DE60110865T2

DE60110865T2 - Magnetmaterial mit maximum-komplex-permeabilität in quasi-mikrowellenbereich und herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE60110865T2
Application number: DE60110865T
Authority: DE
Inventors: Shigeyoshi Sendai-shi Yoshida; Hiroshi Sendai-shi Ono; Shinsuke Sendai-shi ANDOH; Wei-Dong Sendai-shi LI; Yutaka Shimada
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2000-01-24
Filing date: 2001-01-24
Publication date: 2006-04-27
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: CN1365502A; DE60110865D1; NO20014634D0; NO322311B1; MY128745A; EP1377150B1; NO20014634L; KR100749679B1; KR20020033602A; DE60129854T2; EP1166288B1; EP1166288A1; DE60129854D1; CN1190804C; EP1377150A1; US20030024605A1; WO2001054145A1; TW521283B; JP2001210518A

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf eine magnetische Substanz zur Benutzung bei der Unterdrückung oder Absorption eines Hochfrequenzrauschens in einem elektrischen und elektronischen Gerät und insbesondere auf solch eine magnetische Substanz, die zur Benutzung bei der Unterdrückung von elektromagnetischer Störbeeinflussung (EMI) angepasst ist, die in einem aktiven elektronischen Element, einer Hochfrequenzschaltungskomponente und einem hochfrequenten elektronischen Gerät verursacht wird.
Technischer Hintergrund
Es ist gut im Stand der Technik bekannt, dass ein zylindrischer Ferritkern auf einem elektrischen Leistungskabel zu einem elektronischen Gerät, zum Beispiel einem Computer so angebracht wird, dass ein Hochfrequenzrauschen daran gehindert wird, in oder aus dem Computer durch das elektrische Leistungskabel zu fließen. Der Ferritkern absorbiert den hochfrequenten Rauschstrom, der durch das Leistungskabel fließt. Der benutzte Ferritkern weist ein großes Volumen im Vergleich mit elektronischen Geräten auf, die rasch verkleinert worden sind, wobei die elektronische Schaltungskomponenten mit einer hohen Dichte vorgesehen sind.
Es ist im Stand der Technik auch gut bekannt, dass eine konzentrierte Konstantschaltung wie ein Entkopplungskondensator in einer Leistungsschaltungsleitung in dem elektronischen Gerät so eingebaut ist, dass unerwünschte Strahlung von der Leistungsleitung unterdrückt wird.
Es ist auch ein anderes Problem, das Hochfrequenzrauschen oft durch einen Halbleiter oder eine integrierte Schaltungsvorrich tung vom Hochgeschwindigkeitsbetriebstyp wie ein Direktzugriffsspeicher (RAM), ein Nur-Lese-Speicher (ROM), ein Mikroprozessor (MPU) eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) oder eine arithmetische Logikeinheit eines Bildverarbeitungsprozessors (IPALU) verursacht oder induziert wird, da ein elektrisches Signal in einer Hochgeschwindigkeitsschaltung darin mit schneller Änderung in dem Strom- und Spannungswert fließt.
Zusätzlich sind elektronische Geräte und Kabel mit einer hohen Dichte in elektronischen Geräten kleiner Größe vorgesehen. Daher sind jene Elemente und Leitungen sehr nahe zueinander und beeinflussen einander zum Verursachen der EMI.
Zum Unterdrücken des Hochfrequenzrauschens von jenen Halbleitervorrichtungen und der EMI in den elektronischen Geräten kleiner Größe kann der herkömmliche Ferritkern nicht benutzt werden, da er ein relativ großes Volumen aufweist.
Andererseits kann die Benutzung der konzentrierten Konstantschaltung nicht ausreichend das Hochfrequenzrauschen unterdrükken, das in der Schaltung verursacht wird, die elektronische Elemente des Hochgeschwindigkeitsbetriebstypes benutzt, da das Rauschen eine erhöhte Frequenz aufweist, so dass die Schaltungsleitung tatsächlich als eine verteilte Konstantschaltung wirkt.
Die JP 10-97 913 A offenbart eine komplexe magnetische Substanz mit einem relativ großen Kernverlust oder komplexer Permeabilität. Die komplexe magnetische Substanz ist benachbart zu einer Halbleitervorrichtung und/oder einer elektronischen Schaltungsvorrichtung vorgesehen und kann ein Hochfrequenzrauschen unterdrücken, das davon gestrahlt wird.
Es ist aus kürzlicher Forschung zu verstehen, dass die Benutzung der magnetischen Substanz mit der komplexen Permeabilität μ'' als ein effektiver Widerstand betrachtet wird, der zu der Schaltung hinzugefügt wird, die das Rauschen erzeugt, so dass das Rauschen abgeschwächt werden kann. Der effektive Widerstand hängt von der komplexen Permeabilität μ'' der benutzten magnetischen Substanz ab. Im einzelnen, angenommen dass die magnetische Substanz ein konstantes Gebiet aufweist, ist es sicher, dass der effektive Widerstand von der komplexen Permeabilität μ'' und der Dicke der magnetischen Substanz abhängt. Das bedeutet, dass die magnetische Substanz mit einer erhöhten komplexen Permeabilität einen Hochfrequenzrauschunterdrücker mit einem verringerten Volumen vorsehen kann, das heißt eine verringerte Größe der Fläche und Dicke, der innerhalb eines Gerätes kleiner Größe eingebaut werden kann.
Aus S. H. Han u.a.: "Soft magnetic properties of Fe-(Si₃N₄, Al₂O₃) thin films", IEEE transactions on magnetics, Bd. 32, Nr. 5, September 1996, Seiten 4409–4501, New York, US, ISSN 0018-9464 können die Verbindungen Fe-Si₃N₄ und Fe-Al₂O₃ entnommen werden, bei denen die Sättigungsmagnetisierung umgekehrt zu dem Logarithmus des spezifischen elektrischen Widerstandes abnimmt. Fe-Si₃N₄ weist einen spezifischen elektrischen Widerstand von ungefähr 800 μΩ-cm und eine Permeabilität bei 100 MHz von mehr als 400 auf.
Die EP 102 878 A offenbart die Verbindung T_aM_bX_cN_dO_e (T = Fe; M = Be, Mg oder Ca; X = Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta und/oder Lanthanoide), die eine Sättigungsflussdichte von nicht weniger als 0,8 T und einen spezifischen elektrischen Widerstand von nicht weniger als 80 μΩ-cm aufweist.
Die JP 10-270 246 A offenbart eine Verbindung Co_100-x-y-zFe_x-yM_yO_z, die ein anisotropes magnetisches Feld von 20 Oe oder mehr einen spezifischen Widerstand von 50 μΩ-cm oder mehr und eine Sättigungsflussdichte von 16 kG (1,6 T) oder mehr aufweist. Fe-Ta-N ist offenbart mit einem Maximum von μ'', wie in 11 davon gezeigt ist, Fe-Ta-N ist als ein Vergleichsbeispiel gezeigt mit einem Problem, das eine magnetische Resonanz verursacht ist.
Aus der EP 0 991 087 A2 , die Stand der Technik nach Art. 54(3) EPÜ bildet, kann ein weichmagnetischer Film entnommen werden, der zur Rauschunterdrückung benutzt werden kann. Es ist ein gesputterter Fe-Hf-Pt-N-Film mit einer Sättigungsmagnetisierung von 1,5 bis 1,6 T. Das Maximum der komplexen Permeabilität ist höher als 1 GHz.
Aus S. Yoshida u. a.: "Permeability and electromagneticinterference characteristics of Fe-Si-Al alloy flakes-polymer composite" in Journal of Applied Physics, New York, Bd. 85, Nr. 8, Teil 02A, 15. April 1999, Seiten 4636–4638 kann ein Unterdrücker entnommen werden mit einer magnetischen Zusammensetzung, die M, X und Y aufweist. Fe-Si-Al-Flocken sind offenbart, die eine oxidierte Oberfläche aufweisen. Die magnetische Substanz wird durch Variieren der Zerreibzeit optimiert.
Die Erfindung bezieht sich auf die Verwendung einer magnetischen Substanz zur Unterdrückung eines Hochfrequenzrauschens, wie sie in Anspruch 1 beansprucht ist.
Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüche definiert.
Detaillierte Beschreibung
Als eine einer magnetischen Substanz mit einem niedrigen Kernverlust und einer hohen Sättigungsmagnetisierung ist eine magnetische M-X-Y-Zusammensetzung (M: magnetisches metallisches Element, Y: O, N oder F, X: Element oder Elemente ungleich M und Y) im Stand der Technik bekannt, die hauptsächlich durch das Sputterverfahren oder das Dampfabscheidungsverfahren erzeugt wird und eine granulöse Struktur aufweist, bei der metallische magnetische Partikel aus M in einer nichtmagnetischen Matrix (X und Y) wie Keramiken verteilt sind.
Während des Suchens von feinen Strukturen der magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung mit der hervorragenden Permeabilität fanden die gegenwärtigen Miterfinder heraus, dass die hohe Sättigungsmagnetisierung in einem Bereich hoher Konzentration von M realisiert werden kann, bei dem die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Sättigungsmagnetisierung von 80% oder mehr von der einer metallischen Masse aus magnetischen Material, die nur M allein aufweist, aufweist.
Die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung weist einen niedrigen spezifischen Widerstand auf. Wenn sie daher in einem Teil gebildet ist, das relativ dick ist, das in einem Hochfrequenzbereich benutzt wird, ermöglicht das Teil, das Wirbelströme darin fließen. Als Resultat wird das Teil in der Permeabilität verringert. Daher kann die herkömmliche magnetische M-X-Y-Zusammensetzung mit der hohen Sättigungsmagnetisierung nicht für ein Teil benutzt werden, das eine vergrößerte Dicke aufweist.
Die gegenwärtigen Erfinder fanden weiter heraus, dass die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung mit einer verringerten Konzentration von M eine vergrößerte komplexe Permeabilität μ'' in einem Hochfrequenzbereich aufweist. In einem verringerten Konzentrationsbereich von M, bei dem die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Sättigungsmagnetisierung von 60 bis 80% der metallischen Masse von magnetischen Materialien mit M allein aufweist, weist die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung einen relativ hohen spezifischen Widerstand von ungefähr 100 μΩ × cm oder mehr auf. Wenn daher ein Teil mit einer relativen Dicke von einigen Mikrometern (μm) aus der Zusammensetzung mit der verringerten Konzentration von M gebildet wird, zeigt es einen verringerten Verlust aufgrund des Wirbelstromes. Der Kernverlust oder die komplexe Permeabilität ist ein Verlust aufgrund der natürlichen Resonanz. Daher ist die Verteilung der komplexen Permeabilität auf einer Frequenzachse schmal. Das bedeutet, dass die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung mit der verringerten Konzentration von M nützlich zur Unterdrückung des Rauschens innerhalb eines schmalen Frequenzbereiches ist.
Bei einer weiter verringerten Konzentration von M, bei der die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Sättigungsmagnetisierung von 35 bis 60% der der metallischen Masse des magnetischen Materiales mit M allein aufweist, weist die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung einen höheren spezifischen Widerstand von ungefähr 500 μΩ × cm oder mehr auf. Daher kann der Verlust aufgrund des Wirbelstroms weiter in einem Teil verringert werden, der aus der Zusammensetzung hergestellt ist und eine relative Dicke wie einige Mikrometer (μm) aufweist. Der gegenseitige Magneteffekt zwischen den M-Partikeln wird klein, so dass die Spinheizfluktuation groß wird zum Verursachen der Fluktuation der Frequenz, bei der die natürliche Resonanz die komplexe Permeabilität erzeugt. Daher weist die komplexe Permeabilität μ'' einen relativ großen Wert über einen breiten Frequenzbereich auf. Das bedeutet, dass die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung mit der weiter verringerten Konzentration von M nützlich ist zum Unterdrücken von Rauschen innerhalb eines breiten Frequenzbereiches.
Bei einer weiter verringerten Konzentration von M beeinflussen die Partikel von M magnetisch nicht einander, so dass die M-X-Y-Zusammensetzung den Superparamagnetismus zeigt.
Bei dem Entwurf eines Teiles, das aus magnetischer Substanz hergestellt ist, das benachbart zu einer elektronischen Schaltung vorzusehen ist, so dass ein Hochfrequenzrauschen unterdrückt wird, wird ein Wert eines Produktes (μ'' × δ) der komplexen Permeabilität μ'' und einer Dicke δ der magnetischen Substanz betrachtet. Allgemein wird (μ'' × δ) ≥ 100 μm benötigt zum effektiven Unterdrücken von Hochfrequenzrauschen von hunderten Megahertz (MHz). Wenn die benutzte magnetische Zusammensetzung die komplexe Permeabilität von ungefähr 1000 (μ'' = 1000) aufweist, muss der Rauschunterdrücker eine Dicke von 1 Mikrometer (μm) oder mehr aufweisen. Daher ist die Zusammensetzung mit einem niedrigen spezifischen Widerstand nicht gewünscht, da der Wirbelstrom leicht erzeugt wird, sondern es wird gewünscht, einen vergrößerten spezifischen Widerstand wie 100 μ × Ω × cm oder mehr zu haben.
In dem obigen Gesichtspunkt wird von der M-X-Y-Zusammensetzung, die für den Rauschunterdrücker benutzt wird, gewünscht, dass er eine verringerte Konzentration von M aufweist, wobei die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Sättigungsmagnetisierung von 35 bis 80% der der metallischen Masse des magnetischen Materiales aufweist, das nur M allein aufweist.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Ansicht, die granulöse Struktur der magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung zeigt;
2A ist eine schematische Schnittansicht, die eine Struktur eines Sputtergerätes zeigt, das in Beispielen benutzt wurde;
2B ist eine schematische Schnittansicht, die eine Struktur eines Dampfabscheidegerätes zeigt, das in Beispielen benutzt wurde;
3 ist eine grafische Ansicht, die eine Frequenzantwort einer komplexen Permeabilität der Filmprobe 1 in Beispiel 1 zeigt;
4 ist eine grafische Ansicht, die eine Frequenzantwort einer komplexen Permeabilität der Filmprobe 2 in Beispiel 2 zeigt;
5 ist eine grafische Ansicht, die eine Frequenzantwort einer komplexen Permeabilität einer Vergleichsprobe 1 in Vergleichsbeispiel 1 zeigt;
6 ist eine schematische und perspektivische Ansicht eines Testgerätes zum Testen eines Rauschunterdrückungseffektes von magnetischen Proben;
7A ist eine grafische Ansicht, die eine Transmissionseigenschaft der Filmprobe 1 zeigt;
7B ist eine grafische Ansicht, die eine Transmissionseigenschaft einer Vergleichsprobe einer magnetischen Kompositmaterialplatte zeigt;
8A ist eine Verteilungskonstantschaltung mit einer Länge l, die ein magnetisches Material als ein Rauschunterdrücker zeigt;
8B ist eine Äquivalentschaltung mit einer Einheitslänge Δl der Verteilungskonstantschaltung von 8A;
8C ist eine Äquivalentschaltung mit einer Länge l der Verteilerkonstantschaltung von 8A;
9A ist eine grafische Ansicht, die eine Frequenzantwort eines Äquivalentwiderstandes R der Filmprobe 1 in Beispiel 1 zeigt; und
9B ist eine grafische Ansicht, die eine Frequenzantwort eines Äquivalentwiderstandes R einer Vergleichsprobe einer magnetischen Kompositmaterialplatte zeigt.
Ausführungsformen der Erfindung
Zuerst wird eine Beschreibung bezüglich einer granulösen Struktur und von Herstellungsverfahren einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung gegeben.
Bezugnehmend auf 1, die schematisch die granulöse Struktur der magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung zeigt, Partikel 11 des magnetischen metallischen Materiales M sind gleichförmig in einer Matrix 12 verteilt, die aus X und Y besteht.
Bezugnehmend auf 2A, ein darin gezeigtes Sputtergerät wurde zum Erzeugen von Proben in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen benutzt. Das Sputtergerät weist eine herkömmliche Struktur auf und weist einen Vakuumbehälter 20, einen Verschluss 21, eine Atmosphärengasquelle 22, eine Substrat- oder Glasplatte 23, Chips 24 (X oder X-Y), ein Target 25 (M) und eine RF-Leistungsquelle und eine Vakuumpumpe 27 auf. Die Atmosphärengasquelle 22 und die Vakuumpumpe 27 sind mit dem Vakuumbehälter 20 verbunden. Das Substrat 23 ist dem Target 25 gegenüber, auf dem die Chips 24 vorgesehen sind. Der Verschluss 21 ist vor dem Substrat 23 vorgesehen. Die RF-Leistungsquelle 26 ist mit dem Target 25 verbunden.
Bezugnehmend auf 2B, ein darin gezeigtes Dampfabscheidungsgerät wurde ebenfalls als ein anderes Gerät zum Erzeugen von Proben in den folgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen benutzt. Das Dampfabscheidungsgerät weist eine herkömmliche Struktur auf und weist einen Vakuumbehälter 20, eine Atmosphärengasquelle 22 und eine Vakuumpumpe 27 ähnlich zu dem Sputtergerät auf, hat aber einen Tiegel 28 mit Materialien (X-Y) anstelle der Chips 24, des Targets 25 und der RF-Leistungsquelle 26.
Beispiel 1
Ein dünner Film einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer Sputterbedingung hergestellt, die in Tabelle 1 gezeigt ist.
Tabelle 1
Die erzeugte Filmprobe wurde durch eine fluoreszente Röntgenspektroskopie analysiert und als ein Film einer Zusammensetzung von Fe₇₂Al₁₁O₁₇ bestätigt. Die Filmprobe 1 hatte eine Dicke von 2,0 Mikrometer (μm), einen spezifischen Gleichstromwiderstand von 520 Mikroohmzentimeter (μΩ × cm), ein anisotropes Feld (Hk) von 1433 A/m (18 Oe) und eine Sättigungsmagnetisierung (Ms) von 1,68 T (168000 Gauß).
Ein Prozentverhältnis der Sättigungsmagnetisierung der Filmprobe 1 und der des metallischen Materiales M selbst {Ms(M-X-Y)/Ms(M)} × 100 betrug 72,2%.
Zum Messen einer Permeabilitätsfrequenzantwort wurde die Filmprobe 1 in eine bandartige Form gebildet und in eine Spule eingeführt. Unter Anlegung eines Vorspannungsmagnetfeldes wurde eine Impedanzvariation der Spule als Reaktion auf eine Frequenzänderung des an die Spule angelegten Wechselstromes gemessen. Die Messung wurde mehrere Male für verschiedene Werte des Vorspannungsmagnetfeldes durchgeführt. Aus der gemessenen Impedanzvariation als Antwort auf die Frequenzvariation wurde die komplexe Permeabilitätsfrequenzantwort (μ''-f-Antwort) berechnet und ist in 3 gezeigt. Aus 3 ist zu bemerken, dass die komplexe Permeabilität eine hohe Spitze oder den maximalen Wert (μ''_max) aufweist und schnell zu beiden Seiten der Spitze abfällt. Die natürliche Resonanzfrequenz (f(μ''_max)), die den maximalen Wert (μ''_max) zeigt, beträgt ungefähr 700 MHz. Aus der μ''-f-Antwort wurde eine relative Bandbreite bwr als ein Prozentverhältnis der Bandbreite zwischen zwei Frequenzpunkten bestimmt, die die komplexe Permeabilität als einen Halbwert μ''₅₀ des Maximums μ''_max zeigt, zu der Zentralfrequenz der Bandbreite bestimmt. Die relative Bandbreite bwr betrug 148%.
Beispiel 2
Unter einer Bedingung ähnlich zu der in Beispiel 1 aber unter Benutzung von 150 Al₂O₃-Chips wurde eine Filmprobe 2 auf einer Glasplatte gebildet.
Die erzeugte Filmprobe 2 wurde analysiert durch eine fluoreszente Röntgenstrahlspektroskopie und als ein Film der Zusammensetzung Fe₄₄Al₂₂O₃₄ bestätigt. Die Filmprobe 2 hatte eine Dicke von 1,2 Mikrometer (μm), einen spezifischen Gleichstromwiderstand von 2400 Mikroohmzentimeter (μΩ × cm), ein anisotropes Feld (Hk) von 9550 A/m (120 Oe) und eine Sättigungsmagnetisierung (Ms) von 0,96 T (9600 Gauß). Es wird angemerkt, dass die Filmprobe 2 im spezifischen Widerstand höher ist als die Filmprobe 1.
Ein Prozentverhältnis der Sättigungsmagnetisierung der Filmprobe 2 und der des metallischen Materiales M selbst {Ms(M-X-Y)/Ms(M)} × 100 betrug 44,5%.
Die μ''-f-Antwort der Filmprobe 2 wurde ebenfalls auf ähnliche weise wie in Beispiel 1 erhalten und ist in 4 gezeigt. Es wird angemerkt, dass die Spitze ebenfalls einen hohen Wert ähnlich zu der in der Filmprobe 1 aufweist. Der Frequenzpunkt an der Spitze oder die natürliche Resonanzfrequenz beträgt ungefähr 1 GHz, und die komplexe Permeabilität fällt allmählich zu beiden Seiten der Spitze so ab, dass die μ''-f-Antwort eine Breitbandeigenschaft aufweist.
Eine relative Bandbreite bwr der Filmprobe 2 wurde ebenfalls als 181% durch ähnliche Weise wie in Beispiel 1 bestätigt.
Vergleichsbeispiel 1
Unter einer Bedingung ähnlich zu der in Beispiel 1 aber unter Benutzung von 90 Al₂O₃-Chips wurde ein Vergleichsbeispiel 1 auf einer Glasplatte gebildet.
Das erzeugte Vergleichsbeispiel wurde analysiert durch eine fluoreszente Röntgenstrahlspektroskopie und als ein Film der Zusammensetzung Fe₈₆Al₆O₈ bestätigt. Das Vergleichsbeispiel wies eine Dicke von 1,2 Mikrometer (μm), einen spezifischen Gleichstromwiderstand von 74 Mikroohmzentimeter (μΩ × cm), ein anisotropes Feld (Hk) von 1751 A/m (22 Oe), eine Sättigungsmagnetisierung (Ms) von 1,88 T (18800 Gauß) und 85,7%, ein Prozentverhältnis der Sättigungsmagnetisierung des Vergleichsbeispieles 1 und die des metallischen Materiales M selbst {Ms(M-X-Y)/Ms(M)} × 100 betrug 44,5%.
Die μ''-f-Antwort des Vergleichsbeispieles 1 wurde ebenfalls auf eine Weise ähnlich wie im Beispiel 1 erhalten und ist in 5 gezeigt. Es ist aus 5 zu bemerken, dass die komplexe Permeabilität μ'' des Vergleichsbeispieles 1 eine hohe Spitze bei einer Frequenz von ungefähr 10 MHz aufweist aber schnell an dem höheren Frequenzbereich als 10 MHz abnimmt. Es kann angenommen werden, dass diese Abnahme durch die Erzeugung von Wirbelstrom aufgrund des niedrigeren spezifischen Widerstandes verursacht wird.
Vergleichsbeispiel 2
Unter einer Bedingung ähnlich zu der in Beispiel 1 aber unter Benutzung von 200 Al₂O₃-Chips wurde ein Vergleichsbeispiel 2 auf einer Glasplatte gebildet.
Das erzeugte Vergleichsbeispiel 2 wurde durch eine fluoreszente Röntgenstrahlspektroskopie analysiert und als ein Film der Zusammensetzung Fe₁₉Al₃₄O₄₇ bestätigt. Das Vergleichsbeispiel 2 hatte eine Dicke von 1,3 Mikrometer (μm), einen spezifischen Gleichstromwiderstand von 105000 Mikroohmzentimeter (μΩ × cm).
Die magnetische Eigenschaft des Vergleichsbeispieles 1 zeigte Superparamagnetismus.
Beispiel 4
Eine magnetische Dünnfilm-M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch das reaktive Sputterverfahren unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 2 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Partialdruck von N₂ betrug 20%. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden in Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt, und eine Filmprobe 4 erhalten.
Tabelle 2
Die Eigenschaften der Filmprobe 4 sind in Tabelle 3 gezeigt.
Tabelle 3
Beispiel 5
Ein dünner Film aus einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 4 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 5 erhalten.
Tabelle 4
Die Eigenschaften der Filmprobe 5 sind in Tabelle 5 gezeigt.
Tabelle 5
Beispiel 6 (Vergleich)
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch das reaktive Sputterverfahren unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 6 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Das Partialdruckverhältnis von N₂ betrug 10%. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden in Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 6 erhalten.
Tabelle 6
Die Eigenschaften der Filmprobe 6 sind in Tabelle 7 gezeigt.
Tabelle 7
Beispiel 7
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 8 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 7 erhalten.
Tabelle 8
Die Eigenschaften der Filmprobe 7 sind in Tabelle 9 gezeigt.
Tabelle 9
Beispiel 8
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch das reaktive Sputterverfahren unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 10 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Das Partial druckverhältnis von N₂ betrug 10%. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 8 erhalten.
Tabelle 10
Die Eigenschaften der Filmprobe 10 sind in Tabelle 11 gezeigt.
Tabelle 11
Beispiel 9
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch Benutzen des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 12 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 9 erhalten.
Tabelle 12
Die Eigenschaften der Filmprobe 9 sind in Tabelle 13 gezeigt.
Tabelle 13
Beispiel 10
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch das reaktive Sputterverfahren unter Benutzung des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 14 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Das Partialdruckverhältnis von O₂ betrug 15%. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 10 erhalten.
Tabelle 14
Die Eigenschaften der Filmprobe 10 sind in Tabelle 15 gezeigt.
Tabelle 15
Beispiel 11
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch Benutzen des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 16 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 11 erhalten.
Tabelle 16
Die Eigenschaften der Filmprobe 11 sind in Tabelle 17 gezeigt.
Tabelle 17
Beispiel 12
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch Benutzen des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 18 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 12 erhalten.
Tabelle 18
Die Eigenschaften der Filmprobe 12 sind in Tabelle 19 gezeigt.
Tabelle 19
Beispiel 13
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch Benutzen des in 2A gezeigten Sputtergerätes unter einer in Tabelle 20 gezeigten Sputterbedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 13 erhalten.
Tabelle 20
Die Eigenschaften der Filmprobe 13 sind in Tabelle 21 gezeigt.
Tabelle 21
Beispiel 14
Ein Dünnfilm einer magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung wurde auf einer Glasplatte durch Benutzen des in 2B gezeigten Dampfabscheidungsgerätes unter einer in Tabelle 22 gezeigten Bedingung hergestellt. Der Dünnfilm wurde bei einer Temperatur von 300°C während zwei Stunden im Vakuum unter Magnetfeld wärmebehandelt und eine Filmprobe 14 erhalten.
Tabelle 22
Die Eigenschaften der Filmprobe 14 sind in Tabelle 23 gezeigt.
Tabelle 23
Jetzt wird die Beschreibung bezüglich der Tests gegeben, die sich auf den Rauschunterdrückungseffekt der Probenfilme und der Vergleichsproben beziehen, in dem ein in 6 gezeigtes Testgerät benutzt wurde.
Ein Teststück war die Filmprobe 1 mit den Abmessungen von 20 mm × 20 mm × 2,0 μm. zum Vergleich ein Blatt eines bekannten magnetischen Kompositmateriales mit Abmessungen von 20 mm × 20 mm × 1,0 mm. Das magnetische Kompositmaterial mit Polymer und flachem magnetischen Metallpulver, das in dem Polymer verteilt ist. Das magnetische Metallpulver weist Fe, Al und Si auf. Das magnetische Kompositmaterial weist eine komplexe Permeabilitätsverteilung in einem Quasi-Mikrowellenbereich auf und weist den Maximalwert der komplexen Permeabilität bei einer Frequenz von ungefähr 700 MHz auf. Tabelle 24 zeigt die magnetischen Eigenschaften von sowohl dem Teststück als auch Vergleichsteststück.
Tabelle 24
Wie aus der Tabelle 24 zu sehen ist, ist die Filmprobe 1 ungefähr 600 mal größer als das Vergleichsteststück in dem Maximalwert der komplexen Permeabilität. Da der Rauschunterdrückungseffekt allgemein aus einem Wert eines Produktes (μ''_max × δ) der maximalen komplexen Permeabilität μ''_max und der Dicke des Stükkes δ abgeleitet wird, war die Dicke des Vergleichsteststückes der magnetischen Kompositmaterialplatte zu 1 mm gewählt, sodass beide Teststücke die ähnlichen Werte von (μ''_max × δ) hatten.
Bezugnehmend auf 6, das Testgerät weist eine Mikrostreifenleitung 61 mit zwei Ports, Koaxialkabel 62, die mit den Ports verbunden sind, und einen Netzwerkanalysator (nicht gezeigt), der über die zwei Ports verbunden ist, auf. Die Mikrostreifenleitung 61 weist eine Leitungslänge von 75 mm und eine charakteristische Impedanz von 50 Ohm auf. Das Teststück 63 war an einem Bereich 64 auf der Mikrostreifenleitung 61 vorgesehen, und die Transmissionseigenschaft S21 wurde gemessen. Die Frequenzantwort von S21 sind in 7A und 7B für die Filmprobe 1 bzw. die Vergleichsprobe gezeigt.
In Bezug auf die Benutzung der Filmprobe 1 ist aus 7A zu bemerken, dass sich S21 oberhalb von 100 MHz verringert, so dass es ein Minimum von –10 dB bei einer Frequenz von 2 GHz wird und dann oberhalb 2 GHz zunimmt. Andererseits ist in Bezug auf die Benutzung der Vergleichsprobe von 7B zu bemerken, dass S21 allmählich abnimmt und das Minimum von –10 dB bei einer Frequenz von 3 GHz wird.
Diese Resultate demonstrieren, dass S21 von der Frequenzverteilung der komplexen Permeabilität abhängt und dass der Rauschunterdrückungseffekt von dem Produkt (μ''_max × δ) abhängt.
Nun sei angenommen, dass die Magnetprobe eine Verteilungskonstantschaltung mit einer Länge L bildet, wie in 8A gezeigt ist, eine Äquivalenzschaltung wurde für eine Einheitslänge Δl aus Transmissionseigenschaften S11 und S21 berechnet, wie in 8B gezeigt ist. Dann wurde die Äquivalentschaltung für die Länge l aus der Äquivalentschaltung für die Einheitslänge Δl erhalten, wie in Figur SC gezeigt ist. Die Äquivalentschaltung der Magnetprobe weist in Reihe eine Induktivität L und einen Widerstand R und parallel eine Kapazität C und eine Konduktanz G auf, wie in 8C gezeigt ist. Hieraus ist zu verstehen, dass die Änderung der Transmissionseigenschaft der Mikrostreifenleitung, die aufgrund des Vorsehens der Magnetsubstanz auf der Mikrostreifenleitung verursacht wird, hauptsächlich durch den Äquivalentwiderstand R bestimmt ist, der in Reihe hinzugefügt ist.
In Hinblick auf das obige wurde eine Frequenzantwort des Äquivalentwiderstandes R gemessen. Die gemessenen Daten wurden in 9A und 9B für die Filmprobe 1 bzw. die Vergleichsprobe gezeigt. Es ist aus diesen Figuren zu bemerken, dass sich der Äquivalentwiderstand R allmählich in dem Quasi-Mikrowellenbereich verringert und ungefähr 60 Ohm oberhalb von 3 GHz ist. Es ist zu sehen, dass die Frequenzabhängigkeit des Äquivalentwiderstandes R sich von der komplexen Permeabilität unterscheidet, die den maximalen Wert bei ungefähr 1 GHz aufweist. Es ist anzunehmen, dass diese Differenz auf der allmählichen Zunahme eines Verhältnisses des Produktes und der Probenlänge zu der Wellenlänge beruht.
Herstellungsverfahren der Magnetsubstanz dieser Erfindung ist als das Sputterverfahren und das Dampfabscheidungsverfahren beschrieben, aber sie beschränken nicht das Herstellungsverfahren. Ein anderes Filmerzeugungsverfahren wie Ionenstrahlabscheidungsverfahren und Gasabscheidungsverfahren können zur Erzeugung der Magnetsubstanz der vorliegenden Erfindung benutzt werden, wenn sie gleichmäßig die Magnetsubstanz der vorliegenden Erfindung erzeugen können. Weiterhin ist die Wärmebehandlung nach der Filmerzeugung nicht notwendig, wenn der Film, wie er hergestellt worden ist, ausreichende Eigenschaft aufweist.
Industrielle Anwendbarkeit
Gemäß der vorliegenden Erfindung die magnetische Substanz mit einer höheren komplexen Permeabilität in einer hohen Frequenz wie ein Quasi-Mikrowellenbereich. Daher kann die magnetische Substanz gemäß der vorliegenden Erfindung einen Rauschunterdrücker vorsehen, der in den klein bemessenen elektronischen Schaltungselementen und elektronischen Geräten nützlich ist.

Claims

Verwendung einer magnetischen Substanz zur Unterdrückung eines Hochfrequenzrauschens eines elektrischen und elektromagnetischen Gerätes, wobei die magnetische Substanz eine magnetischen Zusammensetzung aufweist, worin M ein metallisches magnetisches Material ist, das aus mindestens einem von Fe, Co und Ni besteht, Y mindestens eines von F, N und O ist und X ein Element oder Elemente ungleich M und Y ist, worin die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Sättigungsmagnetisierung von 35–80% der einer metallischen Masse von magnetischem Material aufweist, das M allein aufweist, wobei die magnetische Zusammensetzung das maximale μ''_max komplexer Permeabilität μ'' in einem Frequenzbereich von 0,1–10 Gigahertz (GHz) aufweist, worin das metallische magnetische Material M als granulöse Körnchen in einer Matrixzusammensetzung, die aus X und Y besteht, verteilt ist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 1, bei der die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung eine Konzentration von M so aufweist, daß die magnetische M-X-Y-Zusammensetzung die zuvor erwähnte Sättigungsmagnetisierung aufweist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 1 oder 2, bei der die magnetische Substanz eine komplexe Permeabilitätsfrequenzantwort eines Frequenzbandes aufweist, wobei die relative Bandbreite bwr 200% oder weniger ist, die relative Bandbreite bwr als ein Prozentverhältnis der Bandbreite zwischen zwei Frequenzpunkten bestimmt ist, die die komplexe Permeabilität als einen Halbwert μ''₅₀ des maximalen μ''_max zu der Zentralfrequenz der Bandbreite zeigt.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 3, bei der die magnetische Sättigung der magnetischen M-X-Y-Zusammensetzung 60–80% der metallischen Masse des magnetischen Materials, das M alleine aufweist, beträgt.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 3 oder 4, bei der die magnetische Substanz einen spezifischen Gleichstromwiderstand von 100–700 μΩ × cm aufweist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 1 oder 2, bei der die magnetische Substanz eine komplexe Permeabilitätsfrequenzantwort eines Frequenzbandes aufweist, wobei eine relative Bandbreite bwr 148% oder mehr ist, die relative Bandbreite bwr als ein Prozentverhältnis der Bandbreite zwischen zwei Frequenzpunkten bestimmt ist, die die komplexe Permeabilität als einen Halbwert μ''₅₀ des maximalen μ''_max der Zentralfrequenz der Bandbreite zeigt.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der X mindestens eines von C, Bi, Si, Al, Mg, Ti, Zn, Hf, Sr, Nb, Ta und ein Seltenerdmetall aufweist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach Anspruch 1, bei der die granulösen Körnchen eine mittlere Körnchengröße von 1–40 nm aufweisen.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der die magnetische Zusammensetzung ein anisotropes Feld von 47.746 A/m (600 Oe) oder weniger aufweist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die magnetische Zusammensetzung eine Zusammensetzung ist, die durch eine Formel von Fe_α-Al_β-Oy dargestellt ist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die magnetische Zusammensetzung eine Zusammensetzung ist, die durch eine Formel von Fe_α-Si_β-O_γ dargestellt ist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die magnetische Substanz ein dünner Film ist, der durch einen Sputter-Prozeß erhältlich ist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 11, bei der die magnetische Substanz ein dünner Film ist, der durch einen Dampfabscheidungsprozeß erhältlich ist.
Verwendung der magnetischen Substanz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei der die magnetische Substanz eine Platte mit einer Dicke von 0,3–20 μm ist.