柔性无源电子器件和互连线的射频特性研究

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1、柔性无源电子器件和互连线的射频特性研究Studyofradio-frequencycharacteristicsofflexiblepassivedevicesandinterconnects学科专业：微电子学与固体电子学研究生：徐艳蒙指导教师：秦国轩副教授天津大学电子信息工程学院二零一五年十二月摘要近年来，高速柔性电子以其结构轻薄、可弯曲折叠、机械性能稳定、高效以及更轻的质量和低成本制造工艺等优势得到了国内外广泛关注和研究。进而高速柔性薄膜器件电路得到了不断的研究发展，目前已经研究出了柔性薄膜晶体管（TFT）、柔性微波PI

2、N二极管以及柔性射频开关电路等。这表明在塑料衬底上制作柔性单片微波集成电路有很大的发展前景。为建立高速柔性集成电路与系统，高性能的柔性无源元件如电感、电容和互连线都是不可或缺的，对其射频特性的研究是至关重要的。本文首先介绍了基本电学理论、柔性螺旋电感的版图参数和工艺参数，详细分析了等效电路模型、损耗机制和性能指标；运用三维电磁仿真软件HFSS仿真研究了各版图参数和工艺参数对其射频特性的影响，证明了其性能优于传统的硅基螺旋电感，提出了改进的等效电路模型，讨论分析了柔性电感处于弯曲态下的射频特性，并采用CleWin软件完成了柔性

3、螺旋电感的版图设计。然后介绍了柔性MIM电容的工艺结构和参数，分析了其经典的等效电路模型和性能指标，重点运用HFSS软件研究了提升其性能的方案，并分析了其弯曲态下的射频特性变化，完成了不同版图尺寸的柔性MIM电容的版图设计。最后对柔性互连线的射频特性进行了分析。本文介绍了CPW（共面波导）的基本结构和分布模型，推导了其性能指标的计算公式，重点研究了不同柔性衬底结构对其损耗特性的影响，研究表明采用PET/SU-8衬底结构的CPW损耗最小，并与传统的硅基CPW进行了各性能参数的对比，完成了不同衬底结构上不同版图尺寸的柔性互连线的

4、版图设计。关键词:柔性器件，螺旋电感，MIM电容，互连线，射频特性ABSTRACTHigh-speedflexibleelectronicshavereceivedlotsofattentionfortheiruniqueadvantagessuchaslight-weight,bendability,mechanicalstability,lowcostandsoon.AndflexiblemicrowaveTFTs,flexiblemicrowavePINdiodesandswitcheshavebeenrealized

5、basedonsemiconductornanomembranes,whichindicatesthepossibilityofflexiblemonolithicmicrowaveintegratedcircuitsbasedonplasticsubstrates.Besides,high-performanceflexiblepassivedevicessuchasinductors,capacitorsandinterconnectsarealsoindispensablefortherealizationofhigh

6、-speedflexibleintegratedsystems.Thestudyofradio-frequencycharacteristicsofflexiblepassivedevicesiscriticalandimportant.Firstly,accordingtothebasicelectricaltheory,thispaperintroducesthelayoutparametersandprocessparameters,andmakesadetailedanalysisoftheequivalentmod

7、el,lossmechanismsandperformanceindexes.Afull-waveelectromagnetic(EM)simulatorHFSSisusedtoaccuratelycharacterizespiralinductorsonaplasticsubstrate.Studiesoftheperformanceofspiralinductorsonaplasticsubstratehavebeencarriedoutsoastoshedlightontherolesoflayoutandproces

8、sparameters.Itprovesthatthespiralinductoronaplasticsubstrateexhibitsbetterperformancecomparedtotheoneonconventionalsiliconsubstrates.Theimprovede