MEMS微波/毫米波TaN薄膜负载电阻的设计与实现

开展了一种基于MEMS工艺的微波/毫米波薄膜负载电阻的结构设计和工艺实现,该负载电阻选择TaN作为薄膜材料,高阻硅为基底材料,仿真设计并优化了三种新型结构,给出了一套MEMS TaN薄膜负载电阻制备的工艺流程,并针对该工艺流程方案进行了关键参数的工艺误差仿真,实现了适用于20~40 GHz频率内的三种MEMS TaN薄膜负载电阻的工艺制作和测试。测试结果表明,结构一、结构二和结构三的回波损耗分别小于-22,-18和-18.5 dB,并将结构一成功运用于32~34 GHz毫米波频段内的MEMS隔离器,MEMS隔离器的隔离度大于25 dB,插入损耗小于0.5 dB。MEMS TaN薄膜负载电阻具有很好的负载吸收功能,适合微波/毫米波通信发展需求。

面心立方结构TaN_δ薄膜功率电阻研究

TaN薄膜电阻由于具有高的微波承受功率、低的电阻温度系数以及良好的化学稳定性，是目前常用的功率电阻。在Ar／N2混合气氛下，利用直流反应溅射制备了面心立方结构的TaN薄膜功率电阻。实验发现，当Ta／N原子比在0．9～1．2之间时，可以形成比较好的面心立方结构TaN。其电阻温度系数约为-1．86‰／℃，对于6mm（长）×0．3mm（宽）×0．25μm（厚）的薄膜电阻，微波承受功率超过3W，而Ta薄膜电阻承受微波功率小于2W。

CAS玻璃釉对TaN薄膜电阻器功率影响研究

采用反应直流磁控溅射法在镍锌铁氧体基片上制备的TaN薄膜电阻器,由于镍锌铁氧体基片表面平整性差,散热性能低,制得的电阻器功率为1 W。通过制作CaO-Al2O3-SiO2(CAS)玻璃釉,以丝网印刷的方式对基片表面进行处理,再经过850℃烧结处理,得到具有一定表面平整性的基片。基于处理后的铁氧体基片制作的TaN薄膜功率电阻器的功率显著提高,从1 W提升到了2.5 W。

AlN薄膜对TaN薄膜电阻器功率影响研究

利用直流磁控溅射,在镍锌铁氧体基片上制作的TaN薄膜电阻器,受到铁氧体表面及内部结构特性差且导热系数低的影响,功率密度只能达到0.91 W/mm^2。利用射频磁控溅射,在铁氧体基片与薄膜电阻器间镀上1.5μm厚的AlN薄膜缓冲层,可有效改善基片的表面特性及散热能力。带AlN薄膜缓冲层的TaN薄膜电阻器的功率密度可达3.76 W/mm^2。

溅射功率对TaN薄膜电阻电性能的影响

本文利用直流反应磁控溅射技术，通过调节溅射功率于200℃、3％的氮分压条件在Al2O3基片上沉积了一系列TaN薄膜，并使用光刻工艺制备出相应的TaN薄膜电阻，研究了溅射功率对TaN薄膜电阻率、电阻温度系数（TCR）和功率容量的影响。实验结果表明：当溅射功率从200W增大到1000W，TaN薄膜电阻率逐渐减小，TCR绝对值从几百ppm／℃降为几十ppm／℃，功率容量呈现逐渐增大趋势。

基于薄膜电阻加载的宽带电场探头工艺的实现

基于分布式薄膜电阻加载的电场探头,可实现电场辐射的高灵敏度低失真宽带电场辐射检测。基于薄膜混合集成电路工艺,在Al_(2)O_(3)陶瓷上使用8~12Ω/TaN薄膜用来制作电场探头天线,使用200~300Ω/TaN薄膜用来制作分布式低通滤波器及高阻传输线。通过沉积TiW/Au薄膜作为光刻蚀硬掩膜,经过多次套刻对准,将两种方阻TaN材料薄膜电阻分别进行保护或隔离,有效实现了TaN材料两种方阻电阻薄膜互连,最终将制作的陶瓷薄膜电路与检波二极管微组装成3 MHz~18 GHz及100 MHz~60 GHz电场探头,动态范围为0.5~650 V/m,实现了电场辐射超宽带高灵敏度感知。

DC-18GHz微波功率薄膜电阻器的设计及制作

设计并仿真了频率范围为DC-18GHz,功率负载为20W的微波功率薄膜电阻器,根据仿真结果,采用反应磁控溅射法制备了TaN微波功率薄膜电阻器。仿真结果表明,所设计的薄膜电阻器在DC-18GHz频率范围内,电压驻波比均小于1.2,加载20W微波功率时,薄膜电阻器表面的最高温度为108℃。实验结果表明,所制备的TaN薄膜电阻器在DC-18GHz频率范围内,电压驻波比小于1.25;加载20W直流功率96小时,电阻器的阻值变化小于2%,表面最高温度为105℃;在25-125℃温度范围内电阻器的温度电阻系数为-40ppm/℃。

一种L~Ka波段可调MEMS SOLT校准件的设计

针对矢量网络分析仪(VNA)及其测试连接系统校准的宽频带、低功耗、易操作的需求,设计了一款适用于L~Ka波段的可调微机电系统(MEMS)SOLT校准件.该结构校准件以串联、并联式MEMS开关为基础,首先设计出一款串并联混合式MEMS开关,并将负载电阻与MEMS开关进行集成,结合校准件的SOLT原理,利用该开关对信号的选通功能实现短路、开路、负载和直通4种校准状态.该结构的校准件弥补了传统校准件操作复杂、人为误差较大的不足,具有体积小、精度高、易于操作的特点.利用HFSS仿真软件对器件性能进行优化仿真,在L~Ka波段范围内,器件在直通、开路及短路状态下的损耗分别优于1.89 dB,1.8 dB及0.33 dB,阻抗稳定在50.5Ω.

旋磁基片DC-10GHz微波功率电阻器设计制作

基于旋磁基片设计并通过光刻工艺制作DC-10 GHz微波电阻器。通过HFSS仿真设计制作DC-10 GHz电阻器,采用磁控反应溅射制作TaN薄膜,电压驻波比VSWR均小于1.25。旋磁基片微波电阻器相对于应用广泛的氧化铝基片微波电阻器,可直接集成于同样以旋磁为基片的结环行器中,从而能制作出更加小型化的微波隔离器,有效减小器件体积,符合现代通信产品小型化、集成化的发展要求。

被釉BeO基片薄膜电阻器的设计和制备

基于被釉BeO陶瓷基片设计并制备了DC-20GHz薄膜电阻器。HFSS软件仿真结果表明,在该频率范围内,所设计薄膜电阻器的电压驻波比(VSWR)均小于1.2。利用射频磁控溅射法和光刻工艺在被玻璃釉平整化改性过的BeO基片上制备了所设计的薄膜电阻器。测试结果和仿真结果的对比表明,BeO基片表面的玻璃釉层并不会对电阻器的微波性能造成明显的不良影响。

LCP柔性基板的薄膜电阻制作技术

针对液晶聚合物(LCP)柔性基板高频电子封装应用需求,采用一种薄膜溅射工艺直接在LCP柔性基板上制作TaN薄膜电阻,研究不同等离子体预处理方式对LCP表面形貌和LCP表面薄膜金属膜层附着强度的影响,进一步研究溅射气压和氮气体积分数等参数对电阻性能的影响,考察LCP柔性基板上的TaN薄膜电阻精度及电阻温度系数(TCR),并制备出50Ω的薄膜电阻。结果表明:当射频功率为300 W的氧等离子体预处理600 s时,LCP表面的面粗糙度低,LCP基板表面薄膜金属膜层附着强度高,其值>5.0 N/mm^(2);当溅射功率为400 W、氮气体积分数为3%、溅射气压为0.2 Pa时,制备的TaN薄膜电阻的阻值精度高,阻值精度≤±4%,TCR电阻稳定性能好。

TaN薄膜电阻的功率加载特性研究

通过射频反应溅射,在氧化铝基板上制备了TaN薄膜电阻。研究了TaN薄膜电阻在不同加载功率密度下表面温度的变化,研究了高温下TaN薄膜氧化所造成的电阻失效。按照混合集成电路规范的测试条件,在环境温度为70℃,TaN薄膜电阻的厚度为0.1μm,氧化铝基板厚度为0.125mm的条件下,TaN薄膜电阻可以耐受4W/mm2的功率密度,或者9.4W/mm2的1min瞬时功率密度冲击。