[发明专利]一种基于软磁薄膜应用于太赫兹波段的平面电感

说明书

本发明涉及一种基于软磁薄膜平面电感的制备加工与太赫兹波段电感的测试方法，软磁薄膜为具有高频磁导率性能的磁性薄膜，以Fe‑基磁性薄膜为主，太赫兹波段磁导率高于2。开口环形软磁薄膜平面电感由（1）基片和（2）软磁薄膜组成，如图1所示。采用高真空磁控溅射方法与微纳加工工艺制备而成。开口环形平面电感结构的厚度为10~100 nm，在0.3‑1.5 THz频段，平面电感值为0.1~5 nH，施加100 Oe磁场，太赫兹波段电感值调谐率高于20%。相比于非磁金属或非软磁薄膜开口环形电感，本发明平面电感在太赫兹波段具有可调控性。开口环形软磁薄膜平面电感易于大规模生产，具有高的器件集成度和可调控特性。

技术领域

本发明属于应用于太赫兹波段的开口环形平面可调控电感，其中涉及了一种基于软磁薄膜平面电感的制备加工与太赫兹波段电感的测试方法。

背景技术

太赫兹波（THz）技术作为新兴的研究领域，其受到各国科学家的极大关注，重要原因是THz电磁波与微波、光波等波段的电磁波相比具有非常独特的性质：（1）在应用方面具有非常强的互补特征；（2）利用THz波通过特有的光谱特征识别有机分子；（3）THz波的典型脉宽在亚皮秒量级，可以进行亚皮秒、飞秒时间分辨的瞬态光谱研究，能够防止背景辐射噪音的干扰；（4）THz波具有很高的时间和空间相干性；（5）THz波的光子能量低。THz波的这些特点决定了THz技术在民用安检、医疗成像等方面有着极其重要的应用。因此，研制一种能够应用于太赫兹波段器件的可调控平面电感对发展太赫兹器件有着十分重要的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种基于软磁薄膜应用于太赫兹波段的可调控平面电感，该电感以软磁纳米薄膜和开口环形平面电感结构为基础。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：制备一种单层纳米薄膜平面电感，单层薄膜为软磁薄膜，其矫顽场大小低于5 Oe，在外加小磁场100 Oe，可调控太赫兹波段的有效电感值。

优化地，软磁薄膜沉积于基片表面，所述基片材质为：电阻率高于8000 Ω·cm的高阻硅或二氧化硅材料，其中基底尺寸为20×20×0.5 mm³。

优化地，软磁纳米开口环形平面电感结构的厚度为10~100 nm。

优化地，在0.3-1.5 THz波段，软磁纳米开口环形平面结构电感值为0.1~5 nH，太赫兹波段调谐率高于20%。该开口环形薄膜可调控电感能够应用于太赫兹波段滤波器、谐振器等微纳电子无源器件，相比于单层非磁金属或其他铁磁薄膜开口环形电感具有高的复数磁导率和可调控性。

优化地，软磁纳米开口环形平面电感是采用高真空磁控溅射方法与微纳加工工艺制备而成。

本发明的又一目的在于提供一种在太赫兹波段具有高磁导率和可调控性的薄膜电感。这种用于制备太赫兹波段开口环形平面电感的材料可以是软磁FeN薄膜，或者是掺杂的FeNX薄膜。以FeN薄膜为例，选用纯度99.99%的Fe靶和高纯N₂进行制备。通过控制N₂流量多少的方式达到调控Fe_xN_y中各元素原子所占的比重，并通过XSP以及EDAX能谱测试的方式来确定各原子组分。

由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比至少具有以下的优点：环形FeN铁磁薄膜平面电感相比于单层非磁金属或其他铁磁薄膜环形电感具有更高的复数磁导率和可调控性。同时，用FeN铁磁薄膜制备的平面电感具有结构简单、体积小、制作成本低的特点。并且利用此方案所制备的环形薄膜电感，在制作上易于加工和便于企业大规模生产的同时，拥有更高的集成度、更优越的节能特性。

附图说明

图1为开口环形软磁薄膜平面电感的结构示意图；

图2为本发明应用于太赫兹波段的软磁薄膜的平面开口环形电感的实物图；

图3为以FeN单层薄膜为例的软磁薄膜难轴和易轴方向磁滞回线图；