Deposition and characterization of Y-substituted BIG thin films

Abstract

Garnets are the most suitable materials for magnetic and magneto-optical applications due to their large magneto-optical response and very good magnetic properties. They are transparent and magneto-optically active in a visible and near infrared range (about 390 – 2500 nm). This thesis shows the procedure of the whole experiment from a preparation of a target, throughout a process of deposition of a thin film and its characterization, to final determination of its properties. The focus is laid on examining possibilities of doping garnets and thin film deposition conditions in order to obtain the best magneto-optical properties. Most of the experimental work has been done in a cooperation with the University of Versailles in France. Two series of crystalline Bi:YIG thin films (Bi2YFe5O12 and BiY2Fe5O12) have been prepared on gadolinium-gallium garnet (GGG) substrate by the pulsed laser deposition (PLD) varying O2 pressure and substrate temperature. Characterization methods such as SEM, emission spectroscopy, AFM, XRD, RHEED, profilometry, ellipsometry, and magneto-optics altogether give information about thin films’ morphology, stoichiometry, chemical composition, as well as crystallization, optical and magneto-optical properties.

Granáty jsou nejvhodnějšími materiály pro magnetické a magneto-optické aplikace díky jejich velké magneto-optické odezvě a velmi dobrým magnetickým vlastnostem. Jsou transparentní a magneto-opticky aktivní ve viditelné a blízké infračervené oblasti (cca od 390 po 2500 nm). Tato práce ukazuje cestu celého experimentu od přípravy terče, přes proces depozice tenké vrstvy a její charakzterizace, až po konečné stanovení vlastností. Zaměřuje se na zkoumání možností dopování granátů a podmínek depozice tenkých vrstev, aby bylo dosaženo nejlepších magneto-optických vlastnosti. Většina experimentální práce je prováděna ve spolupráci s University of Versailles ve Francii. Dvě série krystalických Bi:YIG tenkých vrstev (Bi2YFe5O12 a BiY2Fe5O12) jsou připraveny na gadoliniovo-galliovo granátovém (GGG) substrátu pulzní laserovou depozicí (PLD) za změny tlaku O2 a teploty substrátu. Charakterizační metody jako SEM, emisní spektroskopie, AFM, XRD, RHEED, profilometrie, elipsometrie a magneto-optika dohromady poskytují informace o morfologii tenkých vrstev, stechiometrii, chemickém složení, a krystalizaci, optických a magneto-optických vlastnostech.