PROIECT

MICROSISTEME ELECTROMECANICE

Aliaje magnetice folosite la MEMS-uri: exemple, caracteristici, proprietăţi, aplicaţii

Îndrumător: Șef lucrări doctor inginer Daniela Ionescu Masterand: Baciu Robert-Constantin Grupa: 55 RD

MEMS-urile sunt microsisteme obţinute prin integrarea de elemente mecanice, de senzori, actuatori şi componente electronice pe un substrat comun (de regulă o plăcuţă de siliciu), prin tehnologii de microfabricaţie specifice. Marele avantaj al acestor microsisteme integrate este acela că pot fi realizate compact, dimensiunile acestora fiind de ordinul micrometrilor.

Componentele electronice se realizează prin tehnologiile specifice circuitelor integrate,în timp

ce componentele micromecanice se realizează prin tehnologii de microfabricaţie constând din succesiuni de operaţii de corodare, adăugare de straturi, înlăturare de straturi de sacrificiu. Tipurile de dispozitive MEMS pot varia de la structuri relativ simple care nu au elemente în mișcare, pâna la sisteme electromecanice extrem de complexe, cu multiple elemente.

După ce senzorii achiziţionează datele de la stimuli, intervine modulul electronic care are rolul

de a procesa aceste date, ca în cele din urmă, să fie generate anumite comenzi la ieşirea sistemului funcţie de rezultatul procesării datelor. Odată ce sistemele micro electro-mecanice pot procesa funcţii optice, chimice, termice, electronice, mecanice şi biologice, acestea pot opera ca dispozitive precum accelerometre, senzori de presiune, microfoane, giroscoape, cu posibilitatea combinării mai multor funcţii pe acelaşi microsistem.

MEMS-urile sunt utilizate în câteva domenii, cum ar fi: automotive, electronică, bunuri de larg

consum, tehnologie.

Aliaje magnetice folosite la MEMS-uri

Un aliaj este amestecul omogen cu proprietăți metalice a două sau mai multe materiale din care cel puțin unul este metal şi de obicei se află în cantitatea cea mai mare. Aliajele au fost cunoscute din Antichitate, aproape imediat dupa descoperirea aurului si argintului. Grecii şi romanii cunosteau un aliaj natural de aur şi argint, numit electron, cu o compozitie de 80% aur şi 20% argint.

Proprietățile fizice și chimice ale aliajelor sunt în general diferite de cele ale substanțelor componente. Majoritatea metalelor de folosință zilnică sunt de fapt aliaje. De exemplu, ceea ce numim în limbaj uzual fier este aproape întotdeauna un oţel cu conținut redus de carbon, iar aurul folosit pentru bijuterii este un aliaj în care mai intră cupru și argint.

Pentru ca un aliaj să posede proprietăţi metalice, este necesar să predomine legatura metalică.

Pentru ca prin topire să rezulte un aliaj, elementele trebuie să se dizolve complet în stare lichidă, formând o topitură omogenă care, prin solidificare, să dea naştere unui material metalic omogen din punct de vedere macroscopic. La scară atomică, toate aliajele sunt eterogene, întrucât sunt alcătuite din cel puţin două feluri de atomi. Metalele care alcătuiesc aliajul poartă numele de componenţi, iar totalitatea aliajelor formate de către aceiaşi componenţi, formează un sistem de aliaje.

Tipuri de aliaje:

Aliaj anticoroziv (rezistent la intemperii și factori chimici agresivi) Aliaj inoxidabil (nu oxidează, nu se combină cu oxigenul, nu ruginește) Aliaj antifricțiune (cu un coeficient de frecare mic) Aliaj de lipit (care este folosit în procese tehnice de lipire, frecvent sub acțiunea căldurii) Aliaj dur (cu duritate mare) Aliaj refractar (care rezistă la temperaturi mari, de exemplu la peste 1.500 °C) Aliaj ușor (cu o densitate relativ mică) Aliaj foarte ușor Aliaj tipografic (folosit în realizarea caracterelor de tipografie) Aliaj ușor fuzibil (care se topește ușor, la temperatură relativ mică)

După solubilitatea în stare lichidă se disting trei grupe mari de aliaje:

sisteme de aliaje în care componenţii sunt total solubili unul în altul în stare lichidă; sisteme de aliaje în care componenţii sunt parţial solubili unul în altul în stare lichida; sisteme de aliaje în care componenţii sunt total insolubili unul în altul în stare lichidă.

1. În cazul când componenţii sunt total solubili în stare lichidă, în stare solidă pot fi: total solubili,

parţial solubili sau total insolubili.

2. Dacă componenţii sunt parţial solubili în stare lichidă, în stare solidă pot fi: parţial solubili sau total insolubili.

3. Când componenţii sunt total insolubili în stare lichidă, în stare solidă nu pot fi decât total

insolubili.

Proprietăţile fizice ale aliajelor:

Densitatea aliajelor - este de cele mai multe ori intermediară între densităţile metalelor constituente.

Duritatea aliajelor - este mai mare decât a metalelor pure care le compun. Astfel, oţelurile(aliaje ale fierului cu carbonul ) au duritatea mult mai mare decât a fierului pur.Un adaos de carbon si wolfram dublează duritatea fierului. Mărirea durităţii prin aliere este unul din motivele pentru care se elaborează aliajele.

Temperatura de topire - este mai mică în cazul aliajelor, decât temperaturile de topire ale metalelor respective; proprietatea se foloseşte în procesele de prelucrare la cald.

Conductibilitatea electrică - a aliajului este mai mică decât conductibilitatea componentelor; pe această proprietate se bazează obţinerea unor aliaje (nichel, constantan) cu rezistenţa electrică mare, folosite în electrotehnică.

Rezistenţa mecanică a metalelor creşte prin aliere: de exemplu, alama, aliaj de cupru şi zinc este de aproape două ori mai rezistentă decat cuprul pur şi de patru ori mai rezistentă decât zincul.

Rezistenţa la coroziune se măreşte dacă metalele se aliază; aliajele sunt rezistente la acţiunea agenţilor fizici şi chimici din atmosferă.

Materiale pentru construcţia MEMS-urilor:

Material Caracteristici distincte Exemple de aplicatii

Siliciu monocristalin (Si) Material electronic de inalta calitate cu anizotropie selectiva

Senzori piezorezistivi

Siliciu policristalin (polisilice)

Filme de sacrificiu utilizate in fabricarea MEMS

Suprafata micromasinilor, Actuatori electrostatici

Dioxid siliciu (Si 02) Suprafete insulare compatibile cu poisiliciu

Straturi de sacrificiu utilizate la realizarea micromasinilor

Azotati de siliciu (Si3N4, SixNy)

Suprafete insulare, rezistent chimic,durabilitate mecanica

Straturi de izolatie pentru dispozitive electrostatice, straturi de pasivare pentru dipozitive

Germaniu policristalin (poli Ge), Siliciu cu germaniu policristalin (poli Si-Ge)

Depozitat la temperaturi joase

Suprafete integrate MEMS

Aur (Au), Aluminiu (Al) Filme fine conductive Straturi interconectante, straturi de mascare, intrerupatoare mecanice

Nichel -fier (NiFe) Aliaj magnetic Actuatori magnetici Titan-nichel (TiNi) Aliaj cu memoria formei Actuatori termici Carbura de siliciu (SiC)

Diamant

Stabilitate electrica si mecanica la temperatura inalta, inertia chimica

MEMS de inalta frecventa

Galium arsenid (GaAs), Indium fosfid (In P), Indium arsenid (In As)

Fante pentru trecerea luminii

Dispozitive optoelectronice

Titanat zirconat (PTZ) Material piezoelectric Senzori mecanici si actuatori Poliamide

Rezistenta chimica, polimer cu temperatura inalta MEMS flexibile, bioMEMS

Parilen Polimer biocompatibil, depozitat la temperatura camerei

Straturi de acoperire, structuri polimerice moi

Materialele utilizate în fabricaţia MEMS-urilor sunt de două feluri:

1. Materiale utilizate ca substrat în fabricaţia MEMS-urilor: Materialul de bază utilizat ca substrat este Siliciu care prezintă următoarele avantaje:

• larg răspândit în fabricaţia circuitelor integrate; • bine studiat şi există posibilitatea de a i se controla proprietăţile electrice; • este economic de produs în formă cristalină; • are proprietăţi mecanice foarte bune

Siliciul utilizat în construcţia MEMS-urilor se prezintă sub 3 forme:

• Siliciu cristalin • Siliciu amorf • Siliciu policristalin

Siliciu sub formă cristalină de înaltă puritate se fabrică sub formă de plăcuţe circulare cu

diametrul de 100, 150, 200 şi 300 mm şi cu grosimi diferite. Siliciu sub formă amorfă nu are structură regulată cristalină şi conţine numeroase defecte. Împreună cu siliciul policristalin se poate depune în straturi subţiri de pînă la 5 microni.

Există şi alte materiale care se utilizează ca substrat în construcţia MEMS-urilor: quartz,

sticlă,materiale ceramice, materiale plastice, polimeri, metale. Quartzul se utilizează în construcţia MEMS-urilor, în primul rând datorită efectului piezoelectric

pe care-l posedă. Este un mineral natural dar, de regulă, se utilizează quartzul produs sintetic.

2. Materiale de depunere utilizate în construcţia MEMS-urilor

Există mai multe tipuri de materiale care se depun sub formă de straturi pe plăcuţele de siliciu: siliciu policristalin, siliciu amorf, bioxid de siliciu , nitrura de siliciu , oxinitrura de siliciu (SiON); metale (Cu, W, Al, Ti, Au, Ni), compuşi metalici ( TiN, ZnO) sau aliaje (TiNi); materiale ceramice ( alumina); polimeri

Particularităţile principalelor materiale utilizate ca substrat şi ca strat de depunere.

1. Siliciu Siliciul se utilizează la fabricarea microsenzorilor încă din anul 1950. Atunci s-a descoperit că

siliciul are coeficienţi piezorezistivi foarte înalţi faţă de cei ai traductoarelor tensometrice metalice, ceea ce-l face primul material din categoria celor utilizate la fabricarea MEMS-urilor.

Siliciul monocristalin

În construcţia MEMS-urilor, siliciul monocristalin are funcţii cheie fiind unul dintre cele mai

versatile materiale combinând anizotropia cu bune caracteristici mecanice. Având un modul al lui Young de 190Gpa, siliciul monocristalin se compară din punct de vedere mecanic cu oţelul care are un modul al lui Young de 210GPa. Proprietăţile mecanice favorabile au făcut siliciul monocristalin utilizabil ca material pentru membrane, lamele şi alte structuri. Siliciul monocristalin este utilizat în primul rând la fabricarea structurilor mecanice.

Siliciu policristalin

Pentru MEMS- uri şi circuite integrate filmele din siliciu policristalin sunt depuse utilizând un

proces cunoscut ca depunere chimică de vapori la presiune joasă (LPCVD = low-presure chemical vapor depositon). Procesul are loc într-un interval de temperatură cuprins între 580°C şi 650°. Pentru un proces tipic LPCVD ,temperatura de tranziţie de la starea amorfă la cea cristalină este de 570°C, cu depunerea stratului amorf în jurul temperaturii de tranziţie. La 600°C, grăunţii cristalini sunt mici şi egali pe când la 625°C grăunţii sunt mari şi alungiţi. Rezistivitatea siliciului policristalin poate fi modificată prin saturare şi se practică, în general, la filmele subţiri folosind fosforul ca saturant la saturarea componentelor MEMS din siliciu policristalin, deoarece acesta are o mare viteză de difuzie. Difuzibilitatea în filmele subţiri este de 1×10 12 cm 2 /s.

Siliciul poros

Siliciul poros este produs la temperatura camerei prin gravarea electrochimică a siliciului în acid

hidrofluoric (HF). Dacă este configurat sub formă unui electrod într-un circuit electrochimic bazat pe (HF), sarcinile pozitive de la suprafaţa siliciului facilitează schimbul atomilor de fluor cu atomii de hidrogen de la marginile suprafeţei de siliciu. Calitatea suprafeţei este dată de densitatea porozităţii de la suprafaţă, care este controlată prin aplicarea unei densităţi de curent. Pentru densităţi de curent înalte, densitatea porozităţii este înaltă iar suprafaţa gravată va fi netedă. Pentru densităţi de curent mai mici, densitatea porozităţii este scazută şi concentrează numeroase defecte de suprafaţă în anumite regiuni. Creşterea suprafeţei de schimb a siliciului poros îl face un material atractiv pentru aplicaţii de tipul celor lichide sau gazoase, incluzând membranele de filtrare şi straturile de absorbţie chimică, când este folosit siliciul monocristalin ca substrat.

Dioxidul de siliciu

Dioxidul de siliciu (SiO 2 ) este unul dintre cele mai utilizate materiale pentru realizarea MEMS- urilor. În acoperirile de suprafaţă a micromaşinilor, SiO 2 este utilizat ca material de sacrificiu, deoarece este uşor de dizolvat pentru a fi înlăturat fără ca dizolvantul să atace polisiliciul din strat. Dioxidul de siliciu mai poate fi utilizat şi ca strat mască pentru filmele subţiri din polisiliciu, deoarece este rezistent chimic sau ca strat de pasivizare pe suprafeţele dispozitivelor de mediu foarte sensibile. Cel mai utilizat procedeu de obţinere a straturilor subţiri de dioxid de siliciu este oxidarea termică şi LPCVD. Oxidarea termică a Si este realizată la temperatura de 900°C-1,200°C în prezenţa oxigenului pur. Chiar dacă oxidarea termică este un proces limitat termic, grosimea maximă a filmului ce poate fi obţinută este de 2μm grosime ce este suficientă pentru numeroase aplicaţii. Oxidarea termică a siliciului poate fi realizată numai pe substrat de siliciu.

Nitrura de Si

Nitrura de Si este utilizat în MEMS-uri ca material pentru izolaţii electrice, pasivizarea

suprafeţelor, suprafeţe de mascare şi ca material mecanic. Două metode de depunere sunt cunoscute pentru nitrura de Si la depunerea în straturi subţiri: LPCVD şi respectiv PECVD. Utilizarea procedeului PECVD în aplicaţiile straturilor pe micromaşini este limitat de conţinutul crescut în fluorohidraţi, dar este un procedeu în urma căruia se obţin filme de siliciu cu proprietăţi atractive pentru încapsulare. Materialul obţinut prin procedeul LPCVD este foarte rezistent la atacul chimic şi ca urmare este foarte utilizat la realizarea straturilor de suprafaţă ale micromaşinilor. Nitrura de siliciu obţinut prin LPCVD este utilizat sub formă insulară, deoarece are o rezistivitate de 10 6 Ω×cm.

2. Materiale bazate pe germaniu

Germaniu este un material utilizat la realizarea materialelor semiconductoare,iar studii recente

îl consideră materialul ideal pentru realizarea tranzistoarelor şi semiconductoarelor. Există un interes crescut pentru utilizarea Ge la realizarea dispozitivelor micromaşinilor datorită temperaturii scăzute de depunere a materialului pe suprafeţele realizate.

Germaniul policristalin

Filmele fine de Ge policristalin pot fi depuse prin LPCVD la temperatură mai mică de 325°C pe

subtrat Si, Ge şi pe SiO 2 . Filmele de Ge pot fi folosite ca şi straturi de sacrificiu. Tensiunea reziduală acumulată în filmele formate poate fi redusă la aproape zero după o uşoară călire la temperaturi modeste de (30-600°C). Ge policristalin este impermeabil la KHO şi de aceea este utilizat la realizarea membranelor de Ge pe substrat de Si. Proprietăţile mecanice ale Ge policristalin sunt comparabile cu cele ale polisiliciului avînd un modul de elasticitate de 132 GPa , iar rezistenţa la rupere este cuprinsă între 1,5 GPa şi 3 GPa

SiGe policristalin

La fel ca şi Ge policristalin, SiGe policristalin este un material care poate fi depus la temperaturi mai scăzute ca cele ale siliciului. Procedeul de depunere se face prin metodele LPCVD, APCVD si RTCVD (rapid thermal CVD) utilizînd ca gaze precursoare Si H 4 şi GeH 4 . Temperatura de depunere este cuprinsă în intervalul 450°C pentru LPCVD şi 625°C RTCVD. În general temperatura de depunere depinde de concentraţia Ge în filmul respectiv, cu cît concentraţia Ge este mai crescută, cu atît temperatura de depunere este mai scazută. Ca şi polisiliciul, poli-SiGe poate fi saturat cu bor şi fosfor pentru modificarea conductivităţii.

3. Metale

Dintre toate materialele asociate cu realizarea MEMS, metalele sunt cele mai utilizate. Filmele fine metalice sunt utilizate în medii cu capacităţi diferite pentru confecţionarea măştilor microsenzorilor şi microactuatorilor. Filmele metalice pot fi depuse utilizînd o mulţime de tehnici cum sunt: evaporarea, pulverizarea, CVD, şi electroacoperiri. Metalele cele mai utilizate în microfabricatele electronice sunt Au şi Al şi de regulă sunt utilizate la realizarea conectorilor.

Un exemplu în acest sens îl reprezintă utilizarea Au la realizarea întrerupătoarelor micromecanice. Aceste întrerupatoare sunt construite folosind un strat de sacrificiu din dioxid de siliciu.

Un alt metal utilizat la realizarea MEMS este Al, de exemplu, la fabricarea microîntrerupătoarelor pe baza de Al. Aceste întrerupătoare utilizează diferenţele dintre tensiunile remanente din filmele fine de Al si Cr pentru a crea o consolă comutatoare ce capitalizează aceste diferente de tensiune din materiale.

Cel mai popular aliaj cu memoria formei este Ti Ni sau nitinolul care lucrează la o densitate de 50 MJ/m3 şi o bandă de frecvenţă de 0,1 kHz. Şi acest tip de material este utilizat în realizarea microvalvelor.

Nitinolul prezintă două proprietăţi strâns legate şi unice: cu memoria formei şi

superelasticitate.Cu memoria formei este capacitatea nitinolului de a fi supus deformării la o anumită temperatură,apoi îşi recuperează forma iniţială.

Proprietăţile neobişnuite ale nitinolului sunt derivate dintr-o transformare a fazei stării solide

reversibilă,cunoscută ca transformare martensitică. La temperaturi înalte, acesta presupune o structură de interpenetrare cub cristal, denumită austenita(faza părinte). La temperaturi scăzute, nitinolul presupune o structură cristalină monoclinică, cunoscută sub numele de martensită(fază fiică). Temperatura la care austensita se transformă în martensită poartă numele de temperatură de transformare. Există patru temperaturi de tranziţie: austensită, martensită, finisajul martensită şi temperatura Of. Există patru tipuri frecvent utilizate de aplicaţii pentru nitinol:

1. recuperare liberă: acesta este deformat la o temperatură scăzută şi încălzit pentru a reveni la

forma iniţială. 2. recuperare limitată 3. producţia de lucru 4. superelasticitate

Utilizări ale nitinolului mai întâlnim la cuplaje, biomedicale, jucării medicale, dispozitive de acţionare, motoare termice, senzori, dispozitive de ridicare etc. Mai poate fi utilizat la ramele de ochelari, ca sistem de control al temperaturii-când se schimbă forma se poate activa un comutator sau un rezistor variabil pentru a controla temperatura.

Cele mai frecvent utilizate materiale magnetice din MEMS sunt materiale feromagnetice moi, ar fi aliaje NiFe (de exemplu, permalloy, care este de obicei 81% Fe și 19% ni). La combinație a densității fluxului de saturație relativ ridicată,histeretice și aproape de zero magnetostriction (de exemplu, subliniază în aparat nu va avea impact asupra performanței sale magnetice) a condus utilizarea lor în senzori macroscopici și microscopici,dispozitive de acționare și sisteme. Poate cel mai important motiv pentru utilizarea lor comună în MEMS magnetic este că aceste materiale sunt utilizate în capete de înregistrare magnetice și tehnologiile necesare pentru depunerea și microprelucrarea acestora au fost bine dezvoltat de această industrie mare.Proiectarea și construcția de microactuatori magnetici a în general, a imitat că a omologilor lor macroscopice. În special, cele mai multe implica nuclee feromagnetice (NiFe) înfășurat cu bobinaje curente (cu) care generează câmpurile și densitatea fluxului utilizat pentru a acționa dispozitivele. Exemple proeminente de microactuatori feromagnetice construite cu bobine pe cip includ micromotori timpurii dezvoltat de Christenson [5], care a folosit vânturi asamblate (Fig. 2a) și micromotorii cu Bobine integrate utilizate de către Ahn și dezvoltat de laboratorul său (Fig. 2b) [6]. La același proces de integrare a bobinei a fost de asemenea utilizat pentru a produce flux-poarta magnetometre [7] non-distructive crack de detectare [8], și chiar și un sistem complet de microfluide (de exemplu, microsupape, micropompe, și detectoare moleculare care simt prezența mărgelelor magnetice atașate moleculelor țintă).Cele mai sensibile și de succes comercial microfabricate feromagnetice magnetometre utilizare magnetoresistive sau elemente d (de exemplu, pelicule subțiri de zgomot redus NiFe) care pot fi utilizate pentru detectarea câmpurilor magnetice cât mai 2,16 mA/m (27 μOe) [10].

În plus față de senzor magnetic pe bază de bobină și actuator, modele mai puțin convenționale au fost, de asemenea, dezvoltate, care au unele avantaje special. Un exemplu utilizează un simplu feromagnetice Bar integrat pe un non-magnetice interspațială Micromecanice . Aceste dispozitive sunt ușor de capabile să realizeze o mișcare relativă extrem de mare atât în plan de substrat și, probabil, mai important din planul de napolitana (Fig. 3). Utilizarea unei surse externe pentru câmpul magnetic care conduce Actuatorul simplifică foarte mult procesul de fabricație în detrimentul unei mai complexe și pachet solicitant. Același design de bază (de exemplu, o feromagnetice bar atașat la un non-magnetic microflexure sistem) este, de asemenea, folosit pentru a realiza un nou Low-Power magnetometru Micromecanice . Încă o clasă de microactuatori magnetici sunt conduse de materiale magnetice moi care au fost optimizate pentru magnetostriction maxim [16]. Exemple primare includ aliaje TbFe, aliaje TbCo, și TbFe/FeCo multistraturi. Configurația tipică a microactuatorului este o consolă sau o membrană acoperită pe o parte cu materialul traductor. Aplicarea unui câmp induce o nepotrivire de tulpină mare caredeviază microstructura bimorph. MATERIALE MAGNETICE DURE ÎN MEMS Un material magnetic moale poate fi folosit pentru a realiza acționari de înaltă forță și magnetometre sensibile, greu materialele magnetice magnetice sau permanente ar fi mai potrivite în unele cazuri. De exemplu, hard magnetic materialele cu o magnetizare remanent ridicată pot fi utilizat în mod convenabil în microactuatori bi-direcționali (push-pull). In plus, microactuatorii acționați de bobinele cu cip pot fi activate cu câmpuri mai mici și, prin urmare, niveluri de putere mai mici, dacă un material magnetic dur este utilizat în loc de un magnetic moale . Cu toate acestea, cu excepția câteva instanțe greu magnetic materialele nu au fost utilizate extensiv în MEMS [18]. Motivul principal pentru acest lucru a fost lipsa de ușor disponibile și procesele de microprelucrare fiabile.

Diverse materiale magnetice grele pot fi pregătite prin procese metalurgice (de exemplu, sinterizare, lipire de presiune, turnare prin injectare, turnare, extrudare, și calendarul), procesele de vid (de exemplu, evaporare, pulverizare, MBE, cardiovasculare), și electrochimice (de exemplu, depunerea electro- electrodepunerea).Inițial, cele mai multe materiale magnetice au fost bazate pe aliaje de cobalt, deoarece structura sa HCP are un cristal ridicat anizotropie. Până în prezent aliaje co-bazate cu P, ca, SB, bi, W, CR, Mo, PD, pt, ni, Fe, cu, MN, O și H au fost depuse. Elementele aliate în Co tind să devină concentrate la limitele cerealelor. Înconjurat de granițe non-magnetice sau slab magnetice. astfel de formațiuni creează bariere de energie microscopice care creșterea coercivity Hc a filmului, făcând astfel câmpul magnetic mai greu. Cele mai multe investigatii ale CoPt și depozite FePt au fost efectuate prin utilizarea proceselor de vid (de exemplu, MBE [22] și pulverizare [21]-[24]), unde CoPt și FePt au fost depuse în structuri multistratificate și apoi recopt pentru a produce faze comandate. Un dezavantaj major al aceste metode de depunere a unor MEMS magnetice aplicațiile este cerința pentru recoacerea postprocesare de înaltă temperatură (de exemplu, 500-700 ° c), ca ICs și unele materiale utilizate frecvent în MEMS (de exemplu, al, polimeri etc.) nu vor supravietui la aceste temperaturi. Astăzi, materialele magnetice cu care inginerul trebuie să lucreze sunt silicon Steel, nichel fier (permalloy), cobalt (permendur), aliaje metalice amorfe și ferite. Acestea au, de asemenea, spin-off variante de material, ar fi pulbere sendust, și miezuri de praf de fier. Din acest grup de materiale magnetice, inginerul va face compromisuri cu proprietățile magnetice pentru designul său. Aceste proprietățile sunt: BS saturație, permeabilitate u,rezistivitatii p (Core Loss), remanență br. Aliaje metalice cu permeabilitate mare se bazează în principal pe sistemul de nichel-fier. Deși Hopkinson a investigat aliaje de nichel-fier încă din 1889, nu a fost până la studiile de Elmen, incepand cu aproximativ 1913, pe proprietăți în câmpuri magnetice slabe și efectele de tratamente termice, că importanța de aliaje ni-Fe a fost realizat. Elmen numit ni-Fe aliaje, "Permalloys, " și primul său brevet a fost depusă în 1916. Compoziția lui preferată era aliajul 78Ni-Fe. La scurt timp după Elmen, Yensen a început o anchetă independentă, care a dus la 50Ni-50Fe aliaj, "Hipernik, ", care are permeabilitate mai mică și rezistivitatii Dar mai mare saturație decât 78-Permalloy, (1,5 Tesla comparativ cu 0,75 Tesla), făcându-l mai util în echipamente electrice. Îmbunătățirile din aliajele ni-Fe au fost atinse de temperaturi înalte.Următoarea îmbunătățire a fost realizată prin utilizarea materialului orientat spre cereale și recoacerea ei, într-un câmp magnetic, care a fost, de asemenea, într-o atmosferă de hidrogen. Acest lucru a fost făcut de către Kelsall și Bozorth. Folosind aceste două metode, un nou material, numit supermalloy, a fost atins. Ea are o permeabilitate mai mare, o forță coercitivă mai mică, și aproximativ aceeași densitate de flux ca 78-Permalloy. Poate cel mai important al acestor factori este recoace magnetice, care, nu numai crește permeabilitatea, dar oferă, de asemenea, o "pătrat " curba de magnetizare, important în echipamente de înaltă frecvență de conversie de putere. Aliajele ni-Fe sunt disponibile în grosimi de 2 mil, 1 mil, 0,5 mil, 0,25 și 0,125 mil. Materialul vine cu un rotund sau pătrat B-H buclă. Acest lucru oferă inginerului o gamă largă de dimensiuni și configurații de la care să selectați pentru un design. Proprietățile aliajului de fier pentru unele dintre cele mai populare materiale sunt prezentată în tabelul 2-1. De asemenea, dat în tabelul 2-1, este numărul de cifră pentru bucla B-H a fiecăreia dintre materiale magnetice.

Ferite moi În primele zile ale industriei electrice, nevoia de material magnetic indispensabil a fost deservită de fier și aliajele sale magnetice. Cu toate acestea, odată cu apariția frecvențelor mai mari, tehnicile standard de reducerea pierderilor curente ale Eddy, (folosind laminate sau miezuri de praf de fier), nu mai era eficientă sau Eficiente.Această realizare a stimulat un interes reînnoit în izolatori magnetice, , după a raportat prima dată de S. Hilpert în Germania, în 1909. A fost ușor de înțeles că, în cazul în care rezistivitatii electrice ridicate de oxizi ar putea fi combinate cu caracteristicile magnetice dorite, un material magnetic care a fost deosebit de bine adaptat pentru ar rezulta o operațiune de înaltă frecvență. Feritele sunt materiale ceramice, omogene, compuse din oxizi; oxidul de fier este elementul constitutiv principal. Feritele moi pot fi împărțite în două categorii majore; mangan-zinc și nichel-zinc. În fiecare dintre aceste categorii, schimbarea compoziției chimice, sau a tehnologiei de fabricație, poate produce

mai multe diferite tipuri de materiale mn-Zn și ni-Zn. Cele două familii de materiale de ferită mn-Zn și ni-Zn se completează reciproc și permit utilizarea de ferite moi de la frecvențe audio la câteva sute de MHz. Producătorilor nu le place să se ocupe de mangan-zinc în aceeași zonă, sau construirea cu nickelzinc, deoarece unul contaminează pe celălalt, ceea ce duce la randamente slabe de performanță. Diferența de bază între mangan-zinc și nichel-zinc este prezentată în tabelul 2-3. Cea mai mare diferenta este mangan-zinc are o permeabilitate mai mare și nichel-zinc are o rezistivitatii mai mare. Prezentate în tabelul 2-4 sunt unele dintre cele mai populare materiale ferite. De asemenea, dat în tabelul 2-4, este numărul de cifre pentru bucla B-H a fiecărui materialele.