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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- RF MEMS濾波器的集成化設(shè)計(jì)與制造
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 本作品通過計(jì)算仿真，完成了針對無線通訊主要頻段的濾波器設(shè)計(jì)。對MEMS 電感電容進(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)用于無線電產(chǎn)業(yè)和人體植入設(shè)備。
- 詳細(xì)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(qiáng)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(jì)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(jìn)行了低通、高通和帶通濾波器的集成化設(shè)計(jì)。重點(diǎn)研究了可集成的無源MEMS分立器件的設(shè)計(jì)和制造工藝。對其中的關(guān)鍵元器件進(jìn)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(jìn)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(jì)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(xiàng)工藝進(jìn)行了深入研究，為集成化RFMEMS 濾波器的實(shí)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(diǎn)。 本研究成果有望應(yīng)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(qiáng)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(jì)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(jì)，并對制造過程中的關(guān)鍵步驟電鍍銅工藝進(jìn)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(yīng)用潛力，具有重要的理論和實(shí)際價(jià)值。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)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(jìn)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(diǎn)。本作品的部分研究成果已在國際會(huì)議MicroNano08和IEEE NEMS09上發(fā)表。作品本身具有相當(dāng)水平的科學(xué)性和先進(jìn)性。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本作品的研究成果可應(yīng)用于無線電通訊等產(chǎn)業(yè)，如手機(jī)，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(diǎn)，推動(dòng)了微電子產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
學(xué)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(jìn)行了低通、高通和帶通濾波器的集成化設(shè)計(jì)與仿真，并結(jié)合MEMS工藝設(shè)計(jì)出了濾波器的集成化的可行性方案。重點(diǎn)研究了可集成的分立器件的設(shè)計(jì)和制造工藝。對其中的關(guān)鍵元器件進(jìn)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(jìn)行優(yōu)化，實(shí)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(xiàng)工藝進(jìn)行深入研究，為集成化RFMEMS 可調(diào)濾波器的實(shí)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(yīng)用于無線電產(chǎn)業(yè)和人體植入設(shè)備。
獲獎(jiǎng)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(huì)議上作為會(huì)議展板供與會(huì)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(huì)議上作口頭報(bào)告
鑒定結(jié)果
參考文獻(xiàn)
- 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(xiàn)。
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(yīng)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(yīng)用價(jià)值。它能應(yīng)用于手機(jī)，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(shí)現(xiàn)方式為MEMS機(jī)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(yīng)用有限。另一種方式是將分立的元件集成。因?yàn)楝F(xiàn)有的關(guān)于分立元件的研究日趨成熟，所以現(xiàn)實(shí)中后者更有意義。此外，制造工藝越簡單，成本越低，越好。 要實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)，問題來自制造工藝。要實(shí)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(bào)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(yīng)用多晶硅作為機(jī)械結(jié)構(gòu)。雖然多晶硅的機(jī)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(jìn)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(xiàng)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(jì)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(fù)雜度，節(jié)約成本。
