一種集成微帶的薄膜環形器及其製造方法
2023-04-29 07:06:31
一種集成微帶的薄膜環形器及其製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種新型結構集成微帶薄膜環形器，屬於電子【技術領域】；其結構包括微波介質基片、金屬底電極、鐵磁薄膜、微帶環形器Y結和硬磁；其特徵為金屬底電極位於鐵磁薄膜與微波介質基片之間。本發明大大降低了微波介質基片對環形器性能的影響，提高了環形器的工作帶寬；同時使用鐵磁薄膜取代了傳統的鐵磁塊材，降低了器件的重量與體積，提高了器件的集成化。
【專利說明】一種集成微帶的薄膜環形器及其製造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種薄膜環形器，尤其涉及一種使用鐵氧體材料的微帶薄膜環形器及其製造方法。
【背景技術】
[0002]微波鐵氧體環形器是一種非互易的微波器件，能實現信號的單向傳輸，一般為三埠或者四埠。單向循環通路為①一②一③一①。信號由①埠輸入時，通過環形器後只能通過②埠輸出。同理，信號由②(或③)埠輸入時，只能通過③(或①)埠輸出。鐵氧體環形器因具有這種環形特性，在移動通信中扮演著重要的角色，廣泛的使用於雷達、遙測遙控、電子對抗、微波測量等方面的收發系統。
[0003]隨著現代移動通信的高速發展，微波鐵氧體環形器擁有更廣闊的應用前景，但對器件小型化與集成化的要求也變得越來越重要。傳統的波導結環形器雖然發展成熟，但存在著不僅體積較大也不利於一體化集成等劣勢。因此從應用和發展層面上看，設計易於集成的小型化環形器是有必要的。薄膜環形器就是將鐵磁薄膜沉積在基片上包括半導體基片，這樣提高了環形器的集成化，成為當前的環形器的重要研究對象。另一方面，因為微帶結環形器可以降低環形器的體積，提高環形器的性能，已逐漸取代傳統的波導結，而成為了當前環形器的研究對象。
[0004]一般微帶環形器都是將金屬底電極沉積在基片底部，基片與鐵磁介質一起構成複合介質來傳播電磁波。這種情況下基片的介電參數會直接影響環形器的性能，包括降低了環形器的工作帶寬、降低環形器的集成化。因此有必要尋找更加有效的結構來解決這些問題。
【發明內容】
[0005]為解決上述問題，本發明提供了一種集合薄膜環形器與微帶電路為一體的新型結構集成微帶薄膜環形器，在具備較好性能的同時，具有更小的體積和重量、更高的集成度。
[0006]本發明解決其技術問題採用的技術方案為:
[0007]—種集成微帶的薄膜環形器，包括5層結構，從底部往頂部依次是微波介質基片
1、金屬底電極2、鐵磁薄膜3、微帶環形器Y結4，硬磁5。
[0008]所述的微波介質基片I具體可以是單晶娃、GaAs、GaN、MgO等基片,用於支撐環形器的結構，並且提高環形器的集成化。
[0009]所述金屬底電極2的材料具體可採用金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)。
[0010]所述鐵磁薄膜3具體可以是單質的金屬強磁性材料鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)，也可以是各種配方的合金永磁材料FeCo、FeN1、FePt、CoPt或SmCo,還可以是各種亞鐵磁性鐵氧體材料如釔鐵石榴石型鐵氧體、鎳鋅尖晶石型鐵氧體、六角磁鉛型鐵氧體；用於傳輸電磁波，其具體選擇由環形器的工作頻率以及性能決定。
[0011]微帶環形器Y結4的材料具體可採用金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)。
[0012]硬磁5的材料具體可採用鋁鐵硼，用於磁化鐵磁薄膜3。
[0013]這種集成微帶的薄膜環形器將微波信號局限於金屬底電極2的上沿鐵磁薄膜3中傳輸，致使微波介質基片I不會影響到微波信號的傳輸，從而提高了環形器的環形性能。
[0014]本發明的實質性特點和進步主要體現在:
[0015]將傳統的金屬底電極在微波介質基片底部轉移到微波介質基片與鐵磁薄膜之間，這樣大大減弱了微波介質基片對環形器性能的影響，致使比現有微帶環形器帶寬大，性能更好，更易集成。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本發明一種新型結構集成微帶薄膜環形器的結構示意圖；
[0017]圖2是本發明一種新型結構集成微帶薄膜環形器的切面結構示意圖。
[0018]其中I是半導體介質基片，2是金屬底電極、3是鐵磁介質、4是微帶環形器Y結，5為硬磁。
【具體實施方式】
[0019]為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。
[0020]相反，本發明涵蓋任何由權利要求定義的在本發明的精髓和範圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進一步，為了使公眾對本發明有更好的了解，在下文對本發明的細節描述中，詳盡描述了一些特定的細節部分。對本領域技術人員來說沒有這些細節部分的描述也可以完全理解本發明。
[0021]所有實施例的結構圖參見圖1和圖2，新型結構集成微帶薄膜環形器包括5層結構，從底部往頂部依次是半導體介質基片1、金屬底電極2、鐵磁薄膜3、微帶環形器Y結4，硬磁5。該環形器的中心工作頻率由材料的飽和磁化強度決定，可以方便的通過改變材料的配方調整，器件的性能主要由磁性材料的厚度以及微帶線的匹配決定。
[0022]實施例1
[0023]本實施例選用的GaAs為介質基片；金為金屬電極；釔鐵石榴石鐵氧體作為鐵磁薄膜。
[0024]步驟1，利用脈衝雷射沉積(PLD)技術在GaAs基片上沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0025]步驟2，利用PLD技術在金膜上沉積50微米厚的釔鐵石榴石鐵氧體薄膜；沉積條件為:真空度為IPa，基片溫度為700°C，時間為40小時.
[0026]步驟3，將步驟2得到的鐵氧體薄膜在退火爐中750°C下退火3小時；
[0027]步驟4，將步驟3得到的樣品繼續利用PLD技術沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0028]步驟5，將步驟4得到的樣品，利用綠光打標機在其表面刻出微帶環形器所需要的微帶線路。
[0029]步驟6，將步驟5得到的樣品封裝連線，即得到環形器。
[0030]實施例2
[0031]本實施例選用的MgO為介質基片；金為金屬電極；釔鐵石榴石鐵氧體作為鐵磁薄膜。
[0032]步驟1，利用脈衝雷射沉積(PLD)技術在MgO基片上沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0033]其餘步驟同實施例1
[0034]實施例3
[0035]本實施例選用的GaAs為介質基片；金為金屬電極；鎳鋅尖晶石型鐵氧體作為鐵磁薄膜。
[0036]步驟I，利用脈衝雷射沉積(PLD)技術在GaAs基片上沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0037]步驟2，利用PLD技術在金膜上沉積70微米厚的鎳鋅尖晶石型鐵氧體薄膜；沉積條件為:真空度為IPa，基片溫度為700°C，時間為30小時.
[0038]其餘步驟同實施例1
[0039]實施例4
[0040]本實施例選用的GaAs為介質基片；銅為金屬電極；釔鐵石榴石鐵氧體作為鐵磁薄膜。
[0041]步驟1，利用脈衝雷射沉積(PLD)技術在GaAs基片上沉積2微米厚的銅膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0042]步驟2，利用PLD技術在金膜上沉積50微米厚的釔鐵石榴石鐵氧體薄膜；沉積條件為:真空度為IPa，基片溫度為700°C，時間為40小時.
[0043]步驟3，將步驟2得到的鐵氧體薄膜在退火爐中750°C下退火3小時；
[0044]步驟4，將步驟3得到的樣品繼續利用PLD技術沉積2微米厚的銅膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時
[0045]步驟5，將步驟4得到的樣品，利用綠光打標機在其表面刻出微帶環形器所需要的微帶線路。
[0046]步驟6，將步驟5得到的樣品封裝連線，即得到環形器。
[0047]以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種集成微帶的薄膜環形器，包括以下結構:從底部往頂部依次是微波介質基片(I)、金屬底電極(2)、鐵磁薄膜(3)、微帶環形器Y結(4)，硬磁(5)，其特徵是金屬底電極沉積在微波介質基片與鐵磁薄膜之間。
2.根據權利要求1所述的一種集成微帶的薄膜環形器，所述的微波介質基片(I)具體是單晶矽、GaAs、GaN或MgO中的任一種。
3.根據權利要求1所述的一種集成微帶的薄膜環形器，所述的金屬底電極(2)的材料採用金(Au)、銀(Ag)或銅(Cu)。
4.根據權利要求1所述的一種集成微帶的薄膜環形器，所述鐵磁薄膜(3)的具體材料是單質的金屬強磁性材料鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)。
5.根據權利要求1所述的一種集成微帶的薄膜環形器，所述鐵磁薄膜(3)的具體材料是各種配方的合金永磁材料FeCo、FeN1、FePt、CoPt或SmCo。
6.根據權利要求1所述的一種集成微帶的薄膜環形器，所述鐵磁薄膜(3)的具體材料是各種亞鐵磁性鐵氧體材料如釔鐵石榴石型鐵氧體、鎳鋅尖晶石型鐵氧體或六角磁鉛型鐵氧體。
7.一種製備如權利要求1所述的集成微帶薄膜環形器的方法，其特徵在於，所述方法包括以下步驟: 步驟I，利用脈衝雷射沉積(PLD)技 術在基片上沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時 步驟2，利用PLD技術在金膜上沉積50微米厚的鐵磁薄膜；沉積條件為:真空度為IPa，基片溫度為700°C，時間為40小時.步驟3，將步驟2得到的鐵磁薄膜在退火爐中750°C下退火3小時； 步驟4，將步驟3得到的樣品繼續利用PLD技術沉積2微米厚的金膜；沉積條件為:真空度為5X10-4Pa，基片溫度為室溫，時間為I小時 步驟5，將步驟4得到的樣品，利用綠光打標機在其表面刻出微帶環形器所需要的微帶線路。 步驟6，將步驟5得到的樣品封裝連線，即得到環形器。
【文檔編號】H01P11/00GK104167584SQ201410400263
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月13日 優先權日:2014年8月13日
【發明者】鄭鵬, 鄭輝, 鄭梁, 鄧江峽, 秦會斌, 錢楊偉, 趙文靜 申請人:杭州電子科技大學