YIG薄膜的制備與微帶薄膜環(huán)形器的設計.pdf

1、作為一種環(huán)行傳輸微波信號的器件,微波環(huán)行器廣泛應用手機、移動基站、相控陣雷達等各種民用與軍用設備中。隨著單片微波集成電路的快速發(fā)展,研制體積更小,重量更輕的小型化環(huán)行器是環(huán)行器發(fā)展的必然趨勢。微帶薄膜環(huán)形器具有體積小、重量輕、結構簡單、生產成本低等優(yōu)點,受到廣大研究人員的青睞。
　　 釔鐵石榴型鐵氧體(Y3Fe5O12,YIG)是一種亞鐵磁性材料,具有鐵磁共振線寬窄、電阻率高、高頻損耗小、優(yōu)良的旋磁效應而被廣泛的使用于環(huán)形器中。

2、YIG薄膜質量的高低將直接影響薄膜環(huán)形器性能的好壞,所以如何制備高質量的YIG薄膜急需解決。本文將利用PLD技術在Si基片以及GGG基片制備YIG薄膜,并利用HFSS軟件對微帶薄膜環(huán)形器進行仿真設計。其主要內容如下:
　　 (1)分別利用化學共沉淀法和固相球磨法制各YIG粉體,并燒結得到YIG靶材。研究了Y與Fe離子的原子計數比、PH值、煅燒溫度與時間對共沉淀法得到的YIG粉體性質的影響。通過XRD、SEM、VSM等測試分析,比

3、較了用化學共沉淀法以及固相法制備的YIG靶材的性能差異。
　　 (2)利用脈沖激光沉積(PLD)在單晶Si面上沉積YIG薄膜。首先初步的研究了氧壓以及退火溫度對薄膜性能的影響,然后在緩沖層的基礎上深入的研究了氧壓、基片溫度、退火溫度對薄膜性能的影響,并研究了緩沖層對薄膜性能的影響。
　　 (3)利用脈沖激光沉積在單晶GGG(444)基片上沉積YIG薄膜。研究了氧壓對YIG薄膜性能的影響。
　　 (4)利用HFSS

4、軟件對微帶薄膜環(huán)形器進行仿真設計。研究了薄膜與襯底的厚度比對環(huán)形器的帶寬的影響。
　　 得到以下結論:
　　 (1)對于共沉淀法制備YIG靶材,小范圍變動原子計數比并不會影響YIG粉體的純度,PH越大越利于YIG的合成,攪拌、超聲波以及PEG能減小團聚現(xiàn)象,750℃下煅燒7小時能得到顆粒最小,比表面積最大,活性最高的YIG粉體。最后經過壓制,1350℃下燒結得到優(yōu)質的YIG靶材,通過VSM、SEM、EDS分析得到YIG靶

5、材致密性好,Ms與理論值接近,沒有任何雜質。對于固相法制備YIG靶材,在950℃下預燒,1350℃下燒結得到的靶材相比于共沉淀法雖然含有不足5％的雜相、顆粒略大、Ms略小、純度略差等,但具有操作簡單易行,利于環(huán)保,且可大批量生產等優(yōu)點。所以通過綜合考慮,決定采用固相法制備的靶材。
　　 (2)在Si表面制備YIG薄膜,得到氧壓為4Pa,基片溫度為750℃,退火溫度為750℃,緩沖層采用CeO2/YSZ以及三層(YAG/YAIG/

6、YIG)low-temperature復合緩沖層的條件下制備薄膜共振線寬最小(70e)、飽和磁化強度最接近理論磁性(139emu/cm3)、表面粗糙度最小、結晶性最好、結晶顆粒最為均勻、最大無裂紋厚度最大等特性。
　　 (3)在GGG(444)表面制備YIG薄膜,得到當氧壓較小時,薄膜難以結晶,當氧壓達到1Pa時,YIG薄膜呈現(xiàn)單晶形式,當氧壓達到甚至超過4Pa后,薄膜呈現(xiàn)高度取向的多晶薄膜。
　　 (4)利用HFSS對