铁电薄膜可调微带带通滤波器的研制

摘要

微波滤波器作为现代通信系统必不可少的元件，广泛应用于移动通信、雷达、卫星定位与导航、电子对抗、无线遥感等领域。随着电磁环境越来越复杂和频道越来越拥挤，有限的频谱资源已无法满足人们日益增加的需求。基于BST铁电薄膜的可调滤波器因其调谐速度快、体积小、与微电子工艺兼容且适应于多频道等优点而越来越得到重视。因此，本文设计并制作了一种铁电薄膜可调微带带通滤波器。研究内容和主要结论如下：
　　1、采用射频磁控溅射在单晶蓝宝石基片上制备了BST铁电薄膜。针对基片与薄膜热膨胀系数不同，改进了薄膜的退火工艺，避免了薄膜表面出现微裂纹的现象。利用MIM电容结构，测试了BS T铁电薄膜的C-V特性曲线，确定了BST铁电薄膜的介电常数为185.5，损耗小于0.02，介电系数可调率为45％等参数。
　　2、根据教研室已有的微波器件设计经验和方法，得出滤波器的主要设计参数。设计了5阶梳状线带通滤波器，并采用平面电路仿真软件ADS和三维电磁场仿真软件HFSS对器件进行仿真。仿真结果显示其中心频率为900MHz，3dB带宽约为10%，带内插损小于2dB（不考虑薄膜介电损耗），带外抑制小于-50dB，中心频率附近电压驻波比小于1.25。
　　3、研究了铁电薄膜可调微带带通滤波器的详细制备工艺流程，着重分析了光刻工艺图形化BST薄膜介质层和上电极的过程及电镀加厚的工艺过程中，工艺误差对器件性能的影响。在蓝宝石基片上成功制作出了可调带通滤波器，并封装测试。对比仿真结果，器件的中心频率偏移到1.15GHz，插损大于13dB，较设计有所偏大，其他性能满足设计要求。在10V和20V直流偏压下，器件的中心频率较未加电压时分别向高频方向移动了70MHz和180MHz，调谐率为14.6%。
　　4、优化了器件的结构，研究了器件表面电磁场分布。利用原有结构，仅改变了调谐电容部分，就几乎消除了BST铁电薄膜的损耗对器件插入损耗的影响。运用器件表面电磁场的动态分布分析了产生该现象的原因。最后，研究了如何优化器件制作工艺以提高器件的性能。

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第一章 绪 论

1.1研究背景

1.2可调滤波器的基本原理及分类

1.3铁电材料及可调滤波器的研究现状

1.4本论文的主要研究内容

第二章 BST薄膜制备与性能研究

2 .1 BST材料结构与性能

2 .2 BST薄膜制备方法及其特点

2 .3 BST铁电薄膜制备过程

2 .4 BST薄膜的性能测试结果及分析

2.5本章小结

第三章可调滤波器的设计与仿真

3.1微波滤波器基础理论

3.2可调微带带通滤波器的设计

3.3微带可调带通滤波器的仿真分析

3.4工艺因素对器件性能影响的仿真分析

3.5本章小结

第四章铁电薄膜可调微带带通滤波器的工艺制作与测试

4.1 铁电薄膜可调微带带通滤波器的制作工艺

4.2铁电薄膜可调微带带通滤波器的测试

4.3本章小结

第五章 可调微带带通滤波器的优化

5.1器件的结构优化

5.2器件制作工艺的优化

5.3本章小结

第六章结论

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果