射频应用平面电感器上铁基纳米颗粒微磁体的局部集成技术及其性能增强研究

本综述系统介绍了通过自下而上法将铁基纳米颗粒（NP）微磁体局部集成到平面电感器与共面波导（CPW）的创新策略。研究采用化学合成与磁泳导向组装技术，在常温常压下实现高磁导率、低损耗磁性材料的可控沉积，显著提升射频（RF）元件如电感器的性能（电感值提升40–60%），为射频微组件的设计与集成提供了新思路。

　　

亮点

本研究的关键成果包括通过调控纳米颗粒尺寸与化学成分（如Fe、FeC和Fe_100–xCo_x）优化微磁体的磁性能，实现在射频范围内最高60%的电感值提升，同时采用磁泳组装工艺在常温常压下实现高保形、可控厚度的磁性材料沉积，显著降低材料损耗并提高集成密度。

纳米颗粒的合成

采用有机金属路线在温和条件下合成纳米颗粒，以氢气作为还原剂。铁（Fe）和铁钴合金（Fe_100–xCo_x）纳米颗粒形成14–17纳米的立方状结构，而碳化铁（FeC）纳米颗粒则呈近似球形，尺寸约为14纳米。X射线衍射（XRD）证实Fe与FeCo纳米颗粒具有高结晶性的体心立方（bcc）结构。

纳米颗粒的表征

利用振动样品磁强计（VSM）在9特斯拉物理性质测量系统（PPMS）中进行磁学测量。胶囊在手套箱中填充纳米颗粒并密封以保证无氧环境。通过X射线衍射（XRD）和透射电子显微镜（TEM）分析其晶体结构与形貌。射频电磁参数通过共面波导（CPW）测量并提取至30吉赫兹（GHz）。

讨论

本研究制备的各类材料的主要性能总结于表1。通过对比Fe、Fe_100–xCo_x与FeC基微磁体的射频特性，发现抗氧化处理（如在氩气环境下制备并涂覆环氧树脂保护层）对维持磁性能至关重要。纳米颗粒的氧化会导致非磁性或弱磁性氧化层的形成，显著降低磁导率与饱和磁化强度（M_S）。FeCo纳米颗粒在防氧化条件下表现出最优的磁性能，其高饱和磁化强度与可调各向异性为射频集成提供了理想材料基础。

结论

我们详细探讨了通过磁泳驱动组装工艺将Fe、Fe_100–xCo_x与FeC基微磁体直接集成到共面波导与电感器上的射频性能。纳米颗粒的尺寸与化学成分对最终磁体性能具有决定性影响。在有效抗氧化的前提下，Fe_100–xCo_x纳米颗粒所构成的磁体性能最佳。结合常温常压沉积工艺与可调控的磁性材料特性，本研究为射频微组件的高性能、高密度集成开辟了新途径。