稀土百科 | GGG基片制备

GGG单晶是制备稀土石榴石磁性单晶薄膜的良好衬底材料，在磁泡材料中被普遍用作“磁泡”的基片。GGG因晶格常数大，不易发生位错，因此易制成直径大，且无位错的单晶。

GGG单晶可采用直接法进行制备。以纯度为99.9%~99.999%的Gd₂O₃和Ga₂O₃为原料，Gd₃Ga₅O₁₂化学正比分配料，即以Gd₂O₃:Ga₂O₃=3:5（摩尔比）混合均匀，在1400℃左右结晶生长而成，但要得到性能均匀的晶体，需在熔体和晶体成分一致的条件下生长。

工业制法一般采用提拉法制备。它是将Gd₂O₃和Ga₂O原料在铱坩埚中，用高频感应炉加热，熔融后，浸入具有一定取向的籽晶，边旋转边拉制，控制上提速度等于晶体生长速度，便可得到直径均匀的晶棒。提拉生长过程采用电子计算机控制的红外电视系统生长钆镓石榴石，提拉速度为3~6mm/h,转速为60~80r/min.现已可稳定地生产直径为10cm,等径生长部分长度为60~80mm无缺陷GGG单晶。

要把GGG单晶加工成单晶薄片，薄片必须表面高度平整、表面粗糙度小于Ra0.008μm、无损伤，还要有合适的厚度（约0.4mm),否则将会带来不良的影响。如果GGG薄片表面上存在划痕，会引起外延膜的不连续，并引入大量的缺陷。表面不平，将使光刻掩膜不能很好地与基片保持平行，造成光刻图形畸变，从而在大面积光刻中严重影响精度，造成套刻失败。基片厚度不合适，会造成工艺上一系列的困难。

GGG单晶薄片制备工艺基本上与硅单晶片相同，只是化学机械抛光和退火等有所差异。化学机械抛光所用抛光剂一般用硅胶抛光膏，也可以用硅材料生产废液或水玻璃加入适量的盐酸配制。pH值约10,抛光盘转速为50~100r/min,被抛光压强为100~300g/c㎡,给抛光料速度1滴／秒。退火时，将GGG单晶片放在铂金舟中，在空气中以200℃/h升温至1200℃,保温3h,然后以200℃/h降温至400℃,然后随炉冷至室温。