钆镓石榴石（GGG）-薄膜衬底

薄膜衬底钆镓石榴石（GGG）是一种高性能的立方晶系石榴石结构材料，以其优异的光学性能、高稳定性、与磁光材料的良好匹配性而著称。它广泛应用于磁光薄膜、微波隔离器、磁泡存储器等领域，是光通讯、磁制冷等技术的关键材料。

基本特性：

化学式：Gd3Ga5O12

晶体结构：立方晶系，石榴子石型结构。

密度：约为02g/cm³，为钻石的2倍。

折射率：高达02，色散为0.045，与钻石大致相同。

硬度：莫氏硬度为6-7。

熔点：约1800℃。

光学与物理性质：

钆镓石榴石（GGG）具有高的折射率和色散，使其在某些光学应用中具有独特的优势。

其密度高、硬度适中，使得GGG单晶基片在薄膜制备过程中具有良好的机械和化学稳定性。

主要优点：

良好的光学性能：

GGG具有高折射率（约为95），使其在光学器件中能够提供更好的光学性能。

低光学损耗（<0.1%/cm），确保光信号在传输过程中的效率。

优异的物理和化学稳定性：

GGG具有良好的物理和化学稳定性，能够在各种环境下保持其性能稳定，确保薄膜制备和器件工作的可靠性。

高导热性（4W m-1K-1），有助于散热，减少器件因过热而损坏的风险。

与磁光材料的良好匹配：

GGG的晶格常数和热膨胀系数与YIG等磁光材料相匹配，确保了YIG和BIG薄膜在GGG衬底上的成功外延生长。

这种匹配性有助于制备高性能的磁光器件。

广泛的应用前景：

GGG不仅用于磁泡存储器和磁制冷等领域，还是制作微波隔离器的最佳衬底材料。

在光通讯设备中，GGG是3μm及1.5μm光隔离器的核心部件。

高激光损伤阈值：

GGG具有高激光损伤阈值（>1GW/cm²），使其能够承受高功率激光的照射，适用于激光相关应用。

制备工艺的成熟性：

GGG的制备工艺已经相对成熟，可以通过提拉法等方法获得高质量的单晶。

这为GGG作为薄膜衬底的大规模应用提供了可能。

可定制性：

GGG衬底可以根据客户的需求定制不同的尺寸、厚度、抛光度和晶向等参数。

这种灵活性使得GGG能够满足不同应用的需求。

应用领域：

薄膜衬底钆镓石榴石（GGG）在多个领域有着广泛的应用，以下是对其应用领域的详细归纳：

磁光薄膜的衬底材料：

GGG是用于磁光薄膜（如YIG或BIG薄膜）的专用基片。这些薄膜是光通讯设备中3μm及1.5μm光隔离器的核心部件。GGG单晶基片可以与这类薄膜有最佳的晶格匹配，确保薄膜成功的外延生长。

GGG的优异物理、机械性能和化学稳定性保证了薄膜制备过程中对膜的各项要求。

微波隔离器的基片材料：

GGG也是制作微波隔离器的最佳基片材料，其稳定性和光学性能使其成为微波技术中的关键材料。

磁泡存储器：

大部分磁泡存储器都是在GGG衬底上制备的，GGG的优良性能为磁泡存储器的稳定性和可靠性提供了保障。

磁制冷行业：

GGG成功应用在20K以下温区，用于市场HeII流以及氦氮液化前级制冷。这体现了GGG在低温制冷技术中的重要地位。

其他领域：

除了上述主要应用领域外，GGG还可能在其他需要高性能光学、磁学材料的领域中找到应用，如激光技术、光电子器件等。

钆镓石榴石（Gadolinium Gallium Garnet，GGG）的基本参数表格如下：

参数名称	符号	数值/范围	单位
化学式	–	Gd3Ga5O12	–
分子量	–	1014.37	g/mol
密度	ρ	7.05-7.09	g/cm³
熔点	–	1800	℃
莫氏硬度	–	6-7	–
折射率	n	1.95-2.03	–
晶体结构	–	立方	–
晶格常数	a	12.376-12.383	Å