CMOS兼容高Q值微机电系统悬浮片上螺旋电感

doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.009

兵工学报 ›› 2014, Vol. 35 ›› Issue (5): 634-639.doi: 10.3969/j.issn.1000-1093.2014.05.009

CMOS兼容高Q值微机电系统悬浮片上螺旋电感

卢冲赢¹，徐立新¹，李建华^1,2，付博²，欧修龙²

(1.北京理工大学机电动态控制重点实验室，北京 100081； 2.淮海工业集团有限公司，山西长治 046012)

收稿日期:2013-06-18 修回日期:2013-06-18 上线日期:2014-06-23
作者简介:卢冲赢（1986—），男，博士研究生

CMOS-compatible High-Q Micro-electro-mechanical System Suspended on-chip Spiral Inductor

LU Chong-ying¹， XU Li-xin¹， LI Jian-hua^1,2， FU Bo²， OU Xiu-long²

(1.National Key Laboratory of Science and Technology on Electromechanical Dynamic Control，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China；2.Huaihai Industries Group Co.Ltd，Changzhi 046012， Shanxi，China)

Received:2013-06-18 Revised:2013-06-18 Online:2014-06-23

摘要/Abstract

摘要： 利用微机电系统（MEMS）表面微加工技术设计并制作了一种应用于无线电引信射频前端的CMOS兼容高Q值悬浮片上螺旋电感。电感的制作工艺在热预算和材料选择上均具有良好的CMOS兼容特性。通过采用铜金属悬浮线圈结构减小了片上螺旋电感损耗因素，显著提高了片上螺旋电感Q值。采用电磁场有限元分析软件HFSS对该电感模型进行了仿真研究，完成了悬浮片上螺旋电感的制备并进行了测量。测量结果表明：所设计的CMOS兼容MEMS悬浮片上螺旋电感Q值在1～7.6GHz测量频段均大于20，在7.4 GHz频段最大值达到了38.

关键词: 兵器科学与技术, 微机电系统, CMOS兼容工艺, 悬浮片上螺旋电感, Q值, 无线电引信

Abstract: A COMS-compatible high Q-factor suspended on-chip spiral inductor used in the radio frequency front-end of radio fuze is designed and fabricated using the micro-electro-mechanical system (MEMS) surface-micromachining technology. The fabrication process of inductor is compatible with CMOS in the aspects of both thermal budget and materials. The loss factors of on-chip spiral inductor are reduced by using a suspended copper coil, and the Q-factor is significantly improved. The improved inductor model is analyzed by the electromagnetic finite element analysis software HFSS. The MEMS suspended on-chip inductor is measured. The measurement results show that the Q-factor of inductor is more than 20 in the frequency range of 1～7.6 GHz and reaches 38 at 7.4 GHz.

Key words: ordnance science and technology, micro-electro-mechanical system, COMS-compatible process, suspended on-chip spiral inductor, Q-factor, radio fuze

中图分类号:

TN40
TN405

卢冲赢，徐立新，李建华，付博，欧修龙. CMOS兼容高Q值微机电系统悬浮片上螺旋电感[J]. 兵工学报, 2014, 35(5): 634-639.

LU Chong-ying， XU Li-xin， LI Jian-hua， FU Bo， OU Xiu-long. CMOS-compatible High-Q Micro-electro-mechanical System Suspended on-chip Spiral Inductor[J]. Acta Armamentarii, 2014, 35(5): 634-639.

参考文献

［1］崔占忠．引信发展若干问题[J]．探测与控制学报，2008，30(2)： 1-4．
CUI Zhan-zhong．Some issues on the fuze development[J]．Journal of Detection & Control，2008，30(2)：1-4．（in Chinese）
[2］ Yue C P, Wong S S. On-chip spiral inductors with patterned ground shields for Si-based RF ICs[J]. IEEE Journal of Solid-State Circuits, 1998, 33(5): 743-752.
[3］ Lin Y S，Chen C Z，Liang H B，et al．High performance on-chip transformers with partial polysilicon patterned ground shields(PGS)[J]．IEEE Transactions on Electron Devices．2007，54(1)： 157-160．

[4］ Xu X M，Li P L，Cai M，et al．Design of novel high-Q-factor multipath stacked on-chip spiral inductors[J]．IEEE Transactions on Electron Devices，2012，59(8)：2011-2018．
[5］王建卫，蔡坚，窦新玉，等．陶瓷基板上的集成微电感模型与制作[J]．半导体技术，2009，34(11)：1074-1077．
WANG Jian-wei，CAI Jian，DOU Xin-yu，et al．Model and fabrication of integrated micro-inductors based on ceramic substrate[J]．Semiconductor Technology，2009，34(11)：1074-1077. (in Chinese)
[6］赵小林，王西宁，周勇，等．双层悬空结构射频微电感制作研究[J]．微纳电子技术，2005(1)：30-32．
ZHAO Xiao-lin，WANG Xi-ning，ZHOU Yong，et al．Fabrication and performance of double layer suspended spiral inductor[J]．Micronanoelectronic Technology，2005(1)：30-32. (in Chinese)
[7］ Raieszadeh M，Monajemi P，Yoon S W，et al．High-Q integrated inductors on trenched silicon island[C]∥Proceedings of the 18th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems. Atlanta：IEEE，2005：199-202．
[8］ Ozrur M，Zaghloul M E，Gaitan M．Optimization of backside micromachined CMOS inductors for RF applications[C]∥IEEE International Symposium on Circuits and Systems. Geneva：IEEE，2000：V185-V188．
[9］ Lin J W，Chen C C，Cheng Y T，et al．A robust high-Q micromachined RF inductor for RFIC applications[J]．IEEE Transactions on Electron Devices，2005，52(7)：1489-1496．
[10］ Yoon J B，Choi Y S，Kim B I，et al．CMOS-compatible surface-micromachined suspended-spiral inductors for multi-GHz silicon RF ICs[J]．IEEE Electron Devices Letters，2002，23(10)：591-593．
[11］ Yue C P，Wong S S．Physical modeling of spiral inductors on silicon[J]．IEEE Transactions on Electron Devices，2000，47(3)：560-568．
[12］ Faraji-Deza R，Chow Y L．The current distribution and AC resistance of a microstrip structure[J]．IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques，1990，38(9)：1268-1277．
[13］ Tai C M，Liao C N．Multilevel suspended thin-film inductors on silicon wafers[J]．IEEE Transactions on Electron Devices，2007，54(6)：1510-1514．
［14］ NIE Wei-rong, XI Zhan-wen, XUE Wei-qing, et al. Study on inertial response performance of a micro electrical switch for fuze［J］. Defence Technology, 2013, 9(4): 187-192.

[1]	石树正，耿文平，刘勇，毕开西，李芬，丑修建. d₃₁模式四悬臂梁压电MEMS加速度计[J]. 兵工学报, 2022, 43(8): 1998-2006.
[2]	周伯俊, 于传强，刘志浩，柯冰. 基于高压储能的特种车辆快速起竖技术与验证[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1488-1497.
[3]	高月光，冯顺山，刘云辉，黄岐. 不同端盖厚度的圆柱形装药壳体破片初速分布[J]. 兵工学报, 2022, 43(7): 1527-1536.
[4]	解瑞珍，褚恩义，戴旭涵，苏谦，薛艳，任小明，刘兰，刘卫. 微起爆序列设计及传爆与隔爆性能[J]. 兵工学报, 2021, 42(6): 1178-1184.
[5]	娄伟鹏，郑长松，李和言，陈建文，张周立，马源. 高速《Symbol》v湿式换挡离合器排油阀临界开启和关闭压力研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1665-1672.
[6]	王宪成，杨绍卿，马宁，赵文柱. 车辆柴油机缸套动载荷磨损计算模型研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1673-1680.
[7]	孙皓泽，常天庆，王全东，孔德鹏，戴文君. 一种基于分层多尺度卷积特征提取的坦克装甲目标图像检测方法[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1681-1691.
[8]	张玉燕，孙莎莎，王振春，曹海要，战再吉. 高速载流电枢表面瞬态温度场仿真与测量[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1692-1698.
[9]	李臣明，宦超，石怀龙. 某箱式火箭炮对面目标分布式杀伤最优火力分配[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1699-1704.
[10]	雷娟棉，张嘉炜，谭朝明. 小攻角下船尾外形对旋转弹丸马格努斯效应影响的数值研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1705-1715.
[11]	李泽，闫晓鹏，栗苹，郝新红，王建涛. 扫频式干扰对调频多普勒引信的干扰机理研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1716-1722.
[12]	张浩为，谢军伟，张昭建，宗彬锋，陈唐军. 基于混合自适应遗传算法的相控阵雷达任务调度[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1761-1770.
[13]	李茂，侯海量，朱锡，黄晓明，李典，陈长海，胡年明. 结构间隙对芳纶纤维增强复合装甲结构抗侵彻性能的影响[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1797-1805.
[14]	王鉴, 韩焱, 王黎明, 张丕状, 陈平. 弹丸在膛内运动的回波信号瞬时频率估计方法研究[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1806-1814.
[15]	刘海鸥，张文胜，徐宜，赵梓烨. 基于核密度估计的履带车辆传动轴载荷谱编制[J]. 兵工学报, 2017, 38(9): 1830-1838.

CMOS兼容高Q值微机电系统悬浮片上螺旋电感

CMOS-compatible High-Q Micro-electro-mechanical System Suspended on-chip Spiral Inductor

PDF

可视化

被引次数

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价