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片上电感的物理模型与特性分析

来源:    作者:     发布时间:2013-04-01 13:38:16     点击数:

 由于射频和微波通信市场的巨大潜力,国际上很多大学在十几年前就开始研究片上电感,产生了一系列富有成果的论文。ChikPatrickYuetl”提出了采用衬底地屏蔽来降低半导体衬底电场损耗的思路;SunderarajanS.Mohan[118】根据电感的几何参数提出简单的电感表达式:AIiM.Niknejad【1”】在电磁场分析的基础上得到了著名的电感分析设计软件ASITIC;AdamC.Watson【l221提出了宽带电感模型。

早在1960年就有人研究过在硅片上做平面电感,当时得出的结论是在硅集成电路中集成电感是=iif;实际的。直到1990年,Nguyen和Meyer首次发现电感能够在硅工艺集成电路制作。近年来,随着无线通信技术的迅猛发展,人们越来越希望在射频集成电路(RFIC)中集成电感,以满足低功耗、高集成度的要求,使得硅基集成电感成为微电子领域一个新研究热点。与GaAs半绝缘衬底不同,硅衬底是半导体,衬底的损耗比较大,很难获得高的品质因数。最近,很多研究人员对非标准工艺的方法提高电感的性能比较感兴趣,比如使用高电阻率(150—200Q·m)的硅衬底、将线圈下面的硅腐蚀掉等(本文的研究集中在:在不改变工艺前提下实现片上电感的优化设计方法)。

硅基螺旋电感是实现片上电感的主要方式,它利用集成电路中的金属互连线围绕成螺旋状而使其具有电感的特性。在标准CMOS工艺中,由于组成螺旋电感的金属连线电阻较高,高频硅基衬底的损耗较大,使得硅基螺旋电感的品质因数普遍不高。螺旋电感处于复杂的电磁场环境下,其模型建立和仿真也非常困难。十多年来,有许多人致力于硅基集成螺旋电感的研究,这些研究主要集中在两个方面:一是建立硅基螺旋电感的模型。目前,电感的模型从经典的窄带n模型眦2】发展为可按比例缩小的宽带模型m1,123_12“。建模的主要目标是为了快速、精确、灵活地对硅基螺旋电感进行仿真:二是关于硅基集成螺旋电感的设汁和优化,主要目标是使硅基螺旋电感的品质冈数在一定的T作频率上最大化叫5“2”。电感的寄生电容影响了电感的使用范围和品质因数,因此电感的寄生电容也开始被分析研究f1.28-1.31]。目前,科研人员还主要将电感当成集成电路的一个元件在研究。1

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