1、文文 天天 龍龍電子科技大學微電子與固體電子學院電子科技大學微電子與固體電子學院辦公辦公室：微固樓室：微固樓217電子郵電子郵件：件：電子器件基礎電子器件基礎第一章第一章 磁性材料的基本特性磁性材料的基本特性1.1 1.1 磁磁性材料的基本特性：性材料的基本特性：H： 外磁場外磁場 (mks: A/m, cgs: Oe) M：磁化強度：磁化強度 (mks: A/m, cgs: emu/cc)B： 磁感應強度磁感應強度 (mks: T, cgs: Oe)H M一，一， H, M, B的換算關系的換算關系 從從實用的磁學觀點看，物質可分為實用的磁學觀點看，物質可分為抗磁性抗磁性、順磁性順磁性、反鐵

2、磁性反鐵磁性、鐵磁性鐵磁性和和亞鐵磁性亞鐵磁性五類材料五類材料。 其中前三種材料其中前三種材料|0，因此一般不能算作磁性材料，因此一般不能算作磁性材料，而鐵磁性材料而鐵磁性材料| |可達可達101 1106 6 量級，一般為量級，一般為Fe、Co、Ni及一些稀土金屬磁性材料。亞鐵磁性材料及一些稀土金屬磁性材料。亞鐵磁性材料| |可達可達101 1104 4 量級，一般為鐵氧體材料（磁性陶瓷材料）。量級，一般為鐵氧體材料（磁性陶瓷材料）。具有鐵磁性和亞鐵磁性的材料才能算真正的磁性材料。具有鐵磁性和亞鐵磁性的材料才能算真正的磁性材料。二，磁二，磁性材料的微觀特性性材料的微觀特性有序磁體的居里（尼爾

3、）溫度有序磁體的居里（尼爾）溫度 T8.01046 4 0 ( 0 . 1 -1MHz)鎳鋅鐵氧體 2.0105 -8.010416-640鋁鋁 1.2566651061.000022空氣 1.256637531061.00000037藍寶石藍寶石2.11071.256636810-60.99999976銅6.41061.2566291060.999994超導體超導體-100 1.2 1.2 磁磁性材料的線性特性性材料的線性特性M飽和磁化強度飽和磁化強度 Ms剩余磁化強度剩余磁化強度Mr矯頑力矯頑力 Hc初始磁化系數初始磁化系數 i一，磁一，磁疇疇1. 磁磁化過程就是跟磁場方向相同的磁疇長大和

4、與磁化過程就是跟磁場方向相同的磁疇長大和與磁場方向相反的磁疇減小和消失的過程。場方向相反的磁疇減小和消失的過程。2. 磁磁疇的長大和減小可以通過疇壁位移或者磁疇矢疇的長大和減小可以通過疇壁位移或者磁疇矢量的轉動。量的轉動。二，二， 提提高起始磁導率的途徑高起始磁導率的途徑3/212023ssiKDM提高材料的飽和磁化強度提高材料的飽和磁化強度降低磁晶各向異性常數和磁滯伸縮系數降低磁晶各向異性常數和磁滯伸縮系數減少雜質和內應力減少雜質和內應力改善微觀結構改善微觀結構1、晶粒大，均勻；沒有氣孔、雜質及其它缺陷；、晶粒大，均勻；沒有氣孔、雜質及其它缺陷；2、在晶粒內部不出現另相，所有非磁性析出物或氣

5、孔、在晶粒內部不出現另相，所有非磁性析出物或氣孔只能集中在晶界附近；只能集中在晶界附近；3、晶粒內部有良好的化學均勻性；、晶粒內部有良好的化學均勻性；三，三， 環環境溫度、工作時間及應力影響境溫度、工作時間及應力影響前兩者分別用溫度系數和減落系數來衡量，希望其值越小越好。前兩者分別用溫度系數和減落系數來衡量，希望其值越小越好。而應力主要通過引起磁至伸縮系數而應力主要通過引起磁至伸縮系數使使i 改變，一般也希望應力改變，一般也希望應力越小越好。越小越好。鐵氧體磁導率隨溫度的變化示意圖鐵氧體磁導率隨溫度的變化示意圖四，線性磁性材料在弱磁場下的磁滯特性四，線性磁性材料在弱磁場下的磁滯特性無外加偏置磁

6、場作用，回線相對于原點對稱的前提無外加偏置磁場作用，回線相對于原點對稱的前提下（彼下（彼德生關德生關系）：系）：如果忽略如果忽略H2 2 以上的高次項以上的高次項其中，其中，a10 為起始磁導率，為起始磁導率，a11 為瑞利常數為瑞利常數1.31.3 磁磁性材料的非線性特性性材料的非線性特性一，一， 疇疇壁位移壁位移(a) 退磁狀態時的疇結構示意退磁狀態時的疇結構示意 （b）疇結構簡化圖）疇結構簡化圖（c）有外磁場作用時的疇壁位移）有外磁場作用時的疇壁位移（d）外磁場將材料磁化飽和后疇結構）外磁場將材料磁化飽和后疇結構疇壁位移隨外磁場的變化疇壁位移隨外磁場的變化 二二 磁磁疇轉動疇轉動(a)

7、退磁狀態時的疇結構示意退磁狀態時的疇結構示意 （b）疇結構簡化圖）疇結構簡化圖(c) 有外磁場作用時的磁疇轉動有外磁場作用時的磁疇轉動（d）外磁場將材料磁化飽和后疇結構）外磁場將材料磁化飽和后疇結構磁疇轉動隨外磁場的變化磁疇轉動隨外磁場的變化 2016-電子器件基礎電子器件基礎QQ群：群：530331735密碼：密碼：F0301030建議建議？1.磁場強度磁場強度(H)，磁化強度，磁化強度(M)和磁感應強度和磁感應強度(B)的關系：的關系： M= _ H B= o ( _ + _ )=_ H2.按磁學的分類，物質分為按磁學的分類，物質分為_、_ 、 _ 、_ 、_3.磁性材料分為：磁性材料分為

8、： _ 、_ 、_ 、_ 、_4.軟磁材軟磁材料有：料有： _ 、_ 、_ 、_5.鐵氧體鐵氧體做磁芯其做磁芯其性能性能上的優點是上的優點是: _高高 、_低，其缺點是：低，其缺點是：_不高不高 、_不不高高、_較低較低6.鐵氧體的使鐵氧體的使用：用：2 MHz以以下使用下使用_鐵氧體，鐵氧體， 射射頻使頻使用用_鐵氧體，鐵氧體， 微波段使用微波段使用_鐵鐵氧體氧體7.好的磁芯要有大的磁導好的磁芯要有大的磁導率，為了獲得大的磁導率我們需率，為了獲得大的磁導率我們需要要_大大、_大大、_小小、_小小、_少少復習復習MH抗磁性順磁性反鐵磁性 鐵磁性亞鐵磁性軟磁硬磁旋磁矩磁壓磁金屬軟磁非晶/納米晶軟

9、磁鐵氧體軟磁鐵粉芯軟磁電阻率價格Ms初始磁化率居里溫度MnZnNiZn旋磁Ms晶粒磁晶各向異性內應力和磁致伸縮雜質和缺陷1.4 1.4 退退磁場及其對磁化狀態的影響磁場及其對磁化狀態的影響一，一， 形形狀各向異性下的磁滯回線狀各向異性下的磁滯回線MH二，二， 形形狀各向異性狀各向異性球形： Na=Nb=Nc=1/3薄膜： Na=1, Nb=Nc=0圓柱： Na=Nb=1/2, Nc=01. 1.5 5 磁磁性材料的損耗性材料的損耗一，一，靜靜態磁化態磁化 ( (為實數）為實數）dBH二，動二，動態磁化態磁化 ( (為復數）為復數）100kHz50kHz25kHz不同頻率下的不同頻率下的動動態態

10、磁滯磁滯回線回線磁磁滯滯損耗增加損耗增加三，三， 動動態損耗態損耗單位體積單位體積(或者質量）中磁性材料在交變磁場中磁或者質量）中磁性材料在交變磁場中磁化一周所產生的損耗化一周所產生的損耗 為為 W， 則則磁滯損耗磁滯損耗可通過降低材料剩磁可通過降低材料剩磁BrBr和矯頑力和矯頑力HcHc來來降低。降低。渦流損耗渦流損耗可通過提高材料電阻率可通過提高材料電阻率及減小片狀及減小片狀材料厚度材料厚度d d來降低。來降低。剩余損耗剩余損耗可通過減小擴散離子濃度，抑制離可通過減小擴散離子濃度，抑制離子擴散的產生來降低，對于鐵氧體材料而言，則子擴散的產生來降低，對于鐵氧體材料而言，則是盡量減小鐵氧體中是

11、盡量減小鐵氧體中F Fe e2 2 含量或生成；在工藝含量或生成；在工藝和成分配制上進行控制，使鐵氧體在應用頻率和和成分配制上進行控制，使鐵氧體在應用頻率和工作溫度范圍內避開損耗最大值。工作溫度范圍內避開損耗最大值。四四，環，環形磁芯形磁芯安培定律：電感定義：交變電流下：五，五， 串串并聯等效模式并聯等效模式對對于一般磁性材料制作的磁芯線圈，分布電于一般磁性材料制作的磁芯線圈，分布電容往往可以忽略，而等效電阻又比等效電抗容往往可以忽略，而等效電阻又比等效電抗小得多，所以串聯電路的模式更符合于客觀小得多，所以串聯電路的模式更符合于客觀情況；而對于在高頻下使用的某些特殊的磁情況；而對于在高頻下使用

12、的某些特殊的磁芯和變壓器，分布電容已不能忽略，這時采芯和變壓器，分布電容已不能忽略，這時采用并聯電路模式更符合實際情況。用并聯電路模式更符合實際情況。 串聯等效電路 并聯等效電路 （a）串聯等效 （b）并聯等效考慮分布電容影響后的串并聯等效電路六，六， 環環形磁芯的等效電路形磁芯的等效電路串聯等效電路 故：并聯等效電路 換算關系：換算關系： 一、從材料的磁性參數轉換成器件的電氣參數一、從材料的磁性參數轉換成器件的電氣參數（學會各參數之間的轉化和計算） 定義磁勢： 定義磁阻： 定義磁導：二、磁性器件的特點：二、磁性器件的特點： 磁勢電勢（電壓源） 磁通電流 磁阻電阻 磁導電導 磁導率電導率但磁性器件與電路最大的區別是：在電路中，導體的電導率約為空氣的1014 1019 倍，所以泄漏到空氣中的漏電流相對于通過導體的電流可忽略不計。而在磁路中，磁芯的磁導率僅為空氣的102 105 倍，泄漏到空氣中的漏磁通對器件的影響不能忽略，尤其在高頻時候，它是決定器件性能很重要的因素。復習復習1.退磁場退磁場2.磁損磁