一种产生相反地磁化的磁结构的方法技术

提供了一种在基板材料内或基板材料上产生磁结构的方法。在基板材料内或上生成第一数量的腔，并用表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第一布置。在基板材料内或上产生第二数量的腔，并用表现出小于第一矫顽场强度的第二矫顽场强度的第二硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第二布置。利用第一磁场在第一方向上磁化硬磁结构的第一布置和第二布置，第一磁场表现出超过第一矫顽场强度和第二矫顽场强度的场强度。利用第二磁场在不同于第一方向的第二方向上磁化硬磁结构的第二布置，第二磁场表现出低于第一矫顽场强度但超过第二矫顽场强度的场强度。磁化硬磁结构的第二布置包括将硬磁结构的第一布置和第二布置暴露于第二磁场。

【技术实现步骤摘要】
一种产生相反地磁化的磁结构的方法
本专利技术报告描述了一种在平面基板上相反地磁化永磁材料微结构的方法。本申请涉及微型永磁布置的选择性磁化。
技术介绍
基于具有不同磁取向的结构的永磁布置对于许多技术装置来说是非常重要的。人们对能够将在常规
已经确立的解决方案也应用到微系统上有着广泛的兴趣。这样做的第一个先决条件是，半导体和/或MEMS技术的典型基板上的硬磁结构或微结构可以由硅和/或玻璃产生。第二个先决条件是，相邻的磁体或微磁体可以按照需要在不同的方向上被磁化，或者可以被相反地磁化。由于基板上可能有数百或数千个MEMS部件，其中的每个部件可能包含几个硬磁微结构，例如，在生产常规磁性标尺中常见的连续磁化将太耗时。此外，可以通过当前可用的装置实施的最小可能周期，即所谓的间距，达到0.5毫米。人们可以假设，在许多应用情况下，微磁体的尺寸和它们之间的距离可以明显更小。已经有几种生产磁结构或微磁结构的方法，其中一些将在下面列出。·例如，基于激光的材料加工已经允许长时间以高精度生产复杂形状的三维部件。通过交错的、单独磁化的梳实施周期为250μm的相反磁化标尺是完全可能的。各个梳的生产是通过对300μm厚的SmCo薄膜进行激光加工来实现的。·此外，例如，在所谓的“热磁图案化”中，由硬磁材料制成的均匀预磁化层通过例如模板或掩模由激光局部加热，并且通过同时施加的相反磁场在那些区域中被相反磁化。以这种方式，由大小为50×50μm2的相反磁化的正方形组成的方格图案可以例如在硅基板上的厚度为4μm的NdFeB层中产生。由于NdFeB层本身内或穿过基板的热传导，相反磁化区域的深度被限制在几微米。·在热磁图案化的一种变型中，例如，将厚的NdFeB片结合到玻璃基板上，以预先限定的图案锯切到玻璃，然后在其整个表面上磁化。随后，通过使用激光的选择性加热，各个像素和/或线被相反地磁化。所需的磁场由直接相邻的NdFeB结构提供。·不需要加热图案。当使用具有高磁导率的软磁材料的模板或掩模时，也可以在硬磁层内产生磁性图案，而无需加热。所施加的相反磁场在掩模脊内被放大到一定程度，使得位于下面的硬磁层的区域被相反地磁化。这种方法仅限于包含低剩磁和矫顽场强度的层。热磁图案化的上述变型将最适合于MEMS，因为由此产生的微磁体由于材料和相对较大的体积而确保了较大的力。然而，集成到MEMS生产工艺中仍未解决。该方法使得仅非常弱的微磁体不适用于MEMS致动器。此外，在这些情况下，如果硬磁层必须被图案化，集成到MEMS生产工艺中也是有问题的。由于高成本和/或批量加工方面的不兼容性，常规的激光加工往往不适合MEMS。然而，基于通过原子层沉积(ALD)的粉末附聚的技术方法能够在硅和玻璃基板上产生高性能磁体或微磁体，其与MEMS和半导体加工的标准工艺兼容。该方法将在下文中描述。最初，在基板内形成腔或微腔。随后，用松散的粉末或颗粒填充微腔，粉末或颗粒的大小以微米为单位。此后，将基板暴露于ALD，在此过程中，微腔内最初松散的颗粒附聚形成机械上坚固的多孔微结构。对于例如由硅基板上的NdFeB粉末制造的这种结构，已经证实具有高再现性的优异磁性。磁体或微磁体和/或微磁体的磁场都平行对准。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种方法，该方法能够简化和快速地生产具有硬磁结构的相反磁化布置的磁结构以有利于例如所述磁结构的大规模生产，这种方法需要较少的工作量。该目的通过以下描述的在基板材料内或上产生磁结构的方法、基板材料内或基板材料上的磁结构和3D磁结构来实现。在一方面，提供了一种在基板材料内或上产生磁结构的方法。该方法包括：在基板材料内或基板材料上产生第一数量的腔，并且用表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料填充第一数量的腔，以便生成第一硬磁布置；在基板材料内或基板材料上产生第二数量的腔，并用表现出小于第一矫顽场强度的第二矫顽场强度的第二硬磁材料填充第二数量的腔，从而产生第二硬磁布置；利用第一磁场在第一方向上磁化第一硬磁布置和第二硬磁布置，第一磁场表现出超过第一矫顽场强度和第二矫顽场强度的场强度；利用第二磁场在不同于第一方向的第二方向上磁化第二硬磁布置，第二磁场表现出低于第一矫顽场强度但超过第二矫顽场强度的场强度；其中第二硬磁布置的磁化包括将第一硬磁布置和第二硬磁布置暴露于第二磁场。在另一方面，提供了一种基板材料内或基板材料上的磁结构。该磁结构包括多个硬磁布置，其中第一硬磁布置包括第一数量的硬磁结构，第一数量的硬磁结构中的每一个包括表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料，其中第二硬磁布置包括第二数量的硬磁结构，第二数量的硬磁结构中的每一个包括表现出第二矫顽场强度的第二硬磁材料，并且其中第一硬磁布置和第二硬磁布置在不同的方向上被磁化。在另一方面，提供了一种3D磁结构。该3D磁结构包括在第一基板材料内或第一基板材料上的第一硬磁布置，第一硬磁布置包括第一数量的硬磁结构，第一数量的硬磁结构中的每一个包括表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料，并且该3D磁结构包括在第二基板材料内或第二基板材料上的第二硬磁布置，第二硬磁布置包括第二数量的硬磁结构，第二数量的硬磁结构中的每一个包括表现出第二矫顽场强度的第二硬磁材料，其中第一硬磁布置和第二硬磁布置在不同方向上被磁化，并且其中第一基板材料和第二基板材料彼此牢固连接。在另一方面，提供了一种3D磁结构。该3D磁结构包括在第一基板材料内或第一基板材料上的第一硬磁布置和第二硬磁布置，第一硬磁布置和第二硬磁布置分别包括第一数量的硬磁结构和第二数量的硬磁结构，以及包括在第二基板材料内或第二基板材料上的第一硬磁布置和第二硬磁布置，第一硬磁布置和第二硬磁布置分别包括第一数量的硬磁结构和第二数量的硬磁结构，第一数量的硬磁结构包括表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料，第二数量的硬磁结构包括表现出第二矫顽场强度的第二硬磁材料，其中第一硬磁布置和第二硬磁布置在不同方向被磁化，并且其中第一基板材料和第二基板材料彼此牢固连接。本方法的核心思想在于已经发现有可能通过以下步骤在基板材料内或基板材料上产生具有硬磁结构的相反磁化布置的磁结构。1.在基板材料内或基板材料上产生第一数量的腔，并用表现出第一矫顽场强度的第一硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第一布置。2.在基板材料内或基板材料上产生第二数量的腔，并用表现出小于第一矫顽场强度的第二矫顽场强度的第二硬磁材料填充，从而产生硬磁结构的第二布置。3.利用第一磁场在第一方向上磁化硬磁结构的第一布置和第二布置，第一磁场具有超过第一矫顽场强度和第二矫顽场强度的场强度。4.利用第二磁场在不同于第一方向的第二方向上磁化硬磁结构的第二布置，该第二磁场具有低于第一矫顽场强度但超过第二矫顽场强度的场强度。磁化硬磁结构的第二布置包括将硬磁结构的第一布置和第二布置暴露于第二磁场。1和2中描述的步骤顺序根据半导体和MEMS技术的常用生产条件是灵活的。作为步骤1和2的替代，例如，可以在基板材料内或基板材料上平行地或一个接一个地产生第一数量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基板材料(110、110a、110b)内或上产生磁结构(300、700、800、900、1000)的方法(110A、110B)，包括：/n在所述基板材料内或所述基板材料上产生第一数量的腔(120)，并且用表现出第一矫顽场强度(H

【技术特征摘要】
20190710 DE 102019210177.11.一种在基板材料(110、110a、110b)内或上产生磁结构(300、700、800、900、1000)的方法(110A、110B)，包括：
在所述基板材料内或所述基板材料上产生第一数量的腔(120)，并且用表现出第一矫顽场强度(HCA、HCB、H1、H2)的第一硬磁材料(130、140)填充(200)所述第一数量的腔，以便生成第一硬磁布置(350、1140a、1140b)；
在所述基板材料内或所述基板材料上产生第二数量的腔，并用表现出小于所述第一矫顽场强度的第二矫顽场强度的第二硬磁材料填充所述第二数量的腔，从而产生第二硬磁布置(350、1140a、1140b)；
利用第一磁场在第一方向上磁化所述第一硬磁布置和所述第二硬磁布置，所述第一磁场表现出超过所述第一矫顽场强度和所述第二矫顽场强度的场强度；
利用第二磁场在不同于所述第一方向的第二方向上磁化所述第二硬磁布置，所述第二磁场表现出低于所述第一矫顽场强度但超过所述第二矫顽场强度的场强度；
其中所述第二硬磁布置的所述磁化包括将所述第一硬磁布置和所述第二硬磁布置暴露于所述第二磁场。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一矫顽场强度与所述第二矫顽场强度之间的差异大于50％。


3.根据权利要求1所述的方法，其中用于所述第一硬磁布置的所述第一数量的腔的深度和/或横截面不同于用于所述第二硬磁布置的所述第二数量的腔的深度和/或横截面，使得在磁化之后所述第一硬磁布置和所述第二硬磁布置内的各个磁体的磁场强度在量上相同。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一数量的腔和所述第二数量的腔的所述横截面是相同的，并且所述第一数量的腔和所述第二数量的腔的所述深度彼此不同，使得在磁化之后所述第一硬磁布置和所述第二硬磁布置内的各个磁体的磁场强度在量上相同。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一数量的腔和所述第二数量的腔的所述填充包括填入的材料的物理和/或化学固化，例如通过将所述基板材料暴露于原子层沉积。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述基板材料是玻璃材料、硅材料、塑料材料或陶瓷材料。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一硬磁材料和所述第二硬磁材料是NdFeB材料和/或SmCo材料和/或PtCo材料。


8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一硬磁材料和所述第二硬磁材料是粉末状材料(230)和/或材料颗粒(230)。


9.根据权利要求1所述的方法，其中在所述基板内或所述基板上产生所述硬磁布置包括以下步骤：
在第一基板内或第一基板上产生所述第一硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·李赛克，费边·罗芬克，
申请(专利权)人：弗劳恩霍夫应用研究促进协会，
类型：发明
国别省市：德国;DE