改性的石榴石结构和射频系统技术方案

公开了可以用于射频(RF)应用中的合成石榴石和相关器件。在一些实施例中，这样的RF器件可以包括具有减少的钇或者基本上没有钇或其他稀土金属的石榴石。这样的石榴石可以配置来产生高介电常数，并且由这样的石榴石形成的诸如TM模式环形器/隔离器的铁氧体器件可以受益于减小的尺寸。此外，减少了或者没有稀土含量的这样的石榴石可以允许基于铁氧体的RF器件的成本有效的制造。在一些实施例中，这样的铁氧体器件可以包括诸如低磁共振线宽的其他期望的特性。还公开了制造方法和RF相关的特性的例子。

【技术实现步骤摘要】
改性的石榴石结构和射频系统本专利技术是2012年5月30日所提出的申请号为201280033918.5、专利技术名称为《稀土减少的石榴石系统和相关的微波应用》的专利技术专利申请的分案申请。
本公开一般涉及合成石榴石系统以及相关的射频(RF)应用。
技术介绍
具有磁特性的各种晶体材料已经被用作诸如蜂窝电话、生物医学设备以及RFID传感器的电子设备中的组件。石榴石是具有铁磁特性的晶体材料，在工作于微波区域的较低频部分中的RF电子设备中尤其有用。许多微波磁性材料是钇铁石榴石(YIG)的衍生物，石榴石的一种合成形式广泛应用于各种电信设备中很大程度上是由于其诸如在其铁磁共振频率的窄线吸收的良好磁特性。YIG一般由钇、铁、氧以及可能掺杂了诸如镧系或钪的一种或多种其他的稀土金属构成。但是，诸如钇的稀土元素的供应已经变得越来越受限制，因此导致成本相应地剧增。这样，需要找到对于合成石榴石结构中的稀土元素的成本有效的取代物，而不会损害材料的磁特性并且可以用于微波应用。
技术实现思路
本公开的准备、设备和系统的组成、材料、方法每个具有几个方面，并且其中没有单独的一个仅单独承担其期望的属性。在不限制本专利技术的范围的前提下，现在将简要论述其更显著的特征。本文没有直接定义的任何术语应被理解为具有如本领域中所理解的通常与它们相关联的所有含义。某些术语在以下或者在说明书中的别处论述以在描述各个实施例的组成、方法、系统等以及如何制造或使用它们方面向实践者提供另外的引导。应认识到，相同的事物可能以不止一种方式表述。因此，对于本文所述的任意一个或多个术语可以使用替换语言或者同义词。重点并不是放在本文是否详述或讨论的术语。提供一些同义词或者可替换的方法、材料等。一个或一些同义词或等效物的叙述不排除使用其他同义词或者等效物，除非明确表述。说明书中使用的例子、包括术语的例子仅仅为了示例的目的并且不限制本文的实施例的范围和含义。本文公开的实施例包括用于对在RF应用中使用的合成石榴石进行改性以减少或去掉石榴石中的钇(Y)或其他稀土金属而不会不利地影响材料的磁特性的方法。在一些实施例中，具有显著降低的稀土含量的改性的合成石榴石组合物(composition)被设计为具有适合于用作诸如所有蜂窝基站中所必需的组件的隔离器和环形器的设备中的铁氧体材料的特性。一些实施例包括用诸如铋以及一个或多个高价离子的组合物的其他化学物质来取代石榴石结构中的至少一些钇(Y)的方法。选择取代化学物质以减少Y的含量而不会不利地影响材料的性能。本文所述的稀土取代物实质上减少了在诸如钇铁石榴石(YIG)的某些石榴石结构的合成中对于氧化钇的需要，并且提供了在包括但不限于用于蜂窝基站的设备中的使用的各种电子应用中有用的改性的晶体材料。在一个实施例中，对合成石榴石进行改性的方法包括用铋取代石榴石结构的十二面体位置上的一些钇(Y)并将高价优选大于+3的非磁性离子引入八面体位置以取代石榴石的中的一些铁(Fe)。选择取代离子的量和组合以及处理技术以确保得到的材料具有高磁化和低线宽以及降低的钇(Y)含量。在一些实施例中，还将钙(Ca)引入到石榴石结构的十二面体位置用于高价离子引起的电荷补偿，同时取代一些或所有剩余的钇(Y)。在一些其他实施例中，该方法还包括将诸如钒(V+5)的一个或多个高价离子引到石榴石结构的四面体位置以进一步降低得到的材料的饱和磁化度。在一个实施方式中，改性的合成晶体材料由化学式BixCay+2xY1-x-y-2zFe5-y-zZryVzO12表示，其中x大于或等于0.5并且小于或等于1.4，y大于或等于0.3并且小于或等于0.55，z大于或等于0并且小于或等于0.6。Bi和Ca被放置在十二面体位置上，Zr被放置在八面体位置上，V被放置在四面体位置上。在一些形式中，少量的铌(Nb)可以放置在八面体位置上，并且少量的钼(Mo)可以放置在四面体位置上。优选地，改性的晶体材料具有小于或等于11奥斯特的磁共振线宽。在另一实施例中，改性的合成晶体材料由化学式Bi(Y,Ca)2Fe4.2MI0.4MII0.4O12表示，其中MI是Fe的八面体取代物，并且可以从由In、Zn、Mg、Zr、Sn、Ta、Nb、Fe、Ti、Sb及其组合构成的组中选择，并且MII是Fe的四面体取代物，并且可以从由Ga、W、Mo、Ge、V、Si及其组合构成的组中选择。在另一实施方式中，改性的合成晶体材料由化学式Bi0.9Ca0.9xY2.1-0.9x(Zr0.7Nb0.1)xFe5-0.8xO12表示，其中x大于或等于0.5并且小于或等于1.0。在另一实施方式中，改性的合成晶体材料由化学式BixY3-x-0.35Ca0.35Zr0.35Fe4.65O12表示，其中x大于或等于0.5并且小于或等于1.0，更优选地，x大于或等于0.6并且小于或等于0.8。在另一实施方式中，改性的合成晶体材料由化学式Y2.15-2xBi0.5Ca0.35+2xZr0.35VxFe4.65-xO12表示，其中x大于或等于0.1并且小于或等于0.8。在另一实施方式中，提供了改性的钇基石榴石结构。该改性的钇基石榴石结构包括铋(Bi3+)和钙(Ca2+)掺杂的十二面体位置以及四价或五价离子掺杂的八面体位置，其中Bi3+占据十二面体位置的大约0到100原子百分比，Ca2+占据十二面体位置的大约0到90原子百分比，其中四价或五价离子占据八面体位置的大约0到50原子百分比，其中所述改性的合成钇基石榴石结构具有大约0到50奥斯特的磁共振线宽。在一些实施方式中，所述改性的钇基石榴石结构还包括钒(V5+)掺杂的四面体位置，其中V5+占据四面体位置的大约0到50原子百分比。优选地，钇占据改性的钇基石榴石结构的十二面体位置的其余位置。在一些实施方式中，改性的钇基石榴石结构作为铁氧体材料被并入诸如隔离器、环形器或共振器的RF器件中。有利地，该取代允许在石榴石结构的八面体位置上使用四价、五价以及其他离子，使得可以得到潜在的高磁化度以及低线宽和降低的Y含量。在一些实施方式中，本公开涉及具有包括十二面体位置的结构的合成石榴石材料，铋占据至少一些十二面体位置。该石榴石材料具有至少21的介电常数值。在一些实施例中，介电常数值可以在25到32的范围内。在一些实施例中，石榴石可以由化学式Bi3-x(RE或Ca)xFe2-y(Me)yFe3-z(Me')zO12表示，其中x大于或等于1.6并且小于或等于2.0，RE表示稀土元素，Me和Me'的每个表示金属元素。x的值可以近似是1.6。金属元素Me可以包括Zr，并且y的值可以大于或等于0.35并且小于或等于0.75。y的值可以近似为0.55。金属元素Me'可以包括V，并且z的值可以大于或等于0并且小于或等于0.525。z的值可以近似为0.525，以使石榴石基本上没有稀土元素并且分子式是Bi1.4Ca1.6Zr0.55V0.525Fe3.925O12。对于这样的示例的组合物，介电常数值可以近似为27。在一些实施例中，该石榴石材料可以具有小于12奥斯特的铁磁共振线宽。根据多个实施方式，本公开涉及制造具有十二面体位置、八面体位置和四面体位置的石榴石材料的方法。该方法包括将铋引入至少一些所述十二面体位置。该方法还包括将高极化离子引入八面体位置和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性的石榴石结构，包括:铋掺杂的石榴石，由公式Bi3‑x(Ca)xFe2‑y(Me)yFe3‑z(Me')zO12表示，x大于或等于1.6并且小于或等于2.0，并且Me和Me’每个表示金属元素。

【技术特征摘要】
2011.06.06 US 61/493,942;2011.07.14 US 13/183,329;1.一种改性的石榴石结构，包括:铋掺杂的石榴石，由公式Bi3-x(Ca)xFe2-y(Me)yFe3-z(Me')zO12表示，x大于或等于1.6并且小于或等于2.0，并且Me和Me’每个表示金属元素。2.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述介电常数值为至少21。3.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述介电常数值为至少27。4.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述金属元素Me包括Zr，并且y的值大于或等于0.35并且小于或等于0.75。5.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述金属元素Me'包括V，并且z的值大于或等于0并且小于或等于0.525。6.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述铋掺杂的石榴石基本上没有稀土元素。7.如权利要求1所述的改性的石榴石结构，其中，所述石榴石材料具有小于12奥斯特的铁磁共振线宽值。8.一种改性的石榴石结构，包括:铋掺杂的石榴石，由公式Bi3-x(RE或Ca)xFe2-y(Me)yFe3-z(Me')zO12表示，x大于或等于1.6并且小于或等于2.0，y大于或等于0.35并且小于或等于0.75，z大于或等于0并且小于或等于0.525，RE表...

【专利技术属性】
技术研发人员：DB克鲁克尚克，RP奥多诺万，IA麦克法兰，B莫雷，MD希尔，
申请(专利权)人：天工方案公司，
类型：发明
国别省市：美国,US