CN1921164A - 一种压控可调薄膜电感 - Google Patents

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张万里
彭斌
蒋洪川
张文旭
杨仕清
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Abstract

本发明公开了一种压控可调薄膜电感，它是在压电陶瓷基底上，制备包含磁性层的薄膜电感，利用压电陶瓷的逆压电效应和磁性薄膜的逆磁致伸缩效应，通过外加电压，调节压电陶瓷基底的形变，改变磁性薄膜的磁导率，最终实现薄膜电感值大小的调节。这种压控可调薄膜电感可广泛应用到移动通讯系统、T/R组件、GPS、滤波器组件、低噪声压控振荡器、网络阻抗匹配等系统。

Description

一种压控可调薄膜电感
技术领域
本发明属于固体电子器件技术领域，它特别涉及到薄膜电感的设计技术，更确切地说，涉及到利用压电陶瓷来设计异质结构薄膜电感的技术。
背景技术
电感被广泛使用在目前众多的电子器件如滤波器、调谐器、振荡器、阻抗匹配等器件中。而随着电子器件与系统集成化、小型化的发展，薄膜电感被大量地使用在这些微型器件中。在薄膜电感的这些应用领域中，具有电感值可调特性的薄膜电感对于电子器件应用来说具有十分重要的作用。如利用可调薄膜电感与电容可构建中心频率可调的LC滤波器，使LC滤波器工作在所需要的不同频率而不需要更换电感元件。将可调薄膜电感应用到阻抗匹配网络中，可以快速、精确地实现有源阻抗匹配单元的阻抗匹配。在振荡器中，使用可调薄膜电感可方便地调节振荡器的振荡频率。同时，薄膜电感的电感值可调对于电子器件及系统的调试也是十分重要的，它可以达到不用更换电感元件而在不同频率下调试器件的目的，这可以极大地节约器件的开发成本和时间。因此，当前的电子器件与系统，特别是通讯系统，迫切需求可调薄膜电感。但从目前国内外文献及专利中，还没有发现有关可调薄膜电感技术的资料。
众所周知，薄膜电感由线圈和磁性薄膜按一定的结构组成。薄膜电感的电感值由线圈的匝数、线圈与磁性薄膜层的距离、磁性薄膜的磁导率及薄膜电感的结构决定。当薄膜电感制备完毕后，影响薄膜电感的电感值的上述因素几乎全部确定，从而薄膜电感的电感值固定不变。因此，依靠传统的薄膜电感来调节电感值的大小是相当困难的。
发明内容
本发明提出一种压控可调薄膜电感，它利用压电陶瓷的逆压电效应和磁性薄膜的逆磁致伸缩效应来实现薄膜电感的电感值大小的电压控制调节，且具有工艺简单可行、易于控制的优点。
为方便理解本发明内容，现将有关术语定义如下：
压电陶瓷的逆压电效应：当在压电陶瓷材料上施加电场时，压电陶瓷材料会产生机械变形，而且其应变与电场强度成正比，这称为逆压电效应。
磁性薄膜的逆磁致伸缩效应：当磁性薄膜受到外加机械应力之后，磁性薄膜的磁化状态会发生改变，称之为逆磁致伸缩效应。
一种压控可调薄膜电感，其特征在于包括基底(1)，基底电极(2)，绝缘层(3)和薄膜电感(4)，如图1所示；其中，在基底(1)上沉积有基底电极(2)，基底电极(2)是一对金属叉指电极，如图2所示，其厚度为0.1～10微米；绝缘层(3)为一层绝缘的薄膜，它覆盖在基底电极(2)的叉指电极上，其厚度为0.1～10微米；绝缘层(3)上沉积的是包含磁性薄膜层的薄膜电感(4)，薄膜电感的形状可为现在公知的如圆环形、方形、栅极形等，其结构可为现在公知的如封闭型、半封闭型等各种结构；
所述的压控可调薄膜，其特征在于所述的基底(1)为压电陶瓷材料，如锆钛酸铅材料等；所述的绝缘层(3)可为SiO2、聚酰亚胺等绝缘材料；
上面所述的压控可调薄膜，其特征在于基底电极(2)，绝缘层(3)以及薄膜电感(4)用电子束蒸发或射频磁控溅射等方法来沉积。
如上所述的压控可调薄膜电感，当在压电陶瓷基底(1)的基底电极(2)上外加电压时，由于逆压电效应，压电陶瓷在外加电压作用下发生形变，对附着在其上面的磁性薄膜产生一定大小的应力/应变，磁性材料具有逆磁致伸缩效应，当磁性材料受到外应力/应变作用时，其磁化状态将发生变化，导致其磁导率发生改变，从而薄膜电感的电感值发生改变。因此，通过调节陶瓷基底(1)上基底电极(2)的外加电压大小，即可调节沉积在基底上的薄膜电感的电感值的大小。
利用本发明所设计的压控可调薄膜电感，可广泛应用到移动通讯系统、T/R组件、GPS、滤波器组件、低噪声压控振荡器、网络阻抗匹配等系统。它可以快速、精确地实现有源阻抗匹配单元的阻抗匹配，方便地调节压控振荡器的振荡频率；同时，利用其电感值大小的可调性，可以根据需要来调整LC滤波器的中心频率，研制出可调滤波器组件。而在电子电路、器件与系统的调试中，使用压控可调薄膜电感则可不用更换电感元件而在不同频率下调试器件，这可以极大地节约开发成本和时间。
附图说明
图1可调薄膜电感基本结构的示意图。
其中，1是基底、2是基底电极、3是绝缘层，4是薄膜电感
图2基底电极2的结构示意图。
其中，基底电极为叉指电极
图3实施例的电感与外加电压的测试结果图。
其中，横坐标为外加电压，纵坐标为薄膜电感的电感值。
具体实施方式
为了更详细地说明本发明的设计方法，具体实施例如下：
基底(1)选用锆钛酸铅压电陶瓷材料，基底电极(2)采用金属铝叉指电极，厚度为1微米，采用直流磁控溅射法制备；绝缘层(3)选用聚酰亚胺材料，厚度为1微米，采用射频磁控溅射法制备；薄膜电感(4)采用通常的“磁性薄膜/绝缘层/金属导线”的栅极型薄膜电感，其中磁性薄膜材料为FeCoSiB非晶薄膜，绝缘层为聚酰亚胺材料，金属导线材料为Cu。
当在所制备的压控可调薄膜电感的基底电极(2)的“+”和“-”两端外加电压0～55V时，测试得到的薄膜电感(4)的电感值随外加电压的变化曲线如图3所示，测试时频率为10MHz。

Claims (4)

1、一种压控可调薄膜电感，其特征在于包括基底(1)，基底电极(2)，绝缘层(3)和薄膜电感(4)，其中，在基底(1)上沉积有基底电极(2)，基底电极(2)是一对金属叉指电极，其厚度为0.1～10微米；绝缘层(3)为一层绝缘的薄膜，它覆盖在基底电极(2)的叉指电极上，其厚度为0.1～10微米；绝缘层(3)上沉积的是包含磁性薄膜层的薄膜电感(4)，薄膜电感的形状可为现在公知的如圆环形、方形、栅极形等，其结构可为现在公知的如封闭型、半封闭型等各种结构；
2、根据权利要求1所述的压控可调薄膜，其特征在于所述的基底(1)为压电陶瓷材料，如锆钛酸铅材料等；
3、根据权利要求1所述的压控可调薄膜，其特征在于所述的绝缘层(3)可为SiO2、聚酰亚胺等绝缘材料；
4、根据权利要求1所述的压控可调薄膜，其特征在于基底电极(2)，绝缘层(3)以及薄膜电感(4)用电子束蒸发或射频磁控溅射等方法来沉积。
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