[發明專利]面向物聯網硅基SIW帶金屬柱固支梁可重構帶通濾波器

有效

• 申請號: 201710431163.9
• 申請日: 2017-06-08
• 公開（公告）號: CN107196025B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 廖小平;陳子龍
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: H01P1/203
• 分類號: H01P1/203
• 代理公司: 32204 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙)
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了一種面向物聯網的硅基SIW帶金屬柱固支梁可重構帶通濾波器，包括SIW帶通濾波器、轉接結構(3)和帶金屬柱的MEMS固支梁結構。帶金屬柱的MEMS固支梁結構包括MEMS固支梁(6)，MEMS固支梁依靠錨區(7)的支持懸浮在硅襯底(1)之上，MEMS固支梁的下表面上設置有金屬柱(11)，硅襯底對應金屬柱的位置開設有孔(14)，且該孔(14)穿過硅襯底(1)上的氮化硅層(10)和上表面金屬層(5)進入硅襯底(1)中。本發明只需要通過控制MEMS固支梁的狀態就能夠改變濾波器通帶的中心頻率，達到切換濾波器通帶中心頻率的目的，MEMS固支梁可以實現快速的DOWN態和UP態的轉換，可以有效地實現微波電路中對濾波器濾波范圍的控制。

技術領域

本發明屬于微電子機械系統的技術領域，具體涉及一種面向物聯網的硅基SIW帶金屬柱固支梁可重構帶通濾波器。

背景技術

近年來，隨著物聯網通信技術獲得了高速的發展，微波濾波器技術作為物聯網通信技術中重要的器件之一，再次成為研究的熱點，濾波器可以用來阻隔或者分離不同頻段的信號。為了滿足現代便攜無線通信技術的高速發展需求，微波濾波器不僅要具有高品質因數，大功率容量等優點，更要具有低功耗，小型化，高集成度的優點。而且隨著物聯網系統通信業務的日益繁多，使得本來就有限的頻譜資源變得更加緊張，為了更有效地利用頻譜資源，擴頻、跳頻、動態頻率分配等技術得到了廣泛的應用，頻率可調濾波器作為這些技術的關鍵器件也越來越受到重視。

基片集成波導(SIW)技術的出現為上述問題提供了解決方案，SIW由兩排線性緊密排列的金屬通孔或金屬圓柱嵌入基片中構成，SIW中的電磁波被限制在基片的上下兩個金屬面和兩列金屬通孔之間的區域傳播，形成導波結構，所以SIW不僅繼承了傳統波導損耗低，功率容量大，品質因數高等優點，還具有低剖面，小尺寸等優點，便于與其他微波電路相集成。另外，用硅制作的SIW器件可以很容易地與其他電路或者硅基器件集成。由于硅的介電常數相對于PCB或者LTCC襯底材料的介電常數高很多，所以硅基的SIW可以用在高頻的器件上，并且可以有效地縮小器件的體積。

由MEMS固支梁所組成的可動結構是典型的可重構元件，MEMS固支梁幾乎不消耗直流電流，所以其在擁有高可靠性和卓越的線性度的同時還有低功耗的優點。

發明內容

本發明的目的在于提供一種面向物聯網的硅基SIW帶金屬柱固支梁可重構帶通濾波器，在SIW帶通濾波器的基礎上添加帶金屬柱的MEMS固支梁，以在SIW帶通濾波器各個諧振腔中引入可動電容，調節各個諧振器的諧振頻率，最終實現濾波器通帶的可重構目的，可以控制濾波器的工作動態。

本發明解決其技術問題是通過以下技術方案實現的：

一種面向物聯網的硅基SIW帶金屬柱固支梁可重構帶通濾波器，包括SIW帶通濾波器和MEMS固支梁結構；

所述SIW帶通濾波器包括SIW結構，SIW結構包括作為介質的硅襯底，硅襯底的上表面和下表面均電鍍有金屬層，所述硅襯底和金屬層中穿設有金屬通孔一，且相鄰金屬通孔一中心軸之間的距離小于兩倍的金屬通孔一直徑的長度，位于硅襯底上表面和下表面的金屬層相互對稱平行，且硅襯底上表面的金屬層上設有氮化硅層；所述SIW結構通過金屬通孔二分割成若干個SIW諧振腔，金屬通孔二處于兩排對稱平行的金屬通孔一之間，且金屬通孔一與金屬通孔二結構相同；

所述MEMS固支梁結構設置于SIW諧振腔的氮化硅層上，MEMS固支梁結構包括MEMS固支梁，MEMS固支梁兩端均設有錨區，MEMS固支梁通過錨區架設在硅襯底的氮化硅層上，且錨區與氮化硅層固定連接；MEMS固支梁的下表面上設置有直徑為200μm、長度為24μm金屬柱，且所述硅襯底對應金屬柱的位置開設有直徑為202μm、深度為24μm的孔，且孔穿過硅襯底上的氮化硅層和上表面金屬層進入硅襯底中，所述金屬柱伸入孔中；MEMS固支梁下側的氮化硅層上設有下拉電極，且下拉電極上包裹有二氧化硅層。