CN115074820B - 一种单晶rig厚膜的双坩埚液相外延制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，涉及液相外延生长单晶薄膜技术领域，包括：采用双坩埚液相外延炉进行制备，其中，第一炉体用于厚膜外延生长和衬底更换，第二炉体用于备用熔体保温和原料更换；将原料加入位于第一炉体内的坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体；在第二炉体放置坩埚B，将原料加入坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用；待坩埚A内的熔体表面呈现镜面后，将清洗后衬底放入熔体中进行液相外延生长，并通过替换备用坩埚实现持续液相外延生长，重复上述内容，维持液相外延生长至所需薄膜厚度后，取出衬底，并降温至室温后，得到单晶RIG厚膜。本发明实现薄膜持续生长并保证薄膜的生长质量。

Description

一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法
技术领域
本发明涉及液相外延生长单晶薄膜技术领域，具体而言，涉及一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法。
背景技术
为了满足光通信、光互连技术的发展，研究者将光学器件(激光器、光隔离器、光调制器、光环行器、探测器等)集成在同一衬底上，促使实用化的微波及磁光器件趋于小型化、集成化、高兼容化方向发展，进而对单晶薄膜的厚度提出了更高的要求，目前，通过磁控溅射、脉冲激光沉积、金属有机气相沉积等薄膜制备方法均不能实现所需厚膜的制备，而液相外延技术(Liquid Phase Epitaxy,LPE)是以待生长材料作为溶质，低熔点的金属为溶剂，按照相图配制出饱和溶液或过饱和溶液，降温后溶液与单晶衬底接触，在单晶衬底上生长出一层晶体结构与衬底相似的单晶膜技术，有望实现厚膜的制备。
然而，单晶薄膜在进行外延生长时，随着溶质不断析出，溶质浓度不断下降，最终导致无法实现薄膜的连续生长，进而影响膜厚。同时，随着外延生长时间的增加，膜与衬底之间的晶格失配和热失配所产生的应力会逐渐累积，累积应力过大就会导致衬底断裂，无法保证薄膜的优良质量。
发明内容
本发明解决的问题是如何使薄膜持续生长并保证薄膜生长质量。
为解决上述问题，本发明提供一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，采用双坩埚液相外延炉进行制备，所述双坩埚液相外延炉包括相互连接的第一炉体、第二炉体、坩埚A和坩埚B，所述第一炉体和所述第二炉体间设有可打开或关闭的连接通道，所述坩埚A和所述坩埚B可通过连接通道实现在所述第一炉体和所述第二炉体内的位置交换，所述第一炉体用于厚膜外延生长和衬底更换，所述第二炉体用于备用熔体保温和原料更换；
所述制备方法包括如下步骤：
步骤S1：将原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体；
步骤S2：在所述第二炉体放置所述坩埚B，将所述原料加入所述坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用；
步骤S3：待所述坩埚A内的熔体表面呈现镜面后，将清洗后衬底放入所述熔体中进行液相外延生长，并通过替换备用坩埚实现持续液相外延生长，重复步骤S2，维持液相外延生长至所需薄膜厚度后，取出所述衬底，并降温至室温后，得到单晶RIG厚膜。
进一步地，步骤S1中，所述原料包括Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3，所述Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3的质量比为(0.38-1.25):(9.5-18.75):(79.33-88.18):(0.67-1.94)，其中，Re为稀土元素，所述稀土元素包括Ln系元素、Sc和Y中的至少一种。
进一步地，步骤S1中，所述将原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体，包括：将第一批所述原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A后，将所述第一炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批所述原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批所述原料，再将所述第二炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批所述原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤至所述坩埚A内的全部所述原料呈熔融状态后，降温搅拌直至所述原料成均匀熔体。
进一步地，步骤S2中，所述将所述原料加入所述坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用，包括：将第一批所述原料加入位于所述第二炉体内的所述坩埚B后，将所述第二炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批所述原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批所述原料，再将所述第二炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批所述原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤，降温搅拌直至所述坩埚B内的所述原料形成均匀熔体后，等待送至所述第一炉体内。
进一步地，步骤S1、S2中，所述均匀熔体的制备温度为1015℃-1060℃，搅拌速度为30-60r/min，且搅拌过程中每1-30min改变一次搅拌方向。
进一步地，步骤S3中，所述衬底为非磁性石榴石衬底，所述非磁性石榴石衬底包括GGG、YSGG、SGGG、NGG、GYSGG或GSGG中的任意一种。
进一步地，步骤S3中，所述衬底的清洗方式包括：将所述衬底依次在去离子水中超声清洗两次、在丙酮中超声清洗两次、在酒精中超声清洗两次后，在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合溶液中煮沸10-30min，用去离子水冲洗衬底3-5次后干燥。
进一步地，步骤S3中，所述液相外延生长过程中的生长温度为950℃-980℃，所述衬底的旋转速度为40-80r/min。
进一步地，步骤S3中，所述通过替换备用坩埚实现持续液相外延生长，包括：将所述衬底缓慢提拉出所述熔体表面，保持所述衬底旋转，待坩埚交换后，再将所述衬底放入所述备用坩埚的溶体内，实现持续液相外延生长，两次液相外延生长的间隔时间为1-10min。
进一步地，步骤S3中，所述第一炉体与所述第二炉体交换坩埚时，坩埚的温度变化范围为1℃-10℃。
本发明所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法相对于现有技术的优势在于，本发明通过在第一炉体和第二炉体之间将坩埚A和坩埚B连续交换，实现了薄膜在衬底上的持续液相外延生长，突破了单晶厚膜生长的技术瓶颈，使单晶膜厚度达到更高，同时克服了传统液相外延厚膜生长周期过长导致在溶质析出过程中，溶液饱和度下降过大，影响薄膜质量的问题，保证连续生长过程中薄膜的良好质量；本发明还通过第一炉体和第二炉体相连通，坩埚A和坩埚B交换时有利于减少温差，减少薄膜与衬底之间的晶格失配和热失配所产生的应力累积，保证薄膜的优良质量；本发明采用双坩埚交换连续外延生长，能够实现第一炉体内薄膜外延生长的同时，第二炉体填料熔融搅拌，相比于单一流程操作节省了时间，提高了批量制备薄膜的效率。
附图说明
图1为本发明实施例中单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法流程图；
图2为本发明实施例1中制得单晶RIG厚膜的X射线衍射图；
图3为本发明实施例1制得单晶RIG厚膜的表面AFM图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，且在适当情况下可以互换。以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明实施例提供一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，采用双坩埚液相外延炉进行制备，双坩埚液相外延炉包括相互连接的第一炉体、第二炉体、坩埚A和坩埚B，第一炉体和第二炉体间设有可打开或关闭的连接通道，坩埚A和坩埚B可通过连接通道实现在第一炉体和第二炉体内的位置，第一炉体用于厚膜外延生长和衬底更换，第二炉体用于备用熔体保温和原料更换；
制备方法包括如下步骤：
步骤S1：将原料加入位于第一炉体内的坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体；
步骤S2：在第二炉体放置坩埚B，将原料加入坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用；
步骤S3：待坩埚A内的熔体表面呈现镜面后，将清洗后衬底放入熔体中进行液相外延生长，并通过替换备用坩埚实现持续液相外延生长，重复步骤S2，维持液相外延生长至所需薄膜厚度后，取出衬底，并降温至室温后，得到单晶RIG厚膜。
本发明实施例通过在第一炉体和第二炉体之间将坩埚A和坩埚B连续交换，实现了薄膜在衬底上的持续液相外延生长，突破了单晶厚膜生长的技术瓶颈，使单晶膜厚度达到更高，同时克服了传统液相外延厚膜生长周期过长导致在溶质析出过程中，溶液饱和度下降过大，影响薄膜质量的问题，保证连续生长过程中薄膜的良好质量；本发明还通过第一炉体和第二炉体相连通，坩埚A和坩埚B交换时有利于减少温差，减少薄膜与衬底之间的晶格失配和热失配所产生的应力累积，保证薄膜的优良质量；本发明实施例采用双坩埚交换连续外延生长，能够实现第一炉体内薄膜外延生长的同时，第二炉体填料熔融搅拌，相比于单一流程操作节省了时间，提高了批量制备薄膜的效率。
在一些具体的实施例中，本发明实施例中的采用的双坩埚液相外延炉的结构可实现坩埚A和坩埚B分别设置于第一炉体和第二炉体内，通过连接通道可实现位置交换。本实施例不对双坩埚液相外延炉的具体结构进行限定，凡是能够实现坩埚位置交换，且能够适用于单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法的结构都可以加以运用。优选地，结构还可以包括坩埚与环形底座相连接，环形底座穿过连接通道并可在连接通道内旋转实现坩埚A和坩埚B的位置交换。第一炉体和第二炉体内还设置温度监测组件有效控制温度，提高制备效果。活动阀门分别设置于第一炉体和第二炉体的顶部，方便取放坩埚和工作杆进行搅拌或放入衬底。由此，有利于实现通过单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法制备单晶RIG厚膜。
本实施例中，原料为制备薄膜的材料，经球磨机混合为均匀粉末。将原料送至第一炉体内加热搅拌至均匀熔体过程中，可同时在第二炉体制备备用熔体，极大地提高制备效率。当交换后替换下来进入第二炉体内的坩埚，可降温后取出，将剩余材料替换为原料，再放入第二炉体内进行加热搅拌至熔体状态后备用，或者根据生长时间或进度得到析出的溶质比例，通过计算向第二炉体内坩埚添加新的原料或溶剂，升温加热搅拌至均匀熔体备用，进而实现持续的液相外延生长，最后得到所需厚度的单晶RIG厚膜，突破现有膜厚技术的瓶颈。
在一些实施例中，步骤S1中，原料包括Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3，Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3的质量比为(0.38-1.25):(9.5-18.75):(79.33-88.18):(0.67-1.94)，其中，Re为稀土元素，稀土元素包括Ln系元素、Sc和Y中的至少一种。由此，实现单晶RIG厚膜的有效生长，得到性能优良的品质薄膜。
在一些实施例中，步骤S1中，将原料加入位于第一炉体内的坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体，包括：将第一批原料加入位于第一炉体内的坩埚A后，将第一炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批原料，再将第二炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤至坩埚A内的全部原料呈熔融状态后，降温搅拌直至原料成均匀熔体。
由此，通过升温实现材料的熔融状态，降温取出加入原料，防止烫伤和影响原料品质，保温后，使原料的熔融状态保持稳定，为液相外延生长提供可靠的熔体。
在一些实施例中，步骤S2中，将原料加入坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用，包括：将第一批原料加入位于第二炉体内的坩埚B后，将第二炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批原料，再将第二炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤，降温搅拌直至坩埚B内的原料形成均匀熔体后，等待送至第一炉体内。
由此，使备用坩埚内原料处于饱和的熔体状态，随时替换第一炉体内的坩埚，减少间隔时间，实现持续液相外延生长的效果。
在一些实施例中，步骤S1、S2中，所述均匀熔体的制备温度为1015℃-1060℃，搅拌速度为30-60r/min，且搅拌过程中每1-30min改变一次搅拌方向。
由此，精确控制均匀熔体的制备温度以及搅拌方式，有利于后续溶质的均匀析出，提高单晶RIG厚膜的生长质量。
在一些实施例中，步骤S3中，衬底为非磁性石榴石衬底，非磁性石榴石衬底包括GGG、YSGG、SGGG、NGG、GYSGG或GSGG中的任意一种。由此，衬底的可选取范围广，液相外延生长效果优良。
在一些实施例中，步骤S3中，衬底的清洗方式包括：将衬底依次在去离子水中超声清洗两次、在丙酮中超声清洗两次、在酒精中超声清洗两次后，在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合溶液中煮沸10-30min，用去离子水冲洗衬底3-5次后干燥。由此，实现衬底的彻底清洗，减少附着物后期对单晶RIG厚膜的性能产生影响。
在一些实施例中，步骤S3中，液相外延生长过程中的生长温度为950℃-980℃，衬底的旋转速度为40-80r/min。通过对第一炉体内温度调节，选择适宜的生长温度和旋转速度，有利于形成的单晶RIG厚膜的性能提升。
在一些实施例中，步骤S3中，通过替换备用坩埚实现持续液相外延生长，包括：将衬底缓慢提拉出熔体表面，保持衬底旋转，待坩埚交换后，再将衬底放入备用坩埚的溶体内，实现持续液相外延生长，两次液相外延生长的间隔时间为1-10min。
精确控制时间间隔，减少温度或环境变化等因素对单晶RIG厚膜的性能产生的不利影响，对保证单晶RIG厚膜的品质一致性有突出效果。
在一些实施例中，步骤S3中，第一炉体与第二炉体交换坩埚时，坩埚的温度变化范围为1℃-10℃。由此，在较低的坩埚温度变化范围的前提下，交换坩埚连续生长，能够有效的降低薄膜中缺陷的产生，得到性能优良的单晶RIG厚膜。
实施例1
本实施例中的一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：以Re2O3、Fe2O3、PbO、B2O3为原料，其中，Re2O3、Fe2O3、PbO、B2O3的质量比为0.67：13.4：84.3：1.63，其中，Re为稀土元素，稀土元素包括Ln系元素、Sc和Y中的至少一种。将称量的原料放入卧式球磨机内充分研磨混合后置于第一炉体的铂坩埚A中，在1100℃下使原料粉末熔融，保温2h后降至500℃，取出坩埚分批重复多次加入原料粉末，最后升温至1100℃，保温2h，同时将第一炉体升温至1100℃；将所述坩埚A内熔融状态的原料送至所述第一炉体内，控制第一炉体加热温度为1040℃铂金棒搅拌速率60r/min，每1-30min改变一次旋转方向，搅拌呈均匀熔体；
步骤S2：第二炉体放置第二个铂坩埚B，将原料加入坩埚B内重复步骤S1的熔融过程，加热并搅拌成均匀熔体后，随后控制第二炉体温度降至1040℃，铂金棒搅拌速率为60r/min，每1-30min改变一次旋转方向，至坩埚B内的原料形成均匀熔体后，等待送至第一炉体进行持续液相外延生长；
步骤S3：采用GGG(Gd3Ga5O12)为衬底，清洗衬底需依次将GGG衬底在去离子水中超声清洗两次，每次10min；在丙酮中超声清洗两次，每次10min；在酒精中超声清洗两次，每次10min；然后将衬底在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合液中煮沸20min；最后用去离子水冲洗5次，烘干备用；
待搅拌15h直至熔体表面呈现镜面后，将清洗后的衬底缓慢浸入到熔体内，在960℃温度下，衬底的旋转速度为80r/min，衬底与熔体的液面保持微小的角度(3-5°)，生长1-30min后，将单晶衬底缓慢提拉出熔体表面上方5-10cm处，保持40r/min转速等待坩埚交换。通过对温度的设定，使得第一炉体内厚膜生长结束后的较短时间间隔内(5-10min)，第二炉体内均匀熔体搅拌完成；同时在交换第一炉体与第二炉体中的坩埚，控制坩埚的温度变化在1-10℃以内。交换完成后，单晶衬底在新的熔体表面上方停留1-20min，使衬底温度接近熔体温度，同时等待坩埚温度达到稳定后，将衬底缓慢地浸入新的熔体内，重复步骤S2继续外延生长单晶RIG厚膜；同时，根据生长时间进度得到析出的溶质比例，通过计算向第二炉体内坩埚添加新的原料或溶剂，升温加热搅拌至均匀熔体，等待新一轮的坩埚交换，维持液相外延生长；待液相外延生长的单晶RIG厚膜达到预定厚度后，将单晶衬底缓慢升起，控制其降温速率直至室温后取出，避免由于热膨胀引起的薄膜开裂；最后将得到的表面具有一层RIG厚膜的单晶衬底，并在110℃热醋酸中清洗去除残留的助溶剂，得到本发明实施例所述的单晶RIG厚膜。
实施例2
本实施例中的一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，包括以下步骤：
步骤S1：以Re2O3、Fe2O3、PbO、B2O3为原料，其中，Re2O3、Fe2O3、PbO、B2O3的质量比为0.45：9.6：87.4：1.65，其中，Re为稀土元素，稀土元素包括Ln系元素、Sc和Y中的至少一种。将称量的原料放入卧式球磨机内充分研磨混合后置于第一炉体的铂坩埚A中，在1150℃下使原料粉末熔融，保温2h后降至500℃，取出坩埚分批重复多次加入原料粉末，最后升温至1150℃，保温2h，同时将第一炉体升温至1150℃；将所述坩埚A内熔融状态的原料送至所述第一炉体内，控制第一炉体加热温度为1060℃铂金棒搅拌速率60r/min，每1-30min改变一次旋转方向，搅拌呈均匀熔体；
步骤S2：在第二炉体放置第二个铂坩埚B，将原料加入坩埚B内重复步骤S1的熔融过程，加热并搅拌成均匀熔体后，随后控制第二炉体温度降至1060℃，铂金棒搅拌速率为60r/min，每1-30min改变一次旋转方向，至坩埚B内的原料形成均匀熔体后，等待送至第一炉体进行持续液相外延生长；
步骤S3：采用SGGG(Gd2.6Ca0.4Ga4.1Mg0.25Zr0.65O12)为衬底，清洗衬底需依次将SGGG衬底在去离子水中超声清洗两次，每次10min；在丙酮中超声清洗两次，每次10min；在酒精中超声清洗两次，每次10min；然后将衬底在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合液中煮沸20min；最后用去离子水冲洗5次，烘干备用；
待搅拌12h直至熔体表面呈现镜面后，将清洗后的衬底缓慢浸入到熔体内，在980℃温度下，衬底的旋转速度为80r/min，衬底与熔体的液面保持微小的角度(3-5°)，生长1-30min后，将单晶衬底缓慢提拉出熔体表面上方5-10cm处，保持40r/min转速等待坩埚交换。通过对温度的设定，使得第一炉体内厚膜生长结束后的较短时间间隔内(1-10min)，第二炉体内均匀熔体搅拌完成；同时在交换第一炉体与第二炉体中的坩埚，控制坩埚的温度变化在1-10℃以内。交换完成后，单晶衬底在新的熔体表面上方停留1-20min，使衬底温度接近熔体温度，同时等待坩埚温度达到稳定后，将衬底缓慢地浸入新的熔体内，重复步骤S2继续外延生长单晶RIG厚膜；同时，根据生长时间进度得到析出的溶质比例，通过计算向第二炉体内坩埚添加新的原料或溶剂，升温加热搅拌至均匀熔体，等待新一轮的坩埚交换，维持液相外延生长；待液相外延生长的单晶RIG厚膜达到预定厚度后，将单晶衬底缓慢升起，控制其降温速率直至室温后取出，避免由于热膨胀引起的薄膜开裂；最后将得到的表面具有一层RIG厚膜的单晶衬底，并在110℃热醋酸中清洗去除残留的助溶剂，得到本发明实施例所述的单晶RIG厚膜。
图2为本发明实施例单晶RIG厚膜的X射线衍射图，由图2可知，本发明得到的单晶RIG厚膜的晶胞参数为晶相为(444)方向。图3为本发明实例单晶RIG厚膜的AFM图，由图3可知，本发明得到的单晶RIG厚膜的结构致密，缺陷密度低，能够有效地满足磁光器件，特别是集成化磁光器件对厚膜的迫切需求。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，采用双坩埚液相外延炉进行制备，所述双坩埚液相外延炉包括相互连接的第一炉体、第二炉体、坩埚A和坩埚B，所述第一炉体和所述第二炉体间设有可打开或关闭的连接通道，所述坩埚A和所述坩埚B可通过连接通道实现在所述第一炉体和所述第二炉体内的位置交换，所述第一炉体用于厚膜外延生长和衬底更换，所述第二炉体用于备用熔体保温和原料更换；
所述制备方法包括如下步骤：
步骤S1：将原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体；
步骤S2：在所述第二炉体放置所述坩埚B，将所述原料加入所述坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用；
步骤S3：待所述坩埚A内的熔体表面呈现镜面后，将清洗后衬底放入所述熔体中进行液相外延生长，并通过所述坩埚B替换实现持续液相外延生长，重复步骤S2，维持液相外延生长至所需薄膜厚度后，取出所述衬底，并降温至室温后，得到单晶RIG厚膜。
2.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述原料包括Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3，所述Re2O3、Fe2O3、PbO和B2O3的质量比为(0.38-1.25):(9.5-18.75):(79.33-88.18):(0.67-1.94)，其中，Re为稀土元素，所述稀土元素包括Ln系元素、Sc和Y中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述将原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A内，加热并搅拌成均匀熔体，包括：将第一批所述原料加入位于所述第一炉体内的所述坩埚A后，将所述第一炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批所述原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批所述原料，再将所述第一炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批所述原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤至所述坩埚A内的全部所述原料呈熔融状态后，降温搅拌直至所述原料成均匀熔体。
4.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述将所述原料加入所述坩埚B内，加热并搅拌成均匀熔体后备用，包括：将第一批所述原料加入位于所述第二炉体内的所述坩埚B后，将所述第二炉体加热至1100℃-1200℃并搅拌使第一批所述原料呈熔融状态，保温2h后，降温至500℃，再加入下一批所述原料，再将所述第二炉体升温至1100℃-1200℃并搅拌使第二批所述原料呈熔融状态，保温2h，重复上述步骤，降温搅拌直至所述坩埚B内的所述原料形成均匀熔体后，等待送至所述第一炉体内。
5.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S1、S2中，所述均匀熔体的制备温度为1015℃-1060℃，搅拌速度为30-60r/min，且搅拌过程中每1-30min改变一次搅拌方向。
6.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述衬底为非磁性石榴石衬底，所述非磁性石榴石衬底包括GGG、YSGG、SGGG、NGG、GYSGG或GSGG中的任意一种。
7.根据权利要求6所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述衬底的清洗方式包括：将所述衬底依次在去离子水中超声清洗两次、在丙酮中超声清洗两次、在酒精中超声清洗两次后，在体积比为1:1的浓硫酸和硝酸的混合溶液中煮沸10-30min，用去离子水冲洗衬底3-5次后干燥。
8.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述液相外延生长过程中的生长温度为950℃-980℃，所述衬底的旋转速度为40-80r/min。
9.根据权利要求1所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述通过所述坩埚B替换实现持续液相外延生长，包括：将所述衬底缓慢提拉出所述熔体表面，保持所述衬底旋转，待坩埚交换后，再将所述衬底放入所述坩埚B的熔体内，实现持续液相外延生长，两次液相外延生长的间隔时间为1-10min。
10.根据权利要求9所述的单晶RIG厚膜的双坩埚液相外延制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述第一炉体与所述第二炉体在进行所述坩埚交换时，坩埚的温度变化范围为1℃-10℃。
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CH541353A (de) * 1972-11-20 1973-09-15 Ibm Vorrichtung zum epitaktischen Abscheiden von Halbleitermaterial durch Flüssigphasenepitaxie aus mindestens zwei Lösungen
CN101760775A (zh) * 2009-04-17 2010-06-30 南安市三晶阳光电力有限公司 一种连续液相外延法制备薄膜的方法和装置
CN103526282A (zh) * 2013-10-22 2014-01-22 北京大学东莞光电研究院 一种生长氮化物单晶体材料的装置及方法
CN105887201B (zh) * 2016-05-31 2018-06-19 电子科技大学 一种单晶石榴石厚膜的间歇式液相外延生长方法
CN205907390U (zh) * 2016-06-23 2017-01-25 山东天岳先进材料科技有限公司 一种多坩埚液相外延SiC晶体的承载装置
CN105970286B (zh) * 2016-06-23 2018-04-10 山东天岳先进材料科技有限公司 一种多坩埚液相外延SiC晶体的方法
CN107955969A (zh) * 2017-12-28 2018-04-24 河北同光晶体有限公司 一种持续供料的SiC单晶生长系统
CN110904500B (zh) * 2019-11-04 2021-09-28 南京同溧晶体材料研究院有限公司 一种多次籽晶可替换的导膜法蓝宝石晶体生长炉

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