硅基MEMS微波带通滤波器的设计及制备

发布时间：2017-04-20 20:30

  本文关键词：硅基MEMS微波带通滤波器的设计及制备，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：作为实现信道频谱分配的关键无源器件,微波滤波器在无线通信等领域发挥着极其重要的作用。现代无线通信技术的快速发展使无线电频谱资源显得相对稀缺,人类社会对于通信设备提出了更加严苛的要求,如小型化、集成化、高性能、低成本等。因此,实现体积小、重量轻、易加工、成本低、品质因数高且易于集成的无源滤波器,业已成为当前微波技术领域的研究热点。本文在总结国内外微波滤波器及RF MEMS滤波器研究和发展状况的基础上,从带通滤波器的设计原理出发,提出系统的总体解决方案,包括采用带状线交指结构实现滤波、开路端SIR实现结构紧凑的准叉指带通滤波器、接地共平面波导实现输入输出、硅基MEMS技术等。对性能和结构参数各异的滤波器进行分析和设计,并采用三维电磁仿真软件CST对滤波器进行模拟仿真。根据器件结构绘制版图制造掩膜版,在对关键工艺进行单项实验验证的基础上整合出完整的CMOS-MEMS兼容的工艺流程,经过多次工艺流片,实现了制作在高阻硅衬底上的MEMS带通滤波器芯片:双层400μm厚的n型(100)4英寸硅晶圆通过金金键合,DRIE刻蚀获得垂直通孔阵列,上下表面通过Au金属化实现接地。本文完成了滤波器的设计、仿真、制备和测试流程,通过测试结果与仿真结果的比较分析,验证了基于带状线交指结构的滤波器设计方法和MEMS工艺技术的可靠性。
【关键词】：MEMS 带通滤波器 交指 共面波导 阶跃阻抗谐振器
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN92;TN713.5
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1. 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景及意义9-11
• 1.2 国内外MEMS滤波器研究现状11-16
• 1.2.1 MEMS微机械滤波器12-14
• 1.2.2 压电RF MEMS14-15
• 1.2.3 MEMS可调谐滤波器15-16
• 1.3 本论文主要研究内容16-17
• 2. MEMS滤波器的理论基础17-31
• 2.1 滤波器主要技术参数17-20
• 2.2 阶跃阻抗谐振器SIR结构20-22
• 2.3 交指带通滤波器22-25
• 2.4 耦合系数和外部品质因数的提取25-30
• 2.4.1 滤波器的网络综合法26-27
• 2.4.2 耦合系数的提取27-28
• 2.4.3 有载品质因数的提取28-30
• 2.5 本章小结30-31
• 3. MEMS滤波器的设计及仿真31-43
• 3.1 交指带通滤波器的设计31-34
• 3.2 MEMS滤波器结构设计34-35
• 3.3 MEMS滤波器电磁仿真35-40
• 3.3.1 2.35GHz滤波器的设计仿真35-37
• 3.3.2 10.9GHz滤波器仿真结果37-38
• 3.3.3 20.4GHz滤波器的设计仿真38-39
• 3.3.4 其他滤波器的仿真结果39-40
• 3.4 参数变化对滤波器性能的影响分析40-42
• 3.4.1 衬底电阻率对滤波器性能的影响40
• 3.4.2 衬底厚度对滤波器性能的影响40-41
• 3.4.3 通孔形状对滤波器性能的影响41-42
• 3.5 本章小结42-43
• 4. MEMS滤波器的制备43-59
• 4.1 MEMS微波带通滤波器版图设计43-46
• 4.1.1 MEMS滤波器的整体版图43
• 4.1.2 MEMS滤波器的分层版图43-46
• 4.2 工艺介绍46-50
• 4.2.1 清洗工艺46-47
• 4.2.2 光刻工艺47
• 4.2.3 氧化工艺47-48
• 4.2.4 刻蚀工艺48-49
• 4.2.5 金属化49
• 4.2.6 键合49-50
• 4.3 单项实验50-55
• 4.3.1 通孔刻蚀（TSV）实验50-52
• 4.3.2 硅片表面金属化实验52-53
• 4.3.3 交指电极的制备53-54
• 4.3.4 通孔侧壁金属化54-55
• 4.4 工艺流程设计55-58
• 4.5 本章小结58-59
• 5. MEMS滤波器性能测试59-64
• 5.1 滤波器测试方法介绍59-60
• 5.2 滤波器实物测试和分析60-63
• 5.2.1 滤波器的测试结果60-61
• 5.2.2 MEMS微波滤波器结果分析61-63
• 5.3 本章小结63-64
• 6. 总结与展望64-66
• 6.1 工作总结64
• 6.2 工作展望64-66
• 参考文献66-72
• 攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果72-73
• 致谢73-74

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