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高阻硅衬底上多孔硅牺牲层工艺的研究
作者单位：
清华大学微电子学研究所(北京)
母体文献：
仪器仪表学报/2002.3增刊(上,下册)
会议名称：
中国仪器仪表学会第四届青年学术会议
会议时间：
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主办单位：
中国仪器仪表学会
在线出版日期：
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万方数据电子出版社高阻硅基底X波段微带天线MEMS制造中的反演规律研究--《2014年电子机械与微波结构工艺学术会议论文集》2014年
高阻硅基底X波段微带天线MEMS制造中的反演规律研究
【摘要】：高阻硅基底X波段阵列式微带天线的电性能与其结构几何尺寸密切相关。现有的MEMS加工工艺会产生制造误差。为了有效地控制加工误差,以及为加工工艺提供加工精度参考,本文通过HFSS软件分别对高阻硅腹背面方形池深槽刻蚀深度、辐射贴片中心偏移和辐射贴片电镀厚度的误差对天线的电压驻波比、回波损耗和增益的影响进行了仿真分析。仿真分析表明,深槽刻蚀深度是影响天线电性能指标的关键尺寸,在加工过程中深槽刻蚀深度误差应控制在±9μm内,相对误差为4%。最后,建立了深槽刻蚀深度与电压驻波比之间的函数关系,得到反演规律。结合加工样品的电性能测试数据,验证了反演规律对天线的实际尺寸进行预测的可行性。
【作者单位】：
【关键词】：
【分类号】：TN822【正文快照】：
引言基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)加工工艺制造的硅基底微带天线具有体积小、重量轻、集成度高、可靠性好等优点,在无线通信中得到广泛应用。由于微带天线本身尺寸很小,因此其几何尺寸的制造精度将直接影响天线的电性能[1]。因MEMS工艺的限制,微带天线在加工过
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京公网安备75号基于SOI衬底的共平面波导射频损耗特性研究--《华东师范大学》2009年硕士论文
基于SOI衬底的共平面波导射频损耗特性研究
【摘要】：
随着射频电路工作频率和集成度的不断提高,常规CMOS制造中使用的低阻硅衬底具有较大的损耗和串扰,较难实现射频性能优异的器件与电路。而SOI(Silicon on Insulator,绝缘层上硅)技术以其独特的结构,克服传统体硅材料的不足,具有低功耗、低串扰和低寄生电容等良好的高频特性。为了实现性能良好的射频片上系统,近年来SOI衬底的高频特性及基于SOI衬底的可集成、低损耗、低寄生效应的无源器件研究越来越多。共平面波导广泛用于单片微波集成电路的互联和匹配网络,因而基于SOI衬底的低损耗共平面波导研究非常重要。
本文在广泛调研的基础上,应用电磁场理论和三维电磁场仿真软件HFSS对基于SOI的CPW(共平面波导)传输特性进行了大量仿真和分析,结果表明SOI衬底参数变化对其上的CPW损耗特性有显著影响:表层硅电阻率增大、底层硅电阻率增大、SiO_2埋层厚度增大,传输损耗将减小;当表层硅为低阻时,其厚度增加使传输损耗增大;而当表层硅电阻率较高时,其厚度增加将使得损耗变小。
在较清晰地掌握了SOI众多结构参数对其损耗性能影响的基础上,本文设计并在几种不同衬底参数SOI和高阻硅衬底上实现了特性阻抗为50Ω的CPW。测试分析表明0～40GHz频率范围内,基于SOI的CPW具有良好的传输特性,在上述频率范围内衰减较缓慢。以信号线宽44μm、间距30μm的CPW为例,40GHz时它在B型SOI上的损耗为-3.31dB,可以与高阻硅上的传输特性相比拟。
为了拓展共平面波导在射频电路中的应用,本文基于上述SOI衬底上共平面波导的设计与实现,结合滤波器设计理论,设计并实现了不同SOI衬底及高阻硅衬底上的32GHz共平面波导型带通滤波器和25GHz共平面波导带阻滤波器。测试结果表明,性能最好的带通滤波器在中心频率31.6GHz处衰减为-4.23dB,带阻滤波器在中心频率25.8GHz处损耗为-15.3dB,它们在SOI衬底上能够完成相应的滤波特性,与高阻硅衬底上的滤波器特性相当。
结合与CMOS技术兼容的硅基MEMS技术,本文提出并设计实现了基于SOI衬底的带V型槽的MEMS共平面波导,与体硅SOI共平面波导相比,在去除了信号线和地线之间SOI表层硅后,传输损耗明显改善,实验获得的MEMS共平面波导样品在四种具有不同衬底参数SOI衬底上损耗均减小了约50%。论文从传输理论出发,对不同介质层刻蚀结构的共平面波导模型进行分析,理论上获得的传输损耗改变趋势与实际测试一致。
【关键词】：
【学位授予单位】：华东师范大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2009【分类号】：TN252【目录】：
ABSTRACT7-9
第一章 绪论9-17
1.1 研究背景9-10
1.2 硅集成电路技术的发展与瓶颈10-12
1.3 SOI技术12-16
1.4 本文的研究内容及意义16-17
第二章 传输线理论与实例17-30
2.1 微波传输线的种类及应用17-18
2.2 微波传输线特性参数分析18-21
2.3 双端口网络与S参数21-23
2.4 共平面波导理论23-26
2.5 不同结构和衬底的共平面波导26-30
第三章 SOI衬底参数对传输损耗的影响研究30-44
3.1 共平面波导的设计与仿真30-35
3.2 SOI衬底上共平面波导制备流程35-37
3.3 共平面波导的高频在片测试37-39
3.4 SOI衬底参数对传输特性的影响分析39-43
3.5 小结43-44
第四章 基于SOI的带通和带阻型共平面波导滤波器设计与实现44-53
4.1 32GHz双端耦合共平面波导带通滤波器的设计44-46
4.2 25GHz共平面波导带阻滤波器的设计46-48
4.3 滤波器的制备流程48-49
4.4 基于SOI的带通型共平面波导滤波器49-51
4.5 基于SOI的带阻型共平面波导滤波器51-52
4.6 小结52-53
第五章 基于SOI的MEMS共平面波导设计与实现53-65
5.1 基于SOI的低损耗MEMS共平面波导的设计53-55
5.2 基于SOI的MEMS共平面波导的制备55-57
5.3 基于SOI的MEMS共平面波导测试结果与分析57-60
5.4 不同介质层结构对传输特性的影响60-64
5.5 小结64-65
第六章 结论与展望65-67
一、结论65-66
二、展望66-67
参考文献67-71
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华东师范大学硕士学位论文 捅 要 随着军用和民用通讯的发展，急需大量高集成度、低成本、低功耗且能与信
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MEMS中高阻硅基底微小结构制造误差的反演规律研究
【摘要】：微小结构加工技术制造的微带贴片天线,具有剖面低、体积小、重量轻、高度集成、并且能与载体共形。其作为对弹药的智能化改造的通信节点,可提高弹药打击目标的精确度,基于高阻硅基底的微小结构贴片天线损耗小,容易组阵,很大程度提高了天线的功率、增益等。目前,微小结构内部尺寸的测量还属于瓶颈技术。为解决微小结构天线尺寸测量难的问题,本文探索了基于高阻硅基底C/X/Ku波段微小结构阵列式微带贴片天线的结构尺寸与电性能之间的反演规律,主要工作如下:1.C/X/Ku波段天线的基本设计与仿真。本课题主要以三个不同波段的微带天线作为研究对象,在进行反演规律分析前先要通过设计仿真,将三个不同波段天线的电性能调整到最优点。2.C/X/Ku波段天线结构尺寸误差与电性能之间反演规律的研究。在天线加工制造过程中,不可避免的产生加工尺寸误差,这些误差会影响到天线的电性能如:辐射增益、电压驻波比、回波损耗系数、辐射效率等。采用仿真软件,模拟不同波段天线的电性能和几何尺寸变化之间的对应关系。3.确定天线关键制造误差尺寸和误差允许的最大值。通过电性能和天线几何尺寸之间的关系,找出导致天线电性能变化最敏感甚至失效的关键制造误差尺寸和关键误差尺寸允许误差的大小,建立关键误差尺寸和天线电性能之间的函数关系式。并且将关键误差尺寸的值在加工过程中提供误差参考数据。4.MEMS加工工艺的研究。参照反演规律结论,深入研究了MEMS中的刻蚀工艺、溅射与电镀复合工艺、高阻硅切割工艺、微小结构的封装工艺,突破了工艺难点,制造出C/X/Ku波段微带天线样品。5.微带天线电性能的测试。通过在微波暗室内对制造出的天线进行电性能测试,用测试结果验证反演规律,并利用反演规律结论得到天线样品的误差关键尺寸的实际值。
【关键词】：
【学位授予单位】：电子科技大学【学位级别】：硕士【学位授予年份】：2014【分类号】：TN822【目录】：
摘要5-6ABSTRACT6-11第一章 绪论11-16 1.1 课题研究背景及研究意义12-13 1.2 国内外研究现状和发展态势13-14 1.3 论文研究内容14-16第二章 微带天线基本理论及MEMS工艺简介16-33 2.1 微带天线的特点16-18
2.1.1 微带贴片天线17
2.1.2 微带缝隙天线17
2.1.3 微带行波天线17-18
2.1.4 微带阵子天线18 2.2 微带天线基本理论18-20
2.2.1 共面馈电18-19
2.2.2 同轴探针馈电19
2.2.3 电磁耦合馈电19
2.2.4 缝隙耦合馈电19-20
2.2.5 共面波导耦合馈电20 2.3 微尺度下的波动麦克斯韦方程20-22
2.3.1 电势能与尺度效应21
2.3.2 电场尺度效应21
2.3.3 磁场尺度效应21-22
2.3.4 电磁场方程22 2.4 微带天线的辐射机理22-24 2.5 微带天线的主要设计参数24-26
2.5.1 电压驻波比24
2.5.2 输入阻抗24-25
2.5.3 S参数25
2.5.4 增益25
2.5.5 天线方向图25-26
2.5.6 带宽26 2.6 天线阵列理论26 2.7 阵列式微带天线的馈电网络26-27 2.8 光刻27-29
2.8.1 光刻胶28
2.8.2 光源28-29 2.9 刻蚀29-30
2.9.1 刻蚀参数29
2.9.2 刻蚀形貌29-30 2.10 溅射与电镀金30-31
2.10.1 磁控溅射30-31
2.10.2 电镀金31 2.11 小结31-33第三章 阵列式微带天线的结构与电性能之间的反演规律研究33-63 3.1 MEMS高阻硅基底C/X/Ku波段阵列式微带天线的设计33-34
3.1.1 介质基底的选择33-34
3.1.2 贴片的宽度和长度的计算34
3.1.3 介质基底尺寸计算34 3.2 馈电设计和阻抗匹配34-35 3.3 微带线的计算35 3.4 阵列式微带天线的馈电网络功率分配器设计35-36 3.5 阵列式微带天线圆极化的实现36 3.6 C/X/Ku波段阵列式微带天线模型及其相关电性能参数36-45
3.6.1 C波段阵列式微带天线37-39
3.6.2 X波段阵列式微带天线39-42
3.6.3 Ku波段阵列式微带天线42-45 3.7 C波段阵列式微带天线的反演规律研究45-52
3.7.1 C波段天线刻蚀深度变化和天线电性能之间的关系46-47
3.7.2 C波段天线辐射贴片中心偏移误差和电性能之间的关系47-49
3.7.3 C波段天线电镀层厚度变化和电性能之间的关系49-50
3.7.4 C波段微带天线反演规律结论50-52 3.8 X波段阵列式微带天线反演规律的研究52-57
3.8.1 X波段天线刻蚀深度变化和天线电性能之间的关系52-53
3.8.2 X波段天线辐射贴片中心偏移误差和电性能之间的关系53-54
3.8.3 X波段天线电镀层厚度变化和电性能之间的关系54-56
3.8.4 X波段微带天线反演规律结论56-57 3.9 Ku波段阵列式微带天线反演规律的研究57-61
3.9.1 Ku波段天线刻蚀深度变化和天线电性能之间的关系57-58
3.9.2 Ku波段天线辐射贴片中心偏移误差和电性能之间的关系58-59
3.9.3 Ku波段天线电镀层误差和天线电性能之间的关系59-60
3.9.4 Ku波段微带天线反演规律结论60-61 3.10 本章小结61-63第四章 高阻硅基底微小结构的制造及测试63-74 4.1 高阻硅的MEMS加工工艺研究63-70
4.1.1 高阻硅深槽底面刻蚀工艺64-65
4.1.2 高阻硅片上的溅射与电镀复合工艺65-66
4.1.3 高阻硅切割工艺研究66-68
4.1.4 微小结构封装工艺研究68-70
4.1.5 C/X/Ku波段阵列式微带天线样品示意图70 4.2 C/X/Ku波段阵列式微带天线电压驻波比的测试70-73 4.3 本章小结73-74第五章 总结与展望74-76 5.1 总结74 5.2 展望74-76致谢76-77参考文献77-80攻硕期间取得的成果80-81
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