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大尺寸多频段应用BiLuIG单晶薄膜材料

本项目属于电子信息功能材料技术领域。特色及先进性：为了实现同一种单晶薄膜即可应用于磁光器件，又可应用于微波器件中，本项目提出了铋镥铁石榴石（BiLuIG）薄膜的设计体系，为了使其同时具有良好的磁光和微波特性，本项目很好的根据晶格匹配原则设计了材料配方，并选用无铅液相外延技术，大大提高了薄膜的性能。本项目提出了在钆镓石榴石（GGG）衬底上直接外延大口径磁光BiLuIG单晶体的思路，解决我国无大晶格常数掺杂钆镓石榴石（SGGG）晶圆片技术、无铅液相外延大尺寸BiLuIG晶体圆片的不足，突破纯GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶体这一难点科学问题。研究内容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方设计研究：基于四能级跃迁模型，并结合离子替代规律和多离子掺杂技术，寻找最佳配方；（2）液相外延单晶薄膜材料的工艺技术研究：包括薄膜均匀性、缺陷控制、无铅配方、生长速率和薄膜镜面条件控制等；（3）材料在器件中的验证研究，设计制备平面波导型磁光开关对材料磁光性能的验证。技术指标：（1）建成了我国第一条大尺寸磁光单晶薄膜液相外延的生产线，最大尺寸达到3英寸，单面薄膜厚度达到1μm－20μm。（2）单晶薄膜具体微波和磁光参数：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3）掌握了进行单晶薄膜材料在磁光和微波器件中的设计、制备和测试工作。促进科技进步作用意义：本项目突破了我国在3英寸石榴石系列单晶体材料以及相关器件研究上的瓶颈技术，获得了高法拉第效应和低铁磁共振线宽的大尺寸高质量石榴石单晶薄膜材料。满足了国内在磁光、微波及毫米波集成器件方面对石榴石系晶体材料的需求，摆脱了完全依赖进口、受制于人的不利局面。该项目研制的材料已提供给中电集团41所、美国Delaware大学、天津大学、中国工程物理研究院、深圳市通能达电子科技有限公司（中电九所下属）、陕西金山电器有限公司（4390厂）等单位使用，并为中电集团9所、33所等单位提供批量样品，用于制备磁光和微波器件，受到好评。

电子科技大学 2021-04-10