[科普中国]-YIG薄膜

在众多微波铁氧体中，忆铁石榴石铁氧体(简称YIG)是一种典型的石榴石型铁氧体，因其具有良好的旋磁效应，低共振线宽，高电阻率，低介电损耗等特点而广泛应用于微波铁氧体器件中。而通过镀膜工艺制备的高质量的YIG薄膜对薄膜微波铁氧体器件则具有更重要的意义。

YIG材料的分类常见的铁氧体主要有软磁铁氧体、永磁铁氧体、旋磁铁氧体、矩磁铁氧体、亚磁铁氧体五种类型，其中旋磁铁氧体，又叫微波铁氧体。平面偏振的电磁波在该种铁氧体中按一定方向传播时，偏振面会不断地绕传播方向旋转，即该种铁氧体具有旋磁效应。微波铁氧体按照晶体结构又分为尖晶石型、磁铅石型和石榴石型。1

尖晶石型铁氧体是一种与天然镁铝尖晶石晶体结构相似的铁氧体，即是一种面心立方结构的微波铁氧体。其化学分子式为 。用一种金属离子替代的铁氧体叫做单组分铁氧体，而两种及以上的金属离子替代的铁氧体叫做双组份铁氧体和多组分铁氧体。根据不同的取代从而达到改善材料的饱和磁化强度、铁磁共振线宽等性能的目的。

磁铅石型铁氧体磁铅石型铁氧体是一种与天然磁铅石结构类似的铁氧体，即是一种磁铅石六角晶系结构的微波铁氧体。其化学分子式为 。

石榴石型铁氧体也称磁性石榴石。是一种与天然石榴石有类似晶体结构的铁氧体，即是一种具有石榴石型体心立方结构的微波铁氧体。化学式为 。

YIG的晶体结构YIG是石榴石型铁氧体。从晶格结构来看，其具有复杂的体心立方结构，属于立方晶系。YIG的基本分子式为每个单位晶胞中有8个分子，共160个原子，如图1所示为忆铁石榴石的晶体结构。

YIG的主要性能指标微波铁氧体器件的种类有很多，对不同的器件来说，各自对性能的要求也各不相同。但一般来说，主要的要求通常为:合适的饱和磁化强度、良好的旋磁特性、窄铁磁共振线宽、低损耗、低矫顽力以及良好的温度稳定性。

饱和磁化强度当磁体外加足够强度的外磁场，单位体积内磁矩的矢量化不再随外磁场的增加而变化后，此时的磁场强度值叫做饱和磁化强度(Ms)。饱和磁化强度越高，旋磁效应越明显。

铁磁共振线宽当发生铁磁共振时，旋磁张量磁导率的对角分量的虚部均为其极大值的一半。此时，对应的两个磁场之差就叫做铁磁共振线宽与阻尼系数息息相关，其大小反映了铁氧体材料对电磁波的吸收能力，通常要求△H越小越好。

磁损耗和介电损耗磁损耗是磁性材料在磁化或反磁化过程中，外界作的功造成材料本身发热的现象。分为磁滞、涡流、以及剩余损耗三类，其中铁氧体材料以剩余损耗为主。介电损耗则是电介质在交变电场中，消失的电能转换成热的现象。其大小主要与二价铁离子相关。

矫顽力当磁性材料达到饱和状况后，此时将外磁场置为0，材料仍然具有一定的磁感应强度，叫做剩余磁感应强度。此时继续增加反方向的磁场，当磁感应强度降为0时，对应的磁场强度叫做矫顽力。通常，磁性材料的内部晶粒大小，内部结构的均匀性，气孔等都会对矫顽力差生较大影响。

居里温度铁氧体温度增加时，Ms大小降为0时的临界温度，叫做居里温度。即居里温度就是铁氧体在亚铁磁性状态和顺磁性状态转换的临界温度。一般情况下，较高的居里温度能够有效地提高温度稳定性。

YIG薄膜制备工艺流程薄膜制备流程图如图2所示，主要包括:基片的清洗、靶材以及基片的安装、系统抽真空，衬底加热、沉积薄膜、降温至室温并取出、最后经过退火处理得到YIG薄膜。2

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学