TWI820252B - 多層式磁性膜、其形成方法及包含其之製品 - Google Patents
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Abstract
一種多層式膜包含一基板；一第一磁性層，設置於該基板上；以及一第二磁性層，設置於該第一磁性層上。該第一磁性層包含Fe(50-80)
N(10-20)
B(1-20)
M(0-10)
，其中M係為矽（Si）、鉭（Ta）、鋯（Zr）、鈦（Ti）、鈷（Co）或其組合。該第二磁性層包含Fe(50-90)
N(10-50)
或Fe(60-90)
N(1-10)
Ta(5-30)
。該多層式磁性膜於50百萬赫茲至10十億赫茲之一頻率範圍內具有於該頻率範圍內之一選定頻帶上大於或等於1800之一磁導率；於該頻率範圍內之一選定頻帶上小於或等於0.3之一磁損耗正切；以及大於或等於1十億赫茲或大於或等於2十億赫茲之一截止頻率。
Description
本申請案主張於2018年11月15日提出申請之序列號為62/767,553之美國臨時專利申請案之權利。相關申請案以引用方式全文併入本文中。
本揭露概言之係關於高頻磁性膜、其製造方法及其用途，例如：於積體電路、電源供應器系統、天線等中。
更新之設計及製造技術已驅使電子組件之尺寸越來越小及頻率越來越高。一種減小電子組件大小之方法為使用磁性材料。具體而言，鐵氧體、鐵電體及多鐵性材料已作為具有增強之微波性質之功能材料被廣泛研究。儘管磁性材料之高磁導率會增加電感之直流(direct current；DC)值，然而將該磁導率及對應之電感增強擴展至各種行動應用所需之高頻率(例如，1十億赫茲(GHz)至5十億赫茲)仍然是一挑戰。由於材料之斯諾克限制(Snoek’s limit)，該等頻率下之磁導率急劇劣化。於磁性材料之固有鐵磁諧振(ferromagnetic resonance；FMR)頻率(對於大的覆蓋膜通常為1十億赫茲至2十億赫茲)下，相對磁導率降為1，且磁損耗正切(magnetic loss tangent)達到峰值，使得由材料引起之電感增強可以忽略不計，且損耗佔主導地位。可藉由改變材料之界定及圖案化方法來增強磁導率之頻率響應，但於此項技術中仍然需要能夠於高頻寬上提供高磁導率及高諧振頻率
之材料及方法。
本文揭露一種多層式磁性膜及其製作方法。
於一實施例中，一種多層式磁性膜包含：一基板；一第一磁性層，設置於該基板上；以及一第二磁性層，設置於該第一磁性層上。該第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10)，其中M係為矽(Si)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈷(Co)或其組合。該第二磁性層包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)。該多層式磁性膜於50百萬赫茲(megahertz；MHz)至10十億赫茲之一頻率範圍上、較佳地於100百萬赫茲至5十億赫茲之一頻率範圍上、更佳地於1十億赫茲至5十億赫茲之一頻率範圍上具有於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1十億赫茲至10十億赫茲之一頻帶上大於或等於1800、較佳地大於或等於2000、更佳地大於或等於3000至5000之一磁導率；於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1十億赫茲至10十億赫茲之一頻帶上小於或等於0.3、較佳地小於或等於0.1、更佳地0.01至0.1之一磁損耗正切；以及大於或等於1十億赫茲或者大於或等於2十億赫茲、較佳地大於或等於5十億赫茲或者1十億赫茲至8十億赫茲之一截止頻率。
於一實施例中，一種形成該多層式磁性膜之方法包含將第一磁性層沉積於基板之一側上；以及將第二磁性層沉積於該第一磁性層的與該基板相對之一側上。
進一步闡述包含多層式磁性膜之製品。該製品較佳為一濾波器、變壓器、電感器、天線、電子積體電路晶片或電磁屏蔽裝置。
結合圖式閱讀以下詳細說明、實施例及申請專利範圍，上述及其他特徵及優點易於顯而易見。
10:多層式磁性膜
12:基板
14:第一磁性層
16:第二磁性層
18:附加之第二磁性層
參考實例性非限制性特徵，其中相同元件之編號相同：第1圖係一多層式磁性膜之一實施例之剖面圖。
第2圖係一多層式磁性膜之另一實施例之剖面圖。
第3圖係示出於室溫下量測之比較鈷(Co)系薄膜及鐵(Fe)系薄膜以及多個層之高頻率特徵之曲線圖。
第4圖係藉由輸廓測定法及原子力顯微鏡(atomic force microscopy；AFM)獲得之一FeN膜之一表面輪廓。
第5圖係FeN膜於該膜之一平面內沿易磁化方向及難磁化方向之一磁滯(magnetic hysteresis)。
第6圖係厚度為60奈米(nanometer；nm)之一FeN膜之一磁導率頻譜。
第7圖係藉由輪廓測定法及AFM獲得之一FeN膜之一表面輪廓。
第8圖係厚度為50奈米之一Fe66N18B16膜之一磁導率頻譜。
第9圖示出具有不同硼含量之一Fe83-xN17Bx膜之有效電阻率與磁導率間之關係。
第10圖係具有各種FeNB厚度之Fe74N26/Fe66N18B16雙層膜之磁譜。
第11圖係具有不同Fe72N18B10厚度之一Fe74N26/Fe72N18B10雙層膜之一磁導率。
第12圖示出具有不同FeNB層厚度之Fe82N18/Fe72N18B10/玻璃膜之有效電阻率與磁導率間之關係。
第13圖係厚度為80奈米之一FeTaN膜於該膜之一平面內沿x
方向及y方向之一磁滯。
第14圖係一玻璃基板上之80奈米厚之Fe74Ta6N20膜之一磁導率頻譜。
第15圖係Fe74Ta6N20/Fe66N18B16雙層膜之磁譜。
第16圖示出具有不同FeNB層厚度之一Fe83Ta6N11/Fe72N18B10/玻璃膜之有效電阻率與磁導率間之關係。
第17圖係Fe74Ta6N20/Fe72N18B10雙層膜之磁譜。
第18圖示出Fe72N18B10/Fe82N18/Fe72N18B10三層膜之有效電阻率與三層膜總厚度間之關係。
第19圖係Fe72N18B10/Fe82N18/Fe72N18B10三層膜之磁譜。
第20圖示出一Fe72N18B10/Fe83Ta6N11/Fe72N18B10三層結構之有效電阻率與三層膜總厚度間之關係。
第21圖係一Fe72N18B10/Fe72Ta18N10/Fe72N18B10三層結構之磁譜。
第22圖係Fe82N18/Ta88N120雙層膜之磁譜。
第23圖係Fe72N18B10/Ta88N12雙層膜之磁譜。
第24圖係Fe83Ta6N11/Ta88N12雙層膜之磁譜。
第25圖示出一單層、雙層及三層FeN系膜於0.5十億赫茲下之磁導率。
第26圖係一單層、雙層及三層FeN系多層式結構於0.5十億赫茲下之一斯諾克乘積圖。
第27圖示出一單層、雙層及三層FeTaN系多層式結構於0.5十億赫茲下之磁導率。
第28圖係一單層、雙層及三層FeTaN系多層式結構於0.5十億赫茲下之一斯諾克乘積圖。
本發明之發明人開發出於一寬頻率範圍上具有高磁導率、低損耗及優異電感之一組合之多層式磁性膜。與互補金屬氧化物半導體(complementary metal-oxide-semiconductor；CMOS)整合之磁性薄膜能夠達成高品質、高密度、低輪廓之片上/封裝內電感組件。
多層式磁性膜設置於一基板上，且包含一第一磁性層，其中該第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10)，其中M係為矽(Si)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鈮(Nb)或其組合(本文中被稱為FeNB)；以及一第二磁性層，其中該第二磁性層包含Fe(50-90)N(10-50)(本文中稱為FeN)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)(本文中稱為FeNTa)。多層式磁性膜可於50百萬赫茲(megahertz；MHz)至10十億赫茲(gigahertz；GHz)之一頻率範圍上操作，且可具有於一選定頻帶上量測之大於或等於1800之一磁性常數(亦被稱為磁導率)以及小於或等於0.3之一磁損耗正切。
第1圖示出一多層式磁性膜10之一剖面圖。基板12具有一第一側，即一第一平坦表面，以及一第二側，即一相對之第二平坦表面。基板12可具有任何合適之材料，例如：玻璃、有機聚合物或陶瓷。於一態樣中，該基板包含陶瓷，例如：MgO、Sic、Si3N4、氧化鋁、矽等至少其中之一。該基板可為非晶的、單晶的或多晶的。基板12可具有任何合適之厚度，此將取決於其支撐性質及預期應用。例如，基板可具有100微米至1毫米之一厚度。
第一磁性層14設置於第一平坦表面之第一側上。如上所述，該第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10)，其中M係為矽(Si)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈷(Co)或其組合。於一較佳態樣中，第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)，其中M之量係為0。第一磁性層可具有10奈米至
100奈米(例如10奈米至50奈米或20奈米至80奈米)之一厚度。
一第二磁性層16設置於第一磁性層的與基板相對之一側上。該第二磁性層包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)。第二磁性層可具有10奈米至400奈米(例如10奈米至300奈米或50奈米至400奈米)之一厚度。
多層式磁性膜可包含附加層，特別係附加交替之第一層及第二層。如第2圖所示，包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)之附加之第一磁性層16設置於第二磁性層14上。包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)之附加之第二磁性層18設置於附加之第一磁性層16上。可於附加之第二磁性層上交替地設置另外附加之第一磁性層及另外附加之第二磁性層(未示出)。
第一磁性層14與第二磁性層16可具有20奈米至500奈米之一總厚度。於一實施例中，第一磁性層14具有10奈米至200奈米之一厚度，且第二磁性層可具有10奈米至400奈米之一厚度。於一特別有利之特徵中，可對各該磁性層之厚度、厚度之比率或二者進行調整以獲得多層式磁性膜之一期望磁損耗正切、多層式磁性膜之一期望磁各向異性或者二者。
一種形成該多層式磁性膜之方法包含將第一磁性層沉積於基板之一側上；以及將第二磁性層沉積於該第一磁性層的與該基板相對之一側上。對交替層之說明繼續，直至製造出整個膜。沉積可藉由射頻(radio frequency；rf)/DC濺鍍、電子束沉積或其組合來進行。
多層式磁性膜可於50MHz至10GHz之一頻率範圍上、較佳地於100MHz至5GHz之一頻率範圍上、更佳地於1GHz至5GHz之一頻率範圍上使用。
多層式磁性膜可於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1GHz至10GHz之一頻帶上具有大於或等於1800、較佳地大於或等於2000、
更佳地大於或等於3000或1800至5000之一磁導率。本文所用之此技術用語係指多層式磁性膜具有磁導率於1GHz至5GHz或1GHz至10GHz之頻帶上大於或等於1800之至少一種情況。
多層式磁性膜可於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1GHz至10GHz之一頻帶上具有小於或等於0.3、或者小於0.3、較佳地小於或等於0.1或者小於0.1或者0.01至0.3之一磁損耗正切。本文所用之此術語係指多層式磁性膜具有磁損耗正切於1GHz至5GHz或1GHz至10GHz之頻帶上小於或等於0.3之至少一種情況。
多層式磁性膜可具有大於或等於1GHz或者大於1GHz或者大於或等於2GHz、較佳地大於或等於5GHz或者1GHz至8GHz之一截止頻率。
多層式磁性膜可包含附加層，例如：頂層。頂層可包含Al2O3。頂層可包含一絕緣頂蓋。
多層式磁性膜可於電子積體電路晶片上之例如濾波器或電感器等電子裝置中用於各種應用，例如：電力應用、資料儲存及微波通訊。多層式磁性膜可用於例如：50MHz或1GHz下之低頻率應用，或者例如：1GHz至10GHz之高頻率應用。多層式磁性膜可用於天線及例如：行動網際網路裝置等電子裝置以及電子裝置(例如：蜂巢電話、平板電腦、桌上型電腦、膝上型電腦、筆記型電腦等)中。於一態樣中，該裝置係一可攜式電子裝置，例如：一手持式電子裝置。多層式磁性膜可更用於電源供應器系統及天線中。多層式磁性膜可有利地用於積體電子裝置中。
提供以下實例係為了例示本揭露。該等實例僅係為例示性且不旨在將根據本揭露製成之裝置限制於其中闡述之材料、條件或製程參數。
第3圖係示出自中國物理B(Chin.Phys.B)24卷，No.5(2015)05750再現之各種比較膜之初始磁導率與諧振頻率/十億赫茲(GHz)關係之曲線圖。
射頻功率=80瓦(Watts；W)至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pascals；Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(Ar)；反應氣體：氮氣
鐵(99.9%)，2英吋(5.08公分)之碟；2.5×2.5平方毫米(mm2)之2片硼(99.9%)晶片
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第4圖至第6圖，一FeN膜具有分別藉由能量色散X射線光譜法(energy-dispersive X-ray spectroscopy；EDXS)及輪廓測定法量測之Fe74N26之一組成以及一玻璃基板上60奈米(nm)之厚度。在該等圖中，縮寫Gl代表玻璃。一膜厚度為60奈米之FeN膜表現出藉由原子力顯微鏡(AFM)獲得之11奈米之一精細晶粒大小。FeN膜於磁滯迴路(magnetic hysteresis loop)中所繪示之膜平面內表現出磁各向異性。FeN膜具有於0.5十億赫茲(GHz)下為510之一磁導率(μ’)以及0.3之一磁損耗正切(tanδ)，
且保留1.71GHz之一諧振頻率。FeN膜具有0.87×1012之一斯諾克乘積。玻璃基板上60奈米厚FeN膜之磁性性質之概述提供於表1中。在第5圖及第13圖中，易磁化方向(實線)或難磁化方向(虛線)分別指示自發磁化之能量有利或不利方向。
參考第7圖及第8圖，一玻璃基板上之FeNB膜具有分別藉由EDXS及輪廓測定法量測之Fe66N18B16之組成及50奈米之厚度以及6.7奈米之一平均晶粒大小。一玻璃上之FeNB膜分別表現出於1GHz下為864之一磁導率以及1.26×1012之斯諾克乘積。Fe66N18B16膜之磁性量測之概述提供於表2中。
參考第9圖，FeNB膜之有效電阻率隨著硼含量(x=0、13、14、16、19)之增加而增加。0.5GHz下之磁導率於400微歐姆米(μΩm)至450微歐姆米電阻率範圍內增加。
將Fe66N18B16膜沉積至一玻璃基板上，然後沉積一恆定厚度為50奈米之一Fe74N26膜。Fe66N18B16膜之厚度介於10奈米至35奈米範圍內，隨著沉積時間而變化。第10圖示出如圖上所指示以奈米為單位之Fe66N18B16膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。
參考第10圖，一FeN(50奈米)/FeNB(23奈米)雙層膜分別表現出於0.5GHz下為1832之一高磁導率及3.72×1012之斯諾克乘積。FeN(50奈米)/FeNB(23奈米)雙層膜表現出於1.5GHz下為2313之高磁導率。藉由EDXS將FeNB膜之組成量測為Fe66N18B16。具有不同FeNB層厚度之FeN/FeNB雙層膜之磁性量測之概述提供於表3中。
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣；反應氣體：氮氣
鐵(99.5%)，2英吋之碟
2.5×2.5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
於此實例中，將一FeNB膜沉積於一玻璃基板上，然後於周圍環境溫度下於FeNB膜之頂部上沉積一50奈米厚之FeN膜。FeNB膜之厚度
隨沉積時間而變化，且保持FeN膜之50奈米之一恆定厚度。
參考第11圖，藉由EDXS量測，FeNB膜具有Fe72N18B10之一組成，且FeN具有Fe74N26之一組成。第11圖示出如圖上所指示以奈米為單位之Fe66N18B10膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。隨著FeNB晶種層之一厚度自15奈米增加至25奈米，雙層膜結構表現出一磁導率自1207增加至1741。隨著FeNB晶種層之厚度自15奈米增加至25奈米，FeN/FeNB膜之斯諾克乘積增加了60%。Fe74N26/Fe72N18B10雙層膜之磁譜量測之概述提供於表4中。
參考第12圖，FeN/FeNB/玻璃膜之有效電阻率受FeNB晶種層之厚度影響。電阻率隨著FeNB厚度之增加而增加。0.5GHz下之磁導率於460微歐姆米至490微歐姆米電阻率範圍內增加。
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(99.5%)；反應氣體：氮氣(99.0%)
鐵(99.5%)，2英吋之碟
5×5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
沉積時間；5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第13圖及第14圖，Fe74Ta6N20單一膜之磁譜量測之概述提供於表5中。
參考第15圖，雙層膜結構包含沉積於一玻璃基板上之Fe74Ta6N20膜及Fe66N18B16膜。Fe74Ta6N20/Fe66N18B16雙層膜之磁譜量測之概述提供於表6中。
參考第16圖，FeNB/FeTaN膜之有效電阻率受FeNB層之厚度影響。隨著FeNB厚度自60奈米增加至75奈米，有效電阻率自438微歐姆米增加至489微歐姆米。於430微歐姆米至460微歐姆米電阻率範圍內，表現出高磁導率。
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(99.5%)；反應氣體：氮氣(99.0%)
鐵(99.5%)，2英吋之碟
5×5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
一片鉭(99.99%)(5×5平方毫米)
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第17圖，FeTaN膜具有藉由EDXS量測之Fe74Ta6N20之一組成，且FeNB具有Fe72N18B10之一組成。第17圖示出如圖上所指示以奈米為單位之Fe72N18B10膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。一玻璃基板上之Fe74Ta6N20/Fe72N18B10雙層膜之磁譜量測之概述提供於表7中。
表7
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(99.5%)；反應氣體：氮氣(99.0%)
鐵(99.5%)，2英吋之碟
5×5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
一片鉭(99.99%)(5×5平方毫米)
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第18圖，三層膜之有效電阻率是藉由利用四個探針之範德堡方法(V.D.Pauw method)來量測。在三層膜之總厚度自55奈米增加至125奈米時，電阻率自291微歐姆米增加至485微歐姆米。Fe72N18B10/Fe82N18/Fe72N18B10三層膜之膜厚度及電阻率之細節提供於表8中。
表8
參考第19圖，FeN中間層之50奈米之厚度係為固定的，而頂層及底層FeNB層之厚度係為變化的。第19圖示出如圖上所指示以奈米為單位之頂部FeNB膜及底部FeNB膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。對於FeNB(20奈米)/FeN(50奈米)/FeNB(25奈米)結構而言，增加之磁導率(於0.5GHz下)及斯諾克乘積分別為995及2.16。FeNB(20奈米)/FeN(50奈米)/FeNB(25奈米)結構之磁導率較FeNB(25奈米)/FeTaN(50奈米)/FeNB(25奈米)結構高約50%。Fe72N18B10/Fe82N18/Fe72N18B10三層膜之磁譜量測之概述提供於表9中。最後一列包含參考樣本之細節。
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(99.5%)；反應氣體：氮氣(99.0%)
鐵(99.5%)，2英吋之碟
2.5×2.5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
一片鉭(99.99%)(5×5平方毫米)
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第20圖，有效電阻率隨著三層FeNB/FeTaN/FeNB膜之總厚度之增加而增加。在總厚度自70奈米增加至125奈米時，有效電阻率自391微歐姆米增加至496微歐姆米。FeNB/FeTaN/FeNB膜之有效電阻率較FeNB/FeN/FeNB膜之有效電阻率高約5%。Fe72N18B10/Fe83Ta6N11/Fe72N18B10三層結構之膜厚度及電阻率之細節提供於表10中。
參考第21圖，FeNB及FeTaN層之厚度自20奈米至50奈米變化。第21圖示出如圖上所指示以奈米為單位之頂部FeNB膜、中間FeNB膜及底部FeNB膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。對於FeNB(20奈米)/FeTaN(25奈米)/FeNB(25奈米)結構而言，增加之磁導率(於
0.5GHz下)及斯諾克乘積分別為545及1.14。FeNB(20奈米)/FeTaN(25奈米)/FeNB(25奈米)結構之磁導率較FeNB(20奈米)/FeN(50奈米)/FeNB(25奈米)結構之磁導率(即，995)低約45%。Fe72N18B10/Fe72Ta18N10/Fe72N18B10三層膜之磁譜量測之概述提供於表11中。最後一列包含參考樣本之細節。
射頻功率=80瓦至120瓦
沉積壓力=0.3帕(Pa)至0.6帕
靶與基板間之距離=8公分(cm)
工作氣體：氬氣(99.5%)；反應氣體：氮氣(99.0%)
鐵(99.5%)，2英吋之碟
2.5×2.5平方毫米之2片硼(99.5%)晶片
一片鉭(99.99%)(5×5平方毫米)
沉積時間：5分鐘至30分鐘
沉積溫度：周圍環境
基板：光學玻璃
參考第22圖，一非磁性TaN膜係為用於沉積一50奈米FeN膜之一晶種層。第22圖示出如圖上所指示以奈米為單位之TaN膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。非磁性TaN晶種層之厚度自15奈米至30奈米變化。當TaN層之厚度為約20奈米時，增加之磁導率於0.5GHz下係為716且斯諾克乘積係為1.53。FeN(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率較FeN(50奈米)/FeTaN(10奈米)/玻璃結構之磁導率(即，892)低約20%。磁性晶種層致使頻率磁導率高於非磁性晶種層(即，TaN)之頻率磁導率。Fe82N18/Ta88N12雙層膜之磁譜量測之概述提供於表12中。最後一列包含參考樣本之細節。
參考第23圖，非磁性TaN晶種層之厚度自10奈米至25奈米變化。第23圖示出如圖上所指示以奈米為單位之TaN膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。當TaN晶種層之厚度為約20奈米時，增加之磁導率
於0.5GHz下係為937且斯諾克乘積係為1.76。FeN(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率較FeNB(50奈米)/FeTaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率(即，1386)低約32%。FeNB(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率較FeN(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率(即，716)高約24%。磁性晶種層展示出較非磁性晶種層之磁導率高之磁導率。Fe72N18B10/Ta88N12雙層膜之磁譜量測之概述提供於表13中。最後兩列包含參考樣本之細節。
參考第24圖，磁性頂部FeTaN層之厚度被固定於50奈米下。第24圖示出如圖上所指示以奈米為單位之TaN膜之不同厚度之μ’(實線)及μ”(虛線)。非磁性TaN層之厚度自10奈米至25奈米變化。當TaN層之厚度為約20奈米時，增加之磁導率於0.5GHz下係為832且斯諾克乘積係為1.63。FeTaN(50奈米)/TaN(50奈米)/玻璃結構之磁導率較FeTaN(50奈米)/FeNB(20奈米)/玻璃結構之磁導率(即，1386)低約38%。
FeTaN(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率較FeN(50奈米)/TaN(20奈米)/玻璃結構之磁導率(即，716)高約14%。Fe83Ta6N11/Ta88N12雙層膜之磁譜量測之概述提供於表14中。最後一列包含參考樣本之細節。最後兩列包含參考樣本之細節。
參考第25圖，對於單層膜、雙層膜及三層結構而言，提供FeN系膜於0.5GHz下之磁導率圖。於具有20奈米至25奈米FeNB晶種層之雙層膜中，觀察到約1800之增加之磁導率。
參考第26圖，對於單層膜、雙層膜及三層膜而言，提供FeN系膜之斯諾克乘積圖。於具有20奈米至25奈米FeNB晶種層之雙層膜中，觀察到約2.0×1012至3.5×1012之增加之斯諾克乘積。
參考第27圖，對於單層膜、雙層膜及三層膜而言，提供FeTaN系膜之磁導率圖。於具有20奈米至25奈米FeNB晶種層之雙層膜中，觀察到約1300之增加之磁導率。
參考第28圖，對於單層膜、雙層膜及三層結構而言，提供FeTaN系膜之斯諾克乘積圖。於具有20奈米至25奈米FeTaN或FeNB晶種層之雙層膜中，觀察到約2.0×1012之增加之斯諾克乘積。
下文闡述多層式磁性膜之某些態樣、包含其之製品及其製作方法。
態樣1：一種多層式磁性膜，包含：一基板；一第一磁性層，設置於該基板上，其中該第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10)，其中M係為矽(Si)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈷(Co)或其組合；以及一第二磁性層，設置於該第一磁性層上，其中該第二磁性層包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)；其中該多層式磁性膜於50MHz至10GHz之一頻率範圍上、較佳地於100MHz至5GHz之一頻率範圍上、更佳地於1GHz至5GHz之一頻率範圍上具有於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1GHz至5GHz之一頻帶上大於或等於1800、較佳地大於2000、更佳地大於3000或1800至5000之一磁導率；於該頻率範圍內之一選定頻帶上、較佳地於1GHz至10GHz之一頻帶上小於或等於0.3、較佳地小於或等於0.1或0.01至0.3之一磁損耗正切；以及大於或等於1GHz、大於或等於2GHz、較佳地大於或等於5GHz或1GHz至8GHz之一截止頻率。
態樣2：如態樣1所述之多層式磁性膜，其中該基板包含玻璃、聚合物或陶瓷，較佳為陶瓷。
態樣3：如前述態樣中任一項或多項所述之多層式磁性膜，其中該第一磁性層具有10奈米至400奈米之一厚度，且該第二磁性層具有10奈米至400奈米之一厚度。
態樣4：如前述態樣中任一項或多項所述之多層式磁性膜，更包含：一附加之第一磁性層，包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)且設置於該第二磁性層上；以及一附加之第二磁性層，包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)且
設置於附加之第一磁性層上。
態樣5：如態樣4所述之多層式磁性膜，包含交替設置於該附加之第二磁性層上之另外附加之第一磁性層與附加之第二磁性層。
態樣6：如態樣4至5中任一項或多項所述之多層式磁性膜，其中該第一磁性層及該第二磁性層具有20奈米至500奈米之一總厚度。
態樣7：一種製品，包含如態樣1至6中任一項或多項所述之多層式磁性膜，較佳地，其中該製品係為一濾波器、變壓器、電感器、天線、電子積體電路晶片或電磁屏蔽裝置。
態樣8：如態樣7所述之製品，其中該製品係為一電子裝置之一組件、較佳地係為一行動電話、一桌上型電腦、一膝上型電腦、一筆記型電腦、一無線或局部區域網路(local area network；LAN)、一電源供應器、一放大器、一壓控振盪器、一收縮電源轉換器、更佳地係為一積體電子裝置。
態樣9：一種形成如態樣1至6中任一項或多項所述之多層式磁性膜之方法，該方法包含：將該第一磁性層沉積於基板之一側上；以及將該第二磁性層沉積於該第一磁性層的與該基板相對之一側上。
態樣10：如態樣9所述之方法，其中該沉積包括rf/DC濺鍍、電子束沉積或其組合。
態樣11：如態樣10所述之方法，更包含於該第二磁性層的與該第一磁性層相對之一側上沉積一附加之第一層。
態樣12：如態樣11所述之方法，更包含於該附加之第一磁性層的與該第二磁性層相對之一側上沉積一附加之第二磁性層。
態樣13：如態樣9至12中任一項或多項所述之方法，包含：對每一層之厚度進行調整，以調整該多層式磁性膜之磁損耗正切、該多層式
磁性膜之磁各向異性或二者。
態樣14：一種多層式磁性膜，藉由如態樣9至13中任一項或多項所述之方法製成。
本文所用之「膜」包含平坦層、片材等以及其他三維非平坦形式。一層可更係為宏觀上連續的或不連續的。除非上下文另外清楚地指明，否則本文所用之「一」、「該」及「至少一者」不指示對數量之限制，而是旨在涵蓋單數及複數二者。例如，除非上下文另外清楚地指明，否則「一元件」具有與「至少一個元件」相同之含義。「或」意謂「及/或」。本文所揭露之範圍包含所列舉端點且可獨立地組合。「組合」包含摻合物、混合物、合金、反應產物等。此外，「其組合」意謂列表各別地包含每一元件以及該列表之二或更多個元件之組合以及該列表之至少一個元件與未命名之類似元件之組合。用語「第一」、「第二」等於本文中不標明任何次序、數量或重要性，而是用於區分各個元件。儘管本文中已闡述了特徵之特定組合，然而將理解該等特定組合僅用於例示目的，且根據一實施例，該等特徵中之任一者之任何組合可明確地或等同地或者各別地或結合本文所揭露之任何其他特徵以任何組合及所有組合採用。任何及所有此種組合皆於本文中設想到，且被視為處於本揭露之範圍內。除非另外闡述，否則測試標準係為截至申請日期之最新測試標準。
指向同一組件或性質之所有範圍之端點皆包含該等端點，可獨立地組合且包含所有中間點及範圍。例如，「至多25或5至20」之範圍包含該等端點以及「5至25」之範圍之所有中間值(例如：10至23等)。
除非另外定義，否則本文所用之技術及科學用語皆具有與熟習本發明所屬技術者所通常理解之含義相同之含義。所有引用之專利、專利申請案及其他參考文獻皆以引用方式全文併入本文中。然而，若本申請案中
之一用語與所併入參考文獻中之一用語相矛盾或衝突，則來自本申請案之該用語優先於所併入參考文獻中之衝突用語。
儘管已參考實例性實施例闡述了本揭露，然而熟習此項技術者將理解在不背離本揭露之範圍之條件下可作出各種改變且可以等效形式來替代其元件。另外，在不背離其本質範圍之條件下，可作出諸多潤飾以使一特定情況或材料適應教示內容。因此，本揭露旨在不被限制於設想到來實施本揭露之最佳或僅有模式而揭露之特定實施例，而是本揭露將包含落於隨附申請專利範圍之範圍內之所有實施例。此外，於圖式及說明中，已揭露了實例性實施例，且儘管已採用特定用語，然而除非另外闡述，否則該等用語僅於一般及闡述性意義來使用而非用於進行限制。
Claims (13)
- 一種多層式磁性膜，包含：一基板；一第一磁性層，設置於該基板上，其中該第一磁性層包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)M(0-10)，其中M係為矽(Si)、鉭(Ta)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鈷(Co)或其組合；以及一第二磁性層，設置於該第一磁性層上，其中該第二磁性層包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)；其中，該多層式磁性膜具有：在50百萬赫茲至10十億赫茲之頻率範圍內之一選定頻帶上大於或等於1800之一磁導率；在50百萬赫茲至10十億赫茲之頻率範圍內之一選定頻帶上小於或等於0.3之一磁損耗正切；以及大於或等於1十億赫茲之一截止頻率。
- 如請求項1所述之多層式磁性膜，其中該基板包含一玻璃、一聚合物或一陶瓷。
- 如請求項1或2所述之多層式磁性膜，其中該第一磁性層具有10奈米至100奈米之一厚度，以及該第二磁性層具有10奈米至400奈米之一厚度。
- 如請求項1或2所述之多層式磁性膜，更包含：一附加之第一磁性層，包含Fe(50-80)N(10-20)B(1-20)且設置於該第二磁性層上；以及一附加之第二磁性層，包含Fe(50-90)N(10-50)或Fe(60-90)N(1-10)Ta(5-30)且設置於該附加之第一磁性層上。
- 如請求項4所述之多層式磁性膜，包含交替設置於該附加之第二磁性 層上之另外附加之第一磁性層與另外附加之第二磁性層。
- 如請求項4所述之多層式磁性膜，其中該第一磁性層及該第二磁性層具有20奈米至500奈米之一總厚度。
- 一種製品，包含如請求項1或2所述之多層式磁性膜，其中該製品係為一濾波器、一變壓器、一電感器、一天線、一電子積體電路晶片或一電磁屏蔽裝置。
- 如請求項7所述之製品，其中該製品係為一電子裝置之一組件。
- 一種形成如請求項1或2所述之多層式磁性膜之方法，該方法包含：將該第一磁性層沉積於該基板之一側上；以及將該第二磁性層沉積於該第一磁性層的與該基板相對之一側上。
- 如請求項9所述之方法，其中該沉積包含射頻/直流濺鍍、電子束沉積或其組合。
- 如請求項10所述之方法，更包含於該第二磁性層與該第一磁性層相對之一側上沉積一附加之第一磁性層。
- 如請求項11所述之方法，更包含於該附加之第一磁性層與該第二磁性層相對之一側上沉積一附加之第二磁性層。
- 如請求項9所述之方法，包含：對該等層之每一層之厚度進行調整，以調整該多層式磁性膜之該磁損耗正切、該多層式磁性膜之磁各向異性或二者。
Applications Claiming Priority (2)
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