CoTaZr-Al2O3軟磁顆粒膜的性能研究及其電感仿真.pdf

1、隨著電子工業(yè)，通訊技術(shù)的迅速發(fā)展和電子設(shè)備的不斷小型化，電子元器件也趨于微型化，這就要求磁器件向小型化和高頻化方向發(fā)展，具有高飽和磁化強(qiáng)度Ms、高電阻率ρ、高磁導(dǎo)率μ和低矯頑力Hc的高頻軟磁薄膜成為磁性材料發(fā)展的必然方向。由金屬和絕緣體介質(zhì)組成的納米顆粒膜材料已經(jīng)成為軟磁材料研究中的重要課題之一。本文采用射頻磁控濺射法制備了一系列的(CoTaZr)x(Al2O3)1-x納米顆粒膜，研究了其在不同工藝參數(shù)（功率和氣壓）下的電阻率、軟磁性能

2、和微觀組織結(jié)構(gòu)，以期制備出具有高電阻率和優(yōu)良軟磁性能的可以應(yīng)用于高頻電感器中的薄膜材料。并采用Ansoft HFSS有限元模軟件系統(tǒng)地研究了平面矩形螺旋結(jié)構(gòu)加載磁膜后磁性薄膜的厚度和電阻率對(duì)電感性能（L和Q）的影響。得出主要結(jié)論如下:
　　1)由于濺射產(chǎn)額不同，Al2O3含量隨功率的增加先減小后增加，CoTaZr含量隨著功率的增加先增大后減小，Al2O3含量從100W時(shí)的47.86％增加到了140W時(shí)的50.19％，功率增大到14

3、0W時(shí)，薄膜中Al2O3含量(50.19％)略大于CoTaZr含量(49.81％); Al2O3的含量的體積百分比隨著氣壓的增大先增大后減小，而CoTaZr的含量先減小后增大，氣壓為1.5Pa時(shí)，Al2O3的含量為最大，為49.53％，此時(shí)CoTaZr的含量最小，為51.47％。
　　2)從SEM分析的結(jié)果表明，Al2O3顆粒均勻地分布在磁性顆粒之間，XRD譜表明Al2O3含量的變化對(duì)薄膜的微觀組織結(jié)構(gòu)影響不是很大。SEM分析和X

4、RD譜表明實(shí)驗(yàn)制備出了Co82Ta10Zr8和Al2O3連續(xù)的復(fù)合顆粒膜結(jié)構(gòu)。功率增加到100W時(shí)，樣品膜厚急速增加，當(dāng)超過100W后薄膜厚度的增加量逐漸趨于平緩。薄膜樣品的厚度隨著濺射氣壓的增加而先增加后減小，沉積速率最佳的濺射氣壓為2.5Pa。
　　3)樣品的電阻率隨功率增大而遞增，在x=0.32,氣壓為1.2Pa不變時(shí)，電阻率從80W時(shí)的6×10-5Ω·m增加到了140W時(shí)的3.6×10-4Ω·m;當(dāng)功率為100W不變時(shí)，電

5、阻率隨氣壓的升高而先增大后減小，最佳氣壓為1.5Pa，電阻率獲得最大值2.92×10-4Ω·m，3.5Pa時(shí)電阻率為最小值1.66×10-4Ω·m。
　　4)磁性顆粒體積分?jǐn)?shù)較高的樣品具有較高的Ms，但電阻率相應(yīng)較小，在x=0.32時(shí)，Ms隨著功率和氣壓的增大先增大后減小，濺射氣壓為1.2Pa不變時(shí)，最佳濺射功率為120W，樣品的比飽和磁化強(qiáng)度Ms獲得最大值56.8emu/g;功率為100W不變時(shí)，飽和磁化強(qiáng)度都隨氣壓的升高而先增

6、大后減小。最佳氣壓為2.5Pa時(shí)，Ms達(dá)到最大值83.13emu/g。
　　5)隨著熱處理溫度的升高，薄膜的表面粗糙度先減小后變大，調(diào)整熱處理溫度可以使薄膜的表面得到較大的改善，經(jīng)退火處理之后，薄膜的電阻率減小。通過實(shí)驗(yàn)得到最佳熱處理溫度為400℃，薄膜的平均粗糙度減小到92.4nm，電阻率為2.2×10-4Ω·m。
　　6)薄膜樣品的飽和磁化強(qiáng)度隨著退火溫度的升高，先增大后減小，通過實(shí)驗(yàn)得到最佳熱處理溫度為400℃，Ms提

7、高到62.33emu/g，相對(duì)未退火時(shí)提高了10％，當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，軟磁性能惡化。
　　7)通過Ansoft HFSS有限元仿真電感加載已制備的薄膜顯示，實(shí)驗(yàn)制備的顆粒膜對(duì)薄膜電感的電感量有明顯的提升，電感提升量在34％～70％不等，通過仿真表明，制備薄膜的最佳厚度應(yīng)在0.5到1微米之間。加載薄膜后電感中產(chǎn)生的渦流損耗使得電感品質(zhì)因數(shù)Q值均低于空心電感Q值。薄膜電感的電感量和品質(zhì)因數(shù)都隨著薄膜電阻率的降低而減小，電感器的品質(zhì)因數(shù)