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大尺寸多頻段應用BiLuIG單晶薄膜材料

本項目屬于電子信息功能材料技術領域。特色及先進性：為了實現同一種單晶薄膜即可應用于磁光器件，又可應用于微波器件中，本項目提出了鉍镥鐵石榴石（BiLuIG）薄膜的設計體系，為了使其同時具有良好的磁光和微波特性，本項目很好的根據晶格匹配原則設計了材料配方，并選用無鉛液相外延技術，大大提高了薄膜的性能。本項目提出了在釓鎵石榴石（GGG）襯底上直接外延大口徑磁光BiLuIG單晶體的思路，解決我國無大晶格常數摻雜釓鎵石榴石（SGGG）晶圓片技術、無鉛液相外延大尺寸BiLuIG晶體圓片的不足，突破純GGG基片上外延超厚（1-20μm）磁光晶體這一難點科學問題。研究內容包括：（1）BiLuIG薄膜材料的配方設計研究：基于四能級躍遷模型，并結合離子替代規律和多離子摻雜技術，尋找最佳配方；（2）液相外延單晶薄膜材料的工藝技術研究：包括薄膜均勻性、缺陷控制、無鉛配方、生長速率和薄膜鏡面條件控制等；（3）材料在器件中的驗證研究，設計制備平面波導型磁光開關對材料磁光性能的驗證。技術指標：（1）建成了我國第一條大尺寸磁光單晶薄膜液相外延的生產線，最大尺寸達到3英寸，單面薄膜厚度達到1μm－20μm。（2）單晶薄膜具體微波和磁光參數：4πMs=1500-1750Gs，△H=0.6-2.0Oe，Θf≥1.6-2.1度/μm＠633nm。（3）掌握了進行單晶薄膜材料在磁光和微波器件中的設計、制備和測試工作。促進科技進步作用意義：本項目突破了我國在3英寸石榴石系列單晶體材料以及相關器件研究上的瓶頸技術，獲得了高法拉第效應和低鐵磁共振線寬的大尺寸高質量石榴石單晶薄膜材料。滿足了國內在磁光、微波及毫米波集成器件方面對石榴石系晶體材料的需求，擺脫了完全依賴進口、受制于人的不利局面。該項目研制的材料已提供給中電集團41所、美國Delaware大學、天津大學、中國工程物理研究院、深圳市通能達電子科技有限公司（中電九所下屬）、陜西金山電器有限公司（4390廠）等單位使用，并為中電集團9所、33所等單位提供批量樣品，用于制備磁光和微波器件，受到好評。

電子科技大學 2021-04-10

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