DE10111460A1 - Magnetische Hochfrequenz-Einrichtung mit einem weichmagnetischen Schichtensystem - Google Patents
Magnetische Hochfrequenz-Einrichtung mit einem weichmagnetischen SchichtensystemInfo
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Abstract
Die magnetische Hochfrequenz-Einrichtung (2) enthält ein Schichtensystem (3), das mindestens eine Schicht (3a, 3b) aus weichmagnetischem Material aufweist, der mindestens eine weitere Schicht (3c) aus hartmagnetischem Material zugeordnet ist. Zu einer Einstellbarkeit der Permeabilität des Schichtensystems (3) mittels der hartmagnetischen Schicht (3c) ist diese als eine ein permanentes magnetisches Hintergrundfeld erzeugende Biasschicht für die weichmagnetische Schicht (3a, 3b) vorgesehen. Die Einrichtung ist insbesondere für einen Frequenzbereich über 10 MHz vorgesehen. Ihr Schichtensystem ist vorzugsweise in Dünnschichttechnik erstellt.
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Hochfrequenz-
Einrichtung mit einem Schichtensystem, das mindestens eine
Schicht aus weichmagnetischem Material aufweist, der mindes
tens eine weitere Schicht aus einem anderen Material zugeord
net ist. Eine Hochfrequenzeinrichtung mit einem entsprechen
den Schichtensystem geht aus "NTT Review", Vol. 7, No. 6, No
vember 1995, Seiten 89 bis 95 hervor.
Für zahlreiche Anwendungen der magnetischen Dünnfilmtechnolo
gie, wie z. B. für Telekommunikationssysteme, werden magnetische
Einrichtungen, wie Filter, Sensoren, Transformatoren oder In
duktoren, in möglichst kleiner (miniaturisierter) Bauweise
entwickelt. Diese magnetischen Einrichtungen werden deshalb
im allgemeinen in Dünnfilmtechnik unter Verwendung von weich
magnetischem Material erstellt. Um die Baugröße dieser Ein
richtungen weiter reduzieren zu können, müssen sie in hohen
Frequenzbereichen, beispielsweise im GHz-Bereich, arbeiten
können. Ihr weichmagnetisches Material muss deshalb eine gro
ße Permeabilität bei gleichzeitig hoher Cut-off-Frequenz,
d. h. klassischer Wirbelstromgrenzfrequenz oder gyromagneti
scher Grenzfrequenz, besitzen. Unter der Cut-off-Frequenz wird
dabei die Frequenz verstanden, unterhalb derer die Permeabi
lität zumindest annähernd konstant bleibt. Da die bisher ver
wendeten Ferrite als weichmagnetische Materialien eine hin
reichend hohe Permeabilität nur bei verhältnismäßig niedrigen
Frequenzen zeigen, wurden Dünnschichtensysteme mit Schichten
aus weichmagnetischen Materialien und dazwischenliegenden,
nicht-magnetischen Zwischenschichten entwickelt, die ver
gleichsweise höhere Permeabilitäten besitzen (vgl. die ein
gangs genannte Literaturstelle).
Will man mit entsprechenden Dünnschichtensystemen Schwing
kreise aufbauen, so wird häufig ein trimmbares L- und/oder C-
Glied vorgesehen. Darüber hinaus ist auch eine magnetische
Gleichfeldüberlagerung (Biasfeldüberlagerung) durch einen
Spulenstrom dieses Kreises bekannt, der jedoch mit einem zu
sätzlichen Energieverbrauch für den Spulenstrom verbunden
ist.
Eine darüber hinaus bei hybrid aufgebauten Einrichtungen
vielfach mögliche, mechanische Trimmung, insbesondere mittels
eines veränderbaren Kern-Spule-Systems, ist bei miniaturisier
ten Einrichtungen weder realisierbar noch gewünscht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die magnetische
Einrichtung mit den eingangs genannten Merkmalen dahingehend
auszugestalten, dass ein miniaturisierter Aufbau ermöglicht
ist und aufwendige Mittel zu einer Gleichfeldüberlagerung, wie
insbesondere durch einen Spulenstrom, vermieden werden. Die
Einrichtung soll dabei für einen Betrieb bei hohen Frequenzen
auszulegen sein.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruchs 1 gelöst. Dementsprechend weist die Hochfrequenz-
Einrichtung mit einem Schichtensystem, das mindestens eine
Schicht aus weichmagnetischem Material aufweist, der mindes
tens eine weitere Schicht aus einem anderen Material zugeord
net ist, eine Einstellbarkeit der Permeabilität µ ihres
Schichtensystems auf. Hierzu besteht die mindestens eine wei
tere Schicht aus einem hartmagnetischen Material und ist als
eine, ein permanentes, magnetisches Hintergrundfeld erzeugende
Biasschicht für die mindestens eine weichmagnetische Schicht
vorgesehen. Dabei ist die Hochfrequenz(HF)-Eigenschaft der
Einrichtung als eine Eignung zu einem Betrieb bei hohen Fre
quenzen zu verstehen.
Mit der erfindungsgemäßen Maßnahme können die magnetischen
Eigenschaften des Schichtensystems über dessen magnetische
Permeabilität und damit eine Induktivität durch das perma
nentmagneterzeugte Feld einer (sonst ungekoppelten) hartmag
netischen Schicht oder Schichtenfolge variiert werden. Auf
diese Weise lässt sich die Abstimmung z. B. einer Induktivität
einer Leiteranordnung, wie z. B. einer Spulenwicklung, kontakt
los an der Biasschicht entweder durch ein äußeres Magnetfeld
einer Permanentmagnetanordnung oder durch das Feld eines
Stromimpulses in einer Leiterbahn vornehmen. Die Vorteile der
erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Einrichtung bestehen also
in einer einfachen, kontaktlosen und dauerhaften, jedoch auch
nachveränderlichen Einstellungsmöglichkeit der Permeabilität
von Magnetschichten bzw. der Induktivität. Damit ist eine
starke Erweiterung des Einsatzpotenzials solcher magnetischer
Einrichtungen verbunden. Die Einführung der hartmagnetischen
Schicht in das Schichtensystem in vorzugsweise Dünnschicht
technik ist einerseits wenig aufwendig; andererseits erwei
tert diese durch die oben beschriebenen Möglichkeiten den
Einsatzbereich induktiver Bauelemente, speziell von Mikroin
duktoren oder induktiven Sensoren.
Durch die Einbringung der Biasschicht aus hartmagnetischem
Material in das Schichtensystem lässt sich die (effektive)
Permeabilität µeff des Schichtensystems vorzugsweise bei ho
hen, festen Frequenzen von über 100 MHz in großen Bereichen,
d. h. vorzugsweise µeff zwischen 1 und 104, variieren bzw. die
Cut-off-Frequenz so verschieben, dass im HF-Bereich eine Er
höhung der frequenzabhängigen Permeabilität µeff gegenüber der
entsprechenden Permeabilität des weichmagnetischen Materials
der weichmagnetischen Schichten bei niedrigeren Frequenzen
erhöhen. Auf diese Weise sind je nach Material (effektive)
Permeabilitäten µeff von beispielsweise über 104 auch in HF-
Bereichen zu realisieren, die sonst mit ausschließlich weich
magnetischen Schichten nicht erreichbar sind.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen, magneti
schen Einrichtung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.
So kann insbesondere die Einrichtung als eine Mikroinduktivi
tät oder ein induktiver Sensor mit dem Schichtensystem als
einem Magnetkern und mindestens einer Spulenwicklung ausge
bildet sein. Entsprechende Bauelemente werden bevorzugt in
stark miniaturisierten Geräten, wie z. B. der Kommunikations
technik, eingesetzt und erlauben vorteilhaft einen Betrieb bei
hohen Frequenzen. Vorzugsweise sind sie für einen Betrieb in
einem Frequenzbereich oberhalb 100 MHz, insbesondere 1 GHz
geeignet.
Die Teile der erfindungsgemäßen Einrichtung werden vorteil
haft in Dünnfilmtechnik und/oder Planartechnik erstellt. Ent
sprechende Techniken sind allgemein bekannt. Dabei liegt die
Dicke der mindestens einen, weichmagnetischen Schicht des
Schichtensystems im Allgemeinen im Bereich zwischen 0,1 µm
und 2 mm, vorzugsweise unter 5 µm, während die Dicke der min
destens einen, hartmagnetischen Biasschicht vielfach etwas ge
ringer ist und im Allgemeinen zwischen 0,1 µm und 1 mm, vor
zugsweise unter 1 µm liegt.
Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen,
magnetischen Einrichtung gehen aus den übrigen Ansprüchen
hervor.
Bevorzugte Ausführungsformen von erfindungsgemäßen, magneti
schen Einrichtungen werden nachfolgend an Hand der Zeichnung
erläutert. Dabei zeigen jeweils schematisch deren
Fig. 1 und 2 an Hand eines Diagramms die Einstellung einer
Permeabilität von weichmagnetischen Werkstoffen durch
ein überlagertes, magnetisches Gleichfeld parallel
bzw. senkrecht zur Aussteuerungsrichtung,
Fig. 3 an Hand eines Diagramms die Einstellung einer rema
nenten Induktion in einer hartmagnetischen Schicht,
Fig. 4 an Hand eines Diagramms die frequenzmäßige Erweite
rung des Betriebsbereichs eines Schichtensystems ei
ner erfindungsgemäßen, magnetischen Einrichtung,
Fig. 5 und 6 als Schnittbild bzw. in Aufsicht den Kern
bzw. die Spule mit einem solchen Kern als erfindungs
gemäße, magnetische Einrichtung,
Fig. 7 und 8 als Schnittbild bzw. in Aufsicht den Kern für
eine andere, magnetische Einrichtung
sowie
Fig. 9 und 10 als Schnittbild bzw. in Aufsicht den Kern
mit einer weiteren Spule als magnetische Einrichtung.
Dabei sind in den Figuren sich entsprechende Teile mit den
selben Bezugszeichen versehen.
Bei der erfindungsgemäßen, magnetischen Einrichtung kann es
sich insbesondere um eine Mikroinduktivität oder einen minia
turisierten, induktiven Sensor handeln, die/der bei hohen Fre
quenzen von über 100 MHz zu betreiben ist. Die Einrichtung
wird deshalb als Hochfrequenz(HF)-Einrichtung angesehen. Sie
wird vorzugsweise nach bekannten Verfahren der Dünnfilm-
und/oder Planartechnik erstellt. Sie umfasst mindestens ein
Dünnfilmschichtensystem mit wenigstens einer weichmagneti
schen Schicht und wenigstens einer ihr zugeordneten, hartmag
netischen Schicht. Da diese hartmagnetische Schicht ein mag
netisches Gleichfeld als ein Hintergrundfeld (= Biasfeld) er
zeugen soll, dem permanent die weichmagnetische Schicht aus
gesetzt sein soll, ist diese hartmagnetische Schicht auch als
eine Biasschicht zu betrachten. Dabei wird als ein weichmag
netisches Material ein Werkstoff mit einer Koerzitivfeldstär
ke Hc unter 10 A/cm verstanden, während ein Werkstoff mit ei
ner Koerzitivfeldstärke Hc von über 100 A/cm als magnetisch
hart betrachtet wird (vgl. das Buch von R. Boll: "Weichmagne
tische Werkstoffe", Vacuumschmelze GmbH, 1990, Seiten 56 bis
59). Die Permeabilität µ dieses Schichtensystems ist erfin
dungsgemäß über eine besondere Magnetisierung der hartmagne
tischen Biasschicht einstellbar, insbesondere vorzugsweise in
dem hohen Frequenzbereich auf Grund einer Verschiebung der
Cut-off-Frequenz zu höheren Frequenzen hin gegenüber Systemen
ohne Biasfeld in diesem erweiterten Frequenzbereich erhöht.
Dabei wird nachfolgend als Permeabilität µ immer die sogenannte
effektive Permeabilität µeff (des Schichtensystems)
verstanden (vgl. z. B. das vorerwähnte Buch von R. Boll, Sei
ten 44 bis 48). Der Einrichtung nach der Erfindung müssen
deshalb besondere, magnetfelderzeugende Mittel zur Einstellung
einer vorbestimmten, remanenten Induktion in der mindestens
einen hartmagnetischen Biasschicht ihres Schichtensystems zu
geordnet sein. Bei diesen magnetfelderzeugenden Mitteln han
delt es sich im Allgemeinen um eine Permanentmagnetanordnung
oder eine stromdurchflossene Leiteranordnung. An Hand der
Fig. 1 bis 4 sei nachfolgend eine entsprechend vorzunehmende
Einstellbarkeit dargelegt:
Gemäß dem Diagramm der Fig. 1 kann die Einstellung einer Permeabilität µ bei beliebigen, weichmagnetischen Werkstoffen z. B. durch ein überlagertes, magnetisches Gleichfeld erfolgen. In dem Diagramm sind in Abszissenrichtung das von einer ent sprechenden, magnetfelderzeugenden Vorrichtung in Form einer Biasschicht hervorgerufene Magnetfeld mit einer Stärke H (in A/m) und in Ordinatenrichtung die Induktion B (in T) jeweils in willkürlichem Maßstab aufgetragen. Das Diagramm zeigt die Magnetisierungskurve kwp, einer weichmagnetischen Schicht in einer magnetischen Einrichtung mit einem Schichtensystem in Form eines Schichtenstapels aus abwechselnd weich- und hart magnetischen Schichten. Die Magnetisierung der Biasschicht ist dabei parallel zur Ausdehnungsrichtung des Schichtensys tems bzw. dessen weichmagnetischer Schicht (= sogenannte Aus steuerrichtung) vorgenommen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, kann durch eine durch das Feld der Biasschicht hervorge rufene, permanent erzeugte Vormagnetisierung das Permeabili tätsniveau in den aktiven, weichmagnetischen Schichten des Schichtensystems (von µ1 bei einer ersten Magnetfeldstärke H1p auf µ2 bei einer zweiten Magnetfeldstärke H2p) einstellbar gestaltet werden. Dabei lässt sich die vorherige Einstellung der Magnetisierung der mindestens einen hartmagnetischen Schicht des Schichtensystems, die auch als Trimmung bezeich net wird, entweder von außen kontaktlos mittels eines magne tischen Gleichfeldes (DC-Magnetfeldes) oder eines magnetischen Wechselfeldes (AC-Magnetfeldes) durch Auf- oder Abmag netisieren vornehmen.
Gemäß dem Diagramm der Fig. 1 kann die Einstellung einer Permeabilität µ bei beliebigen, weichmagnetischen Werkstoffen z. B. durch ein überlagertes, magnetisches Gleichfeld erfolgen. In dem Diagramm sind in Abszissenrichtung das von einer ent sprechenden, magnetfelderzeugenden Vorrichtung in Form einer Biasschicht hervorgerufene Magnetfeld mit einer Stärke H (in A/m) und in Ordinatenrichtung die Induktion B (in T) jeweils in willkürlichem Maßstab aufgetragen. Das Diagramm zeigt die Magnetisierungskurve kwp, einer weichmagnetischen Schicht in einer magnetischen Einrichtung mit einem Schichtensystem in Form eines Schichtenstapels aus abwechselnd weich- und hart magnetischen Schichten. Die Magnetisierung der Biasschicht ist dabei parallel zur Ausdehnungsrichtung des Schichtensys tems bzw. dessen weichmagnetischer Schicht (= sogenannte Aus steuerrichtung) vorgenommen. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, kann durch eine durch das Feld der Biasschicht hervorge rufene, permanent erzeugte Vormagnetisierung das Permeabili tätsniveau in den aktiven, weichmagnetischen Schichten des Schichtensystems (von µ1 bei einer ersten Magnetfeldstärke H1p auf µ2 bei einer zweiten Magnetfeldstärke H2p) einstellbar gestaltet werden. Dabei lässt sich die vorherige Einstellung der Magnetisierung der mindestens einen hartmagnetischen Schicht des Schichtensystems, die auch als Trimmung bezeich net wird, entweder von außen kontaktlos mittels eines magne tischen Gleichfeldes (DC-Magnetfeldes) oder eines magnetischen Wechselfeldes (AC-Magnetfeldes) durch Auf- oder Abmag netisieren vornehmen.
Fig. 2 zeigt in Fig. 1 entsprechender Darstellung die Mag
netisierungskurven kwq1 und kwq2, die sich für dasselbe Schich
tensystem bei einer Aussteuerrichtung ergeben, die quer bzgl.
der Aussteuerrichtung nach Fig. 1 gerichtet ist. Die unter
schiedlichen Magnetfeldstärken sind hier mit H1q und H2q be
zeichnet.
Eine Permeabilitätseinstellung mittels einer Trimmung einer
Biasschicht ist an Hand des Diagramms der Fig. 3 ersicht
lich, für das dieselben Achsen wie für das gemäß Fig. 1 ge
wählt wurden. Wie aus der Magnetisierungskurve khp der hart
magnetischen Schicht zu entnehmen ist, kann die Einstellung
einer remanenten Induktion in dieser Schicht durch Aufmagne
tisieren oder gezieltes Entmagnetisieren auf Induktionswerte
B1, B2 bzw. B3 erfolgen. Diese remanente Induktion führt zu
einem Feld H, das eine Änderung der Permeabilität µ(H) be
wirkt. Selbstverständlich kann die remanente Polarisation
dieser Schicht auch durch einen im Allgemeinen kurzzeitig ho
hen Strom in einer Leiterbahn oder einer Spule beeinflusst
werden. Dabei sind je nach Ausführungsform einer Induktivität
verschiedene Freiheitsgrade bezüglich einer möglichen Vor
zugsrichtung der Magnetisierung in dieser Schicht gegeben.
Für das Diagramm wurde eine solche parallel zur Aussteuer
richtung gewählt.
Die mit einer erfindungsgemäßen Integration mindestens einer
Biasschicht in das Schichtensystem einer HF-Einrichtung er
reichbare Erweiterung des Einsatzbereichs dieser Einrichtung
nach hohen Frequenzen hin ist aus dem Diagramm der Fig. 4
abzulesen. In dem Diagramm sind in Abszissenrichtung die Fre
quenz f (in Hz) und in Ordinatenrichtung die (effektive) Per
meabilität µ von weichmagnetischen Schichtensystemen (in
willkürlichen Einheiten) aufgetragen. Die Permeabilitätskurve
k1 ergibt sich für ein bekanntes, weichmagnetisches Schichtensystem
(z. B. gemäß der eingangs genannten Literaturstelle)
ohne Biasschicht. Demgegenüber wird die Permeabilitätskurve
k2 erhalten, wenn erfindungsgemäß eine Biasfeldüberlagerung
der weichmagnetischen Schichten eines Schichtensystems mit
tels wenigstens einer permanentmagnetischen Biasschicht vor
gesehen wird. Diese Gleichfeldüberlagerung hat zur Folge,
dass die Cut-off-Frequenz fco zu höheren Frequenzen verscho
ben wird und damit die Einsatzmöglichkeit der erfindungsgemä
ßen HF-Einrichtung in diesen Frequenzbereich erweitert wird.
Die Fig. 5 und 6 zeigen eine stabförmige Mikroinduktivität
bzw. Spule 2 mit einem Magnetkern K1, der mit in Dünnfilm
technik erstellten Windungen einer Wicklung 4 aus einem band
förmigen Leiter 5 bewickelt ist. Gemäß Fig. 3 besteht der
Kern K1 beispielhaft aus einem Schichtensystem 3, das abwech
selnd aus weich- und hartmagnetischen Schichten aufgebaut
ist. Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die
ses Schichtensystem aus zwei weichmagnetischen Schichten 3a
und 3b, zwischen denen eine hartmagnetische Biasschicht 3c
angeordnet ist. Die weichmagnetischen Schichten bestehen aus
üblichen, weichmagnetischen Materialien mit geringer Koerzi
tivfeldstärke, wie z. B. aus einer handelsüblichen NiFe-
Legierung mit dem Markennamen "Permalloy". Ihre Schichtdicke
d1 bzw. d2 liegt im Allgemeinen zwischen 0,1 µm und wenigen
µm (z. B. 2 bis 5 µm), kann aber auch bis zu einige mm (z. B.
bis etwa 2 mm) betragen. Die hartmagnetische Schicht 3c hat
eine Dicke d3, die im Allgemeinen geringer als die der be
nachbarten, weichmagnetischen Schichten 3a und 3b ist und zwi
schen 0,1 µm und 1 mm, insbesondere unter 5 µm, vorzugsweise
unter 1 µm liegt. Als Material für diese Schicht 3c kommen
bekannte, hartmagnetische Legierungen, wie beispielsweise eine
Nd-Fe-B- oder Al-Ni-Co-Legierung in Frage. In den Fig. 5
und 6 sind darüber hinaus die möglichen Richtungen des auf
magnetisierenden Feldes in bekannter Darstellung durch Pfeile
↑, → bzw. durch ein die senkrechte Richtung bezüglich der
Zeichenebene symbolisierendes, umringtes Kreuz ⊗ dargestellt.
Sie entsprechen denen eines rechtwinkligen x-y-z-
Koordinatensystems. Die Richtungen sind allgemein mit r be
zeichnet. Wie angedeutet, ist bei dieser Ausführungsform eine
Veränderung der Permeabilität µ durch eine Einstellung einer
Remanenz im hartmagnetischen Material in allen Richtungen x,
y und z möglich. Die Induktivität der Spulenwicklung 4 kann
so vorteilhaft kontaktlos durch ein äußeres Magnetfeld einge
stellt werden. Dieses äußere Magnetfeld kann beispielsweise
durch einen gegebenenfalls gepulsten Strom erzeugt werden.
Andere hierfür geeignete, magnetfelderzeugende Einrichtungen,
wie Permanentmagnete, sind hinlänglich bekannt.
Ein in den Fig. 7 und 8 angedeuteter, magnetischer Kern K2
unterscheidet sich von dem Kern K1 nach dem Fig. 5 und 6
nur durch seine Ringform mit geschlossenem Magnetkreis. Sein
Schichtensystem 13 entspricht somit weitgehend dem des Kerns
K1 nach Fig. 5. In den Fig. 7 und 8 sind ferner bevorzug
te Richtungen r eines aufmagnetisierenden Magnetfeldes ange
deutet. Hier folgt die Aufmagnetisierung vorteilhaft in senk
rechter Richtung. Will man einen Ringkern mit einer In-Plane-
Magnetisierung, so können nur in segmentartigen Bereichen der
mindestens einen weichmagnetischen Schicht des Torus' hart
magnetische Schichtstücke zugeordnet werden. Dies ist insbe
sondere dann von Vorteil, wenn dadurch eine unerwünschte, uni
axiale Anisotropie umgangen wird.
Abweichend von der Ausführungsform nach den Fig. 5 und 6
sind auch andere Ausführungsformen von insbesondere in Dünn
filmtechnik zu erstellenden Kernen von Mikroinduktivitäten
mit einem erfindungsgemäß ausgebildeten Schichtensystem mög
lich. So zeigen die Fig. 9 und 10 in den Fig. 5 und 6
entsprechender Darstellung eine Mikroinduktivität 22 mit
einer planaren Leiterwicklung 24 bzw. Spule, die in mindes
tens einem Spulenbereich mit einem erfindungsgemäß aufgebau
ten Schichtensystem 23 und/oder 23a abgedeckt ist. Der
Schnitt durch das Schichtensystem 23 gemäß Fig. 9 zeigt
einen dem Schichtensystem 3 des Kerns K1 nach Fig. 5 entspre
chenden Aufbau. Auch in diesen Fig. 9 und 10 sind die bevorzugten
Richtungen r der Aufmagnetisierung durch ein exter
nes Magnetfeld angedeutet. Die in Fig. 10 parallel zur Lei
terbahn gerichteten Pfeile auf der angedeuteten, hartmagneti
schen Biasschicht 23a veranschaulichen die Richtung der Mag
netisierung in Domänen, während die senkrecht dazu gerichte
ten Pfeile die Richtung der Vormagnetisierung der Biasschicht
zeigen.
Abweichend von den in den Figuren dargestellten Ausführungs
formen ist ein Schichtensystem einer magnetischen Einrichtung
nach der Erfindung nicht nur auf zwei weichmagnetische und
eine dazwischenliegende, hartmagnetische Dünnschichten be
schränkt. Vielmehr kann vorteilhaft eine periodische Abfolge
von weichmagnetischen und hartmagnetischen Schichten vorgese
hen sein, wobei die Anzahl der Perioden weit über 10 liegen
kann.
Außerdem braucht die hartmagnetische Schicht auch nicht un
mittelbar an der ihr zugeordneten, weichmagnetischen Schicht
anzuliegen. Da es nur auf das durch die Biasschicht herzuru
fende, magnetische Hintergrundfeld für die jeweilige weichmag
netische Schicht ankommt, kann auch die Biasschicht gegenüber
der zugeordneten, weichmagnetischen Schicht, z. B. über eine I
solationsschicht, beabstandet sein. In dem entsprechenden Ab
standsraum können gegebenenfalls sogar Leiterbahnen verlau
fen.
Claims (13)
1. Magnetische Hochfrequenz-Einrichtung mit einem Schichten
system, das mindestens eine Schicht aus weichmagnetischem Ma
terial aufweist, der mindestens eine weitere Schicht aus ei
nem anderen Material zugeordnet ist, gekenn
zeichnet durch eine Einstellbarkeit der Permeabili
tät (µ) des Schichtensystems (3, 13, 23, 23a) mittels der min
destens einen, weiteren Schicht (3c), die aus einem hartmagne
tischen Material besteht und als eine ein permanentes, magne
tisches Hintergrundfeld erzeugende Biasschicht für die min
destens eine weichmagnetische Schicht (3a, 3b) vorgesehen
ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, dass die mindestens eine weich
magnetische Schicht (3a, 3b) eine Dicke (d1, d2) zwischen
0,1 µm und 2 mm und die mindestens eine hartmagnetische Bias
schicht (3c) eine Dicke (d3) zwischen 0,1 µm und 1 mm haben.
3. Einrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich
net durch mindestens eine weichmagnetische Schicht (3a,
3b) mit einer Schichtdicke (d1 bzw. d2) von unter 5 µm, vor
zugsweise unter 2 µm.
4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekenn
zeichnet durch mindestens eine Biasschicht (3c) mit
einer Schichtdicke (d3) von unter 5 µm, vorzugsweise unter
1 µm.
5. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch mindestens eine hartmag
netische Biasschicht (3c), deren Dicke (d3) kleiner als die
Dicke (d1, d2) der mindestens einen ihr benachbarten, weich
magnetischen Schichten (3a bzw. 3b) ist.
6. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch ein Schichtensystem, ab
wechselnd aus weich- und hartmagnetischen Schichten mit mehr
als einer weichmagnetischen Schicht und mehr als einer hart
magnetischen Biasschicht.
7. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die hart
magnetische Biasschicht (3c) unmittelbar an der mindestens
einen ihr zugeordneten, weichmagnetischen Schicht (3a, 3b) an
liegt.
8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da
durch gekennzeichnet, dass die hartmagne
tische Biasschicht (3c) bezüglich der mindestens einen ihr
zugeordneten, weichmagnetischen Schicht (3a, 3b) beabstandet
ist.
9. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch einen Betrieb in einem
Frequenzbereich oberhalb von 100 MHz, insbesondere oberhalb
von 1 GHz.
10. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Ausbildung als Mik
roinduktivität (2, 22) oder induktiver Sensor mit dem Schich
tensystem (3, 13, 23, 23a) als ein Magnetkern (K1, K2) und
mindestens einer zugeordneten Spulenwicklung (4, 24).
11. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Ausbildung in Dünn
filmtechnologie und/oder Planartechnologie.
12. Einrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass magnet
felderzeugende Mittel zur Einstellung einer vorbestimmten, remanenten
Induktion in der mindestens einen hartmagnetischen
Biasschicht vorgesehen sind.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch ge
kennzeichnet, dass die magnetfelderzeugenden
Mittel eine Permanentmagnetanordnung oder eine stromdurch
flossene Leiteranordnung sind.
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007032299A1 (de) * | 2007-07-11 | 2009-01-15 | Siemens Ag | Sensor, insbesondere zur Magnetfeldmessung |
CN102298123A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 浙江师范大学 | 一种高灵敏无零场盲点线性响应跨零微弱磁场的探头 |
CN102360683A (zh) * | 2011-07-15 | 2012-02-22 | 浙江师范大学 | 一种用于磁敏探头磁芯的复合材料 |
DE102014218043A1 (de) * | 2014-09-10 | 2016-03-10 | Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG | Magnetkern, induktives Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1096514B (de) * | 1952-03-17 | 1961-01-05 | Magnetfabrik Gewerkschaft Wind | Verfahren zur AEnderung der Induktivitaet einer Eisenkernspule mit Hilfe eines Dauermagneten |
DE2937558A1 (de) * | 1979-09-17 | 1981-04-02 | Manfred 8000 München Smolka | Magnetischer kreis |
US5534837A (en) * | 1994-07-28 | 1996-07-09 | Rockwell International | Orthogonal-field electrically variable magnetic device |
-
2001
- 2001-03-09 DE DE2001111460 patent/DE10111460A1/de not_active Ceased
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE1096514B (de) * | 1952-03-17 | 1961-01-05 | Magnetfabrik Gewerkschaft Wind | Verfahren zur AEnderung der Induktivitaet einer Eisenkernspule mit Hilfe eines Dauermagneten |
DE2937558A1 (de) * | 1979-09-17 | 1981-04-02 | Manfred 8000 München Smolka | Magnetischer kreis |
US5534837A (en) * | 1994-07-28 | 1996-07-09 | Rockwell International | Orthogonal-field electrically variable magnetic device |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102007032299A1 (de) * | 2007-07-11 | 2009-01-15 | Siemens Ag | Sensor, insbesondere zur Magnetfeldmessung |
DE102007032299B4 (de) * | 2007-07-11 | 2009-04-02 | Siemens Ag | Sensor, insbesondere zur Magnetfeldmessung |
CN102298123A (zh) * | 2011-07-15 | 2011-12-28 | 浙江师范大学 | 一种高灵敏无零场盲点线性响应跨零微弱磁场的探头 |
CN102360683A (zh) * | 2011-07-15 | 2012-02-22 | 浙江师范大学 | 一种用于磁敏探头磁芯的复合材料 |
CN102360683B (zh) * | 2011-07-15 | 2014-04-16 | 浙江师范大学 | 一种用于磁敏探头磁芯的复合材料 |
DE102014218043A1 (de) * | 2014-09-10 | 2016-03-10 | Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG | Magnetkern, induktives Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Magnetkerns |
EP3192090B1 (de) * | 2014-09-10 | 2021-01-20 | Würth Elektronik Eisos Gmbh & CO. KG | Magnetkern, induktives bauteil und verfahren zum herstellen eines magnetkerns |
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