DE69805247T2

DE69805247T2 - Anordnung, enthaltend ein induktives Element mit einem magnetischen dünnen Film

Info

Publication number: DE69805247T2
Application number: DE69805247T
Authority: DE
Inventors: Vladislav Korenivski; Robert Bruce Van Dover
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1997-07-30
Filing date: 1998-07-21
Publication date: 2002-10-24
Anticipated expiration: 2018-07-22
Also published as: DE69805247D1; EP0895256B1; US5847634A; EP0895256A1; JP3538326B2; JPH11135326A

Description

Gebiet der Erfindung

Dieses Erfindung betrifft Dünnfilm-Drosseln, und insbesondere Gegenstände, welche für den Hochfrequenzeinsatz geeignete Dünnfilm-Drosseln aufweisen.

Hintergrund

Drosseln sind wichtige Bauteile für viele Hochfrequenz-(HF)- Systeme. Eine wichtige Anwendung von Drosseln ist in mobilen Kommunikationssystemen. In diesen und anderen Anwendungen wäre es erwünscht, wenn man in der Lage wäre, die Drossel optional zusammen mit weiteren passiven Komponenten, wie z. B. einem Kondensator auf einem Halbleiterchip auszubilden, welcher auch eine integrierte Schaltung aufweist. Da die "Nutzfläche" auf einem IC-Chip sehr teuer ist, ist es natürlich hoch erwünscht, daß das induktive Element eine hohe Induktivität pro Flächeneinheit aufweist.
Es ist allgemein bekannt, daß die Induktivität eines stromführenden Leiters erhöht wird, wenn ein Material mit hoher Permeabilität in der Nähe des Leiters angeordnet ist. Somit finden sich induktive Elemente, welche einen planaren Leiter (z. B. einen spiralförmigen Leiter), eingeschlossen in einem magnetischen Material oder als Schicht zwischen magnetischen Material aufweisen, in dem Stand der Technik. Siehe beispielsweise M. Yamaguchi et al., IEEE Transactions of Magnetics, Vol. 28 (5) September 1992, p. 3015.
Der Einschluß eines spiralförmigen Leiters zwischen magnetischen Schichten kann zu einer erheblich erhöhten Induktivität führen. Diese Kombination weist jedoch auch Nachteile auf. Beispielsweise ist es schwierig, die magnetischen Schichten so vorzumagnetisieren, daß sie in nur einem Domänenzustand gehalten werden. Ferner induziert die große, außerhalb der Ebene liegende Komponente des HF-Feldes unvermeidlich große Wirbelströme in der Ebene in einem metallischen Magnetfilm. Weiterhin muß zur Erzielung einer signifikant vergrößerten Induktivität die Dicke der magnetischen Filme mit den seitlichen Abmessungen der Spirale, d. h. typischerweise 0,1 bis 1 mm, vergleichbar sein.
Angesichts der Wichtigkeit planarer induktiver Elemente, welche eine relativ hohe Induktivität pro Flächeneinheit aufweisen, wäre es wünschenswert, über Leiter zu verfügen, welche eine hohe Selbstinduktivität aufweisen. Derartige Leiter könnten in jeder gewünschten Konfiguration, z. B. geradlinig, mäanderförmig oder spiralförmig verwendet werden. Diese Anmeldung offenbart derartige Leiter.
M. Senda et al., Review of Scientific Instrument, Vol. 64(4), April 1993 p. 1034, offenbart ein Beispiel eines Gegenstandes, welcher unter dem Oberbegriff des Anspruchs 1 fällt.
M. Senda et al., IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 30, 1994, p. 155, berichtet über Messungen der Hochfrequenzmagnetischen Eigenschaften von CoFe/SiO&sub2;-Mehrlagenfilmen. Die Probengeometrie war im wesentlichen wie vorstehend beschrieben. Siehe Fig. 1 der vorgenannten Literaturangabe. Die am 04. April 1974 offengelegte deutsche Patentanmeldung Nr. 2,343,539 offenbart eine Dünnfilm-Drossel, welche einen langgestreckten Leiter eingeschlossen zwischen zwei dielektrischen Schichten aufweist, wobei die sich ergebende dielektrische/metallische/dielektrische Sandwichstruktur von magnetischem Material umgeben ist. Siehe beispielsweise Fig. 3 und 4.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Gegenstand gemäß Definition nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Die Erfindung besteht aus einem induktiven Element mit einem Aufbau, welcher so gewählt ist, daß er verbesserte Eigenschaften ergibt, einschließlich einer hohen Induktivität pro Längeneinheit bei einer Betriebsfrequenz f&sub0; in dem Betriebsbereich von 0,1 GHz.
Insbesondere ist die Ausführungsform beispielsweise ein IC- Chip mit integrierten passiven Komponenten der ein Substrat (z. B. einem Si-Chip) mit einer Hauptoberfläche mit einem induktiven Element darauf aufweist, wobei das induktive Element einen länglichen Leiter aufweist, (z. B. einen Cu- oder Al-Streifen), eine Vielzahl beabstandeter unterer Magnetstreifen (welche im allgemeinen so ausgerichtet sind, daß die Länge eines gegebenen Streifens parallel zu der Achse des länglichen Leiters verläuft), die auf der Hauptoberfläche angeordnet sind, und eine entsprechende Vielzahl beabstandeter oberer Magnetstreifen (welche im allgemeinen wie die unteren Magnetstreifen angeordnet sind), wobei der längliche Leiter zwischen den oberen und unteren Magnetstreifen angeordnet ist. Die Magnetstreifen weisen typischerweise, jedoch nicht notwendigerweise die gleich Länge lm auf.
Signifikanterweise weist der Artikel ferner ein dielektrisches Material auf, das zwischen den beabstandeten unteren Magnetstreifen und dem länglichen Leiter und zwischen dem länglichen Leiter und den beabstandeten oberen Magnetstreifen angeordnet ist. Das Material der Magnetstreifen ist typischerweise ferromagnetisch oder ferrimagnetisch, und von relativ niedriger Leitfähigkeit. Das dielektrische Material, das zwischen dem länglichen Leiter und den Magnetstreifen angeordnet ist, verhindert eine niederfrequente Stromstreuung aus dem Leiter auf die Magnetstreifen. Bei hohen Frequenzen sind jedoch die Magnetstreifen kapazitiv mit dem länglichen Leiter gekoppelt und ein Verschiebungsstrom fließt in den magnetischen Streifen. Die unerwünschten Verschiebungsströme können durch eine geeignete Wahl der Länge lm der magnetischen Streifen und der Dicke ti der dielektrischen Schicht zwischen dem länglichen Leiter und dem Magnetstreifen gemäß Definition in dem kennzeichnendem Abschnitt von Anspruch 1 minimiert werden.
In bevorzugten Ausführungsformen wird die Dicke der magnetischen Streifen kleiner als die Eindringtiefe bei f&sub0; in dem magnetischen Material gewählt, und die Dicke des länglichen Leiters ist bevorzugt ebenfalls kleiner als die Eindringtiefe in der Leiter, wodurch Verluste reduziert werden. Es dürfte sich verstehen, daß der längliche Leiter und/oder die Magnetstreifen mehrlagige Strukturen sein können, wobei jede leitende Schicht eine Dicke kleiner als die Eindringtiefe in dem Material aufweist, und wobei das dielektrische Material zwischen benachbarten leitenden Schichten liegt.
Das magnetische Material ist erwünschterweise ein amorphes Fe-, Co-, oder Fe- und Co-basierendes ferromagnetisches Material mit relativ hohem spezifischen Widerstand (beispielsweise > 30 uW cm) und mit einer Permeabilität u, welche so gewählt ist, daß die ferromagnetische Resonanz des Materials größer als f&sub0; ist. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das magnetische Material eine nanokristalline (mittlere Kristallgröße ≤ 10 nm) ferromagnetische Legierung, beispielsweise eine Zusammensetzung aus Fe0,878 Cr0,046 Ta0,0002 N0,074. Derartige Legierungen weisen eine hohe Magnetisierung, hohe Permeabilität, niedrige Magnetostriktion und relativ niedrige Leitfähigkeit auf.
Das dielektrische Material ist beispielsweise AlN, SiOx (x ≤ 2) oder Al&sub2;O&sub3; und der längliche Leiter weist beispielsweise Cu, Al, Ag oder Au auf.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 und 2 stellen schematisch einen Abschnitt eines exemplarischen induktiven Elementes gemäß der Erfindung mit bzw. ohne Luftspalt dar;
Fig. 3 stellt schematisch einen Abschnitt eines exemplarischen induktiven Elementes gemäß der Erfindung in einer aufgeschnittenen Seitenansicht dar; und
Fig. 4 stellt schematisch einen exemplarischen Gegenstand gemäß der Erfindung, nämlich ein IC mit einem integrierten induktiven Element dar.

Detaillierte Beschreibung

Im Verlaufe einer theoretischen Untersuchung von planaren induktiven Elementen für HF-Anwendungen machten wir die Entdeckung, daß mittels relativ einfacher Veränderungen induktive Elemente mit deutlich verbesserten Eigenschaften erhalten werden können.
Fig. 1 stellt schematisch im perspektivischer Ansicht einen Abschnitt eines exemplarischen induktiven Elementes dar, wobei das Bezugszeichen 10 ein Substrat (z. B. Si) bezeichnet, die Bezugszeichen 11 und 12 jeweils die unteren und oberen Magnetstreifen bezeichnen, die Bezugszeichen 13 und 14 jeweils die oberen und unteren dielektrischen Schichten (z. B. SiO&sub2;) bezeichnen, das Bezugszeichen 15 den länglichen Leiter bezeichnet, und das Bezugszeichen 16 den Abstand zwischen benachbarten Magnetstreifen bezeichnet. Wie ohne weiteres ersichtlich ist, stellt die Struktur von Fig. 1, wenn ein Strom in dem länglichen Leiter fließt, aufgrund des Spaltes zwischen den entsprechenden oberen und unteren magnetischen Streifen keine geschlossenen Flußpfade in dem magnetischen Material bereit. Demzufolge kann die (als "Luftspalt"-Struktur zu bezeichnende) Struktur von Fig. 1 im allgemeinen keine hohe Induktivität wie eine analoge spaltfreie Struktur aufweisen, und wird im allgemeinen nicht bevorzugt. Andererseits ist die Luftspaltstruktur leicht herzustellen, und kann deshalb manchmal aus diesem Grund verwendet werden.
Fig. 2 stellt schematisch in perspektivischer Ansicht einen Abschnitt eines exemplarischen induktiven Elementes dar, welches einen geschlossenen Flußpfad in magnetischem Material bereitstellt. Die Bezugszeichen 21 und 22 bezeichnen jeweils die unteren und oberen Magnetstreifen. Die Bezugszeichen 23 und 24 bezeichnen jeweils die unteren und oberen dielektrischen Schichten, und das Bezugszeichen 25 bezeichnet den länglichen Leiter. Das Bezugszeichen 26 bezeichnet den Abstand zwischen benachbarten Magnetstreifen.
Die Strukturen von Fig. 1 und 2 repräsentieren die Grenzen einer allgemeineren Struktur mit einem Luftspalt, der kleiner oder gleich dem vertikalen Abstand zwischen den oberen und unteren Magnetstreifen ist.
In der Praxis wird der längliche Streifentyp typischerweise nicht in dem Spalt zwischen benachbarten Magnetstreifen aufgehängt, wie es in Fig. 1 und 2 zur Verdeutlichung dargestellt ist. Statt dessen ist der längliche Streifentyp typischerweise nicht perfekt eben, sondern folgt den Veränderungen in der Höhe, wie es in Fig. 3 dargestellt ist, welche schematisch einen Abschnitt eines induktiven Elementes gemäß der Erfindung in einer aufgeschnittenen Seitenansicht darstellt. Die Bezugszeichen 301 und 302 bezeichnen benachbarte untere Magnetstreifen, die Bezugszeichen 31 und 33 bezeichnen die dielektrischen Schichten, das Bezugszeichen 32 bezeichnet den länglichen Leiter und die Bezugszeichen 341 und 342 bezeichnen benachbarte obere Magnetstreifen. Fig. 3 kann eine Luftspaltstruktur oder eine spaltlose Struktur darstellen.
Es ist eine experimentelle Tatsache, daß derzeit keine magnetischen Materialien mit hohem spezifischen Widerstand in Dünnfilmform abgeschieden werden können, und welche bei interessierenden Frequenzen von beispielsweise 0,1 bis 2 GHz einsetzbar sind. Somit sind die magnetischen Materialien der oberen und unteren Magnetstreifen typischerweise metallisches Material (z. B. Ni0,8 Fe0,2, amorphes Co0,86 Nb0,09 Zr0,05 oder "CNZ"), da diese Materialien in Dünnfilmform bei niedriger Temperatur auf den meisten relevanten Oberflächen abgeschieden werden können, wobei die Abscheidung eine Dicke von typischerweise in dem Bereich von 0,1 bis 2 um aufweist, und ein magnetisches Anisotropiefeld in der Ebene von typischerweise in dem Bereich von 10 bis 100 Oe aufweist. Das Anisotropiefeld ist ein erwünschtes Merkmal, da es im allgemeinen die ferromagnetische Resonanzfrequenz über der gewünschten Betriebsfrequenz hält. Die dünnen magnetischen Filme weisen eine Permeabilität u aufgrund der kohärenten Rotation der Spins (im Gegensatz zu der Domänenwandbewegung) in dem Bereich von 100 bis 1000 auf. Erwünschtermaßen ist der spezifische Widerstand der magnetischen Films so groß wie möglich. Beispielsweise liegt der spezifische Widerstand von CNZ in einem amorphen dünnen Film bei etwa 100 uW·cm, etwa 50-fach höher als der spezifische Widerstand von Kupfer. Die Strukturen von Fig. 1 und Fig. 2 weisen einen Leiter in enger Nachbarschaft zu den leitenden Magnetstreifen mit einem dielektrisches Material zwischen diesen auf. Unter Gleichstrombedingungen fließt im wesentlichen kein Strom zwischen dem Leiter und dem Magnetstreifen. Die Struktur bildet jedoch eine verteilte Kapazität aus, und unter Wechselstrombedingungen fließt ein Verschiebungsstrom zwischen dem Leiter und dem Magnetstreifen. Da jeder Strom, der in den magnetischen Streifen fließt, schädlich ist, wird die verteilte Kapazität absichtlich durch die Wahl relativ dicker dielektrischer Schichten klein gehalten. Andererseits sind relativ dicke dielektrische Schichten (z. B. ≥ 2 um) schwierig abzuscheiden, und verschlechtern die magnetische Effizienz der Struktur. Somit ist die Dicke ti der dielektrischen Schichten typischerweise ein Kompromiß zwischen diesen widerstreitenden Anforderungen, wobei 0,5 um ≤ ti ≤ 2 um häufig ein nützlicher Bereich sind. Unsere theoretische Analyse hat gezeigt, daß für ein induktives Element des in Fig. 2 dargestellten Typs die Frequenz fRC, bei welcher die kapazitive Kopplung zwischen dem länglichen Leiter und dem magnetischen Streifen zu einem signifikanten Faktor wird, bei
fRC = (tmtiσm)/(2π&epsi;l ) Gl. 1
liegt, wobei:
tm die Dicke des Magnetstreifens ist;
ti die Dicke der dielektrischen Schicht ist
sM die Leitfähigkeit des magnetischen Streifens ist
e die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums; und
lm die Länge der magnetischen Streifen gemäß vorstehender Definition ist.
Typischerweise ist es erwünscht, daß fRC größer als die Betriebsfrequenz f&sub0; ist. Somit werden für einen gewünschten Wert von f&sub0;, und für gegebene Werte von tm, sm, e die Parameter lm und ti so gewählt, daß
lm < (tmtiσm/2π&epsi;&sub0;)1/2 Gl. 2
ist.
Unsere theoretische Analyse deckte eine weitere zu erfüllende Bedingung auf, nämlich:
lm < 1/2π&epsi;&sub0;(u&epsi;tm)1/2 Gl. 3
wobei u die Permeabilität der Magnetstreifen ist und alle anderen Symbole wie vorstehend definiert sind.
In der Praxis wird der Konstrukteur die obere Grenze von lm anhand der Gleichungen 2 und 3 ermitteln, und wird lm und ti gemäß den kleineren von den Werten wählen.
Die vorstehenden Gleichungen sind für geradlinige induktive Element ohne Luftspalt abgeleitet, wie sie im wesentlichen in Fig. 2 dargestellt sind. Die Ableitung kann auf andere Strukturen erweitert werden, wobei aber die Betrachtungen ähnlich sind. D. h., bei induktiven Elementen gemäß unserer Erfindung ist es ein allgemeines Konstruktionskriterium, daß die Länge der Magnetstreifen und die Dicke der dielektrischen Schichten so gewählt werden, daß bei einer gewünschten Betriebsfrequenz f&sub0; der Strom in dem magnetischen Streifen ein relativ kleiner Anteil des Gesamtstroms ist. Wenn beispielsweise der Strom in dem Magnetstreifen 10% des Gesamtstroms ist, wird die Induktivität der Struktur nur um etwa 5% verringert. Für viele Anwendungen ist es jedoch erforderlich, daß das induktive Element einen niedrigen Verlust aufweist. Wenn beispielsweise die Leitfähigkeit der Magnetstreifen nur 2% der Leitfähigkeit des länglichen Leiters beträgt (wie in dem Falle, wenn die Ersteren aus einem amorphen magnetischen Metallmaterial, wie z. B. CNZ bestehen und das Letztere aus Kupfer besteht), beruht der Verlust in der Struktur tatsächlich auf dem (relativ kleinen) Strom in dem Magnetstreifen und das induktive Element weist einen erheblichen Verlust und damit einen relativ niedrigen Gütefaktor auf. Dieses ist natürlich nicht erwünscht, und es ist erwünscht, lm und ti so zu wählen, daß bei f&sub0; der Strom in dem Magnetstreifen akzeptabel niedrig ist, um einen niedrigen Verlust zu erzeugen. Typischerweise ist der Strom in dem Magnetstreifen bei f&sub0; höchstens 10% des Gesamtstroms.
Beispielsweise ergibt, wenn tm = ti = tc = 1 um, sm = 10&sup4; S/cm, das Dielektrikum SiO&sub2; mit e von etwa 35·10&supmin;¹&sup4; F/cm, u = 500 und f&sub0; = 2 GHz, dann die Gleichung ein lm < 2,1 mm und die Gleichung 3 ein lm < 1,1 mm. Somit sollte das induktive Element mit einer Länge lm < 1,1 mm, z. B. lm = 0,5 mm ausgelegt werden.
Es dürfte sich verstehen, daß lm immer größer als Null ist und beispielsweise und bevorzugt > 50 um. Der Spalt zwischen benachbarten Magnetstreifen ist im allgemeinen kleiner als lm, erwünschterweise kleiner als 0,25 lm oder sogar 0,1 lm, um die erzielbare Induktivität zu maximieren. Typischerweise, aber nicht notwendigerweise, haben alle Elemente der Magnetstreifen eines gegebenen induktiven Elementes dieselbe Länge lm, und alle Spalte zwischen benachbarten Magnetstreifen haben dieselbe Länge.
Die Grundstruktur des induktiven Elementes gemäß der Erfindung ist eine geradlinige, und es wird die Anwendung von geradlinigen induktiven Elementen gemäß der Erfindung betrachtet. Die Erfindung muß jedoch nicht notwendigerweise in geradlinigen Strukturen ausgebildet werden, sondern kann jede gewünschte Form, z. B. ein Mäandermuster oder eine Spiralform annehmen. Alle derartigen Ausführungsformen ziehen aus der relativ hohen Selbstinduktivität der Grundstruktur Nutzen.
Induktive Elemente gemäß der Erfindung sind beispielsweise auf IC-Chips zur Anwendung in drahtlosen Kommunikationsgeräten vorgesehen. Außer dem Vorhandensein des induktiven Elementes gemäß der Erfindung auf dem IC-Chip kann das Gerät herkömmlich sein.
Es dürfte sich verstehen, daß die induktiven Elemente gemäß der Erfindung mittels herkömmlicher Dünnfilmabscheidungs-, Lithographie- und Ätzverfahren hergestellt werden können. Beispielsweise können die magnetischen und leitenden Schichten durch Sputtern und die dielektrischen Schichten durch chemische Dampfabscheidung oder Verdampfung abgeschieden werden. Standardphotolithographie kann zur Darstellung der Muster verwendet werden, und die Schichten können mittels reaktiver Ionenätzung strukturiert werden.
Fig. 4 stellt schematisch einen relevanten Abschnitt eines Gegenstandes gemäß der Erfindung, beispielsweise einen IC-Chip 40 zur Verwendung in einem drahtlosen Kommunikationsgerät dar. Das Bezugszeichen 42 bezeichnet einen Bereich des Chips, welcher eine (nicht dargestellte) herkömmliche integrierte Schaltung enthält. Die Bezugszeichen 43 und 44 bezeichnen ein induktives Element gemäß der Erfindung in Mäanderform bzw. einen Kondensator, wobei das induktive Element und der Kondensator zur Erzeugung einer Filterfunktion verbunden sind. Die Bezugszeichen 411 und 412 bezeichnen herkömmliche Kontakte.

Beispiel

Eine geradlinige Drossel gemäß der Erfindung wird wie folgt hergestellt. Ein herkömmlicher Si-Wafer wird mit einer 600 um dicken SiO&sub2;-Schicht mittels herkömmlicher thermischer Oxidation beschichtet. Diesem folgt eine Sputterabscheidung (bei Raumtemperatur, 666,5 N/m² (5 mTorr) Druck, einem in der Ebene des Substrats angelegten Magnetfeld von 795,8 A/m (10 Oe)) einer 1 um dicken Schicht aus Co0,85Nb0,09Zr0,006 (CNZ). Die Richtung des angelegten magnetischen Feldes ergibt eine "leichte Achse" in der CNZ-Schicht. Die CNZ-Schicht wird dann in eine Reihe von 16 Rechtecken (wobei jedes Rechteck 0,5 mm · 25 um ist) getrennt durch 50 um strukturiert. Die Strukturierung erfolgt in herkömmlicher Weise unter Verwendung von Photolithographie und Ionenstrahlätzung (500 Volt Strahlspannung, Strahlstromdichte 2 nA/Cm², 3 Stunden). Die etwa 8,8 mm lange Reihe der Rechtecke ist zu der "leichten Achse" der CNZ-Schicht ausgerichtet. Die Rechtecke sind dazu bestimmt, zu den leitenden unteren Magnetstreifen zu werden, welche beispielsweise dem Merkmal 21 von Fig. 2 hierin entsprechen. Anschließend wird eine 1 um dicke Schicht aus SiO&sub2; abgeschieden (250ºC, unter Verwendung einer im Handel erhältlichen Plama-CVD-Vorrichtung), und die SiO&sub2;- Schicht wird unter Einsatz einer herkömmlichen Naßätzung in ein Rechteck von 8,75 mm · 30 um strukturiert, welches auf der Reihe der CNZ-Rechtecke zentriert ist. Diesem folgt eine Sputterabscheidung (bei Raumtemperatur, 5 mTorr Druck) einer 1 um dicken Kupferschicht. Unter Verwendung von Photolithographie und herkömmlicher chemischer Ätzung wird die Kupferschicht in eine Linie von 25 um Breite und 8,7 mm Länge (plus Kontaktanschluß an jedem Ende) zentriert auf dem zuvor erzeugten SiO&sub2;-Rechteck strukturiert. Diesem folgt die Abscheidung einer 1 um dicken Schicht aus SiO&sub2; (250ºC, unter Verwendung einer herkömmlichen Plasma-CVD-Vorrichtung). Diese SiO&sub2;-Schicht wird dann mittels herkömmlicher chemischer Ätzung in ein Rechteck (8,75 mm · 30 um) strukturiert, welches auf der Reihe der CNZ-Rechtecke zentriert ist. Diesem folgt die Abscheidung eines 1 um dicken Films aus CNZ, durch Sputtern (bei Raumtemperatur, 5 mTorr Druck) mit einem in der Ebene des Substrats in der Richtung entlang der Linie der CNZ-Rechtecke angelegten Magnetfeld von 10 Oe. Dieses CNZ- Film wird dann in eine Reihe von Rechtecken (0,5 mm · 35 um, getrennt durch 50 um) mittels Photolithographie und Ionenstrahlätzen (500 Volt Strahlspannung, 2 mA/cm² Strahlstromdichte, 3 Stunden) strukturiert. Diese Rechtecke bilden die leitenden oberen Magnetstreifen (welche beispielsweise dem Merkmal 22 von Fig. 2 hierin entsprechen). Dieses schließt die Erzeugung einer geradlinigen Drossel ohne Luftspalt ab, wobei tm = ti = tc = 1 um, mit lm = 0,5 mm und 50 um Abstand zwischen benachbarten magnetischen Streifen. Die so erzeugte Drossel nach der Erfindung mit einer relativen Permeabilität ur = 500 des CNZ, mit einer relativen Dielektrizitätskonstante er = 4 des SiO&sub2; und einer Leiterbreite von 25 um weist einen berechneten Gesamtinduktivität von 106 nH, eine Gesamtimpedanz ZT = (16 + i667) W und einen Gütefaktor Q = 40, alles bei 1 GHz auf. Die Werte wurden unter Verwendung einem konzentrierten RLC- Seriell/ angelegten Magnetfeld von 10 Oe Parallel- Äquivalentschaltung berechnet.
Eine herkömmliche Vergleichsdrossel, welche sich von den exemplarischen Drosseln nur hinsichtlich der Segmentierung (d. h. der leitende Magnetstreifen ist über die Länge der Drossel zusammenhängend) unterscheidet, weist eine berechnete Gesamtinduktivität von 32 nH, ein ZT = (76 + i202) Ohm und ein Q = 2,6, alles bei 1 GHz auf.
Eine weitere herkömmliche Drossel, welche sich von der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Drossel dadurch unterscheidet, daß sie keine Segmentierung und keine Isolation aufweist, d. h. ti = 0) weist eine Gesamtinduktivität von 35 nH, ZT = (69 + i222) Ohm und Q = 3,2, alles bei 1 GHz auf.

Claims

1. Gegenstand, der ein induktives Element umfaßt, das als dünner Film auf eine Hauptoberfläche eines Substrates aufgebracht ist, wobei dieses induktive Element

a) einen länglichen Leiter (32);

b) eine obere und eine untere Schicht aus dielektrischem Material (31, 33) der Dicke ti, wobei der längliche Leiter zwischen der oberen und unteren Schicht aus dielektrischem Material angeordnet ist,

c) eine obere und eine untere Schicht aus leitfähigen magnetischem Material (301, 341)

umfaßt,

wobei der längliche Leiter und die obere und untere Schicht aus dielektrischem Material zwischen dieser oberen und unteren Schicht aus leitendem magnetischem Material derart angeordnet sind, daß im wesentlichen kein Gleichstrom zwischen dem länglichen Leiter und der oberen und unteren Schicht aus leitfähigem magnetischem Material fließen kann, wobei die obere Schicht aus leitfähigem magnetischem Material in eine Vielfalt voneinander räumlich getrennter magnetischer Streifen der Länge lm und die untere Schicht des leitenden magnetischen Materials in eine Vielfalt entsprechender räumlich voneinander getrennter magnetischer Streifen aufgeteilt sind, wobei ein gegebener magnetischer Streifen eine Länge lm hat, die größer ist als die Spaltlänge zwischen dem gegebenen magnetischen Streifen und einem benachbarten magnetischen Streifen;

dadurch gekennzeichnet, daß

lm < (tm·ti·σm/2·π·&epsi;·f&sub0;)1/2 und

lm < 1/2·π·fo·(u·&epsi;·tm/ti)1/2, wobei tm die Dicke der magnetischen Streifen, σm die elektrische Leitfähigkeit der magnetischen Streifen, &epsi; die Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Materials, fo eine vorherbestimmte Betriebsfrequenz und u die Permeabilität der magnetischen Streifen ist.

2. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei fo im Bereich von 0,1-2 GHz liegt.

3. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der magnetischen Streifen zwei oder mehrere Schichten aus magnetischem Material mit einer dielektrischen Schicht zwischen benachbarten Schichten aus magnetischem Material umfaßt.

4. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Dicke des länglichen Leiters so gewählt wird, daß sie bei fo geringer ist als die Eindringtiefe in den elektrischen Leiter.

5. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Dicke der magnetischen Streifen so gewählt wird, daß sie bei fo geringer ist als die Eindringtiefe in die magnetischen Streifen.

6. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei lm > 50 um, und wobei ein Zwischenraum zwischen benachbarten magnetischen Streifen kleiner ist als lm.

7. Gegenstand nach Anspruch 6, wobei ein Zwischenraum zwischen benachbarten magnetischen Streifen kleiner ist als 0,25·lm.

8. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die magnetischen Streifen auf einen spezifischen Widerstand größer als 30 uΩ·cm ausgelegt sind.

9. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das induktive Element eine mäanderförmige Gestalt hat.

10. Gegenstand nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein Silizium-Körper mit auf dem Körper integrierter elektronischer Schaltung ist, und wobei das induktive Element mit der Schaltung verbunden ist.