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DE2418711A1 - Single crystals of bismuth rare-earth garnets - lead-free bismuth gadolinium iron garnets with high faraday effect - Google Patents

Single crystals of bismuth rare-earth garnets - lead-free bismuth gadolinium iron garnets with high faraday effect

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Publication number
DE2418711A1
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Authority
DE
Germany
Prior art keywords
mol
garnet
bismuth
single crystals
crystal
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.)
Pending
Application number
DE2418711A
Other languages
German (de)
Inventor
Shinichi Ito
Itsuo Mikami
Satoshi Taniguchi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE2418711A1 publication Critical patent/DE2418711A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

A mixt. of oxides is used in the desired proportions, except that more bismuth oxide or boric oxide is used than the theoretical amt. required to form the single crystal; the mixt. is melted and cooled at a rate of 0.1-10 degrees C./hour to 950 degrees C., then cooled to room temp. Alternatively, the melt temp. can be reduced below the saturation temp. and a garnet inoculant used. Bismuth doped, rare-earth-iron garnet single crystals can be crystallised from their own melts within area (ABCD) of a pseudo-ternary diagram where B2O3 can be used in place of Bi2O3 up to concn. of 0.5 mol. per mol. of Bi2O3. The compsns. (all in mol.%) are (A) 30 Bi2O3, 69.5 Fe2O3, 0.5 R2O3 (R is a rare-earth metal); (B) 30 Bi2O3, 43.75 Fe2O3, 26.5 R2O3; (D) 57.5 Bi2O3, 26.6 Fe2O3, 15.9 R2O3; and (C) 57.5 Bi2O3, 42 Fe2O3, 0.5 R2O3. By using a starting mixt. of 45.8 Bi2O3, 9.7 Gd2O3, 38.8 Fe2O3, 5.7 B2O3 the garnets produced amounted to 95% of all the crystals obtd. Both homoepitactic and heteroepitactic single crystals can be made, heteroepitactic meaning that the inoculant crystal has a different chemical compsn. to the crystal being grown.

Description

Verfahren zur Herstellung wismutdotierter Eisenaranateinkristalle Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung wismutdotierter Eisengranateinkristalle. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung bleifreier mit Wismut dotierter Seltenerdmetall-Eisen-ranateinkristalle aus der Schmelze. Process for the production of bismuth-doped iron aranate single crystals The invention relates to a method for producing bismuth-doped iron garnet single crystals. In particular, the invention relates to a method of making lead-free with Bismuth-doped rare earth iron ranate single crystals from the melt.

Ein mit Wismut dotierter Seltenerdmetall-Eisen-Granat (im folgenden BiRIG) kann durch die allgemeine Formel R3-xBixFe5-yAyO12 dargestellt werden. In dieser Formel ist O<x # 1,5, O # - y<5, R eines oder mehrere der Seltenerdmetallelemente und A mindestens ein für Eisen substituierbares Element.A rare earth iron garnet doped with bismuth (hereinafter BiRIG) can be represented by the general formula R3-xBixFe5-yAyO12. In of this formula, O <x # 1.5, O # - y <5, R is one or more of the rare earth elements and A at least one element that can be substituted for iron.

Der Sammelname "Seltenerdmetall" unrfasst dabei entsprechend der üblichen Nomenklatur die Elemente Sc, Y und La bis Lu einschliesslich. Der BiRIG wird durch Ersatz eines Teils der Seltenerdmetallelemente im Seltenerdmetall-Eisen-Granat (im folgenden RIG) gebildet. Der BiRIG zeichnet sich durch eine besonders hohe Faraday-Rotation, d.h.The collective name "rare earth metal" does not include the usual one Nomenclature including the elements Sc, Y and La to Lu. The BiRIG is through Replacement of some of the rare earth elements in the rare earth iron garnet (im following RIG). The BiRIG is characterized by a particularly high Faraday rotation, i.e.

durch eine besonders starke Drehung der Ebene des polarisierten Lichtes bei Transmission aus.by a particularly strong rotation of the plane of polarized light in transmission off.

Der BiRIG konnte bisher jedoch nur polykristallin erhalten werden. In polykristallinem Material wird einfallendes Licht jedoch an den Korngrenzen reflektiert und diffus gestreut. Der effektive Absorptionskoeffizient a wird dadurch spürbar erhöht. Entsprechend wird die Güteziffer F/a der magnetischen Drehung vermindert. In dieser Güteziffer ist F der Drehwinkel der Polarisationsebene bei einer Probenschichtdicke, bei der die Intensität des Transmissionslichtes um 1 dB vermindert wird. Die Güteziffer der Faraday-Rotation, wie sie im Rahmen der Beschreibung für die BiRIG-Einkristalle benutzt wird, hat also die Dimension Grad/dB. Zur Verbesserung der Gtiteziffer sind Einkristalle hoher Qualität erforderlich.So far, however, the BiRIG could only be obtained in polycrystalline form. In polycrystalline material, however, incident light is reflected at the grain boundaries and diffusely scattered. This makes the effective absorption coefficient a noticeable elevated. Correspondingly, the figure of merit F / a of the magnetic rotation is decreased. In this figure of merit, F is the angle of rotation of the plane of polarization for a sample layer thickness, in which the intensity of the transmitted light is reduced by 1 dB. The figure of merit the Faraday rotation, as described in the description for the BiRIG single crystals is used, so has the dimension degree / dB. To improve the Gtite number are High quality single crystals required.

Beim Vermischen eines Oxidgemisches in Verhältnissen, die einer stabilen Zusammensetzung im Phasendiagraimn des BiRIG entsprechen, und Erhitzen auf eine Temperatur unterhalb des Schmelzpunktes des Gemisches und Abkühlen wird zwar der BiRIG durch Festkörperreaktion phasenrein gebildet, jedoch wird nur polykristallines Material erhalten.When mixing an oxide mixture in proportions that are stable Composition in the phase diagram of the BiRIG correspond, and heating to one Temperature below the melting point of the mixture and cooling is indeed the BiRIG is formed in a single phase by solid-state reaction, but it is only polycrystalline Material received.

Erhitzt man das gleiche der Sollzusarmuensetzung entsprechend eingewogene Oxidgemisch bis über den Schmelzpunkt und lässt die Schmelze dann allmählich abkühlen, so erhält man beim Abkühlen nicht die gewünschte Granatphase. Vielmehr scheidet sich zunächst eine Fremdphase ab.If you heat the same weighed in according to the target composition Oxide mixture up to above the melting point and then allows the melt to cool down gradually, in this way, the desired garnet phase is not obtained on cooling. Rather, part First off a foreign phase.

Einwandfreie BiRIG-Einkristalle können auf diese Weise nicht erhalten werden. Insbesondere bei der Verwendung von Bi 203 im Ausgangsoxidgemisch ist es unmöglich, technisch brauchbare BiRIG-Einkristalle in brauchbarer Ausbeute zu erhalten.Flawless BiRIG single crystals cannot be obtained in this way will. It is particularly important when using Bi 203 in the starting oxide mixture impossible to obtain technically useful BiRIG single crystals in useful yield.

Zur Überwindung dieser Schwierigkeiten bietet sich das Kristallisieren aus Flussmittelschmelzen an. Bei der Herstellung von wismutfreien RIG werden PbO, PbO-PbF2, PbO-B2O3, PbO-PbP2-B203, BaO-B203 und andere Flussmittelgemische verwendet. Bei der Verwendung von Bi203 als Flussmittel für die Züchtung von Granateinkristallen muss der Nachteil eines unkontrollierten und unkontrollierbaren Einbaus von Wismut in die Granatphase in Kauf genommen werden. In der Praxis werden Einkristalle zwar aus einer PbO- oder PbF2-Schmelze gezüchtet, jedoch werden dabei auch erhebliche Mengen Blei in den Granateinkristall eingebaut. Es können auf diese Weise keine reinen BiRIG-Einkristalle erhalten werden.Crystallization is an ideal way of overcoming these difficulties from flux melts. In the manufacture of bismuth-free RIG, PbO, PbO-PbF2, PbO-B2O3, PbO-PbP2-B203, BaO-B203 and other flux mixtures used. When using Bi203 as a flux for growing garnet single crystals must have the disadvantage of an uncontrolled and uncontrollable incorporation of bismuth must be accepted into the garnet phase. In practice, they are single crystals grown from a PbO or PbF2 melt, however, there will also be significant Lots of lead built into the garnet single crystal. It can't do it this way pure BiRIG single crystals can be obtained.

Durch den Einbau des zweiwertig vorliegenden Bleis in den wachsenden Granatkristall treten vor allem auch Umladungen des Eisen(III) ein. So werden beispielsweise Fe4+-Ionen gebildet. Dadurch wird der Absorptionskoeffizient des Einkristalls spürbar erhöht. Durch die Züchtung von BiRIG-Einkrisial len aus PbO oder PbF2 oder andere Bleisalze enthaltenden Schmelzen werden daher nur Kristalle mit ausgesprochen schlechter Güte ziffer erhalten.By incorporating the bivalent lead into the growing Garnet crystal also occurs primarily in reloading of iron (III). For example Fe4 + ions formed. This makes the absorption coefficient of the single crystal noticeable elevated. By growing BiRIG single crystals from PbO or PbF2 or others Melts containing lead salts are therefore only crystals with markedly poorer properties Quality number received.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von bleifreien BiRIG-Einkristallen zu schaffen, das wirtschaftlich arbeitet, niedrige Abscheidungstemperaturen zulässt und Kristalle hoher Güte liefert.The invention is therefore based on the object of a method for To create lead-free BiRIG single crystals that work economically, allows low deposition temperatures and high quality crystals supplies.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird erfindungsgemäss ein Verfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man die Oxide im gewünschten Kationenverhältnis des Granats einwiegt, wobei man jedoch das Wismutoxid oder ein Gemisch von Wismutoxid und Boroxid in einer Menge einwiegt, die über der für den Einkristall vorgesehenen Sollmenge liegt, dass man die Oxide mischt und schmilzt, dass man die Schmelze mit 0,1 -10 0C/h bis auf 950 OC gesteuert abkühlt und dass man dann auf Zimmertemperatur abkühlt.To solve this problem, according to the invention, a method of Proposed type mentioned at the beginning, which is characterized in that the Weighing in oxides in the desired cation ratio of the garnet Weighs in bismuth oxide or a mixture of bismuth oxide and boron oxide in an amount that is above the target amount intended for the single crystal that the oxides mixes and melts by controlling the melt at 0.1-10 ° C./h up to 950 ° C. cools down and then cools down to room temperature.

Gegenstand der Erfindung ist also die Herstellung bleifreier BiRIG-Einkristalle durch Vermischen der entsprechenden Oxide im Kationenverhältnis der angestrebten sollzusammensetzung des Granats, wobei das Wismut, das vorzugsweise als Bi203 eingewogen wird, in einer Menge eingewogen wird, die über der der Sollmenge der Granatzusammensetzung liegt. Das dieserart eingewogene Oxidgemisch wird dann aufgeschmolzen. Die Schmelze wird mit vorgegebener und überwachter Abkühlgeschwindigkeit abgekühlt bis der Einkristall in der gewünschten Weise wächst. Alternativ kann die Schmelze bis zu einer Temperatur unterhalb der Sättigungstemperatur abgekühlt werden. In die so abgekühlte Schmelze wird dann ein Impfkristall getaucht. Dieser Impfkristall ist vorzugsweise ein Granat, der eine dem zu züchtenden Granat möglichst ähnliche Kristallstruktur, jedoch eine andere chemische Zusammensetzung als dieser hat.The invention therefore relates to the production of lead-free BiRIG single crystals by mixing the corresponding oxides in the desired cation ratio Soll composition of the garnet, the bismuth, which is preferably weighed as Bi203 is weighed in an amount greater than the target amount of the garnet composition lies. The oxide mixture weighed in this way is then melted. The melt is cooled with a specified and monitored cooling rate until the single crystal grows in the way you want. Alternatively, the melt can be up to a temperature be cooled below the saturation temperature. In the melt that has cooled down in this way a seed crystal is then immersed. This seed crystal is preferably a garnet, the one crystal structure as similar as possible to the garnet to be grown, but one has a different chemical composition than this.

Durch einen Zusatz von B203 als Flussmittel zum Ausgangsoxidgemisch kann die Absche idungstemperatur erniedrigt werden.By adding B203 as a flux to the starting oxide mixture the deposition temperature can be lowered.

Der Vorteil des Verfahrens der Erfindung liegt vor allem darin, dass BiRIG-Einkristalle hoher kristallographischer und optischer Güte erhalten werden. Vor allem sind die so erhaltenen Einkristalle frei von jeder Verunreinigung, beispielsweise von Blei, die die optische Qualität des Granats beeinträchtigen.The main advantage of the method of the invention is that BiRIG single crystals of high crystallographic and optical quality can be obtained. Above all, the single crystals thus obtained are free from any impurity, for example of lead, which impair the optical quality of the garnet.

Wenn dem Oxidgemisch bzw. der Schmelze B203 in einer Menge von nicht über 0,5 mol je mol Bi203 zugesetzt wird, werden Granateinkristalle mit hervorragenden optischen Eigenschaften selbst dann erhalten, wenn äusserst geringe Anteile von Bor im so erhaltenen BiRIG-Einkristall eingebaut sind. Da das Bor jedoch als B3+ eingebaut wird, tritt vor allem keine Umladung der Eisenionen ein.If the oxide mixture or the melt B203 in an amount of not More than 0.5 mol per mol of Bi203 is added, garnet single crystals with excellent optical properties are retained even when extremely low proportions of Boron are incorporated in the BiRIG single crystal thus obtained. However, since the boron is called B3 + is installed, there is above all no charge reversal of the iron ions.

Der Absorptionskoeffizient des BiRIG-Einkristalls wird durch die Gegenwart solcherart eingebauter geringer Bormengen nicht beeinflusst.The absorption coefficient of the BiRIG single crystal is determined by the presence small amounts of boron incorporated in this way are not affected.

Durch die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung, nach der dem Ausgangsoxidgemisch Boroxid zugesetzt wird, kann die Abscheidungstemperatur für die BiRIG-Einkristallzüchtung wahlweise im Bereich zwischen 700 und 1200 OC verschoben und festgelegt werden. Da die feste Löslichkeit von Wismut im RIG-Einkristall mit abnehmender Ausscheidungstemperatur zunimmt, muss man also zur Erzielung eines möglichst hohen Wismutgehaltes im Granat die Abscheidungstemperatur bei der Einkristallzüchtung so weit wie möglich erniedrigen. Eine solche Abscheidungstemperaturerniedrigung kann durch Zusatz einer Verbindung erfolgen, deren Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunktes von Bi203 liegt. Diese Verbindung bzw. dieses Verbindungsgemisch muss in der Lage sein, die für die Herstellung des RIG erforderlichen Ausgangsoxide, nämlich die Seltenerdmetalloxide (im folgenden R203), Fe203, A1203 und andere, gut zu lösen. Die Verbindung darf weiterhin nicht in einer Weise in den Granatkristall eingebaut werden, dass sie zu merklichen Abweichungen von der Sollzusammensetzung des Granats, d.h. zu einer Verdrängung der Sollkationen aus der Gitterstruktur, führt. Unter den Verbindungen, die diese Anforderungen erfüllen, nimmt B203 eine hervorragende Sonderstellung ein. Durch einen Zusatz von B203 zum Ausgangsoxidgemisch für die Herstellung des BiRIG wird der Absorptionskoeffizient des erhaltenen Einkristalls gegenüber einem gleichen Kristall, der ohne Borzusatz gezüchtet wurde, in keiner Weise verändert.By the preferred embodiment of the invention, according to the starting oxide mixture Boron oxide is added, the deposition temperature for the BiRIG single crystal growth can optionally be shifted and set in the range between 700 and 1200 OC. Because the solid solubility of bismuth in the RIG single crystal decreases with decreasing precipitation temperature increases, you have to achieve the highest possible bismuth content in the garnet Lower the deposition temperature as much as possible when growing single crystals. Such a lowering of the deposition temperature can be achieved by adding a compound the melting point of which is below the melting point of Bi203. These Compound or this mixture of compounds must be capable of producing of the RIG required starting oxides, namely the rare earth metal oxides (hereinafter R203), Fe203, A1203 and others to solve well. The connection is allowed continue not to be incorporated into the garnet crystal in such a way that they to noticeable deviations from the nominal composition of the garnet, i.e. to a Displacement of the desired cations from the lattice structure, leads. Among the connections which meet these requirements, B203 occupies an excellent special position. By adding B203 to the starting oxide mixture for the production of the BiRIG the absorption coefficient of the obtained single crystal becomes equal to one Crystal that was grown without the addition of boron was not altered in any way.

Der Grund hierfür wird darin gesehen, dass die Bcrionen praktisch nicht in das Granatgitter eingebaut werden.The reason for this is seen in the fact that the bcrions are practical cannot be built into the grenade grille.

Wenn ein solcher Einbau überhaupt erfolgt, dann nur in Spuren. Ausserdem liegt das Bor in Form von Bor(III)-Ionen vor, die den Absorptionskoeffizienten in keiner Weise beeinflussen, vor allem keine Umladungen der Eisen(III)-Ionen auslösen.If such an installation takes place at all, then only in traces. Besides that the boron is in the form of boron (III) ions, which have the absorption coefficient in do not affect it in any way, and in particular do not trigger any recharging of the iron (III) ions.

Wenngleich auch der Einsatz von B203 zur Herabsetzung der Abscheidungstemperatur der Granateinkristalle bevorzugt wird, so können jedoch auch andere Verbindungen zum gleichen Zweck eingesetzt werden, solange sie die Abscheidungstemperatur der RIG-Einkristalle herabsetzen können, ohne den Absorptionskoeffizienten der erhaltenen Einkristalle wesentlich zu erhöhen.Albeit also the use of B203 to lower the deposition temperature The garnet single crystal is preferred, but other compounds can also be used can be used for the same purpose as long as they exceed the deposition temperature of the RIG single crystals can degrade without reducing the absorption coefficient of the obtained To increase single crystals significantly.

Die maximale Wismutmenge, die in BiRIG-Einkristalle eingebaut werden kann, durchläuft als Funktion des Ionenradius des Seltenerdmetallelementes bzw. der Seltenerdmetallelemente (im folgenden R) ein Maximum. Dieses Maximum liegt bei R = Gd. Die Phasengrenze für die Wismutdotierung des Gadolinium-Eisen-Granats liegt bei x = 1,5, entsprechend einem Granat Gd115Bi115Fe5012.The maximum amount of bismuth that can be incorporated into BiRIG single crystals can, passes through as a function of the ionic radius of the rare earth element or of the rare earth elements (hereinafter R) is a maximum. This maximum is R = Gd. The phase boundary for the bismuth doping of the gadolinium-iron-garnet lies at x = 1.5, corresponding to a garnet Gd115Bi115Fe5012.

Bei Ersatz des Gd durch andere Seltenerdmetallelemente kann kein über x = 1,5 liegender Wert erhalten werden.If the Gd is replaced by other rare earth elements, no over x = 1.5 lying value can be obtained.

Die Erfindung ist nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben.The invention is illustrated in the following on the basis of exemplary embodiments Connection described in more detail with the drawing.

Es zeigt: Fig. 1 ein Dreikomponentendiagrarmn für das pseudoternäre System R203-Bi203-Fe203 bzw. R203- (Bi203+B203)-Fe203.It shows: FIG. 1 a three-component diagram for the pseudoternary System R203-Bi203-Fe203 or R203- (Bi203 + B203) -Fe203.

Beispiel 1 Mit einem Oxidgemisch, das im Diagramm der Fig. 1 innerhalb des durch die Eckpunkte ABCD begrenzten geradlinigen Vierecks liegt, können BiRIG-Einkristalle des pseudoternären Systems R203-Bi 203 -Fe 203 durch Auskristallisierenlassen aus der eigenen Schmelze erhalten werden. Der Punkt A entspricht einer Zusammensetzung von 30 Mol-% Bi203, 69,5 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R2O3, der Punkt B entspricht einer Zusammensetzung von 30 Mol-% Bi203, 43,75 Mol-% Fe203 und 26,5 Mol-% R2O3, der Punkt D entspricht einer Zusammensetzung von 57,5 Mol-% Bi2O3, 26,6 Mol-% Fe2O3 und 15,9 Mol-% R2O3, während der Punkt C einer Zusammensetzung von 57,5 Mol-% Bi203, 42 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R203 entspricht. Die Einkristalle können ohne Verwendung von Impfkristallen durch eigene Keimbildung aus der eigenen Schmelze erhalten werden.Example 1 With an oxide mixture, which in the diagram of FIG. 1 within of the rectilinear square delimited by the corner points ABCD lies, BiRIG single crystals of the pseudo-ternary system R203-Bi 203 -Fe 203 by letting it crystallize out of your own melt. The point A corresponds to a composition of 30 mol% Bi203, 69.5 mol% Fe203 and 0.5 mol% R2O3, the point B corresponds a composition of 30 mol% Bi203, 43.75 mol% Fe203 and 26.5 mol% R2O3, point D corresponds to a composition of 57.5 mol% Bi2O3, 26.6 mol% Fe2O3 and 15.9 mol% R2O3, while point C has a composition of 57.5 mol% Bi203, Corresponds to 42 mol% Fe203 and 0.5 mol% R203. The single crystals can be used without of seed crystals are obtained through their own nucleation from their own melt.

Oxidgemische mit einer Zusammensetzung, die in das zuvor beschriebene Feld ABCD des pseudoternären Systems R203-Bi2O3-Fe2O3 fällt, werden auf geschmolzen und mit Abkühlgeschwindigkeiten von 10 bis 0,1 °C/h auf 950 OC abgekühlt.Oxide mixtures having a composition similar to that described above Field ABCD of the pseudo-ternary system R203-Bi2O3-Fe2O3 falls are melted on and cooled to 950 ° C. at cooling rates of 10 to 0.1 ° C./h.

Bei einer Abkühlgeschwindigkeit von über 10 °C/h werden keine Einkristalle erhalten. Bei Abkühlgeschwindigkeiten von unter 0,1 0C/h wird die für das Wachstum des Kristalls erforderliche Zeit so lang, dass sie vom wirtschaftlichen und vom Standpunkt der industriellen Produktion nicht mehr vertretbar ist.No single crystals are formed at a cooling rate of over 10 ° C / h obtain. At cooling rates of less than 0.1 ° C./h, the for growth of the crystal required so long that they are dated economic and dated Industrial production is no longer justifiable.

Bei einem Bi 203-Gehalt unterhalb der Linie AB, d.h. also bei weniger als 30 Mol-% Bi203 im Ausgangsoxidgemisch, wird dieses Gemisch nicht mehr bei Temperaturen von nicht über 1300 °C vollständig aufgeschmolzen. Bei einem Fe203-Gehalt, der niedriger ist als es der Linie BD entspricht, scheidet sich statt des gewünschten Granatkristalls ausschliesslich die Orthoferritphase ab.With a Bi 203 content below the line AB, i.e. with less than 30 mol% Bi203 in the starting oxide mixture, this mixture is no longer at temperatures of not more than 1300 ° C completely melted. With an Fe203 content, the lower is than it corresponds to the line BD, separates instead of the desired garnet crystal exclusively from the orthoferrite phase.

Wenn der Anteil an Bi203 im Ausgangsoxidgemisch höher ist als der Linie CD entspricht, alsosüber 58 Mol-% liegt, scheidet sich ebenfalls eine andere als die gewünschte Granatphase ab. Wenn der R2O3-Gehalt im Ausgangsoxidgemisch unterhalb der Linie CA, also unterhalb 0,5 Mol-%, liegt, scheiden sich nur sehr geringe Mengen Granat ab.If the proportion of Bi203 in the starting oxide mixture is higher than that Line CD corresponds, so is over 58 mol%, another also separates than the desired garnet phase. If the R2O3 content in the starting oxide mixture is below the line CA, i.e. below 0.5 mol%, only very small amounts separate Garnet off.

In der Tabelle I ist der Einfluss der Zusammensetzung des Ausgangsoxidgemisches auf die erhaltenen Einkristalle für den mit Wismut substituierten Gadolinium-Eisen-Granat Gd3-xBixFe5O12 im Bereich 0 c x - 1,5 dargestellt. Die Mengenangaben der Oxide sind in Mol-%. Die in der ersten Spalte der Tabelle I angegebenen Probennummern entsprechen den Bezugszeichen der in dem Diagramm der Fig. 1 eingetragenen Zusammensetzungspunkte.Table I shows the influence of the composition of the starting oxide mixture on the single crystals obtained for the bismuth-substituted gadolinium-iron-garnet Gd3-xBixFe5O12 shown in the range 0 c x - 1.5. The quantities of the oxides are in mol%. The sample numbers given in the first column of Table I correspond the reference numerals of the composition points entered in the diagram of FIG.

Tabelle I Proben Ausgangsoxidgemisch (Mol-%) Eigenschaften der erhaltenen Nr. BiRIG-Einkristalle bzw. des Bi2O3 Gd2O3 Gd2O3 Fe2O3 B2O3 Systems 1 50 0,3 49,7 0 Granatanteil: 1 % aller ausgeschiedenen Kristalle 2 50 4 46 0 Granatanteil: 25 % aller ausgeschiedenen Kristalle 3 45,8 5,0 46,3 0 Granatanteil: 60 % aller ausgeschiedenen Kristalle 4 45,8 9,7 38,8 5,7 Granatanteil: 95 % aller ausgeschiedenen Kristalle 5 50 18 32 0 Granatanteil: 20 % aller ausgeschiedenen Kristalle 6 50 21 29 0 es wird nun Orthoferrit ausgeschieden 7 59 8,0 33 0 Granatanteil: 1 % aller ausgeschiedenen Kristalle 8 56 8,5 35,5 0 Granatanteil: 8 % aller ausgeschiedenen Kristalle 9 32 13,3 54,7 0 es werden Kristalle mit kleiner Korngrösse ausgeschieden 10 29 14 57 0 das Ausgangsmaterial wird nicht vollständig aufgeschmolzen Der Wismutgehalt war in jedem der so hergestellten Granateinkristalle niedriger als der Wismutgehalt im Ausgangsoxidgemisch. Die Absorptionskoeffizienten jedes einzelnen der erhaltenen BiRIG-Einkristalle war wesentlich tiefer als in Einkristallen, die unter Verwendung von Flussmitteln hergestellt wurden, die im wesentlichen aus PbO und bzw. oder PbF2 bestanden. Die Güteziffern F/a der so erhaltenen BiRIG-Einkristalle lagen wesentlich über den Güteziffern entsprechender Einkristalle, die aus bleihaltigen Schmelzen gezüchtet wurden.Table I Samples of starting oxide mixture (mol%) properties of the obtained No. BiRIG single crystals or the Bi2O3 Gd2O3 Gd2O3 Fe2O3 B2O3 system 1 50 0.3 49.7 0 Garnet content: 1% of all precipitated crystals 2 50 4 46 0 Garnet content: 25 % of all precipitated crystals 3 45.8 5.0 46.3 0 Garnet content: 60% of all precipitated Crystals 4 45.8 9.7 38.8 5.7 Garnet content: 95% of all separated crystals 5 50 18 32 0 Garnet content: 20% of all precipitated crystals 6 50 21 29 0 es Orthoferrite is now excreted 7 59 8.0 33 0 Garnet content: 1% of all excreted Crystals 8 56 8.5 35.5 0 Garnet content: 8% of all precipitated crystals 9 32 13.3 54.7 0 crystals with a small grain size are precipitated 10 29 14 57 0 the starting material is not completely melted Of the Bismuth content in each of the garnet single crystals thus produced was lower than the bismuth content in the starting oxide mixture. The absorption coefficients of each one of the BiRIG single crystals obtained was much deeper than that of single crystals using fluxes which essentially consist of PbO and / or PbF2 passed. The figures of merit F / a of the BiRIG single crystals obtained in this way were significantly above the figures of merit of corresponding single crystals made from lead-containing Melts were grown.

Die zuvor genannten Ausgangsgemische werden in der Weise modifiziert, dass ein Teil des Bi durch B203 ersetzt wird. Die Oxidgemische werden bei höheren Temperaturen aufgeschmolzen und dann allmählich mit 10 bis 0,1 °C/h auf 750°C abgekühlt. In jedem der so erhaltenen Granateinkristalle lag der Wismutgehalt unter dem Wismutgehalt des Ausgangsoxidgemisches. Der Absorptionskoeffizient der erhaltenen BiRIG-Einkristalle lag wesentlich unter den Absorptionskoeffizienten der entsprechenden RIG-Einkristalle, die aus bleihaltigen Schmelzen gezüchtet wurden Entsprechend lagen die Güteziffern F/ für die so erhaltenen BiRIG-Einkristalle wesentlich über den Güteziffern entsprechender RIG-Einkristalle, die aus im wesentlichen aus PbO oder PbF2 bestehenden Schmelzen erhalten wurden.The aforementioned starting mixtures are modified in such a way that that part of the Bi is replaced by B203. The oxide mixtures are at higher Temperatures melted and then gradually cooled to 750 ° C at 10 to 0.1 ° C / h. In each of the garnet single crystals thus obtained, the bismuth content was below the bismuth content of the starting oxide mixture. The absorption coefficient of the obtained BiRIG single crystals was significantly below the absorption coefficient of the corresponding RIG single crystals, that were grown from lead-containing melts. The quality figures were accordingly F / for the BiRIG monocrystals obtained in this way is significantly higher than the figure of merit RIG single crystals consisting essentially of PbO or PbF2 melts were obtained.

Beispiel 2 Mit Ausgangsoxidgemischen, deren Zusammensetzung in das geradlinige Viereck CDEF im Zusammensetzungsdiagramm der Fig. 1 fällt, können BiRIG-Einkristalle homoepitaktisch und heteroepitaktisch auf Substratkristallen gezüchtet werden. "Homoepitaktisch" bedeutet dabei, dass der Substratkristall bzw. der Impfkristall die gleiche chemische Zusammensetzung wie der epitaktisch gezüchtete Einkristall aufweist, während "heteroepitaktisch" bedeutet, dass Impfkristall und Zuchtkristall unterschiedliche chemische Zusammensetzungen, jedoch gleiche Kristallstrukturen haben. Für das heteroepitaktische Kristallwachstum ist es notwendig, dass der Impfkristall kein magnetisch gekoppelter, insbesondere kein ferromagnetischer Granat ist.Example 2 With starting oxide mixtures, the composition of which is included in the rectilinear quadrangle CDEF falls in the composition diagram of FIG. 1, BiRIG single crystals can can be grown homoepitaxially and heteroepitaxially on substrate crystals. "Homoepitactic" means that the substrate crystal or the seed crystal the same chemical composition as the epitaxially grown single crystal has, while "heteroepitaxial" means that seed crystal and seed crystal different chemical compositions, but the same crystal structures to have. For heteroepitaxial crystal growth it is necessary that the seed crystal is not a magnetically coupled garnet, in particular a ferromagnetic garnet.

Wenn der Bi203-Gehalt im Ausgangsoxidgemisch unter der Linie CD liegt, ist die Abscheidungstemperatur so hoch, dass der Substratkristall schmilzt. Wenn im Ausgangsoxidgemisch der R203-Gehalt über der Linie DF liegt, bilden sich Keime der Orthoferritstruktur, die das Wachsen der Granateinkristalle hemmen. In einem Ausgangsoxidgemisch, dessen Bi 203-Gehalt über der Linie EF liegt, wird die Wachstumsgeschwindigkeit des Granats ausserordentlich verlangsamt. Wenn der R203-Gehalt im Ausgangsoxidgemisch unterhalb der Linie EC liegt, werden die Granatkristalle nur in sehr geringer Menge erhalten.If the Bi203 content in the starting oxide mixture is below the line CD, the deposition temperature is so high that the substrate crystal melts. if In the starting oxide mixture the R203 content is above the line DF, germs form the orthoferrite structure, which inhibits the growth of the garnet single crystals. In one Starting oxide mixture, the Bi 203 content of which is above the line EF, becomes the growth rate of the garnet extremely slowed down. If the R203 content in the starting oxide mixture is below the line EC, the garnet crystals are only in very small quantities obtain.

In der Tabelle II sind die Einflüsse der Zusammensetzung des Ausgangsoxidgemisches auf das System und auf die erhaltenen T nkristalle dargestellt. Es werden die Granateinkristallsysteme Gd3-xBixFe5O12 und Yb3-xBixFe5O12 mit O der x = 1,5 untersucht. Jeder der Kristalle wurde bei einer Temperatur unterhalb der entsprechenden Sättigungstemperatur des Granats gezüchtet. Diejenige Temperatur, bei der die Kristalle gezüchtet werden1 bzw.Table II shows the influences of the composition of the starting oxide mixture on the system and on the T n crystals obtained. It becomes the garnet single crystal systems Gd3-xBixFe5O12 and Yb3-xBixFe5O12 with O of x = 1.5 examined. Each of the crystals was at a temperature below the corresponding saturation temperature of the Garnet bred. The temperature at which the crystals are grown 1 respectively.

bei der sie wachsen, wird im Rahmen der folgenden Beschreibung als 'Fachstumstemperatur " bezeichnet. Die Wachstumstemperatur der vorstehend genannten Gadolinium-und Ytterbium-Granate liegt im Bereich von 800 bis 1000 °C, vorzugsweise im Bereich von 850 bis 950 OC Tabelle II Proben Ausgangsoxidgemisch (Mol-%) Eigenschaften der Einkristalle Nr. bzw. der Systeme Bi2O3 Gd2O3 Fe2O3 B2O3 11 58 0,3 34,7 7 kein nachweisbares Kristallwachstum 12 58 4 31 7 kein nachweisbares Kristallwachstum 13 58 12 23 7 beschränktes loses Haften von Orthoferrit am Granat 14 58 14 21 7 Orthoferrit haftet am Granateinkristall 15 82 2,0 9 7 Wachstumsgeschwindigkeit unter 1 µm/h 16 84 2,0 7 7 Wachstumsgeschwindigkeit unter 1 µm/h Bi2O3 Yb2O3 Fe2O3 B2O3 17 78 1,7 20,3 0 Aufwachsen einer glänzenden epitaktischen Schicht 18 75 1,9 23,1 0 Aufwachsen einer glänzenden epitaktischen Schicht Die Wachstumstemperaturen für das epitaktische Wachstum werden im Bereich von vorzugsweise 800 bis 1000 OC gewählt. In jedem der erhaltenen Einkristalle ist der Wismutgehalt niedriger als der Wismutgehalt im Ausgangsoxidgemisch. Der Absorptionskoeffizient jeder der erhaltenen BiRIG-Einkristalle ist wesentlich tiefer als der Absorptionskoeffizient in entsprechenden RIG-Einkristallen, die aus im wesentlichen aus PbO und bzw. oder PbF2 enthaltenden Schmelzen gezüchtet werden.at which they grow is referred to in the following description as Denotes 'professional temperature'. The growth temperature of the foregoing Gadolinium and ytterbium garnets are in the range from 800 to 1000 ° C., preferably in the range of 850 to 950 OC Table II Samples of the starting oxide mixture (Mol-%) Properties of the single crystals No. or the systems Bi2O3 Gd2O3 Fe2O3 B2O3 11 58 0.3 34.7 7 no detectable crystal growth 12 58 4 31 7 no detectable Crystal growth 13 58 12 23 7 limited loose adhesion of orthoferrite to garnet 14 58 14 21 7 Orthoferrite adheres to the garnet single crystal 15 82 2.0 9 7 Growth rate below 1 µm / h 16 84 2.0 7 7 growth rate below 1 µm / h Bi2O3 Yb2O3 Fe2O3 B2O3 17 78 1.7 20.3 0 growth of a shiny epitaxial layer 18 75 1.9 23.1 0 growth of a shiny epitaxial layer The growing temperatures for epitaxial growth are in the range of preferably 800 to 1000 OC chosen. In each of the obtained single crystals, the bismuth content is lower than the bismuth content in the starting oxide mixture. The absorption coefficient of each of the obtained BiRIG single crystals is much lower than the absorption coefficient in corresponding RIG single crystals consisting essentially of PbO and / or PbF2 containing Melts are grown.

Die vorstehend beschriebenen Züchtungen werden in der Weise wiederholt, dass ein Teil, und zwar wie im Beispiel 1, vorzugsweise bis zu 0,5 mol je 1 mol Bi203, Bi203 durch B203 ersetzt wird. Das epitaktische Wachsen wird im Temperaturbereich von vorzugsweise 700 bis900 0C durchgeführt.The cultivations described above are repeated in such a way that that a part, as in Example 1, preferably up to 0.5 mol per 1 mol Bi203, Bi203 is replaced by B203. The epitaxial growth is in the temperature range preferably carried out from 700 to 900 ° C.

In jedem der so gezüchteten Einkristalle ist der Wismutgehalt niedriger als der Wismutgehalt im entsprechenden Ausgangsoxidgemisch. Die Absorptionskoeffizienten der so erhaltenen BiRIG-Einkristalle sind niedriger als die entsprechenden Absorptionskoeffizienten von RIG-Einkristallen, die aus bleihaltigen Flussmitteln gezüchtet werden.In each of the single crystals grown in this way, the bismuth content is lower than the bismuth content in the corresponding starting oxide mixture. The absorption coefficient of the BiRIG single crystals obtained in this way are lower than the corresponding absorption coefficients of RIG single crystals grown from lead-containing fluxes.

Die Einkristalle des Beispiels 2 liegen in dem durch das geradlinige Viereck CDEF begrenzten Zusammensetzungsfeld, wobei die Punkte C und D den im Beispiel 1 angegebenen Zusammensetzungen entsprechen und der Punkt F der Zusammensetzung 90 Mol-% Bi203, 6,25 Mol-% Fe203 und 3,75 Mol-% R203 und der Punkt E der Zusammensetzung 90 Mol-% Bs203, 9,5 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R203 im pseudoternären System der Fig. 1 entsprechen.The single crystals of Example 2 are in that through the rectilinear Quadrilateral CDEF delimited composition field, with points C and D in the example 1 correspond to the specified compositions and point F of the composition 90 mol% Bi203, 6.25 mol% Fe203 and 3.75 mol% R203 and the point E of the composition 90 mol% Bs203, 9.5 mol% Fe203 and 0.5 mol% R203 in the pseudo-ternary system of Fig. 1 correspond.

Beispiel 3 Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren werden mit der Abänderung wiederholt, dass ein Teil des Fe203 durch Ga 203 ersetzt ist. Mit diesen Ausgangsoxidgemischen werden in der in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Weise durch Auskristallisierenlassen ohne Impfkristall, homoepitaktisch und heteroepitaktisch mit Wismut dotierte Seltenerdmetall-Eisen-Gallium-Granateinkristalle hergestellt.Example 3 The procedures described in Examples 1 and 2 are followed with the amendment repeated that part of the Fe203 through Ga 203 is replaced. These starting oxide mixtures are used in the examples 1 and 2 by letting it crystallize out without a seed crystal, homoepitaxial and heteroepitaxial bismuth doped rare earth iron gallium garnet single crystals manufactured.

Die Absorptionskoeffizienten jedes der so hergestellten Granateinkristalle liegt wesentlich tiefer als die Absorptionskoeffizienten der entsprechenden Seltenerdmetall-Eis en-Gallium-Granateinkristalle die aus bleihaltigen Flussmitteln nach dem Stand der Technik gezüchtet werden.The absorption coefficients of each of the garnet single crystals thus produced is much lower than the absorption coefficient of the corresponding rare earth metal ice en-gallium garnet single crystals made from lead-containing fluxes according to the state of the art Technique to be bred.

Beispiel 4 Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren werden mit der Abwandlung wiederholt, dass ein Teil des Fe203 im Ausgangsoxidgemisch durch A1203 ersetzt wird. Nach den drei beschriebenen Verfahren werden qualitativ hervorragende mit Wismut substituierte Seltenerdmetall-Eisen-Aluminium-Granateinkristalle erhalten. Der Wismutgehalt in allen Einkristallen war niedriger als der Wismutgehalt in den entsprechenden Aus gangsoxidgemischen. Die Absorptionskoeffizienten jedes der so erhaltenen Granateinkristalle lagen wesentlich tiefer als die Absorptionskoeffizienten der entsprechenden Seltenerdmetall-Eisen-Aluminium-Granateinkristalle, die aus im wesentlichen aus PbO und bzw.Example 4 The procedures described in Examples 1 and 2 are followed with the modification that part of the Fe203 in the starting oxide mixture is repeated A1203 is replaced. The three methods described will be of excellent quality obtained with bismuth substituted rare earth metal iron aluminum garnet single crystals. The bismuth content in all single crystals was lower than the bismuth content in the corresponding starting oxide mixtures. The absorption coefficient of each of the so garnet single crystals obtained were significantly lower than the absorption coefficients of the corresponding rare-earth-iron-aluminum garnet single crystals, which are made from im essential from PbO and resp.

oder PbF2 bestehenden Schmelzen erhalten werden.or PbF2 existing melts.

Beispiel 5 Das in den Beispielen 1 und 2 beschriebene Verfahren wird in der Abänderung wiederholt, dass ein Teil des Fe203 im Ausgangsoxidgemisch durch In 203 ersetzt ist. Nach den beschriebenen drei Verfahrensvarianten, Auskristallisierenlassen ohne Impfkristall, homoepitaktisch und heteroepitaktisch, werden mit Wismut dotierte Seltenerdmetall-Indium-Eisen-Granateinkristalle gezüchtet. In jedem der so erhaltenen Einkristalle ist der Wismutgehalt niedriger als der Wismutgehalt in dem entsprechenden Ausgangsoxidgemisch.Example 5 The procedure described in Examples 1 and 2 is followed in the modification that part of the Fe203 in the starting oxide mixture is repeated In 203 is replaced. After the three process variants described, allow to crystallize out without a seed crystal, homoepitaxial and heteroepitaxial, are doped with bismuth Rare earth indium iron garnet single crystals grown. In each of the so obtained single crystals, the bismuth content is lower than the bismuth content in the corresponding starting oxide mixture.

Ebenso sind die Absorptionskoeffizienten aller so erhaltenen mit Wismut dotierten Einkristalle deutlich niedriger gewesen als die Absorptionskoeffizienten der entsprechenden Seltenerinetall-Eisen-Indium-Granateinkristalle, die aus bleihaltigen Schmelzen gezüchtet werden.Likewise are the absorption coefficients of all so obtained with bismuth doped single crystals were significantly lower than the absorption coefficient of the corresponding rare-metal-iron-indium-garnet single crystals, which are made of lead-containing Melts are grown.

Beispiel 6 Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren werden in der Abänderung wiederholt, dass ein Teil des Fe203 des Ausgangsoxidgemisches durch Cr203 ersetzt wird. Die nach allen drei der beschriebenen Verfahrensvarianten hergestellten mit Wismut dotierten Seltenerdmetall-Eisen-Chrom-Granateinkristalle weisen einen geringeren Wismutgehalt als die entsprechenden Ausgangsoxidgemische auf.Example 6 The procedures described in Examples 1 and 2 are followed in the modification repeats that part of the Fe 2 O 3 of the starting oxide mixture is replaced by Cr203. The after all three of the process variants described manufactured with bismuth doped rare earth metal-iron-chromium-garnet single crystals have a lower bismuth content than the corresponding starting oxide mixtures on.

Der Absorptionskoeffizient der in der beschriebenen Weise gezüchteten Kristalle ist wesentlich niedriger als der Absorptionskoeffi zient entsprechender Seltenerdmetall-Eisen-Chrom-Granateinkristalle, die aus einem im wesentlichen aus PbO bestehenden Flussmittel gezüchtet werden.The absorption coefficient of those grown in the manner described Crystals is much lower than the corresponding absorption coefficient Rare-earth-iron-chromium-garnet single crystals, consisting essentially of a PbO existing flux can be grown.

Beispiel 7 Die in den Beispielen 1 und 2 beschriebenen Verfahren werden in der Abänderung wiederholt, dass ein Teil des Je 203 im Ausgangsoxidgemisch durch Cm 203 ersetzt ist. Die nach den drei beschriebenen Verfahrensvarianten erhaltenen mit Wismut dotierten Seltenerdmetall-Eisen-Kobalt-Granateinkristalle weisen einen geringeren Wismutgehalt als das Ausgangsoxidgemisch auf. Im Vergleich zu den entsprechenden undotierten Einkristallen des Seltenerdmetall-Eisen-Kobalt-Granatsystems, die aus im wesentlichen aus PbO bestehenden Schmelzen gezüchtet werden, weisen die mit Wismut dotierten Granateinkristalle der Erfindung wesentlich niedrigere optische Absorptionskoeffizienten auf.Example 7 The procedures described in Examples 1 and 2 are followed in the amendment repeats that part of the 203 in the starting oxide mixture through Cm 203 is replaced. Those obtained by the three process variants described Rare earth iron cobalt garnet single crystals doped with bismuth have a lower bismuth content than the starting oxide mixture. Compared to the corresponding undoped single crystals of the rare earth metal-iron-cobalt garnet system, which consist of melts consisting essentially of PbO are bred, the bismuth-doped garnet single crystals of the invention have much lower ones optical absorption coefficients.

Die nach den zuvor beschriebenen Beispielen erhaltenen BiRIG-Einkristalle werden also in der Weise hergestellt, dass man ein dem Kationenverhältnis des zu züchtenden Kristalls entsprechendes Ausgangsoxidgemisch, dessen Wismutanteil jedoch grösser als für den zu züchtenden Einkristall vorgesehen ist, aufschmilzt und die Einkristalle aus der so erhaltenen Schmelze durch Eigenkeimbildung ohne Impfkristall oder homoepitaktisch oder heteroepitaktisch züchtet. Zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung können prinzipiell alle an sich bekannten Verfahren zur Kristallzüchtung eingesetzt werden. Die Abscheidungstemperatur der Einkristalle der jeweils gewünschten Zusammensetzung kann durch Zugabe geeigneter Mengen B203 erniedrigt werden. Die nach Massgabe der gewünschten Erniedrigung der Abscheidungstemperatur im Einzelfall zuzusetzende B203-Menge kann der Fachmann im Einzelfall ohne erfinderisches Zutun mühelos selbst bestimmen.The BiRIG single crystals obtained according to the examples described above are so produced in such a way that one of the cation ratio of the to The starting oxide mixture corresponding to the growing crystal, but its bismuth content larger than is intended for the single crystal to be grown, melts and the Single crystals from the melt obtained in this way through self-nucleation without a seed crystal or breeds homoepitaxially or heteroepitactically. To carry out the procedure According to the invention, in principle all processes known per se for growing crystals can be used can be used. The deposition temperature of the single crystals of the desired The composition can be reduced by adding suitable amounts of B203. the depending on the desired lowering of the deposition temperature in the individual case The amount of B203 to be added can be determined by the person skilled in the art in individual cases without any inventive step determine yourself effortlessly.

Claims (5)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Herstellung wismutdotierter Eiserlgranateinkristalle, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t dass man die Oxide im gewünschten Kationenverhältnis des Granats einwiegt, wobei man jedoch das Wismutoxid oder ein Gemisch von Wismutoxid und Boroxid in einer Menge einwiegt, die über der für den Einkristall vorgesehenen Sollmenge liegt, dass man die Oxide mischt und schmilzt, dass man die Schmelze mit 0,1 - 10 OC/h bis auf 950 OC gesteuert abkühlt und dass man dann auf Zimmertemperatur abkühlt.1. Process for the production of bismuth-doped iron garnet single crystals, d u r c h e k e n n n z e i c h n e t that the oxides are in the desired cation ratio of the garnet weighed in, but using the bismuth oxide or a mixture of bismuth oxide and boron oxide in an amount greater than that intended for the single crystal The target amount is that the oxides are mixed and melted, that the melt is also mixed 0.1 - 10 OC / h down to 950 OC controlled and that one then on room temperature cools down. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass man die Temperatur der Schmelze bis unter die Sättigungstemperatur der Sollzusammensetzung des dotierten Granats absenkt und dass man dann zur Züchtung des Granateinkristalls der Sollzusammensetzung einen Granatimpfkristall gleicher Kristallstruktur, aber unterschiedlicher Zusammensetzung in die Schmelze taucht.2. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the temperature of the melt can be reduced to below the saturation temperature the target composition of the doped garnet lowers and that one then goes to cultivation of the garnet single crystal of the target composition is the same as a garnet seed crystal Crystal structure, but with different compositions, is immersed in the melt. 3. Verfahren nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass der Granatimpfkristall die gleiche Zusammensetzung wie der zu züchtende Kristall hat.3. The method according to claim 2, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the garnet seed crystal has the same composition as that to be grown crystal Has. 4. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t , dass das Ausgangsoxidgemisch eine Zusammensetzung hat, die im pseudoternären Dreikomponentendiagramm innerhalb eines geradlinigen Vierecks mit den Eckpunkten (A) 30 Mol-% Bi203, 69,5 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-io R203, wobei R203 ein Seltenerdmetalloxid bedeutet, (B) 30 Mol-% Bi203, 43,75 Mol-% Fe203 und 26,5 Mol-% R203, (D) 57,5 Mol-% Bi203, 26,6 Mol-% Fe203 und 15,9 Mol-% R203 und (C) 57,5 Mol-% Bi203, 42 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R203 liegt, wobei statt des Bi203 auch ein Gemisch von Bi 0 und 23 2 und B203 eingesetzt werden kann, wobei in diesem Gemisch der B203-Anteil 0,5 mol je mol Bi203 nicht übersteigt.4. The method according to claim 1, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t that the starting oxide mixture has a composition in the pseudo-ternary Three-component diagram within a straight rectangle with the corner points (A) 30 mol% Bi203, 69.5 mol% Fe203 and 0.5 mol% R203, where R203 is a rare earth metal oxide means (B) 30 mol% Bi203, 43.75 mol% Fe203 and 26.5 mol% R203, (D) 57.5 mol% Bi203, 26.6 mol% Fe203 and 15.9 mol% R203 and (C) 57.5 mol% Bi203, 42 mol% Fe203 and 0.5 mol% of R203, with a mixture of Bi 0 and 23 instead of Bi203 2 and B203 can be used, the B203 portion in this mixture being 0.5 mol per mole of Bi203 does not exceed. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Zusammensetzung des Ausgangsoxidgemisches in einem pseudoternären Dreikomponentendiagramm innerhalb eines ein geradliniges Viereck bildenden Zusarnmensetzungsbereiches liegt mit den Eckpunkten (C) 57,5 Mol-% Bi203, 42 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R203, (D) 57,5 Mol-% Bi203, 26,6 Mol-% Fe203 und 15,9 Mol-% R203, (F) 90 Mol-% Bi203, 6,25 Mol-% Fe203 und 3,75 Mol-% R203 sowie (E) 90 Mol-% Bi203, 9,5 Mol-% Fe203 und 0,5 Mol-% R203, wobei das Bi203 durch ein Gemisch von Bi203 und B203 ersetzt sein kann, in dem das B203 in einer Menge von nicht mehr als 0,5 mol je mol Bi203 vorliegt.5. The method according to any one of claims 2 or 3, d a d u r c h g e it is not indicated that the composition of the starting oxide mixture in a pseudo-ternary three-component diagram within a straight quadrangle forming composition area lies with the vertices (C) 57.5 mol% Bi203, 42 mol% Fe 2 O 3 and 0.5 mol% R 2 O 3, (D) 57.5 mol% Bi 2 O 3, 26.6 mol% Fe 2 O 3 and 15.9 Mol% R203, (F) 90 mol% Bi203, 6.25 mol% Fe203 and 3.75 mol% R203 and (E) 90 Mol% Bi203, 9.5 mol% Fe203 and 0.5 mol% R203, the Bi203 can be replaced by a mixture of Bi203 and B203, in which the B203 in a Amount of not more than 0.5 mol per mol of Bi203 is present.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0039463A1 (en) * 1980-05-01 1981-11-11 Olympus Optical Co., Ltd. Magnetic garnet film and manufacturing method therefor
EP0119798A1 (en) * 1983-03-10 1984-09-26 Nippon Hoso Kyokai Process for preparing a single oxide crystal
FR2572844A1 (en) * 1984-11-02 1986-05-09 Commissariat Energie Atomique MAGNETIC MATERIAL OF THE GRENATE TYPE, FARADAY HIGH-ROTATING MAGNETIC FILM COMPRISING SUCH MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
EP0368483A3 (en) * 1988-11-11 1991-03-20 Fuji Electrochemical Co.Ltd. Magneto-optical material

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS60255696A (en) * 1984-05-30 1985-12-17 Nippon Hoso Kyokai <Nhk> Production of bismuth-substituted magnetic garnet single crystal

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0039463A1 (en) * 1980-05-01 1981-11-11 Olympus Optical Co., Ltd. Magnetic garnet film and manufacturing method therefor
US4333991A (en) * 1980-05-01 1982-06-08 Olympus Optical Co., Ltd. Magnetic garnet film and manufacturing method therefor
EP0119798A1 (en) * 1983-03-10 1984-09-26 Nippon Hoso Kyokai Process for preparing a single oxide crystal
US4582562A (en) * 1983-03-10 1986-04-15 Nippon Hoso Kyokai Process for preparing a single oxide crystal
FR2572844A1 (en) * 1984-11-02 1986-05-09 Commissariat Energie Atomique MAGNETIC MATERIAL OF THE GRENATE TYPE, FARADAY HIGH-ROTATING MAGNETIC FILM COMPRISING SUCH MATERIAL AND METHOD OF MANUFACTURING THE SAME
EP0186528A1 (en) * 1984-11-02 1986-07-02 Commissariat A L'energie Atomique Magnetic garnet material, magnetic film with a strong Faraday rotation comprising such a material and manufacturing method therefor
US4698281A (en) * 1984-11-02 1987-10-06 Commissariat A L'energie Atomique Garnet-type magnetic material high faraday rotation magnetic film containing such a material and process for the production thereof
EP0368483A3 (en) * 1988-11-11 1991-03-20 Fuji Electrochemical Co.Ltd. Magneto-optical material

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NL7405288A (en) 1974-10-22
JPS49129700A (en) 1974-12-12

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