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MMIC用铁磁薄膜电感研究

作　者: 孔岑
导　师: 张万里
学　校: 电子科技大学
专　业: 材料科学与工程
关键词: MMIC集成微电感 NiFe-SiOx磁性薄膜磁控溅射微波性能等效模型
分类号: TM55
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

集成微电感是单片微波集成电路(MMIC)设计中实现阻抗匹配、直流偏置、移相和滤波等功能的重要无源器件,广泛应用在放大器、振荡器、混频器和匹配网络等单元电路中。将磁性材料集成到微电感中可以增加电感感值,有效减少线圈磁漏,是实现高性能MMIC集成微电感很有前景的一种方法。本文研究了高频NiFe-SiOx磁性薄膜的性能及制备工艺,在此基础上,采用标准MMIC集成工艺实现了基于NiFe-SiOx薄膜的MMIC集成磁膜微电感,实验结果表明NiFe-SiOx薄膜的引入可有效提高MMIC微电感的性能。利用TRL校准的方法,解决Ansoft HFSS对加磁偏源的磁性材料无法仿真的问题,并在此基础上对加载磁膜电感进行仿真,根据仿真结果,设计了MMIC集成磁膜电感的结构及版图。采用磁控溅射制备了两种类型的NiFe-SiOx薄膜:????NiFe为40%的夹心多层型磁膜和????NiFe为60%的复合型磁膜。使用常规退火对其进行热处理。测试结果表明:夹心多层型磁膜表面平整度和磁性能均优于复合型磁膜。在GaAs和GaN基片上采用与现有MMIC工艺制备了集成磁膜电感,优化了制备磁膜的光刻和剥离工艺,整个光刻与剥离工艺与现有MMIC工艺完全兼容。使用矢量网络分析仪对磁膜电感进行微波性能测试,测试结果表明:①加载磁膜对微电感的电感量有明显提升;②但是由于加载磁膜在高频时的涡流损耗,使得加载磁膜电感的Q值均低于空芯电感;③线圈和磁膜的物理参数改变对电感性能的影响与仿真结果基本一致;④对于夹心多层型磁膜电感,在较低频(1GHz～6GHz)范围会出现微波吸收现象,出现微波吸收现象的频段随磁膜的体积增大而降低。最后结合NiFe-SiOx两种类型磁膜的特点和磁膜电感的测试结果,采用ADS拟合优化的方法,对现有的磁膜电感集总参数模型进行了改进,得到了适合NiFe-SiOx磁膜电感的集总参数模型。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 单片微波集成电路（MMIC）电感的发展  10-15
    1.1.1 高Q 值电感  11-14
    1.1.2 层叠电感  14
    1.1.3 磁膜电感  14-15
  1.2 软磁性薄膜微波特性研究进展  15-17
    1.2.1 软磁性单层膜  15-16
    1.2.2 软磁性颗粒膜  16
    1.2.3 软磁性多层膜  16-17
  1.3 论文的目的和意义  17-18
  1.4 论文各部分的主要内容  18-19
第二章磁膜电感的设计与仿真  19-31
  2.1 集成磁膜电感对磁性材料的要求  19-21
  2.2 有限元法的优点  21
  2.3 Ansoft HFSS 仿真软件  21-22
    2.3.1 Ansoft HFSS 在微波元器件仿真设计方面的优越性  22
    2.3.2 Ansoft HFSS 仿真微波器件的一般步骤  22
  2.4 磁性材料在HFSS 中的仿真  22-27
    2.4.1 TRL 校准方法  22-25
    2.4.2 利用TRL 方法仿真磁性材料  25-27
  2.5 磁膜电感的结构设计  27-31
第三章 MMIC 集成磁膜电感的制备  31-46
  3.1 NiFe-SiOx 薄膜的制备与性能  31-37
    3.1.1 磁控溅射  32
    3.1.2 NiFe-SiOx 薄膜的制备  32-33
    3.1.3 NiFe-SiOx 薄膜的性能  33-37
  3.2 磁膜电感与MMIC 集成工艺  37-43
    3.2.1 制备图形化NiFe-SiOx 薄膜的光刻工艺  39-43
    3.2.2 制备图形化NiFe-SiOx 薄膜的剥离工艺  43
  3.3 电感流水结果  43-46
第四章 MMIC 集成磁膜电感的性能与分析  46-65
  4.1 NiFe-SiOx 磁膜电感微波性能测试原理  46-48
    4.1.1 SOLT 校准原理  46-47
    4.1.2 电感微波性能测试方法  47-48
  4.2 NiFe-SiOx 磁膜电感微波性能测试结果与分析  48-61
    4.2.1 复合型磁膜电感  48-54
    4.2.2 夹心多层型磁膜电感  54-60
    4.2.3 两种类型磁膜电感的对比  60-61
  4.3 NiFe-SiOx 磁膜电感的模型  61-65
第五章结论  65-67
致谢  67-68
参考文献  68-73
攻硕期间取得的研究成果  73-74

MMIC用铁磁薄膜电感研究

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