基于SOC應(yīng)用的MnZn鐵氧體薄膜研究.pdf

1、隨著信息技術(shù)應(yīng)用范圍擴大和電子產(chǎn)品數(shù)字化發(fā)展，對電子器件和作為電子元器件的基礎(chǔ)材料提出了更高的要求。目前，集成電路技術(shù)依然是以SIP(system in package)技術(shù)為主，這是因為電感元件占據(jù)了太大的面積，很難集成到電路中。為了滿足當前電子元器件的輕薄短小、低功耗、高可靠性、數(shù)據(jù)的高速率傳輸和轉(zhuǎn)換等要求，必須將集成電路技術(shù)由SIP技術(shù)向SOC(system on chip)技術(shù)轉(zhuǎn)換。這個轉(zhuǎn)換過程中的關(guān)鍵因素就是將過去做成插件的電

2、感元件集成到電路中。磁性材料可以有效地增加電感材料的電感量，在滿足相同電感量要求的前提下可縮小電感元件的尺寸，因此，對單片集成電路MIC(monolithic integrated circuits)中實現(xiàn)SOC技術(shù)的關(guān)鍵——磁性薄膜的制備已成為當前國內(nèi)外的研究熱點。
　　本文采用了射頻磁控濺射法制備MnZn鐵氧體薄膜，著重研究了退火工藝對薄膜結(jié)構(gòu)和性能的影響，明確了高性能MnZn鐵氧體薄膜的工藝參數(shù)。在工藝參數(shù)優(yōu)化的基礎(chǔ)上，研究

3、了薄膜厚度、組份和基片種類對MnZn鐵氧體薄膜性能的影響。
　　首先，介紹了MnZn鐵氧體薄膜制備工藝，包括靶材的制備與薄膜制備的流程。其次，重點研究了退火工藝對薄膜性能的影響，退火工藝參數(shù)包括退火氣壓、退火溫度、退火升溫速率及退火氣氛中氧含量。同時，考察了鐘罩爐常壓退火與真空退火對薄膜性能的影響。接著，在Si(100)基片上沉積180nm、320nm、450nm、800nm、1120nm不同厚度的MnZn鐵氧體薄膜，研究了厚度對

4、薄膜物相結(jié)構(gòu)、顯微形貌及磁性能的影響。分別在Si(100)，SiO2/Si(100)，玻璃，MgAl2O4(100)，MgAl2O4(111)，MgO(100)等不同基片上沉積了厚度450nm的Mn0.5Zn0.5Fe2O4鐵氧體薄膜，分析了由于基片與薄膜之間的晶格結(jié)構(gòu)與熱膨脹系數(shù)的差異導(dǎo)致?lián)駜?yōu)取向生長和磁性能變化。最后，制備了不同組份的MnZn鐵氧體靶材，并利用上述優(yōu)化的工藝濺射沉積了MnZn鐵氧體薄膜，研究了薄膜樣品的相結(jié)構(gòu)、磁性能

5、與組份間關(guān)系。
　　研究結(jié)果表明，真空退火優(yōu)于常壓退火，真空退火較為理想的工藝條件是氣壓在1.4Pa，退火溫度為600℃，氧含量5％，升溫速率5℃/min；采用該優(yōu)化的熱處理工藝參數(shù)，400nm厚的Mn0.5Zn0.5Fe2O4鐵氧體薄膜在室溫下具有高的飽和磁化強度Ms為220KA/m，低的矯頑力Hc為7KA/m。薄膜厚度較厚時，晶粒尺寸較大，表面較為粗糙，但薄膜厚度也不易過薄，在做測試分析時信號太弱，在薄膜厚度為450nm時可獲

6、得較優(yōu)的顯微形貌及磁性能,其飽和磁化強度Ms為221KA/m，Hc為9.7KA/m。薄膜中組份（Mn含量）的變化影響磁性離子在A、B次晶格中的占位分布，結(jié)果表明：在相同的薄膜制備工藝與退火工藝條件下，Mn0.5Zn0.5Fe2O4的磁性能較好，飽和磁化強度 Ms為213KA/m，Hc為7.2KA/m。不同類型基片上沉積的薄膜，由于晶格常數(shù)和熱膨脹系數(shù)的差異，薄膜物相結(jié)構(gòu)、微觀形貌、磁性能都有很大差異。綜合考慮，在Si基片上沉積薄膜是比較