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电感器用Ni-Cu-Zn铁氧体薄膜的设计与性能研究

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无机材料学报 2012年第4期27卷 375-378页

作者：范跃农冯则坤陈中艳龚荣洲华中科技大学电子科学与技术系武汉430074 景德镇陶瓷学院机电系景德镇333403

采用丝网印刷技术制备Ni-Cu-Zn铁氧体电感器薄膜,并对其性能进行了表征.XRD分析表明,铁氧体薄膜具有相同的晶格结构.研究结果表明,在引入了铁氧体薄膜后,电感器的电感量相对于空心电感器有30%左右的提高,品质因数依频率不同有所改善,共... 详细信息

采用丝网印刷技术制备Ni-Cu-Zn铁氧体电感器薄膜,并对其性能进行了表征.XRD分析表明,铁氧体薄膜具有相同的晶格结构.研究结果表明,在引入了铁氧体薄膜后,电感器的电感量相对于空心电感器有30%左右的提高,品质因数依频率不同有所改善,共振频率有所降低.经400℃后处理的薄膜电感器在低频时性能最好,50 MHz时电感量提高了27%,品质因数提高了39%.

关键词：铁氧体薄膜电感量品质因数丝网印刷

钡铁氧体薄膜自偏置毫米波环行器设计与制备(英文)

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红外与毫米波学报 2013年第4期32卷 294-297页

作者：彭斌汪渊徐慧忠张文旭张万里电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

基于厚度为10μm的钡铁氧体薄膜设计,制备了共面波导结构的毫米波薄膜环行器.这种薄膜环行器不需要外加磁体,在34 GHz和37.6 GHz显示出环行特性,其非互易效应大于15 dB.结果表明,采用共面波导结构可以实现薄膜环行器.这种薄膜环行器具... 详细信息

基于厚度为10μm的钡铁氧体薄膜设计,制备了共面波导结构的毫米波薄膜环行器.这种薄膜环行器不需要外加磁体,在34 GHz和37.6 GHz显示出环行特性,其非互易效应大于15 dB.结果表明,采用共面波导结构可以实现薄膜环行器.这种薄膜环行器具有和单片微波集成电路集成的潜在应用.

关键词：环行器铁氧体薄膜自偏置共面波导

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磁控溅射法制备铁氧体薄膜的磁性能研究

硅酸盐通报 2012年第4期31卷 916-919页

作者：王乾徐小玉常州轻工职业技术学院常州213164

采用溶胶-凝胶法制备纳米晶镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合粉体,并将该粉体制成靶材。采用磁控溅射法在单晶硅基底和玻璃基底上沉积镍锌钴铁氧体复合薄膜,并对其进行磁性能研究。研究结果表明:镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合薄膜具有较好的软磁... 详细信息

采用溶胶-凝胶法制备纳米晶镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合粉体,并将该粉体制成靶材。采用磁控溅射法在单晶硅基底和玻璃基底上沉积镍锌钴铁氧体复合薄膜,并对其进行磁性能研究。研究结果表明:镍锌钴铁氧体/二氧化硅复合薄膜具有较好的软磁性能;在相同的溅射条件下,两种基片上的薄膜的矫顽力都较小,但硅基片上薄膜的饱和磁化强度较玻璃基片上的大,软磁性能更好;经后退火处理,薄膜的饱和磁化强度得到明显地提高,软磁性能得到改善。

关键词：铁氧体薄膜软磁性能磁控溅射饱和磁化强度矫顽力

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超声波对溶胶-凝胶法制备铁氧体薄膜的影响

材料保护 2003年第2期36卷 47-47,49页

作者：肖利方正吴振玉杨富国中南大学化学化工学院湖南长沙410083

溶胶凝胶法由于具备能低温合成材料、易于设计实验装置和控制化学组成、可以合成各种形状的固体材料 (尤其是薄膜 )等一系列显著优点 ,而成为新材料领域中活跃的研究课题之一。用溶胶凝胶法在玻璃基底或其他耐热性较差的基底材料上沉... 详细信息

溶胶凝胶法由于具备能低温合成材料、易于设计实验装置和控制化学组成、可以合成各种形状的固体材料 (尤其是薄膜 )等一系列显著优点 ,而成为新材料领域中活跃的研究课题之一。用溶胶凝胶法在玻璃基底或其他耐热性较差的基底材料上沉积一层薄膜 ,由于涂层必须与基底材料结合在一起才能发挥作用 ,因此 ,要求涂层材料必须均匀地铺展 ,然后固化在基片表面 ,并能以物理和化学的方式相互结合。如何制备结合均匀而又不开裂的薄膜 ,是制备铁氧体薄膜的关键。本文对超声促进铁氧体胶体聚沉和增强化学镀的机理进行了探讨。1　机理探讨关于超声催化胶体聚尘的实验国内外已有很多报道 ,但机理探讨较少。目前的研究认为 ,超声促进了物理作用 ,主要是产生了声空化[1] 。胶体粒子虽然会受到地心引力的作用 ,但它们的布朗运动使它们难以聚尘 ,而且大多数胶体物质为亲水体 ,具有水化层结构。以往的实验表明 ,水化层的水分子是定向排列的 ,当胶体微粒彼此接近时 ,水化层就被挤压变形 ,而引起定向排列的引力以恢复水化层原来的定向排列 ,使胶体粒子彼此接近时的阻力增大 ;当超声波输入胶体溶液时 ,由于超声波的剪切作用和空化作用可能破坏了胶体粒子的水化层 ,使...

关键词：超声波溶胶-凝胶法制备铁氧体薄膜影响化学镀

磁控溅射法制备铁氧体薄膜的界面结合强度研究

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真空 2010年第1期47卷 43-45页

作者：徐小玉黄之德常州轻工职业技术学院江苏常州213164

利用磁控溅射法在单硅晶基底和玻璃基底上沉积铁氧体薄膜,采用AFM观察薄膜的微观形貌,采用划痕法测试薄膜的界面结合强度,测试结果表明:由于两种不同材质上沉积的薄膜粗糙度缘故,硅晶/铁氧体薄膜的临界载荷为19.7N,其划痕形貌为裂纹状扩... 详细信息

利用磁控溅射法在单硅晶基底和玻璃基底上沉积铁氧体薄膜,采用AFM观察薄膜的微观形貌,采用划痕法测试薄膜的界面结合强度,测试结果表明:由于两种不同材质上沉积的薄膜粗糙度缘故,硅晶/铁氧体薄膜的临界载荷为19.7N,其划痕形貌为裂纹状扩展,玻璃/铁氧体薄膜的临界载荷为5.3N,其划痕形貌为剥落状。

关键词：铁氧体薄膜界面结合强度划痕法

Sol-Gel法制备NiCuZn铁氧体薄膜性能研究

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Sol-Gel法制备NiCuZn铁氧体薄膜性能研究

作者：魏中磊兰州大学

学位级别：硕士

半导体集成技术的快速发展,要求电子元器件小型化和高频化,因而薄膜型材料近年来引起了人们广泛的关注。NiZn铁氧体具有高的电阻率和共振频率,适用于各种变压器,电感器等,在通讯、计算机、抗电磁干扰、电子等领域广泛应用。在NiZn铁氧... 详细信息

半导体集成技术的快速发展,要求电子元器件小型化和高频化,因而薄膜型材料近年来引起了人们广泛的关注。NiZn铁氧体具有高的电阻率和共振频率,适用于各种变压器,电感器等,在通讯、计算机、抗电磁干扰、电子等领域广泛应用。在NiZn铁氧体中掺杂适量的Cu,可以对NiZn铁氧体的适用频段进行一定的调节和改善,NiCuZn铁氧体已经成为NiZn系铁氧体中十分重要的分支。因而制备出性能优良的NiCuZn铁氧体薄膜具有重要意义。本文通过sol-gel旋转涂层方法制备了NiCuZn铁氧体薄膜,研究了溶胶性质、退火温度、保温时间、旋涂过程等工艺条件对NiCuZn铁氧体薄膜晶体结构、微观形貌以及磁性能方面的影响,同时还研究了成份变化、磁场真空快速热处理对铁氧体薄膜性能的影响,从中摸索提高铁氧体薄膜饱和磁度Ms和降低矫顽力Hc的方法。通过X射线衍线仪、振动样品磁强计、扫描电镜以及原子力学显微镜等方法对NiCuZn铁氧体薄膜进行表征,得到以下结论：(1)通过对干凝胶的TG-DTA曲线分析,确定了制备过程中去除NiCuZn铁氧体薄膜的水份和有机物的温度分别为120℃和300℃。当匀胶机转速4000rpm,旋涂时间30s,旋涂三层时制备的NiCuZn铁氧体薄膜均匀,性能较好,薄膜的厚度约为240nm。(2)对溶胶性质的研究发现,溶度为0.2mol/L、陈化24小时、聚乙二醇加入量为25g/L的溶胶制备的NiCuZn铁氧体薄膜性能最佳。(3)将NiCuZn铁氧体薄膜样品进行退火处理。升温速率为2℃/min,保温2小时,500℃样薄膜样品为单相的尖晶石结构,高于600℃,由于Zn元素的挥发,出现a-Fe2O3的杂相。薄膜的饱和磁化强度Ms和矫顽力Hc都随温度增加先增大后减小,800℃退火的铁氧体薄膜具有最大的饱和磁化强度Ms=355 emu/cc,接近对应铁氧体块体的饱和磁化强度,对应的矫顽力Hc=150 Oe。可见,sol-gel方法可有效降低NiCuZn铁氧体的烧结温度,实现低温共烧结。(4)改变Ni、Cu元素比例制备了不同成份的Ni0.8-xCuxZn0.2Fe2O4薄膜,经600℃保温2小时退火处理后,其饱和磁化强度Ms随x先增大后减小,组份为Ni0.4Cu0.4Zn0.2Fe2O4的薄膜具有最大饱和磁化强度Ms,达到284 emu/cc。铁氧体薄膜的矫顽力呈随x呈单调递减的趋势,Ni0.2Cu0.6Zn0.2Fe2O4组份的铁氧体薄膜的矫顽力Hc低至15 Oe。通过对Cu掺杂量的变化,实现了对Ms和Hc的调节。(5)对Ni0.4Cu0.4Zn0.2Fe2O4组份的铁氧体薄膜样品尝试进行了磁场真空快速热处理,发现热处理后的样品较管式炉退火样品性能变差,我们分析认为这是由于磁场热处理过程没有有效消除薄膜中存在的应力。

关键词：铁氧体薄膜 Sol-gel 饱和磁化强度Ms 矫顽力Hc

Al掺杂BaM铁氧体薄膜生长及其在环行器中的应用

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Al掺杂BaM铁氧体薄膜生长及其在环行器中的应用

作者：谢斌杭州电子科技大学

学位级别：硕士

环行器是一种无源微波器件,在不需要外部电源或控制信号下就能单向传输信号,可用于分离或者组合信号,在各类雷达系统中得到了广泛使用。然而,传统环行器依赖于外部永磁体提供偏置磁场,这与新一代微波器件追求微型化和集成化的潮流相背。... 详细信息

环行器是一种无源微波器件,在不需要外部电源或控制信号下就能单向传输信号,可用于分离或者组合信号,在各类雷达系统中得到了广泛使用。然而,传统环行器依赖于外部永磁体提供偏置磁场,这与新一代微波器件追求微型化和集成化的潮流相背。M型钡铁氧体(Ba FeO,BaM)材料具有高矫顽力、高各向异性和高剩磁比等综合性能,可以实现自偏置特性,省去对永磁体的需求,这对于环行器乃至收发器部件的微型化和平面化是一个重大突破。因此,研究制备高性能M型六角铁氧体材料并将其应用于自偏置环行器中显得极为迫切。本论文以使用BaM铁氧体薄膜设计自偏置环行器为目标,从工艺参数、离子掺杂两个方面对BaM铁氧体材料开展研究,并对BaM铁氧体薄膜进行了自偏置器件应用初探,然后完成器件的设计、制作和测试。首先,基于固相法烧结制备脉冲激光沉积可用的Al掺杂BaM铁氧体靶材,并探究了主配方及工艺参数对其性能的影响。研究结果表明:适当的Al掺杂可以抑制晶界的扩散与迁移,随着Al掺杂量的增加,块材样品的矫顽力(H)、磁晶各向异性场(H)与剩磁比(M/M)逐渐提高,而晶格常数和饱和磁化强度(M)逐渐降低。当Al掺杂量为3时,所制备的Ba FeAlO铁氧体体现优秀磁性能(M=22.4 emu/g、H=16199 Oe),较未掺杂的BaM铁氧体(H=2919 Oe)矫顽力有很大提升。此外,随着预烧温度从900℃到1150℃,H、M和M/M都表现出先增后减的趋势。综合分析,预烧温度为1050℃,烧结温度为1300℃时,样品的综合磁性能较好:H=16861 Oe、M=30 emu/g、M/M=0.58。基于上述探究的主配方与制备技术,制作了脉冲激光沉积技术用的靶材。其次,在氧化铝基底上研究了Al掺杂量对薄膜微观性能和磁性能的影响。研究结果表明:随着Al掺杂量的提高,BaM薄膜的晶粒逐渐由针状变为片状,H增大,M/M提升,但M不断减小,H在垂直方向和平行方向均表现为先增后减再上升。受各向异性致宽和孔隙致宽的影响,BaM薄膜的铁磁共振线宽先减后增再变小,而中心频率则是一直上升。当Al取代量为3时,BaM薄膜的综合性能最佳:H=27.7 k Oe、M=1758 Gs,M/M=0.95,H=4230 Oe,FMR≈436Oe。最后,根据环行器的工作原理,采用研制的BaM厚膜(5.5μm)作为基板,使用电磁仿真软件HFSS完成模型构建并优化尺寸,最终得到的仿真结果为:在中心频率38.07 GHz处,环行器的带宽≥350 MHz;回波损耗为36.2 d B;隔离度为24.3 d B;插入损耗为1.521 d B,这表明所制备的BaM厚膜可以用于制作性能良好的环行器。基于仿真优化后的结果,通过刻蚀工艺和电子束蒸发技术制作了Ka波段微带Y结环行器实物。测试结果显示:环行器实物的中心频率为38.2GHz,回波损耗为26 d B,插入损耗超过了5 d B,且不具有非互易性,与仿真结果存在一定的差异。

关键词：离子掺杂铁氧体薄膜微波器件六角铁氧体自偏置器件

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微带铁氧体薄膜环行器的设计

微带铁氧体薄膜环行器的设计

作者：郑燕杭州电子科技大学

学位级别：硕士

作为一种环行传输微波信号的器件,微波环行器广泛应用手机、移动基站、相控阵雷达等各种民用与军用设备中。随着单片微波集成电路的快速发展,研制体积更小,重量更轻的小型化环行器是环行器发展的必然趋势。微带线具有体积小、结构简单... 详细信息

作为一种环行传输微波信号的器件,微波环行器广泛应用手机、移动基站、相控阵雷达等各种民用与军用设备中。随着单片微波集成电路的快速发展,研制体积更小,重量更轻的小型化环行器是环行器发展的必然趋势。微带线具有体积小、结构简单、生产成本低、生产周期短等特点,广泛应用于混合微波集成电路和单片微波集成电路中。环行器用铁氧体的薄膜化能够减小环行器的体积,但如何保持薄膜环行器良好的微波特性成为一个难题。基于以上两点,本文设计一种基于微带线的铁氧体薄膜环行器。本文主要完成以下几部分工作。(1)依据铁氧体旋磁材料的特性设计了由横向磁化场作用下的微带铁氧体薄膜环行器。其基板为在400μm钆镓石榴石沉积10μm的钇铁石榴石薄膜。(2)通过对铁氧体旋磁材料的特性分析,确定了器件材料的几何性能参数,以及在研究电磁波在铁氧体介质中的传播特性的基础上,获得其传输波动方程,推算出求解铁氧体薄膜中谐振条件,结合材料参数理论计算出实现10μm条件下的铁氧体薄膜环行器各结构的尺寸。(3)讨论了铁氧体薄膜环行器的基本工作机理,铁氧体薄膜环行结和50欧姆微带线实现了良好的阻抗匹配。同时分析了基板为10μm铁氧体薄膜和400μm介质的特殊结构条件下,微带的阻抗和400μm的下层基板介电常数的关系。(4)在HFSS中对基板相对介电常数,铁氧体薄膜厚度以及铁氧体薄膜的饱和磁矩对微带铁氧体薄膜环行器的性能的影响进行了分析。得出了铁氧体薄膜环行器的中心频率随基板介电常数的升高而向低频率点移动,其性能随铁氧体薄膜的厚度的增大而变好的结论。同时给出了铁氧体薄膜饱和磁矩的设计原则。最后论文给出了在X波段微带铁氧体薄膜环行器的性能仿真曲线,该环行器在8.14GHz实现了良好的微波性能,隔离度大于20dB,插入损耗小于1dB。论文实现了一种微带铁氧体薄膜环行器,在X波段具有插入损耗小、隔离度大的特点。在薄膜环行器设计中得到的结论,可望在微波铁氧体器件的小型化设计中得到应用。

关键词：铁氧体薄膜磁导率张量阻抗匹配微带环行器

旋转喷涂法制备NiZn铁氧体薄膜及其在薄膜电感器中的应用研究

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旋转喷涂法制备NiZn铁氧体薄膜及其在薄膜电感器中的应用研究

作者：郑璐电子科技大学

学位级别：硕士

随着电子信息行业飞速的发展,作为重要的三大无源器件之一的电感器,在电路的发展中不可或缺。为了能够与集成电路进行很好的匹配,传统的三维电感逐渐向二维的薄膜电感发展,同时必须满足与半导体工艺的兼容性。电感尺寸的减小,压缩整个... 详细信息

随着电子信息行业飞速的发展,作为重要的三大无源器件之一的电感器,在电路的发展中不可或缺。为了能够与集成电路进行很好的匹配,传统的三维电感逐渐向二维的薄膜电感发展,同时必须满足与半导体工艺的兼容性。电感尺寸的减小,压缩整个电路系统的尺寸,对电路系统高集成度的发展带来巨大的影响。为此,本文研究了旋转喷涂法制备的NiZn铁氧体薄膜的相结构、微观形貌及磁性能与薄膜Zn含量、反应溶液中氧化溶液亚硝酸钠浓度、衬底沉积温度及不同衬底间的影响关系,基于低温沉积的NiZn铁氧体薄膜,构建了环形薄膜电感模型,并基于半导体工艺及旋转喷涂法研制了环形薄膜电感。本论文采用旋转喷涂法制备NiZn铁氧体薄膜。研究结果表明:(1)在研究的配方范围内,当Zn含量为0.15时,NiZn铁氧体薄膜晶粒大小均匀,致密度最高;饱和磁化强度M最高达到643KA/m;当Zn含量为0.06时,薄膜的矫顽力有最小值3.02KA/m;在300MHz频率下,薄膜磁导率实部最大达到161。(2)氧化溶液亚硝酸钠的浓度会改变薄膜样品的离子占位情况,进而影响薄膜的磁性能。当亚硝酸钠质量浓度为0.15g/L时,NiZn铁氧体薄膜致密,晶粒大小均匀,饱和磁化强度M最高达到588KA/m;在300MHz频率下,薄膜磁导率实部有最大值75;在研究的氧化液亚硝酸钠质量浓度范围内,其对薄膜的截止频率无明显影响。(3)随着衬底沉积温度的增加,薄膜材料的饱和磁化强度M逐渐增大,当衬底温度为105℃时,饱和磁化强度达到最大为574KA/m;当硅衬底的沉积温度为95℃时,薄膜的晶粒尺寸分布均匀,致密度较好,薄膜矫顽力有最低值2.94KA/m;当衬底的沉积温度为100℃时,薄膜的截止频率最高,达到0.98GHz。(4)在硅衬底和二氧化硅衬底上沉积的NiZn铁氧体薄膜的饱和磁化强度M高于在玻璃衬底和聚酰亚胺衬底上沉积的薄膜。同时,在硅衬底和二氧化硅衬底上获得的薄膜磁导率较低,但具有更高的截止频率。基于旋转喷涂法制备的优化NiZn铁氧体薄膜,本论文采用COMSOL Multiphysics仿真软件仿真设计了环形薄膜电感器。研究了磁性薄膜厚度、线圈厚度、线圈宽度对薄膜电感器性能的影响,对影响电感器性能的参数进行了优化。基于优化的薄膜电感结构参数,我们在半导体工艺平台加工了环形薄膜电感器实物。采用矢量网络分析仪和微波探针台对电感器进行了性能测试。其中,空心电感器在100MHz频率下电感值为8nH,电感器品质因数Q为6,电感器截止频率为1.3GHz,引入磁性薄膜后,薄膜电感器在100MHz频率下,电感值为57nH,电感器品质因数Q为7,电感器截止频率为0.9GHz,通过对电感器引入磁芯,电感器的电感值相较于空心电感器提升了7倍。

关键词：旋转喷涂法铁氧体薄膜薄膜电感 COMSOL软件仿真设计