本發(fā)明涉及一種無源帶通濾波器。特別是涉及一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器及制造和測量方法。

背景技術(shù)：

隨著柔性電子的不斷發(fā)展，柔性器件和電路的工作頻率也越來越高，達(dá)到射頻級(jí)別。各種低頻的干擾信號(hào)越來越多，這需要帶通濾波器來分離有用信號(hào)和干擾信號(hào)，對(duì)特定頻率的信號(hào)進(jìn)行選擇并濾除。

目前，在射頻器件與集成電路領(lǐng)域的主要是通過可變電容組成可調(diào)諧無源帶通濾波器。這種可調(diào)無源濾波器具有結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，寄生效應(yīng)大等缺點(diǎn)。而MEMS可調(diào)濾波器由于品質(zhì)系數(shù)高，易于集成等特點(diǎn)在現(xiàn)階段得到了極大的發(fā)展，但還是沒有擺脫結(jié)構(gòu)復(fù)雜和寄生效應(yīng)多等缺點(diǎn)。因此已有的主要的可調(diào)帶通無源濾波器有比較差的抗干擾能力和靈敏度。而在柔性射頻集成電路領(lǐng)域還沒有可應(yīng)用的可調(diào)濾波器，專利CN203811124U中提出了一種通過晶體管在不同應(yīng)變下的S參數(shù)的變化設(shè)計(jì)的柔性射頻應(yīng)變傳感器。此傳感器說明柔性器件在不同的應(yīng)變條件下會(huì)導(dǎo)致S參數(shù)的變化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器及其制造方法，其通過柔性器件的應(yīng)變調(diào)節(jié)濾波頻率的大小，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，并且有很少的寄生效應(yīng)。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器，包括襯底和設(shè)置在襯底上面的絕緣層，所述的襯底上且位于所述絕緣層內(nèi)分別設(shè)置有第一MIM電容的底層金屬、第一螺旋電感的中心電極、第二MIM電容的底層金屬以及第二螺旋電感的中心電極，其中，所述第一MIM電容的底層金屬上且位于所述絕緣層內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第一MIM電容的介質(zhì)層和第一MIM電容的上極板，所述第二MIM電容的底層金屬上且位于所述絕緣層內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第二MIM電容的介質(zhì)層和第二MIM電容的上極板，所述第一MIM電容的上極板通過第一通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一MIM電容的輸入端，所述第一螺旋電感的中心電極通過第二通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一MIM電容的輸出端，所述第一螺旋電感的中心電極通過第三通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第一螺旋電感輸出端，所述第二MIM電容的上極板通過第四通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二MIM電容的輸入端，所述第二MIM電容的底層金屬通過第五通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二MIM電容的輸出端，所述第二螺旋電感的中心電極通過第六通孔連接位于所述絕緣層上端面上的第二螺旋電感的輸出端，在所述絕緣層的上端面還設(shè)置有柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端、地端、第一螺旋電感的輸入端和第二螺旋電感的輸入端，所述第一MIM電容的輸入端通過金屬互連線連接所述的輸入端，所述第一MIM電容的輸出端通過金屬互連線連接所述的第一螺旋電感的輸入端，所述第一螺旋電感輸出端通過金屬互連線連接所述第二MIM電容的輸入端，第二MIM電容的輸入端通過金屬互連線連接所述第二螺旋電感的輸入端，所述第二螺旋電感的輸入端通過金屬互連線連接所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端，所述第二螺旋電感的輸出端通過金屬互連線連接地端。

所述的第一MIM電容的底層金屬、第一螺旋電感的中心電極、第二MIM電容的底層金屬以及第二螺旋電感的中心電極構(gòu)成底層金屬層；所述的第一MIM電容的上極板和第二MIM電容的上極板構(gòu)成上層金屬層；所述第一MIM電容的輸入端、第一MIM電容的輸出端、第一螺旋電感輸出端、第二MIM電容的輸入端、第二MIM電容的輸出端、第二螺旋電感的輸出端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的地端、第一螺旋電感的輸入端、第二螺旋電感的輸入端、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端、金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分構(gòu)成頂層金屬層。

本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的制造方法，包括如下步驟：

1)襯底準(zhǔn)備：選用PET作為襯底，用氫氟酸和等離子水清洗；

2)用底層金屬層的掩模板進(jìn)行光刻，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬層，作為第一MIM電容的底層金屬、第二MIM電容的底層金屬、第一螺旋電感的中心電極和第二螺旋電感的中心電極，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器剝離底層金屬層；

3)分別在第一MIM電容的底層金屬和第二MIM電容的底層金屬上淀積SiO層：光刻并采用真空電子束蒸發(fā)淀積形成200nm厚度的SiO介質(zhì)層，作為第一MIM電容的介質(zhì)層和第二MIM電容的介質(zhì)層；

4)光刻并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上層金屬，作為第一MIM電容的上極板和第二MIM電容的上極板，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器將SiO介質(zhì)層和上層金屬一起進(jìn)行剝離；

5)均勻地旋涂一層1.0～1.5um厚度的SU_8光刻膠構(gòu)成SU_8的絕緣層，將絕緣層并進(jìn)行光刻形成通孔，然后對(duì)SU_8的絕緣層進(jìn)行堅(jiān)膜；

6)在絕緣層的上端面分別形成第一MIM電容的輸入端和第一MIM電容的輸出端，第二MIM電容的輸入端和第二MIM電容的輸出端，第一螺旋電感的輸入端和第一螺旋電感輸出端，第二螺旋電感的輸入端和第二螺旋電感的輸出端，柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端、輸出端和地端，以及金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器。

步驟5)所述的通孔包括：連接第一MIM電容的上極板的第一通孔、連接第一MIM電容的底層金屬的第二通孔、連接第一螺旋電感的中心電極的第三通孔、連接第二MIM電容的上極板的第四通孔、連接第二MIM電容的底層金屬的第五通孔和連接第二螺旋電感的中心電極的第六通孔。

步驟6)包括：在絕緣層的上端面均勻地旋涂一層光刻膠，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au構(gòu)成頂層金屬層，并分別形成第一MIM電容的輸入端和第一MIM電容的輸出端，第二MIM電容的輸入端和第二MIM電容的輸出端，第一螺旋電感的輸入端和第一螺旋電感輸出端，第二螺旋電感的輸入端和第二螺旋電感的輸出端，柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端、輸出端和地端，以及金屬互連線、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分，用丙酮溶液和超聲發(fā)生器對(duì)光刻膠進(jìn)行剝離，形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器。

本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器及其制造方法，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，并且有很少的寄生效應(yīng)。調(diào)諧簡便，節(jié)省了調(diào)諧的成本，并且調(diào)諧范圍較窄，靈敏度高。制造過程沒有包含特殊的材料也沒有引進(jìn)復(fù)雜特殊的工藝步驟，并且與其他的柔性微波射頻器件的工藝相兼容。因此，應(yīng)用本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器易于實(shí)現(xiàn)可彎曲、應(yīng)變可調(diào)，帶通濾波的特性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的俯視圖；

圖3是本發(fā)明柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的的測量示意圖。

圖中

1：襯底 2：絕緣層

3a：第一MIM電容的底層金屬 3b：第一螺旋電感的中心電極

3c：第二MIM電容的底層金屬 3d：第二螺旋電感的中心電極

4a：第一MIM電容的介質(zhì)層 4b：第二MIM電容的介質(zhì)層

5a：第一MIM電容的上極板 5b：第二MIM電容的上極板

61：第一通孔 62：第二通孔

63：第三通孔 64：第四通孔

65：第五通孔 66：第六通孔

7：第一MIM電容的輸入端 8：第一MIM電容的輸出端

9：第一螺旋電感輸出端 10：第二MIM電容的輸入端

11：第二MIM電容的輸出端 12：第二螺旋電感的輸出端

13：輸入端 14：地端

15：第一螺旋電感的輸入端 16：第二螺旋電感的輸入端

17：輸出端 18：金屬互連線

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器及其制造方法做出詳細(xì)說明。

如圖1、圖2所示，本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器，包括襯底1和設(shè)置在襯底1上面的絕緣層2，所述的襯底1是用來支撐柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的主體部分。所述的襯底1上且位于所述絕緣層2內(nèi)分別設(shè)置有第一MIM電容的底層金屬3a、第一螺旋電感的中心電極3b、第二MIM電容的底層金屬3c以及第二螺旋電感的中心電極3d，其中，所述第一MIM電容的底層金屬3a上且位于所述絕緣層2內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第一MIM電容的介質(zhì)層4a和第一MIM電容的上極板5a，所述第二MIM電容的底層金屬3c上且位于所述絕緣層2內(nèi)由下至上內(nèi)依次設(shè)置有第二MIM電容的介質(zhì)層4b和第二MIM電容的上極板5b，所述第一MIM電容的上極板5a通過第一通孔61連接位于所述絕緣層2上端面上的第一MIM電容的輸入端7，所述第一螺旋電感的中心電極3b通過第二通孔62連接位于所述絕緣層2上端面上的第一MIM電容的輸出端8，所述第一螺旋電感的中心電極3b通過第三通孔63連接位于所述絕緣層2上端面上的第一螺旋電感輸出端9，所述第二MIM電容的上極板5b通過第四通孔64連接位于所述絕緣層2上端面上的第二MIM電容的輸入端10，所述第二MIM電容的底層金屬3c通過第五通孔65連接位于所述絕緣層2上端面上的第二MIM電容的輸出端11，所述第二螺旋電感的中心電極3d通過第六通孔66連接位于所述絕緣層2上端面上的第二螺旋電感的輸出端12，在所述絕緣層2的上端面還設(shè)置有柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端13、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端17、地端14、第一螺旋電感的輸入端15和第二螺旋電感的輸入端16，所述第一MIM電容的輸入端7通過金屬互連線18連接所述的輸入端13，所述第一MIM電容的輸出端8通過金屬互連線18連接所述的第一螺旋電感的輸入端15，所述第一螺旋電感輸出端9通過金屬互連線18連接所述第二MIM電容的輸入端10，第二MIM電容的輸入端10通過金屬互連線18連接所述第二螺旋電感的輸入端16，所述第二螺旋電感的輸入端16通過金屬互連線18連接所述柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端17，所述第二螺旋電感的輸出端12通過金屬互連線18連接地端14。

其中，所述的第一MIM電容的底層金屬3a、第一螺旋電感的中心電極3b、第二MIM電容的底層金屬3c以及第二螺旋電感的中心電極3d構(gòu)成底層金屬層M1；所述的第一MIM電容的上極板5a和第二MIM電容的上極板5b構(gòu)成上層金屬層M2；所述第一MIM電容的輸入端7、第一MIM電容的輸出端8、第一螺旋電感輸出端9、第二MIM電容的輸入端10、第二MIM電容的輸出端11、第二螺旋電感的輸出端12、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端13、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的地端14、第一螺旋電感的輸入端15、第二螺旋電感的輸入端16、柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸出端17、金屬互連線18、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分構(gòu)成頂層金屬層M3。

本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的制造方法，包括如下步驟：

1)襯底準(zhǔn)備：選用PET作為襯底，用氫氟酸和等離子水清洗；

2)用底層金屬層M1的掩模板進(jìn)行光刻，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成底層金屬層M1，作為第一MIM電容的底層金屬3a、第二MIM電容的底層金屬3c、第一螺旋電感的中心電極3b和第二螺旋電感的中心電極3d，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器剝離底層金屬層M1；

3)分別在第一MIM電容的底層金屬3a和第二MIM電容的底層金屬3c上淀積SiO層：光刻并采用真空電子束蒸發(fā)淀積形成200nm厚度的SiO介質(zhì)層，作為第一MIM電容的介質(zhì)層4a和第二MIM電容的介質(zhì)層4b；

4)光刻并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和400nm厚度的Au形成上層金屬M(fèi)2，作為第一MIM電容的上極板5a和第二MIM電容的上極板5b，然后用丙酮溶液和超聲發(fā)生器將SiO介質(zhì)層和上層金屬M(fèi)2一起進(jìn)行剝離；

5)均勻地旋涂一層1.0～1.5um厚度的SU_8光刻膠構(gòu)成SU_8的絕緣層2，SU_8光刻膠是旋轉(zhuǎn)均涂在器件表面的。將絕緣層2并進(jìn)行光刻形成通孔，然后對(duì)SU_8的絕緣層2進(jìn)行堅(jiān)膜。所述的通孔包括：連接第一MIM電容的上極板5a的第一通孔61、連接第一MIM電容的底層金屬3a的第二通孔62、連接第一螺旋電感的中心電極3b的第三通孔63、連接第二MIM電容的上極板5b的第四通孔64、連接第二MIM電容的底層金屬3c的第五通孔65和連接第二螺旋電感的中心電極3d的第六通孔66；

6)在絕緣層2的上端面分別形成第一MIM電容的輸入端7和第一MIM電容的輸出端8，第二MIM電容的輸入端10和第二MIM電容的輸出端11，第一螺旋電感的輸入端15和第一螺旋電感輸出端9，第二螺旋電感的輸入端16和第二螺旋電感的輸出端12，柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端13、輸出端17和地端14，以及金屬互連線18、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分，形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器。具體包括：

在絕緣層2的上端面均勻地旋涂一層光刻膠，并采用真空電子束依次采蒸發(fā)淀積30nm厚度的Ti和1.5um厚度的Au構(gòu)成頂層金屬層M3，并分別形成第一MIM電容的輸入端7和第一MIM電容的輸出端8，第二MIM電容的輸入端10和第二MIM電容的輸出端11，第一螺旋電感的輸入端15和第一螺旋電感輸出端9，第二螺旋電感的輸入端16和第二螺旋電感的輸出端12，柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的輸入端13、輸出端17和地端14，以及金屬互連線18、第一螺旋電感的螺旋主體部分和第二螺旋電感的螺旋主體部分，用丙酮溶液和超聲發(fā)生器對(duì)光刻膠進(jìn)行剝離，形成柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器。

縱觀本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的制作流程，其中沒有包含特殊的材料也沒有引進(jìn)復(fù)雜特殊的工藝步驟，并且與其他的柔性微波射頻器件的工藝相兼容。因此，應(yīng)用本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器易于實(shí)現(xiàn)可彎曲、應(yīng)變可調(diào)，帶通濾波的特性。

本發(fā)明的一種柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器主要工作原理，是利用電容和電感的串聯(lián)連接對(duì)諧振信號(hào)阻抗小，電容和電感的并聯(lián)連接對(duì)諧振信號(hào)阻抗大的特性，能讓諧振信號(hào)容易通過，而阻礙其他頻率通過。采用掃頻輸入方法，并對(duì)柔性無源帶通濾波器加以不同的載荷，進(jìn)而測量出不同的載荷彎曲下的帶通濾波器的散射參數(shù)和截止頻率的變化，建立機(jī)械應(yīng)變與柔性帶通濾波器截止頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)柔性帶通濾波器的機(jī)械應(yīng)變的可調(diào)諧。

如圖3所示，本發(fā)明的柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器的測量方法，將柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器21的輸出端17、輸入端13和地端14分別通過射頻電纜20連接網(wǎng)絡(luò)分析儀19的相應(yīng)端，通過外部載荷22對(duì)柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器21施加不同的載荷，用來產(chǎn)生不同曲率半徑的形變，通過掃頻的方式對(duì)柔性射頻應(yīng)變可調(diào)無源帶通濾波器21進(jìn)行S參數(shù)的測量，進(jìn)而得到根據(jù)S參數(shù)和濾波器的截止頻率與彎曲應(yīng)變之間的關(guān)系。