CMOS单片集成MEMS无源器件——一种双赢的选择
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2012-3-21 14:52
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技术, 射频, 集成电路, 晶体管, 单片
微机电系统(Microelect-
romechanical Systems,MEMS)的出现和发展与集成电路技术紧密相连,集成电路制造技术是MEMS技术的基础制造技术。与CMOS只包含平面晶体管和金属互连不同,MEMS可以通过体微加工技术、表面微加工技术和LIGA等特殊加工技术制作复杂的三维微结构和可动结构,MEMS的应用范围已经拓展到机、光、热、电、化学、生物等领域。
如今,CMOS已形成成熟的标准工艺,超过95%的集成电路采用CMOS工艺制作。在可以预见的将来,CMOS仍将占据集成电路制作的主导技术地位。但是CMOS成熟的标准工艺也会带来一些困扰——采用CMOS工艺制作的片上无源器件的性能与分立无源器件的性能相比不甚理想,限制了基于CMOS工艺的单片射频集成电路(Radio Frequency Integrated Circuits,RFIC)的发展和应用。研究人员针对该问题开展了大量的工作,首先是基于标准CMOS工艺进行器件结构的优化设计,例如设计模块化接地保护(Patterned Ground Shield,PGS)结构来减小电感的衬底损耗,但是这种优化的效果并不能完全满足单片RFIC对性能的需求;第二种途径则是寻找新技术来设计制作高性能的片上无源器件,其中就包括MEMS技术。
研究表明,采用MEMS技术制作的片上无源器件具有与分立无源器件可比拟的优异性能,因此将MEMS无源器件和CMOS集成电路完全单片集成可以实现优势互补,满足单片RFIC的性能需求。由于MEMS尚未形成标准工艺,同时考虑到CMOS在集成电路中的垄断地位,需要MEMS工艺适应CMOS工艺。MEMS与CMOS集成的常用工艺包括内CMOS工艺、前CMOS工艺和后CMOS工艺等,其中后CMOS工艺是使用较多的集成方法。本期第20—23页刊登了北京理工大学卢冲嬴、徐立新等的文章“一种CMOS集成MEMS片上螺旋电感设计与仿真”,基于后CMOS工艺设计了一种片上集成电感,采用体硅工艺和厚金属工艺显著提高片上螺旋电感的Q值,改善了基于CMOS工艺的单片RFIC的性能。封面图片为空气胶中磁场分布,由卢冲嬴提供;本期封面由金功博设计。
(责任编辑 代丽)
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