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《清华大学》 2005年
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RF MEMS压控电容理论优化和工艺研究

韦嘉  
【摘要】:射频微电子机械系统(RF MEMS)技术在射频(RF)通信领域的应用正在得到广泛的重视。为了实现高性能的射频压控振荡器,需要大变容范围,高品质因数的压控电容器件。利用静电驱动的RF MEMS压控电容成为了人们研究的一个热点。本文对采用两侧下拉电极(SPEC)的MEMS压控电容,在电学和力学两方面性能进行了理论建模,分析了各种设计参数、工艺参数与材料参数对器件的影响,并在此基础上对SPEC MEMS压控电容进行了工艺设计、流水和测试,得到了高性能的MEMS压控电容器件。 论文首先介绍了SPEC MEMS压控电容的设计思想和工作原理,并用有限元分析(FEA)软件对器件进行了力学性能仿真,验证了设计思想。为了能够实现对器件几何参数的优化设计,论文针对SPEC MEMS压控电容的力学结构,建立了力学性能模型。模型计算结果与有限元分析软件吻合的很好。根据此模型,我们分析了各种参数对器件力学性能的影响,并给出了优化方法。 论文接着给出了SPEC MEMS压控电容的电学模型,并根据该模型分析了各种寄生因素对器件微波性能的影响,并引入了ADS的momentum RF工具对压控电容的电学特性进行了模拟和分析。获得了电学模拟和设计结果。 论文对实现高性能SPEC MEMS压控电容的关键工艺进行了研究。包括用于低损耗隔离衬底的氧化多孔硅层制备方法;聚酰亚胺牺牲层材料的制备、刻蚀和释放工艺;Al薄膜悬空极板和Al/SiON复合薄膜悬空极板的制备。 论文高阻硅衬底和氧化多孔硅衬底分别进行了器件制作研究,认为两种衬底均能有效的削弱衬底寄生效应导致品质因数的恶化。高阻硅衬底上制作的器件品质因数可达到30@3GHz,而氧化多孔硅上的器件品质因数高达45@4GHz。 最后,论文给出了测量结果。在高阻硅衬底上利用铝材料作为可动极板,得到的器件电容初始值为0.425pF@2GHz,最大品质因数为30@3GHz, 50V控制电压下,具有0.18pF的可控变容量,变化比例为42%。采用Al/SiON复合薄膜制作的器件,具有0.458pF@2GHz的初始电容值,最大品质因数为18@4GHz,40V下具有约0.6pF的变容量,变化范围为130%,寿命超过了1百万次。
【学位授予单位】:清华大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2005
【分类号】:TN42

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【引证文献】
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【参考文献】
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【共引文献】
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