铁氧体基上TaN微波功率薄膜负载及隔离器研究

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所有的微波系统均是由众多作用不同的微波元件和微波器件共同构成的。微波器件的小型化和集成化又是目前应用领域发展的热点问题。微波功率负载作为微波器件和微波系统中的一类通用元件,在通讯、雷达、探测等领域的应用是广泛的。本论文在这样的背景下,研究了镍锌铁氧体基上的TaN薄膜材料性能,并制备了微波功率薄膜负载,以及在此基础上,制备了微波集成隔离器,得出了一些结论。实验通过采用反应直流磁控溅射的方法,在镍锌铁氧体基上制备了TaN薄膜,且研究了氮流量对薄膜电性能的影响。发现随着氮流量从2sccm增加到7sccm,TaN薄膜沉积速率从18nm/min下降到10.5nm/min,TaN薄膜的方阻相应的从25?/sq增加到235?/sq,薄膜TCR为负值,其绝对值从50ppm/℃增加到380 ppm/℃。研究了Cu掺杂对TaN薄膜性能的影响,发现有Cu掺杂比无Cu掺杂的薄膜沉积速率要大,薄膜方阻值大,薄膜TCR绝对值要小。Cu掺杂可以有效的调节TaN薄膜的方阻和TCR,且具有正TCR的Cu可以良好的弥补具有较大负值的TaN薄膜的TCR。确定了制作电阻器的薄膜部分的最佳工艺为氩气流量50sccm,氮气流量3sccm,溅射功率40W,溅射时间20min,这样工艺下得到的薄膜方阻有利于制备匹配阻抗为50?的薄膜负载,且薄膜的TCR值较小为-50 ppm/℃。用HFSS软件设计并仿真了铁氧体基上TaN微波功率薄膜负载,在DC-20GHz的工作频段内其VSWR的仿真优化结果均在1.2以下,之后在铁氧体基上制作了微波负载,对其频率性能和功率性能进行了测试,制备的负载在DC-20GHz工作频率范围内的驻波比在2以下,频率性能良好,额定吸收功率为1W。将负载应用于环形器中,构成隔离器,对器件的集成化做了简单探究。用HFSS软件设计了在8GHz-12GHz频段内性能优良的环形器,然后构造了微波集成隔离器,在8GHz-12GHz频段内对隔离器的微波性能进行仿真,其端口回波损耗大于-12dB,插入损耗S21小于-2dB,隔离度S12大于-13dB。之后通过光刻等工艺制备了隔离器,并测试隔离器的微波性能,结果表明在8GHz-12GHz频段内其端口回波损耗大于-10dB,插入损耗小于-5d B,隔离度S12大于-7dB,制备的隔离器具备传输信号和反向隔离信号的基本功能,验证了器件小型化集成化的可行性。
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