陳曉輝+劉歡歡

摘 要 針對(duì)高頻薄膜噪聲抑制器進(jìn)行了HFSS有限元仿真，根據(jù)LLG方程計(jì)算了塊狀薄膜計(jì)及退磁因子和渦流損耗的磁導(dǎo)率，分析了薄膜各向異性對(duì)噪聲抑制頻率和噪聲抑制效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜易軸方向由垂直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较驎r(shí)，共振頻率從1.5 GHz提高到了4 GHz，而功率損耗Ploss/Pin也有明顯的提高。

關(guān)鍵詞 噪聲抑制薄膜；垂直各向異性；水平各向異性；共振頻率

中圖分類號(hào)：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0044-01

隨著電子設(shè)備往微型化、高頻化、集成化、功能化方向發(fā)展，電磁兼容問題變得越來越嚴(yán)峻。在使用高頻微波集成器件的過程中，電磁環(huán)境會(huì)變得越來越復(fù)雜，設(shè)備的電磁兼容性要求越來越高，抗電磁干擾（EMI）成為一個(gè)備受矚目的課題[1]。在集成的條件下采用特殊材料制作的抗EMI元器件成為未來電磁兼容發(fā)展的一個(gè)重要方向[2]。將高頻磁性薄膜應(yīng)用在半導(dǎo)體元器件和微波電路旁邊可以對(duì)高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行有效的吸收抑制[3]。經(jīng)過不過的探索和實(shí)驗(yàn)，至今已經(jīng)取得了優(yōu)異的成果。人們針對(duì)薄膜噪聲抑制器采用HFSS有限元仿真手段進(jìn)行了廣泛的研究，主要針對(duì)薄膜三圍尺寸、薄膜電阻、介電常數(shù)這三個(gè)方面[4]，本文章將針對(duì)薄膜的各向異性場(chǎng)對(duì)噪聲抑制效果的影響這一方面進(jìn)行仿真分析。功率損耗可以通過公式Ploss/Pin=

1-（|S21|2+|S11|2）計(jì)算得出。

1 仿真模型的建立與結(jié)果分析

我們采用坡莫合金薄膜來進(jìn)行仿真，它的參數(shù)為：飽和磁化強(qiáng)度Ms=800000 Am-1，各向異性常數(shù)Hk=500 Am-1，阻尼系數(shù)α=0.015，回旋磁力比為γ=0.2 MHz m/A，薄膜橫向有效磁導(dǎo)率（難軸磁導(dǎo)率）可以根據(jù)LLG方程計(jì)算得出，HFSS仿真模型為微帶線上放置一塊磁性薄膜來完成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁體被磁化時(shí)，存在一個(gè)比較容易磁化的方向和一個(gè)比較難磁化的方向，這是由于磁體在磁性上是各向異性的，在易磁化軸方向上，磁晶各向異性能最小，在難磁化軸上，磁晶各向異性能最大，各向異性場(chǎng)的方向?qū)⒂绊懕∧?duì)電磁場(chǎng)的感應(yīng)，進(jìn)而影響薄膜的噪聲抑制效果。本小結(jié)將根據(jù)此研究薄膜易磁化軸方向?qū)Ρ∧ぴ肼曇种菩Ч挠绊?，仿真時(shí)分別設(shè)定薄膜的易磁化軸分別沿著薄膜垂直方向和水平方向，這個(gè)可以通過HFSS軟件設(shè)定薄膜內(nèi)各個(gè)方向的張量磁導(dǎo)率以及薄膜內(nèi)的磁化方向來得到。

從圖1可以看到當(dāng)薄膜易軸沿著垂直方向時(shí)，鐵磁共振頻率在1.5 GHz左右，而當(dāng)薄膜易軸沿著水平方向時(shí)，鐵磁共振頻率達(dá)到了4 GHz，頻率有了明顯的提高。而功率損耗在易軸沿著水平方向時(shí)也得到了明顯的提高這說明了當(dāng)薄膜易軸沿著水平膜面時(shí)比沿著垂直膜面時(shí)具有更好的抑制效果。

2 結(jié)論

高頻磁性薄膜在抗EMI領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用，前面的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)薄膜的三維尺寸和薄膜電阻對(duì)噪聲抑制器的噪聲抑制效果有明顯的影響，本篇文章采用HFSS仿真手段針對(duì)薄膜的各向異性進(jìn)行了仿真分析，研究發(fā)現(xiàn)水當(dāng)薄膜的易軸方向由垂直于膜面轉(zhuǎn)化為平行于膜面時(shí)，噪聲抑制頻率有了明顯的提高，相應(yīng)的噪聲抑制幅度Ploss/Pin也有明顯的提高，這對(duì)于高頻噪聲抑制薄膜的制備有重要的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]王添文，李子森，王升.電磁干擾噪聲抑制片應(yīng)用介紹[J].電源技術(shù)，2008（208）：59-60.

[2]Pedram Khalili Amiri.Magnetic Materials and Devices for Integrated Radio-Frequency Electronics，sharif University of Technology，2008.

[3]Shigeyoshi YoshidacMitsuharu Sato.Permeability and electromagnetic-interference characteristics of Fe-Si-Al alloy flakes-polymer composite . J Appl Phys， 1999， 85（4636）.

[4]Sun-Tae Kim， Gi-Bong Ryu， Sung-Soo Kim. Conduction noise attenuation by Fe3O4 thin films attachedon microstrip line. J Appl Phys， 2006， 99（08M919）：1-3.

[5]Shigehiro Ohnuma， Hideaki Nagura. Noise Suppression Effect of Nanogranular Co Based Magnetic Thin Films at Gigahertz Frequency. IEEE Trans Magn， 2004， 40（4）：2712-2715.

[6]Kaori Maruta， Masaya Sugawara， et al. Analysis of Optimum Sheet Resistance for Integrated Electromagnetic Noise Suppressors. IEEE Trans Magn，2006，42（10）：3377-3381.

作者簡(jiǎn)介

陳曉輝，山東濰坊人，碩士在讀，電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。endprint

摘 要 針對(duì)高頻薄膜噪聲抑制器進(jìn)行了HFSS有限元仿真，根據(jù)LLG方程計(jì)算了塊狀薄膜計(jì)及退磁因子和渦流損耗的磁導(dǎo)率，分析了薄膜各向異性對(duì)噪聲抑制頻率和噪聲抑制效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜易軸方向由垂直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较驎r(shí)，共振頻率從1.5 GHz提高到了4 GHz，而功率損耗Ploss/Pin也有明顯的提高。

關(guān)鍵詞 噪聲抑制薄膜；垂直各向異性；水平各向異性；共振頻率

中圖分類號(hào)：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0044-01

隨著電子設(shè)備往微型化、高頻化、集成化、功能化方向發(fā)展，電磁兼容問題變得越來越嚴(yán)峻。在使用高頻微波集成器件的過程中，電磁環(huán)境會(huì)變得越來越復(fù)雜，設(shè)備的電磁兼容性要求越來越高，抗電磁干擾（EMI）成為一個(gè)備受矚目的課題[1]。在集成的條件下采用特殊材料制作的抗EMI元器件成為未來電磁兼容發(fā)展的一個(gè)重要方向[2]。將高頻磁性薄膜應(yīng)用在半導(dǎo)體元器件和微波電路旁邊可以對(duì)高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行有效的吸收抑制[3]。經(jīng)過不過的探索和實(shí)驗(yàn)，至今已經(jīng)取得了優(yōu)異的成果。人們針對(duì)薄膜噪聲抑制器采用HFSS有限元仿真手段進(jìn)行了廣泛的研究，主要針對(duì)薄膜三圍尺寸、薄膜電阻、介電常數(shù)這三個(gè)方面[4]，本文章將針對(duì)薄膜的各向異性場(chǎng)對(duì)噪聲抑制效果的影響這一方面進(jìn)行仿真分析。功率損耗可以通過公式Ploss/Pin=

1-（|S21|2+|S11|2）計(jì)算得出。

1 仿真模型的建立與結(jié)果分析

我們采用坡莫合金薄膜來進(jìn)行仿真，它的參數(shù)為：飽和磁化強(qiáng)度Ms=800000 Am-1，各向異性常數(shù)Hk=500 Am-1，阻尼系數(shù)α=0.015，回旋磁力比為γ=0.2 MHz m/A，薄膜橫向有效磁導(dǎo)率（難軸磁導(dǎo)率）可以根據(jù)LLG方程計(jì)算得出，HFSS仿真模型為微帶線上放置一塊磁性薄膜來完成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁體被磁化時(shí)，存在一個(gè)比較容易磁化的方向和一個(gè)比較難磁化的方向，這是由于磁體在磁性上是各向異性的，在易磁化軸方向上，磁晶各向異性能最小，在難磁化軸上，磁晶各向異性能最大，各向異性場(chǎng)的方向?qū)⒂绊懕∧?duì)電磁場(chǎng)的感應(yīng)，進(jìn)而影響薄膜的噪聲抑制效果。本小結(jié)將根據(jù)此研究薄膜易磁化軸方向?qū)Ρ∧ぴ肼曇种菩Ч挠绊?，仿真時(shí)分別設(shè)定薄膜的易磁化軸分別沿著薄膜垂直方向和水平方向，這個(gè)可以通過HFSS軟件設(shè)定薄膜內(nèi)各個(gè)方向的張量磁導(dǎo)率以及薄膜內(nèi)的磁化方向來得到。

從圖1可以看到當(dāng)薄膜易軸沿著垂直方向時(shí)，鐵磁共振頻率在1.5 GHz左右，而當(dāng)薄膜易軸沿著水平方向時(shí)，鐵磁共振頻率達(dá)到了4 GHz，頻率有了明顯的提高。而功率損耗在易軸沿著水平方向時(shí)也得到了明顯的提高這說明了當(dāng)薄膜易軸沿著水平膜面時(shí)比沿著垂直膜面時(shí)具有更好的抑制效果。

2 結(jié)論

高頻磁性薄膜在抗EMI領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用，前面的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)薄膜的三維尺寸和薄膜電阻對(duì)噪聲抑制器的噪聲抑制效果有明顯的影響，本篇文章采用HFSS仿真手段針對(duì)薄膜的各向異性進(jìn)行了仿真分析，研究發(fā)現(xiàn)水當(dāng)薄膜的易軸方向由垂直于膜面轉(zhuǎn)化為平行于膜面時(shí)，噪聲抑制頻率有了明顯的提高，相應(yīng)的噪聲抑制幅度Ploss/Pin也有明顯的提高，這對(duì)于高頻噪聲抑制薄膜的制備有重要的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]王添文，李子森，王升.電磁干擾噪聲抑制片應(yīng)用介紹[J].電源技術(shù)，2008（208）：59-60.

[2]Pedram Khalili Amiri.Magnetic Materials and Devices for Integrated Radio-Frequency Electronics，sharif University of Technology，2008.

[3]Shigeyoshi YoshidacMitsuharu Sato.Permeability and electromagnetic-interference characteristics of Fe-Si-Al alloy flakes-polymer composite . J Appl Phys， 1999， 85（4636）.

[4]Sun-Tae Kim， Gi-Bong Ryu， Sung-Soo Kim. Conduction noise attenuation by Fe3O4 thin films attachedon microstrip line. J Appl Phys， 2006， 99（08M919）：1-3.

[5]Shigehiro Ohnuma， Hideaki Nagura. Noise Suppression Effect of Nanogranular Co Based Magnetic Thin Films at Gigahertz Frequency. IEEE Trans Magn， 2004， 40（4）：2712-2715.

[6]Kaori Maruta， Masaya Sugawara， et al. Analysis of Optimum Sheet Resistance for Integrated Electromagnetic Noise Suppressors. IEEE Trans Magn，2006，42（10）：3377-3381.

作者簡(jiǎn)介

陳曉輝，山東濰坊人，碩士在讀，電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。endprint

摘 要 針對(duì)高頻薄膜噪聲抑制器進(jìn)行了HFSS有限元仿真，根據(jù)LLG方程計(jì)算了塊狀薄膜計(jì)及退磁因子和渦流損耗的磁導(dǎo)率，分析了薄膜各向異性對(duì)噪聲抑制頻率和噪聲抑制效果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)薄膜易軸方向由垂直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较驎r(shí)，共振頻率從1.5 GHz提高到了4 GHz，而功率損耗Ploss/Pin也有明顯的提高。

關(guān)鍵詞 噪聲抑制薄膜；垂直各向異性；水平各向異性；共振頻率

中圖分類號(hào)：TN03 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-7597（2014）09-0044-01

隨著電子設(shè)備往微型化、高頻化、集成化、功能化方向發(fā)展，電磁兼容問題變得越來越嚴(yán)峻。在使用高頻微波集成器件的過程中，電磁環(huán)境會(huì)變得越來越復(fù)雜，設(shè)備的電磁兼容性要求越來越高，抗電磁干擾（EMI）成為一個(gè)備受矚目的課題[1]。在集成的條件下采用特殊材料制作的抗EMI元器件成為未來電磁兼容發(fā)展的一個(gè)重要方向[2]。將高頻磁性薄膜應(yīng)用在半導(dǎo)體元器件和微波電路旁邊可以對(duì)高頻噪聲信號(hào)進(jìn)行有效的吸收抑制[3]。經(jīng)過不過的探索和實(shí)驗(yàn)，至今已經(jīng)取得了優(yōu)異的成果。人們針對(duì)薄膜噪聲抑制器采用HFSS有限元仿真手段進(jìn)行了廣泛的研究，主要針對(duì)薄膜三圍尺寸、薄膜電阻、介電常數(shù)這三個(gè)方面[4]，本文章將針對(duì)薄膜的各向異性場(chǎng)對(duì)噪聲抑制效果的影響這一方面進(jìn)行仿真分析。功率損耗可以通過公式Ploss/Pin=

1-（|S21|2+|S11|2）計(jì)算得出。

1 仿真模型的建立與結(jié)果分析

我們采用坡莫合金薄膜來進(jìn)行仿真，它的參數(shù)為：飽和磁化強(qiáng)度Ms=800000 Am-1，各向異性常數(shù)Hk=500 Am-1，阻尼系數(shù)α=0.015，回旋磁力比為γ=0.2 MHz m/A，薄膜橫向有效磁導(dǎo)率（難軸磁導(dǎo)率）可以根據(jù)LLG方程計(jì)算得出，HFSS仿真模型為微帶線上放置一塊磁性薄膜來完成。經(jīng)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)磁體被磁化時(shí)，存在一個(gè)比較容易磁化的方向和一個(gè)比較難磁化的方向，這是由于磁體在磁性上是各向異性的，在易磁化軸方向上，磁晶各向異性能最小，在難磁化軸上，磁晶各向異性能最大，各向異性場(chǎng)的方向?qū)⒂绊懕∧?duì)電磁場(chǎng)的感應(yīng)，進(jìn)而影響薄膜的噪聲抑制效果。本小結(jié)將根據(jù)此研究薄膜易磁化軸方向?qū)Ρ∧ぴ肼曇种菩Ч挠绊懀抡鏁r(shí)分別設(shè)定薄膜的易磁化軸分別沿著薄膜垂直方向和水平方向，這個(gè)可以通過HFSS軟件設(shè)定薄膜內(nèi)各個(gè)方向的張量磁導(dǎo)率以及薄膜內(nèi)的磁化方向來得到。

從圖1可以看到當(dāng)薄膜易軸沿著垂直方向時(shí)，鐵磁共振頻率在1.5 GHz左右，而當(dāng)薄膜易軸沿著水平方向時(shí)，鐵磁共振頻率達(dá)到了4 GHz，頻率有了明顯的提高。而功率損耗在易軸沿著水平方向時(shí)也得到了明顯的提高這說明了當(dāng)薄膜易軸沿著水平膜面時(shí)比沿著垂直膜面時(shí)具有更好的抑制效果。

2 結(jié)論

高頻磁性薄膜在抗EMI領(lǐng)域發(fā)揮了越來越重要的作用，前面的文獻(xiàn)中發(fā)現(xiàn)薄膜的三維尺寸和薄膜電阻對(duì)噪聲抑制器的噪聲抑制效果有明顯的影響，本篇文章采用HFSS仿真手段針對(duì)薄膜的各向異性進(jìn)行了仿真分析，研究發(fā)現(xiàn)水當(dāng)薄膜的易軸方向由垂直于膜面轉(zhuǎn)化為平行于膜面時(shí)，噪聲抑制頻率有了明顯的提高，相應(yīng)的噪聲抑制幅度Ploss/Pin也有明顯的提高，這對(duì)于高頻噪聲抑制薄膜的制備有重要的啟發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]王添文，李子森，王升.電磁干擾噪聲抑制片應(yīng)用介紹[J].電源技術(shù)，2008（208）：59-60.

[2]Pedram Khalili Amiri.Magnetic Materials and Devices for Integrated Radio-Frequency Electronics，sharif University of Technology，2008.

[3]Shigeyoshi YoshidacMitsuharu Sato.Permeability and electromagnetic-interference characteristics of Fe-Si-Al alloy flakes-polymer composite . J Appl Phys， 1999， 85（4636）.

[4]Sun-Tae Kim， Gi-Bong Ryu， Sung-Soo Kim. Conduction noise attenuation by Fe3O4 thin films attachedon microstrip line. J Appl Phys， 2006， 99（08M919）：1-3.

[5]Shigehiro Ohnuma， Hideaki Nagura. Noise Suppression Effect of Nanogranular Co Based Magnetic Thin Films at Gigahertz Frequency. IEEE Trans Magn， 2004， 40（4）：2712-2715.

[6]Kaori Maruta， Masaya Sugawara， et al. Analysis of Optimum Sheet Resistance for Integrated Electromagnetic Noise Suppressors. IEEE Trans Magn，2006，42（10）：3377-3381.

作者簡(jiǎn)介

陳曉輝，山東濰坊人，碩士在讀，電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院，電子科學(xué)與技術(shù)專業(yè)。endprint