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(tǒng)設(shè)計(jì)考慮的主要因素，微波器件薄膜化對(duì)電子產(chǎn)品小型化集成化意義重大，隨著單片微波集成電路(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足了電子裝備在體積和重量方面的需求。

薄膜區(qū)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(yīng) 。

2、表面效應(yīng)很顯著。

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(yùn)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(nèi)應(yīng)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(hào)依次環(huán)行傳輸，如圖1當(dāng)輸入信號(hào)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(duì)環(huán)形器引入插入損耗，如何制備高質(zhì)量的薄膜是當(dāng)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(shù)的匹配度，熱膨脹系數(shù)的差異度：基片與薄膜的晶格常數(shù)不同而產(chǎn)生的張應(yīng)力，熱膨脹系數(shù)不同產(chǎn)生的壓應(yīng)力會(huì)導(dǎo)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(dǎo)致顆粒聚集而導(dǎo)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(dǎo)致離子比例不均勻。

3、氧壓：鐵氧體薄膜都是氧化物復(fù)合薄膜，所以在沉積環(huán)境的氧氣壓強(qiáng)就對(duì)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(duì)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(tǒng)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(zhuǎn)環(huán)形器，當(dāng)前主要是通過(guò)合適的材料選擇來(lái)達(dá)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(duì)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(zhuǎn)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(dāng)前另一種研究較多的材料，其共振線寬小，介電損耗小，但由于其飽和磁化強(qiáng)度小，無(wú)法用于制備自偏轉(zhuǎn)環(huán)形器 。

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

總結(jié)：

對(duì)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(chǔ)，當(dāng)前薄膜制備手段已經(jīng)非常成熟，但對(duì)不同材料，不同基片在薄膜制備過(guò)程中由于其獨(dú)特的特性，需要不同的制備參數(shù)，需要經(jīng)過(guò)大量實(shí)驗(yàn)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(duì)于環(huán)形器來(lái)講，去除其對(duì)外加固有磁場(chǎng)的需求是其薄膜化過(guò)程中其獨(dú)有的一個(gè)技術(shù)難點(diǎn)，而對(duì)于其他微波器件由于其所具有的獨(dú)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。