超高頻集成磁膜螺線管電感的設計與制備.pdf

1、超高頻（UHF）集成微電感是廣泛應用于壓控振蕩器（VCO）、低噪聲放大器（LNA）、功率放大器（PA）等集成單元電路中的無源器件之一，其性能直接關(guān)系到單元電路的整體性能和成本。磁膜集成到微電感中可以有效地提高感值面密度和減小漏磁，是實現(xiàn)高性能微電感的有效途徑之一。本論文首先研制了FeCoTiO納米顆粒磁芯膜，對其性能進行了測試表征，在此基礎上，設計了多種結(jié)構(gòu)的磁膜集成微電感以及耦合電感，并采用標準硅集成工藝對設計進行了驗證，實驗結(jié)果表明

2、FeCoTiO納米顆粒磁芯膜的引入可以有效地提高超高頻集成磁膜螺線管電感的整體性能。
　　論文首先采用射頻磁控濺射制備了單層 FeCoTiO納米顆粒磁芯膜，對其性能進行了調(diào)控，確定了最佳的工藝條件。該薄膜的初始磁導率、難軸矯頑力、鐵磁共振頻率、電阻率分別為148、5.3 Oe、3.2 GHz、1068μΩ·cm。進一步制備了[FeCoTiO(260nm)/SiO2(50nm)]8多層膜，并對其按照磁芯尺寸進行了圖形化研究。與單層連

3、續(xù)膜相比，多層膜的共振頻率有所下降而初始磁導率有所上升，同時矯頑力也略有增大。
　　然后，采用HFSS設計了匝數(shù)分別為3.5匝、4.5匝、5.5匝以及9.5匝的螺線管型微電感，以及磁路開路型和磁路閉合型耦合電感。設計中采用了圖形化磁芯膜的磁譜來模擬磁芯的磁導率和損耗，使得仿真更加準確。仿真表明，磁路開路型耦合電感更容易獲得較高的耦合系數(shù)，為0.71，大于磁路閉合型耦合電感的0.04。對微電感的工藝進行了系統(tǒng)的探討，包括深硅刻蝕、聚

4、酰亞胺制備以及刻蝕和磁芯膜剝離。最終流水得到了多批次微電感樣品。
　　最后對所有樣品進行了性能測試，測試表明，5.5匝2μm磁芯電感感值為4.2 nH，為空心時的6倍，Q最大值為6。9.5匝磁芯電感的感值為14.2 nH，同時保持了較小的直流電阻為0.65Ω，磁膜的加入使得感值提高了14倍，感值面密度大于100 nH/mm2，品質(zhì)因數(shù)在130 MHz時達到了7.5。磁路閉合型耦合電感的感值為7 nH，耦合系數(shù)為0.043，在250