电子器件高频化、小型化的发展已经历了数十载,科研人员仍在不断研究微波频段高性能纳米薄膜来提升微波器件的性能。Fe-N基薄膜由于在微波段具有高磁导率及电阻率可调控的特性,在微波器件应用方面备受人们关注。本文在介绍目前国际上Fe-N基薄膜研究进展的同时,对于Fe-N基多层薄膜高频下的磁学性质以及电感器件性能进行了探究。本文设计了Fe N-Fe NHf多层膜结构,通过底层薄膜各向异性场诱导顶层薄膜生长实现了多层膜磁性能的提升,使用增大薄膜电阻率的方式减小了器件受到的涡流损耗,从而有效的提升了Fe-N基磁性薄膜在高频下应用的效率。并将Fe N-Fe NHf多层薄膜应用在平面螺旋电感的制备中,系统的研究了不同底层薄膜各向异性场对高频电感器件性能的影响。本文具体的研究内容如下:1.本文通过高真空磁控溅射技术制备了不同种类的Fe N、Fe NHf单层软磁薄膜以及Fe N-Fe NHf多层软磁薄膜。使用SEM、VSM、射频矢量网络分析仪等仪器对薄膜表面结构及性能进行表征,得到软磁薄膜的性能受到薄膜厚度及薄膜元素组分的影响。通过引入微量非磁性元素Hf实现了Fe-N基单层软磁薄膜电阻率、磁导率的提升。而引入多层软磁薄膜结构能够进一步提升薄膜磁学性质及电学性能,在0.5 GHz处,Fe N/Fe NHf多层膜磁导率达到612,相比于Fe NHf单层膜提升了51%。接着,将Fe N/Fe NHf多层膜应用到电感器件的制备中,成功使器件的电感值提升了19%。2.使用Landau-Lifshitz-Gilbert方程对于实验测试得到的磁导率曲线进行计算拟合,获得了材料的各向异性场Hk、旋磁比γ、阻尼系数α。Herzer模型成功解释了多层薄膜相比于单层薄膜各向异性场减小约30%的原因。同时,采用Advanced Design System仿真软件对平面薄膜电感结构进行阻抗匹配研究,并使用等效电路法对电感结构器件进行了仿真,结合实验结果得到可靠的高频电感值及电感器件的品质因数Q。3.将实验结果与理论数值进行比对,在验证实验结果准确性的同时,对于理论结果高于实验值2%的原因结合损耗理论进行分析。将单层薄膜与多层薄膜间性能进行比对,并使用Hoffmann理论对于多层薄膜与单层薄膜之间磁导率μ、共振频率fr产生差异的原因进行分析。进一步探究了底层薄膜性质对于顶层薄膜生长及材料磁性能的影响。对不同材料制备的平面螺旋电感性能,结合材料性能进行综合的分析。通过将实验与模拟结果进行对比可得,Fe N-Fe NHf多层软磁薄膜中磁导率和共振频率等高频磁性能的增强,源于多层膜中磁各向异性场的降低。本文中基于多层软磁薄膜平面螺旋电感的制备及其高频特性表征,为软磁薄膜在微波器件中的进一步应用提供了薄膜电路设计与性能表征方面的经验。