薄膜平面电感器的FFT模拟

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1、上海交通大学硕士学位论文薄膜平面射频集成电感器FFT模拟姓名：向三名申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：章吉良2002.1.1二曼堡笙垄奎兰堡主堕茎兰兰些丝苎堕竖!亘塾塑叁盛皇堕壁三!!堡垫薄膜平面射频集成电感器FFT模拟摘要(对体积小、重量轻的移动通讯终端设备需求量的剧增，促进了对移动电话等高频设备的、单片微波集成射频器件及系统的研究。而用于滤波器、谐振器的电感器的制备工艺与集成电路制备工艺的兼容性较差。目前应用的射频集成电感器主要是空芯平面线圈电感器，由于电感器线圈和硅基片之间的寄生效应，这种电感器的性能很差，品质因子Q约为3。同时，这种电感器结构与传统的绕线电感器结构有

2、很大的差别，电感器的电感量L并不是与线圈匝数的平方成正比，因此，为获得所需的电感量，这种空芯结构的电感器消耗了大量的芯片面积。把磁性材料以薄膜结构的形式应用到集成电感器上，对电感器线圈可以起到磁通放大的作用，可以提高单位线圈的电感量，降低电感器在芯片上占据的面积，提高芯片的集成度。把磁性薄膜材料应用高频电路中需要解决以下三个问题：1)涡流损耗；2)本征谐振损耗；3)与集成电路加工工艺兼容。要想把磁性薄膜应用于射频集成电路，那么对这种薄膜平面射频集成电感器的分析模拟是电感器结构设计和加工设计最难解决的问题。目前在国外的相关文献上己报道了应用有限元法(FEM)对薄膜平面射频集成电感器进行三维模拟的

3、结果。但这种方法建模复杂，边界条件确定困难，计算量大，需要在工作站上进行，完成电感器线圈空间磁场分布模拟大约需要、，一I小时f1本文首次采用电流镜像法、通电线圈和永磁体等效规则、快速傅立叶变换(FFT)法，对这种结构的电感器进行模拟，模拟结果和FEM法模拟的结果取得了较好的吻合，极大地提高了计算的速度，在个人PC机上模拟出这种结构电感器空间磁场的分布只需1分多钟。从我们的模拟结果可以看出，在线圈面积固定不变的情况下，相对于空芯平面线圈电感器，薄膜平面线圈电感器的电感量L提高50％以上，Q值可以达到8，足以满足实际应用的需要。根据线圈电感量L与线圈匝数、导电线圈高度、薄膜厚度等结构参数关系的模拟

4、结果可知，在高频下，薄膜有一个最佳厚度t，使电感器的电感量达到最大；随着线圈高度的增加，电感器电感量L迅速下降，同时品质因子Q缓慢提高。据此，我们对电感器的加工参数和结构参数进行了优化。最后，结合电感器模拟的结果，从减少电感器薄膜涡流损耗和提高薄膜谐振频率的角度出发，我们提出对电感器的制备工艺进行改进，设计了这种薄膜平面射频集成电感器的制备上海交通大学硕士研究生毕业论文薄膜平面射频集成电感器FFT模拟工艺流程，该制备工艺与集成电路制各工艺是兼容的。关键词有限元法(FEM)，薄膜平面射频集成电感器，电流镜像法，快速傅立叶变换EFFT扩集成电路制备工艺II圭堡至里查兰里主旦至竺兰、业堡茎翌堕!堑壁

5、鉴塞壁皇壁堡三三!堡型FFTSIMULATIONOFTHINFILMPLANARRADIOFREQUENCYINTEGRATEDINDUCTORSABSTRACTAnincreasingdemandforsmallandlightcommunicationproductshasbeenmotivatingresearchonmonolithicintegrationofradiocomponentsandsystems，suchasGHz-rangecellarphonesTheelectroniccomponentleastcompatiblewithsiliconintegrationis

6、theinductor,whichisrequiredforimplementationoffiltersandoscillatorCurrentlythedominatingintegratedinductordesignisanair。corespiralDuetoaparasiticcouplingwiththesilicon，thistypeintegratedinduetorsperformpoorly,withqualityfactorsQ-3beingusual．Theplanarspiralgeometryisfarfrombeingsolenoidalandtheinduct

7、ancedoesnotscaleefficientlywiththenumberofturnsInordertogainneededinductance，thisair-corespiraltypeinductorconsumeslargeamountsofchipareaUseofmagneticfilmsasflux-amplifyingcomponentsyieldssmallerinduc