全波段低损耗大尺寸石榴石磁、光、电薄膜的无铅生长机理研究

大尺寸全波段（微波－THz波－光波）低损耗晶体薄膜材料的人工生长是近期国际上材料界的热点和难点。如何保证在绿色无铅条件下通过控制掺杂浓度、缺陷密度分布和次晶格原子替代来达到材料的超宽带、低吸收，无论从材料的合成设计理论看，还是从生长机理考虑都是一个非常重要的问题。本项目正是基于这一热点问题，从石榴石晶胞次晶格原子替代规律出发，通过建立次晶格磁矩对全波段电磁波的吸收模型来设计优化材料配方，然后提出无铅液相外延的缓冲法和控制生长的掺杂B2O3-Bi2O3方法来外延3英寸Bi：YIG和Bi：LuIG晶体，研究GGG基片表面条件和晶轴取向偏差率对晶体缺陷密度和电磁波吸收的影响；最后，用外延的晶体设计制作一个波导器件，进一步测试和优化材料动态磁、光、电性能，为进一步应用打下基础。

已全部完成了本项目的研究内容：首先提出了三个频段的器件以同一石榴石薄膜材料为媒质实现互连集成的方法，并进行理论和方法探索；然后我们从材料基本化学配比出发，进行了材料体系的设计；接着在材料工艺的改进中，利用液相外延中解决无铅熔体高粘度问题的“缓冲法”技术实现了全波段晶体低缺陷、大尺寸、均匀性问题；并提出THz波段磁光子人工晶体柱波导的思想，通过研制的晶体材料参数证明了磁光调制THz波导的可行性；最终我们利用同一种材料分别制备出平面波导型磁光开关原理器件，THz波导和微波波导滤波器，为实现了多重波导器件的互连集成打下基础。.项目取得了如下研究成果：① 制备出了可在微波器件、磁光器件及THz波导中均可应用的液相外延单晶石榴石薄膜试样；② 将制备的单晶石榴石薄膜应用于微波环行器/隔离器、磁光开关和THz波导中，证明了薄膜在mm波－THz波段－光波段应用的可行性。③发表SCI源文章7篇，授权发明专利1项。获得国防科技进步二等奖一项。