[發(fā)明專(zhuān)利]鈷鐵合金在磁電容中的應(yīng)用、磁電容單元、磁電容器件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910635394.0
• 申請(qǐng)日: 2019-07-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110190044B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-06-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱廣瓊;燕俊羽
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 朱廣瓊;燕俊羽
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/64
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/64
• 代理公司: 上海領(lǐng)洋專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 31292
• 代理人: 羅曉鵬

本發(fā)明公開(kāi)一種鈷鐵合金在磁電容中的應(yīng)用，所述應(yīng)用是指以鈷鐵合金為靶材通過(guò)磁控濺射鍍膜形成多層納米級(jí)磁性膜，作為磁電容兩電極之間的磁導(dǎo)電層；所述鈷鐵合金中，鈷和鐵的原子比例為6.5～7.2:3.5～2.8。本發(fā)明還公開(kāi)了一種磁電容單元以及磁電容器件。本發(fā)明以原子比例為6.5～7.2：3.5～2.8的鈷鐵合金為靶材，結(jié)合磁控濺射鍍膜技術(shù)，制得的多層納米級(jí)薄膜磁化一次就能保持良好磁性，而且在高溫下也能保有良好磁性，用于半導(dǎo)體磁能存儲(chǔ)電容器中，一次激活就可存儲(chǔ)大量的電能，可用于開(kāi)發(fā)無(wú)須往復(fù)充電的無(wú)源磁能超級(jí)電容器。

本發(fā)明申請(qǐng)要求名稱(chēng)為“一種鈷鐵合金靶材、磁導(dǎo)電層、磁電容單元、磁能芯片及其制備方法”，申請(qǐng)日是2019年03月11日，申請(qǐng)?zhí)柺?019101791101的發(fā)明，作為本發(fā)明中鈷鐵合金在磁電容中的應(yīng)用、磁電容單元、磁電容器件及其制備方法的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電容器技術(shù)領(lǐng)域，涉及鈷鐵合金在磁電容中的應(yīng)用、磁電容單元、磁電容器件及其制備方法。

背景技術(shù)

現(xiàn)代社會(huì)中，能源存儲(chǔ)部件隨處可見(jiàn)，例如電路中的電容以及用于可攜帶式裝置的電池類(lèi)的組件，然而，現(xiàn)有的能源存儲(chǔ)部件存在一些問(wèn)題，例如：電容原件會(huì)因?yàn)槁╇娏鞫档驼w效能，而電池則因?yàn)椴糠殖?放電的記憶效應(yīng)而降低整體效能的問(wèn)題。

巨磁效應(yīng)(GMR)是一種能夠在具有薄磁性或薄非磁性區(qū)的結(jié)構(gòu)中所觀測(cè)到的量子物理效應(yīng)。巨磁阻效應(yīng)顯現(xiàn)出了電阻對(duì)外加電場(chǎng)產(chǎn)生的反應(yīng)，從零場(chǎng)高阻抗?fàn)顟B(tài)至高場(chǎng)低阻抗?fàn)顟B(tài)時(shí)的顯著變化。

申請(qǐng)?zhí)?00710151597.X、發(fā)明名稱(chēng)為電能儲(chǔ)存裝置及方法的中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)了一種利用巨磁效應(yīng)存儲(chǔ)電能的裝置，電能儲(chǔ)存裝置在儲(chǔ)存電能的過(guò)程中需要藕接電源，充電過(guò)程較為復(fù)雜，因?yàn)槿绻凑粘潆姷母拍睿?000mAh的手機(jī)為例，折合成能量為3000mAh×3.75V＝11.25Wh，其實(shí)際使用時(shí)間不到10小時(shí)，一般白領(lǐng)每天使用手機(jī)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)15小時(shí)，因此，每天必須為手機(jī)充電，或者攜帶“充電寶”備用能源電池，非常不方便。

鑒于此，本申請(qǐng)人于2017年公開(kāi)了一種磁能芯片儲(chǔ)存電能的方法(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?017208864449.1)，通過(guò)激活設(shè)備激活磁電容，磁電容在直流電場(chǎng)的激勵(lì)下，兩個(gè)磁性區(qū)的磁性薄膜中的磁極子會(huì)發(fā)生移動(dòng)，在磁電容中形成電場(chǎng)，磁能芯片中的存儲(chǔ)的主要能量來(lái)源于磁電容內(nèi)部的磁電轉(zhuǎn)換，而非外部能源，這一激活過(guò)程在短時(shí)間內(nèi)就可以完成，激活完成后的磁電容量測(cè)可輸出的能量要遠(yuǎn)大于激活設(shè)備的輸入能量。該方案可解決上述電能儲(chǔ)存裝置存在的充電問(wèn)題，以及不適用于批量化生產(chǎn)問(wèn)題。但是該方案是以多個(gè)串聯(lián)或并聯(lián)的半導(dǎo)體磁電容為基礎(chǔ)的，而半導(dǎo)體磁電容的巨磁因子(GMC)的高低將直接影響該方案的效果，GMC達(dá)到10的11次方時(shí)將具有較佳的效果。但是限于電極材料、磁性薄膜材料以及電容結(jié)構(gòu)的限制，現(xiàn)有的半導(dǎo)體磁電容的GMC通常為10的4～5次方，很難滿(mǎn)足要求。為實(shí)現(xiàn)上述方案的推廣及商用，急需開(kāi)發(fā)出可以適用的GMC高的磁電容。

半導(dǎo)體磁電容的GMC往往取決于磁性薄膜材料，因此探索適合的磁性薄膜材料至關(guān)重要。鈷是磁化一次就能保持良好磁性的少數(shù)金屬材料之一，居里點(diǎn)(失去磁性的溫度)高達(dá)1150℃。含有60％左右鈷的磁性鋼比一般磁性鋼的矯頑磁力提高2.5倍以上。在外力振動(dòng)下，一般磁性鋼要失去差不多1/3的磁性，而鈷鋼僅失去2％-3.5％的磁性。鈷在高性能磁性材料上的優(yōu)勢(shì)就明顯高于鐵氧體磁性材料和石墨烯，因此鈷材料有望在無(wú)源半導(dǎo)體磁電容中應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)上述方案的推廣及應(yīng)用。但是現(xiàn)階段只有美國(guó)軍方在研究無(wú)源半導(dǎo)體磁電容這一課題，到實(shí)際應(yīng)用仍存在較多的技術(shù)問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)中還沒(méi)有采用鈷材料包括各種合金材料來(lái)制作半導(dǎo)體磁電容中的磁性薄膜材料的報(bào)道，而實(shí)際上申請(qǐng)人也經(jīng)過(guò)了無(wú)數(shù)次的嘗試，采用鈷材料制備磁性薄膜材料來(lái)實(shí)現(xiàn)上述方案，但是進(jìn)行電容檢測(cè)時(shí)往往檢測(cè)不到電容的容量，而現(xiàn)有技術(shù)中有關(guān)無(wú)源半導(dǎo)體磁電容的可參考借鑒的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)也幾乎沒(méi)有。

發(fā)明內(nèi)容