronic and optical properties of ZnO thin films via Cu doping | |
| CN101863152A (zh) | 一种纳米周期结构红外辐射抑制材料及其制作方法 | |
| Matsuoka et al. | Crystal structures and optical properties of ZnO films prepared by sputtering‐type electron cyclotron resonance microwave plasma | |
| Zeng et al. | ZnO thin films prepared on titanium substrate by PLD technique at different substrate temperatures | |
| CN109616535B (zh) | 基于m面BeMgZnO薄膜的自发极化增强型光电探测器及其制备方法 | |
| JPS5948794B2 (ja) | 窒化ガリウム単結晶膜の製造法 | |
| CN116247112A (zh) | 射频磁控溅射法制备MgZnO日盲紫外光电探测器 | |
| CN215988780U (zh) | 一种探测装置 | |
| CN113192992B (zh) | 一种半导体薄膜复合结构件的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |