微加工射频可变电容的研究与进展

我们给出并比较各种最新颖的可变电容,这些电容包括上极板水平移动的可变电容、梳状水平移动的可变电容、平行板上下移动的可变电容、平行板梳状上下移动的可变电容、改变介质的交叠面积的可变电容、使用水平执行器的可变电容、使用绝缘衬底实现的可变电容和使用MEMS开关调节电容阵列来实现的可变电容,比较了目前的可变电容的各种结构以得出目前工艺条件可以较容易实现的高Q值的可变电容。     

宽带双周期性BST电容加载共面波导移相器

提出了一种双周期性BST电容加载共面波导传输线的移相器结构。基于这种结构设计制作的铁电薄膜移相器较好地解决了整个电路的阻抗匹配问题,其反射损耗的波纹在较宽的工作频带内趋于同一幅度。在沉积有钛酸锶钡(BST)薄膜的氧化镁基片上设计并制作了一个宽带双周期性BST叉指电容加载共面波导移相器,测试结果显示该移相器的反射损耗在0~15GHz内保持在–15dB,其中在14.5GHz处,在30V的外加偏压下其移相能力可达35o。     

BST薄膜铁电移相器研究进展

钛酸锶钡(BST)薄膜因其具有高的介电调谐量,相对低的损耗tgδ和快的开关速度,在微波移相器的应用中显示出巨大优势。介绍了改善BST薄膜的介电性能的有效方法,衬底材料的选择,以及BST薄膜铁电移相器的结构类型和研究进展。     

Ka波段分布式MEMS移相器低驱动电平容性开关的机电设计

为降低Ka波段分布式MEMS移相器容性开关的驱动电压,提出不同形状新型低弹性系数铰链梁结构MEMS电容开关的机电设计概念.采用Intelli SuiteTM和ADS软件分析了三种梁结构MEMS电容开关的位移分布、驱动电压、机械振动模式和射频性能等参数,结果表明:所设计新型beam2结构MEMS电容开关具有优越的机电特性和射频特性,即开关的驱动电压为3V,机械振动模式固有频率都大于31kHz,在35GHz处插入损耗和回波损耗分别为0.082dB和18.6dB,而相移量可达到105.9o.     

基于铁电薄膜材料的反射式移相器设计

本文提出了一种基于正交耦合器和BST可调电容器的反射式移相器的设计.BST材料的介电常数随偏置电压所提供的不同的静电场而发生变化.因此,通过控制外部电压,可以连续地获得有效的变化介电常数和移相器的反射相位.利用PLD技术实现了0.3μm厚的BST薄膜,并采用微加工和氧化铝衬底组成的可调谐电容来测试其微波性能.通过将耦合...     

偏置电压对射频/微波MEMS电容开关寿命的影响

理论分析了影响射频／微波MEMS电容开关寿命的因素：介质内的电场强度和可动薄膜对介质膜的冲击速度。用三种不同的偏置电压，对介质内电场强度和可动薄膜对介质膜的冲击速度进行了数值分析和比较。提出了在脉冲电压作用下，可得到可动薄膜对介质膜最小的冲击速度和介质内的最小电场强度，从而极大地提高MEMS电容开关运行的可靠性和寿命。实验验证了上述结论。     

基于MEMS技术的射频移相器

微波与毫米波移相器是通讯和雷达应用上相控阵天线的基本单元，MEMS技术的引入提供了一个在移相器设计中用最小损耗的开关来大量减少移相器插入损耗的方法，该方法可以降低器件的功耗，改善插入损耗、隔离度、频带宽度等性能。相比于GaAs移相器，基于MEMS开关的射频移相器，无论是开关线型、分布式或是反射型，都有很好的RF性能。     

X波段MEMS分布式移相器开关机电性能研究

介绍一种应用于X波段MEMS分布式移相器的新型单元开关。MEMS分布式移相器具有高品质因数、低插损、低功耗和高隔离度的优点,但由于传统MEMS开关采用固支梁结构,弹性系数过大,下拉电压过高,无法与传统电子系统相兼容,大大限制了其应用和发展。基于此设计一种新型单元开关,采用弹性弯曲结构取代传统固支梁结构,并在MEMS金属梁上刻蚀释放孔,极大降低了单元开关的弹性系数,从而实现了超低下拉电压6V。通过理论分析,给出MEMS开关弹性系数、下拉电压的解析公式,并使用ANSYS进行了仿真分析。     

一种新型BST薄膜移相器的电路设计

采用铁电材料钛酸锶钡(BST)的薄膜移相器以其成本低廉、响应速度快、频带宽、体积小、重量轻、控制简单等诸多优点而引起关注.本文对BST薄膜移相器的设计模型进行研究分析,提出了一种新型的电路结构,在BST材料移相器的大移相量和尽可能低的损耗一对矛盾中找到一个平衡点.并通过ADS仿真验证了这一新型电路.     

基于BST可变电容的电调微带天线研究

采用BaxSr1–xTiO3(BST)可变电容作为调谐元件研制了一种工作频率可调的电调谐微带天线。该天线通过利用单片机控制电源单元输出不同的偏置电压来改变BST可变电容的电容大小,进而实现工作频点的调整。结果表明,当电源输出偏压在0-52 V变化时,该微带天线的工作频点可在1.47-1.61 GHz调节,回波损耗低于–15 dB。     

MEMS中的薄膜制造技术

追述了薄膜淀积技术的历史,按照制备手段对MEMS制造中使用的各种薄膜制造技术进行了大致的分类和对比,介绍了相应的理论研究概况,除了电镀技术之外,MEMS技术基本来自传统的IC制造工艺。     

BST铁电薄膜的制备及介电性能研究

通过射频磁控溅射法,采用高温溅射、低温溅射高温退火两种不同的工艺制备了钛酸锶钡（BST）薄膜。分析两种不同的工艺对BST薄膜的结构、微观形貌及介电性能的影响。采用X线衍射（XRD）分析了样品的微观结构。采用扫描电镜（SEM）和台阶仪分别测试了样品的微观形貌和表面轮廓。通过能谱分析（EDS）得到了薄膜均一性的情况。最后通过电容 电压（C V）曲线测试得到BST薄膜的介电常数偏压特性。结果表明,与低温溅射高温退火工艺制备的BST 薄膜相比,高温溅射制备的BST薄膜结晶度好,致密性高,表面光滑,薄膜成分分布较均一。因此,采用高温溅射得到的BST薄膜性能较好。在频率300 kHz时,采用高温溅射制备的BST薄膜介电常数为127.5~82.0,可调谐率为23.86%~27.9%。     

Alpha particle radiation effects in RF MEMS capacitive switches

The paper investigates the effect of 5 MeV alpha particle irradiation in RF MEMS capacitive switches with silicon nitride dielectric film. The investigation included MIM capacitors in order to obtain a better insight on the irradiation introduced defects in the dielectric film. The assessment employed the thermally stimulated depolarization currents method for MIM capacitors and the capacitance–voltage characteristic for MEMS switches. Asymmetric charging was monitored in MIM capacitors due different contact electrodes and injected charge interactions.     

Ba_(0.5)Sr_(0.5)TiO_3薄膜电容的尺寸效应研究

采用射频磁控溅射和微细加工技术制备了不同尺寸的钛酸锶钡(Ba0.5Sr0.5TiO3,BST)平行板电容,研究了低频和高频条件下不同尺寸BST平行板电容的电容密度和Q值的变化情况。结果表明,由于存在边缘效应,BST薄膜电容的电容密度及Q值都具有尺寸效应。低频时,随着电容面积增大,电容密度减小,Q值增大。高频时,随着电容面积增大,电容密度及Q值减小。     

RF磁控溅射制备钛酸锶钡BST纳米薄膜

钛酸锶钡(BST)薄膜作为一种高K介质材料在微电子和微机电系统等领域具有广阔的应用前景,人们已对BST薄膜的制备工艺技术和介电性能进行了大量的研究。BST纳米薄膜的制备工艺直接影响和决定着薄膜的介电性能(介电常数、漏电流密度、介电强度等)。对RF磁控反应溅射制备BST纳米薄膜的工艺技术进行了综述。从溅射靶的制备、溅射工艺参数的优化、热处理、薄膜组分的控制,及制备工艺对介电性能的影响等方面,对现有研究成果进行了较全面的总结。     

Tunable barium strontium titanate thin film capacitors for RF andmicrowave applications

The measurement results for thin film barium strontium titanate (BST) based voltage tunable capacitors intended for RF applications are reported. At 9 V DC, BST capacitors fabricated using MOCVD (metalorganic chemical vapor deposition) method achieved 71% (3.4:1) tunability. The measured device quality factor (Q) for BST varactors is comparable with the device Q for commercially available varactor diodes of similar capacitance. The typical dielectric loss tangent was in the range 0.003-0.009 at VHF. Large signal measurement and modeling results for BST thin film capacitors are also presented     

Thermal-sensitive BST thin film capacitors for dielectric bolometer prepared by RF magnetron sputtering

We have been developing a monolithic microbolometer technology for uncooled infrared focal plane arrays (Uncooled IRFPAs) along the route from fabricating pixels of thin-film dielectric bolometers on micromachined silicon substrates. In the paper, the thermal-sensitive barium strontium titanate (BST) thin film capacitors for that objective prepared by Radio-Frequency Magnetron sputtering have been investigated focusing on the condition of fabrication of BST thin films. Capacitor-Temperature properties of the thermal-sensitive BST thin film capacitors have been measured with impedance analyzer. According to the Capacitor-temperature curves, these indicated that the temperature coefficient of dielectric constant (TCD) within the ambient temperature region highly depended on the Radio-Frequency Magnetron sputtering condition of fabrication of BST thin films. BST thin film capacitors with TCD-value more than 21%/K have been prepared on the optimized condition. That is a good base for preparation of dielectric bolometer mode of uncooled IRFPAs.     

Wide-Tunable Low-Field Interdigitated Barium Strontium Titanate Capacitors

This letter reports low-field wide-tunable interdigitated barium strontium titanate (BST) capacitors. The capacitors consisting of BST thin film dielectric, silicon substrate, and gold metallization have been fabricated. The capacitance exhibits 0.2 pF at zero-bias and shows a tunability of 63% with an applied electric field of 1.4 V/mum. This corresponds to a 3.5 mum electrode gap width and a 5 V dc bias. Microwave measurements reveal a zero bias film quality of 50 around 30 GHz.     

$hboxBaSm_2hboxTi_4hboxO_12$Thin Film for High-Performance Metal–Insulator–Metal Capacitors

A high capacitance density of 4.84$hboxfF/muhboxm^2$and a low leakage current density of 4.28 fA/pF$cdot$V were obtained for a 138-nm-thick crystalline$hboxBaSm_2hboxTi_4hboxO_12$(BST) film. The 100-nm-thick amorphous BST film exhibited a high capacitance density of 3.91$hboxfF/muhboxm^2$and a low leakage current of 1.24 fA/pF$cdot$V. The crystalline BST film had quadratic and linear voltage coefficient of capacitance (VCC) of$-hbox295 hboxppm/V^2$and 684 ppm/V, respectively, and a temperature coefficient of capacitance (TCC) of$-hbox136 hboxppm/^circhboxC$at 100 kHz. The amorphous BST film also showed quadratic and linear VCCs of 48.6$hboxppm/V^2$and$-$738 ppm/V, respectively, with a low TCC of 169$hboxppm/^circhboxC$at 100 kHz.     

串联电容式RF-MEMS开关的研制

研制了一种高电容率的电容式RF-MEMS开关.与普通电容式开关设计不同的是,在CPW信号线上的绝缘层上表面覆盖了一层金属板,使开关在down-state时,上电极能与介质膜紧密接触,而在up-state时,金属板分别与上电极及信号线平面构成一组串联电容,大大降低了Cup值,从而提高了开关的电容率.与相同条件制得的普通电容式开关相比,其电容率要高出一个数量级,达到1000以上.由测试可知,所设计的串联电容式开关其隔离度在8GHz时可达42dB,明显优于普通电容式开关.