新型埋藏式立體射頻微機電元件與模組之研究與整合

Abstract

微機電技術在近年內迅速而蓬勃的發展，現在已經廣泛地應用在各個領域，譬如光 學、生化、射頻等等。其中為因應對無線系統日益嚴苛的要求，微機電技術在高頻領域 的應用，即射頻微機電技術，已經受到國內外各研究單位的注意，並投入許多努力進行 相關研究。本實驗室在高頻電路之設計與RFIC 上已經有多年經驗，不僅如此，在多年 以前便已經開始參與射頻微機電技術之相關研究，並且與清華大學電子所黃瑞星教授研 究群有多年與射頻微機電技術相關的合作與研究。因此，對於射頻電路與射頻微機電技 術之整合有相當豐富的經驗。而Higher Education (STINT) National Science Foundation (NSF) UC Davis Professor Luhmann (NCL)在利用MEMS 製程實行Nonlinear Delay line, Phase shifter 與 Antenna arrays 與本實驗室則有許多共同目標與豐富 的研究成果。 在今年度所提出的為一為期三年之研究計畫。在本計畫中提出一創新之方法，利用 微機電技術中之深蝕刻、物理氣相沈積、銅電鍍與等向性矽蝕刻等技術，可以形成高深 寬比的立體結構，並且將此結構埋藏於矽基板之中，藉以縮小元件體積與改善元件之特 性，除此之外，此技術亦可以用來整合主動電路與被動元件。 由初步的製程實作結果與經驗，配合三維模擬軟體HFSS 之模擬結果，證明了此計 畫之構想是合理的，並且在製程技術上是可行的。藉由本計畫之構想所發展的新型技術 模組，預計可以用來實現諸多的射頻被動元件，諸如直流阻隔器、低阻抗傳輸線、濾波 器、與相移器等等，並將其整合成單一之系統或模組。 在這三年裡，第一年將致力於發展計畫所需之製程與對元件或CMOS IC 相關之設計 參數進行模擬與研究，並並加強與University of California, Davis 的N. C. Luhmann, Jr.教授的模組整合與相互交流。第二年則將依照第一年之成果與經驗，設計與製作相 關之射頻元件，並進行高頻量測以便進一步進行參數之萃取與分析。第三年則將本研究 中之元件與其Luhmann 專長之非線性延遲線與相移電路等等進行整合，進而達到SOC (System On Chip) 的目標。詳細計劃內容與合作計畫均會在研究計畫內容中詳述。 本實驗室在近年來與此領域相關之研究成果如下，另外，CMOS IC 研究成果均 附件於實驗室研究成果中。 ： (1) 製作立體小型微機電單極天線[1] (2) 製作於Parylene 薄膜上之懸浮式patch antenna[2]-[4] (3) 新型應用於SoC 系統之射頻微機電技術[5] (4) 整合射頻微機電技術與積體電路之電鍍與矽等向蝕刻製程[6] (5) 混合非線性延遲線寬頻相位天線陣列系統[7] (6) 混光學E-Band MEMS 開關陣列[8]