硅基螺旋電感品質因子提高的研究.pdf

1、如今，無線通信系統(tǒng)在人們的日常生活中的應用日益廣泛，手機、藍牙、無線局域網使人們的通訊和數(shù)據(jù)傳輸更加方便快捷，它們都是工作在幾百M到幾GHz的頻率范圍內。CMOS集成電路，由于其低成本高集成度的特點，使其成為取代傳統(tǒng)昂貴的GaAs實現(xiàn)低成本射頻電路的首選。平面螺旋電感是射頻電路中的關鍵無源器件，在射頻電路中的很多模塊(如壓控振蕩器，低噪聲放大器)中都存在，其性能對整個電路有直接的影響。由于一般硅襯底是導電并且是低阻的，在GHz的頻段電感

2、在襯底引起的損耗很大，致使電感的品質因子Q值和自諧振頻率比較低，使電感不利于在低阻的硅襯底上集成。 本文在進行了大量調研的基礎上，為得到能夠集成在硅芯片上的高性能的電感，進行了深入的研究，針對電感損耗的機制，本文研究分為三個研究方向，一是針對襯底的處理，可以說襯底對電感性能是起著決定性的影響，根據(jù)我們實驗流片得到的測試數(shù)據(jù)，在低阻襯底(10s/m)上的電感，其Q值最大為7，截止頻率只有4.5G，高阻(0.03s/m)襯底電感Q值

3、可達10，截止頻率為9.5G，而在絕緣的二氧化硅襯底上的相同參數(shù)的電感，其Q值可高達22以上，并且截止頻率也可以達到10.5G，所以使襯底高阻化是極有效的手段，但這一般是比較困難的，要用到比較復雜的設備，并且與常規(guī)的半導體CMOS工藝不兼容，還有一種方法是加金屬薄層屏蔽電場，但是會增大寄生電容影響頻率特性；二是針對電感線圈版圖進行優(yōu)化，這是比較方便快捷，也無需增加流片成本的方法，現(xiàn)在也引起了不少研究者的注意；三是針對金屬線圈與襯底的介質

4、層，這也是考慮到襯底的影響。 根據(jù)實際的條件，本文朝這三個方向進行了研究，先采用HFSS仿真，得到仿真數(shù)據(jù)，對可實現(xiàn)的，采用實驗流片，得到實驗數(shù)據(jù)進行分析。 文章分析得到的諸如電感的版圖、厚度、襯底電阻率等參數(shù)對電感性能的影響的結論，對電感的設計有一定的指導價值，有實用性，本文的創(chuàng)新點在于經過仿真，得到一種線寬間距之和(w+s)不變，而線寬與間距之比(w/s)從外到內逐漸減小的優(yōu)化電感結構，其特點是電感值相對穩(wěn)定，Q值較