高频软磁薄膜的制备及其电磁噪声抑制性能应用研究

论文摘要

随着电子器件应用频率逐渐提高,现代电子设备对抗电磁干扰和电磁兼容技术提出了更高的要求。单片微波集成电路（MMIC）是未来微波器件和电路的发展方向。对微波电路及芯片内部高频传输线上信号中的高频电磁噪声进行抑制,可以降低器件和电路的电磁兼容成本,减小体积,提高性能。本文针对上述背景,研究应用于抑制高频传输线电磁噪声的薄膜噪声抑制器,主要工作有:采用有限元仿真软件HFSS研究磁性薄膜在微带传输线上的电磁噪声抑制性能,从理论上证明了薄膜电磁噪声抑制器的重要机理为铁磁共振,同时电磁噪声抑制频率随薄膜尺寸改变主要是因为退磁因子变化导致铁磁共振频率变化。研究了溅射工艺对NiZn铁氧体薄膜软磁性能的影响,得出最佳制备工艺条件为:背底真空低于5×10-4Pa,基片温度300℃,溅射功率为140W,溅射气压为0.8Pa,退火温度800℃。在此工艺基础上,研究了Fe3O4为底层对NiZn铁氧体薄膜性能的影响,研究表明添加了Fe3O4底层后,可以降低退火温度,且磁导率虚部略有提高。研究了NiFe/IrMn铁磁/反铁磁多层薄膜中铁磁层和反铁磁层厚度变化对薄膜磁性能的影响。结果表明各向异性场和交换偏置场均随铁磁层厚度增加逐渐降低,而随反铁磁层厚度的增加迅速增加,反铁磁层厚度达7nm后趋于稳定。在薄膜的磁滞回线中出现了两个不同大小的交换偏置场,从而导致磁谱中出现了两个共振峰,其原因为底层NiFe受单层IrMn钉扎,其交换偏置场较小所致。制作了共面波导测试夹具,测试薄膜电磁噪声抑制性能。结果表明NiZn铁氧体薄膜最大噪声抑制频率fmax发生在2.37G左右,功率衰减约为3.1dB。NiFe/IrMn铁磁/反铁磁多层薄膜电磁噪声抑制性能较好,最大电磁噪声抑制频率fmax能达到6.35GHz,最大电磁噪声功率衰减能达7.00dB,且最大电磁噪声抑制频率fmax变化和铁磁共振频率变化趋势一致,这进一步说明了铁磁共振是薄膜电磁噪声抑制器的主要机理。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究意义
• 1.2 薄膜电磁噪声抑制器的研究现状及展望
• 1.2.1 薄膜电磁噪声抑制器的电磁噪声性能影响因素
• 1.2.2 薄膜电磁噪声抑制器机理
• 1.2.3 磁性薄膜电磁噪声抑制器应用前景
• 1.3 本文的主要研究内容
• 第二章 铁磁共振对薄膜电磁噪声抑制器性能影响的仿真分析
• 2.1 理论基础
• 2.1.1 铁磁共振的基本理论
• 2.1.2 退磁因子理论
• 2.1.3 涡流分析
• 2.2 薄膜电磁噪声抑制器仿真
• 2.2.1 仿真的思路
• 2.2.2 薄膜的选取和薄膜铁磁共振计算
• 2.2.3 仿真模型的建立
• 2.2.4 铁磁共振对薄膜电磁噪声抑制器性能影响仿真
• 2.3 本章小节
• 第三章 高频软磁薄膜的制备和表征
• 3.1 NiZn 铁氧体薄膜
• 3.1.1 靶材的制备
• 3.1.2 薄膜制备和测试设备
• 3.1.3 NiZn 铁氧体薄膜制备工艺研究简介
• 3.1.4 退火温度对薄膜特性的影响
• 3.1.5 溅射功率对薄膜性能的影响
• 3.1.6 基片温度对薄膜特性的影响
• 3.1.7 溅射气压对薄膜特性的影响
• 3.1.8 基本工艺条件下薄膜磁谱
• 3.1.9 添加缓冲层对薄膜性能的影响
• 3.2 NiFe/IrMn 铁磁/反铁磁多层薄膜的制备研究
• 3.2.1 NiFe/IrMn 薄膜的制备条件
• 3.2.2 不同厚度NiFe 合金薄膜的磁性能
• 3.2.3 铁磁层厚度对铁磁/反铁磁多层薄膜磁性能影响
• 3.2.4 反铁磁层厚度对薄膜磁性能的影响
• 3.2.5 多交换偏置场薄膜设计
• 3.3 本章小结
• 第四章 薄膜电磁噪声抑制器的制作与测试
• 4.1 测试相关准备工作
• 4.1.1 测试平台
• 4.1.2 共面波导设计
• 4.2 不同材料体系电磁噪声抑制性能
• 4.2.1 NiZn 铁氧体薄膜材料电磁噪声抑制性能
• 4.2.2 NiFe/IrMn 铁磁/反铁磁多层薄膜电磁噪声抑制性能
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻硕期间取得的研究成果