NiZn铁氧体磁性薄膜的制备及一体化LC薄膜器件应用研究

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1、硕士学位论文NiZn铁氧体磁性薄膜的制备及一体化LC薄膜器件应用研究FABRICATIONOFNiZnFERRITEMAGNETICFILMANDITSAPPLICATIONTOINTERGRATEDLCTHINFILMDEVICE梁新宇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TG457.1学校代码：10213国际图书分类号：621.791密级：公开工学硕士学位论文NiZn铁氧体磁性薄膜的制备及一体化LC薄膜器件应用研究硕士研究生：梁新宇导师：王春青教授冒号左侧用黑体4申请学位：工学硕士号字,冒号右侧用宋学科：材料加工工程体4号字，

2、多倍所在单位：材料科学与工程学院行距答辩日期：2018年6月1.5。授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TG457.1U.D.C:621.791DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringFABRICATIONOFNiZnFERRITEMAGNETICFILMANDITSAPPLICATIONTOINTERGRATEDLCTHINFILMDEVICECandidate：LiangXinyuSupervisor：Prof.WangChunqingAcademicDegree

3、Appliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MaterialsProcessingEngineeringAffiliation：SchoolofMaterialScienceandEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（TimesNewRoman小5号字）摘要在电子电路领域，微系统集成是目前研究和关注的重点。缩小各元器件所占的面

4、积与体积，对提高微系统集成度具有十分重要的意义。除了芯片本身的性能外，芯片外元器件的覆盖面积及高度的控制直接影响到电子产品最终性能及尺寸大小。芯片外的电感、电容等元件的性能依赖于尺寸，在集成上面临诸多难点，电感电容的集成成为国内外的研究热点。本文提出了新型电感-电容一体化结构，从覆盖面积及高度上极大的缩小了无源器件所占体积，可以大幅度提高了电源模块的功率密度，对于现代电子行业的发展进程具有极为重要的意义。对于电感-电容一体化结构，关键性难点在于功能薄膜的制备。基于对磁性薄膜的溶胶-凝胶法制备工艺的研究，针对溶胶浓度、甩胶工艺、陈化时间、

5、沉积层数、PEG含量、热处理温度等参数进行优化，得到了最佳工艺参数。溶胶浓度0.2mol/L的NiZn铁氧体前驱体液陈化24h得到胶体，经过10层甩胶固化并以10℃/min的升温速率在800℃下保温1h进行退火处理的薄膜，饱和磁化强度和矫顽力分别为357.83emu/cm3和85.962Oe，并呈现了明显的各向异性。XRD表征结果显示生成了单相的尖晶石结构的Ni0.5Zn0.5Fe2O4，证明了sol-gel法制备NiZn铁氧体薄膜的可行性。随着溶胶浓度的增加，薄膜饱和磁化强度逐渐增加；矫顽力呈现出先增大后减小的趋势，在0.2mol/L

6、时达到最大值85.962Oe。饱和磁化强度随着陈化时间的延长而呈现出降低的趋势，当陈化时间为24h时，NiZn铁氧体薄膜的饱和磁化强度为400.39emu/cm3。随着沉积层数的增加，NiZn铁氧体薄膜的饱和磁化强度逐渐增加，在沉积层数为20层时，薄膜饱和磁化强度达到550emu/cm3。当PEG含量小于4%时，随着PEG含量的增加，薄膜饱和磁化强度表现出增大的趋势，并在PEG含量为4%时候达到最大值。当退火温度为800℃时，薄膜的饱和磁化强度达到了最高值，矫顽力随退火温度升高呈现上升的趋势。在Maxwell软件与HFSS软件中分别建立

7、了薄膜电感模型与一体化电感-电容模型，针对薄膜电感与薄膜低通射频滤波器进行了模拟。通过仿真发现薄膜电感器在薄膜厚度为500nm时电感量达到1.0547nH，同尺寸空芯电感的电感量为0.8963nH，电感量提高17.6%。通过建模仿真设计出一款截至频率在200MHz~300MHz的滤波器。并对薄膜滤波器的影响因素进行分析，随着介质厚度减小或钛酸钡介电常数增加或NiZn铁氧体磁导率增加，截止频率都是逐-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文（TimesNewRoman小5号字）渐降低的研究结论与等效电路模型是一致的。在介电、磁电功能薄膜溶胶凝胶

8、法制备的基础上，采用喷墨打印的方法在功能薄膜上制备导电螺旋结构，实现了薄膜LC器件的设定功能。经过表面处理的功能薄膜上打印的线圈实际平均宽度为266μm，在转角处打印控制良好，线条的均匀度较好，初步成果实现