用于電子應(yīng)用的合成物和材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請是受讓人的于2011年9月22日提交的美國申請No. 13/241,033的部分繼 續(xù)申請，美國申請No. 13/241，033根據(jù)35U.S.C. § 119(e)要求2010年9月22日提交的美 國臨時申請No. 61/385, 327和2010年11月30日提交的美國臨時申請No. 61/418,367的 優(yōu)先權(quán)。各所述申請通過引用完整納入本文。
[0003] 任何優(yōu)先權(quán)申請的引用納入
[0004] 在本申請的申請數(shù)據(jù)表中指明的外國或本國優(yōu)先權(quán)的任何和全部申請根據(jù)37CFR 1. 57特此引用納入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0005] 本發(fā)明實施方式涉及可用于電子應(yīng)用、和特別是射頻（RF)電子儀器 (electronics)中的合成物（組成，composition)和材料。
【背景技術(shù)】
[0006] 具有磁性質(zhì)的各種結(jié)晶材料已經(jīng)用作電子器件例如便攜式電話、生物醫(yī)學(xué)器件和 RFID傳感器中的組件。經(jīng)常期望改變這些材料的組成以改善它們的性能特性。例如，可使 用在晶格位點中的離子替換（substitution)或摻雜來調(diào)整材料的某些磁性質(zhì)以改善在射 頻范圍的器件性能。然而，不同的離子引入不同的材料性質(zhì)變化，這經(jīng)常導(dǎo)致性能折衷。因 此，對精細(xì)調(diào)整（微調(diào)，finetune)結(jié)晶材料的組成以優(yōu)化它們的磁性質(zhì)（特別是對于RF 應(yīng)用）存在持續(xù)的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本公開內(nèi)容的合成物、材料、制備方法、器件和體系各自具有若干方面，它們中的 單一一個均不獨自地決定（擔(dān)負(fù)）其期望的屬性。在不限制本發(fā)明范圍的情況下，現(xiàn)在將 簡要地討論其更突出的特征。
[0008] 任何本文中未直接定義的術(shù)語應(yīng)被理解為具有本領(lǐng)域中所理解的與其通常有關(guān) 的所有含義。以下或在說明書的其它地方討論了某些術(shù)語，以在描述各種實施方式的合成 物、方法、體系等以及如何制造或使用它們中為實踐者提供額外的指引。將領(lǐng)會的是，相同 的東西可以多于一種的方式被講到。因此，對于本文中描述的術(shù)語的任一個或多個，可使用 替代性語言和同義語。本文中是否對術(shù)語進(jìn)行詳述或討論并不重要。提供一些同義語或替 換性方法、材料等。敘述一個或幾個同義語或等同物并不排除使用其它同義語或等同物，除 非明確地指明。在本說明書中使用實例（包括術(shù)語的實例）是僅為了說明的目的且不限制 本文中實施方式的范圍和含義。
[0009] 本文中公開的實施方式涉及使用鈷（Co)來精細(xì)調(diào)整鎳-鋅鐵氧體的磁性質(zhì)，例如 磁導(dǎo)率和磁損耗，以改善在電子應(yīng)用中的材料性能。在一個實施方式中，方法包括用足夠的 Co+2代替鎳（Ni)使得與Co+2替換有關(guān)的弛豫峰和與鎳對鋅（Ni/Zn)的比率有關(guān)的弛豫峰變 成近似重合。有利地，當(dāng)所述弛豫峰重疊時，材料磁導(dǎo)率可被基本上最大化且磁損耗被基本 上最小化。所得材料是有用的且提供優(yōu)異的性能，特別是對于在13. 56MHzISM頻段下運行 的器件而言。在一個實施方式中，在13. 56MHz下，以相同量級的Q因子實現(xiàn)超過100的磁 導(dǎo)率。在另一實施方式中，所述方法包括用Co+2摻雜NiZn尖晶石以制造一系列Zn減少的 NiZn+Co材料，其以超過10的磁導(dǎo)率和有利的Q因子覆蓋最高達(dá)約200MHz。使用Co精細(xì) 調(diào)整NiZn合成物的方法優(yōu)選通過使用高分辨率X-射線熒光的先進(jìn)工藝控制而得以實現(xiàn)。
[0010] 在優(yōu)選的實施方式中，材料合成物由式NhxyZnxC〇yFe204表示，其可通過用Co+2摻 雜Ni(1x)ZnxFe204而形成。在某些實施方案中，X= 0. 2-0. 6,且0〈y〈0. 2。材料合成物的實 施方式可具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)且可為單一相。所述材料合成物可用在多種應(yīng)用中，所述應(yīng) 用包括但不限于具有高的材料含量的天線，例如可用于便攜式電話、生物醫(yī)學(xué)器件和RFID 傳感器的那些。
[0011] 在一些實施方式中，提供被設(shè)計成在13. 56MHzISM頻段下運行的天線，其包括用 Co+2摻雜的鎳鋅鐵氧體。優(yōu)選地，與Co+2替換有關(guān)的弛豫峰和與Ni/Zn比率有關(guān)的弛豫峰處 于近似重合。在一個實施方案中，用Co+2摻雜的鎳鋅鐵氧體可由式NiixyZnxC〇yFe204表示， 其中x= 0. 2-0. 6,且0〈y〈0. 2。在一些其它實施方式中，提供被設(shè)計成在13. 56MHzISM頻 段下運行的RFID傳感器，其包括用Co+2摻雜的鎳鋅鐵氧體。優(yōu)選地，與Co+2替換有關(guān)的弛 豫峰和與Ni/Zn比率有關(guān)的弛豫峰處于近似重合。在一個實施方案中，用Co+2摻雜的鎳鋅 鐵氧體可由式NilxyZnxCoyFe204表示，其中X= 0.2-0.6，且0〈7〈0.2。
[0012] -些實施方式包括在鎳-鋅鐵氧體中用足夠的鈷（Co2+)代替鎳（Ni)的至少一 些的方法。在一個實施方式中，所述方法包括將NiO、Fe203、C〇0X、Μη0χ、ZnO和Cu0x共混 以形成具有預(yù)定的Ni對Zn的比率和預(yù)定的Co濃度的混合物。該系列材料的式優(yōu)選為 NhwxyzZnwC〇xMnyCuzFe204。所述方法進(jìn)一步包括將所述材料干燥，之后煅燒、研磨、以及噴 霧干燥所述材料。所述方法進(jìn)一步包括形成部件（零件，part)，然后將該部件燒結(jié)。所述 部件可為天線例如可用于便攜式電話、生物醫(yī)學(xué)器件和RFID傳感器的那些。
【附圖說明】
[0013] 圖1示出鎳-鋅體系在各種Ni和Zn含量水平下的磁導(dǎo)率（μ)的變化；
[0014] 圖2示出一系列顯示第一峰（最低頻率）的頻率（X軸）的偏移以及復(fù)磁導(dǎo)率（y 軸）的鈷譜圖（頻譜，spectrum);
[0015] 圖3示出在材料的磁性磁導(dǎo)率譜圖中，在100kHz和1GHz之間觀察到兩個弛豫峰；
[0016] 圖4示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方式的Ni-Zn鐵氧體體系的磁性質(zhì)的調(diào)整方 法；
[0017]圖5示出根據(jù)本公開內(nèi)容的一個實施方式的鈷摻雜的鎳-鋅鐵氧體合成物的制造 方法；以及
[0018] 圖6顯示在一些實施方式中，無線器件可結(jié)合如本文中描述的材料合成物。
【具體實施方式】
[0019] 本文中公開了用于精細(xì)調(diào)整鎳鋅鐵氧體的磁性質(zhì)以改善在各種電子應(yīng)用中的材 料性能的方法。本文中還公開了改性的鎳鋅鐵氧體材料，其特別適合用于各種在13.56MHz ISM頻段下運行的電子器件中。根據(jù)本公開內(nèi)容中描述的實施方式制備的改性的鎳鋅鐵氧 體材料表現(xiàn)出有利的磁性質(zhì)例如提高的磁導(dǎo)率和降低的磁損耗。
[0020] 本發(fā)明的方面和實施方式涉及用于電子器件中的改善的材料。例如，這些材料可 用于形成植入性醫(yī)療器件（例如葡萄糖傳感器）用的RF天線。這些材料還可用于其它目 的，例如用于形成非植入性器件用的天線、或者植入性或非植入性器件的其它組件。有利 地，所述材料在13. 56MHz工業(yè)、醫(yī)療和科學(xué)頻段處或者其附近具有優(yōu)異的磁性磁導(dǎo)率和磁 損耗正切的組合。在各種實施方式中，所述材料通過用鈷精細(xì)調(diào)整NiZn尖晶石的磁導(dǎo)率和 磁損耗而形成。如以下更詳細(xì)地描述的，通過使與Co+2替換有關(guān)的弛豫峰和與Ni/Zn比率 有關(guān)的弛豫峰變成近似重合，磁導(dǎo)率可被最大化且磁損耗可被最小化，使得在13. 56MHz下 可以相同量級的Q實現(xiàn)超過100的磁導(dǎo)率?？墒褂孟嗤募夹g(shù)制造一系列具有減少的Zn 的NiZn+Co材料，其以超過10的磁導(dǎo)率和良好的Q覆蓋最高達(dá)200MHz。
[0021] Ni-Zn體系
[0022] 鎳-鋅鐵氧體可由通式NixZnixFe204表示，且可用于要求高的磁導(dǎo)率的電磁應(yīng)用 中。圖1示出鎳-鋅鐵氧體體系在各種Ni和Zn含量水平下的磁導(dǎo)率（μ)的變化。例如， 在約13. 56MHz，磁導(dǎo)率隨著鋅含量減少而降低。磁導(dǎo)率的變化暗示：在其中磁導(dǎo)率不那么 重要的應(yīng)用中，可由具有低或零鋅含量的Ni-Zn體系得到低磁損耗（高磁性Q)材料。然 而，對于某些RFID標(biāo)簽和傳感器，Ni-Zn體系不提供最佳性能，因為磁導(dǎo)率對于具有有利的 Q的合成物而言太低，或者Q對于具有高的磁導(dǎo)率的合成物而言太低。
[0023] 鈷摻雜的影響
[0024] 圖2示出一系列顯示第一峰的頻率（X軸）（最低頻率）的偏移以及復(fù)磁導(dǎo)率（y 軸）的鈷譜圖。鈷對頻率的影響在約0.025鈷處開始停止，因為磁晶各向異性剛好在復(fù)磁 導(dǎo)率壓平（變平，flattenout)(其然后再次下降）時最終經(jīng)過極小值。如圖2中顯示的， 受鈷驅(qū)使的第一峰隨著Co+2濃度提高最終與第二峰合并。在圖2中，帶有"ExtRef"的曲線 表示Ni/Zn外參比，且另一曲線表示Co2+摻雜的Ni/Zn體系的頻率吸收峰。
[0025] 圖3顯示在材料的磁性磁導(dǎo)率譜圖中，在100kHz和1GHz之間觀察到兩個弛豫峰。 不束縛于具體的理論，據(jù)信較低的頻率峰對應(yīng)于磁疇壁旋轉(zhuǎn)，和較高的頻率峰對應(yīng)于磁疇 壁膨脹（鼓突，bulging)。還據(jù)信鈷氧化物可通過降低尖晶石材料的磁晶各向異性而將與 磁損耗有關(guān)的較低頻率弛豫峰推向較高的頻率值。在一些實施方式中，這些較高的頻率值 高于作為RFID標(biāo)簽和RF醫(yī)療傳感器應(yīng)用中經(jīng)常使用的頻率的13. 56MHz。還據(jù)信錳可用來 防止鐵從Fe3+還原為Fe2+態(tài)，且因此改善材料橫跨譜圖的介電損耗，并且銅可充當(dāng)容許燒制 溫度降低的燒結(jié)助劑，因此防止Zn從由材料形成的部件的表面揮發(fā)?？蓪σ陨咸岬降膬蓚€ 弛豫峰進(jìn)行調(diào)節(jié)以提供在約1MHz