當電子零件或電子設備接收到外來的電磁干擾(EMI)，或是在一個電路中透 過耦合感應出其他的電流，就會在電子產品中產生不能預期的意外或是導致不當 的操作。[1]
如果電磁干擾所產生的能量太大，將會導致電子零件或電子設備嚴重損壞。
即使電磁干擾所產生的能量很小，但如果是應用在傳遞訊息或是電話通訊中與電 磁干擾做混合，在接收端也會出現雜音。[1]
想要設計出一個標準的電子產品，就必須減少的電磁干擾(EMI)，而電磁干 擾有兩種方式：一種是導體傳導(Conductor conduction)電磁干擾，可使用通過濾 波器來降低雜訊；另一種是空間傳導(Spatial conduction)電磁干擾，可利用屏蔽 材料來解決如圖 2-1[1]、圖 2-2[2]所示。
圖 2-1 電子產品透過濾波器及屏蔽材料降低雜訊
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圖 2-2 雜訊抑制之應用示意圖
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2-2 磁性材料介紹
學者 Sun-Tea Kim , Gi-Bong Ryu , 和 Sung-Soo Kim 們，提出適用於小型化 電子電路設備的鐵磁材料薄膜在高頻時能夠達到雜訊抑制的效果，利用鐵(Fe) 材料自行製作出Fe3O4及Fe2O3三種材料，再利用這三種材料進行實驗探討雜訊抑 制的效果。[3]
如圖 2-3[3]所示，利用 Fe 材料當作實驗靶材，不同的氧分壓方式會製造出 不同的材料，氧分壓為PO2 = 0 時是 Fe，當氧分壓為PO2 = 0.04 時生成物為Fe2O3 及Fe3O4但只要還是以Fe3O4居多，最後再將氧分壓提高為PO2 = 0.06 全部的生 成物都是Fe2O3。[3]
圖 2-3 X-ray (a) PO2 = 0 (b) PO2 = 0.04 (c) PO2 = 0.06
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沉積的過程中氧分壓與薄膜電阻率成正比，Fe 薄膜(PO2 = 0 ~ PO2 = 0.02) 時電阻值為10−4Ω cm 較低，Fe3O4薄膜(PO2 = 0.04)時電阻率為10−1Ω cm較高，
最後是Fe2O3薄膜(PO2 = 0.06)時電阻率為102Ω cm最高，如圖 2-4[3]所示。
圖 2-4 不同的氧分壓與電阻率之關係圖
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Fe 薄膜導磁率(𝜇,)為 233，而在 0.5GHz 時有諧振點，諧振出導磁損(𝜇,,)為 140，Fe3O4薄膜的導磁率(𝜇,)70，而在 3.5GHz 時有諧振點，諧振出導磁損(𝜇,,) 為 35 如圖 2-5[3]、圖 2-6[3]所示。
圖 2-5 Fe 導磁率(𝜇,)、導磁損(𝜇,,)
圖 2-6 Fe3O4導磁率(𝜇,)、導磁損(𝜇,,)
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這篇研究是用濺鍍的方式製成 Fe、Fe3O4及Fe2O3薄膜，再將薄膜覆蓋在 100mm × 100mm的 PCB 基板，基板上印有 50Ω 特性阻抗之微帶線，覆蓋尺寸 為20mm × 20mm × 0.002mm，最後量測S11、S21及Ploss/Pin，如圖 2-7[3]所示：
Fe 在S11中訊號幾乎都被反射，原因是因為 Fe 導電率太高造成此效果；Fe3O4與 Fe2O3在S11中訊號都在-10dB 以下，也表示訊號都有進入到微帶線中。但在圖 2-8[3]中：發現 Fe 及Fe2O3在S21訊號衰減效果不是很好，而Fe3O4訊號衰減到-3dB 左右；最後在圖 2-9[3]可以看到 Fe 及Fe2O3的抑制效果不是很明顯，而Fe3O4所 產生的訊號抑制效果是比前面兩種來的好，且Fe3O4在高頻的部分抑制效果可來 到 50%左右。
圖 2-7 覆蓋鐵磁材料之S11圖
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圖 2-8 覆蓋鐵磁材料之S21圖
圖 2-9 覆蓋鐵磁材料之Ploss/Pin圖
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另外 Jing Qiu 也提出使用磁性材料做雜訊抑制之研究，所使用的材料是 FeCoNiB 之磁性材料，探討磁性材料中的覆蓋尺寸、薄膜厚度及 Ni 含量進行討 論。將磁性材料覆蓋在康寧玻璃基板上尺寸為25mm × 10mm × 0.38mm(長 × 寬 × 高)，基板介電常數(𝜀𝛾)為 5.4，微帶線線尺寸為25mm × 2mm(長 × 寬)做 50Ω 阻抗匹配。如圖 2-10[4]所示。
圖 2-10 (a)量測方式示意圖(b)雜訊抑制器剖面圖
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首先討論改變覆蓋的寬度，從1mm~10mm遞增後再探討S21及Ploss/Pin，研 究發現當寬度覆蓋越寬，在S21中的訊號通過量成反比，而Ploss/Pin中的訊號衰減 抑制量成正比，如圖 2-11[4]所示。
雖然抑制效果沒有來到 90%以上，但在之後的研究中還會用導電材料來進行 相關實驗究及討論。
圖 2-11 改變寬度之S21及Ploss/Pin圖
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改變磁性材料(FeCoNiB)的厚度，從100nm~250nm遞增後探討S11及S21， 研究發現當厚度越厚時，S11反射量越就會越大且反射量幾乎都在-10dB 以上，但 在S21發現當磁性材料厚度越厚，訊號穿透量越小，如圖 2-12[4]所示。
圖 2-12 改變磁性材料層厚度之S11及S21圖
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改變介電材料(SiO2)的厚度，從0.2μm~1.6μm遞增探討Ploss/Pin，研究發現 當介電材料層越薄，則訊號衰減抑制效果越大，這也表示介電材料對訊號衰減抑 制不是越厚越好，而是與Ploss/Pin成反比，如圖 2-13[4]所示。
圖 2-13 改變介電材料層厚度之Ploss/Pin圖
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改變磁性材料(Ni)含量，分別為 0%、9%、15%及 32%探討Ploss/Pin，研究 發現當磁性材料(Ni)含量增加，不一定會與訊號衰減抑制成正比，而是會有一個 最佳值，從圖 2-14[4]可以發現在磁性材料(Ni)含量 9%訊號衰減抑制效果達到 最好。
圖 2-14 改變磁性材料(Ni)含量之Ploss/Pin圖
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2-3 導電材料介紹
導電材料擁有相當良好的導電率(σ)，導電率好的前三名分別是:銀(Silver)、
銅(Copper)、金(Gold)；但是銀和金的成本價格太高，而銅本身就是做為微帶線 使用，所以因應成本價格考量，本篇研究所使用的導電材料為碳(Carbon)，其特 性如表 2-1[5]所示。
表 2-1 導電材料之導電率表
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學者 Sun-Hong Kim 和 Sung-Soo Kim 們，提出利用 ITO 導電薄膜來探討改 變片電阻值對雜訊抑制的影響，將 ITO 導電薄膜覆蓋在 50Ω 的微帶線上進行模 擬及實作進行探討，如圖 2-15[6]所示，作者也有探討 ITO 導電薄膜厚度與導電 率的關係圖，如圖 2-16[6]所示。
圖 2-15 微帶線覆蓋 ITO 導電薄膜模擬量測示意圖
圖 2-16 ITO 導電薄膜片電阻與厚度關係圖
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作者利用電磁模擬軟體改變覆蓋的厚度達到不同的片電阻值，再去探討雜訊 抑制衰減的效果，改變厚度從100μm ~ 0.5μm而片電阻值從3Ω ~ 600Ω進行探討，
模擬後發現當片電阻值越高，S11訊號的反射量越低，但是當片電阻值越低時，S11 訊號幾乎都被反射約為-3dB 左右，如圖 2-17[6]所示。
而在S21訊號穿透量中可以發現，雖然片電阻值越高能讓訊號進入微帶線上，
但是在S21中訊號幾乎都被接收到，這也表示訊號並沒有被覆蓋的材料所吸收，
如圖 2-18[6]所示。
圖 2-17 模擬覆蓋不同片電阻值之S11圖
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圖 2-18 模擬覆蓋不同片電阻值之S21圖
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在Ploss/Pin模擬中發現不是片電阻越高訊號衰減抑制效果就越好，但是片電 阻太低訊號衰減抑制也沒有很明顯，如果要達到良好的訊號衰減抑制是有一個最 佳值，當片電阻值在 100Ω/□時，訊號衰減抑制效果可到達 90%，如圖 2-19[6]
所示。
圖 2-19 模擬覆蓋不同片電阻值之Ploss/Pin圖
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作者也利用實驗去佐證模擬結果，當片電阻值在230 Ω/□時，S11沒有產生 反射的現象，但當片電阻值在20 Ω/□時S11訊號幾乎都被反射，並沒有進入微帶 線上，如圖 2-20[6]所示，而在片電阻值為 230 Ω/□在高頻 10GHz 時訊號的穿透 量變少，當片電阻值在 20 Ω/□訊號穿透量少，這是因為在S11時訊號都被反射的 關係，但只有當片電阻值在 60 Ω/□時，S11的訊號反射量小，S21的訊號穿透量 少，這也表示訊號有進入微帶線而且訊號有被 ITO 導電薄膜給吸收，如圖 2-21[6]
所示。
圖 2-20 覆蓋不同片電阻值的 ITO 導電薄膜之S11圖
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圖 2-21 覆蓋不同片電阻值的 ITO 導電薄膜之S21圖
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在Ploss/Pin中可以看到片電阻值 20 Ω/□與 230 Ω/□時，訊號衰減抑制並沒有 比片電阻值 60 Ω/□來的好，而此篇研究發現片電阻值在 100 Ω/□時訊號衰減抑 制效果最佳，訊號衰減抑制效果越好，而片電阻太低或太高則訊號衰減抑制效果 就不是很理想，如圖 2-22[6]所示。
圖 2-22 覆蓋不同片電阻值的 ITO 導電薄膜之Ploss/Pin圖
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2-4 材料片電阻對雜訊抑制的影響
學者 Kaori Maruta 們，則是在玻璃基板上覆蓋 Co-Al-O，之後再將玻璃基板 倒蓋在印有50Ω 阻抗匹配的微帶線上，主要是探討片電阻(Rs)與薄膜厚度(t)對雜 訊抑制的影響，研究發現片電阻在一定的範圍內會有良好的雜訊抑制效果，如圖 2-23[7]所示。
學者在同一個頻率下觀察不同片電阻值對雜訊抑制的影響，從頻率 1GHz、
2GHz 與 6GHz 中，發現當片電阻在 10 Ω/□~1000 Ω/□時雜訊抑制效果最佳，而 片電阻在 1Ω/□與 10000 Ω/□雜訊抑制效果最差，在 6GHz 時模擬與實作的值非 常接近，雜訊抑制效果來到 95%，最佳的片電阻值為 100 Ω/□，更可驗證前一 節 Sun-Hong Kim 和 Sung-Soo Kim 們所下的結論，如圖 2-24 所示。
作者也有對覆蓋的材料進行電流分布的模擬，模擬後發現當片電阻在 1Ω/□
時，電流幾乎全部都分布到材料上其抑制效果並不好；而當片電阻在 10000Ω/□
時，電流全部都在微帶線上等於訊號是直接通過，對雜訊抑制效果並沒有幫助，
而只有當片電阻在 100Ω/□電流會均勻的分佈在微帶線及覆蓋的材料上，其雜訊 抑制的效果最佳，如圖 2-25 所示。
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圖 2-23 基板尺寸及材料覆蓋尺寸示
圖 2-24 片電阻與雜訊抑制關係圖
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圖 2-25 材料覆蓋於微帶線之電流分布圖
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第三章 材料參數對雜訊抑制的影響