Исследование магнитоэлектрических фильтрующих СВЧ устройств с электрическим управлением на основе слоистых феррит-пьезоэлектрических материалов

• Автор: Татаренко, Александр Сергеевич
• Шифр специальности: 05.27.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Великий Новгород
• Количество страниц: 122 с. : ил.

Глава
Применение в технике СВЧ
магнитоэлектрических материалов (обзор)
1.1. Классификация магнитоэлектрических материалов
1.2 Применение магнитоэлектрических материалов в СВЧ устройствах
1.2.1 Фазовращатели
1.2.2 СВЧ фильтры
1.2.3 Магнитоэлектрические модуляторы и переключатели
1.3 Сравнение МЭ управляющих устройств с традиционными полупроводниковыми, ферритовыми и сегнетоэлектрическими устройствами
1.4 Требования к магнитоэлектрическим материалам для СВЧ устройств с электрическим управлением
1.5 Выводы
Глава
Исследование микроволнового магнитоэлектрического эффекта в композиционных феррит-пьезоэлектрических материалах
2.1 Магнитоэлектрический эффект. Свойства композиционных магнитоэлектрических материалов (обзор)
2.2 Микроволновый магнитоэлектрический эффект
2.2.1 Общая теория: макроскопическая однородная модель

2.2.2 Слоистый композит с монокристаллическими компонентами
2.3 Выводы
Глава
Электродинамический анализ магнитоэлектрических фильтрующих СВЧ устройств с электрическим управлением
3.1 Принципы построения управляющих СВЧ устройств на основе МЭ резонаторов
3.2 Общие соотношения для коэффициентов связи
3.3 Твердотельный резонатор, включенный как неоднородность в линию передачи
3.4 Твердотельный резонатор, включенный как элемент связи линий передачи
3.5 Выводы
Глава
Магнитоэлектрические фильтрующие СВЧ устройства с электрическим управлением на основе слоистых феррит-пьезоэлектрических структур
4.1 Классификация и сравнительный анализ фильтров СВЧ
4.2 Магнитоэлектрические микрополосковые фильтры СВЧ диапазона с электрическим управлением
4.3 Экспериментальные результаты
4.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБИЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ. Расчет характеристик МЭ фильтра.

Актуальность темы. Приборы твердотельной электроники находят широкое применение в самых разнообразных областях науки и техники -радиолокации, навигации, связи, медицине и биологии, а также в ряде физических исследований. Это в свою очередь стимулирует разработки новых элементов и устройств твердотельной электроники, повышение их техникоэкономических характеристик. Успешное решение поставленных задач возможно лишь при глубоком и всестороннем исследовании и поиске новых физических явлений и эффектов в твёрдом теле, позволяющих создавать качественно новые элементы и устройства твердотельной электроники [1-9].
Одним из перспективных путей решения этих задач является использование магнитоэлектрических (МЭ) материалов для создания
микроволновых устройств твердотельной электроники. В МЭ материалах
одновременно существуют магнито- и электрически упорядоченные
подсистемы, взаимодействие между которыми вносит ряд особенностей в свойства материала, в реакцию системы на электрическое и магнитное поля. Кроме того, МЭ взаимодействие индуцирует ряд новых интересных эффектов.
Впервые предположение о возможности существования веществ,
молекулы которых одновременно имеют электрические и магнитные дипольные моменты, а также о том, что электрическое поле может наряду с электрической поляризацией вызывать намагниченность, а магнитное - наряду с намагниченностью и электрическую поляризацию высказал профессор Московского Университета С.А. Богуславский ещё в 1916 году. МЭ эффект в твёрдом теле был предсказан Л.Д. Ландау и Е.М. Лифшицем в 1957 г. [1]. И.Е. Дзялошинский теоретически показал, что среди веществ с известной магнитной структурой имеется, по крайней мере, одно, а именно оксид хрома, в котором должен иметь место магнитоэлектрический эффект [2]. В 1960 г. Д.Н. Астров экспериментально обнаружил МЭ эффект в оксиде хрома [3] и измерил продольную и поперечную МЭ восприимчивости. В настоящее время

Измерения МЭ эффекта были выполнены на спектрометре ЭПР, частота
9.3 ГГц. Падающая мощность поддерживалась 0.1 мВт, что соответствует магнитному полю 130 А/м. Образец размещался за пределами резонатора, чтобы не допустить перегрузку резонатора при резонансном поглощении. Измерения были выполнены при Е перпендикулярном к плоскости образца для следующих направлений намагничивания: (і) Я параллельно [011]. (п) Я параллельно (111). Электрическое поле изменялось в пределах Е=0 - 8 кВ/см.
При £=0 ширина линии ФМР составляла 0.5 - 4 Э в зависимости от толщины пленки. Зависимость смещения резонансного магнитного поля от внешнего постоянного электрического поля показана на рис. 2.2.2.1. Данные приведены для Я и Е, направленных вдоль оси [111] для ряда толщин ЖИГ. Рассмотрим сначала структуру, в которой толщина ЖИГ равна 4.9 мкм. Рис.
2.2.2.1 показывает линейную зависимость сдвига резонансного магнитного поля от напряженности внешнего электрического поля. МЭ константа А=8Не/Е, оцененная по данным измерений, равна 5.4 А/кВ. Увеличение толщины ЖИГ до 58 мкм приводят к уменьшению МЭ константы до 4.4 А/кВ.
Е, кВ/см
Рис. 2.2.2.1 - Магнитоэлектрический эффект в двухслойных структурах ЖИГ (111) на ГГГ и НМТ(ЮО) на частоте 9.3 ГГц. Статические поля £ и Я параллельны оси [111] ЖИГ, и перпендикулярны плоскости образца. Сдвиг резонансного магнитного поля показан как функция Е для ряда толщин пленки ЖИГ: 1 - 4.9 мкм, 2-58 мкм, 3-110 мкм