用于电子应用的合成物和材料的制作方法
【专利说明】
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请是受让人的于2011年9月22日提交的美国申请No. 13/241,033的部分继 续申请，美国申请No. 13/241，033根据35U.S.C. § 119(e)要求2010年9月22日提交的美 国临时申请No. 61/385, 327和2010年11月30日提交的美国临时申请No. 61/418,367的 优先权。各所述申请通过引用完整纳入本文。
[0003] 任何优先权申请的引用纳入
[0004] 在本申请的申请数据表中指明的外国或本国优先权的任何和全部申请根据37CFR 1. 57特此引用纳入。
技术领域
[0005] 本发明实施方式涉及可用于电子应用、和特别是射频（RF)电子仪器 (electronics)中的合成物（组成，composition)和材料。
【背景技术】
[0006] 具有磁性质的各种结晶材料已经用作电子器件例如便携式电话、生物医学器件和 RFID传感器中的组件。经常期望改变这些材料的组成以改善它们的性能特性。例如，可使 用在晶格位点中的离子替换（substitution)或掺杂来调整材料的某些磁性质以改善在射 频范围的器件性能。然而，不同的离子引入不同的材料性质变化，这经常导致性能折衷。因 此，对精细调整（微调，finetune)结晶材料的组成以优化它们的磁性质（特别是对于RF 应用）存在持续的需求。
【发明内容】
[0007] 本公开内容的合成物、材料、制备方法、器件和体系各自具有若干方面，它们中的 单一一个均不独自地决定（担负）其期望的属性。在不限制本发明范围的情况下，现在将 简要地讨论其更突出的特征。
[0008] 任何本文中未直接定义的术语应被理解为具有本领域中所理解的与其通常有关 的所有含义。以下或在说明书的其它地方讨论了某些术语，以在描述各种实施方式的合成 物、方法、体系等以及如何制造或使用它们中为实践者提供额外的指引。将领会的是，相同 的东西可以多于一种的方式被讲到。因此，对于本文中描述的术语的任一个或多个，可使用 替代性语言和同义语。本文中是否对术语进行详述或讨论并不重要。提供一些同义语或替 换性方法、材料等。叙述一个或几个同义语或等同物并不排除使用其它同义语或等同物，除 非明确地指明。在本说明书中使用实例（包括术语的实例）是仅为了说明的目的且不限制 本文中实施方式的范围和含义。
[0009] 本文中公开的实施方式涉及使用钴（Co)来精细调整镍-锌铁氧体的磁性质，例如 磁导率和磁损耗，以改善在电子应用中的材料性能。在一个实施方式中，方法包括用足够的 Co+2代替镍（Ni)使得与Co+2替换有关的弛豫峰和与镍对锌（Ni/Zn)的比率有关的弛豫峰变 成近似重合。有利地，当所述弛豫峰重叠时，材料磁导率可被基本上最大化且磁损耗被基本 上最小化。所得材料是有用的且提供优异的性能，特别是对于在13. 56MHzISM频段下运行 的器件而言。在一个实施方式中，在13. 56MHz下，以相同量级的Q因子实现超过100的磁 导率。在另一实施方式中，所述方法包括用Co+2掺杂NiZn尖晶石以制造一系列Zn减少的 NiZn+Co材料，其以超过10的磁导率和有利的Q因子覆盖最高达约200MHz。使用Co精细 调整NiZn合成物的方法优选通过使用高分辨率X-射线荧光的先进工艺控制而得以实现。
[0010] 在优选的实施方式中，材料合成物由式NhxyZnxC〇yFe204表示，其可通过用Co+2掺 杂Ni(1x)ZnxFe204而形成。在某些实施方案中，X= 0. 2-0. 6,且0〈y〈0. 2。材料合成物的实 施方式可具有尖晶石晶体结构且可为单一相。所述材料合成物可用在多种应用中，所述应 用包括但不限于具有高的材料含量的天线，例如可用于便携式电话、生物医学器件和RFID 传感器的那些。
[0011] 在一些实施方式中，提供被设计成在13. 56MHzISM频段下运行的天线，其包括用 Co+2掺杂的镍锌铁氧体。优选地，与Co+2替换有关的弛豫峰和与Ni/Zn比率有关的弛豫峰处 于近似重合。在一个实施方案中，用Co+2掺杂的镍锌铁氧体可由式NiixyZnxC〇yFe204表示， 其中x= 0. 2-0. 6,且0〈y〈0. 2。在一些其它实施方式中，提供被设计成在13. 56MHzISM频 段下运行的RFID传感器，其包括用Co+2掺杂的镍锌铁氧体。优选地，与Co+2替换有关的弛 豫峰和与Ni/Zn比率有关的弛豫峰处于近似重合。在一个实施方案中，用Co+2掺杂的镍锌 铁氧体可由式NilxyZnxCoyFe204表示，其中X= 0.2-0.6，且0〈7〈0.2。
[0012] -些实施方式包括在镍-锌铁氧体中用足够的钴（Co2+)代替镍（Ni)的至少一 些的方法。在一个实施方式中，所述方法包括将NiO、Fe203、C〇0X、Μη0χ、ZnO和Cu0x共混 以形成具有预定的Ni对Zn的比率和预定的Co浓度的混合物。该系列材料的式优选为 NhwxyzZnwC〇xMnyCuzFe204。所述方法进一步包括将所述材料干燥，之后煅烧、研磨、以及喷 雾干燥所述材料。所述方法进一步包括形成部件（零件，part)，然后将该部件烧结。所述 部件可为天线例如可用于便携式电话、生物医学器件和RFID传感器的那些。
【附图说明】
[0013] 图1示出镍-锌体系在各种Ni和Zn含量水平下的磁导率（μ)的变化；
[0014] 图2示出一系列显示第一峰（最低频率）的频率（X轴）的偏移以及复磁导率（y 轴）的钴谱图（频谱，spectrum);
[0015] 图3示出在材料的磁性磁导率谱图中，在100kHz和1GHz之间观察到两个弛豫峰；
[0016] 图4示出根据本公开内容的一个实施方式的Ni-Zn铁氧体体系的磁性质的调整方 法；
[0017]图5示出根据本公开内容的一个实施方式的钴掺杂的镍-锌铁氧体合成物的制造 方法；以及
[0018] 图6显示在一些实施方式中，无线器件可结合如本文中描述的材料合成物。
【具体实施方式】
[0019] 本文中公开了用于精细调整镍锌铁氧体的磁性质以改善在各种电子应用中的材 料性能的方法。本文中还公开了改性的镍锌铁氧体材料，其特别适合用于各种在13.56MHz ISM频段下运行的电子器件中。根据本公开内容中描述的实施方式制备的改性的镍锌铁氧 体材料表现出有利的磁性质例如提高的磁导率和降低的磁损耗。
[0020] 本发明的方面和实施方式涉及用于电子器件中的改善的材料。例如，这些材料可 用于形成植入性医疗器件（例如葡萄糖传感器）用的RF天线。这些材料还可用于其它目 的，例如用于形成非植入性器件用的天线、或者植入性或非植入性器件的其它组件。有利 地，所述材料在13. 56MHz工业、医疗和科学频段处或者其附近具有优异的磁性磁导率和磁 损耗正切的组合。在各种实施方式中，所述材料通过用钴精细调整NiZn尖晶石的磁导率和 磁损耗而形成。如以下更详细地描述的，通过使与Co+2替换有关的弛豫峰和与Ni/Zn比率 有关的弛豫峰变成近似重合，磁导率可被最大化且磁损耗可被最小化，使得在13. 56MHz下 可以相同量级的Q实现超过100的磁导率。可使用相同的技术制造一系列具有减少的Zn 的NiZn+Co材料，其以超过10的磁导率和良好的Q覆盖最高达200MHz。
[0021] Ni-Zn体系
[0022] 镍-锌铁氧体可由通式NixZnixFe204表示，且可用于要求高的磁导率的电磁应用 中。图1示出镍-锌铁氧体体系在各种Ni和Zn含量水平下的磁导率（μ)的变化。例如， 在约13. 56MHz，磁导率随着锌含量减少而降低。磁导率的变化暗示：在其中磁导率不那么 重要的应用中，可由具有低或零锌含量的Ni-Zn体系得到低磁损耗（高磁性Q)材料。然 而，对于某些RFID标签和传感器，Ni-Zn体系不提供最佳性能，因为磁导率对于具有有利的 Q的合成物而言太低，或者Q对于具有高的磁导率的合成物而言太低。
[0023] 钴掺杂的影响
[0024] 图2示出一系列显示第一峰的频率（X轴）（最低频率）的偏移以及复磁导率（y 轴）的钴谱图。钴对频率的影响在约0.025钴处开始停止，因为磁晶各向异性刚好在复磁 导率压平（变平，flattenout)(其然后再次下降）时最终经过极小值。如图2中显示的， 受钴驱使的第一峰随着Co+2浓度提高最终与第二峰合并。在图2中，带有"ExtRef"的曲线 表示Ni/Zn外参比，且另一曲线表示Co2+掺杂的Ni/Zn体系的频率吸收峰。
[0025] 图3显示在材料的磁性磁导率谱图中，在100kHz和1GHz之间观察到两个弛豫峰。 不束缚于具体的理论，据信较低的频率峰对应于磁畴壁旋转，和较高的频率峰对应于磁畴 壁膨胀（鼓突，bulging)。还据信钴氧化物可通过降低尖晶石材料的磁晶各向异性而将与 磁损耗有关的较低频率弛豫峰推向较高的频率值。在一些实施方式中，这些较高的频率值 高于作为RFID标签和RF医疗传感器应用中经常使用的频率的13. 56MHz。还据信锰可用来 防止铁从Fe3+还原为Fe2+态，且因此改善材料横跨谱图的介电损耗，并且铜可充当容许烧制 温度降低的烧结助剂，因此防止Zn从由材料形成的部件的表面挥发。可对以上提到的两个 弛豫峰进行调节以提供在约1MHz