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为实现下一代通信系统（5G/6G）的片上集成和直接微波段信号处理,自旋波薄膜晶圆、自旋波片上集成器件、自旋波的传输与调控机制研究成为当今世界上关注热点之一。本文基于国家重大研究计划项目及课题的研究内容与目标,探索了液相外延法生长超低损耗磁性石榴石薄膜晶圆技术,设计并制备出磁绝缘体/重金属自旋异质结,设计了带有激发/接收薄膜微带天线的YIG自旋波传输器件,探索了逆自旋霍尔效应,搭建了铁磁共振线宽测试、逆自旋霍尔效应测试系统、自旋波测试系统并发现了几个自旋波新效应,研究了自旋波在磁性绝缘体中的输运机制并成功制备成自旋波器件。尤其是深入研究了亚微米级到纳米级钇铁石榴石薄膜外延生长技术以及磁特性调控方法,突破了超低损耗磁性薄膜的铁磁共振微带波导高精度测量技术瓶颈,探讨了自旋波激发探测天线技术以及用于传输前向体波,并制备具有面外各向异性的低损耗薄膜与器件等。具体如下:1)为了实现超低磁损耗和器件集成化,首先研究了亚微米级自旋波单晶YIG薄膜调控外延生长,利用液相外延技术制备了厚度在100 nm-1000 nm的纯YIG和掺杂La:YIG薄膜。通过与厚度相关的静磁特性比较给出了以下结论:其一是纯YIG薄膜,由于极高的外延质量引起了界面应力诱导的各向异性,造成静磁特性的改变,400 nm以下厚度的薄膜磁滞回线具有较好的矩形度;其二是La:YIG薄膜,晶格常数比纯YIG薄膜的晶格常数略大,与钆镓石榴石衬底晶格常数一致,不存在界面应力诱导的各向异性,但掺杂带来的次晶格畸变会形成一定的本征各向异性,该各向异性不存在厚度相关性;其三是纯YIG薄膜的吉尔伯特损耗因子主要取决于薄膜厚度,各向异性场的影响相对较小,但是铁磁共振谱中存在伴随共振峰。还针对亚微米级YIG薄膜制备集成器件的图形化要求,研究了微米级YIG薄膜的特殊刻蚀技术,找到了浓磷酸的刻蚀特点及配方,优化了磷酸刻蚀浓度和刻蚀速率。2)对高精度YIG薄膜铁磁共振的共面微带波导测试进行了技术改进,微米级（<1μm）和超厚（>10μm）YIG薄膜采用抑制测试波导边缘场强的技术方法测试得到本征YIG线宽。优化的测试精度达到0.01 Oe。根据测量薄膜样品磁性的不同对铁磁共振测试夹具的适用性和兼容性提出优化设计和加工。还搭建了SP-ISHE测试系统,可以用于电学法的自旋波探测和自旋泵浦/逆自旋霍尔效应研究。通过SP-ISHE测试系统研究了功率相关的逆自旋霍尔电压特点,发现了共振峰包络面积与输入功率成线性关系,提出了基于薄膜共振峰包络面积的微波功率探测技术手段,为自旋整流器件的实用化提供了一个潜在的方法;还发现了相变氧化物薄膜VO2作为自旋波探测层的新型探测技术,得到了非对称的电控逆自旋霍尔电压。3)为了实现自旋波集成器件的制备和测试,利用CST仿真了短路共面波导激发/探测薄膜微带天线,并作为收/发电极与磁绝缘体/磁金属异质结连结构成自旋波传输器件。本文比较了共面波导天线和短路共面波导天线的区别。搭建了用于自旋波测试的可转角测试设备。最终选用短路共面波导作为测试天线,原因之一是短路共面波导制备较为容易,激发端到探针的过渡段尺寸较大,且可避免弯曲结构,阻抗匹配问题相较共面波导有较大缓解。之二是激发区域为单线结构,不会出现三线结构剥离困难的问题,特别是金属厚度较厚的情况下;之三是短路共面波导也可以通过结构调整有选择性的调整自旋波激发波矢;之四是短路共面波导不需添加对共面波导进行信号线缩窄的渐变段,天线的面积可以缩小,有助于器件小型化。4)利用短路共面波导对YIG薄膜材料进行了各向异性自旋波传输研究,包括具有面内各向异性的（100）晶面的面内多角度研究和（111）晶面YIG薄膜面外多角度磁场下的自旋波传输研究。对比研究了YIG薄膜和YIG/磁性金属膜异质结的自旋波传输特性与区别。5)为了解决磁性薄膜面外磁化的大磁场以及面外各向异性薄膜的磁损耗较大问题,制备和研究具有面外各向异性的低损耗自旋波共面发/收波导并与YIG薄膜相连构成传输器件,通过两种方法诱导磁性石榴石薄膜各向异性:第一种方法是在110 nm厚度的单晶YIG薄膜表面外延生长应力层,诱导YIG中的各向异性。通过研究得到以下几个结论:首先,通过界面应力方法诱导各向异性只能在较薄的厚度内维持,而且应力会带来较大的吉尔伯特损耗,铁磁共振线宽会显著增加;其次,通过应力诱导以及应力的弛豫,得到了铁磁共振的多个共振峰,不同共振峰具有较大的差异;再次,磁性双层膜的自旋波谱中出现了非线性相互作用和反常色散引起的偶极间隙,梳状谱间距为3.24 MHz。第二种方法是采用晶格常数调控和饱和磁化强度调控手段,利用液相外延技术制备的（YBiLuCa）3（FeGe）5O12薄膜,具有薄膜厚度在1150 nm时依然能够保持较好的面外各向异性,薄膜的饱和磁化强度为702Oe,各向异性场1862 Oe,面外饱和场337.8 Oe;同时薄膜的矫顽力角度相关的极图显示出蝴蝶状,而饱和场为纺锤状。薄膜具有优良的动态磁化特性,面外线宽达2 Oe/4GHz,面外吉尔伯特损耗为2.46×10-3,群速度达到2.25 km/s,衰减长度达到115?m。薄膜具有极低的磁畴共振线宽,退磁状态下磁畴宽度约为1?m,这种薄膜可成为下一代亚微米级尺度自旋波器件的佼佼者。