CoTaZr薄膜及其在薄膜电感器中的应用研究

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电子系统向高集成度、高频宽带化方向发展,对各种电子元器件提出了向小型化薄膜化发展的要求。本文采用磁控溅射法制备CoTaZr薄膜,利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、能谱仪、振动样品磁强计对薄膜的形貌、晶体结构、成分和饱和磁化强度进行了研究,分析了沉积工艺及热处理对薄膜生长及其性能的影响。另外,将最佳工艺参数制备的CoTaZr薄膜作为磁芯,分别制备出了线圈形状为折线形、矩形螺旋形、圆形螺旋形的三明治型薄膜电感器,以及含有Co、CoTaZr、CoTaZr-Al2O3三种薄膜磁芯的薄膜电感器,还有以在不同温度下热处理后的CoTaZr薄膜作为磁芯的薄膜电感器,采用精密LCR电容及磁性元件测试系统测试上述电感器的低频性能,研究了磁芯、线圈形状对电感性能的影响。其研究结果如下:  1)在SiO2玻璃基体上,溅射时间为20min,在1Pa的气压下,随着溅射功率的增大,薄膜由疏松变为致密,CoTaZr薄膜的沉积速率基本上成线性增加,而薄膜的电阻率却随着功率的增大就而减小。功率在90W时样品显示了较高的饱和磁化强度。  2)在不同的偏压条件下,所有的CoTaZr薄膜的XRD图谱上均出现(311)衍射峰。随着偏压的增大,此衍射峰强度基本保持不变,但是可以观察到CoTaZr薄膜中出现(220)晶面衍射峰。薄膜的电阻率随偏压的增大呈递减趋势。  3)基片背面外加磁场有效提高了薄膜沉积速率和薄膜样品的饱和磁化强度。  4)随热处理温度的提高,薄膜的电阻率逐渐降低,热处理温度为300℃时,薄膜的饱和磁化强度有较大提高。  5)圆形螺旋线圈电感器的电感量最大,其次是矩形螺旋形线圈电感器,折线形线圈电感器具有最低值。而圆形螺旋线圈电感器的品质因数是最优的。  6)分析比较以三种不同材料为薄膜磁芯的绕线形状线圈的薄膜电感器(包括Co、CoTaZr、CoTaZr-Al2O3)的性能可知,以CoTaZr和Co薄膜为磁芯的电感器的电感量较高,以CoTaZr-Al2O3薄膜磁芯的电感器的品质因数最大。  7)150℃和300℃热处理均有利于提高薄膜电感器的电感量L,而150℃热处理可提高薄膜电感的品质因数Q,所以最佳热处理温度为150℃。
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