High Frequency Characteristics in CoFeB Based Soft Magnetic Heterostructures

• Main Authors: Jiang, Ruo-Fan, 江若帆
• Other Authors: Lai, Chih-Huang
• Format: Others
• Language: en_US
• Published: 2009
• Online Access: http://ndltd.ncl.edu.tw/handle/34799606316960944323

博士 === 國立清華大學 === 材料科學工程學系 === 97 === 近年來由於高速無線數據產業與多重無線傳輸技術(多模組)之蓬勃發展，整合新穎高頻鐵磁薄膜與深次微米CMOS工藝技術發展高品質、小體積的平面薄膜電感器，將有助於放寬相關射頻電路設計的要求，因此可採用更複雜且完整的系統技術，減少耗電量、生產成本、電路版面積與測試成本，同時提供整體性能和製造良率，甚至是兼顧綠色環保概念的提倡。 本論文之目的主要為開發應用於微波頻段通訊技術之鐵磁薄膜。第一部分，利用超高真空直流/ 射頻濺鍍系統製備新型鈷鐵硼/ 氧化鎂異質結構多層膜系統，不僅具備相當高的電阻率，更表現出符合高頻應用之絕佳軟磁特性。其中我們特別強調與動態磁化損耗相關之磁性阻尼係數的探討，發現在施予適當磁場退火處理之後(225o至275oC)，磁性阻尼係數產生大幅下降的趨勢，進而提升新型鈷鐵硼/ 氧化鎂異質結構多層膜系統之高頻磁性品質。此研究顛覆了長久以來視磁性阻尼係數為現象學參數的傳統概念，確定其為可藉由實驗設計而調整的重要技術因子。 於本論文的第二部分，藉由X光光電子能譜以及高解析穿透式電子顯微技術之輔助，我們完整地釐清於新型鈷鐵硼/ 氧化鎂異質結構多層膜系統中，磁性阻尼係數隨磁場退火處理變化的原因，其中包含著界面三氧化二鐵的還原(低於275oC)以及鈷鐵硼成核結晶/ 晶粒成長(高於300oC)等相關機制。因此，我們進一步設計於鈷鐵硼/ 氧化鎂界面置入金屬鎂(硼亦可)做為氧離子吸收層以抑制界面三氧化二鐵生成之系列實驗，更證實上述所提機制之可靠性，將可做為未來於相關高頻鐵磁異質結構材料開發的指導準則。 整合新型鈷鐵硼/ 氧化鎂異質結構多層膜系統之共平面微帶型電感器於本研究論文之最終階段被開發，一方面確定鐵磁薄膜對電感器感值提升之效果，另一方面成功地驗證材料端鐵磁薄膜之磁性阻尼係數與元件端電感器之品質因子的相關性。同時，我們亦針對整合新型鈷鐵硼/ 氧化鎂異質結構多層膜系統之共平面微帶型電感器的可調性進行探討，觀察到磁性電感器的品質因子實可藉由外在磁場的施加產生相對提升，而其改善比例似與鐵磁薄膜之磁性阻尼係數的數值大小有關。此研究論文之成果預期將提供相關技術團隊一嶄新的視野，刺激搭配鐵磁薄膜之射頻電路以及系統基頻處理元件集成乃至於未來產品的實現。