一种减小YIG单晶薄膜线宽用GGG基片的处理方法与流程

本发明涉及微波铁氧体单晶薄膜制备领域，尤其涉及一种减小yig单晶薄膜线宽用ggg基片的处理方法。

背景技术：

1、石榴石（yig）铁氧体单晶因其具有低介电损耗、窄铁磁共振线宽、高旋光率等特性，是磁调谐滤波器、振荡器、限幅器、光隔离器等电子元件的核心材料，在卫星通讯、光纤通信、医疗、安防等领域得到广泛应用。随着现代信息技术与光纤通讯技术的发展，磁、光、电等器件也正向着小型化、平面化、集成化、低损耗的方向发展，对yig单晶薄膜材料的需求日益提升。对于yig单晶薄膜制备,目前通常使gd3ga5o12(ggg)单晶作为基片,这是因为ggg单晶具有与yig单晶材料同样的结构及相近的晶格常数，是目前已知最有利于yig单晶薄膜高质量外延生长的衬底基片。

2、铁磁共振线宽作为yig单晶材料微波应用的核心参数，也是衡量yig单晶薄膜品质的重要指标。ggg基片的品质直接影响外延yig薄膜生长质量，目前已知的商用的ggg基片均是通过机械化学抛光的加工手段获得的，不可避免的还是会在ggg基片的表面带来“加工缺陷层”，进而会传递到外延生长yig单晶薄膜内部，使yig单晶薄膜的铁磁共振线宽变大。

3、在现有技术中，公开号cn104831358a的中国专利公开了一种液相外延用钆镓石榴石单晶衬底的清洗方法（以下简称现有技术1），该专利中在清洗过程中使用重铬酸钾+浓硫酸+水的混合液通过反复快速浸洗实现对表面的腐蚀，实现界面缺陷及应力的减小。但是该方法存在以下缺点：1）使用重铬酸钾+浓硫酸进行腐蚀存在不确定性，容易造成基片的不均匀腐蚀，反而增加表面缺陷密度；2）在加热状态下腐蚀速度快，需采用短时间内反复浸洗，过程不可控，无法应用于批量制备。公开号cn113522848a的中国专利公开了一种铁氧体单晶衬底表面活化的方法(以下简称现有技术2)，该专利中通过在双氧水/盐酸或盐酸/磷酸的酸液中长时间浸泡的方式来实现对表面的轻微腐蚀，该方法对提升表面平整度有一定的效果，但其腐蚀的厚度有限（十纳米级），无法充分“取掉”加工缺陷层（通常在数百纳米级甚至是微米级），不利于0.4oe以下更小线宽的yig单晶薄膜的制备。

技术实现思路

1、本发明的目的就在于提供一种减小yig单晶薄膜线宽用ggg基片的处理方法，以解决上述问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种减小yig单晶薄膜线宽用ggg基片的处理方法，包括以下步骤：

3、（1）将ggg基片取出后置于无水乙醇中，超声处理；

4、（2）将步骤（1）处理后的ggg基片固定到夹具上，然后转移至抛光炉的预热区，并在250～300℃温度下预热；

5、（3）将步骤（2）处理后的ggg基片再移至热酸液中进行腐蚀抛光；

6、（4）将步骤（3）处理后的ggg基片转移到200～250℃的氢氧化钠溶液中浸泡后，再在80～100℃的去离子水中浸泡清洗；

7、（5）：步骤（4）处理后的ggg基片将转移至无水乙醇中超声10～15min后，在真空干燥箱中干燥处理后待用，以便后续直接用于制备超小线宽yig单晶薄膜。

8、作为优选的技术方案，所述超声时间10～15min。

9、作为优选的技术方案，步骤（2）中，转移速度为1～2cm/min；预热时间10-15min。

10、作为优选的技术方案，步骤（3）中，所述腐蚀抛光时间为3～3.5min。试验证明，抛光时间过长或者过短，都会增加表面粗糙度，进而增加单晶薄膜的铁磁共振线宽。

11、作为优选的技术方案，步骤（3）中，所述酸液为偏磷酸。

12、作为优选的技术方案，所述酸液的温度为300～350℃。试验证明，酸液温度过高或者过低，都会增加表面粗糙度，进而增加单晶薄膜的铁磁共振线宽。

13、作为优选的技术方案，步骤（4）中，将ggg基片转移到氢氧化钠溶液中的时间控制在10s以内。试验证明，转移时间过长，会增加表面粗糙度，进而增加单晶薄膜的铁磁共振线宽。

14、作为优选的技术方案，氢氧化钠溶液中浸泡时间为3-5min。

15、与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明通过热的偏磷酸进行二次抛光处理，工艺过程可控，易操作效率高，适用于批量制作；另外该方法可实现在保证ggg基片表面平整度同时，能有效均匀去除ggg基片表面加工损伤层，腐蚀去除厚度可到达μm级，消除基片加工缺陷对外延生长的yig单晶薄膜品质的影响，外延生长的yig单晶薄膜的铁磁共振线宽减小约30%，显著提升材料的微波性能。

技术特征：

1.一种减小yig单晶薄膜线宽用ggg基片的处理方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述超声时间10～15min。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（2）中，转移速度为1～2cm/min；预热时间10-15min。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述腐蚀抛光时间为3～3.5min。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（3）中，所述酸液为偏磷酸。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述酸液的温度为300～350℃。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤（4）中，将ggg基片转移到氢氧化钠溶液中的时间控制在10s以内。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，氢氧化钠溶液中浸泡时间为3-5min。

技术总结
本发明公开了一种减小YIG单晶薄膜线宽用GGG基片的处理方法，属于微波铁氧体单晶薄膜制备领域，本发明通过热的偏磷酸进行二次抛光处理，工艺过程可控，易操作效率高，适用于批量制作；另外该方法可实现在保证GGG基片表面平整度同时，能有效均匀去除GGG基片表面加工损伤层，腐蚀去除厚度可到达μm级，消除基片加工缺陷对外延生长的YIG单晶薄膜品质的影响，外延生长的YIG单晶薄膜的铁磁共振线宽减小约30%，显著提升材料的微波性能。

技术研发人员：魏占涛,李俊,李阳,帅世荣,刘庆元,魏源,蒋金秀,左林森,杨天颖,肖礼康,魏路,聂勇,何虹
受保护的技术使用者：西南应用磁学研究所（中国电子科技集团公司第九研究所）
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11