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高功率TaN薄膜及集成电阻器的研究

解雨庆  
【摘要】:当前,微波电路系统必须满足高强度对抗,高工作频率,高功率密度,小尺寸,小质量的要求。面对如此高要求的微波电路系统,唯有散热性能更好、集成度更高、小型化程度更高的微波薄膜器件才能满足相关要求。本文从TaN薄膜材料着手并进行研究,最后制备了相关的微波薄膜电阻器。主要开展了三大部分工作(1)TaN薄膜材料的研制(2)微波功率电阻器的仿真设计(3)薄膜电阻器的制备及测试。 首先利用磁控溅射法,分别采取不同的溅射气压、溅射氮分压、溅射时间及热处理温度等工艺条件制备薄膜并研究这些参数对TaN薄膜的相结构、方阻和电阻温度系数(TCR)的影响,并进行了重复对比实验。采用HFSS软件仿真设计了额定功率为1W,工作频率为从直流(DC)到10GHz和额定功率为2.5W,工作频率为从直流到5GHz的薄膜电阻器,并把理论设计结果与目标要求相比较并进行优化。最后利用光刻方法制备薄膜电阻器并测试结果。 实验结果表明:当溅射气压为0.4Pa时,薄膜有稳定的TaN相结构;当溅射氮分压为2%时,薄膜中出现稳定的TaN相结构,薄膜方阻和TCR在此条件下均符合设计要求;当溅射时间为30min时,薄膜的方阻为50/sq,TCR为87.19ppm此两项指标均符合设计要求;在热处理温度为400℃时,薄膜材料的晶粒较大,稳定性很高,方阻略高于50/sq,TCR<100ppm均符合设计要求;重复对比实验结果很一致。设计出的两种电阻器的测试结果表明:电阻器的电压驻波比在所处频率范围内均小于1.2,电阻随频率变化也都在50左右,非常符合设计要求。


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