RU66612U1 - MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE - Google Patents

MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE Download PDF

Info

Publication number
RU66612U1
RU66612U1 RU2006142286/22U RU2006142286U RU66612U1 RU 66612 U1 RU66612 U1 RU 66612U1 RU 2006142286/22 U RU2006142286/22 U RU 2006142286/22U RU 2006142286 U RU2006142286 U RU 2006142286U RU 66612 U1 RU66612 U1 RU 66612U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
tcr
microwave
substrate
film
yig
Prior art date
Application number
RU2006142286/22U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Васильевич Яковлев
Леонид Владимирович Луцев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен" filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Феррит-Домен"
Priority to RU2006142286/22U priority Critical patent/RU66612U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU66612U1 publication Critical patent/RU66612U1/en

Links

Landscapes

  • Thin Magnetic Films (AREA)
  • Surface Acoustic Wave Elements And Circuit Networks Thereof (AREA)

Abstract

Заявленная полезная модель «СВЧ элемент на энитаксиальной структуре» относится к области СВЧ техники и может быть использована при создании спин-волновых приборов (приборов на магнитостатических спиновых волнах - МСВ): линий задержек, фильтров резонаторов, ограничителей малого и большого уровней мощности и других приборах, осуществляющих обработку информации в СВЧ диапазоне с использованием тонких магнитных пленок.The claimed utility model “Microwave Element on Enitaxial Structure” relates to the field of microwave technology and can be used to create spin-wave devices (devices on magnetostatic spin waves - MSW): delay lines, resonator filters, limiters of small and large power levels and other devices carrying out information processing in the microwave range using thin magnetic films.

СВЧ элемент содержит подложку, на одной стороне которой нанесена пленка иттриевого феррограната (ЖИГ) и преобразователи и отличается тем, что пленка ЖИГ выполнена с уменьшенной по ее краям толщиной, а сама подложка выполнена из керамического СВЧ материала, температурный коэффициент расширения которой должен лежать в пределах 0,98 ТКРжиг<ТКРn<1,02 ТКРжиг,, где ТКРжиг - коэффициент линейного расширения материала ЖИГ пленки, а ТКРn - то же для керамической подложки.The microwave element contains a substrate, on one side of which a yttrium ferrogranate (YIG) film is applied and converters, and differs in that the YIG film is made with a thickness reduced along its edges, and the substrate itself is made of ceramic microwave material, the temperature coefficient of expansion of which must lie within 0.98 TCR firing <TCR n <1.02 TCR firing , where TCR firing is the coefficient of linear expansion of the YIG film material, and TCR n is the same for the ceramic substrate.

Ввиду простоты и дешевизны устройства элемент может найти применение в сотовой связи, цифровом телевидении и других областях СВЧ техники.Due to the simplicity and low cost of the device, the element can find application in mobile communications, digital television and other areas of microwave technology.

Description

Заявляемая полезная модель относится к области СВЧ техники и может быть использована при создании спин-волновых приборов (приборов на магпитостатических спиновых волнах - МСВ): линий задержки, фильтров и резонаторов, ограничителей уровня мощности и других приборах, реализующих обработку СВЧ информации с использованием тонких магнитных пленок, например, пленок железоиттриевого феррограната (ЖИГ).The inventive utility model relates to the field of microwave technology and can be used to create spin-wave devices (devices on magpitostatic spin waves - MSW): delay lines, filters and resonators, power level limiters and other devices that implement the processing of microwave information using thin magnetic films, for example, films of iron-yttrium ferrogranate (YIG).

Основными требованиями, которые предъявляются к рассматриваемым элементам, являются выполнение одномодового режима работы, простота обеспечения одномодового режима и устойчивость параметров при изменении внешних воздействий.The main requirements that apply to the elements under consideration are the performance of a single-mode operation mode, the simplicity of providing a single-mode operation, and the stability of parameters when changing external influences.

Известно устройство на МСВ (авт.свидетельство №1737702), использующееся в устройствах задержки и обработки сигналов на СВЧ в монокристаллических ферромагнитных эпитаксиальных пленках ЖИГ.A device is known on the MSV (autos Certificate No. 1737702) used in devices for delaying and processing signals on a microwave in single crystal ferromagnetic epitaxial YIG films.

Устройство содержит подложку из галлий-гадолиниевого граната, пленку ЖИГ и размещенные па ее поверхности преобразователи и поглотители.The device comprises a gallium-gadolinium garnet substrate, a YIG film and converters and absorbers placed on its surface.

Это устройство имеет два недостатка, ограничивающих его практическое применение.This device has two drawbacks that limit its practical application.

Первый - не предусмотрена термостабилизация устройства.The first - thermal stabilization of the device is not provided.

Второй- сложность получения одномодового режима распространения МСВ. Из-за технологии получения поглотителей, т.к. она требует строго контролируемого режима диффузионного легирования пленки ЖИГ, что в свою очередь приводит к малому проценту выхода годных изделий.The second is the difficulty of obtaining a single-mode propagation regime for MSWs. Because of the technology for producing absorbers, as it requires a strictly controlled mode of diffusion doping of the YIG film, which in turn leads to a small percentage of suitable products.

В авторском свидетельстве №1688319 «СВЧ - элемент на эпитаксиалыюй ферритовой структуре» предлагается устранить один из вышеназванных недостатков - отсутствие In the copyright certificate No. 1688319 “Microwave - an element on an epitaxial ferrite structure” it is proposed to eliminate one of the above disadvantages - the absence

термостабильности путем термобиметаллической пластины на другой стороне монокристаллической галлий-гадолиниевой подложки.thermal stability by thermobimetallic plate on the other side of a single-crystal gallium-gadolinium substrate.

Однако введение такой пластины не только осложняет конструкцию, но, что главное, нарушает условие, обеспечивающее одномодовый режим, изменяющийся ввиду изменения волноведущей конструкции элемента.However, the introduction of such a plate not only complicates the design, but, most importantly, violates the condition for a single-mode operation, which changes due to changes in the waveguide structure of the element.

Наиболее близким аналогом является изобретение «Термостабильный вкладыш на эпитаксиальной ферритовой структуре для СВЧ устройств» (авт.свидетельство №1762350), взятое нами за прототип.The closest analogue is the invention "Thermostable liner on an epitaxial ferrite structure for microwave devices" (certificate of autopsy No. 1762350), which we took as a prototype.

В устройстве пленка ЖИГ размещена на поверхности диэлектрической подложки из галлий-гадолиниевого граната, па противоположной стороне которой жестко закреплена пластина из диэлектрического материала - кварцевого стекла - температурный коэффициент которой меньше, чем температурный коэффициент расширения подложки.In the device, a YIG film is placed on the surface of a dielectric substrate of gallium-gadolinium garnet, on the opposite side of which a plate of dielectric material - quartz glass is rigidly fixed - the temperature coefficient of which is less than the temperature coefficient of expansion of the substrate.

Данное устройство значительно проще предыдущего аналога и позволяет приблизиться к одномодовому режиму при распространении МСВ.This device is much simpler than the previous analogue and allows you to get closer to single-mode mode during the propagation of MSW.

Недостатками данного устройства являются: наличие клеевого слоя между монокристаллической подложкой и диэлектрической кварцевой пластиной и их заданная ровная толщина. Оба эти фактора в совокупности приводят к тому, что заранее нельзя обеспечить необходимую и достаточную величину термокомпепсации, а технология клейки не позволяет добиться требуемой повторяемости термостабилизации от образца к образцу.The disadvantages of this device are: the presence of an adhesive layer between a single crystal substrate and a dielectric quartz plate and their predetermined flat thickness. Both of these factors together lead to the fact that it is impossible to provide the necessary and sufficient value of thermal compaction in advance, and the adhesive technology does not allow achieving the required repeatability of thermal stabilization from sample to sample.

Целью заявляемой полезной модели является упрощение конструкции СВЧ элемента на эпитаксиальной структуре при снижении его стоимости и, как следствие, увеличение областей применения элемента.The purpose of the claimed utility model is to simplify the design of the microwave element on the epitaxial structure while reducing its cost and, as a result, increasing the field of application of the element.

Эта цель достигается тем, что эпитаксиальная пленка иттриевого феррограната, нанесенная на подложку, выполнена с уменьшением толщины пленки по ее краям, а сама подложка изготовлена из керамического СВЧ материала, температурный коэффициент This goal is achieved by the fact that the epitaxial film of yttrium ferrogranate deposited on a substrate is made with a decrease in the thickness of the film along its edges, and the substrate itself is made of ceramic microwave material, the temperature coefficient

расширения которой должен лежать и пределах 0,98 ТКРжиг<ТКРn<1,02 ТКРжиг, где ГКРжиг - коэффициент линейного расширения материала ЖИГ пленки, a TKPn - то же для керамической подложки.the expansion of which should lie within the limits of 0.98 TCR firing <TCR n <1,02 TCR firing , where the GCR firing is the coefficient of linear expansion of the YIG film material, and TKP n is the same for the ceramic substrate.

Предложенную модель иллюстрируют:The proposed model is illustrated by:

Фиг.1, на которой изображена конструкция предлагаемого СВЧ элемента;Figure 1, which shows the design of the proposed microwave element;

Фиг.2, которая иллюстрирует эффект формирования одномодового режима работы элемента;Figure 2, which illustrates the effect of the formation of a single-mode mode of operation of the element;

Фиг.3, которая иллюстрирует эффект температурной стабилизации.Figure 3, which illustrates the effect of temperature stabilization.

В предлагаемом устройстве (Фиг.1) изображеныIn the proposed device (Figure 1) depicted

1) - Пленка ЖИГ1) - YIG film

2) - Участок пленки с уменьшаемой толщиной2) - A section of a film with a reduced thickness

3) - Преобразователь электромагнитной волны в МСВ3) - The electromagnetic wave converter in the MSW

4) - Подложка из керамического СВЧ материала4) - Substrate made of ceramic microwave material

5) - Металлическая заземляющая поверхность5) - Metal grounding surface

6) - Направление намагничивающего поля Н6) - The direction of the magnetizing field H

7) - Участок пленки с уменьшенной толщиной7) - A section of a film with a reduced thickness

8) - Преобразователь МСВ в электромагнитную волну8) - MSV to electromagnetic wave converter

В процессе изготовления СВЧ элемента подложка (4) выбиралась из керамического СВЧ материала, например, корунда с добавками или без добавок, толщиной 0,5 мм и выбором остальных размеров в зависимости от применения в конкретных МСВ приборах; температурный коэффициент расширения подложки должен лежать в пределах 0,98 ТКРжиг<ТКРn<1,02 ТКРжиг.In the process of manufacturing a microwave element, the substrate (4) was selected from a ceramic microwave material, for example, corundum with or without additives, 0.5 mm thick and the choice of other sizes depending on the application in specific MSW devices; the temperature coefficient of expansion of the substrate should lie within 0.98 TCR firing <TKR n <1.02 TKR firing .

Участки (2) и (7) с уменьшенной толщиной пленки ЖИГ формируется при эпитаксии в едином технологическом процессе.Sections (2) and (7) with a reduced thickness of the YIG film are formed during epitaxy in a single technological process.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Преобразователь (3) возбуждает магнитостатическую волну - МСВ в пленке ЖИГ (1), МСВ распространяется в пленке (1), а в преобразователе (8) МСВ возбуждает электромагнитную волну для се последующей обработки.The transducer (3) excites a magnetostatic wave - MSW in the YIG film (1), the MSW propagates in the film (1), and in the transducer (8) the MSW excites an electromagnetic wave for all subsequent processing.

В пленке ЖИГ (1) в едином технологическом цикле формируются участки пленки (2) и (7) с уменьшенной по сравнению с пленкой (1) толщиной.In the YIG film (1), in a single technological cycle, sections of the film (2) and (7) are formed with a reduced thickness compared to the film (1).

Участки (2) и (7) имеют дисперсионные зависимости, отличающиеся от остальной части пленки (1). Вследствие этого происходит затухание МСВ неоднородных типов волн, а основная волна приобретает одномодовый режим распространения при одновременном увеличении спектрального диапазона. При изменении температуры в пленке ЖИГ происходит изменение эффективных полей анизотропии; при этом, т.к. температурные коэффициенты подложки и пленки ЖИГ различны, изменение упругих деформаций подложки компенсируют эффективные поля анизотропии пленки ЖИГ и приводят к стабилизации температурных изменений (например, частотных уходов элемента).Sections (2) and (7) have dispersion dependences that differ from the rest of the film (1). As a result of this, the MSW attenuates the inhomogeneous types of waves, and the main wave acquires a single-mode propagation mode while increasing the spectral range. As the temperature in the YIG film changes, the effective anisotropy fields change; at the same time, because the temperature coefficients of the substrate and the YIG film are different, changes in the elastic deformations of the substrate compensate for the effective anisotropy fields of the YIG film and lead to stabilization of temperature changes (for example, the frequency drift of the element).

Фиг.2 иллюстрирует эффект формирования одномодового режима работы элемента.Figure 2 illustrates the effect of the formation of a single-mode mode of operation of the element.

Где (а) - одномодовый режим, характеристика имеет гладкую частотную зависимость;Where (a) is a single-mode mode, the characteristic has a smooth frequency dependence;

(б) - многомодовый режим, характеристика имеет изрезанную частотную зависимость за счет других мод;(b) - multimode mode, the characteristic has a rugged frequency dependence due to other modes;

Фиг.3 иллюстрирует эффект температурной стабилизации, гдеFigure 3 illustrates the effect of temperature stabilization, where

(1) - температурная зависимость ухода частоты с термокомпенсацией при использовании в качестве подложки керамического СВЧ материала с характеристикам» температурного коэффициента расширения ТКР, отвечающего приведенному выше состоянию;(1) - the temperature dependence of the frequency drift with thermal compensation when using ceramic microwave material with the characteristics of the "temperature coefficient of expansion of the TCR, corresponding to the above state, as a substrate;

(2) - уход частоты без термокомпенсации.(2) - frequency drift without thermal compensation.

Технический результат при осуществлении предлагаемой полезной модели заключается:The technical result in the implementation of the proposed utility model is:

1. В обеспечении регулируемой и заранее заданной термостабилизации за счет выбора пределов по ТКР. Экспериментальные данные (Таблица 1) приведены для расширенного диапазона значений ТКР в рамках выбранных пределов. Критерием взято изменение частоты устройства ΔF (фиг.2), при этом допустимое значение ΔF не должно превышать значение ширины полосы пропускания, в нашем случае 10 МГц. Начальное значение ТКР пленки принято равным α=12*10-6 1/град.1. In ensuring regulated and predetermined thermal stabilization due to the choice of limits for TCR. The experimental data (Table 1) are given for an extended range of TCR values within the selected limits. The criterion is the change in the frequency of the device ΔF (figure 2), while the allowable value of ΔF should not exceed the value of the bandwidth, in our case 10 MHz. The initial value of the TCR of the film is taken equal to α = 12 * 10 -6 1 / deg.

Таблица 1Table 1 ТКР относит.TCR relates. 0,960.96 0,970.97 0,980.98 0,990.99 1one 1,011.01 1,021,02 1,031,03 ΔF, МГцΔF, MHz 1919 11eleven 55 22 00 4four 88 1313

2. В исключении в качестве подложки монокристаллического материала из галлий-гадолиниевого граната на дешевый (на порядок) поликристаллический керамический СВЧ; материал с широким и варьируемым диапазоном ТКР;2. With the exception of a single-crystal material from gallium-gadolinium garnet as a substrate for a cheap (an order of magnitude) polycrystalline ceramic microwave; material with a wide and variable range of TCR;

3. В применении простой технологии по эпитаксии ЖИГ пленки с уменьшенной по краям толщиной пленки;3. In the application of a simple technology for epitaxy of YIG film with a reduced film thickness at the edges;

4. В создании СВЧ элемента для устройств на МСВ, имеющего широкие функциональные возможности вследствие реализации одномодового (существенно снижающего помехи) режима и термостабильного в работе устройства при одновременном упрощении и удешевлении его конструкции.4. In the creation of a microwave element for devices on the MSW, which has wide functional capabilities due to the implementation of a single-mode (significantly reducing interference) mode and thermostable operation of the device while simplifying and cheapening its design.

5. Эти обстоятельства расширяют сферу применения СВЧ элемента в устройствах широкого применения (например, сотовой связи, цифровом телевидении и других областях СВЧ техники).5. These circumstances expand the scope of application of the microwave element in devices of widespread use (for example, cellular communications, digital television and other areas of microwave technology).

Claims (1)

СВЧ элемент на эпитаксиальной структуре, содержащий подложку на одной стороне которой нанесена пленка железоиттриевого феррограната (ЖИГ) и преобразователи, отличающийся тем, что пленка ЖИГ выполнена с уменьшенной толщиной по ее краям, а сама подложка выполнена из керамического СВЧ материала, температурный коэффициент которой должен лежать к пределах 0,98 ТКРжиг<ТКРn<1,02 ТКРжиг, где ТКРжиг - температурный коэффициент расширения материала ЖИГ, а ТКРп - температурный коэффициент расширения материала подложки.
Figure 00000001
A microwave element on an epitaxial structure, containing a substrate on one side of which a film of yttrium iron garnet (YIG) is deposited and converters, characterized in that the YIG film is made with a reduced thickness along its edges, and the substrate itself is made of ceramic microwave material, the temperature coefficient of which must lie to the range of 0.98 TCR jig <TCR n <1,02 TCR jig , where TCR jig is the temperature coefficient of expansion of the YIG material, and TKRp is the temperature coefficient of expansion of the substrate material.
Figure 00000001
RU2006142286/22U 2006-11-29 2006-11-29 MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE RU66612U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142286/22U RU66612U1 (en) 2006-11-29 2006-11-29 MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006142286/22U RU66612U1 (en) 2006-11-29 2006-11-29 MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU66612U1 true RU66612U1 (en) 2007-09-10

Family

ID=38598938

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006142286/22U RU66612U1 (en) 2006-11-29 2006-11-29 MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU66612U1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475716C1 (en) * 2011-10-11 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Sensitive element for measurement of physical quantities on magnetostatic waves
RU2666968C1 (en) * 2017-12-12 2018-09-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Frequency filter of uhf signal on magnetic waves

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2475716C1 (en) * 2011-10-11 2013-02-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Радар ммс" Sensitive element for measurement of physical quantities on magnetostatic waves
RU2666968C1 (en) * 2017-12-12 2018-09-13 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук Frequency filter of uhf signal on magnetic waves

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Adhikari et al. Magnetically tunable ferrite loaded substrate integrated waveguide cavity resonator
RU2666968C1 (en) Frequency filter of uhf signal on magnetic waves
Adam et al. Microwave magnetostatic delay devices based on epitaxial yttrium iron garnet
KR102519924B1 (en) Lithium tantalate single crystal substrate, bonded substrate thereof, manufacturing method, and surface acoustic wave device using the substrate
US3696312A (en) Cyclotron resonance devices controllable by electric fields
US4209759A (en) Magnetoelastic surface wave interaction device
RU66612U1 (en) MICROWAVE ELEMENT ON EPITAXIAL STRUCTURE
CN112840562A (en) High-power bulk acoustic wave resonator filter device
RU2594382C1 (en) Adjustable microwave delay line on surface magnetostatic waves
US4188594A (en) Fixed frequency filters using epitaxial ferrite films
Adam et al. MSW frequency selective limiters at UHF
Nikitin et al. Microwave tunable devices on the YIG-VO2 structures
US3864647A (en) Substantially linear magnetic dispersive delay line and method of operating it
Ustinov et al. Nonlinear microwave phase shifter on electromagnetic-spin waves
Igeta et al. Temperature characteristics of ScAlN/SiO 2 BAW resonators
Srinivasan et al. Ferrite-piezoelectric heterostructures for microwave and millimeter devices: recent advances and future possibilities
US4138651A (en) Multiple magnetic layer composite for magnetostatic surface wave propagation
Uehara et al. Surface acoustic wave properties of atomically flat-surface aluminum nitride epitaxial film on sapphire
Si et al. Study on the Fabrication and Acoustic Properties of Near-Stoichiometric Lithium Tantalate Crystal Surface Acoustic Wave Filters
Tatarenko et al. Modeling of magnetoelectric microwave devices
Lakin et al. A surface acoustic wave planar resonator employing an interdigital electrode transducer
Hartemann Magnetostatic wave planar YIG devices
Popov et al. Coupled magnetostatic and electromagnetic oscillations in hexaferrite-dielectric heterostructures
Mukhortov et al. Application of nanodimensional barium-strontium titanate films in tunable microwave devices
Zavislyak et al. A cut-off millimeter wave resonator technique for mapping magnetic parameters in hexagonal ferrites