СВЧ ЭЛЕМЕНТ НА ЭПИТАКСИАЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ

Заявляемая полезная модель относится к области СВЧ техники и может быть использована при создании приборов на магнитостатических спиновых волнах (МСВ): линий задержек, резонаторов, фильтров, ограничителей уровня мощности и других приборов, реализующих обработку СВЧ информации с использованием магнитных пленок, например, пленок железоиттриевого граната (ЖИГ).
Основными требованиями к рассматриваемым устройствам являются осуществление одномодового режима работы, простота обеспечения этого режима и совместимость устройства с другими активными и пассивными элементами в цепях, выполненных по интегральной технологии.
Известно устройство на МСВ (патент №6353375 США, TDK Corp.), которое содержит ферромагнитную пленку и источник постоянного магнитного поля, состоящего из постоянного магнита и верхнего и нижнего ярма, которые расположены друг против друга с воздушным зазором. В зазоре помещена ферромагнитная пленка, на поверхности которой расположены линия и преобразователи.
Это устройство имеет следующие недостатки. Первый - объемная конструкция двухсторонней магнитной системы требует сложной настройки для создания однородного магнитного поля в пленке и не гарантирует получения одномодового режима.
Второй - сложность совмещения устройств с такой объемной магнитной системой в одном узле с элементами других СВЧ схем в интегральном исполнении (например, генераторов, согласующих элементов и т.д.). При этом без принятия дополнительных мер неизбежно ухудшается также и электромагнитная совместимость.
Известно устройство на магнитостатических волнах (авторское свидетельство №1737702, 1992 год). В этом устройстве недостаток, связанный со сложностью получения одномодового режима, при котором реализуются оптимальные характеристики устройства, устраняется тем, что по краям ферромагнитной пленки формируются участки пленки в виде тонких полосок, объемно легированных ионами кремния. Однако и в этом устройстве сохраняется объемная конструкция, связанная с созданием намагничивающего поля Н. Такая конструкция не позволяет простыми способами совмещать рассматриваемое устройство с другими интегральными элементами и создавать однородные поля Н в устройствах с малыми габаритами, что в итоге может привести к нарушению одномодового режима.
В заявке на полезную модель №2006142286 от 29.11.06, положительное решение от 30.05.07, «СВЧ элемент на эпитаксиальной структуре», взятый нами за прототип, устраняются недостатки предыдущего изобретения. С этой целью феррогранатовая пленка с преобразователями расположена на диэлектрической керамической подложке из СВЧ материала, а пленка ЖИГ выполнена с уменьшенной по краям толщиной.
Однако и в этом случае магнитная система для обеспечения работы СВЧ элемента представляет из себя объемную конструкцию, затрудняющую совместимость изделия с другими СВЧ элементами без ухудшения их характеристик.
Целью заявляемой полезной модели является улучшение электрической совместимости, упрощение конструкции и технологии получения, снижение стоимости и, как следствие, существенное расширение областей применения.
Эта цель достигается тем, что эпитаксиальная пленка, например, пленка ЖИГ с элементами, формирующими линию передачи на магнитостатических волнах,
расположена на подложке из гексаферрита, которая одновременно является источником намагничивающего поля для пленки.
Предлагаемую полезную модель иллюстрируют
Фиг.1 - на которой изображен СВЧ элемент на эпитаксиальной структуре;
Фиг.2 - на которой изображено распределение намагничивающего поля;
Фиг.3 - на которой изображены амплитудно-частотные характеристики СВЧ элемента (А)
и зависимости времени задержки СВЧ элемента от частоты (Б).
В предлагаемом СВЧ элементе (Фиг.1) изображены входной преобразователь (1), пленка ЖИГ со скосами (2), подложка и одновременно намагничивающаяся система в виде пластины (3), металлическое покрытие (4) и выходной преобразователь (5).
12
19
c
с
В процессе изготовления СВЧ элемента на эпитаксиальной структуре подложка выбиралась из материала гексаферрит бария BaFeO со структурой М-типа. Толщина подложки 1 мм, выбор остальных размеров осуществлялся в зависимости от применения элемента СВЧ. Коэрцетивная сила Н выбранной подложки из гексаферрита равнялась Н=1000 Э.
СВЧ элемент работает следующим образом. Преобразователь (1) возбуждает МСВ в пленке ЖИГ (2). МСВ распространяется по направлению к преобразователю (5), где преобразуется в э.м. волну и поступает далее во внешние цепи для последующей обработки сигнала.
Пленка ЖИГ намагничивается полем Н, которое создается гексаферритной подложкой (3), выполняющей одновременно роль подложки для ЖИГ.
c
Для создания намагничивающего поля Н в пленке ЖИГ подложка из гексаферрита намагничивается любым из известных способов таким образом, чтобы величина коэрцетивной силы Н обеспечивала необходимое намагничивающее поле. При этом осуществляется достаточно простое управление его величиной в результате использования любой из петель частного цикла перемагничивания гексаферритовой подложки.
х
Фиг.2 иллюстрирует эффект формирования намагничивающего поля Н. Н показывает топологию магнитных силовых линий в плоскости подложки и поперек продольной оси подложки, которая коллинеарна волновому вектору МСВ - ось Y.
Поле Н и его составляющие рассчитаны по известным формулам и с параметрами гексаферрита для выбранного состава. Фиг.3 иллюстрирует зависимость амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) линии задержки (ЛЗ) с СВЧ элементом на эпитаксиальной структуре (3-А) и зависимость времени задержки Т от частоты (3-Б). В качестве примера реализации СВЧ элемента приведены параметры линии задержки. В линии задержки расположены два преобразователя, входной и выходной, с размерами:
12
19
=
ширина преобразователя 50 мкм, длина - 5 мм, расстояние между ними 7 мм. Подложка выполнена из гексаферрита бария BaFeO М-типа, ее размеры 20*7*1 мм. Пленка ЖИГ имеет параметры: намагничиваемость насыщения 4πμs1750 гс, ширина линии ф.м.р. 2ΔН=0,75 Э, толщина пленки 2,2 мкм. Основным критерием правильности выбора и использования в качестве подложки гексаферрита является равномерность зависимости времени задержки от частоты. Полученные при этом времена изменяются в пределах ±25 Н сек в частотном диапазоне 400 МГц, что составляет ≈22% на весь диапазон (кривая 1), при объемной конструкции соответственно ≈40% (кривая 2).
Технический результат при осуществлении предлагаемой полезной модели заключается в отказе от объемной конструкции намагничивающей системы, в совмещении функции подложки для пленки ЖИГ и системы намагничивания и упрощение конструкции и технологии изготовления при сохранении основных характеристик и, как следствие, удешевление и дальнейшее расширение областей ее применения.