高性能旋磁铁氧体材料与其应用分析.pdfVIP

摘 要 摘 要 随着当今电子领域的技术发展,旋磁铁氧体器件在工业中的应用越发重要。其 中钇铁石榴石铁氧体（YIG ）具有铁磁共振线宽窄、温度稳定性高、介电损耗低等 特点，非常适合应用于旋磁器件，利于器件往小型化、轻量化、高集成度的方向 发展。 在材料方面，本文主要对YIG 铁氧体材料进行了研究。首先探索了制备过程 对材料性能的影响。通过传统氧化物法，制备了YIG 铁氧体样品。制备过程的主 要变量是烧结温度，通过XRD 、SEM 和VSM 对样品进行测试和分析。结果显示： 烧结温度为 1450℃的YIG 样品成相最好，磁性能最优。然后通过Al3+离子、Gd3+ 离子和 In3+离子分别掺杂，研究了离子掺杂对YIG 铁氧体的磁性能影响。通过对 样品相结构和微观形貌的测试分析，发现三种离子的最佳掺杂量分别是 Al3+离子 x=1.2 （Y Fe Al O ），Gd3+ 离子 x=1.8 （Y Gd Fe O ），In3+ 离子 x=0.45 3 5-x x 12 3-x x 5 12 （Y Fe In O ）。对样品的磁性能测试分析表明：Al3+离子的掺入可以降低材料的 3 5-x x 12 H 饱和磁化强度4Ms ，并且保持铁磁共振线宽 基本不变，但会引起居里温度Tc 的下降。Gd3+离子也可以使材料的饱和磁化强度4Ms 下降，但下降的程度不及 Al3+作用时的程度。同时Gd3+离子掺杂也可以使室温范围内材料的温度稳定性有所 3+ H 3+ 提高。但 Gd 离子的引入会导致铁磁共振线宽 的增加，因此单独的 Gd 离子 3+ H 掺杂并不实用。In 离子掺入可以降低铁磁共振线宽 ，也可以使材料的介电损 耗下降，从而达到降低损耗的目的。 对于YIG 旋磁铁氧体材料的应用，主要通过环形器的设计和制作来探究。首 先介绍了铁氧体结型环形器的工作原理，然后利用HFSS 电磁仿真软件设计了基于 YIG 铁氧体的结型环形器，并对其进行了模拟仿真。结果表明在X 波段范围内， 环形器的传输损耗在-0.15dB 左右，回波损耗和隔离度都明显在-20dB 以下，完全 满足设计指标。最后，制作了基于YIG 铁氧体的环形器实物，并对其进行了测试， 结果表明，制作的实物环形器与仿真结果相符，具有环形特性，证明了YIG 旋磁 铁氧体在器件中具有良好的应用。 关键词：铁氧体，钇铁石榴石，YIG ，旋磁，环形器 I ABSTRACT ABSTRACT The development of the modern electronic and information technology has made the gyromagnetic ferrite devices essential for applications in a wide range of industry fields. Yttrium iron garnet, usually YIG, is a very promising material in gyromagnetic ferrite devices which are becoming smaller in size, lighter in weight, and more highly integrated, due to its narrow ferromagnetic resonance linewidth, good temperat