为适应新型光通信技术和微波光子系统的集成化、小型化与轻量化的发展,微波磁性器件、磁光器件也须向薄膜小型化方向发展。以YIG(钇铁石榴石)为代表的石榴石型铁氧体通过不同离子取代可以有效改善材料的微波旋磁性能与磁光性能,因此是一种十分重要的旋磁与磁光功能材料,该材料的薄膜化是当前国际上的重要研究发展方向。本论文主要研究针对YIG薄膜的离子取代改性、薄膜制备与表征、薄膜在微波与磁光器件中的应用探索进行研究,主要研究内容如下:1.YIG薄膜材料的设计研究基于能级跃迁模型,从理论上计算和模拟磁光法拉第角频谱,寻找最佳配方,发现最佳12面体位的替代离子,并找到Ce3+,Bi3+,Al3+离子替代Y3+离子增大磁光法拉第效应以及调控饱和磁化强度等磁性变化的机理和规律;研究离子取代尤其是4面体非磁性离子取代与12面体稀土离子组合取代对微波应用的YIG材料的饱和磁化强度、铁磁共振线宽与温度特性等的改善规律,设计铁磁共振线宽低、饱和磁化强度可控、温度稳定性好的YIG薄膜配方;2.YIG薄膜(单晶/多晶薄膜)材料的制备工艺技术研究a.YIG单晶体薄膜液相外延生长工艺研究,包括研究熔体配方、离子取代等主要解决饱和磁化强度的调节、温度特性的改善、磁光法拉第角的增加的因素对制备工艺的影响,单晶GGG基片的选择、缓冲层制备、GGG晶轴定向精度与外延生长速率对YIG单晶外延薄膜缺陷、表面形貌等微观结构的影响,尤其研究制备工艺对薄膜厚度的影响因素,以解决数十甚至上百微米的“厚”YIG单晶薄膜的制备问题。同时研究YIG单晶薄膜微观结构对薄膜材料性能的关系规律以及对材料磁光与微波性能的影响。b.高均匀性YIG多晶薄膜材料的溅射制备工艺研究,包括溅射气压、基板温度、靶材与基板的间距、溅射束流密度、薄膜的晶化退火工艺等对YIG薄膜的等材料晶粒尺寸、薄膜均匀性、薄膜晶格常数与基片层的匹配、晶体取向的控制等。3.YIG薄膜在磁光与微波器件中的应用基础研究:YIG薄膜在微波谐振器中的应用研究,包括谐振单元设计、磁场调谐、缝隙场的强度与均匀性以及层状磁电耦合谐振器的磁电耦合机理、磁电耦合调谐特性等;基于YIG单晶薄膜的磁光隔离器设计与制作,包括器件结构设计、优化与制作、性能测试等。