用于電子應用的合成物和材料的制作方法
【專利說明】
[0001] 相關申請的交叉引用
[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 續申請，美國申請No. 13/241，033根據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 優先權。各所述申請通過引用完整納入本文。
[0003] 任何優先權申請的引用納入
[0004] 在本申請的申請數據表中指明的外國或本國優先權的任何和全部申請根據37CFR 1. 57特此引用納入。
技術領域
[0005] 本發明實施方式涉及可用于電子應用、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】
[0006] 具有磁性質的各種結晶材料已經用作電子器件例如便攜式電話、生物醫學器件和 RFID傳感器中的組件。經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)或摻雜來調整材料的某些磁性質以改善在射 頻范圍的器件性能。然而，不同的離子引入不同的材料性質變化，這經常導致性能折衷。因 此，對精細調整（微調，finetune)結晶材料的組成以優化它們的磁性質（特別是對于RF 應用）存在持續的需求。
【發明內容】
[0007] 本公開內容的合成物、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（擔負）其期望的屬性。在不限制本發明范圍的情況下，現在將 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語應被理解為具有本領域中所理解的與其通常有關 的所有含義。以下或在說明書的其它地方討論了某些術語，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。本文中是否對術語進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)來精細調整鎳-鋅鐵氧體的磁性質，例如 磁導率和磁損耗，以改善在電子應用中的材料性能。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替換有關的弛豫峰和與鎳對鋅（Ni/Zn)的比率有關的弛豫峰變 成近似重合。有利地，當所述弛豫峰重疊時，材料磁導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因子實現超過100的磁 導率。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的磁導率和有利的Q因子覆蓋最高達約200MHz。使用Co精細 調整NiZn合成物的方法優選通過使用高分辨率X-射線熒光的先進工藝控制而得以實現。
[0010] 在優選的實施方式中，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構且可為單一相。所述材料合成物可用在多種應用中，所述應 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、生物醫學器件和RFID 傳感器的那些。
[0011] 在一些實施方式中，提供被設計成在13. 56MHzISM頻段下運行的天線，其包括用 Co+2摻雜的鎳鋅鐵氧體。優選地，與Co+2替換有關的弛豫峰和與Ni/Zn比率有關的弛豫峰處 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。優選地，與Co+2替換有關的弛 豫峰和與Ni/Zn比率有關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 以形成具有預定的Ni對Zn的比率和預定的Co濃度的混合物。該系列材料的式優選為 NhwxyzZnwC〇xMnyCuzFe204。所述方法進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。所述方法進一步包括形成部件（零件，part)，然后將該部件燒結。所述 部件可為天線例如可用于便攜式電話、生物醫學器件和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）的偏移以及復磁導率（y 軸）的鈷譜圖（頻譜，spectrum);
[0015] 圖3示出在材料的磁性磁導率譜圖中，在100kHz和1GHz之間觀察到兩個弛豫峰；
[0016] 圖4示出根據本公開內容的一個實施方式的Ni-Zn鐵氧體體系的磁性質的調整方 法；
[0017]圖5示出根據本公開內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調整鎳鋅鐵氧體的磁性質以改善在各種電子應用中的材 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。根據本公開內容中描述的實施方式制備的改性的鎳鋅鐵氧 體材料表現出有利的磁性質例如提高的磁導率和降低的磁損耗。
[0020] 本發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、醫療和科學頻段處或者其附近具有優異的磁性磁導率和磁 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調整NiZn尖晶石的磁導率和 磁損耗而形成。如以下更詳細地描述的，通過使與Co+2替換有關的弛豫峰和與Ni/Zn比率 有關的弛豫峰變成近似重合，磁導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實現超過100的磁導率。可使用相同的技術制造一系列具有減少的Zn 的NiZn+Co材料，其以超過10的磁導率和良好的Q覆蓋最高達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率的電磁應用 中。圖1示出鎳-鋅鐵氧體體系在各種Ni和Zn含量水平下的磁導率（μ)的變化。例如， 在約13. 56MHz，磁導率隨著鋅含量減少而降低。磁導率的變化暗示：在其中磁導率不那么 重要的應用中，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標簽和傳感器，Ni-Zn體系不提供最佳性能，因為磁導率對于具有有利的 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）的偏移以及復磁導率（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磁 導率壓平（變平，flattenout)(其然后再次下降）時最終經過極小值。如圖2中顯示的， 受鈷驅使的第一峰隨著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，據信較低的頻率峰對應于磁疇壁旋轉，和較高的頻率峰對應于磁疇 壁膨脹（鼓突，bulging)。還據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標簽和RF醫療傳感器應用中經常使用的頻率的13. 56MHz。還據信錳可用來 防止鐵從Fe3+還原為Fe2+態，且因此改善材料橫跨譜圖的介電損耗，并且銅可充當容許燒制 溫度降低的燒結助劑，因此防止Zn從由材料形成的部件的表面揮發。可對以上提到的兩個 弛豫峰進行調節以提供在約1MHz