【摘要】：微波鐵氧體器件作為通信系統(tǒng)的核心器件,扮演著越來越重要角色。釔鐵石榴石鐵氧體(Y_3Fe_5O_(12),簡稱YIG)是一種有出色磁學(xué)特性的鐵氧體材料,因為其良好的旋磁效應(yīng)和較低的鐵磁共振線寬而被大量應(yīng)用于制作微波器件。目前,小型化、片式化、集成化是磁性器件發(fā)展的方向,材料以薄膜的形態(tài)應(yīng)用于各類器件是必然趨勢。因此,如何制備出高質(zhì)量的、滿足微波器件要求的YIG薄膜值得深入研究。靶材是制備薄膜的基礎(chǔ),是決定薄膜性能的重要因素之一。本論文采用脈沖激光沉積(pulsed laser deposition,簡稱PLD)技術(shù)制備YIG薄膜,首先,利用用溶膠凝膠結(jié)合兩步燒結(jié)法制備亞微米尺寸的優(yōu)質(zhì)YIG靶材。探究了兩步的燒結(jié)溫度T_1,T_2以及保溫時間t對YIG靶材的平均結(jié)晶尺寸、相對密度以及內(nèi)部微觀結(jié)構(gòu)的影響。并進一步測試分析兩步燒結(jié)技術(shù)對靶材磁性能以及鐵磁共振線寬的影響。最終在T_1=1300~℃,T_2=1225~℃,保溫時間t=18h的條件下,制備得到平均晶粒尺寸為0.975μm,相對密度為98.4%,飽和磁化強度達到27.18emu/g的優(yōu)質(zhì)YIG靶材。其次,探究了不同晶粒尺寸的YIG靶材對PLD法沉積的薄膜性能的影響。采用了1μm,2.3μm、5μm和10μm四種晶粒尺寸在Si與GGG基片沉積了YIG薄膜。研究得到,靶材晶粒尺寸越小,所制備的薄膜性能越好。并利用1μm靶材在Si基片上得到高質(zhì)量的薄膜,具有9nm的粗糙度,0.101°的半峰寬,飽和磁化強度189emu/cm~3。GGG基片上的薄膜則有2nm的粗糙度,取向性良好,飽和磁化強度197.2 emu/cm~3。最后,利用PLD技術(shù),采用雙靶材連續(xù)沉積的方法,YIG靶材與Fe_2O_3靶材或Y_2O_3靶材按時間比例1:0,10:1、5:1和2:1沉積制備了薄膜。探究了靶材的表面成分變化對薄膜性能的影響。采用YIG靶材與Y_2O_3靶材雙靶材連續(xù)沉積,沉積時間比例為10:1時,可以獲得最好的YIG薄膜。薄膜表面形貌光滑平整,元素成分與YIG基本一致,XRD未見明顯雜峰,結(jié)晶性良好,飽和磁化強度為156.41 emu/cm~3。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O484
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文第一種，尖晶石型鐵氧體。利用天然的尖晶石礦石（MgO·Al2O3），以人工二價金屬氧化物代替，如 Fe2O3代換 Al2O3。這樣制成的金屬磁性材料或復(fù)合氧化物材料，其結(jié)構(gòu)與尖晶石類似所以稱為尖晶石鐵氧體。第二種，磁鉛石型鐵氧體。同樣的，與天然磁鉛石的六角晶系結(jié)構(gòu)類似的鐵氧體被稱為磁鉛石型鐵氧體。天然磁鉛石的分子式為 MFe12O19。M 為 Sr2+,Pb2+等二價金屬離子。這其中的 BaFe12O19，就是通常所說的鋇鐵氧體，矯頑力和剩余磁化強度大，多用作喇叭等器件的永磁體。第三種，石榴石型鐵氧體。石榴石是一種體心立方結(jié)構(gòu)的天然礦物，化學(xué)式為 R3Fe5O12，以 Y3+取代 R，即 Y3Fe5O12，稱為釔鐵石榴石鐵氧體。優(yōu)點有低介電損耗、低磁場損耗等。YIG 應(yīng)用廣泛，本論文的主要研究對象就是這種鐵氧體。1.2.2 YIG 的特征與性能釔鐵石榴石為體心立方結(jié)構(gòu)的鐵氧體。其晶格結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。

圖 1.2 PLD 沉積系統(tǒng)的原理圖器產(chǎn)生激光，經(jīng)過透鏡，穿過窗口，以一定角度轟擊到靶材上。能量，熔融氣化出粒子團。激光照射粒子團，溫度持續(xù)上升，生成子體接受激光能量，導(dǎo)致溫度不斷上升形成等離子體火焰。隨著增加，等離子體的能量持續(xù)積累升高形成一個巨大的壓力與溫度時等離子體在數(shù)十納秒內(nèi)發(fā)生膨脹，形成了羽輝。子體隨著羽輝到達基片，濺射在表面，然后在表面成核，生長，形品。D 技術(shù)的優(yōu)缺點D 技術(shù)制備薄膜操作簡易應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，與其他制備技術(shù)相比優(yōu)勢強的競爭力。其優(yōu)點如下：脈沖能量高，可熔融多種化學(xué)成分復(fù)雜的復(fù)合物材料靶材。照射下靶材會與氛圍氣體產(chǎn)生的高活性離子反應(yīng)。利用這一點，膜的過程中，讓不同成分，氣壓的背底氣體參與和離子的反應(yīng)，可

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文輝中的等離子體會有一個局域分布，各方向的粒子數(shù)量和能量都不的薄膜會比較薄。所以，大面積的薄膜不易制備。 薄膜實驗與檢測儀器介紹薄膜實驗儀器驗中所用的 PLD 沉積設(shè)備主要分為激光光源和 PLD 真空腔室兩部3 所示，左邊為控制臺，中間的球形腔室為真空腔室，右邊為準(zhǔn)分子激介紹如下：

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

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本文編號：2790829