Ti摻雜TaN薄膜與微波衰減器研究.pdf

1、微波衰減器因其質(zhì)量輕、體積小、易集成、使用頻率高等特點而被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代微波通信系統(tǒng)和微波電路中。衰減器在微波系統(tǒng)中主要作用是調(diào)節(jié)輸入信號電平且不使信號發(fā)生畸變。微帶薄膜衰減器主要通過電阻性薄膜材料吸收功率轉(zhuǎn)化為熱量來實現(xiàn)衰減。TaN薄膜作為重要的電阻性薄膜材料，具有非常重要的研究價值。本文首先研究了TaN薄膜材料的性能，并將TaN薄膜作為電阻材料設(shè)計了一系列不同衰減量的衰減器。本文關(guān)于微波衰減器主要做了以下三方面的研究工作：
　

2、　在材料方面，通過在Ta靶上放置不同面積的Ti靶來實現(xiàn)不同比例的Ti摻雜，研究了Ti摻雜比例對TaN薄膜電阻率和電阻溫度系數(shù)（TCR）的影響。研究發(fā)現(xiàn)隨著Ti摻雜比例的增大，薄膜的電阻率逐漸增大，但薄膜的TCR也逐漸增大。當摻雜比例達到26％時，TaN薄膜的電阻率幾乎增加了一倍，薄膜的TCR也由未摻雜時的-45 ppm/℃增大到-214 ppm/℃；通過控制流入真空室中N2的含量來制備多層膜結(jié)構(gòu)，多層膜由Ta、Ti構(gòu)成的金屬層和TaN、

3、TiN構(gòu)成的氮化層組成。研究發(fā)現(xiàn)隨著Ta、Ti構(gòu)成的金屬層比例不斷增大，薄膜的電阻率逐漸減小，但薄膜的TCR也逐漸減小，當金屬層的比例增大到67%時，薄膜的TCR由-166 ppm/℃變?yōu)?74 ppm/℃，TCR得到改善。
　　在衰減器設(shè)計與仿真方面，根據(jù)多級衰減器級聯(lián)的思想，利用HFSS軟件設(shè)計仿真了衰減量分別為12 dB、13 dB、19 dB、20 dB（兩種）共五種衰減器。其使用頻率均為 DC-15GHz，在該頻率范圍內(nèi)

4、，VSWR均小于1.25。依據(jù)電阻膜面積大小，設(shè)計12 dB衰減器和13 dB衰減器的承載功率為2W，19 dB衰減器和20 dB衰減器（兩種）的承載功率為3W。
　　在衰減器制作與測試方面，利用磁控濺射，真空蒸發(fā)和光刻等技術(shù)在被釉BeO基片上制備了衰減器；制作測試夾具，利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀測試了衰減器的微波性能，測試結(jié)果基本與設(shè)計相符。通過對各個衰減器加載1小時相應(yīng)的設(shè)計功率，測得電阻膜表面最高溫度都低于125℃，達到了設(shè)計要求。