片上集成螺旋型微電感的設(shè)計(jì)與制備.pdf

1、射頻薄膜電感器件是一種能夠應(yīng)用于高頻電路中的無(wú)源器件,它的感值、品質(zhì)因數(shù)、自諧振頻率等重要參數(shù)一直影響著射頻電路與設(shè)備的性能,近年來(lái),成為學(xué)者們主要研究的重點(diǎn)。由于板級(jí)射頻電路體積較大,占用較大空間,SOC是發(fā)展的趨勢(shì)和潮流。因此,如何能夠與CMOS工藝相兼容,順應(yīng)小型化、集成化的趨勢(shì)是現(xiàn)階段薄膜電感器所要攻克的難點(diǎn)問(wèn)題。本論文針對(duì)以上問(wèn)題進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)仿真制作了一種螺旋型的薄膜電感器,并通過(guò)CMOS兼容的微細(xì)加工工藝完成了集成微電感

2、的制作。
　　論文首先對(duì)射頻電感器的國(guó)內(nèi)外研究背景進(jìn)行了闡述,指出了現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外限制射頻電感發(fā)展的主要因素,對(duì)目前射頻微電感從材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、工藝制備上需要考慮的主要問(wèn)題進(jìn)行了分析討論,論述了微電感制作中的諸多難點(diǎn)問(wèn)題以及提高器件參數(shù)的主要途徑,為后續(xù)器件制備打下了理論基礎(chǔ)。
　　隨后,為了獲得性能較好的射頻電感器,從磁芯材料入手,通過(guò)磁控濺射制備了FeCo-TiO2高頻軟磁顆粒膜。測(cè)試表明該薄膜具有良好的綜合高頻電磁性能

3、,能夠作為高頻微電感的磁芯材料。在器件制作方面,解決了射頻微電感制備的一系列難點(diǎn)問(wèn)題,其中主要包括光刻剝離工藝、聚酰亞胺工藝以及電鍍銅工藝,尤其是聚酰亞胺的刻蝕以及固化途徑,以及繞組銅線(xiàn)圈和通孔處理的電鍍銅工藝。這些難點(diǎn)工藝的解決為微電感的后期制備和完善提供了諸多寶貴經(jīng)驗(yàn)。
　　接著,利用電磁仿真軟件HFSS對(duì)空心螺旋型電感建模仿真,分析了重要結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)于性能的影響,優(yōu)化后的線(xiàn)圈線(xiàn)寬為15μm,線(xiàn)間距為10μm,線(xiàn)圈厚度為5μm。

4、詳細(xì)介紹空心螺旋電感的制作工藝流程,通過(guò)MEMS工藝最終獲得了4.5匝的空心電感。實(shí)測(cè)結(jié)果表明:單位電感密度在1GHz左右約為55 nH/mm2,品質(zhì)因數(shù)在1.2GHz時(shí)達(dá)到最大值,約為8,略低于仿真結(jié)果。
　　最后,在空心電感基礎(chǔ)上,進(jìn)一步仿真設(shè)計(jì)了射頻磁芯微電感,分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)尤其是磁芯薄膜對(duì)于性能的影響,優(yōu)化后的線(xiàn)寬為15m,間距為10m,線(xiàn)圈厚度為5m,磁膜厚度為1m。隨后詳細(xì)介紹了磁芯微電感的制作流程,分析了由于引入磁膜