低損耗大尺寸微波單晶薄膜外延及原位集成器件技術(shù).pdf

1、近些年來(lái)，無(wú)線通訊技術(shù)和移動(dòng)通訊技術(shù)的飛速發(fā)展給人們生活帶來(lái)了極大的方便。雷達(dá)技術(shù)的不斷進(jìn)步使其廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域。而釔鐵石榴石材料具有損耗低、應(yīng)用頻率高的特點(diǎn)，在射頻微波領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。除此之外，釔鐵石榴石納米厚度的單晶薄膜在自旋邏輯器件應(yīng)用方面被高度重視，利用液相外延法制備的單晶超薄膜具有重要的科研價(jià)值。鐵氧體環(huán)行器是無(wú)線通訊系統(tǒng)和雷達(dá)中不可缺少的器件之一，承擔(dān)著天線復(fù)用(收發(fā)分離)、功放保護(hù)、隔離、匹配等作用。本文以小型

2、化鐵氧體環(huán)行器作為目標(biāo)，基于液相外延工藝、共面波導(dǎo)技術(shù)和帶狀環(huán)行器理論展開(kāi)研究，實(shí)現(xiàn)了一種小型化高性能的鐵氧體環(huán)行器。
　　在材料方面，利用磁控濺射法研究了鑭摻雜量和退火工藝對(duì)釔鐵石榴石薄膜的影響。采用真空快速熱退火工藝，研究發(fā)現(xiàn)10 min的退火時(shí)間并不能使100 nm的YIG膜完全晶化，800℃是比較好的結(jié)晶溫度。利用常規(guī)退火方法，采用800℃的退火溫度，保持2個(gè)小時(shí)，慢速降溫，得到了比較好的晶化結(jié)果，發(fā)現(xiàn)不同鑭摻雜量的膜晶粒

3、生長(zhǎng)情況差距較大，成分為Y2.97La0.03Fe5O12的YIG膜可以得到較好的晶粒和較低的共振線寬。采用液相外延工藝，本文研究了生長(zhǎng)過(guò)程中的基片旋轉(zhuǎn)速率和釓鎵石榴石(GGG)襯底晶向?qū)ν庋颖∧ば阅苡绊?，解釋了兩種晶向的襯底導(dǎo)致薄膜具有不同的磁性能，探索最佳生長(zhǎng)工藝。我們發(fā)現(xiàn)，在一定范圍內(nèi)，生長(zhǎng)速率隨轉(zhuǎn)速增加而增加，達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)速后生長(zhǎng)速率不再增加。襯底晶向(111)和(100)對(duì)薄膜的磁性能影響較大，不同晶向的襯底不僅使磁滯迴線有較大

4、不同，還會(huì)使鐵磁共振場(chǎng)發(fā)生偏移。
　　器件方面，本文利用液相外延工藝制備的厚度大于20μm的摻鑭釔鐵石榴石單晶厚膜，根據(jù)帶狀線環(huán)行器設(shè)計(jì)原理為基礎(chǔ)，利用HFSS高頻微波仿真軟件進(jìn)行三維電磁場(chǎng)仿真設(shè)計(jì)以及參數(shù)優(yōu)化，并利用光刻工藝和磁控濺射工藝制作金屬信號(hào)層，設(shè)計(jì)了基于接地共面波導(dǎo)技術(shù)的 X波段薄膜環(huán)行器，經(jīng)過(guò)測(cè)試，實(shí)現(xiàn)了中心頻率11.5 GHz，3 dB帶寬大于300 MHz，帶內(nèi)插入損耗小于-4 dB，各端口回波損耗大于-20 d