本發(fā)明屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器。

背景技術(shù)：

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)獲得了高速的發(fā)展，微波濾波器技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)中重要的器件之一，再次成為研究的熱點(diǎn)，濾波器可以用來阻隔或者分離不同頻段的信號(hào)。為了滿足現(xiàn)代便攜無線通信技術(shù)的高速發(fā)展需求，微波濾波器不僅要具有高品質(zhì)因數(shù)，大功率容量等優(yōu)點(diǎn)，更要具有低功耗，小型化，高集成度的優(yōu)點(diǎn)。而且隨著物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)通信業(yè)務(wù)的日益繁多，使得本來就有限的頻譜資源變得更加緊張，為了更有效地利用頻譜資源，擴(kuò)頻、跳頻、動(dòng)態(tài)頻率分配等技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，頻率可調(diào)濾波器作為這些技術(shù)的關(guān)鍵器件也越來越受到重視。

基片集成波導(dǎo)(siw)技術(shù)的出現(xiàn)為上述問題提供了解決方案，siw由兩排線性緊密排列的金屬通孔或金屬圓柱嵌入基片中構(gòu)成，siw中的電磁波被限制在基片的上下兩個(gè)金屬面和兩列金屬通孔之間的區(qū)域傳播，形成導(dǎo)波結(jié)構(gòu)，所以siw不僅繼承了傳統(tǒng)波導(dǎo)損耗低，功率容量大，品質(zhì)因數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，還具有低剖面，小尺寸等優(yōu)點(diǎn)，便于與其他微波電路相集成。另外，用硅制作的siw器件可以很容易地與其他電路或者硅基器件集成。由于硅的介電常數(shù)相對(duì)于pcb或者ltcc襯底材料的介電常數(shù)高很多，所以硅基的siw可以用在高頻的器件上，并且可以有效地縮小器件的體積。

由mems固支梁所組成的可動(dòng)結(jié)構(gòu)是典型的可重構(gòu)元件，mems固支梁幾乎不消耗直流電流，所以其在擁有高可靠性和卓越的線性度的同時(shí)還有低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器，在siw帶通濾波器的基礎(chǔ)上添加帶金屬柱的mems固支梁，以在siw帶通濾波器各個(gè)諧振腔中引入可動(dòng)電容，調(diào)節(jié)各個(gè)諧振器的諧振頻率，最終實(shí)現(xiàn)濾波器通帶的可重構(gòu)目的，可以控制濾波器的工作動(dòng)態(tài)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器，包括siw帶通濾波器和mems固支梁結(jié)構(gòu)；

所述siw帶通濾波器包括siw結(jié)構(gòu)，siw結(jié)構(gòu)包括作為介質(zhì)的硅襯底，硅襯底的上表面和下表面均電鍍有金屬層，所述硅襯底和金屬層中穿設(shè)有金屬通孔一，且相鄰金屬通孔一中心軸之間的距離小于兩倍的金屬通孔一直徑的長度，位于硅襯底上表面和下表面的金屬層相互對(duì)稱平行，且硅襯底上表面的金屬層上設(shè)有氮化硅層；所述siw結(jié)構(gòu)通過金屬通孔二分割成若干個(gè)siw諧振腔，金屬通孔二處于兩排對(duì)稱平行的金屬通孔一之間，且金屬通孔一與金屬通孔二結(jié)構(gòu)相同；

所述mems固支梁結(jié)構(gòu)設(shè)置于siw諧振腔的氮化硅層上，mems固支梁結(jié)構(gòu)包括mems固支梁，mems固支梁兩端均設(shè)有錨區(qū)，mems固支梁通過錨區(qū)架設(shè)在硅襯底的氮化硅層上，且錨區(qū)與氮化硅層固定連接；mems固支梁的下表面上設(shè)置有直徑為200μm、長度為24μm金屬柱，且所述硅襯底對(duì)應(yīng)金屬柱的位置開設(shè)有直徑為202μm、深度為24μm的孔，且孔穿過硅襯底上的氮化硅層和上表面金屬層進(jìn)入硅襯底中，所述金屬柱伸入孔中；mems固支梁下側(cè)的氮化硅層上設(shè)有下拉電極，且下拉電極上包裹有二氧化硅層。

進(jìn)一步的，還包括轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)為加載在微帶線與siw帶通濾波器之間的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)一端與微帶線連接，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)另一端與siw帶通濾波器連接，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)與微帶線連接的端口與微帶線寬度相等，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)與siw帶通濾波器連接的端口的寬度采用的是與siw帶通濾波器特征阻抗值相同的微帶線的寬度。

進(jìn)一步的，所述轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)長度為siw帶通濾波器中心頻率處的波長的四分之一。

進(jìn)一步的，所述微帶線的特征阻抗為50歐姆。

進(jìn)一步的，所述錨區(qū)是用多晶硅制作的。

本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器通帶的可重構(gòu)的控制是依靠帶金屬柱的固支梁進(jìn)行的，在一些特定的需要控制無源濾波器通帶中心頻率頻繁切換的電路中，如果該電路中應(yīng)用了本發(fā)明中所述的可重構(gòu)siw帶通濾波器，只需要通過控制mems固支梁的狀態(tài)就能夠改變?yōu)V波器通帶的中心頻率，達(dá)到切換濾波器通帶中心頻率的目的，這就很好的避免了在電路中需要依靠增加不同中心頻率的濾波器數(shù)量去控制電路的問題，并且mems固支梁的閉合所需要的電壓為外加電壓，又有絕緣層阻隔濾波器電路，所以基本不會(huì)影響電路的正常工作，能夠有效地降低電路控制的功耗，mems固支梁可以實(shí)現(xiàn)快速的down態(tài)和up態(tài)的轉(zhuǎn)換，可以有效地實(shí)現(xiàn)微波電路中對(duì)濾波器濾波范圍的控制。

附圖說明

圖1是本發(fā)明面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器的結(jié)構(gòu)俯視示意圖；

圖2是圖1中b-b’向的剖面示意圖；

圖3是圖1中a-a’向的剖面示意圖。

附圖標(biāo)記說明

1-硅襯底、2-金屬通孔一、3-轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)、4-微帶線、5-金屬層、6-mems固支梁、7-錨區(qū)、8-下拉電極、9-siw諧振腔、10-氮化硅層、11-金屬柱、12-引線、13-金屬通孔二、14-孔、15-二氧化硅層。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳述，以下實(shí)施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

面向物聯(lián)網(wǎng)的硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器，包括siw帶通濾波器、mems固支梁結(jié)構(gòu)和轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3；

如圖1所示，siw帶通濾波器包括siw結(jié)構(gòu)，siw結(jié)構(gòu)包括作為介質(zhì)的硅襯底1，硅襯底1的上表面和下表面均電鍍有金屬層5，硅襯底1和金屬層5中穿設(shè)有金屬通孔一2，且相鄰金屬通孔一2中心軸之間的距離小于兩倍的金屬通孔一2直徑的長度，這樣是為了防止電磁波泄露。位于硅襯底1上表面和下表面的金屬層5相互對(duì)稱平行，且硅襯底1上表面的金屬層5上設(shè)有氮化硅層10。圖1中，siw結(jié)構(gòu)通過金屬通孔二13分割成四個(gè)siw諧振腔9，金屬通孔二13處于兩排對(duì)稱平行的金屬通孔一2之間，且金屬通孔一2與金屬通孔二13結(jié)構(gòu)相同，相鄰的siw諧振腔9之間未被金屬通孔二13占據(jù)的部分存在耦合窗口。

如圖2所示，mems固支梁結(jié)構(gòu)設(shè)置于siw諧振腔9的氮化硅層10上，mems固支梁結(jié)構(gòu)包括mems固支梁6，mems固支梁6兩端均設(shè)有用多晶硅制作的錨區(qū)7，mems固支梁6通過錨區(qū)7架設(shè)在硅襯底1的氮化硅層10上，且錨區(qū)7與氮化硅層10固定連接。mems固支梁6的下表面上設(shè)置有直徑為200μm、長度為24μm金屬柱11，硅襯底1對(duì)應(yīng)金屬柱11的位置開設(shè)有直徑為202μm、深度為24μm的孔14，且孔14穿過硅襯底1上的氮化硅層10和上表面金屬層5進(jìn)入硅襯底1中。金屬柱11伸入孔14中，且金屬柱11的底端與孔14的底端存在間隙，金屬柱11可以隨著mems固支梁6上下移動(dòng)。mems固支梁6下側(cè)的氮化硅層10上設(shè)有下拉電極8，且下拉電極8上包裹有二氧化硅層15。裹二氧化硅層15的目的是為了防止mems固支梁6與下拉電極8的直接接觸，因?yàn)槿绻麅烧咧苯咏佑|，會(huì)使兩者電勢(shì)相同。圖1中，每個(gè)siw諧振腔9中均采用了六個(gè)mems固支梁6，且這六個(gè)mems固支梁6分為兩列，每列三個(gè)，六個(gè)mems固支梁6相互對(duì)稱平行。每一列mems固支梁6下的下拉電極8均由一條引線12串聯(lián)起來，引線12制作在氮化硅層10上，以便施加下拉電壓。

轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3為加載在微帶線4與siw帶通濾波器之間的轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3一端與微帶線4連接，轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3另一端與siw帶通濾波器連接。轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3與微帶線4連接的端口與微帶線4寬度相等，微帶線4的特征阻抗為50歐姆。轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3與siw帶通濾波器連接的端口的寬度采用的是與siw帶通濾波器特征阻抗值相同的微帶線的寬度。轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3長度為siw帶通濾波器中心頻率處的波長的四分之一。

本發(fā)明硅基siw帶金屬柱固支梁可重構(gòu)帶通濾波器中mems固支梁6依靠錨區(qū)7的支持懸浮在硅襯底1之上，這是典型的mems固支梁結(jié)構(gòu)，mems固支梁6的下表面上設(shè)置有金屬柱11，硅襯底1對(duì)應(yīng)金屬柱11的位置開設(shè)有直徑為202μm深度為24μm的孔14，且孔14穿過硅襯底1上的氮化硅層10和金屬層5進(jìn)入硅襯底1中，因此金屬柱11可以隨著mems固支梁6上下移動(dòng)。當(dāng)下拉電極8上沒有電壓存在時(shí)，mems固支梁6不能被下拉，siw帶通濾波器保持原有的通帶特性；當(dāng)下拉電極8上有電壓存在mems固支梁6被下拉時(shí)，金屬柱11能夠伸入孔14中，能夠改變金屬柱11與siw諧振腔9的下表面金屬層5之間形成的電容的大小，電容大小的改變會(huì)改變siw諧振腔9的諧振頻率，進(jìn)而改變siw帶通濾波器的通帶范圍，實(shí)現(xiàn)siw帶通濾波器的可重構(gòu)。

硅基固支梁可重構(gòu)siw帶通濾波器的制備方法包括以下幾個(gè)步驟：

(1)準(zhǔn)備高阻型硅襯底1，其厚度為400μm；

(2)采用激光對(duì)高阻型硅襯底1進(jìn)行打孔，至完全打穿；

(3)對(duì)打孔的硅襯底1進(jìn)行鍍金，在硅襯底1的通孔內(nèi)壁表面形成金屬通孔一2和金屬通孔二13，金屬通孔一2和金屬通孔二13直徑均為180μm，硅襯底1上下表面均設(shè)置一層薄的金屬層5，其厚度為3μm；

(4)在金屬層5特定位置涂覆一層光刻膠，該特定位置指的就是微帶線4和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)3所在的位置，光刻沒有涂覆光刻膠的金屬層和去除微帶線4和轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)3所在位置的光刻膠，形成微帶線4和轉(zhuǎn)接結(jié)構(gòu)3；

(5)在siw濾波器諧振腔的上表面淀積一層氮化硅層10，在需要制作孔14的位置，從氮化硅層10開始打出直徑為200μm深度為24μm的孔14，并在打孔后的濾波器上表面除了孔14外的位置旋涂一層光刻膠；

(6)在需要制作下拉電極8的位置周圍都涂覆一層光刻膠，在此基礎(chǔ)上去除需要制作mems固支梁6電極板位置和引線12位置的光刻膠，這里的光刻膠是本步驟5中剛剛涂覆的。然后淀積一層al，去除下拉電極8周圍剩余的那些還沒有被去除的光刻膠以及光刻膠上的al，形成下拉電極8和引線12，下拉電極的厚度為2μm；

(7)淀積二氧化硅在下拉電極8上，形成下拉電極8的覆蓋層二氧化硅層15，其厚度為1μm；

(8)利用cvd技術(shù)在制作錨區(qū)7的位置沉積多晶硅，通過干法刻蝕技術(shù)刻蝕錨區(qū)7處的多晶硅，保留mems固支梁6的錨區(qū)7位置的多晶硅，多晶硅錨區(qū)厚度為4μm；

(9)通過旋涂方式在需要制作mems固支梁6和金屬柱11的位置形成pmgi犧牲層，在pmgi犧牲層周圍除去錨區(qū)7的其他位置涂覆光刻膠；

(10)在pmgi犧牲層上打孔，預(yù)留金屬柱11的生長位置，在pmgi犧牲層上和光刻膠以及錨區(qū)7上方蒸發(fā)生長au層，蒸發(fā)生長的au會(huì)形成金屬柱11，au層會(huì)與錨區(qū)7相接并覆蓋pmgi犧牲層和光刻膠層；

(11)將光刻膠上方的au層全部刻蝕，僅保留形成mems固支梁6的位置上方的au層，保留下來的金層寬度為200μm，長度為400μm，隨后去除步驟9當(dāng)中涂覆的，除了pmgi犧牲層和錨區(qū)7以外的所有地方都涂覆的光刻膠；

(12)釋放pmgi犧牲層，被保留下來的au層會(huì)形成懸浮的mems固支梁6以及固支梁6下方的金屬柱11，mems固支梁6的寬度為200μm，長度為400μm，金屬柱11的直徑為200μm，長度為24μm。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。