高性能射频（Radio Frequency, RF）集成微电感

高性能射频（RadioFrequency,RF）集成微电感是移动通信应用中需求很高的无源器件。目前，低成本、高性能、高集成度RF微电感的缺乏阻碍了单片射频SOC（SystemonChip）集成电路的实现。磁材料集成到微电感中不仅可增加电感感值，也可有效减少线圈磁漏，是实现高性能RF集成微电感很有前景的一种方法。本论文深入系统地研究了高频铁氧体薄膜磁性能及制备工艺，在此基础上，首次采用标准硅集成工艺实现了基于铁氧体RF集成磁膜微电感，实验结果表明铁氧体磁膜的引入可有效提高RF平面微电感的整体性能。

论文首先对RF平面微电感的物理模型进行了研究，给出了平面电感Q值和L值的计算方法，从模型出发分析了电感结构和材料参数对电感L、Q值的影响。在此基础上，针对高电阻率铁氧体磁材料的特点，得到了磁膜微电感等效电路模型及适合于集成磁膜微电感L值与Q值的计算表达式，并使用等效模型详细地分析了铁氧体磁膜的引入对RF平面微电感性能的影响，为铁氧体应用到磁膜集成RF微电感打下理论基础。仿真结果表明高频磁导率和高频介电常数对电感高频性能同等重要，只有选取高磁导率、低介电常数的铁氧体材料才能提升RF微电感的整体性能。同时，使用部分元等效电路法（PartialElementEquivalentCircuits,PEEC）解决了射频频段微米尺度金属损耗的精确计算问题，为预测、设计和优化片上螺旋电感提供了一种有效的电磁仿真方案。

接着，研究了使用溶胶－凝胶（Sol-gel）自燃法制备的NiCuZn、YIG、CoZrO铁氧体高频电磁性能，测试结果表明这些材料在高频下具有低的磁损耗和介电损耗，而NiCuZn、CoZrO铁氧体截止频率大于1GHz，适合于RF集成微电感的应用要求。在此基础上，使用sol-gel法结合快速热处理（RapidThermalProcessing,RTP）工艺制备了软磁性能良好的NiCuZn、YIG铁氧体磁膜，通过对磁膜样品表面形貌、晶相结构及准静态、高频磁性能的测试，详细研究了组分、溶胶－凝胶法、RTP退火工艺对铁氧体薄膜性能的影响，获得了优化的工艺条件。实验结果表明：sol-gel技术有效降低了磁膜晶化温度，在溶胶摩尔浓度尽可能高的条件下，制备样品可得到相当于体材的静磁性能；sol-gel法结合RTP工艺可有效地实现磁性薄膜的低温集成工艺，为将磁性薄膜集成到RF微电感打下基础。1

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