用于射频通信的SOI电感设计及优化

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由于集成电路具有体积小、功耗低、成本低的特点,无线通信技术的蓬勃发展促成了射频集成电路(RFIC)的迅速发展.当前,射频集成电路已经成为集成电路最热的研究领域之一.而如何利用现有的工艺水平实现高性能的集成电感成为当前RFIC领域最为棘手的问题.因而对RF无源集成电感的研究具有深远意义.该文首先介绍了目前RF无源集成电感的发展现状,以及目前常规集成电感的结构,讨论分析了涡流效应、趋肤效应等高频效应对电感性能的影响.并通过对不同几何尺寸的电感进行了模拟仿真,得到了应用于不同频率下的最优电感结构.模拟表明:在1GHz的工作频率下,当电感线圈导线的宽度和间距分别为10μm和2μm时,电感具有最大品质因数(Q值).同时,圆形电感较矩形及多边形集成电感,具有较大Q值.根据模拟分析结果并结合实验室现有工艺条件,确定了RF平面集成电感的结构和制作工艺.通过对回刻等双层金属布线工艺的研究,该文成功地制作出了基于SOI衬底、体硅衬底的RF平面及立体集成电感.实验结果表明,较体硅衬底,SOI衬底不仅大大提高了RF无源集成电感的品质因数,还提高了集成电感的自谐振频率,即提高了电感最高工作频率.同时该文双层金属布线工艺的开发也为实验室工艺技术的发展作出了贡献.基于双层金属布线的实验研究,该文创新性地将多晶硅槽用于RF器件衬底,去除了衬底寄生效应对RF电感的影响;同时利用双层金属布线制作出不同于常规平面集成电感的三维立体集成电感,提高了电感的自谐振频率.这两种新结构的设计拓宽了RF无源器件制造的思路.
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