RF MEMS微電感和微電容的制造技術及其特性研究.pdf

1、上海交通大學博士學位論文RFMEMS微電感和微電容的制造技術及其特性研究姓名：方東明申請學位級別：博士專業(yè)：微電子學與固體電子學指導教師：趙小林周勇20080101上海交通大學博士學位論文撬要實驗結果吻合得較好。因此，在今后微電感的應用時，可以根據實際應用要求，設計優(yōu)化微電感器件的性能，然后進行實驗驗證和制備，從而達到應用的目的。(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構參數(shù)對微電感性能的影響，利用MEMS

2、技術制作了不同幾何結構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，解決了以下兩個關鍵制造技術：一是通過合理的掩模版設計和雙面套刻對準標記、多層深度光刻技術，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試結果表明玻璃襯底上的微電感在較寬的工作頻率范圍內具有高Q值，在6GHz下，微電感Q峰值為38，對應的電感量為1$1nII；硅襯底上的微電感在較寬的工作頻率范圍內也具有高Q值，23GHz下微電感Q峰值為328，對應的電感量為179nil，HFSS仿真結果與實驗結果大致相符，在23GHz下Q峰值為348，對應的電感量分別為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技術制作了高性能的靜電驅動射頻可調微機械電容。可調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。結構金屬材料采用電鍍鎳，因為鎳在常溫下的應力比較低，這有利于微電容的結構可靠性。利用WYKONTll00光學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，品質因數(shù)為516，電容可調比為13l：l。(4)可變電容的形變分析和動力學分析在傳統(tǒng)平行板可變電容的理論基礎上，根據實際情況，引入了可動極板形變參數(shù)，對可動極板的形變進行了合理分析，對微電容的初始電容和吸合電壓進行了某些修正，給出了具體情況下的偏移量。對于成功的MEMS器件來說，除了改進的實驗方法，還要對器件的行為進行探討。可變電容或開關中一個明顯的現(xiàn)象就是吸合效應。為了達到平衡

6、狀態(tài)，靜電力與彈性支撐力要保持相等。但是當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量彈簧阻尼系統(tǒng)模型，將動力學方程進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參量。當沒有外加電壓時，可變電容的質量彈簧一阻尼系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)，當加上外加電壓后，被懸臂梁支撐的可動極板向固定極板移動并達到其平衡位置，同時在穩(wěn)定區(qū)域(線)出現(xiàn)一