본 연구에서는 Ca, In, V, Al을 첨가 원소로 사용한 YIG 페라이트 분말을 분무건조기로 준구형 과립으로 만들어 일반적인 세라믹 제조 공정 방법으로 다결정 테를 제조하였고, 소결온도와 첨가원소의 조성비에 따른 YIG 페라이트의 기본물성과 전자기적 특성 변화를 조사하였다. 제조된 YIG 페라이트에 대한 기본 물성과 자기 특성을 밀도측정기, XRD, SEM, VSM, Network Analyzer 등을 이용하여 측정 분석하였다. $Y_{2.1}$C $a_{0.9}$F $e_{4.4}$$V_{0.5}$I $n_{0.05}$A $l_{0.05}$$O_{12}$ 조성의 YIG 페라이트에 대한 전자기적 특성 측정 결과 13$50^{\circ}C$에서 소결한 YIG 페라이트에서 우수한 삽입손실 값과 Isolation 값을 나타내였으며 이론밀도의 92%의 높은 밀도값을 가지며 높은 포화자화(4$\pi$Ms) 값을 지닌 우수한 전자기적 특성을 나타내었다.내었다.내었다.
Liquid Phase Epitaxy 법을 이용하여 La이 첨가된 YIG(Yitrium Ion Garnet)막을 성장시켰다. X선 회절 분석을 이용하여 La의 첨가량을 변화시키며 제조된 막의 격자상수를 조사한 결과, La의 첨가량이 증가함에 따라 성장된 막의 격자상수도 증가하였으며 Y/La이 20인 경우, 막의 격자상수가 기판으로 사용한 GGG의 격자상수와 일치하였다. VSM(Vibration Sample Magnetometer)를 이용하여 구한 막의 포화자화 값은 La의 첨가량과 관계없이 순수한 YIG의 경우와 같은 값인 1750정도로 거의 일정하였다. FMR(Ferro Magnetic Resonance) 측정장치를 이용한 막의 강자성 공명선폭을 측정결과 막의 공명선폭은 La의 첨가량과 관계없이 모든 경우에 순수한 YIG보다 감소하였다. 실험범위내의 La의 첨가에 대해서 기판과의 격자불일치가 순수한 YIG의 경우보다 감소하기 때문이다. La의 첨가량이 많은 조건에서 성장시킨 막은 공명선폭이 크고 두께의 증가에 따라서 선폭이 증가하였으며, Y/La가 20과 30일 때 성장시킨 막에서는 공명선폭의 절대값도 작고 두께에 따른 공명선폭의 변화도 관찰되지 않았다.
본 연구에서는 아이솔레이터(Isolator)의 핵심소재로 사용되는 YIG-ferrites를 수열합성법에 의해 초미세 분말로 합성하고, 합성된 분말을 원료로 사용하여 제조 공정된 YIG-ferrites 소결체의 미세구조와 전자기적 특성에 관하여 고찰하였다. 수열합성법(Hydrothermal synthesis method)으로 YIG[ $Y_3$F $e_{5}$$O_{12}$]분말을 먼저 합성하고 Ca, V, In, Al 등을 첨가시킴으로서 $Y_{2.1}$C $a_{0.9}$$Y_{4.4}$$V_{0.5}$I $n_{0.05}$$O_{12}$의 조성을 지닌 시편을 제조하였다. 초기열처리는 30$0^{\circ}C$에서 90$0^{\circ}C$의 온도 범위에서 15$0^{\circ}C$간격으로 진행하였다.. 그 결과 75$0^{\circ}C$로 초기열처리 하였을 경우 단일 YIG peak가 나타남을 알 수 있었다. 수열합성법으로 제조된 YIG 소결시편의 전자기적 특성은 일반 시약급원료를 사용하여 제조된 소결시편과 비교하여 마이크로파 특성을 평가하였다. 그밖에 YIG-ferrites의 결정성, 미세구조, 자기적 특성, 마이크로파 특성을 XRD, SEM, VSM, Network Analyzer를 이용하여 고찰하였다.여 고찰하였다.다.다.다.다.
소결온도에 따른 아이솔레이터/서클레이터용 (Y, Ca)-(Fe, V, In, Al)-O 계 YIG 페라이트의 미세구조와 전자기적 특성을 고찰하였다. $Y_{2.1}Ca_{0.9}Fe_{4.4}V_{0.5}In_{0.05}Al_{0.05}O_{12}$ 조성의 시편들을 일반적인 세라믹 제조 공정에 따라 $1300^{\circ}C$, $1330^{\circ}C$, $1350^{\circ}C$, $1370^{\circ}C$에서 각각 소결하였다. 소결체는 XRD를 이용하여 상분석을 실시하였고, SEM을 이용하여 미세구조를 관찰하였다. VSM을 이용하여 포화자화값$(4{\pi}M_s)$을 측정하였으며, FMR(Ferromagnetic Resonance)실험으로 자기공명반치폭$({\Delta}H)$을 측정하였다. YIG 페라이트의 마이크로파 특성은 Network Analyzer를 이용하여 측정하였다. $Y_{2.1}Ca_{0.9}Fe_{4.4}V_{0.5}In_{0.05}Al_{0.05}O_{12}$ 조성의 YIG 페라이트는 $1350^{\circ}C$에서 소결시 가장 높은 밀도값과 포화 자화$(4{\pi}M_s)$ 값을 나타내었고, 가장 낮은 자기 공명 반치폭$({\Delta}H)$ 값을 나타내었다.
본 연구에서는 Bi:YIG($Bi_{0.5}Y_{2.5}Fe_5O_{12}$) 막을 에어로졸 성막법을 이용하여 제작함에 있어서, 에어로졸을 구성하는 수송가스의 유량이 막의 자기적 특성과 광학적인 특성에 대하여 분석하였다. 직경 $100{\sim}500$ nm 의 Bi:YIG 분말을 질소 가스를 수송가스로 사용하여 성막을 실시하였고, 이 때, 수송가스의 유량은 0.5 l/min${\sim}10$ l/min 사이에서 변화시켰다. 수송가스의 유량이 증가할수록 Bi:YIG 막의 보자력은 51 Oe에서 37 Oe까지 지수함수적으로 감소하였다. 이것은 충돌에너지가 증가함에 따라 막내부 혹은 막표면의 결함이 감소하였기 때문이라고 고찰되었다. 포화자화는 유량이 증가할수록 감소하였는데, 이는 충돌에너지가 강해짐에 따라 결정이 왜곡되는 힘을 받았기 때문이라고 고찰되었다.
YIG 박막상의 마이크로스트립 선로에 대한 전파특성을 살펴버기 위해 FDTD을 적용하였다. GGG층과 YIG필름의 두께 변화에 따른 분산 곡선 및 차단 대역 특성을 계산하고, 도테 선로 바로 및의 횡단면 전계 성문의 분포를 상.하한 차단 주파수 부근에서 구하였다. 상한 차단 주파수에 대한 2차원 및 3차원 FDTD의 결과를 SDA와 비교하여 상대 오차가 6% 이내로 잘 일치함을 확인하였다.
스크린 프린트법으로 MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit)용 YIG 후막을 제조하였고, YIG의 조성과 프린트 조건의 변화가 다결정 $Y_{3-x}$C $a_{x}$ F $e_{5-x}$Z $r_{x}$$O_{12}$ (x=0~0.3) 후막의 미세구조 및 자기적 특성에 미치는 영향을 고찰하였다. $Ca^{2+}$와 Z $r^{4+}$ 의 치환 첨가량이 0.2인 $Y_{2.8}$ C $a_{0.2}$F $e_{4.8}$ Z $r_{0.2}$$O_{12}$ 조성의 paste로 제조된 YIG 후막의 경우, 포화 자화값이 최대를 나타내었으며, 강자성 공명 흡수선 폭은 최소를 나타내었다. 또한, YIG 후막의 두께 및 소결 유지시간 등의 제조조건을 제어함에 따라 치밀화 및 자기 특성이 향상됨을 확인할 수 있었다.다.다.
고상에피택시방법으로 성장한 YIG 박막의 온도에 따른 자기특성의 변화를 결정이방성과 수직이방성을 중심으로 측정하였다. 고상에피택시법의 열처리 온도가 낮을 경우 전위가 발생하여 응력을 해소함으로써 수직이방성이 유도되지 않았으나 높은 온도에서 열처리된 박막에는 우수한 에피택시성장으로 잔류응력이 축적되어 수직이방성이 유도되었다. 수직이방성자장은 기판과 박막의 열팽창계수의 차이로 결정자기이방성이 없어지는 온도까지 선형으로 감소하였고, 보자력도 온도가 증가하면 감소하였다. YIG(111) 에피택시박막에 수직이방성이 유도되었을 경우 결정이방성상수 $K_1$을 $H_k=4K_1/3M_s$로부터 결정할 수 있었다. 온도에 따른 초자화율의 거동은 Hopkinson 효과로 잘 설명되어졌으며 측정결과를 이용하명 상자성 자화율이 큰 기판위에 성장한 박막의 큐리온도를 쉽게 측정할 수 있었다.
LPE(liquid phase epitaxy)방법으로 제작한 YIG 단결정 박막의 정자파(MSW; magnetostatic wave) 모드의 온도의존성을 조사하기 위하여 온도를 -14$0^{\circ}C$에서 20$0^{\circ}C$까지 2$0^{\circ}C$간격으로 변화하면서 강자성공명 실험을 하였다. 시편면과 외부자기장을 평행하게 가할 때 모든 온도에서 주기적인 신호로 나타나는 정자표면파와 정자역체적파 모드를 관측하였다 온도가 감소함에 따라 정자파 모드들은 저자장쪽으로 이동하고 세기가 감소하였고, 각 모드들 사이의 간격은 증가하였다. 온도변화에 따른 정자파 모드를 Walker와 Damon-Eshbach 이론으로 분석한 결과 잘 일치하였다. 온도별로 계산한 포화자화값은 온도가 감소함에 따라 증가하였다. 관측된 정자파 모드의 선폭은 온돈가 감소함에 따라 다양하게 변화하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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