陈赵豪[1]2015年在《基于闭合磁路的框式薄膜电感的制备与性能研究》文中研究指明随着电子技术的快速发展,对电路系统的集成度要求也越来越高,作为叁大无源器件之一的电感器,必然要向着小型化,高频化的趋势发展,研究重点集中于提高电感量。本文从减少漏磁的角度出发,设计出磁芯磁路闭合的特殊磁芯电感,以及用于对比分析的两种薄膜电感：全磁膜电感和叁文治结构电感。这些电感均由下层磁芯层、下层绝缘层(聚偏二氯乙烯,厚度约为40urn)、线圈和线圈中心的磁膜、上层绝缘层和上层磁芯层组成,其差别在于磁芯结构不同。本文将分两部分开展试验研究,一是采用直流磁控溅射法制备Co膜、Cu膜,采用射频磁控溅射法制备SiO2膜,研究沉积工艺对Co膜、Cu膜和Si02薄膜的组织性能的影响,由此初定薄膜的沉积工艺：二是采用磁控溅射方法,制备叁种不同结构的薄膜电感,在1～3MHz的频率范围,比较叁种电感的等效电感、寄生电容、电性能和损耗因子,探讨磁芯结构及薄膜沉积工艺对等效电感、寄生电容和损耗的影响,结果如下：1.在溅射沉积功率为60-132W、沉积时间为20-100mmin条件下制备的Co膜的电阻率随着溅射时间与溅射功率的增加而下降,薄膜电性能更好。在96W功率下沉积60min的Co膜表面组织致密,呈现柱状方式生长,厚度能达到510nm。Co/聚偏二氯乙烯复合膜呈现软磁性,Ms为8.47A·m2/Kg。2.在溅射沉积功率为40-80W、沉积时间为5-15min条件下制备的Cu膜的电阻率随着溅射时间与溅射功率的增加而下降,即薄膜电性能变好。在60W功率下沉积10min的Cu膜表面组织致密,呈柱状形式生长,厚度能达到600nm。3.在气氛中加入氧,氩/氧比为5：2时,有利于薄膜的生长,形成更为致密、颗粒更加微小的SiO2膜,但SiO2薄膜生长速率很慢,在本试验条件下未能形成完全覆盖导电Cu膜的绝缘膜。4.与叁文治结构电感和全磁膜电感相比,特殊磁芯电感有更高的等效电感值、更小的寄生电容,但损耗因子较大。磁芯薄膜的电阻较高,有利于降低电感的涡流损耗。磁性薄膜的覆盖面积对电感线圈的电性能有影响,覆盖面越小,电感线圈的电阻越小。特殊磁芯电感线圈电阻最小,有利于降低电感的铜损。5.当提高Co膜和Cu膜溅射沉积功率时,都会增大电感的寄生效应,其中特殊磁芯电感的影响程度较小。当提高Co膜的溅射沉积功率时,能降低薄膜电感的损耗因子,但提高Cu膜的溅射沉积功率对薄膜的损耗因子影响不明显。
邵新勋[2]2002年在《薄膜电感的制备研究》文中研究说明为了得到在更高频率下适用的薄膜电感，在本实验中我们尝试制作了栅极型空心薄膜电感。我们采用掩膜法，通过磁控溅射制各样品，在不加磁性材料的情况下，适当选取线圈形状参数来得到较大的电感，由于形状参数的改变不影响样品的适用频率，因而也能达到增大品质因数(Q值)的目的。此外为提高单位面积的电感量，我们还尝试将两个分层的线圈串联，使电感值有明显的增大。本实验中制作了单个线圈的样品1和样品2以及串联的样品3和样品4，文中报告了这些薄膜电感的电感、电阻和Q值在100MHz-10GHz范围内的频谱特性。在此频率范围内，四个样品的电感值显示了平稳的频率特性，其数值分别为130nH、155nH、185NH、280nH；电阻在6GHz以下也保持平稳，分别为31Ω、51Ω、64Ω、104Ω，在这个频率以上， 电阻由于高频趋肤效应而有一定的增大；Q值在1GHz-6GHz之间在20以上，并且在6GHz附近样品1、2、3的Q值分别达到最大160、110、100，样品4的最大值出现在9GHz附近，其值为120。作为薄膜电感的应用，我们制备了薄膜变压器，通过简单的测量可知虽然耦合系数和效率不是很高，但它还是具有较好的发展前景。
王兰喜[3]2006年在《Mn-Zn铁氧体薄膜制备与性能研究》文中研究说明软磁铁氧体是铁氧体发展史的主干。目前软磁铁氧体已经广泛地应用于电信、仪器仪表、自动控制和计算机技术等方面,成为品种最多、应用最广的一类磁性材料。而未来的电子元器件进一步朝着小型化、集成化方向发展,部分器件将由叁维的体材料向二维的薄膜材料方向发展:微波及毫米波器件;磁化效应器件;高密度、大容量的薄膜磁记录介质:薄膜型磁头,磁传感器;薄膜变压器以及薄膜电感器等。目前薄膜电感器的磁介质层大部分采用金属或金属合金材料,这些材料具有高的电导率,从而在高频使用时会产生严重的涡流损耗和趋肤效应,成为这些材料高频应用的主要瓶颈,使其应用频率范围受到限制。从而,具有高电阻率的铁氧体薄膜以其优异的高频电磁特性,良好的机械耐磨性和稳定的化学性能而成为颇具应用价值的材料引起人们的关注。 因为MnZn铁氧体薄膜具有电阻率高、高频特性及软磁性能好等原因在薄膜电感介质中具有很大发展潜力。但是MnZn铁氧体对制备条件过程中的诸多因素敏感,比如锰的变价、氧的流失,锌离子挥发等,如果条件控制不当,将会造成薄膜性能的恶化。 本文对制备薄膜条件的控制进行了研究,并对薄膜的性能进行了探讨。本论文制备的MnZn铁氧体样品具有低的Hc,原因可以在以下方面给出解释:(1) 本实验中薄膜中的晶粒尺寸小于20nm,晶粒之间存在交换耦合作用,使矫顽力降低。(2) 基片和薄膜的晶格常数以及热膨胀系数是否匹配,如果匹配较好,将会降低界面处的应力,使矫顽力降低。(3) 薄膜比较致密,缺陷少;但是薄膜的Ms也较低,这是我们不希望的,但是铁氧体薄膜的Ms一般会比块体的要低,这在其他人的工作中也普遍存在,主要原因可能是(1) 纳米晶薄膜的晶粒表面存在自旋钉扎引起的磁性死层。(2) 另外从本实验的XRD中可以看到有部分的非晶态生成,也有可能造成Ms的降低。(3) Mn~(2+)被氧化成Mn~(3+),Mn~(3+)倾向于占据B位,又Mn~(3+)的磁矩小于Mn~(2+),所以使总磁矩减小。最后我们通过穆斯堡尔谱在微观方面对Mn_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4,Mn_(0.1)Zn_(0.9)Fe_2O_4成分的样品进行了讨论,得到了(1)Zn~(2+)倾向于占据A位,将Fe~(3+)挤到B位上,当A位的离子过分减小时,会导致总磁矩减小,平均超精细场减小。(2) 给出薄膜中的磁矩方向并不是严格平行于膜面,而是有一个夹角,在20°～30°。
阳远才[4]2011年在《高频软磁薄膜及平面电感仿真》文中研究表明本文首先围绕高频软磁薄膜电感中的磁性薄膜进行了研究,探讨了多层膜代替单层膜的各种优势,系统的研究了[C043.3Fe34,2Zr22.5/Si02]n静态及动态下的磁学性能。通过实验表明,掺杂的Zr具有细化晶粒、改善薄膜软磁性能的作用。随着Zr含量的增加,Hce从23 Oe降为2 Oe,同时Ms随着Zr含量的增加线性下降。此外,将电感中的单层磁性薄膜用多层膜代替,不仅提高了薄膜的电阻率,抑制了薄膜的涡流损耗,降低为原来的1/n2,同时还具有良好的高频软磁性能,其共振频率达到2.32 GHz。用Si02作为中间层,能够调节多层膜的各向异性场,进而调节薄膜的铁磁共振频率,扩展薄膜电感的高频应用范围。其次,通过HFSS有限元电磁仿真软件对螺旋形薄膜电感进行了一些理论研究,本文主要研究了空心结构薄膜电感线圈的各个参量对电感值和品质因数的影响,以获得更加优异的性能。模拟结果表明,线间距、导线电阻和线圈匝数对电感的性能有密切关系。另外,对用不同性质的单层磁性薄膜覆盖的电感线圈进行了模拟,系统的研究了磁性薄膜的厚度、磁导率、铁磁共振及阻尼系数对电感性能的影响。在本文的平面螺旋电感结构中,单磁性薄膜能提高78%的电感值,磁性薄膜的阻尼系数越大,电感值和Q越小,且.fr制约着电感的最大工作频率上限。
杨国宁[5]2005年在《FeCoSiB非晶磁弹性薄膜材料及应用研究》文中进行了进一步梳理FeCoSiB 薄膜由于具有优良的磁弹性能而受到了人们的广泛关注。本文针对FeCoSiB 薄膜材料的应力敏感特性,从理论和实验上研究了FeCoSiB 薄膜材料的应力阻抗效应,并研究了FeCoSiB 薄膜在磁场可调平面薄膜电感中的应用。理论上,本文从Landau-Lifshitz-Gilbert 方程和Maxwell 方程出发,推导了磁弹性薄膜在外加应力下高频有效磁导率和阻抗的表达式,计算了不同参数如膜厚、残余应力、磁各向异性、饱和磁化强度对薄膜应力阻抗效应的影响。结果表明,要获得明显的应力阻抗效应,薄膜厚度须大于其趋肤深度,当薄膜的饱和磁化强度Ms 较高,薄膜内的残余张应力和薄膜的磁各向异性方向与外加应力方向垂直时,可有效增强薄膜的应力阻抗效应。实验上,采用DC 磁控溅射法制备了FeCoSiB 单层和FeCoSiB/Cu/FeCoSiB多层薄膜,并对薄膜进行磁场热处理,研究了不同工艺条件对薄膜应力阻抗效应的影响。发现溅射气压对薄膜的成分和应力阻抗效应影响很大,最佳溅射工艺为:溅射气压2Pa,薄膜厚度2μm;适当温度的磁场热处理有助于提高FeCoSiB薄膜的磁各向异性和应力阻抗效应,最佳热处理条件为:外磁场300Oe,温度300℃,时间60min。研究发现, FeCoSiB/Cu/FeCoSiB 多层膜的应力阻抗效应要远大于FeCoSiB 单层膜。本文还制备了“Cu(栅极型)/PI(聚酰亚胺绝缘层)/FeCoSiB(磁芯层)/TbFe2(应力产生层)/基板”平面薄膜电感。测试结果表明,在外磁场为0.2T时,电感变化ΔL/L 最大值为-10.4%,且电感变化ΔL/L 的绝对值随测试频率?的增大而增大。研究表明,电感变化的原因是TbFe2磁致伸缩薄膜在外磁场作用下,伸缩而对FeCoSiB 产生的张应力,其本质是FeCoSiB 薄膜的磁导率随应力的变化而改变。
贺健民[6]2005年在《软磁铁氧体薄膜磁性能的研究》文中指出软磁铁氧体是铁氧体发展史的主干。目前软磁铁氧体已经广泛地应用于电信、仪器仪表、自动控制和计算机技术等方面，成为品种最多、应用最广的一类磁性材料。而未来的电子元器件进一步朝着小型化、集成化方向发展，部分器件将由叁维的体材料向二维的薄膜材料方向发展：微波及毫米波器件；磁化效应器件；高密度、大容量的薄膜磁记录介质；薄膜型磁头，磁传感器；薄膜变压器以及薄膜电感器等。目前薄膜电感器的磁介质层大部分采用金属或金属合金材料，这些材料具有高的电导率，从而在高频使用时会产生严重的涡流损耗和趋肤效应，成为这些材料高频应用的主要瓶颈，使其应用频率范围受到限制。从而，具有高电阻率的铁氧体薄膜以其优异的高频电磁特性，良好的机械耐磨性和稳定的化学性能而成为颇具应用价值的材料引起人们的关注。本论文工作主要研究了高频薄膜电感主要用的Mn-Zn铁氧体薄膜及Ni-Zn铁氧体薄膜的磁性能。1．Mn-Zn铁氧体薄膜采用MnFe_2O_4和ZnFe_2O_4靶交替溅射法制备了Mn-Zn铁氧体薄膜，主要讨论了薄膜成分对薄膜磁性能和热处理真空度对微结构的影响。得到了以下主要结论：A．研究了Mn+_(1-x)Zn_xFe_2O_4薄膜成分对其性能的影响，表明随Zn含量的增加，饱和磁化强度M_s逐渐增加，并且在x=0.50左右达到最大值约390 kA／m，而后随着Zn含量的增加而减小；矫顽力Hc随着Zn含量的增加单调降低。B．经过不同的低真空中550℃热处理后，均得到了主峰为(311)峰的尖晶石结构，0.66pa的真空度晶化程度最好。2．Ni-Zn铁氧体薄膜采用NiFe_2O_4和ZnFe_2O_4靶交替溅射法制备了NiZnFe_2O_4薄膜，主要讨论了薄膜成分、薄膜制备过程、衬底层等因素对薄膜磁性能和结构的影响。得到了以下主要结论：A．沉积态的薄膜并非完全的非晶，而是部分结晶，具有明显的尖晶石结构的(311)主峰。B．研究了不同薄膜沉积氧分压、不同热处理温度时薄膜Ni_xZn_(1-x)Fe_2O_4磁性能对成分的依赖关系，表明随Zn含量的增加，饱和磁化强度Ms逐渐增加；对于5％氧分压下沉积的薄膜在x=0.5时Ms有最大值；而在10％氧分压下沉积的薄膜在x=0.4时有最大值。而后均随着Zn含量的增加而减小；矫顽力Hc随着Zn含量的增加单调降低。高温有利于薄膜的晶化。C．研究了热处理温度对Ni_(0.5)Zn_(0.5)Fe_2O_4、Ni_(0.4)Zn_(0.6)Fe_2O_4薄膜磁性能的影响，随热处理温度的升高，饱和磁化强度Ms随着温度的升高而增加，并在1150℃时达到最大值，然后随温度升高而减小；矫顽力Hc随温度的升高而升高，在1000℃左右达到极值，然后随温度升高而减小在1150℃最小；然后随温度的升高而增加。D．简单地验证了ZnFe_2O_4的作用，表明ZnFe_2O_4是一种较好的衬底层。
李喜玲[7]2009年在《高频软磁薄膜电感的研究》文中进行了进一步梳理薄膜电感是高性能压控振荡器、低噪声放大器和无源滤波器等集成电路模块的重要元件,对其研究主要集中在材料、电感设计及器件研发叁个方面。针对提高电感值、提高工作频率、提高品质因数和降低损耗,本论文以高磁导率材料直接制备薄膜电感为出发点,系统研究了材料的静态、动态磁特性和电感的高频特性。该工作主要研究成果如下:1、薄膜电感材料选择及性质研究。系统研究了高磁导率Co_(92)Zr_8薄膜。通过改变工艺条件发现Co_(92)Zr_8具有面内单轴各向异性,该薄膜的难轴和易轴矫顽力都小于0.203 kA/m,各向异性场为2.4 kA/m,饱和磁化强度μ_0M_s为1.2 T,初始磁导率的值可以达到400。2、薄膜电感的设计及制备。在对U型电感进行理论研究的基础上,制备了毫米量级的原理性薄膜电感,并设计制备了微米量级的薄膜电感。通过射频磁控溅射在10×10×0.42 mm~3的SiO_2/Si片上制备得到了宽度为w=1.50 mm,间距为d=2.75 mm,厚度为t=200 nm的Co_(92)Zr_8薄膜电感,以及作为对比的相同结构参数的Cu薄膜电感。3、高磁导率薄膜电感的特性。结果表明在1-110MHz频段范围内,同样尺寸和形状的Co_(92)Zr_8电感较Cu电感均有相当大的提高。当频率在60 MHz时,Co_(92)Zr_8电感约为Cu电感的5倍左右。Co_(92)Zr_8薄膜电感元件的电容和品质因数与Cu薄膜电感元件相比只有小幅降低。可见利用磁性材料直接制备薄膜电感可以得到很好的电感性能。
唐晓莉[8]2003年在《IT用薄膜电感器的设计与制备研究》文中研究表明目前IT系统向高集成度、高频宽带化方向发展，要求在更小的基片上集成更多的元器件，这除了依靠高密度集成技术的发展外，从器件本身出发，只有研制小型化、薄膜化的器件，以减小系统的整体体积、重量，才能达到减小功率损耗、提高信号传输效率的要求。而作为磁性元器件中最重要的电感，它不仅在LC滤波电路、扼流圈中必不可少，在现代射频通信电路中也被广泛使用，特别是能与硅器件一起集成的薄膜电感器，在国际上备受重视，而国内长期以来，由于受薄膜磁芯材料、绕组材料、基片材料，包括制作技术及最为关键的设计技术限制，尚未研发出能够用于这一应用领域的高、中、低频薄膜电感器。本文的研究工作正是从这里入手。论文研发工作以薄膜电感的设计与制作为重心，采用理论计算与实验制作共进的研究模式。首先基于Biot-Savat定律，推导不同绕线形状电感的新理论计算式，并根据理论计算结果设计了不同电感值的薄膜电感，并首次提出多层薄膜磁场分布的传输线模型。再次，研究了薄膜电感所使用的CoNbZr高频软磁薄膜材料的性能，并利用真空磁控溅射设备，克服各种关键技术及工艺难度，在10mm×10mm的PCB板、20mm×20mm陶瓷基片上制作了薄膜电感。最后，测试了薄膜电感的性能，研究了薄膜厚度、绕线形状等对薄膜电感使用频率、品质因素、电感值的影响，并与理论计算结果进行比较。实际的测试表明，我们所推导的薄膜电感计算式能较好的符合测试结果，所制作的IT用薄膜电感可用于1MHz－1GHz的射频段，扩宽了电感的使用频段，并使电感从叁维向两维空间发展，减小了电感的体积、重量，满足了器件“小、轻、薄”发展的需求。
岳帅旗[9]2009年在《薄膜微型电感器的性能优化研究》文中研究表明随着微电子技术的不断发展,各种电路系统的集成度越来越高,工作频率也越来越高,这就使得各种电子元器件的小型化和高频化成为必然的发展趋势。电感器作为叁大无源器件之一,在众多领域有着广泛的应用,但是电感器的小型化速度相对于其它电子器件而言要滞后的多,成了进一步提高系统集成度的瓶颈。而薄膜电感器由于磁性薄膜的引入,可以有效的提高电感量,并使高频性能得到改善,它的出现为电感器的小型化、高频化开辟了有效的途径,显示出强大的生命力,将成为未来电感器的主流,因此对薄膜电感器的研究成了当前的热点之一。本文首先简要概述了薄膜电感器的国内外发展现状,举例说明了电感器的重要应用价值,然后详细讨论了在分析薄膜电感器时被经常用到的经典π等效电路模型,并且指出了该模型的不足之处,在此基础上提出了薄膜电感器的改进π等效电路模型,并且通过仿真结果来阐述新模型的合理性,使得等效模型对薄膜电感器的解释更加具有普遍性。在讨论了薄膜电感器的等效电路模型以后,通过有限元法对薄膜电感器进行仿真研究,分析电感器的各个结构参数以及材料的特性参数对电感器整体性能的影响,并且根据基本的电磁理论,对仿真结果作出了合理的解释。这样就使得薄膜电感器性能和其自身的各个参数之间的关系更加明了,从而可以更加有效的指导电感器的设计和优化。最后,在模型讨论和仿真结果的指导下,选取Ni-Cu-Zn铁氧体为磁芯材料,制作了铁氧体薄膜电感器,通过实验数据的对比,讨论了制备工艺和薄膜电感器结构对电感器性能的影响,从而在实验上得到了高性能的薄膜电感器。
付彬彬[10]2012年在《薄膜电感器的设计与制备》文中研究表明随着科技的进步和社会信息化程度的提高,无线通信技术正不断地向高频化微型化方向发展。电子系统的集成度越来越高,尺寸也越来越小,工作频率也越来越高,要求各种电子与器件也要朝着小型化、高频化、高精度、高稳定性、低损耗的方向发展。作为叁大无源器件之一的电感器,在众多领域有着广泛的应用。而薄膜电感器由于磁性薄膜的引入,可以有效的提高电感量和减小器件的尺寸,并且有效地改善电感器的高频性能,它的出现为电感器的小型化、高频化开辟了有效的途径,将成为未来电感器的主流,因此对薄膜电感器的研究成了当前的热点之一。本文首先简要地概述了薄膜电感器的国内外发展状况,分析了电感的基本理论、主要性能指标和损耗机制,用软件HFSS对薄膜电感器进行了仿真研究,分析了电感的各项参数以及材料的特性参数对电感值L和品质因素Q以及工作频率fr的影响,并对其进行优化,最后得出了电感的基本结构参数和材料参数。得出电感的结构参数匝数n=10,线条宽度w=70gm,线条间隙s=30μm,导线厚度t=2μm,线条长度d=600μm,衬底电阻率ρsi>10Ω·cm。在仿真结果的指导下,选取FeCo-SiO2薄膜作为磁芯材料,根据实验室现有的工艺条件,通过磁控溅射制备了薄膜样品,并对薄膜各项性能进行了研究分析,得出最优化的薄膜参数。结果表明薄膜具有一定的各向异性和较高的饱和磁化强度,薄膜易轴和难轴方向的矫顽力分别是50e和80e,面内各向异性场大约为550e；饱和磁化强度是20.8kG,薄膜的自然共振频率约为3GHz,电阻率是1500μΩ·cm。最后利用薄膜工艺、光刻工艺、刻蚀和电镀等工艺相结合,制作了薄膜电感器,并对电感器进行了高频测试。通过分析,在f=2GHz处,电感的电感值L和品质因素Q分别提升了23%和27%,FeCo-SiO2磁膜的集成有效地提升了电感的整体性能,从实验上得到了高性能的薄膜电感器。
参考文献：
[1]. 基于闭合磁路的框式薄膜电感的制备与性能研究[D]. 陈赵豪. 广东工业大学. 2015
[2]. 薄膜电感的制备研究[D]. 邵新勋. 苏州大学. 2002
[3]. Mn-Zn铁氧体薄膜制备与性能研究[D]. 王兰喜. 兰州大学. 2006
[4]. 高频软磁薄膜及平面电感仿真[D]. 阳远才. 兰州大学. 2011
[5]. FeCoSiB非晶磁弹性薄膜材料及应用研究[D]. 杨国宁. 电子科技大学. 2005
[6]. 软磁铁氧体薄膜磁性能的研究[D]. 贺健民. 兰州大学. 2005
[7]. 高频软磁薄膜电感的研究[D]. 李喜玲. 兰州大学. 2009
[8]. IT用薄膜电感器的设计与制备研究[D]. 唐晓莉. 电子科技大学. 2003
[9]. 薄膜微型电感器的性能优化研究[D]. 岳帅旗. 华中科技大学. 2009
[10]. 薄膜电感器的设计与制备[D]. 付彬彬. 电子科技大学. 2012
标签：工业通用技术及设备论文; 电感论文; 铁氧体论文; 磁控溅射论文; 电感单位论文; 射频溅射论文; 薄膜应力论文;