鎳鐵與氧化鋁奈米複合材料的合成及製程開發使螺旋電感的性能增強

Material Synthesis and Process Development of NiFe-AAO Nanocomposite for Performance Enhancement of On-chip Spiral Inductor

許欣富(Hsin-Fu Hsu)

指導教授 ： 鄭裕庭

國立交通大學/電機學院/電子工程系所/碩士(2009年)

https://doi.org/10.6842/NCTU.2009.00953

摘要

在此篇論文中，我們使用奈米鎳鐵柱應用於高頻螺旋電感，利用空間中相對磁導率的提升來增加電感值，以達到無線通訊應用晶片面積微小化的目標。直徑70nm，高度1μm 的奈米鎳鐵柱是利用沉積在矽基板上的陽極氧化鋁模板以電鍍方法所製成，規則的奈米鎳柱陣列被高電阻率的陽極氧化鋁模板所分隔，有效的避免了電感在高頻應用時所產生在磁性材料的渦電流損耗。在本實驗設計中，奈米鎳柱應用於螺旋電感，觀察奈米鎳柱鐵芯受到電感均勻的磁場磁化下，所得到的奈米鎳柱鐵芯電感高頻特性。最後，已完成的四圈半奈米鎳柱鐵芯螺旋電感的高頻特性被量測由0.1GHz到5GHz，電感值約有23 % 的增加，持續到達1GHz為止。

關鍵字

多孔隙氧化鋁 ； 電感 ； 鎳鐵 ； 鐵磁共振

並列摘要

This thesis presented a fully CMOS compatible process to implement NiFe (68 at%. Ni and 32 at.% Fe) –AAO nanocomposite as magnetic core material for on-chip spiral inductor fabrication. The NiFe nanorod arrays with 60~70 nm diameter using DC electroplated are deposited and electrically isolated in anodic alumina oxide (AAO) template on silicon substrate. Experimental results show that the spiral inductor of 4.5 turns using NiFe-AAO nanocomposite magnetic core can have 23% inductance enhancement than that of inductor without the core up to 1 GHz.

並列關鍵字

AAO ； inductor ； NiFe ； magnetic resonance

參考文獻

[1] I. J. Bahl, “High-performance inductors,” IEEE Trans. Microwave Theory Tech., Vol. 49, No. 4, pp. 654-664, Apr. 2001.

[2] S. Bantas and Y. Koutsoyannopoulos, “CMOS Active-LC Bandpass Filters With Coupled-Inductor Q-Enhancement and Center Frequency Tuning,” IEEE Trans. On circuits and systemss, VOL. 51, NO. 2, Feb. 2004.

[4] J.Kim, W.Ni,C.Lee,Edwin C.Kan, Ian D.Hosein, Y.Song, and C.Liddell, “Magnetic property characterization of magnetite (Fe3O4) nanorod cores for integrated solenoid rf inductors,” J.Appl.Phys 99. 08R903 (2006)

[5] R.F.Jiang,N.N.Shams,M.T.Rahman, and C. H. Lai, “Exchange-coupled IrMn/CoFe mulitlayers for RF-integrated inductors,” IEEE Trans.Magn., vol. 43, no. 10, pp. 3930–3932, Oct. 2007.

[6] M.C.Hsu, T.Y.Chao, Y.T.Cheng,C.M.Liu, and C.Chen, “The inductance enhancement study of spiral inductor using Ni-AAO nanocomposite core,” IEEE Trans.Nano., vol. 8. no.3, May 2009.