现代电子设备的小型化和多功能化的发展趋势,不断要求和推动着电子元器件的微小型化、集成化和模块化技术的创新发展,其中,以减小无源电感元件的尺寸、重量并实现平面化的使命尤为紧迫和重要。与此同时,要求集成化磁性元件不断提高工作频率(例如f>2GHz),保持良好的电感匹配性能、即高品质因数(Q>30)和大的电感量(L>5nH),这就要求具有适合这些技术性能的磁介质材料。诸多实践证明,以佳结构设计和性能合适的磁性薄膜相结合集成制作的器件,达到以上期望的性能并不十分困难。因为这种集成技术可以有效地增强磁通的耦合度,从而提高L值和Q值。为此,元件的结构设计包括选择材料需要满足一些标准,例如①在2GHz以上的工作频率时,选用的磁膜应具有高的磁导率和低的损耗;②热稳定性良好;③低的电流损耗和小的面内涡流回路,等等。测试证明,要达到以上标准,磁性材料必须具有高于2GHz的铁磁共振(FMR)频率fr。根据磁学理论可知,铁磁共振频率fr是由材料的饱和磁感应强度(即4πMs)和/或各向异性场HK进行控制的,其表述式为:
fr=r/2π(4πMs) (1)
式中,r为旋磁比
在磁性器件的设计应用中,已经研制出了一批具有甚高4πMs值的(如达到了24KG)Fe-X-N(X=Co、Ta)类型的软磁磁性薄膜。它们不仅被应用于高频集成电感器中,并且在射频平面功率电感器的设计中也受到广泛关注。但是,这类磁膜在4πMs、高电阻率(ρ>100μΩ·cm)和良好的热稳定性等性能之间,还需要探索佳的折衷办法。众所周知,提高4πMs的另一种方法是增HK大值。从磁膜制作的溅射技术出发,如在磁膜沉积过程中不断平移基片,并选择CoZrNb材料,依靠这种材料的非晶结构,则可以获得较高的电阻率ρ(ρ>100μΩ·cm)。
2 磁膜的制作工艺
沉积零磁致伸缩的非晶CoZrNb薄膜,采用了直流磁控溅射法,并设计了一种大型的矩形靶(635mm×127mm×3mm),以保证在直径100mm的基片上沉积出厚度均匀的磁膜。溅射过程中的基压和Ar溅射气压分别取1×10-7mbar和5×10-3mbar。为了兼顾后续的加工工艺需要,采用了直径为100mm的硅晶片作基片。为此,设计了一种特殊的该基片的支承工具,其特点是具有监控移动能力。基片无需经过水冷。加工中的动态操作包括:用上术支承工具在靶子(面朝上)上面连续移动基片(面朝下),这类技术不采用永磁体(或线圈),以此保证磁膜具有单轴各向异性。这是和传统的静态溅射沉积技术的区别之所在。图1示出了磁膜厚度与在100mm硅基片上的均匀性(max-min)/(max+min)和基片运动速度的关系。使用这套动态溅射沉积薄膜的工具,通过简单地调整基片与固定靶的相对运动速度,则可将磁膜厚度控制在0.1~1μm之内,同时在100mm直径的硅晶片上的均匀性良好,对0.5μm以下的厚度误差可以小于10%。在磁膜沉积之前采用射频背向溅射,能够保证磁膜的附着牢固度。检测发现,即使在对磁膜进行图形化加工之后,也没有观察到磁膜被剥离或翘曲现象。由以上结果可以认为,用这种方法将磁膜集成在硅基器件上是可行的。公司网站:联系电话梁生 功率电感,绕线电感,一体成型大电流电感,插件电感,电感线圈,共模电感








