SoC电磁噪声抑制用宽带高频磁性薄膜的损耗机理研究

The main works of the proposal are fabrication and characterization of magnetic thin films used in electromagnetic noise suppression for system on-chip (SOC). The project will adopt the effect of ferromagnetic/antiferromagnetic exchange-coupling to improve the operating frequency and the effect of spin-torque transfer to enhance the bandwidth of magnetic thin films. The microwave loss mechanism and the technology to modulate bandwidth of the ferromagnetic/antiferromagnetic multilayered films will be investigated throughly and deeply. The dependences of microwave losses on compositions, microstructures and interface of the multilayered films will be revealed after completing the proposal. The method of modulating bandwidth will be also found out. The study of the proposal will lay the foundation for developing integrated electromagnetic noise suppressor for developing small signal high loss magnetic thin films with high operating and wide-band frequency.

随着工作频率的提高以及集成电路的广泛使用，片上系统（system on-chip,SOC）中的电磁干扰越来越突出。项目围绕片上系统电磁噪声抑制用高频宽带磁性薄膜的制备与性能研究，采用铁磁/反铁磁交换耦合效应提高磁性薄膜的工作频率，利用反铁磁薄膜的自旋转矩效应调控铁磁/反铁磁交换偏置场的方式来增加工作带宽，项目重点研究多层新型铁磁/反铁磁磁性薄膜的微波损耗机理与带宽调控两大科学问题。通过研究揭示多层铁磁/反铁磁薄膜的微波损耗与成分、微结构和界面之间的变化规律，掌握微波高损损耗磁性薄膜的工作带宽调控方法，为研发大范围可调控工作频率和带宽的小信号高损耗磁性薄膜材料以及集成电磁噪声抑制器奠定基础。

随着工作频率的提高以及集成电路的广泛使用，片上系统（system on-chip,SOC）中的电磁干扰越来越突出。项目围绕片上系统电磁噪声抑制用高频宽带磁性薄膜的制备与性能研究。采用射频磁控溅射法制备了铁钴基软磁纳米颗粒薄膜，研究了影响薄膜磁性能及高频特性的因素及物理机制，通过改变材料体系及工艺条件实现薄膜性能的大范围调控。建立了“反铁磁/非磁重金属/铁磁”长程动态交换偏置模型，深入研究了铁磁/反铁磁多层膜体系的动态磁特性，实现了对铁磁/反铁磁多层膜体系的高频动力学的调控。设计了两种交换偏置模块的堆栈结构，实现了多共振型磁谱宽频带吸收线宽的任意可调。通过磁化动力学方程对堆栈结构的自旋动力学特性做了分析，获得了每个模块的共振场、动态各向异性场和阻尼因子。实验发现了[铁磁/反铁磁]多层膜中的半钉扎层对高频磁谱的重要修饰功能。这些实验与理论研究成果可应用于微波集成电路的噪声抑制器领域。.项目执行期间，共发表学术论文24篇，申请国家发明专利4项，培养博士研究生2名，硕士研究生4名。