半导体技术的快速发展以及无线通信的低功耗

近年来，半导体技术的快速发展以及无线通信的低功耗、低成本和小型化等要求，促使无线通信系统逐步向更高层次集成。电感在射频通信系统中具有重要作用，其设计和应用直接影响到电路的整体性能。如何实现高性能的片上电感，已经成为射频集成电路的研究重点和热点。RFMEMS技术超强的微精细加工能力和易于传统IC工艺兼容的特点使之成为实现具有高品质因数、高谐振频率和小型化的片上电感的有效途径。本论文在大量调研的基础上，深入研究了RFMEMS电感及其在LC无源滤波器中的应用这个重要课题，主要的研究工作和创新成果摘要如下：

首先综述了国内外RFMEMS电感和MEMS．LC无源滤波器的研究现状，介绍了片上电感的基础知识，包括RF片上平面电感的物理结构和简单等效电路模型，详细讨论了等效电路参数的计算和萃取方法。采用理论分析和有限元软件模拟的方法研究了片上平面电感的趋肤效应、邻近效应、衬底涡流效应和分布效应，分析了这几种效应的等效电路形式。

本文首次提出衬底涡流影响因子和分布效应发生频率的概念，能够准确反映衬底涡流效应和分布效应与衬底电阻率、电感线圈长度等参数的关系。一个制作在低阻硅和高阻硅衬底上的6．5圈，线圈长度为30609m的电感L，其衬底涡流影响因子分别为0．3和0．04，分布效应发生频率分别为1．5GHz和14．5GHz。实验表明，高阻硅上电感L的简化等效电路模型仍具有较高的精度，误差在7％之内。这部分工作为分析和简化片上电感等效电路模型提供了一种有效的途径，并由实验测试结果验证了这种简化途径的合理性，特别适合高电阻率衬底上的小尺寸电感的模型简化和建立。

本文针对目前RFIC最常使用的CMOS工艺和MMICrT艺分别设计了与之相兼容的两种I心MEMS电感并进行了软件模拟和讨论。HFSS模拟结果表明，相比传统单层电感，双层螺旋电感可以减少60％的芯片面积，即使10IlH的电感也只需要比较小的面积；经过MEMS后处理的双层螺旋CMOS电感的最大Q值达到20；一个经过MEMS后处理的3．6nil的平面MMIC电感的品质因数达到19．4，自谐振频率超过15GHz。1

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