CN105810708A - 一种非易失性频率可调的噪声干扰抑制器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种非易失性频率可调的噪声干扰抑制器及其制备方法。其结构包括PZT基片、镀在其两面的上下电极和制备于上电极上的铁氧体膜片。PZT基片含有缺陷偶极子，厚度为0.25mm～1mm；下电极厚度10nm～500微米，上电极厚度10‑500纳米。铁氧体膜片成分为Ni0.27Zn0.1Fe2.63O4，采用旋转喷涂的方法90℃低温沉积在PZT基片的上电极而成，且其电阻率≥106Ω.cm，厚度为1～10μm。使用时，将噪声干扰抑制器的铁氧体膜片这一面倒扣在微带或共面波导传输线上，PZT基片的上下电极不接触到传输线的电极即可。本发明干扰的抑制效果好，使用方便；节约能源；中心频率连续可调。
Description
技术领域
本发明属于电子器件技术领域，具体涉及一种可通过电压脉冲非易失的调节干扰抑制中心频率的噪声干扰抑制器及其制备方法。
背景技术
现代电子器件工作频率的提高和电子产品集成度的增大，使得电子信号传输线中高频电磁噪声干扰也大大的增强了。这些高频噪声干扰叠加在有用信号上，不仅导致传输信号的信噪比降低，有效传输率下降，而且高频噪声干扰在传输过程中还会向空气中进行电磁辐射，进一步产生高频辐射干扰。因此，必须设法对这些高频噪声电磁干扰进行有效的抑制。
近年来研究表明，采用磁性薄膜材料产生的铁磁共振能量损耗可以很好的抑制传输线上传递的高频电磁噪声干扰。通过让磁性薄膜产生铁磁共振的频率高于有用信号的频率范围，同时尽量接近高频噪声干扰的中心频率范围，这样对于相对频率较低的有用信号，可以几乎无衰减的通过噪声干扰抑制器，而高频噪声干扰信号由于受磁性薄膜铁磁共振能量吸收的影响，则会产生很大的衰减，从而使得传输线上的高频电磁干扰得到有效的抑制，信噪比得以大大的提高。
但是，目前的薄膜噪声干扰抑制器还存在两个问题：其一，当噪声干扰抑制器加工完成后，其尺寸、磁性薄膜的厚度及性能等都已固定，其干扰抑制的中心频率也已固定，后期无法再进行调整。如果传输信号线上的噪声干扰频段发生变化或者应用的场合有变化，那么噪声干扰抑制器的应用效果就会大打折扣。其二，很多磁性薄膜由金属软磁薄膜材料构成，不仅膜层较薄(一般低于200纳米)，干扰抑制效果较差，而且还必须进行绝缘处理，防止磁性薄膜引起传输线的短路。另外也有采用磁控溅射镀铁氧体薄膜作为磁性层的，但同样膜层较薄(一般低于200纳米)，干扰抑制效果较差，而且铁氧体薄膜还需要在高温下进行退火晶化处理，不仅耗能，而且对基片质量也有很高的要求。
发明内容
针对上述存在问题或不足，本发明提供了一种非易失性频率可调的噪声干扰抑制器及其制备方法，该噪声干扰抑制器可通过电压脉冲就能非易失性的，即去掉电压脉冲以后调制效果仍然能保留，且在干扰抑制器结构尺寸和膜片厚度都已经固定的前提下，仍然可以通过电压脉冲激励改变干扰抑制中心频率。同时，该噪声干扰抑制器上的磁性膜是采用旋转喷涂的方法在基片上低温沉积的，厚度1～10微米，不仅对噪声的干扰抑制效果更好，而且本身绝缘，与传输线也能更好的集成。
本发明的技术方案如下：
一种非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，包括PZT基片、上下电极和铁氧体膜片，上下电极镀在PZT基片的两面，上电极上制备一层铁氧体膜片，其特征在于：
所述PZT基片含有缺陷偶极子，是通过对PZT陶瓷基片进行受主掺杂后，在陶瓷内部产生氧空位，氧空位与掺杂离子形成缺陷偶极子，再经过极化和老化处理后得到，厚度为0.25mm～1mm。
进一步地，所述下电极的厚度为10nm～500微米，上电极厚度为10-500纳米，且上下电极均为良好导电的金属电极。
进一步地，所述铁氧体膜片为NiZn铁氧体膜，采用旋转喷涂的方法90℃低温沉积在PZT基片的上电极而成，且其电阻率≥106Ω.cm，厚度为1～10μm。
进一步地，所述铁氧体膜片的面积小于PZT基片上电极的面积，以在基片露出来的电极上施加电压脉冲。
进一步地，上述噪声干扰抑制器的制备方法具体如下：
步骤1：采用含有缺陷偶极子的PZT陶瓷基片作为PZT基片，将基片抛光切割后用丙酮和酒精清洗后备用；
步骤2：在步骤1制备的PZT基片上下表面镀电极，下电极的厚度为10nm～500微米，上电极厚度为10-500纳米；
步骤3、以NaNO2溶液为氧化液，CH3COONH4作为缓冲溶液，氧化液pH值通过NH3H2O调节到8.0；以FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和ZnCl2为还原液，还原液pH值通过CH3COONH4调节到6.0，其中组分按Ni0.27Zn0.1Fe2.63O4成分配比进行配置；
步骤4：将步骤2制备的PZT基片在丙酮和酒精中清洗后，粘贴在旋转喷涂设备上；该旋转喷涂设备加热到90℃并以60转/分钟速度旋转；
步骤5：让氧化液和还原液通过喷嘴同时向步骤4准备的PZT基片进行喷液，喷速为60毫升/分钟，通过氧化和水合作用，直至在PZT基片上生长1～10微米厚度的铁氧体膜片。
进一步地，使用时，将噪声干扰抑制器的铁氧体膜片这一面倒扣在微带或共面波导传输线上，PZT基片的上下电极不接触到传输线的电极即可。
上述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其调节方法为：
步骤1、设定PZT基片的矫顽电场为Ec，在噪声干扰抑制器的两电极间施加大于或等于2Ec的正向电压，当外加电压与PZT极化方向一致时为正向电压，持续10秒钟以上，去掉外加电压，此时噪声干扰抑制器所处残余应变状态为A状态；
步骤2、从A状态出发，再施加90％～95％Ec的反向电压，持续10秒钟以上，去掉外加反向电压，此时噪声干扰抑制器所处残余应变状态为B状态。
步骤3、将脉冲激励电压在反向90％～95％Ec以及正向2Ec之间变化，去掉电压后，就能够使该噪声干扰抑制器所处的残余应变状态在A和B之间产生对应的变化，进而对铁氧体膜片的磁矩取向产生不同调控效果，使其铁磁共振频率发生相应的改变，实现连续可变的非易失性调节。
即当该噪声干扰抑制器上残余应变处于A状态时，其铁磁共振频率为fa，处于残余应变B状态时，噪声干扰抑制器的铁磁共振频率变成fb，那么通过反向90％～95％Ec以及正向2Ec之间不同的电压脉冲激励，去掉激励电压后，其残余应变就可以在A和B之间连续变化，同时该噪声干扰抑制器的铁磁共振频率也可以在fa到fb之间进行连续的可调变化。
需要说明的是：
1)噪声干扰抑制器的铁氧体材料最好具有尽量大的磁致伸缩系数，常规铁氧体的磁致伸缩系数介于5～100ppm，磁致伸缩系数越大，调制效果越好，这样对共振频率调节的效果更好。
2)铁氧体膜片只能采取旋转喷涂法在90℃的低温下沉积到PZT基片上，如采用其它方法制备铁氧体膜片，都需要进行高温退火处理，而PZT基片不能承受高温处理，会引起退极化。
3)PZT基片中缺陷偶极子数量越多，残余应变越大，对感量的非易失调控效果更好。但引入缺陷过多，会使PZT基片整体的压电性能降低，矫顽电场和损耗增大，因此引入的缺陷偶极子的数量应酌情优化。
本发明中由于PZT陶瓷基片含有缺陷偶极子，其应变随外加纵向电压变化的“蝴蝶曲线”会产生一定的偏移，如图2所示。图3为常规PZT陶瓷标准的“蝴蝶曲线”作为对比。
设该PZT陶瓷基片的矫顽电场为Ec，当在所述噪声干扰抑制器的两电极间施加大于或等于2Ec的正向电压，持续10秒钟以上，去掉外加电压，此时噪声干扰抑制器所处状态为A状态；从A状态出发，再施加90％～95％Ec的反向电压，持续10秒钟以上，去掉外加反向电压，此时噪声干扰抑制器所处状态为B状态。可以看到，A和B状态保留的残余应变有比较大的差异。如果在A和B态之间逐步的改变电压，可以看到应变-电压的变化的曲线可构成一个类似“磁滞回线”的回线，A和B分别为最大和最小的剩余应变，如图4所示。此时，当降低正向或反向激励电压脉冲的峰值，可以在A和B之间产生连续可调的残余应变状态。这些不同的残余应变状态，通过逆磁致伸缩效应，可对其上沉积的具有磁致伸缩特性铁氧体膜片的磁矩取向产生不同的调控效果，进而使其产生铁磁共振频率的改变。并且这种可调性当电压脉冲激励去掉以后，仍然可以保留下来。
综上所述，本发明的有益效果为：
1、采用旋转喷涂法于90℃的低温下在PZT基片上沉积厚度1～10微米的铁氧体膜片，作为噪声干扰抑制器时不仅干扰的抑制效果好于采用薄膜工艺制备的金属软磁薄膜，而且电阻率高，可以直接倒扣在传输线上作为干扰抑制器；
2、采用电压脉冲实现对干扰抑制频率的调控，且去掉电压后仍然可保留调控效果，是一种非易失性的调控方式，节约能源。
3、本发明可以对干扰抑制器的中心频率在一定范围内进行连续的可调，可以很方便的适应不同噪声干扰抑制的需求，因此在各种需要调节滤波频率的干扰抑制领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明提出的非易失性可调噪声干扰抑制器的结构示意图；
图2为本发明电感采用的PZT基片中产生的非对称应变-电压“蝴蝶曲线”，其中电压正负循环两次；
图3为常规典型PZT基片的应变-电压“蝴蝶曲线”；
图4为本发明PZT基片中A、B两种非易失应变产生及构成应变-电压回线的示意图。
具体实施方式
上述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其制备方法及频率调控方法如下：
步骤1：采用含有缺陷偶极子的多晶PZT陶瓷基片，其矫顽电场为4kV/cm，将基片抛光切割后外形尺寸为10mm×3mm×0.5mm，用丙酮和酒精清洗后备用；
步骤2：将PZT基片上下表面都镀100纳米金属铜作为电极；
步骤3：将镀好电极的PZT基片在丙酮和酒精中清洗后，将其粘贴在旋转喷涂设备上。PZT上电极表面露出面积为10mm×2mm，宽度方向用胶带盖住1mm方便后面加电压脉冲。
步骤4：采用旋转喷涂法在PZT上表面旋转喷涂一层5微米的铁氧体膜片，其中铁氧体按Ni0.27Zn0.1Fe2.63O4成分配比进行配置。
旋转喷涂法制备铁氧体膜片的具体步骤如下：
(1)溶液配置：以NaNO2溶液为氧化剂，CH3COONH4作为缓冲溶液，氧化液pH值通过NH3H2O调节到8.0。以FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和ZnCl2为还原液，还原液pH值通过CH3COONH4调节到6.0。
(2)将PZT基片粘在加热到90℃并以60转/分钟旋转的工作台上，让氧化液和还原液通过喷嘴同时向基片以60毫升/分钟的喷速进行喷液，经氧化和水合作用，在PZT基片上逐渐生长铁氧体膜片。最终控制铁氧体膜片的厚度为5微米。
将该噪声干扰抑制器的铁氧体膜片这一面倒扣在50欧姆的微带传输线上，测试在PZT上下电极加电压脉冲后，其阻抗峰值的变化。实测发现，到加电压脉冲使噪声干扰抑制器处于图4中A的剩余态时，干扰抑制的峰值频率点为1.25GHz，当加电压脉冲使噪声干扰抑制器处于图4中B的剩余态时，干扰抑制的峰值频率点变为1.78GHz。如果加不同的电压脉冲使噪声干扰抑制器处于A和B状态之间的任意状态，干扰抑制器的中心干扰抑制频率就可以在1.25GHz至1.78GHz之间连续可变的调节，并且这种调节当外加电压去掉以后仍然可以保留，实现非易失性的调节。
Claims (8)
1.一种非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，包括PZT基片、上下电极和铁氧体膜片，上下电极镀在PZT基片的两面，上电极上制备一层铁氧体膜片，其特征在于：
所述PZT基片含有缺陷偶极子，是通过对PZT陶瓷基片进行受主掺杂后，在陶瓷内部产生氧空位，氧空位与掺杂离子形成缺陷偶极子，再经过极化和老化处理后得到，厚度为0.25mm～1mm；
所述下电极的厚度为10nm～500微米，上电极厚度为10-500纳米。
2.如权利要求1所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其特征在于：所述上下电极均为良好导电的金属电极。
3.如权利要求1所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其特征在于：所述铁氧体膜片为NiZn铁氧体膜，采用旋转喷涂的方法90℃低温沉积在PZT基片的上电极上而成，且其电阻率≥106Ω.cm，厚度为1～10μm。
4.如权利要求1所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其特征在于：所述铁氧体膜片的面积小于上电极的面积。
5.如权利要求3所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其制备方法如下：
步骤1：采用含有缺陷偶极子的PZT陶瓷基片作为PZT基片，将基片抛光切割后用丙酮和酒精清洗后备用；
步骤2：在步骤1制备的PZT基片上下表面镀电极，下电极的厚度为10nm～500微米，上电极厚度为10-500纳米；
步骤3、以NaNO2溶液为氧化液，CH3COONH4作为缓冲溶液，氧化液pH值通过NH3H2O调节到8.0；以FeCl2·4H2O，NiCl2·6H2O和ZnCl2为还原液，还原液pH值通过CH3COONH4调节到6.0，其中组分按Ni0.27Zn0.1Fe2.63O4成分配比进行配置；
步骤4：将步骤2制备的PZT基片在丙酮和酒精中清洗后，粘贴在旋转喷涂设备上；该旋转喷涂设备加热到90℃并以60转/分钟速度旋转；
步骤5：让氧化液和还原液通过喷嘴同时向步骤4准备的PZT基片进行喷液，喷速为60毫升/分钟，通过氧化和水合作用，直至在PZT基片上生长1～10微米厚度的铁氧体膜片。
6.如权利要求5所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器制备方法，其特征在于：所述步骤1中PZT基片清洗干净后，还通过胶带覆盖其上电极的一部分区域再使用。
7.如权利要求1所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器的使用方法：使用时，将噪声干扰抑制器的铁氧体膜片这一面倒扣在微带或共面波导传输线上，PZT基片的上下电极不接触到传输线的电极即可。
8.如权利要求1所述非易失性频率可调的噪声干扰抑制器，其调节方法为：
步骤1、设定PZT基片的矫顽电场为Ec，在噪声干扰抑制器的两电极间施加大于或等于2Ec的正向电压，当外加电压与PZT极化方向一致时为正向电压，持续10秒钟以上，去掉外加电压，此时多铁异质结所处残余应变状态为A状态；
步骤2、从A状态出发，再施加90％～95％Ec的反向电压，持续10秒钟以上，去掉外加反向电压，此时噪声干扰抑制器所处残余应变状态为B状态；
步骤3、将脉冲激励电压在反向90％～95％Ec以及正向2Ec之间变化，去掉电压后，就能够使该噪声干扰抑制器所处的残余应变状态在A和B之间产生对应的变化，进而对对铁氧体膜片的磁矩取向产生不同调控效果，使其铁磁共振频率发生相应的改变，实现连续可变的非易失性调节。
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