微波器件薄膜化技術(shù)難點(diǎn)

微波器件的薄膜化過(guò)程中會(huì )遇到很多的技術(shù)難點(diǎn)，本文以環(huán)形器薄膜化過(guò)程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)為例來(lái)分析微波器件薄膜化過(guò)程中所遇到的共性與個(gè)性的技術(shù)難點(diǎn)。

工作在微波波段(300～300000兆 赫)的器件。

它的電子產(chǎn)品都在向的小型化，集成化方向發(fā)展，元器件尺寸和重量已成為電子系統設計考慮的主要因素，微波器件薄膜化對電子產(chǎn)品小型化集成化意義重大，隨著(zhù)單片微波集成電路(MMIC)技術(shù)和混合微波集成電路(HMIC)技術(shù)的發(fā)展，薄膜化微波集成電路較好地滿(mǎn)足了電子裝備在體積和重量方面的需求。

薄膜區別于塊材的性質(zhì)主要有以下方面：

1、薄膜材料的厚度很薄，很容易產(chǎn)生尺寸效應 。

2、表面效應很顯著(zhù)。

3、薄膜材料包含大量的表面晶粒間界和缺陷態(tài)，影響電子運輸。

4、薄膜與基片之間還會(huì )存在一定的相互作用，會(huì )影響薄膜與基片之間的粘附性以及內應力。

環(huán)行器是一個(gè)多端口的無(wú)源器件，它的特性是使輸入信號依次環(huán)行傳輸，如圖1當輸入信號由1端輸入時(shí)，通過(guò)環(huán)行器將由2端輸出，不會(huì )傳至3端。

環(huán)形器薄膜化過(guò)程中遇到的技術(shù)難點(diǎn)是：制備高質(zhì)量薄膜和減小外加磁場(chǎng)。鐵氧體薄膜制備難。薄膜材料容易對環(huán)形器引入插入損耗，如何制備高質(zhì)量的薄膜是當前薄膜化環(huán)形器急需解決的難點(diǎn)之一 。

常用薄膜制備主要方法有：磁控濺射，液相外延法，脈沖激光沉積(PLD，化學(xué)氣相沉積法。薄膜質(zhì)量要求有要厚度均勻，缺陷少，表面粗糙度小，合適的磁性能。

影響薄膜質(zhì)量的主要因素有：

1、基片與薄膜晶格常數的匹配度，熱膨脹系數的差異度：基片與薄膜的晶格常數不同而產(chǎn)生的張應力，熱膨脹系數不同產(chǎn)生的壓應力會(huì )導致薄膜沉淀時(shí)裂紋的產(chǎn)生。

2、基片溫度：基片加熱有利于顆粒在膜上加速遷移，基片溫度過(guò)低，顆粒在薄膜上遷移速率過(guò)低會(huì )導致顆粒聚集而導致薄膜粗糙，不均勻。而溫度過(guò)高，離子遷移率過(guò)高，會(huì )導致離子比例不均勻。

3、氧壓：鐵氧體薄膜都是氧化物復合薄膜，所以在沉積環(huán)境的氧氣壓強就對薄膜質(zhì)量有重要影響，例如，用脈沖激光沉積(PLD)制備YIG薄膜時(shí)，薄膜中容易因缺氧而會(huì )產(chǎn)生氧空位，從而影響薄膜的性能 。

4、退火溫度：退火對于在基片表面獲得多晶薄膜的是必須的前提條件。

為何要減小外加磁場(chǎng)：

傳統的環(huán)形器由外加永磁體以及塊狀材料制備，這不適合于集成電路技術(shù)，因此需要減小薄膜環(huán)形器的外加磁場(chǎng)，最好是制成自偏轉環(huán)形器，當前主要是通過(guò)合適的材料選擇來(lái)達到這點(diǎn)。

它的選材要求：

1、大的磁晶各向異性場(chǎng)的材料——可以減小對外界磁場(chǎng)的要求，主要使用六角晶系鐵氧體，電子科大研究人員已經(jīng)用BaFe12O19沉淀在氧化鋁基片上制得了自偏轉薄膜環(huán)形器，但由于插入損耗過(guò)大而不具備實(shí)用價(jià)值。

2、YIG材料是當前另一種研究較多的材料，其共振線(xiàn)寬小，介電損耗小，但由于其飽和磁化強度小，無(wú)法用于制備自偏轉環(huán)形器 。

3、從調研看，當前所選用的材料雖然已經(jīng)取得了一定的成果，但是還不能滿(mǎn)足要求，因此在系的材料應用方面還需要深入研究。

總結：

對于任何薄膜器件，制備出高質(zhì)量的薄膜都是其薄膜化的基礎，當前薄膜制備手段已經(jīng)非常成熟，但對不同材料，不同基片在薄膜制備過(guò)程中由于其獨特的特性，需要不同的制備參數，需要經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗研究來(lái)探索，這是每一種薄膜器件在薄膜化過(guò)程中都需要攻克的技術(shù)難點(diǎn)。

對于環(huán)形器來(lái)講，去除其對外加固有磁場(chǎng)的需求是其薄膜化過(guò)程中其獨有的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，而對于其他微波器件由于其所具有的獨特性質(zhì)，在薄膜化過(guò)程中也會(huì )遇到其特有的難點(diǎn)需要攻克。