技术与应用 TECHNOLOGY
& APPLICATION
高频电磁噪声抑制用磁性材料
Magnetic Materials used for the suppression HF EMI
中国西南应用磁学研究所 马昌贵 (四川绵阳 621000)
摘 要:介绍高频电磁噪声抑制用磁性材料的制备工艺及主要电磁性能.这些材料包括低温旋转喷镀Ni-Zn系铁氧体膜, 高电阻率Mn-Zn铁氧体膜,Fe3O4/V-Fe2O3 多晶膜,共面传输线上用非晶软磁膜,铁基纳米晶薄带,图形化颗 粒膜,和稀土-铁永磁化合物等. 关键词:高频微磁器件及材料;电磁兼容(EMC)技术;噪声抑制器;铁氧体镀膜;非晶软磁合金;纳米晶磁性材料;稀 土-铁永磁化合物.
中图分类号:TM27
文献标识码:A
文章编号:1606-7517(2007)04-05-00
1前言
高频微磁器件(包括高性能的小型化电感器变压器, 电磁噪声抑制器,磁传感器等等),以及这些器件所需要 的高频磁性材料与电路系统,是当前应用磁学研究与开 发的热门课题,这是为了满足最新信息技术设备的迫切需 求.随着新型高频磁性材料的开发和电路集成技术的进 步,为高频软磁薄膜等作为集成无源元件,抗干扰(EMI) 元件和传感器等在射频,特别是在800MHz～6GHz及其以 上频段提供了极其广泛的应用市场.在2002～2005年这 四年间,已连续召开过3次"高频微磁器件及材料国际研 讨会".在会上,许多国际著名大公司,研究机构和大专 院校发表了大量的研究论文,报告了最新的研发成果,内 容涉及高性能小型化器件及高频磁性材料,特别是磁性薄 膜,纳米晶磁性材料,以及相关的分析,模拟,测量技 术,材料加工技术,微磁器件设计,平面微制造/封装技术 等各个领域. 微型电磁兼容(E M I)技术,是高频应用磁学的一 个新领域.大家知道,近年来使用1～6GHz电磁波频率的
通信,尤其是移动电话,智能运输系统和本地网络系统 (LAN),还有汽车电子,电子自动收费系统的发展特别 快.由此产生的电磁波干扰问题,也变得越来越严重.这 就促使科技人员加紧对抗电磁干扰涂层,自隐身技术和微 波暗室等用电磁波吸收材料的研发.作为传统的电磁波吸 收用磁性材料,有大家熟悉的尖晶石铁氧体,平面六角晶 系铁氧体块材和金属磁粉与树脂合成的板材.这些材料一 般只适用于低频段,金属复合板材虽可用于高频段,但吸 收体厚度太大,不适合微型器件和大规模集成电路系统应 用.作为高频宽带薄型电磁波吸收体用磁性材料,要求具 有高饱和磁化强度(Ms),高电阻率(ρ)和高的自然共 振频率(f r).新开发的低温旋转喷镀铁氧体(Ni-Zn系, Mn-Zn系, Fe3O4/V-Fe2O3),非晶软磁金属膜(Co-Nb- Zr,Co-Zr-O,Co-Pd-Al-O等),金属/介质多层膜,纳 米晶铁基薄带和颗粒膜,就能满足上述"三高"的要求. 新近还发现稀土-铁(RE-Fe)永磁化合物也有可能用作微 波频段的电磁波吸收体. 下面将介绍上述新型高频磁性材料的制备工艺,及主 要电磁性能.
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2007.04
TECHNOLOGY & APPLICATION
技术与应用
2低温旋转喷镀铁氧体膜
原来的块状铁氧体材料由于存在斯诺克极限,所以 在高频下磁导率下降.与之相反,薄膜材料会使磁化向着 面内的退磁被加到各向异性磁场(H A)上,自然共振频 率 便移到高频端.利用这个原 理,日本NEC-Tokin公司的近藤幸一和东京工大阿部正纪 教授等人联合开发成功低温旋转喷镀Ni-Zn铁氧体膜,并 实际用作准微波频率电磁噪声抑制器.后来,N.Matsushita 等人采用同样的方法,制备出高电阻率的M n-Z n铁氧体 膜,拟用作射频噪声电流抑制器.M.Tada等人也用这种工 艺制成了Fe3O4/V-Fe2O3 多晶膜.据说,这种软磁膜也有望 用作GHz传导噪声抑制器.
表1不同厚度的Ni-Zn铁氧体薄膜的成分和磁性能
Film T(μm) A1 A2 A3 B1 B2 B3 B4 0.48 0.35 0.10 0.48 0.40 0.20 0.08 Film Composition Ni0.21Zn0.19Fe2.60 Ni0.19Zn0.23Fe2.58 Ni0.13Zn0.59Fe2.28 Ni0.23Zn0.28Fe2.49 Ni0.28Zn0.18Fe2.54 Ni0.18Zn0.19Fe2.63 Ni0.13Zn0.24Fe2.63 Ms(emu/cc) Hc(Oe) Hk(Oe) 490 434 194 403 380 261 - 23 26 15 46 39 31 - 42 39 29 61 56 43 -

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