CN104167584B - 一种集成微带的薄膜环形器及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型结构集成微带薄膜环形器，属于电子技术领域；其结构包括微波介质基片、金属底电极、铁磁薄膜、微带环形器Y结和硬磁；其特征为金属底电极位于铁磁薄膜与微波介质基片之间。本发明大大降低了微波介质基片对环形器性能的影响，提高了环形器的工作带宽；同时使用铁磁薄膜取代了传统的铁磁块材，降低了器件的重量与体积，提高了器件的集成化。

Description

一种集成微带的薄膜环形器及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种薄膜环形器，尤其涉及一种使用铁氧体材料的微带薄膜环形器及其制造方法。

背景技术

微波铁氧体环形器是一种非互易的微波器件，能实现信号的单向传输，一般为三端口或者四端口。单向循环通路为①→②→③→①。信号由①端口输入时，通过环形器后只能通过②端口输出。同理，信号由②(或③)端口输入时，只能通过③(或①)端口输出。铁氧体环形器因具有这种环形特性，在移动通信中扮演着重要的角色，广泛的使用于雷达、遥测遥控、电子对抗、微波测量等方面的收发系统。

随着现代移动通信的高速发展，微波铁氧体环形器拥有更广阔的应用前景，但对器件小型化与集成化的要求也变得越来越重要。传统的波导结环形器虽然发展成熟，但存在着不仅体积较大也不利于一体化集成等劣势。因此从应用和发展层面上看，设计易于集成的小型化环形器是有必要的。薄膜环形器就是将铁磁薄膜沉积在基片上包括半导体基片，这样提高了环形器的集成化，成为当前的环形器的重要研究对象。另一方面，因为微带结环形器可以降低环形器的体积，提高环形器的性能，已逐渐取代传统的波导结，而成为了当前环形器的研究对象。

一般微带环形器都是将金属底电极沉积在基片底部，基片与铁磁介质一起构成复合介质来传播电磁波。这种情况下基片的介电参数会直接影响环形器的性能，包括降低了环形器的工作带宽、降低环形器的集成化。因此有必要寻找更加有效的结构来解决这些问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供了一种集合薄膜环形器与微带电路为一体的新型结构集成微带薄膜环形器，在具备较好性能的同时，具有更小的体积和重量、更高的集成度。

本发明解决其技术问题采用的技术方案为：

一种集成微带的薄膜环形器，包括5层结构，从底部往顶部依次是微波介质基片1、金属底电极2、铁磁薄膜3、微带环形器Y结4，硬磁5。

所述的微波介质基片1具体可以是单晶硅、GaAs、GaN、MgO等基片，用于支撑环形器的结构，并且提高环形器的集成化。

所述金属底电极2的材料具体可采用金(Au)、银(Ag)或铜(Cu)。

所述铁磁薄膜3具体可以是单质的金属强磁性材料铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)，也可以是各种配方的合金永磁材料FeCo、FeNi、FePt、CoPt或SmCo，还可以是各种亚铁磁性铁氧体材料如钇铁石榴石型铁氧体、镍锌尖晶石型铁氧体、六角磁铅型铁氧体；用于传输电磁波，其具体选择由环形器的工作频率以及性能决定。

微带环形器Y结4的材料具体可采用金(Au)、银(Ag)或铜(Cu)。

硬磁5的材料具体可采用铝铁硼，用于磁化铁磁薄膜3。

这种集成微带的薄膜环形器将微波信号局限于金属底电极2的上沿铁磁薄膜3中传输，致使微波介质基片1不会影响到微波信号的传输，从而提高了环形器的环形性能。

本发明的实质性特点和进步主要体现在：

将传统的金属底电极在微波介质基片底部转移到微波介质基片与铁磁薄膜之间，这样大大减弱了微波介质基片对环形器性能的影响，致使比现有微带环形器带宽大，性能更好，更易集成。

附图说明

图1是本发明一种新型结构集成微带薄膜环形器的结构示意图；

图2是本发明一种新型结构集成微带薄膜环形器的切面结构示意图。

其中1是半导体介质基片，2是金属底电极、3是铁磁介质、4是微带环形器Y结，5为硬磁。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

所有实施例的结构图参见图1和图2，新型结构集成微带薄膜环形器包括5层结构，从底部往顶部依次是半导体介质基片1、金属底电极2、铁磁薄膜3、微带环形器Y结4，硬磁5。该环形器的中心工作频率由材料的饱和磁化强度决定，可以方便的通过改变材料的配方调整，器件的性能主要由磁性材料的厚度以及微带线的匹配决定。

实施例1

本实施例选用的GaAs为介质基片；金为金属电极；钇铁石榴石铁氧体作为铁磁薄膜。

步骤1，利用脉冲激光沉积(PLD)技术在GaAs基片上沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

步骤2，利用PLD技术在金膜上沉积50微米厚的钇铁石榴石铁氧体薄膜；沉积条件为：真空度为1Pa，基片温度为700℃，时间为40小时.

步骤3，将步骤2得到的铁氧体薄膜在退火炉中750℃下退火3小时；

步骤4，将步骤3得到的样品继续利用PLD技术沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

步骤5，将步骤4得到的样品，利用绿光打标机在其表面刻出微带环形器所需要的微带线路。

步骤6，将步骤5得到的样品封装连线，即得到环形器。

实施例2

本实施例选用的MgO为介质基片；金为金属电极；钇铁石榴石铁氧体作为铁磁薄膜。

步骤1，利用脉冲激光沉积(PLD)技术在MgO基片上沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

其余步骤同实施例1

实施例3

本实施例选用的GaAs为介质基片；金为金属电极；镍锌尖晶石型铁氧体作为铁磁薄膜。

步骤1，利用脉冲激光沉积(PLD)技术在GaAs基片上沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

步骤2，利用PLD技术在金膜上沉积70微米厚的镍锌尖晶石型铁氧体薄膜；沉积条件为：真空度为1Pa，基片温度为700℃，时间为30小时.

其余步骤同实施例1

实施例4

本实施例选用的GaAs为介质基片；铜为金属电极；钇铁石榴石铁氧体作为铁磁薄膜。

步骤1，利用脉冲激光沉积(PLD)技术在GaAs基片上沉积2微米厚的铜膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

步骤2，利用PLD技术在金膜上沉积50微米厚的钇铁石榴石铁氧体薄膜；沉积条件为：真空度为1Pa，基片温度为700℃，时间为40小时.

步骤3，将步骤2得到的铁氧体薄膜在退火炉中750℃下退火3小时；

步骤4，将步骤3得到的样品继续利用PLD技术沉积2微米厚的铜膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时

步骤5，将步骤4得到的样品，利用绿光打标机在其表面刻出微带环形器所需要的微带线路。

步骤6，将步骤5得到的样品封装连线，即得到环形器。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种集成微带的薄膜环形器，其特征在于，包括以下结构：从底部往顶部依次是微波介质基片(1)、金属底电极(2)、铁磁薄膜(3)、微带环形器Y结(4)，硬磁(5)，金属底电极沉积在微波介质基片与铁磁薄膜之间；其中，

所述的微波介质基片(1)具体是单晶硅、GaAs、GaN或MgO中的任一种；

所述的金属底电极(2)的材料采用金(Au)、银(Ag)或铜(Cu)；

所述铁磁薄膜(3)的具体材料是单质的金属强磁性材料、各种配方的合金永磁材料或亚铁磁性铁氧体材料中的任一种，其中，

单质的金属强磁性材料为铁(Fe)、钴(Co)或镍(Ni)中任一种；

各种配方的合金永磁材料为FeCo、FeNi、FePt、CoPt或SmCo中任一种；

亚铁磁性铁氧体材料为钇铁石榴石型铁氧体、镍锌尖晶石型铁氧体或六角磁铅型铁氧体中任一种。

2.一种制备如权利要求1所述的集成微带薄膜环形器的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤1，利用脉冲激光沉积(PLD)技术在基片上沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时；

步骤2，利用PLD技术在金膜上沉积50微米厚的铁磁薄膜；沉积条件为：真空度为1Pa，基片温度为700℃，时间为40小时；

步骤3，将步骤2得到的铁磁薄膜在退火炉中750℃下退火3小时；

步骤4，将步骤3得到的样品继续利用PLD技术沉积2微米厚的金膜；沉积条件为：真空度为5×10-4Pa，基片温度为室温，时间为1小时；

步骤5，将步骤4得到的样品，利用绿光打标机在其表面刻出微带环形器所需要的微带线路；

步骤6，将步骤5得到的样品封装连线，即得到环形器。