Magnetische Metall/Polymer Nanokomposite für Hochfrequenzanwendungen

Greve, Henry

In der heutigen Gesellschaft spielt der mobile Kommunikations- und Datenverkehr eine immer größere Rolle. Mit diesem massiv wachsenden Markt geht ein dementsprechender Entwicklungsbedarf im Bereich der dazugehörigen, technologischen Komponenten einher. So ist es ein Entwicklungsziel, die induktiven Komponenten, wie sie z.B. in MMICs (Monolithic Microwave Integrated Circuit) integriert sind, immer weiter zu verkleinern, während gleichzeitig ebenfalls ihre Hochfrequenzeigenschaften verbessert werden sollen. Integrierte Mikroinduktoren bestehen beim heutigen Stand der Technik in den meisten Fällen aus planaren Spiralen ohne einen magnetischen Kern, welche eine relativ große Oberfläche auf einem Chip belegen. Die Verwendung von Mikroinduktoren mit einem weichmagnetischen Kernmaterial führt durch die Erhöhung der Induktivität und des Gütefaktors zu einer erwünschten Verkleinerung bei gleichzeitiger Verringerung von Streufeldern. Neben den Geometrien der Mikroinduktoren selbst ist die Entwicklung geeigneter weichmagnetischer Dünnfilme von entscheidender Bedeutung. Der in dieser Arbeit verfolgte Ansatz zur Herstellung solcher weichmagnetischer Schichten besteht in der Verwendung von Metall/Polymer Nanokompositen. Diese wurden über eine Abscheidung von weichmagnetischen Legierungen zusammen mit Fluorpolymeren mittels Vakuum-Gasphasenabscheideverfahren realisiert. Die Abscheidung der beiden Komponenten erfolgte sowohl gleichzeitig als auch abwechselnd, wodurch verschiedene Nanostrukturen des Komposits realisiert wurden. Die Filme wurden hinsichtlich der Struktur und Zusammensetzung der Komposite und auch hinsichtlich ihrer magnetischen Eigenschaften charakterisiert. Nanostrukturierte FeNiCo/PTFE-Multilagenfilme, bei denen während der Abscheidung eine Anisotropie über ein statisches Magnetfeld induziert wurde, weisen eine Resonanzfrequenz von fr = 4,8 GHz und eine Hochfrequenzpermeabilität µ’ ≈ 60 bei 100 MHz auf. Es treten keine signifikanten Verluste bei Frequenzen < 1,5 GHz auf, und es ergibt sich ein sehr guter Gütefaktor Q = 20 bei 2 GHz für diese Kompositfilme. Diese Eigenschaften sind eine exzellente Grundlage für den Einsatz der Filme als Kernmaterial in Mikroinduktoren. Die Integrierbarkeit der Metall/Polymer Nanokompositfilme in standard-CMOS Prozessverfahren wurde anhand eines toroidförmigen Mikroinduktors erfolgreich umgesetzt. Weiterhin wurde ein faszinierender, neuer und selbstorganisierter Wachstumsprozess untersucht. Beim Co-Verdampfen einer FeNiCo Legierung mit Teflon AF entsteht bei geeigneten Prozessparametern ein Nanokomposit, bestehend aus magnetischen Nanosäulen mit einem Durchmesser von wenigen Nanometern und hohem Aspektverhältnis, eingebettet in einer isolierenden Polymermatrix. Dieser Wachstumsprozess und die magnetischen Eigenschaften solcher Nanosäulen-Kompositfilme wurde im Verlauf dieser Arbeit genauer untersucht.

Cite

Citation style:

Greve, Henry: Magnetische Metall/Polymer Nanokomposite für Hochfrequenzanwendungen. 2008.

Rights

Use and reproduction:
No CC License (german copyright law applies)

Export