Глава 4- Конденсаторы и катушки индуктивности

зазор = 5 мкм

80 мкм

200 мкм

ширина = 5 мкм

Рис. 4.48. Схема с размерами гребенчатого микроконденсатора с регулируемой диэлектрической проницаемостью. Репродукция из книги S.W. Kirchoefer,

J.M. Pond, А.С. Carter, W. Change, К.К. Agar-wal, J.S. Horwitz, D.B. Chrisey, 1998, ((Microwave properties of BaxSri-xTiOa thin film interdigitated

capacitors!). Microwave and Optical Technology Letters 18(3): 168-171 с разрешения IEEE, © 1998 IEEE

115 MKM

Многим разработчикам удалось улучшить рабочие характеристики микросистем на кремниевой подложке, применив микроиндукторы и микроконденсаторы, реализованные с использованием современных технологических приемов, таких как:

- удаление подложки из-под компонентов и формирование изолированных индукторов для отделения элементов от подложки,

- применение металлических слоев с высокой удельной проводимостью для уменьшения потерь в индукторе,

- использование многослойной металлизации либо для шунтирования индукторов для уменьшения потерь, либо для снижения плошади индукторов,

- применение подложек с малыми потерями для снижения потерь на высоких частотах.

При рассмотрении разработки пассивных компонентов было показано, что нет линейной зависимости между количеством витков и плошадью индукторов и их добротностью, и что всегда приходится

4-5. Заключение

выбирать компромисс между величиной индуктивности и добротности. Таблица 4.3 была составлена для помоши разработчикам при выборе способа оптимизации индукторов. На низких частотах при увеличении индуктивности индукторов их добротность возрастает, за счет того, что на частотах меньше 1 ГГц одновременно с этим падает последовательное сопротивление. На высоких частотах возрастает влияние подложки, закономерность переворачивается и становится следующей: чем меньше индуктивность индуктора, тем выше его добротность.

Добротность индуктора можно улучшить, отделив индуктор от кремниевой подложки при помощи толстого слоя оксида. Поскольку при увеличении толщины оксидного слоя влияние подложки будет уменьшаться, это приведет к повышению добротности. Однако при возрастании частоты емкость оксидного слоя может вызвать его шунтирование, что опять повысит влияние подложки и уменьшит добротность индуктора.

Значительное повышение добротности происходит при увеличении толщины металлических проводников, но только до определенного предела. Это объясняется тем, что при большой толщине проводника ток течет только по нижней его части и поэтому, чем толще металл, тем менее эффективно снижается последовательное сопротивление.

Таблица 4.3. Тенденции изменения рабочих характеристик интегрированных индукторов

Здесь: t - увеличение, j - уменьшение, jf - минимум, Q ax - максимальная добротность, L - индуктивность, fres - резонансная частота, => в результате. Источник: Koutsoyannopoulos, Papananos, 2000

Глава 4- Конденсаторы и катушки индуктивности

Паразитная емкость индуктора определяет его собственную резонансную частоту и рабочий частотный диапазон. Поэтому при разработке микроиндукторов очень важно контролировать величину паразитных емкостей.

В этой главе были затронуты вопросы моделирования, анализа и оптимизации микроструктур. Это очень сложные вопросы, поскольку характеристики материалов, используемых для построения нано- и микро- структур сильно зависят от их объемных свойств. В недавнем прошлом разработчики для проектирования новых моделей использовали результаты исследований предыдущих моделей. Но такой подход не дает ни возможности оптимизации, ни свободы разработчикам при выборе таких параметров, как индуктивность, сопротивление, емкость и добротность. В этой главе приведены несколько простых и точных методик для разработки пассивных компонентов.

И, наконец, в таблицах 4.4 и 4.5 представлена эволюция развития микроиндукторов и микроконденсаторов.

Продолжение таблицы 4.4.

о ж

л

ж

о о

о

е ж

е

ж о

п

е

Продолжение таблицы 4.4.

л Ж

1 w1