DE112019005752T5

DE112019005752T5 - Hochfrequenz-Magnetfolien, Verfahren zur Herstellung und ihre Verwendung

Info

Publication number: DE112019005752T5
Application number: DE112019005752.9T
Authority: DE
Inventors: Yajie Chen; Xiaoyu Zhang; Li Zhang; Yuanyuan Xing
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: Rogers Corp
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-07-29
Also published as: US20200161034A1; TWI820252B; US11682509B2; KR20210091133A; GB2592763B; GB2592763A; KR102638916B1; JP2022507063A; TW202027976A; GB202103299D0; JP7477505B2; CN112868074A; WO2020101998A1

Abstract

Eine mehrschichtige Folie enthält ein Substrat; eine erste magnetische Schicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht, die auf der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist. Die erste magnetische Schicht enthält Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10), wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co oder eine Kombination davon ist. Die zweite magnetische Schicht umfasst Fe(50-90)N(10-50)oder Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30). Die mehrschichtige Magnetfolie hat über einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 10 GHz eine magnetische Permeabilität von größer oder gleich 1800 über ein ausgewähltes Frequenzband in dem Frequenzbereich; einen magnetischen Verlusttangens von kleiner oder gleich 0,3 über ein ausgewähltes Frequenzband in dem Frequenzbereich; und eine Grenzfrequenz von größer oder gleich 1 GHz oder größer oder gleich 2 GHz.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Vorteile der am 15. November 2018 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung Serial No. 62/767,553 . Die zugehörige Anmeldung ist hier vollständig durch Bezugnahme enthalten.
HINTERGRUND
Diese Offenbarung bezieht sich allgemein auf Hochfrequenz-Magnetfolien, Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung, z. B. in integrierten Schaltungen, Stromversorgungssystemen, Antennen und dergleichen.
Neuere Designs und Fertigungstechniken haben dazu geführt, dass elektronische Komponenten immer kleinere Abmessungen und höhere Frequenzen aufweisen. Ein Ansatz zur Verringerung der Größe elektronischer Komponenten ist die Verwendung von magnetischen Materialien. Insbesondere Ferrite, Ferroelektrika und Multiferroika wurden als Funktionsmaterialien mit verbesserten Mikrowelleneigenschaften eingehend untersucht. Während die hohe Permeabilität magnetischer Materialien den Gleichstromwert der Induktivität erhöht, bleibt es eine Herausforderung, diese magnetische Permeabilität und die entsprechende Induktivitätserhöhung auf hohe Frequenzen (z. B. 1 bis 5 Gigahertz (GHz)) auszudehnen, die für verschiedene mobile Anwendungen gewünscht werden. Die magnetische Permeabilität bei diesen Frequenzen wird durch das Snoek'sche Limit der Materialien stark verschlechtert. Bei der intrinsischen ferromagnetischen Resonanzfrequenz (FMR) von magnetischen Materialien (typischerweise 1-2 GHz für große, flächige Filme) fällt die relative magnetische Permeabilität auf Eins und der magnetische Verlusttangens erreicht einen Spitzenwert, so dass die Induktivitätserhöhung durch das Material vernachlässigbar ist und die Verluste dominant sind. Es ist möglich, den Frequenzgang der magnetischen Permeabilität durch unterschiedliche Methoden der Definition und Strukturierung der Materialien zu verbessern, aber es bleibt immer noch ein Bedarf im Stand der Technik für Materialien und Methoden, die hohe magnetische Permeabilität und hohe Resonanzfrequenz über hohe Bandbreiten bieten können.
KURZBESCHREIBUNG
Hierin wird eine mehrschichtige magnetische Folie (i.f. auch Film) und ein Verfahren zur Herstellung desselben offenbart.
In einer Ausführungsform umfasst eine mehrschichtige Folie ein Substrat; eine erste magnetische Schicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, und eine zweite magnetische Schicht, die auf der ersten magnetischen Schicht angeordnet ist. Die erste magnetische Schicht enthält Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20)M_(0-10), wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co oder eine Kombination davon ist. Die zweite Magnetschicht umfasst Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30). Der mehrschichtige Magnetfilm (bzw. die Magnetfolie) hat über einen Frequenzbereich von 50 Megahertz (MHz) bis 10 GHz, vorzugsweise über einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 5 GHz, besonders bevorzugt über einen Frequenzbereich von 1 bis 5 GHz, eine magnetische Permeabilität von größer oder gleich 1800, vorzugsweise größer oder gleich 2000, besonders bevorzugt größer oder gleich 3000 bis 5000 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz; einen magnetischen Verlusttangens von kleiner oder gleich 0.3, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1, mehr bevorzugt 0,01 bis 0,1 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz; und eine Grenzfrequenz von größer oder gleich 1 GHz, oder größer oder gleich 2 GHz, vorzugsweise größer oder gleich 5 GHz, oder 1 bis 8 GHz.
In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Bilden der Mehrschichtfolie das Abscheiden der ersten magnetischen Schicht auf einer Seite des Substrats; und das Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der ersten magnetischen Schicht.
Artikel, die die mehrschichtigen Magnetfolien enthalten, werden weiter beschrieben. Der Artikel ist vorzugsweise ein Filter, Transformator, Induktor, eine Antenne, ein elektronischer integrierter Schaltkreis-Chip oder eine elektromagnetische Abschirmvorrichtung.
Die obigen und andere Merkmale und Vorteile sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den Beispielen und den Ansprüchen leicht ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet werden.
Figurenliste
Bezug nehmend auf die beispielhaften, nicht einschränkenden Figuren, in denen gleiche Elemente gleich nummeriert sind:

1 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform einer mehrschichtigen Magnetfolie;
2 ist eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform einer mehrschichtigen Magnetfolie;
3 ist ein Diagramm, das die Hochfrequenzcharakteristik von vergleichbaren Co- und Fe-basierten Dünn- und Multischichten zeigt, gemessen bei Raumtemperatur;
4 ist ein Oberflächenprofil eines FeN-Films mittels Profilometrie und Rasterkraftmikroskopie (AFM);
5 zeigt die magnetische Hysterese von FeN-Filmen entlang leicht und schwer magnetisierbarer Richtungen in einer Ebene des Films;
6 ist ein magnetisches Permeabilitätsspektrum eines FeN-Films mit 60 Nanometer (nm) Dicke;
7 ist ein Oberflächenprofil eines FeN-Films mittels Profilometrie und AFM;
8 ist ein magnetisches Permeabilitätsspektrum eines Fe₆₆N₁₈B₁₆-Films mit 50 nm Dicke;
9 zeigt den Zusammenhang zwischen effektivem Widerstand und magnetischer Permeabilität einer Fe_83-xN₁₇B_x-Schicht mit unterschiedlichem Borgehalt;
10 zeigt magnetische Spektren von Fe₇₄N₂₆/Fe₆₆N₁₈B₁₆-Doppelschichtfilmen mit verschiedenen Dicken von FeNB;
11 zeigt die magnetische Permeabilität für Fe₇₄N₂₆/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Doppel schichtfilme mit unterschiedlichen Dicken von Fe₇₂N₁₈B₁₀;
12 zeigt die Beziehung zwischen dem effektiven Widerstand und der magnetischen Permeabilität eines Fe₈₂N₁₈/Fe₇₂N₁₈B₁₀/Glasfilms mit unterschiedlichen Dicken einer FeNB-Schicht;
13 ist eine magnetische Hysterese eines FeTaN-Films mit einer Dicke von 80 nm entlang der x- und y-Richtung in einer Ebene des Films;
14 ist ein magnetisches Permeabilitätsspektrum eines 80 nm dicken Fe₇₄Ta₆N₂₀-Films auf einem Glassubstrat;
15 zeigt magnetische Spektren für Fe₇₄Ta₆N₂₀/Fe₆₆N₁₈B₁₆- Doppelschichten;
16 zeigt die Beziehung zwischen effektivem Widerstand und magnetischer Permeabilität einer Fe₈₃Ta₆N₁₁/Fe₇₂N₁₈B₁₀/Glas-Schicht mit unterschiedlichen Dicken einer FeNB-Schicht;
17 zeigt magnetische Spektren für Fe₇₄Ta₆N₂₀/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Doppelschichtfilme;
18 zeigt die Beziehung zwischen dem effektiven Widerstand und der Gesamtdicke der Dreischichtfilme aus Fe₇₂N₁₈B₁₀/ Fe₈₂N₁₈/Fe₇₂N₁₈B₁₀;
19 zeigt magnetische Spektren von Fe₇₂N₁₈B₁₀/Fe₈₂N₁₈/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Dreischichtfilmen;
20 zeigt die Beziehung zwischen dem effektiven Widerstand und der Gesamtdicke der dreischichtigen Schicht einer Fe₇₂N_i8B₁₀/Fe₈₃Ta₆N₁₁/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Dreischichtstruktur;
21 zeigt magnetische Spektren einer Fe₇₂N₁₈B₁₀/Fe₇₂Ta₁₈N₁₀/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Dreischichtstruktur;
22 zeigt magnetische Spektren für Fe₈₂N₁₈/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfilme;
23 zeigt magnetische Spektren für Fe₇₂N₁₈B₁₀/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfilme;
24 zeigt magnetische Spektren für Fe₈₃Ta₆N₁₁/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfilme;
25 zeigt die magnetische Permeabilität bei 0,5 GHz für eine einschichtige, zweischichtige und dreischichtige FeN-basierte Folie;
26 ist ein Snoek-Produktdiagramm bei 0,5 GHz für eine einlagige, zweilagige und dreilagige FeN-basierte Mehrlagenstruktur;
27 zeigt die magnetische Permeabilität bei 0,5 GHz für eine einlagige, zweilagige und dreilagige FeTaN-basierte Mehrlagenstruktur; und
28 ist ein Snoek-Produktdiagramm bei 0,5 GHz für eine einlagige, zweilagige und dreilagige FeTaN-basierte Mehrlagenstruktur.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die Erfinder haben mehrschichtige magnetische Folien mit einer Kombination aus hoher magnetischer Permeabilität, geringem Verlust und ausgezeichneter Induktivität über einen breiten Frequenzbereich entwickelt. Die magnetischen Dünnschichten, die mit komplementären Metall-Oxid-Halbleitern (CMOS) integriert sind, ermöglichen hochwertige, hochdichte, flache induktive Komponenten auf dem Chip/im Gehäuse.
Die mehrschichtigen Folien sind auf einem Substrat angeordnet und umfassen eine erste magnetische Schicht, wobei die erste magnetische Schicht Fe_(50-80)N(_10-20)B(_1-20)M(_0-10) umfasst, wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co, Nb oder eine Kombination davon ist (hierin als FeNB bezeichnet); und eine zweite magnetische Schicht, wobei die zweite magnetische Schicht F2(_50-90)N(_10-50) (hierin als FeN bezeichnet) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30) (hierin als FeNTa bezeichnet) umfasst. Die mehrschichtigen magnetischen Folien können über einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 10 GHz arbeiten und können eine magnetische Konstante (auch bekannt als magnetische Permeabilität) von größer oder gleich 1800 und einen magnetischen Verlusttangens von kleiner oder gleich 0,3 haben, gemessen über ein ausgewähltes Frequenzband.
Eine Illustration einer Querschnittsansicht einer mehrschichtigen Magnetfolie 10 ist in 1 dargestellt. Das Substrat 12 hat eine erste Seite, d.h. eine erste ebene Oberfläche und eine zweite Seite, d.h. eine gegenüberliegende zweite ebene Oberfläche. Das Substrat 12 kann aus jedem geeigneten Material bestehen, z. B. aus einem Glas, einem organischen Polymer oder einer Keramik. In einem Aspekt umfasst das Substrat eine Keramik, wie z. B. mindestens eines von MgO, Sic, Si₃N₄, Aluminiumoxid, Silizium oder dergleichen. Das Substrat kann amorph, einkristallin oder polykristallin sein. Das Substrat 12 kann jede geeignete Dicke haben, die von seinen Trägereigenschaften und der beabsichtigten Anwendung abhängt. Beispielsweise kann das Substrat eine Dicke von 100 Mikrometern bis 1 Millimeter haben.
Die erste Magnetschicht 14 ist auf der ersten Seite der ersten planaren Oberfläche angeordnet. Wie oben angegeben, umfasst die erste magnetische Schicht Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20)M_(0-10), wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co, Nb oder eine Kombination davon ist. In einem bevorzugten Aspekt umfasst die erste magnetische Schicht Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20), wobei die Menge an M gleich 0 ist. Die erste magnetische Schicht kann eine Dicke von 10 bis 100 Nanometern, beispielsweise 10 bis 50 Nanometer oder 20 bis 80 Nanometer, aufweisen.
Eine zweite Magnetschicht 16 ist auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der ersten Magnetschicht angeordnet. Die zweite Magnetschicht umfasst Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30). Die zweite magnetische Schicht kann eine Dicke von 10 bis 400 Nanometern, z. B. 10 bis 300 Nanometern oder 50 bis 400 Nanometern haben.
Die mehrschichtige Magnetfolie kann zusätzliche Schichten enthalten, insbesondere zusätzliche alternierende erste und zweite Schichten. Wie in 2 gezeigt, ist eine zusätzliche erste Magnetschicht 16, die Fe_(50-80)N_(10-20)B₍₁ ₂₀) umfasst, auf der zweiten Magnetschicht 14 angeordnet. Eine zusätzliche zweite Magnetschicht 18, bestehend aus Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30), ist auf der zusätzlichen ersten Magnetschicht 16 angeordnet. Weitere zusätzliche erste und zweite Magnetschichten können abwechselnd auf der zusätzlichen zweiten Magnetschicht angeordnet sein (nicht dargestellt).
Die erste magnetische Schicht 14 und die zweite magnetische Schicht 16 können eine Gesamtdicke von 20 bis 500 Nanometern haben. In einer Ausführungsform hat die erste magnetische Schicht 14 eine Dicke von 10 bis 200 nm, und die zweite magnetische Schicht kann eine Dicke von 10 bis 400 nm haben. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann die Dicke jeder der Magnetschichten, das Verhältnis der Dicken oder beides eingestellt werden, um einen gewünschten magnetischen Verlusttangens des magnetischen Mehrschichtfilms, eine gewünschte magnetische Anisotropie des magnetischen Mehrschichtfilms oder beides zu erhalten.
Ein Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen magnetischen Folie umfasst das Abscheiden der ersten magnetischen Schicht auf einer Seite des Substrats; und das Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der ersten magnetischen Schicht. Die Abscheidung der abwechselnden Schichten wird fortgesetzt, bis der gesamte Film hergestellt ist. Die Abscheidung kann durch HF/DC-Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder eine Kombination davon erfolgen.
Die magnetischen Mehrschichtfolien können über einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 10 GHz, vorzugsweise über einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 5 GHz, besonders bevorzugt über einen Frequenzbereich von 1 bis 5 GHz, eingesetzt werden.
Die magnetischen Mehrschichtfolien können eine magnetische Permeabilität von größer oder gleich 1800, vorzugsweise größer oder gleich 2000, besonders bevorzugt größer oder gleich 3000, oder 1800 bis 5000 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz, aufweisen. Wie hierin verwendet, bezieht sich diese Terminologie auf die mehrschichtigen magnetischen Folien mit mindestens einer Instanz der magnetischen Permeabilität, die größer oder gleich 1800 über das Frequenzband von 1 bis 5 GHz oder 1 bis 10 GHz ist.
Die mehrschichtigen magnetischen Folien können einen magnetischen Verlusttangens von weniger als oder gleich 0,3, oder weniger als 0,3, vorzugsweise weniger als oder gleich 0,1, oder weniger als 0,1, oder 0,01 bis 0,3 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz, aufweisen. Wie hier verwendet, bezieht sich diese Terminologie auf die mehrschichtigen magnetischen Folien, die mindestens eine Instanz des magnetischen Verlusttangens aufweisen, die kleiner oder gleich 0,3 über das Frequenzband von 1 bis 5 GHz oder 1 bis 10 GHz ist.
Die mehrschichtigen Magnetfolien können eine Grenzfrequenz von größer oder gleich 1 GHz oder größer oder gleich 2 GHz, vorzugsweise größer oder gleich 5 GHz, oder 1 bis 8 GHz haben.
Die mehrschichtigen Magnetfolien können zusätzliche Schichten enthalten, z. B. eine Deckschicht. Die Deckschicht kann Al₂O₃ enthalten. Die oberste Schicht kann eine isolierende Kappe enthalten.
Die mehrschichtigen Magnetfolien können in elektronischen Geräten wie Filtern oder Induktoren auf elektronischen integrierten Schaltungschips für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, z. B. für elektrische Energieanwendungen, Datenspeicherung und Mikrowellenkommunikation. Die mehrschichtige Magnetfolie kann in Niederfrequenzanwendungen, z. B. bei einer Frequenz von 50 MHz bis 1 GHz, oder in Hochfrequenzanwendungen, z. B. 1 bis 10 GHz, eingesetzt werden. Die mehrschichtige Magnetfolie kann in Antennen und in elektronischen Geräten, wie z. B. mobilen Internetgeräten, und in elektronischen Geräten, z. B. Mobiltelefonen, Tablets, Desktop-Computern, Laptops, Notebooks und dergleichen, verwendet werden. In einem Aspekt ist das Gerät ein tragbares elektronisches Gerät, z. B. ein tragbares elektronisches Gerät. Die mehrschichtigen Magnetfolien können ferner in Stromversorgungssystemen und Antennen verwendet werden. Die mehrschichtigen Magnetfolien können vorteilhaft in integrierten elektronischen Geräten verwendet werden.
Die folgenden Beispiele dienen der Veranschaulichung der vorliegenden Offenbarung. Die Beispiele dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen nicht dazu dienen, die gemäß der Offenbarung hergestellten Geräte auf die darin angegebenen Materialien, Bedingungen oder Prozessparameter zu beschränken.
BEISPIELE
3 ist ein Diagramm, das die anfängliche magnetische Permeabilität gegen die Resonanzfrequenz/Gigahertz (GHz) verschiedener Vergleichsfolien zeigt, reproduziert aus Chin. Phys. B Vol. 24, No. 5 (2015) 05750.
Beispiel 1: FeN/FeNB/Glas-Doppelschichtfolienstruktur
Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

HF-Leistung = 80 bis 120 Watt (W)
Ablagerungsdruck = 0,3 bis 0,6 Pascal (Pa)
Abstand zwischen Ziel und Substrat = 8 Zentimeter (cm)
Arbeitsgas: Argon; Reaktionsgas: Stickstoff

Eisen (99,9 %), 2-Zoll-Scheibe (5,08 cm);
2 Stück Bor (99,9%) Chip mit 2,5×2,5 Quadratmillimetern (mm²) Ablagerungszeit: 5 bis 30 Minuten
Abscheidetemperatur: Umgebungstemperatur
Substrat: Optisches Glas

Einschichtiger FeN-Film auf Glassubstrat (Referenzbeispiel)
Unter Bezugnahme auf 4-6 hatte ein FeN-Film eine Zusammensetzung von Fe₇₄N₂₆ und eine Dicke von 60 Nanometern (nm) auf einem Glassubstrat, gemessen durch (energiedispersive Röntgenspektroskopie) EDXS bzw. Profilometrie. In den Abbildungen steht die Abkürzung Gl für Glas. Die FeN-Folie mit einer Schichtdicke von 60 nm wies mit Hilfe der Rasterkraftmikroskopie (AFM) eine feine Korngröße von 11 nm auf. Die FeN-Folie wies eine magnetische Anisotropie in der Folienebene auf, die in magnetischen Hystereseschleifen dargestellt wurde. Die FeN-Folie hatte eine magnetische Permeabilität (µ') von 510 bei 0,5 Gigahertz (GHz) und einen magnetischen Verlusttangens (tanδ) von 0,3 und behielt eine Resonanzfrequenz von 1,71 GHz. Die FeN-Folie hatte ein Snoek-Produkt von 0,87 x1012. Eine Zusammenfassung der magnetischen Eigenschaften für die 60 nm dicke FeN-Folie auf Glassubstrat ist in Tabelle 1 dargestellt. In 5 und 13 zeigt eine leichte (durchgezogene Linien) oder schwere (gestrichelte Linien) Magnetisierungsrichtung eine energetisch günstige bzw. ungünstige Richtung der spontanen Magnetisierung an. Tabelle 1

Foliendicke (nm) 0,5 GHz 1 GHz 1,5 GHz f_r (GHz) Snoek-Produkt (×1012) 4πMs (kG) Hc (Oe)

µ' tan δ u' Tanδ u' tanδ

60 510 0.31 539 0.22 788 0.84 1.71 0.87 12.43 1.9
Einschicht FeNB-Folie auf Glassubstrat (Referenzbeispiel)
Mit Bezug auf 7 und 8 hatte die FeNB-Folie (bzw. Film) auf einem Glassubstrat eine Zusammensetzung von Fe₆₆N₁₈B₁₆ und eine Dicke von 50 nm und eine durchschnittliche Korngröße von 6,7 nm, gemessen durch EDXS bzw. Profilometrie. Der FeNB-Film auf einem Glas wies eine magnetische Permeabilität von 864 bei 1 GHz bzw. ein Snoek-Produkt von 1,26 ×1012 auf. Eine Zusammenfassung der magnetischen Messungen für die Fe66Ni8Bi6-Folie ist in Tabelle 2 angegeben. Tabelle 2

Foliendicke (nm) 0,5 GHz 1 GHz 1,5 GHz f_r (GHz) Snoek-Produkt (×1012)

µ' tan δ u' Tanδ u' tanδ

50 730 0.19 864 0.18 1547 0.80 1.73 1.26
Mit Bezug auf 9 stieg der effektive Widerstand des FeNB-Films mit einer Erhöhung des Boranteils (x = 0, 13, 14, 16, 19). Die magnetische Permeabilität bei 0,5 GHz wurde im Widerstandsbereich von 400 bis 450 Mikroohmmeter (µΩm) erhöht.
FeN/FeNB-Doppelschicht auf einem Glassubstrat
Eine Fe₆₆N₁₈B₁₆-Folie wurde auf ein Glassubstrat abgeschieden, gefolgt von der Abscheidung einer Fe₇₄N₂₆-Folie mit einer konstanten Dicke von 50 nm. Die Dicke der Fe₆₆N₁₈B₁₆-Folie lag in einem Bereich von 10-35 nm und variierte mit der Abscheidungszeit. 10 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der Fe₆₆N₁₈B₁₆-Folie in nm, wie in der Abbildung angegeben.

Unter Bezugnahme auf 10 zeigte eine FeN (50 nm)/FeNB (23 nm)-Doppelschicht-Folie eine hohe magnetische Permeabilität von 1832 bei 0,5 GHz bzw. ein Snoek-Produkt von 3,72x1012. Die FeN (50 nm)/FeNB (23 nm)-Doppelschicht-Folie wies eine hohe magnetische Permeabilität von 2313 bei 1,5 GHz auf. Die Zusammensetzung der FeNB-Folie wurde mittels EDXS als Fe66N18B16 gemessen. Eine Zusammenfassung der magnetischen Messungen für die FeN/FeNB- Doppelschicht-Folie mit unterschiedlichen Dicken der FeNB-Schicht ist in Tabelle 3 dargestellt. Tabelle 3

Foliendicke (nm)	0,5 GHz		1 GHz		1,5 GHz		f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Foliendicke (nm)	µ'	tanδ	u'	tanδ	u'	tanδ	f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
10	899	0.44	1103	0.44	853	1.98	1.62	1.46
20	1062	0.53	1366	0.30	3221	0.41	1.83	1.94
23	1832	0.21	1679	0.27	2313	0.33	2.03	3.72
30	1042	0.02	1275	0.01	2069	0.29	2.01	2.09
35	853	0.09	1375	0.01	2201	0.23	2.01	1.71

Beispiel 2: FeN/FeNB/Glas- Doppelschicht-Folienstruktur mit geringem BorGehalt
Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

HF-Leistung = 80 bis 120 W
Ablagerungsdruck = 0,3 bis 0,6 Pascal (Pa)
Abstand zwischen Ziel und Substrat = 8 Zentimeter (cm) Arbeitsgas: Ar; Reaktionsgas: Stickstoff

Eisen (99,5%), 2-Zoll-Scheibe
2 Stück Bor (99,5%) Span mit 2,5×2,5 mm²
Ablagerungszeit: 5 bis 30 Minuten
Abscheidetemperatur: Umgebungstemperatur
Substrat: Optisches Glas

In diesem Beispiel wurde eine FeNB-Folie auf ein Glassubstrat abgeschieden, gefolgt von einer 50 nm dicken FeN-Folie, die bei Umgebungstemperatur auf die FeNB-Folie abgeschieden wurde. Die Dicke der FeNB-Folie variierte mit der Abscheidungszeit, wobei eine konstante Dicke von 50 nm für die FeN-Folie beibehalten wurde.
Magnetische Permeabilitätsspektren für FeN/FeNB-Folien mit geringem Borgehalt

Mit Bezug auf 11 hatte die FeNB-Folie eine Zusammensetzung von Fe₇₂N₁₈B₁₀, und das FeN hatte eine Zusammensetzung von Fe₇₄N₂₆, gemessen durch EDXS. 11 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der Fe₆₆N₁₈B₁₀-Folie in nm, wie in der Abbildung angegeben. Die zweischichtige Folienstruktur zeigte eine erhöhte magnetische Permeabilität von 1207 bis 1741 mit einer erhöhten Dicke der FeNB-Keimschicht von 15 nm bis 25 nm. Das Snoek-Produkt der FeN/FeNB-Folie erhöhte sich um 60% mit einer Erhöhung der Dicke der FeNB-Keimschicht von 15 nm auf 25 nm. Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für die Fe₇₄N₂₆/Fe₇₂N₁₈B₁₀-Doppelschichtfolie ist in Tabelle 4 dargestellt. Tabelle 4

FeNB-Dicke in FeN (50 nm)/FeNB/Glas (nm)	0,5 GHz		1 GHz		1,5 GHz		fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
FeNB-Dicke in FeN (50 nm)/FeNB/Glas (nm)	µ'	tanδ	u'	tanδ	u'	tanδ	fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
15	895	0.08	1207	0.04	2023	0.31	2.08	1.86
20	1248	0.18	1707	0.15	2951	0.58	1.81	2.26
22	1427	0.11	1599	0.05	2690	0.45	1.96	2.80
25	1561	0.18	1741	0.06	3094	0.27	1.91	2.98
30	1297	0.16	1657	0.13	2972	0.38	1.91	2.48

Widerstand versus magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) für eine FeN/FeN B/Glas-Struktur
Mit Bezug auf 12 wurde der effektive Widerstand der FeN/FeNB/Glas-Folie durch die Dicke der FeNB-Impfschicht beeinflusst. Der spezifische Widerstand nahm mit zunehmender FeNB-Dicke zu. Die magnetische Permeabilität bei 0,5 GHz wurde im Widerstandsbereich von 460 bis 490 µΩm erhöht.
Beispiel 3: FeTaN/FeNB/Glas-Zweischichtstruktur
Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

HF-Leistung = 80 bis 120 W
Ablagerungsdruck = 0,3 bis 0,6 Pascal (Pa)
Abstand zwischen Ziel und Substrat = 8 Zentimeter (cm)
Arbeitsgas: Ar (99,5%); Reaktionsgas: Stickstoff (99,0 %)

Eisen (99,5%), 2-Zoll-Scheibe
2 Stück Bor (99,5%) Chip mit 5×5 mm²
Ablagerungszeit: 5 bis 30 Minuten
Abscheidetemperatur: Umgebungstemperatur
Substrat: Optisches Glas

Magnetische Eigenschaften und magnetische Permeabilität einer einzelnen FeTaN-Folie auf einem Glassubstrat
Unter Bezugnahme auf 13 und 14 ist in Tabelle 5 eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für eine Fe₇₄Ta₆N₂₀-Einzelschicht zu finden. Tabelle 5

Foliendicke (nm) 0,5 GHz 1 GHz 1,5 GHz f_r (GHz) Snoek-Produkt (×1012) 4πMs (kG) Hc (Oe)

µ' tan δ u' Tanδ u' tanδ

80 539 0.8 5 752 0.41 876 1.78 1.63 0.88 12.9 1.88
Magnetische Permeabilität von zweischichtigen FeTaN/FeNB-Folien auf dem Glassubstrat

Mit Bezug auf 15 umfasste die zweischichtige Folienstruktur Fe74Ta6N20 und Fe₆₆N₁₈B₁₆ Folien, die auf einem Glassubstrat abgeschieden wurden. Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₇₄Ta₆N₂₀/ Fe₆₆N₁₈B₁₆-Doppelschichtfolien ist in Tabelle 6 enthalten. Tabelle 6

FeNB-Dicke in FeTaN(50 nm)/FeNB/Glas (nm)	0,5 GHz		1 GHz		1,5 GHz		fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
FeNB-Dicke in FeTaN(50 nm)/FeNB/Glas (nm)	µ'	tanδ	u'	tanδ	u'	tanδ	fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
15	913	0.10	814	0.14	1621	0.55	1.70	1.55
20	1167	0.03	953	0.24	1882	0.78	1.61	1.88
22	1130	0.11	1168	0.13	2044	1.02	1.88	1.88

Widerstand versus magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) für eine FeTaN/FeN B/Glas-Struktur
Mit Bezug auf 16 wurde der effektive Widerstand der FeNB/FeTaN-Folie durch die Dicke der FeNB-Schicht beeinflusst. Der effektive Widerstand stieg von 438 µΩm auf 489 µΩm mit einer Erhöhung der FeNB-Dicke von 60 nm auf 75 nm. Eine hohe magnetische Permeabilität wurde in einem Widerstandsbereich von 430 bis 460 µΩm gezeigt.
Beispiel 4: FeTaN/FeNB/Glas Zweischicht-Folienstruktur mit geringem Borgehalt Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

Eisen (99,5%), 2-Zoll-Scheibe
2 Stück Bor (99,5%) Chip mit 5×5 mm²
1 Stück für Tantal (99,99%) (5×5 mm²)
Ablagerungszeit: 5 bis 30 Minuten
Abscheidetemperatur: Umgebungstemperatur
Substrat: Optisches Glas

Magnetisches Permeabilitätsspektrum einer FeTaN/FeNB-Folie mit niedriger B-Konzentration

Mit Bezug auf 17 hatte die FeTaN-Folie eine Zusammensetzung von Fe₇₄Ta₆N₂₀, gemessen durch EDXS, und FeNB hatte eine Zusammensetzung von Fe₇₂N₁₈B₁₀. 17 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der Fe₇₂N₁₈B₁₀-Folie in nm, wie in der Abbildung angegeben. Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₇₄Ta₆N₂₀/ Fe₇₂N₁₈B₁₀-Doppelschichtfolie auf einem Glassubstrat ist in Tabelle 7 dargestellt. Tabelle 7

FeNB-Dicke in FeTaN (50 nm)/FeNB/Glas (nm)	0,5 GHz		1 GHz		1,5 GHz		fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
FeNB-Dicke in FeTaN (50 nm)/FeNB/Glas (nm)	µ'	tanδ	u'	tanδ	u'	tanδ	fr (GHz )	Snoek-Produkt (×1012)
15	985	0.52	1716	0.18	2850	0.54	1.90	1.87
20	1386	0.18	1602	0.12	2680	0.51	1.87	2.59
22	1416	0.27	1796	0.16	2351	0.47	1.83	2.59

Beispiel 5: Dreischichtige FeNB/FeN/FeNB/Glas-Struktur
Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

Widerstandswert der FeNB/FeN/FeNB-Struktur

Unter Bezugnahme auf 18 wurde der effektive Widerstand einer Dreischichtfolie nach der V.D. Pauw-Methode mit vier Sonden gemessen. Der spezifische Widerstand stieg von 291 auf 485 µΩm für die Gesamtdicke der Dreischichtfolie von 55 auf 125 nm. Details zur Schichtdicke und zum spezifischen Widerstand für Fe₇₂N₁₈ B₁₀/ Fe₈₂N₁₈/ Fe₇₂N₁₈ B₁₀-Dreischichtfolien finden Sie in Tabelle 8. Tabelle 8

Deckschicht FeNB (nm)	Mittlere Schicht FeN (nm)	Untere Schicht FeNB (nm)	Gesamtdicke (nm)	Widerstands wert (µΩm)
15	20	20	55	291
15	30	30	75	351
15	35	35	85	386
20	50	25	95	455
25	50	50	125	485

Magnetische Permeabilität für FeNB/FeN/FeNB/Glas-Struktur

Mit Bezug auf 19 wurde die Dicke von 50 nm für die FeN-Mittelschicht festgelegt und die Dicken der oberen und unteren FeNB-Schicht wurden geändert. 19 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der oberen und unteren FeNB-Folien in nm wie in der Abbildung angegeben. Die erhöhte magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) und das Snoek-Produkt betragen 995 bzw. 2,16 für die Strukturen FeNB(20 nm)/FeN(50 nm)/FeNB(25 nm). Die magnetische Permeabilität der FeNB(20 nm)/FeN(50 nm)/FeNB(25 nm)-Struktur war etwa 50% höher als die der FeNB(25 nm)/FeTaN(50 nm)/FeNB(25 nm)-Struktur. Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₇₂N₁₈ B₁₀/ Fe₈₂N₁₈/ Fe₇₂N₁₈ Bio-Dreischichtfolien ist in Tabelle 9 dargestellt. Die letzte Zeile enthält Details zur Referenzprobe. Tabelle 9

Deckschi cht FeNB (nm)	Mittlere Schicht FeN (nm)	Untere Schicht FeNB (nm)	µ' bei 0,5 GHz		µ' bei 1,0 GHz		µ' bei 1,5 GHz		f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Deckschi cht FeNB (nm)	Mittlere Schicht FeN (nm)	Untere Schicht FeNB (nm)	µ'	tanδ	µ'	tanδ	M'	tanδ	f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
20	50	25	995	0.28	1339	0.27	1478	0.58	2.17	2.16
25	50	25	773	0.33	1096	0.25	1444	0.53	2.21	1.71
25	50	50	530	0.43	559	0.31	692	0.46	2.25	1.19
25	50 (FeTaN)	25	382	0.41	457	0.16	464	0.96	1.79	0.68

Beispiel 6: Dreischichtige FeNB/FeTaN/FeNB/Glas-Struktur Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

Eisen (99,5%), 2-Zoll-Scheibe
2 Stück Bor (99,5%) Span mit 2,5×2,5 mm²
1 Stück für Tantal (99,99%) (5×5 mm²)
Ablagerungszeit: 5 bis 30 Minuten
Abscheidetemperatur: Umgebungstemperatur
Substrat: Optisches Glas

Spezifischer Widerstand der FeNB/FeTaN/FeNB-Struktur
Mit Bezug auf 20 stieg der effektive Widerstand mit zunehmender Gesamtdicke der dreilagigen FeNB/FeTaN/FeNB-Schicht. Der effektive Widerstand stieg von 391 auf 496 µΩm für die Gesamtdicke von 70 bis 125 nm. Der effektive Widerstand der FeNB/FeTaN/FeNB-Folie war etwa 5% höher als der der FeNB/FeN/FeNB-Folie. Details zur Schichtdicke und zum spezifischen Widerstand für die Fe₇₂N₁₈ B₁₀/ Fe₈₃Ta₆N₁₁/ Fe₇₂N₁₈ B₁₀-Dreischichtfolien sind in Tabelle 10 aufgeführt. Tabelle 10

Deckschicht FeNB (nm) Mittlere Schicht FeTaN (nm) Untere Schicht FeNB (nm) Gesamtdicke (nm) Widerstandsw ert (µΩm)

20 25 25 70 396

20 50 25 95 437

25 50 25 100 468

25 50 50 125 496
Magnetische Permeabilität für FeNB/FeTaN/FeNB/Glas-Struktur

Mit Bezug auf 21 variierte die Dicke der FeNB- und FeTaN-Schicht von 20 nm bis 50 nm. 21 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der oberen, mittleren und unteren FeNB-Folien in nm, wie in der Abbildung angegeben. Die erhöhte magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) und das Snoek-Produkt betrugen 545 bzw. 1,14 für die Strukturen FeNB(20 nm)/FeTaN(25 nm)/FeNB(25 nm). Die magnetische Permeabilität der FeNB(20 nm)/FeTaN(25 nm)/FeNB(25 nm)-Struktur war etwa 45% niedriger als die der FeNB(20 nm)/FeN(50 nm)/FeNB(25 nm)-Struktur (d.h. 995). Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₇₂N₁₈ B₁₀/ Fe₇₂Ta₁₈N₁₀/ Fe₇₂N₁₈ B₁₀-Dreischichtfolien ist in Tabelle 11 dargestellt. Die letzte Zeile enthält Details zur Referenzprobe. Tabelle 11

Deckschicht FeNB (nm)	Mittlere Schicht FeN (nm)	Untere Schicht FeNB (nm)	µ' bei 0,5 GHz		µ' bei 1,0 GHz		µ' bei 1,5 GHz		f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Deckschicht FeNB (nm)	Mittlere Schicht FeN (nm)	Untere Schicht FeNB (nm)	µ'	tanδ	µ'	tanδ	µ'	tanδ	f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
20	25	25	545	0.31	504	0.11	712	0.35	2.09	1.14
25	25	25	511	0.41	599	0.07	747	0.49	2.08	1.06
20	50	25	319	0.62	429	0.23	425	0.83	1.86	0.59
25	50	25	382	0.41	457	0.16	464	0.96	1.79	0.68
25	50	50	292	0.02	397	0.04	382	0.91	1.76	0.52
20*	50 (FeN)	25	995	0.28	1366	0.27	1478	0.58	2.17	2.16

*Referenzbeispiel

Beispiel 7: FeN, FeNB, FeTaN/TaN/Glas Zweischichtstruktur
Parameter für das RF-Magnetron-Sputtern:

Magnetische Permeabilität für FeN/TaN/Glas-Struktur

Mit Bezug auf 22 war eine nichtmagnetische TaN-Folie eine Keimschicht für die Abscheidung einer 50-nm-FeN-Folie. 22 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der TaN-Folien in nm, wie in der Abbildung angegeben. Die Dicke der nichtmagnetischen TaN-Keimschicht variierte von 15 bis 30 nm. Die erhöhte magnetische Permeabilität und das Snoek-Produkt waren 716 bei 0,5 GHz und 1,53, wenn die Dicke der TaN-Schicht etwa 20 nm betrug. Die magnetische Permeabilität der FeN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur war etwa 20% niedriger als die der FeN(50 nm)/FeTaN(10 nm)/Glas-Struktur (d.h. 892). Die magnetische Keimschicht führte zu einer höheren Frequenzpermeabilität als die der nicht-magnetischen Keimschicht (z. B. TaN). Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₈₂N₁₈/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfolie ist in Tabelle 12 dargestellt. Die letzte Zeile enthält Details zur Referenzprobe. Tabelle 12

Deckschicht FeN (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ' bei 0,5 GHz		µ' bei 1,0 GHz		µ' bei 1,5 GHz		f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Deckschicht FeN (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ'	tanδ	µ'	tanδ	µ'	tanδ	f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
50	15	507	0.22	558	0.05	1220	0.17	2.12	1.07
50	20	716	0.20	901	0.14	1939	0.17	2.13	1.53
50	25	646	0.34	778	0.05	1494	0.15	2.16	1.39
50	30	478	0.04	786	0.01	1648	0.09	2.09	1.00
50*	20 (FeTaN)	892	0.08	1145	0.13	1709	0.89	1.76	1.57

*Referenzbeispiel

Magnetische Permeabilität für FeNB/TaN/Glas-Struktur

Mit Bezug auf 23 variierte die Dicke der nicht-magnetischen TaN-Keimschicht von 10 nm bis 25 nm. 23 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der TaN-Folien in nm, wie in der Abbildung angegeben. Die erhöhte magnetische Permeabilität und das Snoek-Produkt betrugen 937 bei 0,5 GHz und 1,76, wenn die Dicke der TaN-Keimschicht etwa 20 nm betrug. Die magnetische Permeabilität der FeN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur war etwa 32% niedriger als die der FeNB(50 nm)/FeTaN(20 nm)/Glas-Struktur (d.h. 1386). Die magnetische Permeabilität der FeNB(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur war etwa 24 % höher als die der FeN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur (d. h. 716). Die magnetische Keimschicht zeigte eine höhere Permeabilität als die nicht-magnetische Keimschicht. Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₇₂N₁₈B₁₀/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfolien ist in Tabelle 12 dargestellt. Die letzten beiden Zeilen enthalten Details zu den Referenzproben. Tabelle 12

Deckschicht FeNB (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ'bei 0,5 GHz		µ'bei 1,0 GHz		µ'bei 1,5 GHz		f_r(GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Deckschicht FeNB (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ'	tanδ	µ'	tanδ	µ'	tanδ	f_r(GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
10	10	821	0.58	941	0.09	1598	0.20	2.01	1.65
15	15	866	0.11	1043	0.12	2004	0.33	1.87	1.23
20	20	937	0.17	1065	0.01	1827	0.32	1.88	1.76
25	25	708	0.43	862	0.13	1378	0.16	2.06	1.46
50*	20 (FeTaN)	1386	0.15	1581	0.13	2740	0.17	1.87	2.59
50 (FeN)*	20	716	0.20	901	0.14	1939	0.17	2.13	1.53

*Referenzbeispiel

Magnetische Permeabilität für FeTaN/TaN/Glas-Struktur

Mit Bezug auf 24 wurde die Dicke der magnetischen oberen FeTaN-Schicht auf 50 nm festgelegt. 24 zeigt µ' (durchgezogene Linien) und µ'' (gestrichelte Linien) für unterschiedliche Dicken der TaN-Folien in nm, wie in der Abbildung angegeben. Die Dicke der nanomagnetischen TaN-Schicht variierte von 10 nm bis 25 nm. Die erhöhte magnetische Permeabilität und das Snoek-Produkt war 832 bei 0,5 GHz und 1,63, wenn die Dicke der TaN-Schicht etwa 20 nm betrug. Die magnetische Permeabilität der FeTaN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur war etwa 38% niedriger als die der FeTaN(50 nm)/FeNB(20 nm)/Glas-Struktur (d.h. 1386). Die magnetische Permeabilität der FeTaN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur war etwa 14 % höher als die der FeN(50 nm)/TaN(20 nm)/Glas-Struktur (d. h. 716). Eine Zusammenfassung der Messungen des magnetischen Spektrums für Fe₈₃Ta₆N₁₁/Ta₈₈N₁₂-Doppelschichtfolie ist in Tabelle 13 dargestellt. Die letzte Zeile enthält Details der Referenzprobe. Die letzten beiden Zeilen enthalten Details zu den Referenzproben. Tabelle 13

Deckschicht FeTaN (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ'bei 0,5 GHz		µ'bei 1,0 GHz		µ'bei 1,5 GHz		f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
Deckschicht FeTaN (nm)	Untere Schicht TaN (nm)	µ'	tanδ	µ'	tanδ	µ'	tanδ	f_r (GHz)	Snoek-Produkt (×1012)
10	10	669	0.68	911	0.18	1538	0.29	2.03	1.36
15	15	714	0.49	1029	0.10	1814	0.25	1.99	1.42
20	20	832	0.38	975	0.15	1697	0.29	1.96	1.63
25	25	807	0.30	906	0.28	984	0.89	1.83	1.48
50	20 (FeNB)	1386	0.20	1581	0.14	2740	0.17	1.87	2.59
20 (FeN)	20	716	0.17	901	0.01	1939	0.32	2.13	1.53

Beispiel 8: Magnetische Permeabilität und Snoek-Produkt-Diagramm der FeN-basierten oder FeTaN-basierten Mehrschichtstruktur
Magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) und Snoek-Produkt-Diagramm der FeN-basierten Struktur
Unter Bezugnahme auf 25 sind die Diagramme der magnetischen Permeabilität bei 0,5 GHz des FeN-basierten Folie für den Einschichtfilm, den Doppelschichtfilm und die Dreischichtstruktur dargestellt. Die erhöhte magnetische Permeabilität um 1800 wurde in der doppelschichtigen Folie mit der 20~25 nm FeNB-Keimschicht beobachtet.
Mit Bezug auf 26 sind die Snoek-Produkt-Diagramme des FeN-basierten Folie für die Einschichtfolie, die Doppelschichtfolie und die Dreischichtfolie dargestellt. Das erhöhte Snoek-Produkt von etwa 2,0-3,5x1012 wurde in der doppelschichtigen Folie mit der 20~25 nm FeNB-Keimschicht beobachtet.
Magnetische Permeabilität (bei 0,5 GHz) und Snoek-Produkt-Diagramm der FeTaN-basierten Struktur
In 27 ist das Diagramm der magnetischen Permeabilität der FeTaN-basierten Folie für die Einschichtfolie, die Doppelschichtfolie und die Dreischichtfolie dargestellt. Die erhöhte magnetische Permeabilität um 1300 wurde in der doppelschichtigen Folie mit der 20~25 nm FeNB-Keimschicht beobachtet.
In 28 sind die Snoek-Produktdiagramme des FeTaN-basierten Films für die einschichtige Folie, die zweischichtige Folie und die dreischichtige Struktur dargestellt. Das erhöhte Snoek-Produkt von etwa 2,0x1012 wurde in der zweischichtigen Folie mit der 20~25 nm großen FeTaN- oder FeNB-Keimschicht beobachtet.
Im Folgenden werden einige Aspekte der mehrschichtigen Magnetfolie, Artikel, die diesen enthalten, und Verfahren zur Herstellung desselben beschrieben.
Aspekt 1: Eine mehrschichtige magnetischer Folie, umfassend ein Substrat; eine erste Magnetschicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die erste Magnetschicht Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10) umfasst, wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co oder eine Kombination davon ist; und eine zweite Magnetschicht, die auf der ersten Magnetschicht angeordnet ist, wobei die zweite Magnetschicht Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30) umfasst; wobei die mehrschichtige magnetische Folie über einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 10 GHz, vorzugsweise über einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 5 GHz, besonders bevorzugt über einen Frequenzbereich von 1 bis 5 GHz, eine magnetische Permeabilität von größer oder gleich 1800, vorzugsweise größer als 2000, besonders bevorzugt größer als 3000, oder 1800 bis 5000 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz, aufweist; einen magnetischen Verlusttangens von kleiner oder gleich 0.3, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1, oder 0,01 bis 0,3 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz; und eine Grenzfrequenz von größer oder gleich 1 GHz, größer oder gleich 1 GHz, oder größer oder gleich 2 GHz, vorzugsweise größer oder gleich 5 GHz, oder 1 bis 8 GHz.
Aspekt 2: Die mehrschichtige magnetische Folie von Aspekt 1, wobei das Substrat ein Glas, ein Polymer oder eine Keramik, vorzugsweise eine Keramik, umfasst.
Aspekt 3: Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, wobei die erste magnetische Schicht eine Dicke von 10 bis 100 Nanometer und die zweite magnetische Schicht eine Dicke von 10 bis 400 Nanometer aufweist.
Aspekt 4: Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Aspekte, ferner umfassend: eine zusätzliche erste Schicht, umfassend Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20), die auf der zweiten Schicht angeordnet ist; und eine zusätzliche zweite magnetische Schicht, umfassend Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30), die auf der zusätzlichen ersten magnetischen Schicht angeordnet ist.
Aspekt 5: Die mehrschichtige magnetische Folie nach Aspekt 4, mit weiteren zusätzlichen ersten und zweiten Magnetschichten, die abwechselnd auf der zusätzlichen zweiten Magnetschicht angeordnet sind.
Aspekt 6: Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der Aspekte 4 bis 5, wobei die erste magnetische Schicht und die zweite magnetische Schicht eine Gesamtdicke von 20 bis 500 Nanometern aufweisen.
Aspekt 7: Gegenstand, der die mehrschichtige Folie nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 6 umfasst, wobei der Gegenstand vorzugsweise ein Filter, ein Transformator, eine Induktivität, eine Antenne, ein elektronischer integrierter Schaltkreis-Chip oder eine elektromagnetische Abschirmvorrichtung ist.
Aspekt 8: Der Gegenstand von Aspekt 7, wobei der Gegenstand eine Komponente eines elektronischen Geräts ist, vorzugsweise eines Mobiltelefons, eines Desktop-Computers, eines Laptops, eines Notebooks, eines drahtlosen oder LAN-Netzwerks, einer Stromversorgung, eines Verstärkers, eines spannungsgesteuerten Oszillators, eines Schrumpfstromwandlers, besonders bevorzugt eines integrierten elektronischen Geräts.
Aspekt 9: Verfahren zur Bildung der mehrschichtigen magnetischen Folie nach einem oder mehreren der Aspekte 1 bis 6, wobei das Verfahren umfaßt: Abscheiden der ersten magnetischen Schicht auf einer Seite des Substrats; und Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der ersten magnetischen Schicht.
Aspekt 10: Das Verfahren nach Aspekt 9, wobei die Abscheidung das rf/DC-Sputtern, die Elektronenstrahlabscheidung oder eine Kombination davon umfasst.
Aspekt 11: Das Verfahren nach Aspekt 10, das ferner das Aufbringen einer zusätzlichen ersten Schicht auf einer der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite der zweiten Schicht umfasst.
Aspekt 12: Das Verfahren nach Aspekt 11, ferner umfassend das Abscheiden einer zusätzlichen zweiten Schicht auf einer der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite der zusätzlichen ersten Schicht.
Aspekt 13: Das Verfahren nach einem oder mehreren der Aspekte 9 bis 12, umfassend das Einstellen der Dicke jeder Schicht, um den magnetischen Verlusttangens des magnetischen Mehrschichtfilms, die magnetische Anisotropie der magnetischen Mehrschichtfolie oder beides einzustellen.
Aspekt 14: Eine mehrschichtige magnetische Folie, hergestellt nach dem Verfahren eines oder mehrerer der Aspekte 9 bis 13.
„Folie“, wie sie hier verwendet wird, umfasst planare Schichten, Platten und dergleichen sowie andere dreidimensionale, nicht planare Formen. Eine Schicht kann ferner makroskopisch kontinuierlich oder nicht kontinuierlich sein. Wie hierin verwendet, bedeuten „ein“, „ein“, „die“ und „mindestens ein“ keine Mengenbeschränkung und sollen sowohl den Singular als auch den Plural abdecken, es sei denn, aus dem Kontext geht eindeutig etwas anderes hervor. So hat z. B. „ein Element“ die gleiche Bedeutung wie „mindestens ein Element“, sofern aus dem Kontext nicht eindeutig etwas anderes hervorgeht. „Oder“ bedeutet „und/oder“. Die hier offengelegten Bereiche schließen den angegebenen Endpunkt ein und sind unabhängig voneinander kombinierbar. „Kombination“ schließt Blends, Mischungen, Legierungen, Reaktionsprodukte und dergleichen ein. Außerdem bedeutet „Kombination“, dass die Liste jedes Element einzeln, sowie Kombinationen von zwei oder mehr Elementen der Liste und Kombinationen von mindestens einem Element der Liste mit gleichartigen, nicht genannten Elementen umfasst. Die Begriffe „erstes“, „zweites“ usw. bezeichnen hier keine Reihenfolge, Menge oder Wichtigkeit, sondern werden verwendet, um ein Element von einem anderen zu unterscheiden. Während bestimmte Kombinationen von Merkmalen hier beschrieben wurden, wird man verstehen, dass diese bestimmten Kombinationen nur zur Veranschaulichung dienen und dass jede Kombination von jedem dieser Merkmale, explizit oder gleichwertig, entweder einzeln oder in Kombination mit jedem anderen der hier offengelegten Merkmale, in jeder Kombination und alle in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform verwendet werden können. Alle derartigen Kombinationen werden hier in Betracht gezogen und fallen in den Anwendungsbereich der Offenbarung. Sofern nicht anders angegeben, sind die Prüfnormen die neuesten zum Zeitpunkt der Einreichung.
Die Endpunkte aller Bereiche, die auf dieselbe Komponente oder Eigenschaft gerichtet sind, sind inklusive der Endpunkte, sind unabhängig kombinierbar und schließen alle Zwischenpunkte und Bereiche ein. Zum Beispiel sind Bereiche von „bis 25, oder 5 bis 20“ inklusive der Endpunkte und aller Zwischenwerte der Bereiche von „5 bis 25“ wie 10 bis 23, usw.
Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Erfindung gehört, gemeinhin verstanden wird. Alle zitierten Patente, Patentanmeldungen und sonstigen Referenzen sind hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit enthalten. Wenn jedoch ein Begriff in der vorliegenden Anmeldung einem Begriff in der einbezogenen Referenz widerspricht oder widerspricht, hat der Begriff aus der vorliegenden Anmeldung Vorrang vor dem widersprechenden Begriff aus der einbezogenen Referenz.
Obwohl die Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und Elemente durch gleichwertige ersetzt werden können, ohne dass der Umfang dieser Offenbarung verlassen wird. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehre anzupassen, ohne vom wesentlichen Umfang der Lehre abzuweichen. Es ist daher beabsichtigt, die Offenbarung nicht auf die besondere Ausführungsform zu beschränken, die als beste oder einzige Art der Ausführung dieser Offenbarung in Betracht gezogen wird, sondern dass die Offenbarung alle Ausführungsformen umfasst, die in den Anwendungsbereich der beigefügten Ansprüche fallen. Auch in den Zeichnungen und der Beschreibung wurden beispielhafte Ausführungsformen offenbart, und obwohl spezifische Begriffe verwendet werden können, werden sie, sofern nicht anders angegeben, nur in einem allgemeinen und beschreibenden Sinne und nicht zum Zwecke der Einschränkung verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/767553 [0001]

Claims

Eine mehrschichtige magnetischer Folie, umfassend: ein Substrat; eine erste magnetische Schicht, die auf dem Substrat angeordnet ist, wobei die erste magnetische Schicht Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20)M_(0-10) umfasst, wobei M Si, Ta, Zr, Ti, Co oder eine Kombination davon ist; und eine zweite Magnetschicht, die auf der ersten Magnetschicht angeordnet ist, wobei die zweite magnetische Schicht Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60-90)N_(1-10)Ta_(5-30) umfasst; wobei die mehrschichtige magnetische Folie über einen Frequenzbereich von 50 MHz bis 10 GHz, vorzugsweise über einen Frequenzbereich von 100 MHz bis 5 GHz, besonders bevorzugt über einen Frequenzbereich von 1 bis 5 GHz, aufweist, eine magnetische Permeabilität von größer oder gleich 1800, vorzugsweise größer oder gleich 2000, besonders bevorzugt größer oder gleich 3000 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz; einen magnetischen Verlusttangens von kleiner oder gleich 0,3, vorzugsweise kleiner oder gleich 0,1 über ein ausgewähltes Frequenzband im Frequenzbereich, vorzugsweise über ein Frequenzband von 1 bis 10 GHz; und einer Grenzfrequenz größer oder gleich 1 GHz, oder größer oder gleich 2 GHz, vorzugsweise größer oder gleich 5 GHz.
Die mehrschichtige magnetische Folie nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Glas, ein Polymer oder eine Keramik, vorzugsweise eine Keramik, umfasst.
Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste magnetische Schicht eine Dicke von 10 bis 100 Nanometern hat, und die zweite magnetische Schicht hat eine Dicke von 10 bis 400 Nanometern.
Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine zusätzliche erste Schicht, umfassend Fe_(50-80)N_(10-20)B_(1-20), die auf der zweiten Schicht angeordnet ist; und eine zusätzliche zweite magnetische Schicht, die Fe_(50-90)N_(10-50) oder Fe_(60- ₉₀)N_(1-10)Ta_(5-30) umfasst und auf der zusätzlichen ersten magnetischen Schicht angeordnet ist.
Die mehrschichtige magnetische Folie nach Anspruch 4, umfassend weitere zusätzliche erste und zweite magnetische Schichten, die abwechselnd auf der zusätzlichen zweiten magnetischen Schicht angeordnet sind.
Die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der Ansprüche 4 bis 5, wobei die erste magnetische Schicht und die zweite magnetische Schicht eine Gesamtdicke von 20 bis 500 Nanometern aufweisen.
Gegenstand, der die mehrschichtige magnetische Folie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 umfasst, wobei der Gegenstand vorzugsweise ein Filter, ein Transformator, eine Induktivität, eine Antenne, ein elektronischer integrierter Schaltungschip oder eine elektromagnetische Abschirmvorrichtung ist.
Gegenstand nach Anspruch 7, wobei der Gegenstand eine Komponente eines elektronischen Geräts ist, vorzugsweise eines Mobiltelefons, eines Desktop-Computers, eines Laptops, eines Notebooks, eines drahtlosen oder LAN-Netzwerks, eines Netzteils, eines Verstärkers, eines spannungsgesteuerten Oszillators, eines Schrumpfstromwandlers, besonders bevorzugt eines integrierten elektronischen Geräts.
Verfahren zur Herstellung der mehrschichtigen magnetischen Folie nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren umfasst: Abscheiden der ersten magnetischen Schicht auf einer Seite des Substrats; und Abscheiden der zweiten magnetischen Schicht auf einer dem Substrat gegenüberliegenden Seite der ersten Magnetschicht.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Abscheidung rf/DC-Sputtern, Elektronenstrahlabscheidung oder eine Kombination davon umfasst.
Verfahren nach Anspruch 10, ferner umfassend das Abscheiden einer zusätzlichen ersten Schicht auf einer der ersten Schicht gegenüberliegenden Seite der zweiten Schicht.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend das Abscheiden einer zusätzlichen zweiten Schicht auf einer der zweiten Schicht gegenüberliegenden Seite der zusätzlichen ersten Schicht.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, umfassend das Einstellen der Dicke jeder Schicht, um den magnetischen Verlusttangens des magnetischen Mehrschichtfilms, die magnetische Anisotropie der mehrschichtigen magnetischen Folie oder beides einzustellen.
Mehrschichtige magnetische Folie, hergestellt nach dem Verfahren eines oder mehrerer der Ansprüche 9 bis 13.