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    • 1. 发明专利
    • 軟磁薄膜電感及磁性多元合金薄膜 SOFT MAGNETISM THIN FILM INDUCTOR AND MAGNETIC MULTI-ELEMENT ALLOY FILM
    • 软磁薄膜电感及磁性多元合金薄膜 SOFT MAGNETISM THIN FILM INDUCTOR AND MAGNETIC MULTI-ELEMENT ALLOY FILM
    • TWI317954B
    • 2009-12-01
    • TW095148391
    • 2006-12-22
    • 財團法人工業技術研究院
    • 葉均蔚張文成楊智超鄭乃文
    • H01F
    • H01F17/0006H01F10/131H01F10/138H01F10/265H01F2017/0046H01F2017/0066
    • 一種適合高頻操作下之磁性多元合金薄膜。此磁性多元合金薄膜用於改善薄膜電感在高頻操作下的品質因子,並可提升其電感值。此磁性多元合金薄膜主要是引入多元高熵合金的材料設計概念,利用多元高熵合金所具備的一些材料特性,如高亂度、奈米細晶結構、低矯頑磁場以及高電阻率等,來達到高頻操作時,磁性多元合金薄膜仍具有良好的軟磁性質。 A magnetic multi-element alloy film suitable for using in high frequency is provided. The magnetic multi-element alloy film is used in the thin film inductor operated in high frequency for enhancing the Q factor and inductance. The design concept of multi-element high-entropy alloy is introduced into the magnetic multi-element alloy film. The magnetic multi-element alloy film has material characters such as high randomness, nanometer microcrystalline structure, low coercive magnetic field and high resistivity, so that the magnetic multi-element alloy film has good soft magnetism when operated in high frequency. 【創作特點】 有鑑於此,本發明的目的就是在提供一種軟磁薄膜電感及磁性多元合金薄膜,能夠整合在標準的VLSI製程中,可作為高頻用軟磁薄膜電感,且其電感值及品質因子(Q factor)皆可優於空氣電感(air core)。
      本發明的再一目的是提供一種軟磁薄膜電感及磁性多元合金薄膜,使磁性多元合金薄膜本身之特性具有高亂度、奈米細晶結構、低矯頑磁場以及高電阻率,使得在高頻段操作下,仍具有良好的軟磁性質。
      本發明提出一種軟磁薄膜電感,包括第一介電層、螺旋狀導電層、第二介電層與磁性多元合金薄膜。螺旋狀導電層設置於在第一介電層之上,螺旋狀導電層的起點位於螺旋狀的中央,且螺旋狀導電層的終點位於螺旋狀的最外圍。第二介電層設置於在螺旋狀導電層之上。磁性多元合金薄膜設置於在第二介電層之上。磁性多元合金薄膜的組成的元素種類為3至13。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述磁性多元合金薄膜的組成之通式為AX,其中A為選自Fe、Co與Ni所組之族群之一種以上,X為選自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V與Mn所組之族群之一種以上,A佔整體成分比例範圍介於70原子百分比(at.%)~90原子百分比(at.%)之間。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述磁性多元合金薄膜的厚度範圍為50nm~2000nm之間。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述A為Fe與Co。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述X為B與M,且M為選自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V與Mn所組之族群之一種以上,M佔整體成分比例範圍介於1原子百分比(at.%)~9原子百分比(at.%)之間。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述M為選自Hf、Ta、Nb、Ti與V所組之族群之一種以上。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述M為Nb與Ti。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述M選自Hf、Ta、Nb、Ti與V所組之族群之其中一種。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述A為Fe、Co與Ni。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述X為B與Al。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述X為Si、Al與Cr。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述第一介電層之材質包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之其中之一。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述第二介電層之材質包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之其中之一。
      依照本發明的較佳實施例所述之軟磁薄膜電感,前述螺旋狀導電層之材質包括Al或Cu。
      本發明提出一種磁性多元合金薄膜,前述磁性多元合金薄膜的組成之通式為AX,其中A為選自Fe、Co與Ni所組之族群之一種以上,X為選自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V與Mn所組之族群之一種以上,A佔整體成分比例範圍介於70原子百分比(at.%)~90原子百分比(at.%)之間,而AX的成分元素個數為3~13個。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述磁性多元合金薄膜的厚度範圍為50nm~2000nm之間。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述A為Fe與Co。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X為B與M,且M為選自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V與Mn所組之族群之一種以上,M佔整體成分比例範圍介於1原子百分比(at.%)~9原子百分比(at.%)之間。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M為選自Hf、Ta、Nb、Ti與V所組之族群之一種以上。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M為Nb與Ti。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M選自Hf、Ta、Nb、Ti與V所組之族群之其中一種。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述A為Fe、Co與Ni。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X為B與Al。
      依照本發明的較佳實施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X為Si、Al與Cr。
      本發明之磁性多元合金薄膜,由於其本身具有高亂度、奈米細結晶結構、低矯頑磁場以及高電阻率的特性,因此在高頻段操作下,仍具有良好的軟磁性質。而且,由於可利用濺鍍的製程方式形成此種磁性多元合金薄膜,因此能夠整合在標準的VLSI製程中。
      此外,本發明之軟磁薄膜電感,於高頻段操作下,其電感值及品質因子(Q factor)皆優於空氣電感(air core)。而且,本發明之軟磁薄膜電感的製程簡單、可節省時間,並降低成本。
      為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂,下文特舉較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下。
    • 一种适合高频操作下之磁性多元合金薄膜。此磁性多元合金薄膜用于改善薄膜电感在高频操作下的品质因子,并可提升其电感值。此磁性多元合金薄膜主要是引入多元高熵合金的材料设计概念,利用多元高熵合金所具备的一些材料特性,如高乱度、奈米细晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率等,来达到高频操作时,磁性多元合金薄膜仍具有良好的软磁性质。 A magnetic multi-element alloy film suitable for using in high frequency is provided. The magnetic multi-element alloy film is used in the thin film inductor operated in high frequency for enhancing the Q factor and inductance. The design concept of multi-element high-entropy alloy is introduced into the magnetic multi-element alloy film. The magnetic multi-element alloy film has material characters such as high randomness, nanometer microcrystalline structure, low coercive magnetic field and high resistivity, so that the magnetic multi-element alloy film has good soft magnetism when operated in high frequency. 【创作特点】 有鉴于此,本发明的目的就是在提供一种软磁薄膜电感及磁性多元合金薄膜,能够集成在标准的VLSI制程中,可作为高频用软磁薄膜电感,且其电感值及品质因子(Q factor)皆可优于空气电感(air core)。 本发明的再一目的是提供一种软磁薄膜电感及磁性多元合金薄膜,使磁性多元合金薄膜本身之特性具有高乱度、奈米细晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率,使得在高频段操作下,仍具有良好的软磁性质。 本发明提出一种软磁薄膜电感,包括第一介电层、螺旋状导电层、第二介电层与磁性多元合金薄膜。螺旋状导电层设置于在第一介电层之上,螺旋状导电层的起点位于螺旋状的中央,且螺旋状导电层的终点位于螺旋状的最外围。第二介电层设置于在螺旋状导电层之上。磁性多元合金薄膜设置于在第二介电层之上。磁性多元合金薄膜的组成的元素种类为3至13。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述磁性多元合金薄膜的组成之通式为AX,其中A为选自Fe、Co与Ni所组之族群之一种以上,X为选自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn所组之族群之一种以上,A占整体成分比例范围介于70原子百分比(at.%)~90原子百分比(at.%)之间。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm~2000nm之间。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述A为Fe与Co。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述X为B与M,且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn所组之族群之一种以上,M占整体成分比例范围介于1原子百分比(at.%)~9原子百分比(at.%)之间。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V所组之族群之一种以上。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述M为Nb与Ti。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述M选自Hf、Ta、Nb、Ti与V所组之族群之其中一种。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述A为Fe、Co与Ni。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述X为B与Al。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述X为Si、Al与Cr。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述第一介电层之材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之其中之一。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述第二介电层之材质包括氧化膜、氮化膜或氟化膜之其中之一。 依照本发明的较佳实施例所述之软磁薄膜电感,前述螺旋状导电层之材质包括Al或Cu。 本发明提出一种磁性多元合金薄膜,前述磁性多元合金薄膜的组成之通式为AX,其中A为选自Fe、Co与Ni所组之族群之一种以上,X为选自Hf、Si、B、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn所组之族群之一种以上,A占整体成分比例范围介于70原子百分比(at.%)~90原子百分比(at.%)之间,而AX的成分元素个数为3~13个。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述磁性多元合金薄膜的厚度范围为50nm~2000nm之间。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述A为Fe与Co。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X为B与M,且M为选自Hf、Si、Cu、Al、Ta、Nb、Cr、Sn、Zr、Ti、Pd、Au、Pt、Ag、Ru、Mo、V与Mn所组之族群之一种以上,M占整体成分比例范围介于1原子百分比(at.%)~9原子百分比(at.%)之间。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M为选自Hf、Ta、Nb、Ti与V所组之族群之一种以上。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M为Nb与Ti。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述M选自Hf、Ta、Nb、Ti与V所组之族群之其中一种。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述A为Fe、Co与Ni。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X为B与Al。 依照本发明的较佳实施例所述之磁性多元合金薄膜,前述X为Si、Al与Cr。 本发明之磁性多元合金薄膜,由于其本身具有高乱度、奈米细结晶结构、低矫顽磁场以及高电阻率的特性,因此在高频段操作下,仍具有良好的软磁性质。而且,由于可利用溅镀的制程方式形成此种磁性多元合金薄膜,因此能够集成在标准的VLSI制程中。 此外,本发明之软磁薄膜电感,于高频段操作下,其电感值及品质因子(Q factor)皆优于空气电感(air core)。而且,本发明之软磁薄膜电感的制程简单、可节省时间,并降低成本。 为让本发明之上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂,下文特举较佳实施例,并配合所附图式,作详细说明如下。