基本信息
- 項目名稱：
- RF MEMS濾波器的集成化設(shè)計與制造
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 自然科學類學術(shù)論文
- 簡介：
- 本作品通過計算仿真，完成了針對無線通訊主要頻段的濾波器設(shè)計。對MEMS 電感電容進行了建模、仿真及優(yōu)化。成功制造出MEMS平面螺旋電感，并且對另一關(guān)鍵元件電容開展了深入研究，從結(jié)構(gòu)和工藝兩方面進行優(yōu)化，提出與MEMS電感工藝相兼容的全金屬螺旋電容結(jié)構(gòu)。并對制造過程中的關(guān)鍵步驟電鍍銅工藝進行了研究，最終提出了一套全金屬電鍍銅濾波器的可行性工藝方案并成功制造出了關(guān)鍵元件。本研究成果有望應用于無線電產(chǎn)業(yè)和人體植入設(shè)備。
- 詳細介紹：
- 本作品調(diào)研了無線通訊市場對集成電路的發(fā)展提出的新挑戰(zhàn)，通過分析RF MEMS技術(shù)的強大優(yōu)勢，展示出在無線通訊領(lǐng)域采用MEMS技術(shù)的廣闊前景。 通過理論計算及模擬仿真，針對無線通訊的主要頻段利用分立的無源器件（電感和電容）進行了低通、高通和帶通濾波器的集成化設(shè)計。重點研究了可集成的無源MEMS分立器件的設(shè)計和制造工藝。對其中的關(guān)鍵元器件進行了從電路級到器件級的參數(shù)轉(zhuǎn)換。完成了MEMS 元器件電感電容的建模、仿真及優(yōu)化。成功制造出MEMS平面螺旋電感，并且對MEMS 濾波器的另一關(guān)鍵元件電容開展了深入研究，從結(jié)構(gòu)和工藝兩方面進行優(yōu)化，提出與MEMS電感工藝相兼容的全金屬螺旋電容結(jié)構(gòu)，并且設(shè)計出一套制備集成RF MEMS 濾波器的可行性工藝方案，此外，作品還對電鍍單項工藝進行了深入研究，為集成化RFMEMS 濾波器的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。最終利用全金屬電鍍工藝成功制造出了其中的關(guān)鍵元件（電感和電容）。突出了MEMS技術(shù)的小型化，便攜化，高性能的優(yōu)點。 本研究成果有望應用于無線電產(chǎn)業(yè)和人體植入設(shè)備。
作品圖片
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 本作品通過分析RF MEMS技術(shù)的強大優(yōu)勢，展示出在無線通訊領(lǐng)域采用MEMS技術(shù)的廣闊前景。通過理論計算及模擬仿真，完成了針對無線通訊的主要頻段的高、低、帶通三種RF MEMS濾波器的集成化設(shè)計，并對制造過程中的關(guān)鍵步驟電鍍銅工藝進行了研究，最終提出了一套全金屬電鍍銅濾波器的可行性工藝方案并成功制造出了關(guān)鍵元件。本成果在通訊領(lǐng)域有巨大的應用潛力，具有重要的理論和實際價值。
科學性、先進性及獨特之處
- 本作品在對無線通訊領(lǐng)域和現(xiàn)有RF MEMS領(lǐng)域研究現(xiàn)狀進行調(diào)研的基礎(chǔ)上，提出了全金屬電鍍銅濾波器的集成化方案，突出了MEMS技術(shù)的小型化，便攜化，高性能的優(yōu)點。本作品的部分研究成果已在國際會議MicroNano08和IEEE NEMS09上發(fā)表。作品本身具有相當水平的科學性和先進性。
應用價值和現(xiàn)實意義
- 本作品的研究成果可應用于無線電通訊等產(chǎn)業(yè)，如手機，信號接收器，人體植入設(shè)備等，突出了MEMS技術(shù)的小型化，便攜化，高性能的優(yōu)點，推動了微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
學術(shù)論文摘要
- 本課題針對高頻900M和5.8GHz利用MEMS分立的無源器件（電感和電容）進行了低通、高通和帶通濾波器的集成化設(shè)計與仿真，并結(jié)合MEMS工藝設(shè)計出了濾波器的集成化的可行性方案。重點研究了可集成的分立器件的設(shè)計和制造工藝。對其中的關(guān)鍵元器件進行了從電路級到器件級的參數(shù)轉(zhuǎn)換。完成了MEMS 元器件電感電容的建模、仿真及優(yōu)化。并且對MEMS 濾波器的關(guān)鍵元件電容開展了深入研究，從結(jié)構(gòu)和工藝兩方面進行優(yōu)化，實現(xiàn)了全金屬電容結(jié)構(gòu)，提出了一套制備集成RF MEMS 濾波器的可行性工藝方案，并對電鍍單項工藝進行深入研究，為集成化RFMEMS 可調(diào)濾波器的實現(xiàn)打下基礎(chǔ)。最終利用全金屬電鍍工藝成功制造出了其中的關(guān)鍵元件（電感和電容）。本研究成果有望應用于無線電產(chǎn)業(yè)和人體植入設(shè)備。
獲獎情況
- 1. Y. Chen, X. H. Li, S. Q. Chen and H. X. Zhang, “Investigation on the Effects of Copper Electroplating Process”, Proceeding of MicroNano08, June 2008; 在會議上作為會議展板供與會代表參觀 2. Y. Chen, X. H. Li, D. M. Fang, Y. Quan and H. X. Zhang, “Spiral Capacitor based on Copper Electroplating”, IEEE NEMS-2009, Jan. 2009; 在會議上作口頭報告
鑒定結(jié)果
參考文獻
- EI, SCI, IEL等專業(yè)數(shù)據(jù)庫中檢索MEMS inductor, capacitor等或參見論文參考文獻。
同類課題研究水平概述
- 目前，在無線通訊和能量傳輸領(lǐng)域，RF MEMS因體積小，低能耗和高性能有廣泛的應用。在RF MEMS領(lǐng)域，基于MEMS電感，電容和開關(guān)的集成RF濾波器在無線通訊領(lǐng)域有重要的應用價值。它能應用于手機，信號接收器，植入設(shè)備中來濾去噪聲提取有效信息。很多研究者都致力于RF MEMS濾波器的研究。其中一種實現(xiàn)方式為MEMS機械諧振器。但是由于高阻抗難以與傳統(tǒng)的50歐姆傳輸線匹配，因此應用有限。另一種方式是將分立的元件集成。因為現(xiàn)有的關(guān)于分立元件的研究日趨成熟，所以現(xiàn)實中后者更有意義。此外，制造工藝越簡單，成本越低，越好。 要實現(xiàn)這些目標，問題來自制造工藝。要實現(xiàn)高Q值，就要求盡量減少襯底損耗和串聯(lián)電阻。有研究利用犧牲層工藝來減少襯底損耗。另有報道利用PDMA工藝使器件豎直來分離襯底和器件以提高Q值。要減小串聯(lián)電阻，厚層金屬有很好的效果。至于材料，傳統(tǒng)上MEMS工藝應用多晶硅作為機械結(jié)構(gòu)。雖然多晶硅的機械性能很好，但是阻抗高影響了Q值的提高。而一些研究引進的無電鍍工藝也不能很好地解決這些問題。 在本課題中，針對上述問題，采用高效率的電鍍銅工藝鑒于銅的低阻抗和這項工藝的低成本，并且采用高絕緣的玻璃襯底，可以有效提高Q值。在研究中，還設(shè)計了平面螺旋結(jié)構(gòu)的電感和電容結(jié)構(gòu)，在集成化生產(chǎn)過程中可以降低工藝復雜度，節(jié)約成本。
