1 引言
射频半导体电子器件和电子元件的集成技术进展迅速，随之而引人关注的问题是对电子器件和传输线的电磁干扰（EMI）日益严重。在移相器、开关管、可调衰减器等射频器件中，磁性材料扮演着重要角色，但作为器件的材料，所使用的种类很少。在专业技术人员的研究中发现，利用软磁薄膜产生的损耗，可以用来抑制集成传输线上的射频电磁噪声。
本文介绍在共面传输线上使用CoPdAlO、CoZrO和CoNoZr 三种软磁薄膜，对射频电磁噪声的抑制（衰减）作用进行系统的实验研究，并将其性能与非磁性金属铜（Cu）和共面传输线本身的性能进行比较分析。
2 实验研究程序
共平面传输线是在 7059 柯林玻璃（介电常数εr=5.84）基片上用 50μm 宽、3μm 厚的信号线设计制作而成，其特性阻抗为50Ω。共平面传输线的设计计算使用Muller 和 HiLberg 方程，如图 1 所示；这类传输线的结构组成为软磁薄膜、聚酰亚胺膜、铜（Cu）传输线、籽晶层（Cu/Ti）、玻璃基片，采用微制造技术获得。Cu/Ti籽晶层用射频溅射沉积技术制备，其厚度分别为1000A和100A。Cu 传输线采用电镀工艺获得。Co85Nb12Zr3、CO67Zr8O25和Co53.4Pd9.4Al8.1O18.1 非晶态磁膜以及非磁性的Cu 膜，都采用射频磁控溅射技术沉积在玻璃基片上而成，它们与传输线是隔开的。为了造成自旋定向并提高磁各向异性场（Hk）特性，在采用离子研磨工艺制成尺寸为2×15（mm2）的图形后，给磁膜施加 ~3KG 的外加磁场中，于300℃ 左右的温度下退火 1 小时。
具有单轴磁各向异性的 CoNbZr、CoZrO 和 CoPdAlO 三种磁膜的性能参数请见表 1。这三种磁膜的饱和磁化强度（4πMs）在10KG左右时，面内磁向异性场（Hk）分别是6.8、89和230(oe)，FMR 频率由下式求得：
fr=r/2π[Hk(Hk+4πMs)]1/2
式中，r — 旋磁比。三种磁膜的 fr 分别在 0.7、2.6 和 4.3GHz 附近。图 2 所示为这三种磁膜在频率从 0.1GHz 上升到 3GHz 的相对磁导率。
表 1  CoNbZr、CoZrO 和 CoPdAlO 三种磁膜的磁性能比较
 CoNbZr CoZrO CoPdAlO
膜厚(μm) ~1 ~1 ~2
电阻率(μΩ·cm) 120 470 220
4πMs(KG) ~8.5 ~10 ~10
Hc(oe)
易轴
难轴 
0.8
0.8 
4.8
1.5 
11.6
4.0
HK(oe) 6.8 89 230
μ(1GHz)
μ'
μ" 
85
350 
125
31 
47
4.8
fr(GHz) 0.7 2.6 4.3

把制成的磁膜放置在共平面传输线的上部，用以抑制噪声信号。实验分析采用 HP8720D 型网络分析仪、在0.1~20GHz 测量传输线的电性能。测试联接方法是将 2 只接地—信号—接地（GSG）针形晶体探头以机械接触方式连接到传输线的左、右顶端。
3 测试结果分析
在总的信号衰减中，介电损耗小于共平面传输线中的涡流损耗和 FMR 损耗。因此，研究关注的重点应是 FMR 损耗和涡流损耗。为了观测由 FMR 所导致的信号衰减，磁膜的易轴应当平行于共平面传输线的电磁波传输（hrf）方向。图 3 给出了五种共平面传输线上的传输（S21）参数：A—无磁膜共面传输线；B—存在非磁性的金属(Cu)膜；C—存在磁膜 CoNbZr；D—具有磁膜CozrO；E—存在CoPdAlO 磁膜。从图中可以看到，具有非磁性金属（Cu）膜的共平面传输线上传输信号的衰减量很小，几乎与无磁膜的共平面传输线一样。将加有磁膜的共平面传输线与加有非磁性金属膜和无磁膜的共平面传输线比较，可发现有磁膜的共平面传输线的信号衰减显著增大。在特定的频率范围内，其衰减趋势有所变化，这与磁膜的铁磁共振产生的损耗有关。信号衰减的下降点由 FMR 的频率确定。它受磁膜的自然 FMR 频率和其有效尺寸变化而产生的退磁效应控制。
图 4 是采用商用模拟软件色（HFSS Version8.5）运用有限元分析法进行的模拟。图中显示出信号线宽为 50μm 的共平面传输产生的射频(fr)场特性。在磁膜的总宽度（2mm）之中，这个射频场只占用了磁膜很小的一部分面积(~100μm2)。这说明退磁效应随着磁场分布面积的变窄而增强，因此使得频率升高。图 5 所示为采用 CoPdAlO 磁膜的共平面传输线的传输参数值(S21)随磁膜与共平面传输线隔离层（聚酰亚胺）厚度的变化情况。从图中可以看到，随着隔离层厚度的增加，信号衰减量将减小；这是由于与传输线表面的距离增大致使磁场下降的结果。
图 6 揭示了传输线的传输参数值和 S21 功耗随着 CoNbZr 磁膜厚度变化的情况。该值是利用反射参数 S11 和传输参数 S21 按以下计算式得出的：
Ploss/Pinput=1-(|S21|2+|S11|2)
S21 是因磁膜厚度的增大由涡流损耗导致的衰减。在图6（b），可以看到由 FMR 产生的损耗下降点。这个下降点随磁膜厚度的增大而移向高频段。在射频场(Hrf)中利用磁膜时，如图 4 所示，可利用的磁膜有效面积在信号线宽度附近实际上被变窄了。因此，随着退磁因子由于磁膜的增厚而增大，FMR 频率将会升高。
4 结论
经实验验证，共平面传输线上放置软磁薄膜可以降低其电磁噪声。实验揭示，由磁膜的电阻率引起的插入损耗（在 1GHz 时的最大值~0.5db）远低于 FMR 损耗导致的主衰减信号（在 10GHz 时的最大值~14db），因此，可以控制与退磁因子相关的磁膜尺度、涡流损耗和 FMR 损耗，来调整噪声抑制的信号频率和衰减幅值。
（参考文献：略）