微波器件薄膜化的主要技术难点的分析

     微波器件的薄膜化过程中会遇到很多的技术难点，本文以环形器薄膜化过程中遇到的技术难点为例来分析微波器件薄膜化过程中所遇到的共性与个性的技术难点。

     工作在微波波段（300～300000兆 赫）的器件。

     它的电子产品都在向的小型化，集成化方向发展，元器件尺寸和重量已成为电子系统设计考虑的主要因素，微波器件薄膜化对电子产品小型化集成化意义重大，随着单片微波集成电路(MMIC)技术和混合微波集成电路(HMIC)技术的发展，薄膜化微波集成电路较好地满足了电子装备在体积和重量方面的需求。

     薄膜区别于块材的性质主要有以下方面：

    1、薄膜材料的厚度很薄，很容易产生尺寸效应 。
    2、表面效应很显著。
    3、薄膜材料包含大量的表面晶粒间界和缺陷态，影响电子运输。
    4、薄膜与基片之间还会存在一定的相互作用，会影响薄膜与基片之间的粘附性以及内应力。

     环行器是一个多端口的无源器件，它的特性是使输入信号依次环行传输，如图1当输入信号由1端输入时，通过环行器将由2端输出，不会传至3端。

       环形器薄膜化过程中遇到的技术难点是：制备高质量薄膜和减小外加磁场。铁氧体薄膜制备难。薄膜材料容易对环形器引入插入损耗，如何制备高质量的薄膜是当前薄膜化环形器急需解决的难点之一 。

      常用薄膜制备主要方法有：磁控溅射，液相外延法，脉冲激光沉积（PLD，化学气相沉积法。薄膜质量要求有要厚度均匀，缺陷少，表面粗糙度小，合适的磁性能。

     影响薄膜质量的主要因素有：

    1、基片与薄膜晶格常数的匹配度，热膨胀系数的差异度：基片与薄膜的晶格常数不同而产生的张应力，热膨胀系数不同产生的压应力会导致薄膜沉淀时裂纹的产生。

    2、基片温度：基片加热有利于颗粒在膜上加速迁移，基片温度过低，颗粒在薄膜上迁移速率过低会导致颗粒聚集而导致薄膜粗糙，不均匀。而温度过高，离子迁移率过高，会导致离子比例不均匀。

  3、氧压：铁氧体薄膜都是氧化物复合薄膜，所以在沉积环境的氧气压强就对薄膜质量有重要影响，例如，用脉冲激光沉积（PLD）制备YIG薄膜时，薄膜中容易因缺氧而会产生氧空位，从而影响薄膜的性能 。

   4、退火温度：退火对于在基片表面获得多晶薄膜的是必须的前提条件。

    为何要减小外加磁场：
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     传统的环形器由外加永磁体以及块状材料制备，这不适合于集成电路技术，因此需要减小薄膜环形器的外加磁场，最好是制成自偏转环形器，当前主要是通过合适的材料选择来达到这点。
 
    它的选材要求：
  
    1、大的磁晶各向异性场的材料——可以减小对外界磁场的要求，主要使用六角晶系铁氧体，电子科大研究人员已经用BaFe12O19沉淀在氧化铝基片上制得了自偏转薄膜环形器，但由于插入损耗过大而不具备实用价值。

  2、YIG材料是当前另一种研究较多的材料，其共振线宽小，介电损耗小，但由于其饱和磁化强度小，无法用于制备自偏转环形器 。

  3、从调研看，当前所选用的材料虽然已经取得了一定的成果，但是还不能满足要求，因此在系的材料应用方面还需要深入研究。 

   总结：

      对于任何薄膜器件，制备出高质量的薄膜都是其薄膜化的基础，当前薄膜制备手段已经非常成熟，但对不同材料，不同基片在薄膜制备过程中由于其独特的特性，需要不同的制备参数，需要经过大量实验研究来探索，这是每一种薄膜器件在薄膜化过程中都需要攻克的技术难点。

      对于环形器来讲，去除其对外加固有磁场的需求是其薄膜化过程中其独有的一个技术难点，而对于其他微波器件由于其所具有的独特性质，在薄膜化过程中也会遇到其特有的难点需要攻克。