[发明专利]一种MEMS可调悬空螺旋电感

说明书

本发明涉及一种MEMS可调悬空螺旋电感，属于微机电器件和通信技术领域。本发明在两段悬空螺旋电感之间设置上电极，通过控制上电极和下电极之间的驱动信号，调节上电极和下电极之间的间距，改变左侧悬空螺旋电感和右侧悬空螺旋电感中各个金属线圈之间的横向间距和纵向间距，以及两个悬空螺旋电感与信号传输线之间的纵向间距，从而改变磁通线分布，调节电感值，获得所需电感量。采用本发明的可调悬空螺旋电感，可以与其他MEMS器件兼容制作，应用在可调谐智能天线等通信领域。与现有可调电感相比，本发明能够节约结构面积，减小寄生效应，简化工艺流程，实现连续可调电感值。

技术领域

本发明涉及一种MEMS可调悬空螺旋电感，属于微机电器件和通信技术领域。

背景技术

电感是实现滤波、调谐、放大、阻抗耦合和频率耦合的基础器件。高品质因数的片上可集成电感能够提高射频滤波器、功率放大器、低噪声放大器、锁相环和天线等射频单元的性能，进而提高通信系统的性能，缩小系统体积。进一步地，在支持多工作频段、多制式的通信系统中，可调电感能够根据系统所需的不同工作频率，通过改变电感的结构、形状、长度等方式，获得不同的电感值，与电容、电阻等其他无源器件构成阻抗匹配网络，应用在天线调谐等单元中。

采用传统标准集成电路工艺和表面微加工工艺在衬底表面制作的平面电感，衬底的漏电损耗以及电感线圈与衬底之间的涡流损耗等损耗均会随着频率的增加而增大，难以在高频段实现较高的品质因数。采用固有损耗低的衬底材料、将衬底腐蚀成多孔硅以及使用地屏蔽等方法优化的平面电感，虽然能够减小衬底耦合效应和寄生效应，但工艺复杂度提高。

基于MEMS(微机电)技术加工制作的悬空螺旋电感，可以通过牺牲层工艺实现电感线圈与衬底的完全隔离，采用电镀工艺实现电感中心引出线的制作，进一步减少了衬底引入的损耗，能够获得更高的集成度和更好的射频性能。同时，MEMS电感与传统集成电路工艺兼容，满足通信系统集成化、小型化的应用需求。

在此基础上，可采用多种方式实现的MEMS可调悬空电感。2008年，Mina Rais-Zadeh等人在MEMS Switched Tunable Inductors一文中，采用MEMS开关阵列选通不同电感，从而获得不同电感值，但结构复杂且所得电感值离散不连续。2015年，F.Khan等人在MEMS-based tunable meander inductor一问中，采用连接热驱动结构的方式，通过拉伸线圈改变线圈间距，从而调节电感，但需要进行温度控制，较难在实际中应用。

发明内容

本发明的目的是提出一种MEMS可调悬空螺旋电感，改变已有的可调悬空螺旋电感的结构，使电感线圈与衬底隔离，不再引入其他的驱动结构，与MEMS器件和IC元件集成制作，以满足可调电感对高品质因数、连续可调和集成化的应用需求。

本发明提出的MEMS可调悬空螺旋电感，包括衬底、衬底隔离层、地线、信号传输线、左侧螺旋电感、右侧螺旋电感、上电极、下电极和空气桥，所述的衬底隔离层置于衬底上，所述的上电极和下电极置于衬底隔离层上，上电极和下电极之间设有电极隔离层；所述的信号传输线有两根，两根信号传输线分别置于下电极左右两侧的衬底隔离层上；所述的左侧螺旋电感和右侧螺旋电感分别位于左右两侧的两根信号传输线的上方，左侧螺旋电感和右侧螺旋电感的一端分别通过锚点柱与下方的左右两根信号传输线相连，左侧螺旋电感和右侧螺旋电感的另一端分别与衬底隔离层上的上电极相连；所述的地线有两根，两根地线分别对称置于左右两根信号传输线两侧的衬底隔离层上，其中的一根地线在中间断开；所述的空气桥通过锚点柱架在地线中间断开处的上方；所述的下电极引出线置于衬底隔离层上，下电极引出线的一端与下电极相连接，与下电极相连接后的下电极引出线从空气桥下方穿出。

上述可调悬空螺旋电感中，所述的左侧螺旋电感和右侧螺旋电感使用相同的螺旋形状或不同的螺旋形状。螺旋形状可以为正方形、圆形或多边形。

上述可调悬空螺旋电感中，所述的电极隔离层的材料为氮化硅或氧化硅介质材料。