[發(fā)明專利]靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感及制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910080540.4
• 申請日: 2009-03-20
• 公開（公告）號: CN101577174A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 方東明;袁泉;劉健;張海霞
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: H01F29/00
• 分類號: H01F29/00;H01F41/00
• 代理公司: 北京市商泰律師事務(wù)所
• 代理人: 毛燕生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于無線通信的微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感及制備方法，利用MEMS體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合的方法制備靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感，屬于微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來對阻抗匹配網(wǎng)絡(luò)、LC震蕩電路、濾波器和其它射頻硅基技術(shù)應(yīng)用的電感和電容有很多的研究，在這些研究中，期望獲得高調(diào)諧性的射頻無源元器件，比如可調(diào)電容和可調(diào)電感，使得射頻電路設(shè)計師們將電路調(diào)整到最佳狀態(tài)成為可能。電學(xué)可變電容(pn結(jié)變?nèi)荻O管，MOS變?nèi)荻O管)和微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)可調(diào)電容已經(jīng)可以通過射頻集成電路工藝獲得，并且也有大量文獻(xiàn)報道，但是目前對RF?MEMS的可變電感的研究還是很少。雖然已有高品質(zhì)因數(shù)和高調(diào)諧的有源電感的報道，然而這些電感的應(yīng)用受到它們的高功耗、復(fù)雜度、高噪聲和非線性這些不足之處的限制。MEMS技術(shù)制作的無源可調(diào)電感可以用來優(yōu)化射頻前端電路的性能，比如調(diào)整帶通濾波器的中心頻率、改變匹配網(wǎng)絡(luò)的阻抗、壓控振蕩器(VCO)的震蕩頻率。利用微機(jī)械加工方法制作的離散式、連續(xù)式和線圈耦合式的可調(diào)電感已經(jīng)有所報道。離散式可調(diào)電感一般通過集成開關(guān)或繼電器來增加/減少電感線圈有效長度的方法實現(xiàn)，然而，微機(jī)械開關(guān)或繼電器組合到電感當(dāng)中會降低電感的品質(zhì)因數(shù)。比如，Zekry等人在“Design?andsimulation?of?digitally?tunable?high-Q?on-chip?inductor”(2007Internatonal?Conference?on?microelectronics，ICM2007，Dec.2007，pp.239-242.)(中文題目：“數(shù)字可調(diào)高Q片上電感的設(shè)計和仿真”，國際會議：微電子國際會議ICM2007)中利用表面微加工制作的靜電驅(qū)動微繼電器，在標(biāo)準(zhǔn)CMOS襯底上制作了離散式數(shù)字可調(diào)的微電感，具有4.5匝線圈、4個繼電器的微電感最大Q值達(dá)到15，電感量在2.29～3.73nH之間，電感可調(diào)范圍約為38.6％。連續(xù)式可調(diào)電感通過螺線管電感內(nèi)放置可變的磁芯導(dǎo)體或移動大范圍內(nèi)的可動結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。比如，Marina等人在“Integrated?tunable?magnetic?RF?inductor”(IEEE?Electron?Device?Letters，2004，25(12)：787-789.)(中文題目：“集成可調(diào)的磁性射頻電感”，國際期刊：IEEE電子器件快報)中制作了連續(xù)可調(diào)集成射頻電感，其結(jié)構(gòu)是在螺線管電感的管芯中置入鐵磁(Ferromagnetic，F(xiàn)M)芯(NiFe)薄膜，通過改變流過FM磁芯的電流來改變磁芯的有效磁導(dǎo)率，在1-150nH的電感量范圍內(nèi)，分別在0.1、1和2GHz時獲得了85％、35％和20％的電感變化量，但是這些電感的品質(zhì)因數(shù)(Q值)都小于2，而且直流功耗比較大。線圈耦合式可調(diào)電感也有少量報道，這種可調(diào)電感主要通過主線圈和次線圈的互感變化來調(diào)節(jié)電感量，但是電感量變化不是很大，也就是說調(diào)諧范圍不大。比如，F(xiàn)ukushige等人在“Fabrication?and?evaluation?of?an?on-chipmicro-variable?inductor”(Microelectronic?Engineering，2003，67-68：582.587.)(中文題目：“片上可調(diào)微型電感的制作和評估”，國際期刊：微電子工程)中利用MEMS工藝制作了一種線圈耦合式可調(diào)電感。電感結(jié)構(gòu)采用螺旋型圓錐線圈，電感量為幾nH，圓錐線圈的高度可以從零變化到幾百微米，當(dāng)圓錐線圈的高度變化時，線圈的互感量就會變化，從而總的電感量就會變化。圓錐型線圈的實現(xiàn)是利用了一種新型的MEMS材料，即薄膜金屬化玻璃(thinfilm?metallic?glass，TFMG)。測量和模擬結(jié)果顯示該電感可以在50MHz到16GHz頻率范圍，在2GHz時的電感量從3.64nH變化到3.75nH，可調(diào)范圍為約3％。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感及制備方法。利用MEMS體硅和表面微機(jī)械加工技術(shù)相結(jié)合的方法來制備可調(diào)電感。

一種靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感，包括固定極板、刻蝕硅片V型槽、可動導(dǎo)體薄膜和平面螺旋電感線圈，其結(jié)構(gòu)是固定極板位于刻蝕硅片V型槽內(nèi)，可動導(dǎo)體薄膜位于硅片表面，并正對固定極板，而平面螺旋電感線圈位于可動導(dǎo)體薄膜的正上方。

一種靜電驅(qū)動導(dǎo)體薄膜的MEMS可調(diào)電感的制備方法，包含如下步驟：

(a)處理、清洗硅片1；