如何使用MEMS技术实现微波滤波器

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标签:RF(1831)mems(2133)滤波器(3471)

  滤波器作为一种选频元件,用来抑制噪声、选择或限定RF/微波信号的频段范围,在许多RF/微波应用中起着重要的作用。传统的滤波器体积大、制造成本高并且不容易与单片集成电路集成,在毫米波频段内损耗大,而由微电子技术与机械光学等领域交叉融合而产生的MEMS 技术,具有小型化、多样化以及可集成化的特点 。 MEMS 技术与RF技术的结合,即RF MEMS 技术,为新一代独特的、高性能滤波器的实现提供了新的机遇。目前人们将 MEMS 技术运用到RF/微波滤波器的设计制造中,得到了高性能、小尺寸、重量轻,并且成本低的MEMS 滤波器。MEMS RF/ 微波滤波器可以用集总元件设计也可以用分布元件设计,它们可以利用各种结构实现,例如微带线、波导腔、共面波导等。当然,它们也可以由多种制造工艺实现。

  1、硅体微加工MEMS 滤波器

  硅体微加工技术是通过对衬底硅的腐蚀加工来实现器件的立体结构,并且常辅以Si-Si 晶片键合和Si-玻璃键合等手段。由于单晶硅有晶向的区分,可以用化学的方法( 如用KOH) 实现很好的各向异性选择性刻蚀,这是硅体微加工的基础。硅体微加工技术可以方便地实现较大纵向尺寸的立体加工。基于硅体微加工技术,人们实现了多种MEMS滤波器。

  1.1、薄膜和微带线滤波器

  为了减小高频段时来自于衬底的损耗,利用硅体微加工技术的乙二胺邻苯二酚( ethylenediamine pyrocatechol,EDP) 湿法刻蚀硅形成的腔体实现微带线的悬空,S. V. Robertson 等人[2] 制作了W波段( 94.7 GHz) 耦合线带通滤波器。滤波器的几何图形被制作在一个由薄膜支撑的传输线上,如图1所示,传输线就相当于悬浮在空气介质中,介质损耗几乎可以被忽略,且能避免遭受辐射和产生色散寄生效应。该滤波器的通带插损为3.6 dB,其中导体损耗是整个部件插损的主要组成部分。部件的相对带宽为6.1%。与该技术类似,M. Chatras 等人[3]在高阻硅衬底上实现了中心频率为30 GHz 的高性能带通薄膜滤波器。薄膜下的硅用四甲基氢氧化氨( tetramethyl ammonium hydroxide,TMAH) 选择性刻蚀。该滤波器插入损耗只有1.8 dB,并且易于集成到利用倒装芯片技术的电路中。

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