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基于mems工艺的毫米波SIW硅基滤波器研究

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基于MEMS工艺的毫米波SIW硅基滤波器研究

作者：邹圣瑛哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着无线通信技术的发展,5G应运而生,并以其较广的连接性、较高的速率、较高的可靠性及较低的时延在多个行业得以应用。5G频段可分为低频Sub-6G频段和高频毫米波频段,目前大多数国家将研究重心放在毫米波频段上。滤波器能够控制微波系... 详细信息

随着无线通信技术的发展,5G应运而生,并以其较广的连接性、较高的速率、较高的可靠性及较低的时延在多个行业得以应用。5G频段可分为低频Sub-6G频段和高频毫米波频段,目前大多数国家将研究重心放在毫米波频段上。滤波器能够控制微波系统中某处的频率响应,在通带内提供传输特性,在阻带内提供衰减特性,在通信系统中发挥着重要作用。基片集成波导结构是介于微带线与传统波导之间的一种结构,不仅具备低损耗、高Q值、大功率容量等传统波导结构的优点,还具备小尺寸、低成本、易于与外电路连接等微带线结构的优点。近年来,基片集成波导毫米波滤波器逐渐成为研究热点。本课题在对基片集成波导滤波器进行广泛调研的基础上,基于这种结构设计并加工了一个毫米波带通滤波器;该滤波器通带位于5G的n258频段,中心频率为25.875GHz,带宽为3.25GHz。具体的研究内容包括滤波器的仿真设计、性能优化、mems加工、测试以及测试结果与仿真结果的对比分析和仿真验证。首先是滤波器的仿真设计及优化。本课题采用耦合系数法,根据设计指标计算了滤波器的设计参数,并在电磁仿真软件HFSS中进行三维建模和仿真设计。在理论设计的基础上,采用软件优化和手动调试相结合的方式进行优化,并加入截断开槽的抑制结构有效拓展了阻带宽度。最终仿真结果的中心插入损耗为-1.42d B,带内平坦度为1d B,矩形系数为1.89,阻带拓展至40GHz,达到了较好的综合滤波效果。其次是采用mems工艺对滤波器进行加工。根据基片集成波导滤波器的结构,制定了滤波器的加工流程。加工前使用L-edit软件分层绘制滤波器版图并制成掩模版,进行加工前的工艺准备。随后经过光刻工艺、盲孔加工工艺、电镀工艺等mems工艺步骤实现滤波器的实体加工。最终是对滤波器的性能进行测试和对比分析。将高频探针、高频探针台、矢量网络分析仪等测试设备通过高频电缆进行连接,搭建了完整的测试系统。采用全双端口校准方法对测试系统进行校准,之后进行滤波器测试。最终将实测曲线与仿真曲线进行了对比,两者的S参数曲线大致吻合,验证了本课题设计加工滤波器的合理性与实用性;两者差距主要体现在回波损耗和片内一致性上,将分析得到的影响因素映射到滤波器三维模型上在HFSS中进行仿真验证。

关键词：基片集成波导带通滤波器 mems工艺毫米波 HFSS仿真

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基于mems工艺的W频段高效功率合成

基于MEMS工艺的W频段高效功率合成

作者：于士同中国电子科技集团公司电子科学研究院

学位级别：硕士

随着无线通讯技术在毫米波和太赫兹频段的快速发展与应用,对功率器件的输出需求也越来越大,单个的功率放大芯片难以满足大功率输出的要求,同时传统的W频段功率合成方式尺寸大,难以与其他平面电路集成,限制了其在小平台上的应用。因此本... 详细信息

随着无线通讯技术在毫米波和太赫兹频段的快速发展与应用,对功率器件的输出需求也越来越大,单个的功率放大芯片难以满足大功率输出的要求,同时传统的W频段功率合成方式尺寸大,难以与其他平面电路集成,限制了其在小平台上的应用。因此本文针对上述几点开展高效率、小型化功率合成的研究。通过探索设计多层硅基类波导多路功率合成的结构,实现W频段小型化、高效率的功率合成,为W频段雷达、通信、射电天文、成像、导航、避障等需要大功率输出的微波系统和工程应用场景下的军用和民用领域提供解决方案。本课题主要任务就是针对W频段高效的功率合成展开研究,同时在结构上综合考虑尺寸、性能、工艺等因素,利用空间功率合成效率高的优点,通过设计多路功率合成的结构,实现W频段小型化、高效率的功率合成。基于硅材料,使用mems工艺,极大提升加工精度,也使得整体性能更好、尺寸更小,更易于集成。其中,设计的功率合成器均工作在90～96GHz。本论文的主要工作如下:1.研究基于微制造（microfabricated）技术的传输网络电磁特性。分析不同传输线结构差异和优缺点,为实现W频段低损耗易平面集成信号传输结构提供设计方法。2.研究多层硅基类波导功分器。研究多路探针到硅基波导的耦合机理,利用空间多路分配原理,设计基于硅基多层的多路类波导功分器。3.研究硅基多层堆叠高效率功率合成器。分析功率放大器在硅基波导中的电磁特性,研究高隔离度多路功率放大器集成方式,研制出高效率功率合成器。

关键词： mems工艺空间功率合成硅基波导插入损耗回波损耗

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mems集成爆炸箔芯片的发火性能研究

火工品 2024年

作者：杨智王一飞黎浩学韩书锋王玉强朱朋西安航天动力技术研究所南京理工大学化学与化工学院

为了实现高速飞片输出和爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator, EFI）低能发火，依据EFI工作原理，进行Cu桥箔电热仿真、PC（聚氯代对二甲苯）飞片冲击作用参数计算和SU-8加速膛结构确定。基于结构设计参数，采用微机电系统（Micro-E... 详细信息

为了实现高速飞片输出和爆炸箔起爆器（Exploding Foil Initiator, EFI）低能发火，依据EFI工作原理，进行Cu桥箔电热仿真、PC（聚氯代对二甲苯）飞片冲击作用参数计算和SU-8加速膛结构确定。基于结构设计参数，采用微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System, mems）工艺实现了爆炸箔芯片一体化批量制备，并开展了mems集成爆炸箔芯片的桥箔电爆特性、飞片实时速度和冲击起爆性能测试。结果表明：基于小尺寸桥箔结构在较低放电电压下就能够获得较高的飞片速度，并且在加速膛口飞片速度达到峰值速度的96%以上；冲击起爆HNS-IV药柱的最低发火条件为0.22μF/1 100 V，实现了EFI低能发火。

关键词：集成爆炸箔芯片 mems工艺飞片实时速度低能发火

基于mems工艺的电学TEM芯片研发与应用

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材料科学与工程学报 2021年第5期39卷 716-720,796页

作者：孙扬金传洪浙江大学材料科学与工程学院硅材料国家重点实验室浙江杭州310027

透射电子显微镜利用电子束与样品相互作用成像,可提供原子分辨率的结构和成分信息、原子尺度的空间结构和化学成分等信息,是研究材料微观结构与性能关系的有效手段。随着材料尺寸的不断缩小,其电学性质受结构、形貌的影响显著,在纳米乃... 详细信息

透射电子显微镜利用电子束与样品相互作用成像,可提供原子分辨率的结构和成分信息、原子尺度的空间结构和化学成分等信息,是研究材料微观结构与性能关系的有效手段。随着材料尺寸的不断缩小,其电学性质受结构、形貌的影响显著,在纳米乃至原子尺度下研究纳米材料的电学性能十分必要。通过半导体微制造工艺,设计、制备了一款原位电镜用四电极电学芯片,并结合原位样品杆和高精度数字源表,测量了不同条件下制备的单层二硫化钼材料的电流-电压特性曲线。

关键词：原位透射电子显微学四电极电学芯片 mems工艺 I-V曲线

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基于mems工艺柔性电极制备与测试

仪表技术与传感器 2016年第6期 21-24页

作者：崔建利李策郭浩陈艳香石云波中北大学电子测试技术国家重点实验室仪器科学与动态测试教育部重点实验室山西太原030051

针对柔性技术对柔性可拉伸电极的需求,提出一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底上制备具有周期为8μm"三角波"结构Ag薄膜电极的方法。采用mems工艺技术制作柔性电极模板,结合PDMS倒模、plasma表面修饰、磁控溅射金属Ag的方法,制备了可... 详细信息

针对柔性技术对柔性可拉伸电极的需求,提出一种在聚二甲基硅氧烷(PDMS)柔性衬底上制备具有周期为8μm"三角波"结构Ag薄膜电极的方法。采用mems工艺技术制作柔性电极模板,结合PDMS倒模、plasma表面修饰、磁控溅射金属Ag的方法,制备了可拉伸柔性电极。通过测量柔性电极的初始电阻值、阻值与柔性衬底拉伸形变量的关系以及柔性电极的拉伸极限,测试结果表明该方法实现了粘附性能好、初始阻值小、重复性可靠、电阻变化速率小、拉伸形变为65%的可拉伸柔性电极。同时该方法制备的柔性电极尺寸、周期等参数可控,应用领域得到延伸,可适应不同需求的柔性电极的制备。

关键词： mems工艺柔性电极 PDMS

基于mems工艺的半导体电阻式气敏元件的研究

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仪表技术与传感器 2010年第1期 4-6页

作者：任继文唐晓红华东交通大学机电工程学院江西南昌330013

介绍了半导体电阻式气敏元件工作原理,设计了一种基于mems工艺的薄膜气敏元件结构,此结构以Si3N4/SiO2/Si3N4复合薄膜作为支撑隔热层,蜿蜒状多晶硅作为加热层,梳状Ag电极作为气敏薄膜信号电极,SiO2作为加热层与Ag电极的绝缘层,并在SiO2... 详细信息

介绍了半导体电阻式气敏元件工作原理,设计了一种基于mems工艺的薄膜气敏元件结构,此结构以Si3N4/SiO2/Si3N4复合薄膜作为支撑隔热层,蜿蜒状多晶硅作为加热层,梳状Ag电极作为气敏薄膜信号电极,SiO2作为加热层与Ag电极的绝缘层,并在SiO2绝缘层上刻蚀通孔形成加热层与金属互连。该结构具有通用性,对不同气敏特性的材料均适用,且易于改进为组合结构或阵列结构。最后,对其工艺进行了阐述。

关键词：气敏元件 mems工艺半导体

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基于mems工艺的集成爆炸箔起爆器研究

上海航天 2019年第S1期36卷 120-126页

作者：郭宁周文渊李建李鸿高朱朋沈瑞琪陈楷上海航天动力技术研究所上海201109 华东微电子技术研究所安徽合肥230088 南京理工大学化工学院江苏南京210094

针对传统爆炸箔起爆器功耗高、体积大等问题,对基于mems工艺制备的低功耗、小型化集成爆炸箔起爆器进行研究。从仿真设计、工艺制备和试验表征3个方面对集成爆炸箔起爆器进行了较为系统的研究。试验结果表明:运用mems工艺制备的集成爆... 详细信息

针对传统爆炸箔起爆器功耗高、体积大等问题,对基于mems工艺制备的低功耗、小型化集成爆炸箔起爆器进行研究。从仿真设计、工艺制备和试验表征3个方面对集成爆炸箔起爆器进行了较为系统的研究。试验结果表明:运用mems工艺制备的集成爆炸箔起爆器可成功起爆HNS炸药,采用PC/Cu复合飞片与SU-8光刻胶等新型材料集成制备爆炸箔起爆器是可行的。

关键词： mems工艺集成爆炸箔起爆器最佳设计参数性能表征

基于mems工艺W频段高效功率合成器的设计

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电子测量技术 2021年第9期44卷 31-35页

作者：于士同邢小明夏侯海南京电子技术研究所南京210039

传统W波段功率合成器因为尺寸大很难与其他平面电路集成,限制了其在小尺寸平台上的应用。为了解决这个问题,开展高效率、小型化功率合成器的研究。提出了一种新型2路波导空间功率合成器结构,基于硅材料,使用mems工艺和晶圆键合三维堆叠... 详细信息

传统W波段功率合成器因为尺寸大很难与其他平面电路集成,限制了其在小尺寸平台上的应用。为了解决这个问题,开展高效率、小型化功率合成器的研究。提出了一种新型2路波导空间功率合成器结构,基于硅材料,使用mems工艺和晶圆键合三维堆叠技术,在硅基上开展多路功率合成,实现W频段高效率、小型化的功率合成。极大提升加工精度,使得整体性能更好、尺寸更小、更易于集成。仿真结果显示,整体结构在90~96 GHz频率范围内,回波损耗低于-22.5 dB,插入损耗优于-0.22 dB,整体功率合成效率优于95%。

关键词： mems工艺空间功率合成硅基波导插入损耗回波损耗

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基于mems工艺的太赫兹滤波器的研究

基于MEMS工艺的太赫兹滤波器的研究

作者：崔博华电子科技大学

学位级别：硕士

太赫兹空间通信集成了微波通信与光通信的优点,具有体积小、高保密性、定位精确、高速率以及大容量等特点,有着广阔的应用前景,因此开展太赫兹通信研究具有非常重要的意义。在太赫兹通信的开发和利用中,离不开太赫兹功能器件的发展,而... 详细信息

太赫兹空间通信集成了微波通信与光通信的优点,具有体积小、高保密性、定位精确、高速率以及大容量等特点,有着广阔的应用前景,因此开展太赫兹通信研究具有非常重要的意义。在太赫兹通信的开发和利用中,离不开太赫兹功能器件的发展,而太赫兹滤波器作为通信系统中的重要无源器件,它的好坏直接影响了通信系统的总体指标,其发展不容忽视。本文研究的主要内容是太赫兹滤波器技术以及mems(微电子机械系统)工艺,在此基础上研制应用在太赫兹系统中的140GHz带通滤波器,其主要研究内容如下： 1、介绍了滤波器的基本理论和设计的原理,设计了三种方案的140GHz的太赫兹滤波器并对其进行了讨论确定了滤波器的结构与技术路线,然后介绍了矩形波导滤波器的设计方法和过程。 2、介绍了制作滤波器的工艺流程,并对每一步工艺进行了分析与仿真。 3、对滤波器进行了第一次加工,对滤波器进行测试以及电镜扫描后改进了制作工艺,进行了第二次加工,经测试滤波器达到了指标要求。实测的滤波器指标如下,中心频率138GHz;通带带宽10GHz;矩形系数40dB/3dB≤2;带内插损：≤1.5dB;带内纹波：≤0.5dB;回波损耗：≥18dB。最后对实验结果进行了分析,提出了进一步改进及完善的措施。

关键词： mems工艺太赫兹滤波器