石墨烯片上螺旋电感的建模与参数提取分析

发布时间：2021-02-22 23:05

　　片上螺旋电感由于其低成本和易集成的特点,已经被广泛应用于射频集成电路中,例如低噪声放大器、混频器、压控振荡器以及匹配网络等。然而,随着5G通信技术的出现,传统的金属螺旋电感已经无法满足器件在高频工作状态下的性能要求。因此,将新型纳米材料与传统无源器件相结合可以为高频化、小型化、高可靠性的集成电路制造带来转机,而石墨烯由于其优异的特性有望取代传统金属成为下一代基础电子材料。本文的研究工作主要围绕石墨烯片上螺旋电感的设计和建模来展开,深入研究了石墨烯的相关性质以及石墨烯及其他碳纳米材料在片上电感领域的应用,回顾了片上电感建模的发展历程,在当前片上螺旋电感的设计和建模理论基础上,提出了对石墨烯片上螺旋电感设计和建模的改进。本文的主要研究工作包括:1)介绍了片上螺旋电感的性能参数及电磁损耗机制,为电感的设计和优化提供了理论依据;2)分别研究了几何参数和工艺参数对石墨烯螺旋电感的性能影响,探究了优化设计方法;3)提出了一种改进的石墨烯螺旋电感等效电路模型,该模型在传统的单π模型的基础上依据石墨烯电感的高频特性增加了串联支路上的电容元件C,并应用在一款外径为24μm,线宽为3μm,厚度为62nm的... 

【文章来源】：华东师范大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

石墨烯的能带结构图及狄拉克锥示意图

华东师范大学硕士学位论文 第二章其中 ρ 是导体的电导率，l 是指这段导体的长度，S 是指导体的横截面积。在高频情况下，则该导体的电流分布会发生变化，电流流过的深度我们用趋肤深度表示：f f 1(2.16)同时，随着工作频率的升高，导体的趋肤深度会下降，从而交流电阻增大，引起了更多的导体欧姆损耗。（二）邻近效应邻近效应[44]发生在螺旋电感相邻的金属导线之间，示意图如图 2.8 所示。

图 3.2 HFSS 中石墨烯电感的仿真模型图3.2 几何参数对片上螺旋电感的影响本文所研究的几何参数是针对电感线圈本身的形状和尺寸，包括圈数 n，条带宽度 w，线间距 s 和内径inR 。这些参数直接影响了片上电感所占用的面积大小；同时改变着每一段电感线之间以及导线和衬底之间的相互作用，进而影响整个电感的工作性能。因此，本节设计了 13 款不同几何参数的石墨烯片上螺旋电感，分组对比用以研究四项几何参数对等效串联电感值sL 和品质因数 Q 值的影响。这些电感的厚度 t 均为 1μm，建立在电阻率为 10Ω·cm，厚度为 500μm 的高阻硅上，介质层为二氧化硅，厚度为 90nm。该节主要研究电感几何参数与螺旋电感性能的关系，因此适当简化了仿真过程，去除了衬底和介质层的寄生影响，只研究电感本身的性能。

【参考文献】：
期刊论文
[1]碳基无源器件研究进展综述[J]. 王高峰,赵文生,孙玲玲.  电子学报. 2017(12)



本文编号：3046680