FR2533373A1 - DISK RESONATOR HAVING AN EPITAXIAL GRENATE LAYER AND MICROWAVE DEVICE PROVIDED WITH SUCH A DISK RESONATOR - Google Patents
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Abstract
RESONATEUR A DISQUE A UTILISER DANS DES OSCILLATEURS ET DES FILTRES DANS LA GAMME DE MICRO-ONDES PRESENTANT UNE COUCHE 2 DE GRENAT D'YTTRIUM FER EPITAXIALE PORTANT UN SUBSTITUANT ET APPLIQUEE SUR UN SUBSTRAT 1 DE GRENAT DE MEME STRUCTURE CRISTALLOGRAPHIQUE ET PRESENTANT PRATIQUEMENT LA MEME CONSTANTE DE RESEAU QUE CELLE DE LA COUCHE APPLIQUEE SUR CELUI-CI.DISK RESONATOR FOR USE IN OSCILLATORS AND FILTERS IN THE MICROWAVE RANGE HAVING AN EPITAXIAL IRON YTTRIUM GARNET LAYER 2 CARRYING A SUBSTITUENT AND APPLIED ON A GRENATE SUBSTRATE 1 OF THE SAME CRYSTALLOGRAPHIC STRUCTURE AND PRACTICALLY CONTAINING THE SAME NETWORK THAT THAT OF THE LAYER APPLIED ON IT.
Description
-1 - "Résonateur à disque présentant une couche de grenat épitaxiale et-1 - "Disk resonator having an epitaxial garnet layer and
dispositif à micro-ondes muni d'un tel résonateur à disque " L'invention concerne un résonateur à disque présentant un substrat en matériau de grenat à base de la composition A 3 Ga 5 12, A représentant au moins un ion du groupe IIIA de la classification périodique des éléments chimiques et présentant au moins une couche épitaxiale appliquée sur le substrat et réalisée en un matériau de grenat ferrimagnétique de la composition Y 3 Fe x Mx 012, M étant un ion non magnétique pouvant occuper tant des positions de réseau octaédriques que des positions de réseau tétraédriques. Des résonateurs à disque (axialement aimantés) peuvent être The invention relates to a disk resonator having a garnet material substrate based on the composition A 3 Ga 5 12, A representing at least one ion of the group IIIA of the periodic classification of the chemical elements and having at least one epitaxial layer applied to the substrate and made of a ferrimagnetic garnet material of the composition Y 3 Fe x M × 012, M being a non-magnetic ion that can occupy both octahedral network positions and tetrahedral network positions Disc resonators (axially magnetized) can be
utilisés par exemple comme résonateurs ferrimagnétiques pour des os- used, for example, as ferrimagnetic resonators for
cillateurs accordables et filtres dans la gamme d'ondes VHF, UHF, SHF Tunable tuners and filters in the VHF, UHF, SHF waveband
et EHF Ils peuvent en principe fonctionner à des fréquences de ré- and EHF They can in principle operate at frequencies of
sonance basses De plus, dans des résonateurs à disque, il ne se pro- In addition, in disc resonators, it does not occur
duit pas de couplage de la résonance ferromagnétique avec des modes no ferromagnetic resonance coupling with modes
magnétostatiques dégénérés.degenerate magnetostatics.
Ces résonateurs à disque se sont avérés efficaces en prati- These disk resonators have proved effective in practicing
que,-mais leur gamme d'utilisation nécessite cependant une épaisseur de disque monocristallin dans la gamme comprise entre 20 /um et that, however, their range of use requires a monocrystalline disk thickness in the range between 20 μm and
100/um Selon l'état actuel de la technique, de tels disques mono- 100 / um According to the current state of the art, such mono-
cristallins ne peuvent pas être réalisés sans problèmes De plus, un crystalline lenses can not be achieved without problems.
désavantage économique est que la réalisation de tels disques mono- economic disadvantage is that the production of such mono-
cristallins entraîne des frais assez élevés. crystalline causes quite high costs.
On a essayé de réaliser des résonateurs à disque d'une fa- We tried to make disk resonators in a way that
çon plus économique avec le procédé connu de la technique à couche mince, pour lesquels des couches épitaxiales, par exemple d'une épaisseur de couche de 3,um, respectivement 10 um, en (Y,La)3 (Fe, Ga)5012 sont déposées sur des substrats de Gd 3 Ga 5012 < 11 >disponibles dans le commerce (Mat Res Bull 12 more economical with the known method of the thin film technique, for which epitaxial layers, for example with a layer thickness of 3 μm, respectively 10 μm, in (Y, La) 3 (Fe, Ga) 5012 are deposited on Gd 3 Ga 5012 substrates <11> available commercially (Mat Res Bull 12
( 1977), pages 73 à 740).(1977), pp. 73-740).
Cette technique de couche est notablement plus économique que la réalisation de disques monocristallins monolithiques de grenat d'yttriumfer dopés à l'aide de gallium par exemple, du fait que la couche magnétique désirée est appliquée de façon épitaxiale dans une étape du processus (par exemple sans post-traitement) sur un substrat -2- moins coûteux par rapport aux disques monocristallins monolithiques de grenat d'yttrium-fer, et, de ce fait, il serait désirable de ne pas réaliser des résonateurs à disque présentant avec des disques monocristallins mais avec une structure correspondant aux couches This layer technique is notably more economical than the production of gallium-doped monolithic monocrystalline gallium-doped garnet discs for example, because the desired magnetic layer is epitaxially applied in one step of the process (e.g. without post-treatment) on a less expensive substrate compared to the monocrystalline monolithic yttrium-iron garnet disks, and, therefore, it would be desirable not to make disk resonators with monocrystalline disks but with a structure corresponding to the layers
épitaxiales.Epitaxial.
Il se présente cependant les désavantages suivants: Alors que des disques monocristallins monolithiques en However, there are the following disadvantages: Whereas monolithic monocrystalline disks in
Y 3 (Fe, Ga)5012 montrent pratiquement indépendamment de l'épais- Y 3 (Fe, Ga) 5012 show virtually independently of the thickness
seur de couche la largeur de raie de résonance ferrimagnétique dési- layer the ferrimagnetic resonance line width desired.
rée de A H < 100 A/m au-dessous de 2 G Hz, pour des couches de (Y, A H <100 A / m below 2 G Hz, for layers of (Y,
La)3 (Fe, Ga)5012 réalisées par voie épitaxiale sur des subs- La) 3 (Fe, Ga) 5012 epitaxially grown on
trats de Gd 3 Ga 5012 < 111 >, une épaisseur de couche croissant à partir d'environ 5/um s'accompagna d'une forte augmentation de la Gd 3 Ga 5012 <111>, a layer thickness increasing from about 5 / um was accompanied by a sharp increase in
largeur de raie de résonance ferromagnétique aussi bien qu'un anor- ferromagnetic resonance line width as well as an abnormality
tissement additionnel augmentant et une répartition irrégulière de la position et de l'intensité des raies de résonance séparées dans la gamme de fréquence du spectre de raies magnétostatique Du fait que increasing and an uneven distribution of the position and intensity of the separate resonance lines in the frequency range of the magnetostatic line spectrum.
des applications de résonateurs à disque comme résonateurs pour os- applications of disk resonators as resonators for os-
cillateurs et filtres dans la gamme de micro-ondes requièrent une épaisseur de couche du matériau actif de 5 um à 100 um, notamment In the microwaves range, the oscillators and filters require a layer thickness of the active material of 5 μm to 100 μm, in particular
de 20/um à 100/um, les couches de Y, La 3 (Fe, Ga)5012 con- from 20 μm to 100 μm, the layers of Y, La 3 (Fe, Ga) 50
nues ne peuvent pas être utilisées pour ce but. can not be used for this purpose.
L'invention est basée sur l'idée de perfectionner un réso- The invention is based on the idea of perfecting a reso-
nateur à disque du genre mentionné dans le préambule de façon que le résonateur à disque présentant des couches épitaxiales substituées de grenat d'yttrium-fer, une épaisseur de couche > 51 um présentant une largeur de raies de résonance ferrimagnétique de faible valeur disk type of the kind mentioned in the preamble so that the disk resonator having substituted yttrium-iron garnet epitaxial layers, a layer thickness> 51 μm having a low value ferrimagnetic resonance line width
comparable comme dans les résonateurs à disque constitués par un dis- comparable as in disc resonators consisting of a disc
que monocristallin monolithique en matériau de grenat ferrimagnéti- monolithic monocrystalline ferrimagnetic garnet material
que.than.
Conformément à l'invention, ce but est atteint du fait que A est choisi de façon que et/ou le substrat présente une composition répondant à la formule A 3 (Ga, D)5012, D représentant un ion non According to the invention, this object is achieved by the fact that A is chosen so that and / or the substrate has a composition having the formula A 3 (Ga, D) 5012, D representing a nonionic ion.
magnétique inférieur à l'ion gallium et peut occuper tant des posi- less than the gallium ion and can occupy both posi-
tions de réseau octaédriques que tétraédriques telles que les cons- octahedral and tetrahedral networks such as the
tantes de réseau ao du matériau de substrat et du matériau de cou- network of the substrate material and the substrate material.
che diffèrent, l'une de l'autre, d'un écart A a< non supérieur à different from one another, from a difference A to <not greater than
0,0003 nm.0.0003 nm.
-3- L'invention, qui est également relative à un dispositif à micro-ondes présentant un résonateur à disque comme décrit ci-dessus, The invention, which also relates to a microwave device having a disk resonator as described above,
est basée sur l'idée que la largeur de raie de résonance ferrimagné- is based on the idea that the ferrimagnetic resonance line width
tique est tributaire de la structure homogène du réseau cristallin du is dependent on the homogeneous structure of the crystal lattice of the
cristal constituant le corps de résonateur Cela n'est pas un problè- crystal constituting the resonator body This is not a problem
me pour les résonateurs à disque constitués par un disque monocris- for disc resonators consisting of a single disc
tallin monolithique en matériau de grenat ferrimagnétique Toutefois, il est difficile lorsque le monocristal de grenat ferrimagnétique est appliqué sous forme d'une couche épitaxiale sur un substrat de grenat de composition différente et, de ce fait, d'une constante de réseau Monolithic tallin ferrimagnetic garnet material However, it is difficult when ferrimagnetic garnet monocrystal is applied as an epitaxial layer on a garnet substrate of different composition and, therefore, a network constant
différente Pour obtenir une largeur de raie de résonance ferromagné- To obtain a ferromagnetic resonance line width
tique aussi faible que possible, il faut que le monocristal de subs- as low as possible, the single crystal of subsystem
trat présente une même structure cristallographique et une constante de réseau pratiquement égale à celle de la couche à appliquer Du fait que la composition de la couche et, de ce fait, son paramètre cristallographique doivent être définis pour la propriété magnétique It has the same crystallographic structure and a lattice constant almost equal to that of the layer to be applied. Because the composition of the layer and therefore its crystallographic parameter must be defined for the magnetic property.
désirée pour l'application de résonateurs, il faut adapter le subs- desired for the application of resonators, the
trat du point de vue cristallographique à la couche En effet, on a constaté que l'adaptation de la constante de réseau de la couche à celle du substrat par remplacement partiel de l'yttrium diamagnétique par du lanthane diamagnétique qui présente un plus grand rayon d'ions que l'yttrium, aboutit aux susdites propriétés désavantageuses de la couche. From the crystallographic point of view to the layer It has been found that the adaptation of the lattice constant of the layer to that of the substrate by partial replacement of the diamagnetic yttrium by diamagnetic lanthanum which has a larger radius of ions that yttrium, results in the aforesaid disadvantageous properties of the layer.
Dans d'autres formes de réalisation avantageuses de-lain- In other advantageous embodiments of la-
vention, le matériau de substrat présente une composition répondant à the substrate material has a composition corresponding to
l'une des formules Gd 3 (Ga, Al)5012; Y 3 Ga 5 012- one of the formulas Gd 3 (Ga, Al) 5012; Y 3 Ga 5 012-
Dy 3 Ga 5012 Y(Ga, Al)5012, Dy 3 (Ga, Al)5012 ou (Gd, Y)3 Ga 5 012 et le matériau de couche présente une composition répondant à 12 une des formules Y 3 (Fe' Ga)5012 ou Y 3 (Fe, Dy 3 Ga 5012 Y (Ga, Al) 5012, Dy 3 (Ga, Al) 5012 or (Gd, Y) 3 Ga 5 012 and the layer material has a composition corresponding to one of the formulas Y 3 (Fe 'Ga ) 5012 or Y 3 (Fe,
Al)5012.Al) 5012.
Les avantages obtenus avec l'invention consistent notamment dans le fait que le remplacement d'au moins une partie du gallium The advantages obtained with the invention consist in the fact that the replacement of at least a part of the gallium
et/ou du gadolinium dans le matériau de substrat par un ion présen- and / or gadolinium in the substrate material by an ion
tant un plus petit rayon d'ions que le gallium respectivement le ga- a smaller ion radius than gallium respectively
dolinium, comme par exemple de l'aluminium, de l'yttrium ou du dys- dolinium, such as aluminum, yttrium or dys-
prosium, permet d'obtenir une adaptation extrêmement précise de la constante de réseau du substrat à la constante de réseau de la couche -4à-appliquer chaque fois sur le substrat Ainsi, il est possible de prosium, makes it possible to obtain an extremely precise adaptation of the lattice constant of the substrate to the lattice constant of the layer -4 to be applied each time to the substrate. Thus, it is possible to
réaliser des résonateurs pouvant être obtenus comme structure de cou- realize resonators that can be obtained as a structure of cou-
che présentant des couches assez épaisses de grenat ferromagnétique. with fairly thick layers of ferromagnetic garnet.
Lorsqu'une partie des ions fer de la couche épitaxiale doit être remplacée par des ions aluminium, il est recommandé d'utiliser When a part of the iron ions of the epitaxial layer must be replaced by aluminum ions, it is recommended to use
des substrats présentant déjà des constantes de réseau très sembla- substrates already having very similar network constants
bles à celles de la couche à déposer (dans ce cas Y 3 (Fe, A 1)5012); comme matériau de substrat entre en ligne de compte Y 3 Ga 5012 ou Dy 3 Ga 5012 Une adaptation rigoureuse de la constante de réseau du matériau de substrat à celle du matériau de couche peut être obtenue en outre de façon analogue à celle décrite those of the layer to be deposited (in this case Y 3 (Fe, A 1) 5012); as a substrate material is suitable Y 3 Ga 5012 or Dy 3 Ga 5012 A rigorous adaptation of the network constant of the substrate material to that of the layer material can be obtained in a manner similar to that described
ei-dessus pour le grenat de gadolinium-gallium. above for gadolinium gallium garnet.
La description ci-après, en se référant aux dessins an- The following description, with reference to the drawings
nexés, le tout donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien com- nexés, all given as a non-limitative example, will make a good
prendre comment l'invention peut être réalisée. take how the invention can be realized.
La figure 1 représente les spectres de raie de résonance ferrimagnétiques de couches épitaxiales (Y 3, La)3 (Fe, Ga)5012 d'épaisseur différente sur des substrats de Gd 3 Ga 5012 (état de la technique), La figure 2 représente un spectre de raies de résonance ferrimagnétique d'une couche épitaxiale de Y 3 Fe 44 Gao, 6012 FIG. 1 represents the ferrimagnetic resonance line spectra of epitaxial (Y 3, La) 3 (Fe, Ga) 5012 layers of different thickness on substrates of Gd 3 Ga 5012 (state of the art), FIG. a spectrum of ferrimagnetic resonance lines of an epitaxial layer of Y 3 Fe 44 Gao, 6012
sur un substrat de grenat de gadolinium-gallium portant comme substi- on a substrate of gadolinium gallium garnet bearing as a substitute
tuant de l'yttrium (disque de résonateur conforme à l'invention), et La figure 3 montre un disque de résonateur en un substrat killing yttrium (resonator disk according to the invention), and Fig. 3 shows a resonator disk in a substrate
supportant une couche de grenat d'yttrium-fer formée par voie épita- supporting a layer of yttrium-iron garnet formed epitaxially
xiale.xiale.
Exemple 1Example 1
Pour une couche épitaxiale de grenat d'yttrium-fer 2 à ap- For an epitaxial layer of yttrium-iron garnet 2 to
pliquer sur un substrat et portant des substituants, présentant une constante de réseau a O = 1,2366 nm, on utilisa, comme substrat, un plating on a substrate and carrying substituents, having a lattice constant at O = 1.2366 nm, was used as substrate, a
monocristal de la composition Gd 2 5 Yo Ga 5012. single crystal of the composition Gd 2 5 Yo Ga 5012.
2,5 05 a 512.2,5 05 to 512.
D'abord on va décrire la réalisation de ce cristal mixte: Les substances de départ ( 324,14 g de Gd 203, 333,86 g de Ga 203 et 42,0 g de Y 203; poids total 700 g) furent mélangées, First, we will describe the production of this mixed crystal: The starting substances (324.14 g of Gd 203, 333.86 g of Ga 203 and 42.0 g of Y 203, total weight 700 g) were mixed,
pressées dans une forme cylindrique et frittées à l'air à 1400 C. pressed in a cylindrical form and sintered in air at 1400 C.
Puis, le corps fritté fut fondu dans un creuset en iridium Then, the sintered body was melted in an iridium crucible
chauffé par voie inductive à environ 1900 C dans un appareil de tira- inductively heated to about 1900 ° C in a pulling machine.
-5- ge de cristaux fermé L'appareil est traversé par un mélange gazeux constitué par 20 % de N 2 + 80 % de C 02 Comme germe sert une barre Crystallization of the crystals closed The apparatus is traversed by a gaseous mixture consisting of 20% of N 2 + 80% of C 02.
monocristalline cylindrique en grenat de gadolinium/gallium Le pro- cylindrical monocrystalline gadolinium / gallium garnet
cessus de tirage s'effectue de façon connue selon le procédé de Czochralski La vitesse de croissance est de 5,0 mm/h, la vitesse de rotation de 45 t/min Le cristal formé présentait une longueur de 100 mm et un diamètre maximal de 35 mm La constante de réseau A ao était de 1, 2366 nm, l'écart A ao de la valeur pour la constante de réseau entre le début de croissance et la fin de croissance ne dépassant pas 2 10-4 nm A partir des monocristaux ainsi formés The extraction is carried out in a known manner according to the Czochralski process. The growth rate is 5.0 mm / h, the rotation speed is 45 rpm. The crystal formed has a length of 100 mm and a maximum diameter of 35 mm The lattice constant A ao was 1, 2366 nm, the difference A ao of the value for the lattice constant between the beginning of growth and the end of growth not exceeding 2 10-4 nm From single crystals trained
constitués par du grenat de gadolinium-gallium portant comme substi- consisting of gadolinium-gallium garnet bearing as a substitute
tuant de l'yttrium furent coupés des disques orientés selon < 111 > killing of yttrium were cut off disks oriented according to <111>
d'une épaisseur de 0,5 mm Au cours d'un processus d'épitaxie en pha- thickness of 0.5 mm During a phase epitaxial
se liquide, les disques de substrat coupés, à partir du monocristal, perpendiculairement à la direction de croissance furent immergés dans une solution en fusion de la composition correspondant aux couches à réaliser pour la réalisation des couches de grenat ferrimagnétiques de la composition Y 3 Fe 44 Ga 0,6012 selon la techniqe connue the substrate disks cut from the single crystal, perpendicular to the direction of growth, were immersed in a molten solution of the composition corresponding to the layers to be produced for producing the ferrimagnetic garnet layers of the composition Y 3 Fe 44 Ga 0.6012 according to the known technique
(voir par exemple J of Cryst Growth 52 ( 1981) pages 722 à 728. (see for example J of Cryst Growth 52 (1981) pages 722-728.
Comme bain pour la réalisation de couches de grenat d'yt- As a bath for making garnet layers of yt-
trium-fer portant des substituants et présentant la composition trium-iron bearing substituents and having the composition
Y 3 Fe,44 Gao,6012 fut utilisé un bain de 2000 g de la composi- Y 3 Fe, 44 Gao, 6012 was used a bath of 2000 g of the composition
tion suivante (indication en % en moles): Pb O 81,75 following indication (in% by mole): Pb O 81,75
B 203 5,74B 203 5.74
0,66 Y 203 Fe 203 11,26 Ga O 3 0,59 Ces substances de départ furent fondues à 1050 C dans une creuset en platine et agitées pendant plusieurs heures à l'aide d'un 0.66 Y 203 Fe 203 11.26 Ga O 3 0.59 These starting materials were melted at 1050 C in a platinum crucible and stirred for several hours using a
agitateur de platine pour assurer l'homogénéisation Le bain fut re- platinum stirrer to ensure homogenization The bath was
froidi à 965 C et la température fut maintenue constante Le substrat fixé dans un récipient en platine fut immergé dans le bain et tourné à une vitesse de rotation de 80 t/min En 30 minutes, il se forma sur le substrat une couche d'une épaisseur de 31/um de la The substrate fixed in a platinum container was immersed in the bath and rotated at a speed of rotation of 80 rpm. thickness of 31 / um of the
composition indiquée.composition indicated.
-6--6-
La figure 2 représente le spectre de raies de résonance fer- FIG. 2 represents the spectrum of ferro-resonance lines
rimagnétique de ladite couche épitaxiale de Y 3 Fe 4 Gao 6012 rimagnetic of said epitaxial layer of Y 3 Fe 4 Gao 6012
d'une épaisseur de 31 /um sur un substrat de Gd 2 Yo Ga 5012. of a thickness of 31 μm on a substrate of Gd 2 Yo Ga 5012.
L'intensité et la position régulière des raies de résonance et de la largeur de raie de résonance ferrimagnétique d'environ 40 A/m correspond aux valeurs à atteindre avec un disque monocristallin The intensity and the regular position of the resonance lines and the ferrimagnetic resonance line width of approximately 40 A / m correspond to the values to be achieved with a monocrystalline disk
monolithique en Y 3 (Fe, Ga)5012 comme cristal de résonateur. monolithic Y 3 (Fe, Ga) 5012 as resonator crystal.
Contrairement au spectre de raies de résonance selon la figure 2, les spectres de raies de résonance selon la figure 1, qui concernent des couches de (Y, La)3 (Fe, Ga)5012 connues sur des substrats de Gd 3 Ga Oî 12, montrent, pour une épaisseur de couche croissante, une position irrégulière des raies de résonance, aussi bien qu'un amortissement additionnel dans la gamme du spectre de raie magnétostatique perturbé, qui se perçoit du fait que le signal à micro-ondes ne retourne pas au niveau de référence du dispositif de mesure entre les raies de résonance séparées, comme dans le cas du spectre de raies de résonance non perturbé selon la figure 2 Sur les In contrast to the resonance line spectrum according to FIG. 2, the resonance line spectra according to FIG. 1, which relate to known (Y, La) 3 (Fe, Ga) 5012 layers on Gd 3 Ga O 12 substrates. , show, for increasing layer thickness, an irregular position of the resonance lines, as well as an additional damping in the range of the disturbed magnetostatic line spectrum, which is perceived by the fact that the microwave signal does not return at the reference level of the measuring device between the separated resonance lines, as in the case of the undisturbed resonance line spectrum according to FIG.
deux figures, d signifie l'épaisseur de couche de la couche épitaxia- two figures, d denotes the layer thickness of the epitaxial layer
le en question, les niveaux de référence du dispositif de mesure pour la couche examinée en question furent enregistrés à une intensité de champ magnétique élevée, de sorte que la résonance ferromagnétique de la couche se situe largement au-dessus de la gamme de fréquences de In this respect, the reference levels of the measuring device for the examined layer in question were recorded at a high magnetic field strength, so that the ferromagnetic resonance of the layer is well above the frequency range of
mesure choisie.chosen measure.
Comme exemple pour l'adaptation de la constante de réseau a O du substrat à celle de la couche épitaxiale désirée fut décrite, avec l'exemple 1, la possibilité de partir d'un matériau de grenat pour le substrat à base de la composition A 3 Ga 5012, A étant du gadolinium avec de l'yttrium comme substituant Le technicien est libre d'utiliser, au lieu du gadolinium et de l'yttrium, au moins un As an example for the adaptation of the lattice constant α of the substrate to that of the desired epitaxial layer was described, with Example 1, the possibility of starting from a garnet material for the substrate based on the composition A 3 Ga 5012, A being gadolinium with yttrium as substituent The technician is free to use, instead of gadolinium and yttrium, at least one
autre élément approprié du groupe IIIA de la classification périodi- another appropriate element of group IIIA of the periodic classification
que des éléments chimiques Toutefois, pour adapter la constante de réseau ao du substrat à-celle de la couche, on peut procéder avec However, to adapt the network constant ao of the substrate to that of the layer, it is possible to proceed with
succés également de façon qu'une partie des ions gallium soit rempla- also succeeded so that a part of the gallium ions is replaced
cée par exemple par un ion non magnétique plus petit, par exemple de l'aluminium Une autre possibilité de l'adaptation de la constante de réseau 3 du substrat à celle de la couche est de remplacer tant -7- une partie des ions galliumn par exemple par des ions aluminium et de faire un choix approprié pour A dans les éléments du groupe IIIA de for example, by a smaller nonmagnetic ion, for example aluminum Another possibility of adapting the substrate constant 3 of the substrate to that of the layer is to replace part of the gallium ions by example by aluminum ions and make an appropriate choice for A in the elements of group IIIA of
la classification périodique des éléments chimiques. the periodic classification of the chemical elements.
Ces diverses possibilités de l'adaptation de leurs constan- These various possibilities of adapting their constants
tes de réseau ao peuvent être effectuées sans inconvénients pour le ao network can be done without inconvenience to the
technicien On ne donne à cet effet qu'un seul autre exemple expli- technician This is just one more example
quant la version du remplacement du gallium par de l'aluminium dans un substrat de grenat de gadolinium-gallium et l'adaptation visée de the version of the replacement of gallium by aluminum in a gadolinium-gallium garnet substrate and the intended adaptation of
la constante de réseau ao du substrat à celle d'une couche de gre- the network constant ao of the substrate to that of a layer of
nat d'yttrium-fer portant du gallium comme substituant. nat of yttrium-iron carrying gallium as a substitute.
Exemple 2Example 2
Pour une couche épitaxiale de Y 3 Fe 1 Ga 09012 à appliquer sur un substrat et présentant une constante de réseau a For an epitaxial layer of Y 3 Fe 1 Ga 09012 to be applied to a substrate and having a lattice constant
= 1, 2363 nm est utilisée, comme substrat, un monocristal de la com- = 1, 2363 nm is used, as a substrate, a single crystal of the
position Gd 3 Ga 4,7 Al 0,3012 D'abord on décrit la réalisation de ce cristal mixte: Les substances de départ( 408,00 g de Gd 203, 330,52 g de position Gd 3 Ga 4.7 Al 0.3012 First, the production of this mixed crystal is described: The starting substances (408.00 g of Gd 203, 330.52 g of
Ga 203 et 11,148 g de A 12 3, poids total 750 g) furent mélan- Ga 203 and 11.148 g of A 12 3, total weight 750 g) were mixed
23 12323 123
gées, pressées dans une forme cylindrique et frittées à l'air à pressed into a cylindrical shape and sintered in the air at
13607 C.13607 C.
Puis, le corps fritté fut fondu dans un creuset en iridium Then, the sintered body was melted in an iridium crucible
chauffé par voie inductive à-environ 1850 C dans un appareil de tira- inductively heated to about 1850 C in a pulling apparatus
ge de cristal fermé L'appareil fut traversé par un mélange gazeux constitué par 50 % de N 2 + 50 % de C 02 o Comme germe sert une barre Closed Crystal Age The apparatus was crossed by a gas mixture constituted by 50% of N 2 + 50% of C 02 o As germ serves a bar
monocristalline cylindrique en grenat de gadolinium-gallium Le pro- cylindrical monocrystalline gadolinium-gallium garnet
cessus de tirage fut effectué de façon connue selon le procédé de Czochralski La vitesse de croissance est de 5,0 mm/h, la vitesse de rotation de 33 t/min Le cristal formé présentait une longueur de 80 mm et un diamètre maximal de 40 mmo La constante de réseau a était o The drawing was carried out in a known manner according to the Czochralski process. The growth rate was 5.0 mm / h, the rotation speed was 33 rpm. The formed crystal had a length of 80 mm and a maximum diameter of 40 mm. mmo The network constant was o
de 1,2363 nm, l'écart à a de la valeur pour la constante de ré- of 1.2363 nm, the difference at a of the value for the constant of
seau entre le début de croissance et la fin de croissance ne dépas- bucket between the beginning of growth and the end of growth does not
sant pas 1 10-4 nm A partir des monocristaux de Gd 3 Ga 4 A 103 O A 12 ainsi formés furent coupés des disques Not 1 10-4 nm From the single crystals of Gd 3 Ga 4 A 103 O A 12 thus formed were cut disks
orientes selon 1113 d'une épaisseur de 0,5 mm et polis Les dis- oriented according to 1113 with a thickness of 0.5 mm and polished
ques de substrat à partir du monocristal formé coupés perpendiculai- of the substrate from the single crystal formed cut perpendicularly
rement à la direction de croissance, furent immergés selon un proces- in the direction of growth, were immersed in a process
sus d'épitaxie en phase liquide dans une solution en fusion d'une -8composition correspondant aux couches à réaliser pour la réalisation de couches de grenat ferrimagnétiques de la composition the liquid phase epitaxy in a molten solution of a -composition corresponding to the layers to be produced for the realization of ferrimagnetic garnet layers of the composition
A 3 Fe 4 Gar 9012 selon la technique connue (comparer par exem- A 3 Fe 4 Gar 9012 according to the known technique (compare, for example,
ple J of Cryst Growth 52 ( 1981), pages 722 bis 728) comme bain pour la réalisation de couches de Y 3 Fe 1 Ga 09 12 fut utilisé un bain de 2000 g de la composition suivante (indication en % en moles): Pb O 84,23 J of Cryst Growth 52 (1981), pages 722 bis 728) as a bath for producing layers of Y 3 Fe 1 Ga 09 12 was used a bath of 2000 g of the following composition (indication in% by moles): Pb O, 84.23
B O 5,90B O 5.90
y 203 8,37 Fe 203 0,62 Ga 23 0,88 Les substances de départ furent fondues à 1050 'C dans un y 203 8.37 Fe 203 0.62 Ga 23 0.88 The starting materials were melted at 1050 ° C. in a
creuset en platine et agitées pendant plusieurs heures avec un agita- platinum crucible and stirred for several hours with a stirring
teur en platine pour assurer l'homogénéisation Le bain fut refoidi à 9340 C et la température fut maintenue constante Le substrat fixé dans un récipient en platine fut immergé dans le bain et tourné à une vitesse de rotation de 70 t/min Au cours de 40 minutes de croissance il se forma une couche d'une épaisseur de 34 um de la composition The bath was cooled to 93 ° C. and the temperature was kept constant. The substrate fixed in a platinum vessel was immersed in the bath and rotated at a speed of rotation of 70 rpm. minutes of growth a layer of thickness of 34 μm was formed
indiquée sur le substrat.indicated on the substrate.
D'une façon générale, il y a lieu de noter que l'épaisseur de la couche épitaxiale est tributaire des exigences de couplage en question au résonateur Le technicien n'aura pas en peine de choisir In general, it should be noted that the thickness of the epitaxial layer is dependent on the coupling requirements in question to the resonator The technician will not have trouble choosing
l'épaisseur de couche optimale à base desdits paramètres. the optimum layer thickness based on said parameters.
-9--9
Claims (13)
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