CN110800157B - 多层磁介电材料 - Google Patents

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Abstract

一种能够在最小频率至最大频率之间工作的磁介电材料，具有：在介电材料与铁磁材料之间交替的多个层，所述多个层的最下层和最上层均为介电材料；多个铁磁材料层中的每一层的厚度等于或大于相应铁磁材料在最大频率下的趋肤深度的1/15并且等于或小于相应铁磁材料在最大频率下的趋肤深度的1/5；多个介电材料层中的每一层具有一定厚度和介电常数，该介电常数提供等于或大于150伏特峰值且等于或小于1,500伏特峰值的跨相应厚度的介电耐受电压；并且，多个层的总厚度等于或小于多个层中的最小频率的一个波长。

Description

多层磁介电材料
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年12月21日提交的美国申请序列号15/850,466的权益，该美国申请序列号15/850,466要求于2016年12月22日提交的美国临时申请序列号62/437,807的权益，所述两个申请的全部内容通过引用并入本文。
背景技术
本公开一般地涉及磁介电材料，特别地涉及多层磁介电材料，并且更特别地涉及多层磁介电薄膜材料。
多层介电-磁性结构具有如下益处：利用形状各向异性来产生较高的铁磁谐振频率和利用有利的介电和磁性材料的混合规则来产生具有低z轴介电常数和高x-y平面磁导率的结构化布置，这对于贴片衍生天线结构是理想的。然而，由于介电材料量与磁性材料量的高比率，层压材料(laminates)形式的现有结构化布置不利地遭受高磁损耗、高介电损耗和/或低磁导率。
尽管先前的公布已经公开了减小介电绝缘材料厚度的构思作为增加阻抗(有效磁导率与介电常数之比的平方根)的方法，但这些公布缺少能够执行这个构思的减小以实践的信息。具体地，在铁磁材料的高温沉积期间保持介电层的完整性的需要尚未充分详细地解决，以使得不能执行该减小以实践这些具有薄介电材料的结构。
尚未解决的第二个限制是需要一种能够承受由天线基板所见的瞬态电压的天线材料。在实际应用中，由天线与电源之间的不匹配、电流的快速变化或静电放电引起的瞬态电压可能导致铁磁材料之间的绝缘层劣化。这种劣化可能导致两种主要失效模式。在其中铁磁层足够厚(大于聚合物/介电层厚度的1/10)的介电击穿的情况下的第一失效模式中，在介电失效的情况下可能发生铁磁层之间的短路。层之间的这种短路可以导致有效磁导率或介电常数的偏移、改变天线的谐振频率、降低辐射效率、和/或进一步降低天线与电源之间的匹配，导致其特性随时间推移而持续降低的不稳定的天线基板。在第二失效模式中，当聚合物厚度与金属厚度之间的比率足够高(大约大于10：1)时，通常不会发生铁磁层之间的短路。在这两种类型的失效模式中，多层结构的介电常数将发生偏移，导致天线谐振频率的相应偏移。
虽然现有的多层磁介电材料可以适合于它们的预期目的，但是与多层磁介电材料有关的技术将使用克服现有层压材料的不利限制中的至少一些的多层磁介电材料而被推进。
提供该背景信息是为了揭示申请人认为可能与本公开相关的信息。旨在不一定承认或不应被解释任何前述信息构成针对本公开的现有技术。
发明内容
本文公开了一种形成磁介电材料的方法和由其制成的磁介电材料。
一个实施方式包括磁介电材料，其能够在等于或大于限定的最小频率且等于或小于限定的最大频率的工作频率范围内工作，该磁介电材料具有：多个层，所述多个层与在介电材料与铁磁材料之间交替的相应的相邻层共形直接接触，形成与多个铁磁材料层交替的布置的多个介电材料层，多个层的最下层和最上层均为介电材料；多个铁磁材料层中的每一层的厚度等于或大于相应铁磁材料在限定的最大频率下的趋肤深度的1/15，并且等于或小于相应铁磁材料在限定的最大频率下的趋肤深度的1/5；多个介电材料层中的每一层具有一定厚度和介电常数，该介电常数提供等于或大于150伏特峰值且等于或小于1,500伏特峰值的跨相应厚度的介电耐受电压；并且，多个层的总厚度等于或小于多个层中的限定的最小频率的一个波长。
通过以下附图和详细描述来举例说明上述和其他特征。
附图说明
现在参照附图，所述附图是示例性实施方式，并且其中相同的元件编号相同。
图1描绘了根据实施方式的磁介电材料的实施方式的说明性透视图；以及
图2描绘了根据实施方式的包括图1的磁介电材料的装置的实施方式的说明性透视图。
具体实施方式
尽管以下详细描述包含出于说明目的的许多细节，但是本领域普通技术人员将理解，对以下细节的许多变化和改变都在本发明的范围内。因此，阐述以下示例实施方式而不失一般性，并且不对所要求保护的发明施加限制。
如各种附图所示和所附文本所述的实施方式提供了一种磁介电材料或腔加载材料，其具有交替地夹在低损耗介电材料层之间的多层铁磁材料。
例如，图1示出：磁介电材料100包括多个层102，所述多个层102与在介电材料200与铁磁材料300之间交替的相应的相邻层共形直接接触，形成与多个铁磁材料层302、304、306、308、310(在此统称为附图标记300)交替的布置的多个介电材料层202、204、206、208、210、212(在此统称为附图标记200)。多个层的最外层是介电材料200的介电材料层212和202。多个层102在正交x-y-z坐标系中与x-y平面平行布置，并且多个层102的总厚度是在z方向上。多个介电材料层可以占多个层的总体积的0.1至99体积百分比(vol％)、或0.1至50vol％、或50至90vol％、或90至99vol％、或5至55vol％。
虽然图1的磁介电材料100描绘了多个层102中的各个层相对于其自身并且相对于另一层具有某些视觉尺寸，但是应当理解，这仅出于说明目的，并且不旨在限制本文公开的公开内容的范围，并且以夸大的方式描绘了多个层102的比例。虽然本文仅描述并且在图1中描绘了五层铁磁材料层302至310，但是应当理解，本公开的范围不限于此并且包括适用于本文所公开的目的并且落入本文提供的权利要求的范围内的多于或少于五层的任何数量的层。同样地，虽然本文仅描述并且在图1中描绘了六层介电材料层202至212，但是应当理解，本公开的范围不限于此并且包括适用于本文所公开的目的并且落入本文提供的权利要求的范围内的多于或少于六层的任何数量的层。例如，层102的总数可以是19至10,001。预期在19至10,001层之间的任何范围的层，而不必要列出预期的每个和每一个范围。
磁介电材料100可以在大于或等于限定的最小频率且小于或等于限定的最大频率的工作频率范围内工作。限定的最小频率可以由(限定的最小频率)＝(限定的最大频率)/25给出。限定的最大频率可以是7千兆赫兹(GHz)。工作频率范围可以是100兆赫兹(MHz)至10GHz、或1GHz至10GHz、或100MHz至5GHz。
多个层102的总厚度可以小于或等于在多个层102中传播的限定的最小频率的一个波长。多个层102中的波长由下式给出：
λ＝c/[f*sqrt(ε0*εr*μ0*μr)]；
其中：c是以米/秒为单位的真空中的光速；f是以赫兹(Hertz)为单位的限定的最小频率；ε0是以法拉/米(Farads/meter)为单位的真空介电常数；εr是多个层在z方向上的相对介电常数；μ0是以亨利/米(Henrys/meter)为单位的真空磁导率；并且μr是多个层在x-y平面中的相对磁导率。参照图1可以看出，层状磁介电材料100具有Z轴方向上的介电常数，其为各向异性并且由介电材料支配。在实施方式中，磁介电材料100在Z轴方向上的有效介电常数(相对介电常数)等于或大于2.5且等于或小于5.0。
多个层102具有总电损耗正切(tanδe)、总磁损耗正切(tanδm)、以及由1/((tanδe)+(tanδm))定义的总品质因数(Q)，其中，限定的最大频率由如下频率限定，在该频率下，Q等于20或者更具体地低于20。总品质因数Q可以根据标准化的Nicolson-Roth-Weir(NRW)方法确定，该方法例如参见NIST(National Institute of Standards and Technology)技术说明1536，“Measuring the Permittivity and Permeability of Lossy Materials:Solids,Liquids,Metals,Building Materials,and Negative-Index Materials”，JamesBaker Jarvis等人，2005年2月，CODEN：NTNOEF，第66至74页。NRW方法提供对于ε′和ε″(复相对介电常数分量)以及对于μ'和μ”(复相对磁导率分量)的计算。损耗角正切μ”/μ'(tanδm)和ε″/ε′(tanδe)可以从这些结果中计算出来。品质因子Q是损耗角正切之和的倒数。多个层102的总厚度可以是0.1毫米至3毫米。在实施方式中，使用磁导计来测量多个层102的样品的电磁磁导率。
在实施方式中，磁介电材料100能够以在工作频率范围内的谐振频率fc(以赫兹为单位)工作，其中，多个层102在正交x-y-z坐标系的z方向上层叠，其中，多个层中的每一层基本上平行于x-y平面设置，其中，多个层在x-y平面中具有初始相对磁导率ui，并且其中，在多个层中的至少一个层的Ra表面粗糙度等于约7nm(下面进一步讨论表面粗糙度)的情况下，多个层的Snoek乘积为ui乘以等于或大于6×1011(Hz)且等于或小于8×1011(Hz)的fc。在实施方式中，在多个层中的至少一个层的Ra表面粗糙度小于1nm的情况下，多个层的Snoek乘积为ui乘以等于或大于1.1×1012Hz且等于或小于1.8×1012Hz的fc。
每个铁磁层独立地具有大于或等于相应铁磁材料在限定的最大频率下的趋肤深度的1/15且小于或等于相应铁磁材料在限定的最大频率下的趋肤深度的1/5的厚度。每个铁磁层可以独立地具有相同的厚度。铁磁层可以具有与多个铁磁层中的另一铁磁层不同的厚度。多个铁磁层中更加居中设置的铁磁层可以比更向外设置的铁磁层更厚，其中，术语“更厚”可以指按小于或等于2：1且大于1：1因数的更厚。例如，在图1中，中心设置的铁磁层306可以比最外面的铁磁层302和310更厚，并且内部铁磁层304和308可以各自独立地与中心设置的铁磁层306或最外面的铁磁层302和310相同或不同。各个铁磁层的厚度可以从中心设置的铁磁层向最外面的铁磁层增加。例如，在图1中，中心设置的铁磁层306可以比内部铁磁层304和308更厚；并且内部铁磁层304和308可以比最外面的铁磁层302和310更厚。
每个铁磁层可以独立地包括相同或不同的铁磁材料。每个铁磁层可以包括相同的铁磁材料。每个铁磁层的铁磁材料可以独立地具有大于或等于：(以赫兹为单位的限定的最大频率)除以(800乘以109)的磁导率。铁磁材料可以包括铁、镍、钴或者包含前述物质中的至少一种的组合。铁磁材料可以包括镍-铁、铁-钴、氮-铁(Fe4N)、铁-钆或者包含前述物质中的至少一种的组合。每个铁磁层可以独立地具有大于或等于20纳米、或者20纳米至60纳米、或者30纳米至50纳米、或者小于或等于200纳米、或者100纳米至1微米、或者20纳米至1微米的厚度。每个铁磁层可以独立地包括铁氮化物并且可以具有100纳米至200纳米的厚度。
每个介电层独立地具有一定厚度和介电常数，该介电常数足以提供150伏至1,500伏峰值的跨相应厚度的介电耐受电压，该介电耐受电压(也称为高电势[Hi-Pot]、超电势或电压击穿)根据诸如ASTM D 149的标准电气方法测试，该标准电气方法参见IPC-TM-650测试方法手册，编号2.5.6.1，2007年3月。每个介电层的介电常数在限定的最大频率下可以小于或等于2.8。每个介电层可以独立地包括介电聚合物，并且其介电常数在限定的最大频率下可以小于或等于2.8。每个介电层可以独立地具有2.4至5.6的介电常数，其固有介电强度为100伏/微米至1,000伏/微米。每个介电层可以独立地包括介电聚合物和介电填料(例如，二氧化硅)，并且可以具有2.4至5.6的介电常数。介电材料的损耗角正切(tanδe)可以小于或等于0.005。
每个介电层可以独立地具有相同的厚度。介电层可以具有彼此不同的厚度。每个介电层可以独立地具有0.5微米至6微米的厚度。每个介电层可以独立地具有0.1微米至10微米的厚度。任何一个介电层与任何一个铁磁层的厚度比可以为1：1至100：1或1：1至10：1。
与磁介电材料内的介电层相比，最外面的介电层可以具有增加的厚度。例如，最外面的介电层可以各自独立地具有20微米至1,000微米、或50微米至500微米、或100微米至400微米的厚度。
每个介电层可以独立地包括相同或不同的介电材料。每个介电层可以独立地包括相同的介电材料。多个介电层可以包括交替的介电材料层。例如，在图1中，层202、206和210可以包括第一介电材料，并且层204、208和212可以包括与第一介电材料不同的第二介电材料(例如，附加介电材料或薄膜介电材料)。
包括附加介电材料、薄膜介电材料和外层介电材料的介电材料可以各自独立地包括介电聚合物，例如，热塑性聚合物或热固性聚合物。聚合物可以包括低聚物、聚合物、离聚物、树枝状聚合物、共聚物(如接枝共聚物、无规共聚物、嵌段共聚物(例如，星形嵌段共聚物、无规共聚物等))以及包含前述物质中的至少一种的组合。可以使用的热塑性聚合物的示例包括环烯烃聚合物(包括聚降冰片烯和含有降冰片烯单元的共聚物，例如环状聚合物如降冰片烯和非环状烯烃如乙烯或丙烯的共聚物)、氟聚合物(例如，聚氟乙烯(PVF)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、氟化乙烯-丙烯(FEP)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚(乙烯-四氟乙烯(PETFE)、全氟烷氧基(PFA))、聚缩醛(如聚氧乙烯和聚甲醛)、聚(C1-6烷基)丙烯酸酯、聚丙烯酰胺(包括未取代的和单-N-和二-N-(C1-8烷基)丙烯酰胺)、聚丙烯腈、聚酰胺(如脂族聚酰胺、聚邻苯二甲酰胺和聚芳酰胺)、聚酰胺酰亚胺、聚酐、聚亚芳基醚(例如，聚苯醚)、聚(醚酮)(例如，聚醚醚酮(PEEK)和聚醚酮酮(PEKK))、聚亚芳基酮、聚亚芳基硫醚(例如，聚亚苯基醚)(PPS))、聚亚芳基砜(如聚醚砜(PES)、聚亚苯基砜(PPS)等)、聚苯并噻唑、聚苯并恶唑、聚苯并咪唑、聚碳酸酯(包括均聚碳酸酯和聚碳酸酯共聚物如聚碳酸酯-酯)、聚酯(如，聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚芳酯和聚酯共聚物如聚酯醚)、聚醚酰亚胺、聚酰亚胺、聚(C1-6烷基)甲基丙烯酸酯、聚甲基丙烯酰胺(包括未取代的和单-N-和二-N-(C1-8)烷基)丙烯酰胺)、聚烯烃(如聚乙烯如高密度聚乙烯(HDPE)、低密度聚乙烯(LDPE)和线性低密度聚乙烯(LLDPE)；聚丙烯及其卤化衍生物(如聚四氟乙烯(PTFE))及它们的共聚物例如乙烯-α-烯烃共聚物、聚恶二唑、聚甲醛、聚邻苯二甲酰胺、聚硅氮烷、聚苯乙烯(包括诸如腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)和甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯(MBS)的共聚物)、多硫化物、聚磺酰胺、聚磺酸盐、聚砜、聚硫酯、聚三嗪、聚脲、聚氨酯、乙烯基聚合物(包括聚乙烯醇、聚乙烯酯、聚乙烯醚、聚乙烯卤化物(如聚氟乙烯)、聚乙烯酮、聚乙烯腈、聚乙烯基硫醚和聚偏二氟乙烯)、醇酸树脂、双马来酰亚胺聚合物、双马来酰亚胺三嗪聚合物、氰酸酯聚合物、苯并环丁烯聚合物、邻苯二甲酸二烯丙酯聚合物、环氧树脂、羟甲基呋喃聚合物、三聚氰胺甲醛聚合物、酚类(包括苯酚-甲醛聚合物如酚醛清漆和甲阶酚醛树脂)、苯并恶嗪、聚二烯如聚丁二烯(包括均聚物及其共聚物如聚(丁二烯-异戊二烯))、多异氰酸酯、聚脲、聚氨酯、三烯丙基氰尿酸酯聚合物、三烯丙基异氰脲酸酯聚合物和可聚合预聚物(例如，具有烯键式不饱和度的预聚物，例如不饱和聚酯、聚酰亚胺)等。
介电材料可以包括聚烯烃(例如聚丙烯或聚乙烯)和环烯烃共聚物，其为例如可从德国法兰克福的Hoechst公司的TOPAS Advance Polymers商购的TOPAS*烯烃聚合物(其中上标*表示由TOPAS Advance Polymers拥有的商标)；聚酯(如聚(对苯二甲酸乙二醇酯))；聚醚酮(如聚醚醚酮)；或包含前述物质中的至少一种的组合。介电材料可以包括PTFE、膨胀PTFE、FEP、PFA、ETFE(聚乙烯-四氟乙烯)、氟化聚酰亚胺或者包含前述物质中的至少一种的组合。
至少一个介电层可以包含介电常数为2.4至2.6、厚度为0.1微米至4.7微米的氟化聚酰亚胺。
包括附加介电材料、薄膜介电材料和外层介电材料的介电材料可以各自独立地包括一种或更多种介电填料以调节其特性(例如，介电常数或热膨胀系数)。介电填料可以包括二氧化钛(例如，金红石或锐钛矿)、钛酸钡、钛酸锶、二氧化硅(例如，熔融无定形二氧化硅或热解法二氧化硅)、刚玉、硅灰石、氮化硼、中空玻璃微球或者包含前述物质中的至少一种的组合。
包括附加介电材料、薄膜介电材料和外层介电材料的介电材料可以各自独立地包括陶瓷。例如，可以根据如下情况使用陶瓷代替聚合物：根据本文公开的实施方式相对于合适聚合物厚度的陶瓷厚度将被调整，使得比率(给定的陶瓷介电常数)/(合适的聚合物介电常数)等于比率(合适的聚合物厚度)/(给定的陶瓷厚度)。陶瓷可以包括二氧化硅(SiO2)、氧化铝、铝氮化物、硅氮化物、或者包含前述物质中的至少一种的组合。例如包括二氧化硅的陶瓷层的厚度可以小于或等于[2.1/(陶瓷的εr)×(8微米)]，并且可以具有150伏峰值的最小介电强度。
每个介电层可以包括两种或更多种彼此不同的介电材料。例如，给定的介电层可以包括第一介电材料和第二介电材料，每个介电材料具有不同的介电常数和相同的厚度或不同的厚度。第一介电材料可以包括氟化聚酰亚胺，第二介电材料可以包括PTFE或膨胀PTFE、PEEK或PFA。第一介电材料可以包括陶瓷，第二介电材料是陶瓷或非陶瓷介电材料。第一介电材料可以提供用于在其上沉积多个铁磁材料层中的一个的基板，并且第二介电材料可以提供用于控制基板折射率的附加介电层。第一介电材料和第二介电材料可以通过铁磁层隔开。多个介电层可以包括第一介电材料层和第二介电材料层的交替层，其中第一介电材料层和第二介电材料层中的每一个由铁磁层隔开。
导电层可以位于最上面的介电层和最下面的介电层中的一个或两个上。导电层可以包含铜。导电层的厚度可以为3微米至200微米、具体地9微米至180微米。合适的导电层包括导电金属薄层，例如目前用于形成电路的铜箔，例如电沉积铜箔。铜箔的均方根(RMS)表面粗糙度可以小于或等于2微米、具体地小于或等于0.7微米，其中，粗糙度使用维易科(Veeco)仪器WYCO光学轮廓仪、使用白色光干涉测量法来测量。
在本领域中已知的是，表面粗糙度可以用RMS或Ra值来描述，其中，Ra是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的绝对值的算术平均值，并且RMS是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的均方根平均值。因此，可以参考RMS或Ra值描述本发明的实施方式，并且本发明的范围不限于仅使用一种或另一种，而是包括与本文公开内容一致的RMS和Ra值二者。
关于多个介电材料层200，多个介电材料层200中的至少一个层的至少一侧的平均表面RMS粗糙度值等于或小于限定的最大RMS值，其中，限定的最大RMS值等于或小于60纳米。在实施方式中，所限定的最大RMS值是20纳米。在另一实施方式中，所限定的最大RMS值为10纳米。在实施方式中，多个介电材料层200中的至少一个层的每一侧的RMS值等于或小于限定的最大RMS值。在实施方式中，多个介电材料层200中的每一层的至少一侧的RMS值等于或小于限定的最大RMS值。在实施方式中，多个介电材料层200中的每一层的每一侧的RMS值等于或小于所限定的最大RMS值。
在实施方式中，所限定的最大RMS值是根据测量标准ASME B46.1相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的均方根平均值。
然而，在实施方式中，所限定的最大表面粗糙度值可以是限定的最大Ra值，其是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的绝对值的算术平均值。
在实施方式中，所限定的最大RMS值或Ra值通过在多个介电材料层200的相应层的相应侧的整个表面区域上、在彼此平行或不平行的多个线性方向上的测量来确定。
在实施方式中，多个介电材料层200和多个铁磁材料层300中的相邻层之间的至少一个界面的平均界面粗糙度RMS值等于或小于限定的最大RMS值，其中，如上所述，所限定的最大RMS值可以等于或小于60纳米，或者可以是20纳米，或者可以是10纳米。在实施方式中，由于铁磁膜的薄厚度，铁磁材料表面粗糙度非常接近介电材料表面粗糙度。
在实施方式中，多个介电材料层200和多个铁磁材料层300中的相邻层之间的每个相应界面的平均界面粗糙度RMS值等于或小于所限定的最大RMS值。
在实施方式中，所限定的最大RMS值是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的界面轮廓高度偏差的均方根平均值。
然而，在实施方式中，所限定的最大表面粗糙度值可以是限定的最大Ra值，其是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的界面轮廓高度偏差的绝对值的算术平均值。
在实施方式中，所限定的最大RMS值或Ra值通过在多个介电材料层和多个铁磁材料层的相应的相邻层的整个相应界面区域上、在彼此平行或不平行的多个线性方向上的测量来确定。
薄的铁氮化物样品(60nm至150nm厚度)的示例性实施方式被制备在聚酰亚胺(PI)上用于磁导率测量，导致基本上相对磁导率值为150至500并且测量的表面粗糙度Ra值为约6.5nm(约9nm RMS)，其被认为适合于如本文所公开的多层磁介电材料100。在实施方式中，表面粗糙度测量通过AFM(原子力显微镜)在小的面积(例如40微米×40微米)中进行，但是面积可以根据需要改变，通常使用的最大面积为100微米×100微米。
尽管如此，实验已经发现，涂覆的磁性膜的Snoek乘积和磁导率与相关电介质的表面粗糙度有关，并且考虑到对本文公开的目的有用的磁性膜的厚度的期望极限，已经发现，20nm或更大的表面RMS粗糙度对磁介电材料100的磁性能具有不良影响。
装置可以包括磁介电材料100。该装置的示例应用是供偶极天线使用，其中，磁介电材料用于形成磁介电腔加载元件，其使得天线能够在自由空间中相对于金属地平面放置显著小于1/4波长，而带宽几乎没有降低。这样的应用可以包括如下系统，其中，可能需要低剖面天线，或者其中，多个天线元件必须共置于要求小形状因子天线的环境。
现在参照图2，描绘了与磁介电材料100一起使用的示例装置400，该示例装置400具有：第一导电层104，其设置成与多个层102的最下面的介电层共形直接接触；以及第二导电层106，其设置成与多个层102的最上面的介电层共形直接接触。第一导电层104可以限定接地平面，第二导电层106可以限定适用于贴片天线的贴片。第一导电层104和第二导电层106可以是铜包覆层。装置400可以是多层片的形式，其中，多个层102中的每一个以及第一导电层104和第二导电层106'(以虚线方式描绘)具有相同的平面视图尺寸。虽然图2描绘了装置400(例如，单个贴片天线)，但是应当理解，本公开的范围不限于此并且还包括以阵列布置以形成多层磁介电薄膜天线阵列的多个装置(例如，多个贴片天线)。
如本文所用，术语“共形直接接触”是指本文所述的层的每一层与其相应的一个相邻层或多个相邻层直接接触，并且与相应的一个相邻层的相应一个表面轮廓或相应的多个相邻层的相应多个表面轮廓共形，以形成在一对相邻层之间的界面处基本上没有任何空隙的磁介电材料。
通常，本公开可以替代地包括、包含或基本上包含本文公开的任何合适的部件。本公开可以另外地或替选地形成为使得不含或基本不含现有技术组合物中使用的或对实现本公开的功能和/或目的不是必需的任何部件、材料、成分、佐剂或物质。
术语“一”和“一个”不表示数量的限制，而是表示存在所引用的项中的至少一个。除非上下文另有明确说明，否则术语“或”表示“和/或”。“可选的”或“可选地”表示随后描述的事件或情况可能发生或可能不发生，并且该描述包括事件发生的示例和事件不发生的示例。
贯穿说明书对“实施方式”、“另一实施方式”、“一些实施方式”等的引用意味着结合该实施方式描述的特定元素(例如，特征、结构、步骤或特性)包括在本文所述的至少一个实施方式中，并且可以存在或不存在于其他实施方式中。另外，应该理解，所描述的元素可以在各种实施方式中以任何合适的方式组合。
通常，组合物、方法和制品可以替代地包括、包含或基本上包含本文公开的任何成分、步骤或部件。所述组合物、方法和制品可以另外地或替代地配制、实施或制造，以不含或基本不含对实现权利要求的功能或目标不是必需的任何成分、步骤或部件。
除非本文另有说明，否则所有测试标准是本申请的提交日期中有效的最新标准，或者，如果要求优先权，则是出现测试标准的最早优先权申请的提交日期。
针对相同部件或特性的所有范围的端点包括端点，能够独立地组合，并且包括所有中间点和范围。
本文使用的术语“第一”、“第二”等、“主要”、“次要”等不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于区分一个元素与另一个元素。除非另有说明，否则本文使用的术语“上”、“下”、“底部”和/或“顶部”仅仅是为了便于描述，并且不限于任何一个位置或空间取向。术语“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。
除非另外定义，否则本文使用的技术和科学术语具有与本公开所属领域的技术人员通常理解的含义相同的含义。
所有引用的专利、专利申请和其他参考文献通过引用整体并入本文。然而，如果本申请中的术语与并入的参考文献中的术语相矛盾或冲突，则来自本申请的术语优先于来自并入的参考文献的冲突术语。
虽然已经描述了特定实施方式，但是申请人或本领域其他技术人员可以想到目前无法预料或可能无法预见的替代、修改、变化、改进和实质等同物。因此，所提交的和可以修改的所附权利要求旨在涵盖所有这些替代、修改、变化、改进和实质等同物。

Claims (17)

1.一种磁介电材料，其能够在等于或大于限定的最小频率且等于或小于限定的最大频率的工作频率范围内工作，所述磁介电材料包括：
多个层，所述多个层与在介电材料与铁磁材料之间交替的相应的相邻层共形直接接触，形成与多个铁磁材料层交替的布置的多个介电材料层，所述多个层中的最下层和最上层均为介电材料；
所述多个铁磁材料层中的每一层的厚度等于或大于相应铁磁材料在所述限定的最大频率下的趋肤深度的1/15，并且等于或小于相应铁磁材料在所述限定的最大频率下的趋肤深度的1/5；
其中，所述多个铁磁材料层中的每一层的所述铁磁材料包括铁氮化物；
所述多个介电材料层中的每一层具有一定厚度和介电常数，所述介电常数提供等于或大于150伏特峰值且等于或小于1,500伏特峰值的跨相应厚度的介电耐受电压；并且
所述多个层的总厚度等于或小于所述多个层中的所述限定的最小频率的一个波长。
2.根据权利要求1所述的磁介电材料，其中：
所述多个介电材料层中的至少一个层的至少一侧的平均表面粗糙度RMS值等于或小于限定的最大RMS值，其中，所述限定的最大RMS值等于或小于60纳米；并且
所述限定的最大RMS值是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的均方根平均值。
3.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值是20纳米。
4.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值是10纳米。
5.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中：
所述多个介电材料层中的所述至少一个层的每一侧的RMS值等于或小于所述限定的最大RMS值。
6.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中：
所述多个介电材料层中的每一层的至少一侧的RMS值等于或小于所述限定的最大RMS值。
7.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中：
所述多个介电材料层中的每一层的每一侧的RMS值等于或小于所述限定的最大RMS值。
8.根据权利要求2所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值通过在所述多个介电材料层的相应层的相应侧的整个表面区域上的多个线性方向上的测量来确定。
9.根据权利要求1所述的磁介电材料，其中，所述多个介电材料层和所述多个铁磁材料层中的相邻层之间的至少一个界面的平均界面粗糙度RMS值等于或小于限定的最大RMS值，其中，所述限定的最大RMS值等于或小于60纳米，其中，所述限定的最大RMS值是根据测量标准ASME B46.1的相对于评估长度内的平均线的表面轮廓高度偏差的均方根平均值。
10.根据权利要求9所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值是20纳米。
11.根据权利要求9所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值是10纳米。
12.根据权利要求9所述的磁介电材料，其中，所述多个介电材料层和所述多个铁磁材料层中的相邻层之间的每个相应界面的平均界面粗糙度RMS值等于或小于所述限定的最大RMS值。
13.根据权利要求9所述的磁介电材料，其中，所述限定的最大RMS值通过在所述多个介电材料层和所述多个铁磁材料层的相应的相邻层的整个相应表面区域上的多个线性方向上的测量来确定。
14.根据权利要求1所述的磁介电材料，其能够以在所述工作频率范围内、以赫兹(Hz)为单位的谐振频率fc工作，其中：
所述多个层在正交x-y-z坐标系的z方向上层叠，所述多个层中的每一层基本上平行于x-y平面设置；
所述多个层在所述x-y平面中具有初始相对磁导率ui；并且
在所述多个层中的至少一个层的Ra表面粗糙度等于约7纳米的情况下，所述多个层的Snoek乘积为ui乘以等于或大于6×1011Hz且等于或小于8×1011Hz的fc。
15.根据权利要求1所述的磁介电材料，其能够以在所述工作频率范围内、以赫兹(Hz)为单位的谐振频率fc工作，其中：
所述多个层在正交x-y-z坐标系的z方向上层叠，所述多个层中的每一层基本上平行于x-y平面设置；
所述多个层在所述x-y平面中具有初始相对磁导率ui；并且
在所述多个层中的至少一个层的Ra表面粗糙度小于1纳米的情况下，所述多个层的Snoek乘积为ui乘以等于或大于1.1×1012Hz且等于或小于1.8×1012Hz的fc。
16.根据权利要求1所述的磁介电材料，其中，所述多个层在正交x-y-z坐标系中与x-y平面平行布置，所述多个层的总厚度在z方向上，并且所述多个层中的所述波长由下式给出：
λ＝c/[f*sqrt(ε0*εr*μ0*μr)]；
其中：
c是以米/秒为单位的真空中的光速；
f是以赫兹为单位的所述限定的最小频率；
ε0是以法拉/米为单位的真空介电常数；
εr是所述多个层在所述z方向上的相对介电常数；
μ0是以亨利/米为单位的真空磁导率；并且
μr是所述多个层在所述x-y平面中的相对磁导率。
17.根据权利要求1所述的磁介电材料，其中：
所述多个铁磁材料层中的每一层的厚度等于或大于100纳米且等于或小于200纳米。
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