共面波导法测量BST薄膜参数研究

论文摘要

钛酸锶钡薄膜（简称BST）在微波频率下具有小的漏电流,较小介电损耗,较大介电常数,且介电常数随外加偏压变化的特点,由于利用BST薄膜可制作移相器等可调谐器件而被广泛研究。BST薄膜介质移相器性能与BST的微波参数:介电常数、损耗角、调谐率相关,因此测量BST薄膜微波参数对设计BST介质移相器来说意义重大。共面波导（简称CPW）传输线便于施加偏压而便于测试BST调谐率,因此本文对使用CPW结构测量10GHz频率下BST薄膜的微波参数在方法上进行了研究。首先利用电磁软件-HFSS仿真研究了包括CPW的信号线宽度、缝隙宽度、金属电极材料的种类及厚度、衬底材料的性质和厚度对CPW微波传输的影响,特别研究了接地面宽度大小对CPW传输的影响。然后利用仿真的结果设计了信号线宽度分别为10μm、20μm、30μm,不同长度的CPW测试结构及其校准件近百个,以满足BST介电常数在60-240,厚度在0.2μm-1.0μm范围内测试的需要,并用L-EDIT软件绘制了相应的版图。之后从理论上论证了偏压下共面波导S参数变化是由于BST薄膜介电常数随偏压变化。接着对比了HFSS与保角映射法（CMM）计算的结果,两者计算CPW特征阻抗、BST介电常数和调谐率的结果基本一致,损耗角的结果有一定的差别达到50%。最后对HFSS法建立误差分析模型,发现由于误差放大作用导致最终计算的误差变大。减小最后计算误差的关键是减小误差放大系数和S参数测试误差,当该误差小于1%,则最后的计算误差有可能低于30%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 BST 薄膜的特点和应用
• 1.2 BST 薄膜微波参数测试研究现状
• 1.3 论文的研究意义
• 1.4 论文的主要研究内容
• 2 共面波导法测试的理论基础
• 2.1 微波传输线理论
• 2.1.1 传输线的电路模型
• 2.1.2 传输线的特性参数
• 2.2 共面波导的微波传输特点
• 2.3 阻抗匹配和S 参数（散射参数）
• 2.4 TRL 校准技术
• 2.5 电磁算法
• 2.6 本章小结
• 3 共面波导结构的仿真、设计、版图设计与测试平台
• 3.1 共面波导结构的模拟仿真
• 3.1.1 电磁仿真软件的选择
• 3.1.2 HFSS 仿真CPW 结构的设置
• 3.2 CPW 测试结构的设计
• 3.2.1 基片材料的选择
• 3.2.2 其他介质层的选择
• 3.2.3 BST 薄膜介电常数及厚度对CPW 微波传输的影响
• 3.2.4 金属导体材料选择及其厚度的设计
• 3.2.5 接地面宽度w 对CPW 传输性质的影响及设计
• 3.2.6 CPW 的s，g 参数设计
• 3.3 TRL 校准件的设计
• 3.4 测试结构的版图设计
• 3.5 CPW 实物制备的半导体工艺
• 3.6 CPW 结构的在片测试平台
• 3.7 本章小结
• 4 BST 微波参数的计算和误差分析
• 4.1 直流偏压对CPW 的S 参数的影响
• 4.2 保角映射法计算BST 薄膜微波参数
• 4.3 保角映射法计算和HFSS 模拟结果比较
• 4.4 BST 微波介电参数测量的误差分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献