MATERIAŁY ELEKTRONICZNE ELECTRONIC MATERIALS ... - ITME

Określenie koncentracji współczynnika segregacji aktywnych jonów ziem...
Rys. 13. Stała sieci warstwy falowodowej Y 3-x-y
Tm x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
w funkcji ułamka molowego Tm 2
O 3
w składzie wyjściowym.
Fig. 13. Lattice constant of the Y 3-x-y
Tm x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
waveguide layer- as a function of the Tm 2
O 3
mole fraction
in the melt.
∆Q
Nr C Tm
[arcs]
∆a ┴ /a x 10 -4 ∆a ┴ x 10 -3 [Å]
1 1,61 x 10 -4 104 -10,82 -12,99
2 3,2 x 10 -4 77 -8,11 -9,74
3 4,65 x 10 -4 53 -5,67 -6,81
Tab. 4. Wyniki pomiarów niedopasowania stałych sieci
w strukturach falowodowych TmLuGa:YAG/YAG. C Tm
oznacza ułamek molowy Tm 2
O 3
w roztworze.
Tab. 4. The results of the lattice mismatch measurements
of the TmLuGa:YAG/YAG wavequide where C Tm
means
the Tm 2
O 3
molar ratio in the solution.
wartości 2θ pochodzi od warstwy, czyli stała sieci
podłoża jest mniejsza niż warstwy. Odległość kątowa
pików dyfrakcyjnych Δθ 444
= θ S
- θ f
maleje ze
wzrostem stężenia Tm 2
O 3
w roztworze co świadczy
o zmniejszaniu się wartości stałej sieci warstwy
w miarę wzrostu w warstwie koncentracji jonów
Tm 3+ . Na Rys. 13 przedstawiono zmianę wartości
stałych sieci warstwy a F
w zależności od ułamka
molowego Tm 2
O 3
w roztworze wysokotemperatu-
rowym.
Wyznaczone z pomiarów dyfraktometrycznych
odległości kątowe pików Δθ 444
, względne niedopasowanie
Δa ┴ /a S
oraz różnica stałych sieci warstwy
i podłoża Δa dla struktur falowodowych TmGaLu: YAG
zestawiono w Tab. 4. Wartości względnego niedopasowania
Δa ┴ /a, tak jak poprzednio, nie były
przeliczane dla stanu bez naprężeń.
W celu otrzymania warstw falowodowych
(Δn ≥ 0,01) skład wyjściowy zawierał tlenek Ga 2
O 3
(R 2
= 2,887). Z Rys. 13 wynika, że wartość stałej
sieci warstwy Y 3-y
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
, nie zawierającej
jonów Tm 3+ powinna wynosić ~ 12,021 Å. Dla
założonej koncentracji jonów Ga 3+ (11,5 at. %)
i Lu 3+ (20 at. %) w warstwie, wynikającej ze składu
wyjściowego obliczona wartość stałej sieci warstwy
Y 2,64
Lu 0,36
Al 4,4
Ga 0,6
O 12
jest bliska i wynosi 12,018 Å,
czyli różni się mniej niż 0,1%.
Pomiary niedopasowania stałych sieci warstwy
falowodowej i podłoża pozwoliły oszacować koncentrację
jonów Tm 3+ w warstwach i zweryfikować
założoną wartość współczynnika segregacji jonów
T 3+ (k Tm
= 1,4) [13] przyjętą przy obliczaniu składu
wyjściowego. Oczekiwane i wyznaczone koncentracje
jonów tulu zestawiono w Tab. 5.
Otrzymane wartości koncentracji jonów Tm 3+
wskazują, że do obliczenia składu wyjściowego od
jakiego zależy oczekiwana wartość N Tm
przyjęto zbyt
niską wartość współczynnika segregacji jonów tulu
k Tm
= 1,4. Wartość k Tm
jest większa, wynosi ~ 1,6
i jest zbliżona do wartości wynikającej z przebiegu
zależności współczynnika segregacji jonów ziem
rzadkich w pozycjach dodekaedrycznych k RE
od ich
promieni jonowych, jak to ilustruje Rys. 11.
Na Rys. 14 przedstawiono dyfraktogramy struktur
epitaksjalnych Y 3-x-y
Dy x
Lu y
Al 5-z
Ga z
O 12
/YAG
o najwyższej i najniższej koncentracji jonów Dy 3+ .
Pik dla mniejszej wartości 2θ pochodzi od warstwy
co świadczy, że stała sieci podłoża jest mniejsza niż
warstwy. Z Rys. 14 wynika, że odległość kątowa
Nr C Tm
∆a’ [Å]
∆N Tm
[at.%]
N Tm
(wyznaczona)
[at.%]
N Tm
(oczekiwana dla
k Tm
= 1,4) [at.%]
1 1,61 x 10 -4 0,00327 6,3 6,3 ~ 4,8
2 3,2 x 10 -4 0,00325 6,2 13,5 ~ 9,5
3 4,65 x 10 -4 0,00293 5,6 18,1 ~ 13,5
gdzie : Δa’ = a i+1
-a i = 0, 1, 2, 3
(a i
– stała sieci warstwy falowodowej dla kolejnych składów wyjściowych, a o
= 12,02106 Å
jest wartością stałej sieci warstwy Y 2,64
Lu 0,36
Al 4,4
Ga 0,6
O 12
), ΔN Tm
jest zmianą koncentracji jonów Tm 3+ wynikającą z różnicy
stałych sieci Δa’ i N Tm
oznacza koncentrację jonów Tm 3+ w warstwie falowodowej.
Tab. 5. Koncentracja jonów Tm 3+ w zależności od ułamka molowego Tm 2
O 3
w roztworze.
Tab. 5. Concentration of Tm 3+ versus the Tm 2
O 3
molar ratio in the solution.
44 MATERIAŁY ELEKTRONICZNE (Electronic Materials), T. 40, Nr 4/2012