低电阻温度系数TaN薄膜及微波功率匹配负载研究

摘要

微波功率匹配负载是微波器件与微波电路中的一类通用元件，可以广泛应用于通讯、雷达、探测等领域的无线电子器件及系统中。随着无线通讯的快速发展，高频率、大功率、性能稳定的微波功率匹配负载的研究具有重要意义。本文采用直流磁控溅射制备TaN薄膜，对其微结构及电性能进行研究，并设计、制备具有高频率、大功率性能特征的微波功率匹配负载。得出以下几方面的结论：
　　在TaN薄膜方面，研究氮流量和退火工艺条件对TaN薄膜微结构和电性能的影响。实验结果表明，对于Al掺杂的TaN薄膜，当氮流量从2％增加到7%时，薄膜电阻率从2372μΩ·cm增加到3894μΩ·cm，电阻温度系数（TCR）绝对值从253ppm/℃增大到945ppm/℃，薄膜厚度从320nm减小到230nm。在大气中对TaN薄膜退火2小时，退火温度从200℃增加到600℃时，方阻从12/sq增加到24/sq， TCR从15ppm/℃下降到-80ppm/℃；在大气中对TaN薄膜进行300℃退火，随着退火时间从1小时增加到5小时，方阻及TCR几乎不变化。
　　在微波功率匹配负载的设计和仿真方面，根据有耗传输线理论及热传导相关理论，采用HFSS软件与ePhysics软件联合仿真，设计具有高频率、大功率性能特征的微波功率匹配负载。本文设计仿真了两个微波功率匹配负载，其中一个工作频带为DC-18GHz，电压驻波比小于1.2，功率负载为20W；另外一个工作频带为DC-40GHz，电压驻波比小于1.2，功率负载为1W。按照仿真结果，采用直流磁控溅射、掩膜图形化、光刻、丝网印刷等工艺制备微波功率匹配负载样品。测试结果表明，所制备样品的TCR绝对值均小于120ppm/℃；功率测试期间，样品表面温度均在120℃以下，功率测试前后阻值变化均在2%以内；在设计的频率范围内除个别频率点外，微波功率匹配负载的电压驻波比均小于1.4，测试结果与设计结果具有很好的一致性。
　　为了克服单电阻膜微波功率匹配负载的工作频率与功率负载能力不能同时提高的难题，设计并制备基于功率分流思想的双电阻膜微波功率匹配负载。仿真与测试结果表明，在3.4-7.4GHz和8.2-9.8GHz频带范围内，电压驻波比小于1.6，功率负载为200W，实验结果与仿真结果具有很好的一致性。

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第一章 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2国内外研究现状及进展

1.3研究内容

第二章 TaN薄膜制备及性能研究

2.1实验过程

2.2 氮流量对Al掺杂TaN薄膜微结构和电性能的影响

2.3退火工艺条件对TaN薄膜微结构和电性能的影响

2.4 本章小结

第三章 K波段微波功率匹配负载的设计及制备

3.1 微波功率匹配负载基本理论

3.2 K波段微波功率匹配负载的设计与仿真

3.3 K波段微波功率匹配负载的制备及测试

3.4 本章小结

第四章 阵列型微波功率匹配负载的研究

4.1 匹配负载微波性能与功率负载能力的相互限制

4.2 阵列型微波功率匹配负载基本理论

4.3 阵列型微波功率匹配负载的设计与仿真

4.4 阵列型微波功率匹配负载的制备及测试

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得的研究成果