RF MEMS微電感和微電容的制造技術(shù)及其特性研究.pdf

1、上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文RFMEMS微電感和微電容的制造技術(shù)及其特性研究姓名：方東明申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：微電子學(xué)與固體電子學(xué)指導(dǎo)教師：趙小林周勇20080101上海交通大學(xué)博士學(xué)位論文撬要實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合得較好。因此，在今后微電感的應(yīng)用時，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用要求，設(shè)計(jì)優(yōu)化微電感器件的性能，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和制備，從而達(dá)到應(yīng)用的目的。(2)空芯螺線管微電感的制備和測試考慮和分析了空芯螺線管微電感的幾何結(jié)構(gòu)參數(shù)對微電感性能的影響，利用MEMS

2、技術(shù)制作了不同幾何結(jié)構(gòu)和襯底的高性能射頻螺線管微電感。所涉及的MEMS工藝主要包括濺射、涂膠、光刻、電鍍、干法刻蝕、濕法刻蝕和拋光等工藝。在制備過程中，解決了以下兩個關(guān)鍵制造技術(shù)：一是通過合理的掩模版設(shè)計(jì)和雙面套刻對準(zhǔn)標(biāo)記、多層深度光刻技術(shù)，解決了多層掩膜工藝中的套刻問題和電鍍用的光刻膠模具，獲得了較好的高深寬比光刻膠模具；二是采用深層微電鑄工藝解決了微電感線圈的繞線和連線，通過在電鍍液中施加添加劑的手段，實(shí)現(xiàn)了高深寬比微小尺寸深度盲孔

3、的電鍍問題。這些微電感采用銅線圈以減小線圈寄生電阻棚|4試結(jié)果表明玻璃襯底上的微電感在較寬的工作頻率范圍內(nèi)具有高Q值，在6GHz下，微電感Q峰值為38，對應(yīng)的電感量為1$1nII；硅襯底上的微電感在較寬的工作頻率范圍內(nèi)也具有高Q值，23GHz下微電感Q峰值為328，對應(yīng)的電感量為179nil，HFSS仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果大致相符，在23GHz下Q峰值為348，對應(yīng)的電感量分別為168niI。(3)可變電容制備和測試和制作螺線管微電感工藝類

4、似，利用MEMS技術(shù)制作了高性能的靜電驅(qū)動射頻可調(diào)微機(jī)械電容?？烧{(diào)微電容制作方法的最大優(yōu)勢是利用A1203作為犧牲層，可以很方便地控制微電容可動機(jī)板與固定極板的距離即空氣隙的間距，而且A1203很容易被KOH溶液亥Ⅱ蝕掉。結(jié)構(gòu)金屬材料采用電鍍鎳，因?yàn)殒囋诔叵碌膽?yīng)力比較低，這有利于微電容的結(jié)構(gòu)可靠性。利用WYKONTll00光學(xué)表面輪廓儀測量在不同外加直流電壓下可變電容的表面輪廓和位移等信息。測試結(jié)果表明有效長度為5001arn的方形板

5、微電容吸合電壓為135V，在1GHz下電容值為079pF，品質(zhì)因數(shù)為516，電容可調(diào)比為13l：l。(4)可變電容的形變分析和動力學(xué)分析在傳統(tǒng)平行板可變電容的理論基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況，引入了可動極板形變參數(shù)，對可動極板的形變進(jìn)行了合理分析，對微電容的初始電容和吸合電壓進(jìn)行了某些修正，給出了具體情況下的偏移量。對于成功的MEMS器件來說，除了改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)方法，還要對器件的行為進(jìn)行探討?？勺冸娙莼蜷_關(guān)中一個明顯的現(xiàn)象就是吸合效應(yīng)。為了達(dá)到平衡

6、狀態(tài)，靜電力與彈性支撐力要保持相等。但是當(dāng)外加電壓加到兩個極板后，靜電力增加要比線性彈性支撐力要快，當(dāng)外加電壓超過一個定值時，平衡狀態(tài)被打破，吸合現(xiàn)象就會發(fā)生。對于平行板可變電容這種質(zhì)量彈簧阻尼系統(tǒng)模型，將動力學(xué)方程進(jìn)行近似展開并配合邊界條件，就得到可變電容的位移和速度等力學(xué)參量。當(dāng)沒有外加電壓時，可變電容的質(zhì)量彈簧一阻尼系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，當(dāng)加上外加電壓后，被懸臂梁支撐的可動極板向固定極板移動并達(dá)到其平衡位置，同時在穩(wěn)定區(qū)域(線)出現(xiàn)一