一种涡流抑制结构的制作方法

本实用新型涉及射频微电子机械系统领域，具体涉及一种涡流抑制结构。

背景技术：

目前智能手机、平板电脑、射频器件和雷达等设备中常用的天线是基于电流传导工作原理的电小天线，通常尺寸通常较大，难以实现小型化，还具有阻抗匹配困难、辐射效率低等缺点。体声波磁电天线利用体声波谐振原理和磁电效应来辐射电磁信号，从根本上解决了电小天线阻抗匹配困难和辐射效率过低的问题，而且利用声波谐振原理，可以实现器件的小型化。体声波磁电天线由压电层和磁致伸缩层交叉复合构成。

在体声波磁电天线中，磁致伸缩层作为发射天线的辐射层，在该层内通过机磁效应产生电磁信号向外界辐射电磁波，其能量利用率直接决定发射天线的辐射效率。磁致伸缩层往往选用电导率较大的fegab磁性薄膜，在内部磁场的激励下，会产生较大的涡流损耗，影响发射天线辐射功率。在保证磁致伸缩层良好的软磁特性的前提下，减小涡流损耗将极大提高磁电天线的辐射效率。体声波磁电天线在射频系统中应用时，涡流损耗会造成过多的能量损耗，导致天线的辐射效率降低限制其应用范围。

zhiyaoandyuanxunethanwang在标题为“3dadi-fdtdmodelingofplatformreductionwiththinfilmferromagneticmaterial”中提出了一种基于3dadi-fdtd的涡流抑制方法，该方法利用将磁致伸缩层分割成长条状的方法打断涡流环以达到抑制涡流损耗的目的。该方法的关键技术为：(一)分割的长条宽度应该和厚度相当，这样可以使打断的涡流回路足够小。(二)长条的纵向方向应沿着磁通方向。相邻长条之间为空气隙，由于磁致伸缩层的导电性很高，大部分电磁场都集中在空气隙中。其结构如附图1和2。

上述方案提出的涡流损耗抑制方法，虽然能很好的抑制涡流损耗，但同时也会大大降低磁电天线的辐射效率，主要问题为：(一)采用空气隙作为分割长条之间的左右间隙(沿y轴方向)和上下层间隙(沿z轴方向)，导致体声波磁电天线在实际工作时，应力无法在左右和上下两层之间连续传递，只有下层的磁致伸缩薄膜工作，上层磁致伸缩层中没有应力传导，无法激发出电磁波，进而使整个磁致伸缩层的辐射效率大大下降。(二)该方案中沿y轴方向的每个空气隙宽度为0.2μm占单个磁膜条宽度的1/5，沿z轴方向的每个空气隙厚度0.3μm占单个磁膜条宽度的1/2。较大尺寸的空气隙虽然可以很好的抑制涡流损耗，但会降低整个磁致伸缩层的软磁特性，导致磁电天线辐射效率过低。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种涡流抑制结构。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种涡流抑制结构，包括磁致伸缩层，还包括绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述磁致伸缩层内，用于打断涡流。

本实用新型的有益效果是：本实用新型在磁致伸缩层中插入绝缘介质层来减小涡流损耗，使体声波磁电天线的辐射效率提高，解决了现有技术方案中空气隙间隔磁致伸缩层导致应力不连续、磁电天线辐射效率低的问题。使用绝缘介质层作为间隔层可以改善磁致伸缩层的软磁特性，有效降低磁致伸缩层的矫顽力，提高辐射区的灵敏度。通过仿真分析，该方案可以有效减小涡流损耗65％以上，大幅地提高磁电天线的辐射效率。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进：

进一步，所述磁致伸缩层内沿其厚度方向设置第一绝缘介质层和/或所述磁致伸缩层内沿其宽度方向设置第二绝缘介质层。

采用上述进一步方案的有益效果是本实用新型根据磁致伸缩层中感应电流的趋肤效应将涡流分为体涡流和面涡流，第一绝缘介质层能够很好的抑制体涡流，从而减小涡流损耗；第二绝缘介质层能够很好的抑制面涡流，从而减小涡流损耗。

进一步，所述磁致伸缩层内沿其厚度方向设置至少一层所述第一绝缘介质层。

采用上述进一步方案的有益效果是第一绝缘介质层能够很好的抑制体涡流，从而减小涡流损耗。

进一步，所述第一绝缘介质层为三层且相互平行，每层所述第一绝缘介质层的厚度为5-100nm，所述磁致伸缩层的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第一绝缘介质层的电导率范围为0-100s/m，所述第一绝缘介质层由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

采用上述进一步方案的有益效果是经过模拟结果可知，3层已足以解决体涡流抑制问题；第一绝缘介质层在5-100nm，体涡流可以得到很好的抑制；fegab薄膜是优质的磁致伸缩层材料；绝缘介质层为上述材料时，具有很好的涡流抑制效果。

进一步，所述磁致伸缩层内沿其宽度方向设置至少一层所述第二绝缘介质层。

采用上述进一步方案的有益效果是第二绝缘介质层能够很好的抑制面涡流，从而减小涡流损耗。

进一步，所述第二绝缘介质层为三层且相互平行，每层所述第二绝缘介质层的厚度为5-30nm，所述磁致伸缩层的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第二绝缘介质层的电导率范围为0-100s/m，所述第二绝缘介质层由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

采用上述进一步方案的有益效果是经过模拟结果可知，3层已足以解决面涡流抑制问题；第二绝缘介质层在5-30nm，面涡流可以得到很好的抑制；fegab薄膜是优质的磁致伸缩层材料；绝缘介质层为上述材料时，具有很好的涡流抑制效果。

进一步，所述磁致伸缩层内沿其厚度方向设置至少一层第一绝缘介质层，所述磁致伸缩层内沿其宽度方向设置至少一层第二绝缘介质层，所述第一绝缘介质层和所述第二绝缘介质层交叉间隔设置。

采用上述进一步方案的有益效果是在磁致伸缩层中插入沿厚度和沿宽度方向交替间隔的绝缘介质层来减小其体涡流和面涡流损耗，提出了综合考虑体涡流和面涡流的插入绝缘介质层隔离结构，使磁致伸缩层的涡流损耗最小。解决了现有技术方案中空气隙间隔磁致伸缩层导致应力不连续、磁电天线辐射效率低的问题。使用绝缘介质层作为间隔层可以改善磁致伸缩层的软磁特性，有效降低磁致伸缩层的矫顽力，提高辐射区的灵敏度。通过仿真分析，该方案可以有效减小涡流损耗65％以上，大幅地提高磁电天线的辐射效率。

进一步，所述第一绝缘介质层为三层且相互平行，所述第二绝缘介质层为三层且相互平行，每层所述第一绝缘介质层厚度为5-100nm，每层所述第二绝缘介质层厚度为5-30nm，所述磁致伸缩层的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第一绝缘介质层和所述第二绝缘介质层的电导率范围为0-100s/m，所述第一绝缘介质层和所述第二绝缘介质层均由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

采用上述进一步方案的有益效果是经过模拟结果可知，3层已足以解决面涡流抑制问题，第一绝缘介质层厚度为5-100nm,第二绝缘介质层在5-30nm，面涡流可以得到很好的抑制，上述限定在保证绝缘介质层尺寸尽可能小的前提下对磁膜中的涡流损耗进行抑制，并提出了一种插入最小尺寸绝缘介质用于抑制涡流的磁膜结构，该结构能够在有效抑制磁致伸缩层中涡流损耗的同时，可以有效的保证磁致伸缩层良好的软磁特性，提高磁电天线辐射效率，使体声波磁电天线更适用于无线通信中的应用场合；fegab薄膜是优质的磁致伸缩层材料；绝缘介质层为上述材料时，具有很好的涡流抑制效果。

本实用新型还涉及一种磁电天线，包括上电极，还包括所述涡流抑制结构，所述涡流抑制结构设置在所述上电极上。

本实用新型还涉及一种所述涡流抑制结构的制备方法，包括，步骤1：在机体(体声波谐振器上电极)上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层；步骤2：在所述步骤1形成的所述磁致伸缩层上利用磁控溅射法沉积沿其厚度方向的第一绝缘介质层；步骤3：在所述步骤2形成的所述第一绝缘介质层上再次沉积磁致伸缩层；步骤4：直接得到所述涡流抑制结构，或者再重复进行上述步骤2-3至少一次，得到所述涡流抑制结构；或者，步骤a：在机体(体声波谐振器上电极)上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层；步骤b：用甩胶机在所述磁致伸缩层上均匀覆盖一层光刻胶，然后依次进行前烘、曝光和显影；步骤c：用干法刻蚀在所述步骤b形成的结构上刻蚀出在所述磁致伸缩层厚度方向的至少一个凹槽；步骤d：用磁控溅射法在所述步骤c形成的结构上溅射以形成在所述磁致伸缩层厚度方向的至少一层第二绝缘介质层；步骤e：采用金属剥离工艺去除所述所述磁致伸缩层表面的所述光刻胶；步骤f：利用化学机械研磨将高出所述磁致伸缩层表面的所述第二绝缘介质层磨平；或者，步骤a：在(体声波谐振器上电极)机体上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层；步骤b：在所述步骤a形成的所述磁致伸缩层上利用磁控溅射法沉积所述步骤a形成的所述磁致伸缩层厚度方向的第一绝缘介质层；步骤c：在所述步骤b形成的所述第一绝缘介质层上沉积磁致伸缩层；步骤d：直接得到第一绝缘介质层结构，或者再重复进行上述步骤b-c至少一次，得到所述第一绝缘介质层结构；步骤e：用甩胶机在所述第一绝缘介质层结构上均匀覆盖一层光刻胶，然后依次进行前烘，曝光和显影；步骤f：用干法刻蚀在所述步骤e形成的结构上刻蚀出在所述磁致伸缩层宽度方向的至少一个凹槽；步骤g：用磁控溅射法在所述步骤f形成的结构上溅射以形成在所述磁致伸缩层宽度方向的至少一层所述第二绝缘介质层；步骤h：采用金属剥离工艺去除所述步骤d形成的所述第一绝缘介质层结构表面的所述光刻胶；步骤i：利用化学机械研磨将高出所述步骤d形成的所述第一绝缘介质层结构表面的所述第二绝缘介质层磨平。

采用上述进一步方案的有益效果是利用上述方法能够简单、快速且保证涡流抑制功能的前提下实现涡流抑制结构的生产，从而提高磁电天线辐射效率。

附图说明

图1为现有技术涡流损耗抑制结构之图一；

图2为现有技术涡流损耗抑制结构之图二；

图3为本实用新型磁致伸缩层体涡流抑制结构示意图；

图4为本实用新型磁致伸缩层面涡流抑制结构图；

图5为本实用新型磁致伸缩层3×3涡流抑制结构；

图6为本实用新型涡流抑制结构工艺流程图；

图7为本实用新型al2o3薄膜厚度对表面损耗的影响示意图；

图8为本实用新型al2o3薄膜层数对表面损耗的影响示意图；

图9为本实用新型al2o3薄膜厚度对体内损耗的影响示意图；

图10为本实用新型al2o3薄膜层数对体内损耗的影响示意图；

图11为本实用新型不同al2o3厚度对应的总损耗密度示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、磁致伸缩层，2、第一绝缘介质层，3、第二绝缘介质层，4、体声波谐振器上极，5、光刻胶，6、掩膜板,7、空气隙。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

利用comsol仿真软件分别对磁致伸缩层的面涡流和体涡流进行仿真，其验证结果分别如图所示。

如图7所示，al2o3厚度(绝缘介质层)在5nm以内的表面损耗密度明显降低，之后虽有逐渐减小的趋势，但降低速率基本维持在5％以内，使表面涡流得到了很好的抑制。因此，al2o3厚度在5nm以内面涡流损耗得到很好的抑制，可根据工艺条件适当加厚al2o3厚度。在保持插入的al2o3绝缘层总厚度不变的情况下，将其分隔为2、3、4、5层，均匀间隔在fegab金属层中，图8中取总厚度100nm(可根据工艺条件适当加厚)时，不同al2o3绝缘层数对应的面涡流密度变化趋势，随层数的增加，表面损耗密度明显降低，但3层之后的降低速率低于20％，且降低速率逐渐趋于平缓。因此，3层已足以解决面涡流抑制的问题。

根据仿真结果，不同al2o3厚度对应的体内损耗密度的变化趋势如图9所示。在加入5nm厚度的al2o3后，体内损耗密度降低了60％以上，在al2o3厚度为30nm左右时，涡流损耗密度最小，之后有微小的增长趋势，增长速率小于1％。因此，对于al2o3绝缘层厚度在5-30nm体涡流可以得到很好的抑制。将al2o3层总厚度设定为体涡流损耗密度最小值处30nm，将其分隔为2、3、4、5层，结果如图10所示。随al2o3绝缘层数的增加，体涡流损耗密度明显降低，同表面损耗密度一样，3层之后的降低速率逐渐趋缓。

综合考虑面涡流和体涡流各自最优的隔法，采用了如图6的3×3交叉隔法分别计算了面涡流和体涡流，其总损耗密度的仿真结果如图11所示。很明显，采用交叉隔的总损耗密度最低，在沿厚度方向(z轴方向)和宽度方向(y轴方向)加入的al2o3厚度均为10nm时，分别采用沿厚度方向(z轴方向)插入3层al2o3绝缘层和沿宽度方向(y轴方向)插入3层al2o3绝缘层，总损耗密度分别降低了10％和47％左右，而采用交叉隔3×3的降低率为65％，对涡流抑制效率最高。因此，采用3×3交叉隔法是涡流抑制的最优方法。

实施例1

如图3-11，作为本实用新型的基础方案，一种涡流抑制结构，包括磁致伸缩层1，还包括绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述磁致伸缩层1内，用于打断涡流从而抑制体声波磁电天线涡流损耗。

如图3，作为本实施例进一步的方案，所述磁致伸缩层1内沿其厚度方向设置至少一层所述第一绝缘介质层2。

作为本实施例进一步的方案，所述第一绝缘介质层2为三层且相互平行，每层所述第一绝缘介质层2的厚度为5-100nm，所述磁致伸缩层1的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第一绝缘介质层2的电导率范围为0-100s/m，所述第一绝缘介质层2由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

具体的，如图3，箭头指示磁通方向，第一绝缘介质层与xoy面(厚度方向)平行设置，从而实现其打断涡流的功能。

如图3和6，所述涡流抑制结构的制备方法，步骤1：在机体体声波谐振器上电极上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层1；步骤2：在所述步骤1形成的所述磁致伸缩层1上利用磁控溅射法沉积沿其厚度方向的第一绝缘介质层2；步骤3：在所述步骤2形成的所述第一绝缘介质层2上再次沉积磁致伸缩层1；步骤4：再重复进行上述步骤2次，得到所述涡流抑制结构。

实施例2

如图3-11，作为本实用新型的基础方案，一种涡流抑制结构，包括磁致伸缩层1，还包括绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述磁致伸缩层1内，用于打断涡流从而抑制体声波磁电天线涡流损耗。

如图4，作为本实施例进一步的方案，所述磁致伸缩层1内沿其宽度方向设置至少一层所述第二绝缘介质层3。

作为本实施例进一步的方案，所述第二绝缘介质层3为三层且相互平行，每层所述第二绝缘介质层3的厚度为5-30nm，所述磁致伸缩层1的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第二绝缘介质层3的电导率范围为0-100s/m，所述第二绝缘介质层3由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

具体的，如图4所述，箭头指示磁通方向，第二绝缘介质层与xoz面(宽度方向)平行设置，从而实现其打断涡流的功能；而绝缘层与zoy面(长度方向)平行设置则不能打断涡流。

如图4和6，所述涡流抑制结构的制备方法，步骤a：在机体体声波谐振器上电极上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层1；步骤b：用甩胶机在所述磁致伸缩层1上均匀覆盖一层光刻胶5，然后依次进行前烘、曝光和显影；步骤c：用干法刻蚀在所述步骤b形成的结构上刻蚀出在所述磁致伸缩层1厚度方向的3个凹槽；步骤d：用磁控溅射法在所述步骤c形成的结构上溅射以形成在所述磁致伸缩层1厚度方向的3层第二绝缘介质层3；步骤e：采用金属剥离工艺去除所述所述磁致伸缩层1表面的所述光刻胶5；步骤f：利用化学机械研磨将高出所述磁致伸缩层1表面的所述第二绝缘介质层3磨平。本方法中刻蚀前在光刻胶上放置掩膜板6，是保证非凹槽部分不被刻蚀。

实施例3

如图3-11，作为本实用新型的基础方案，一种涡流抑制结构，包括磁致伸缩层1，还包括绝缘介质层，所述绝缘介质层设置于所述磁致伸缩层1内，用于打断涡流从而抑制体声波磁电天线涡流损耗。

如图5和6，作为本实施例进一步的方案，所述磁致伸缩层1内沿其厚度方向设置至少一层第一绝缘介质层2，所述磁致伸缩层1内沿其宽度方向设置至少一层第二绝缘介质层3，所述第一绝缘介质层2和所述第二绝缘介质层3交叉间隔设置。

如图5和6，作为本实施例进一步的方案，所述第一绝缘介质层2为三层且相互平行，所述第二绝缘介质层3为三层且相互平行，每层所述第一绝缘介质层2厚度为5-100nm，每层所述第二绝缘介质层3厚度为5-30nm，所述磁致伸缩层1的材料为fegab薄膜，所述fegab薄膜总厚度为1μm，所述第一绝缘介质层2和所述第二绝缘介质层3的电导率范围为0-100s/m，所述第一绝缘介质层2和所述第二绝缘介质层3均由al2o3、si3n4和aln中任一种或者多种材料制成。

具体的，如图5所述，箭头指示磁通方向，第一绝缘介质层与xoy面(厚度方向)平行设置，从而实现其打断涡流的功能；第二绝缘层与zox面(宽度方向)平行设置,从而实现其打断涡流的功能,而绝缘层与zoy面(长度方向)平行则不能打断涡流。

如图5和6，所述涡流抑制结构的制备方法，包括步骤a：在体声波谐振器上电极上利用磁控溅射法沉积磁致伸缩层1；步骤b：在所述步骤a形成的所述磁致伸缩层1上利用磁控溅射法沉积所述步骤a形成的所述磁致伸缩层1厚度方向的第一绝缘介质层2；步骤c：在所述步骤b形成的所述第一绝缘介质层2上沉积磁致伸缩层1；步骤d：再重复进行上述步骤b-c两次，得到所述第一绝缘介质层结构；步骤e：用甩胶机在所述第一绝缘介质层结构上均匀覆盖一层光刻胶5，然后依次进行前烘，曝光和显影；步骤f：用干法刻蚀在所述步骤e形成的结构上刻蚀出在所述磁致伸缩层1宽度方向的至少一个凹槽；步骤g：用磁控溅射法在所述步骤f形成的结构上溅射以形成在所述磁致伸缩层1宽度方向的至少一层所述第二绝缘介质层4；步骤h：采用金属剥离工艺去除所述步骤d形成的所述第一绝缘介质层结构表面的所述光刻胶5；步骤i：利用化学机械研磨将高出所述步骤d形成的所述第一绝缘介质层结构表面的所述第二绝缘介质层3磨平。本方法中刻蚀前在光刻胶上放置掩膜板6，是保证非凹槽部分不被刻蚀。

实施例1-3中所用方法均为本领域内现有技术。

体声波磁电天线涡流损耗抑制方法：磁致伸缩层中体涡流抑制方法采用沿厚度方向(z轴方向)插入绝缘介质层，如附图3所示；磁致伸缩层中面涡流抑制方法采用沿宽度方向(y轴方向)插入绝缘介质层，如附图4所示；磁致伸缩层中整体涡流抑制方法采用同时沿厚度方向(z轴方向)和宽度方向(y轴方向)插入绝缘介质层，如附图5所示。

所述磁致伸缩层中磁性材料为fegab薄膜，厚度为1μm，表面积为100μm×100μm。

所述绝缘介质层电导率范围为0-100s/m，如al2o3、si3n4、aln。

所述沿厚度方向和宽度方向插入绝缘介质层的层数分别为3×3。

所述体涡流抑制方法沿厚度方向插入绝缘介质层厚度为5-30nm，分隔层数为3层。

所述面涡流抑制方法沿宽度方向插入绝缘介质层宽度为5-100nm，分隔层数为3层。如附图6所示。

所述沿宽度方向插入绝缘介质层是通过光刻工艺刻蚀中间凹槽，然后利用物理气相沉积法填充绝缘介质层。所述光刻工艺采用反应离子刻蚀。

下面结合附图6对本实用新型实施方案详细说明：

图6为涡流抑制结构工艺流程图。

步骤1：在体声波谐振器上电极上利用磁控溅射沉积fegab磁性薄膜，所述fegab磁性薄膜厚度为500nm。

步骤2：在fegab磁性薄膜上利用磁控溅射法沉积al2o3绝缘层，所述al2o3绝缘层厚度为5-30nm。

步骤3：在al2o3绝缘层沉积fegab磁性薄膜，所述磁性薄膜厚度为500nm。

步骤4：用甩胶机在fegab磁性薄膜上均匀覆盖一层光刻胶，前烘，曝光，显影。所述光刻胶为正胶。

步骤5：用干法刻蚀在磁致伸缩层刻蚀出凹槽。

步骤6：用磁控溅射法在磁致伸缩层中溅射al2o3绝缘层。

步骤7：采用金属剥离工艺去除fegab磁性薄膜表面的光刻胶。

步骤8：利用化学机械研磨将高出fegab磁性薄膜表面的al2o3绝缘层3磨平。

本实用新型为解决上述技术缺陷，提出了一种体声波磁电天线涡流损耗抑制方法和结构。该方法通过在磁致伸缩层中插入横向和纵向交替间隔的绝缘介质来抑制涡流损耗，在保证绝缘介质层尺寸尽可能小的前提下对磁膜中的涡流损耗进行抑制，并提出了一种插入最小尺寸绝缘介质用于抑制涡流的磁膜结构。该结构能够在有效抑制磁致伸缩层中涡流损耗的同时，可以有效的保证磁致伸缩层良好的软磁特性，提高磁电天线辐射效率，使体声波磁电天线更适用于无线通信中的应用场合。本实用新型根据磁致伸缩层中感应电流的趋肤效应将涡流分为体涡流和面涡流，提出了综合考虑二者的插入绝缘介质层隔离方法，并且构造了一种插入最小尺寸绝缘介质用于抑制涡流的磁膜结构，保证涡流损耗达到最小值。

本实用新型在磁致伸缩层中插入沿厚度和沿宽度方向交替间隔的al2o3绝缘层来减小其体涡流和面涡流损耗，使磁致伸缩层的涡流损耗最小。解决了现有技术方案中空气隙间隔磁致伸缩层导致应力不连续、磁电天线辐射效率低的问题。使用al2o3绝缘层作为间隔层可以改善fegab的软磁特性，有效降低fegab的矫顽力，提高辐射区的灵敏度。通过仿真分析，该方案可以有效减小涡流损耗65％以上，大幅地提高磁电天线的辐射效率。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。