год издания — 2004, кол-во страниц — 528, ISBN — 5-94836-030-X, тираж — 2000, язык — русский, тип обложки — твёрд. 7БЦ матов., масса книги — 860 гр., издательство — Техносфера

серия — Мир электроники

КНИГА СНЯТА С ПРОДАЖИ

RF MEMS
and Their Applications
Vijay K. Varadan
К. J. Vinoy
К. A. Jose
Pennsylvania State University, USA
© 2003 John Wiley & Sons Ltd.
Пер. с англ. под ред. Ю. А. Заболотной
Формат 70x100 1/16. Офсетная печать. Бумага офсет №1, плотность 65 г/м²

В монографии подробно рассмотрены вопросы проектирования и применения, а также технологические аспекты производства разнообразных микроэлектромеханических устройств: переключателей, регулируемых индукторов и конденсаторов, фильтров, фазовращателей, линий передач и антенн, приведены преимущества и недостатки каждой отдельной конструкции и указаны способы их оптимизации. Целая глава посвящена такой важной теме, как монтаж микросистем, где обсуждаются методы построения корпусов микросистем и способы их сборки. Детальное описание методов изготовления микроустройств, как традиционных, применяемых в электронной промышленности, так и современных, разработанных специально для микросистем, делает книгу особенно ценной для специалистов.

Бытует мнение, что с точки зрения материаловедческого базиса XIX век был веком нефти, а двадцатое столетие подарило нам кремний — основу практически всех современных информационно-управляющих, радиоэлектронных и коммуникационных систем. И всё же, одним из самых замечательных научно-технических достижений конца XX века стали не очередной сверхбыстрый процессор или гигантская память, а так называемая микромеханическая миниатюра, процесс создания которой, базируется на чрезвычайно высоко развитой культуре кремневой технологии. В 1982 году сотрудник фирмы IBM К. Петерсон по новому взглянул на кремний, увидев в нём не только полупроводниковый, но и конструкционный «механический» материал. Появление миниатюрных устройств, в которых гальванические (электрические) подсистемы интегрируются на микроуровне с механическими, породило новое направление, получившее с 1987 года аббревиатуру MEMS (МЭМС) (микроэлектромеханические системы). В настоящее время в мировой практике для обозначения фактически одного и того же направления наиболее часто используют понятия: США — MEMS и MOEMS (микроэлектромеханические и микрооптомеханические системы); Япония — MIKROMACHINES (микромашины), Европейские страны — MST — MICROSYSTEM TEHNOLOGY (дословно, технология микросистем).

Предисловие	13

Глава 1.
Микросистемы	22
1.1. Введение	22
1.2. Краткий обзор микросистем	24
1.3. Технология изготовления микросистем	29
1.3.1. Объёмная технология	29
1.3.2. Поверхностная технология	33
1.3.3. Соединение слоёв внутри микросистемы	36
1.3.4. Технология LIGA	38
1.3.5. Изготовление полимерных микросистем	40
1.3.6. 3D технология изготовления микросистем	43
1.4. Электромеханические преобразователи	45
1.4.1. Пьезоэлектрические преобразователи	48
1.4.2. Электрострикционные преобразователи	51
1.4.3. Магнитострикционные преобразователи	53
1.4.4. Электростатические преобразователи	56
1.4.5. Электромагнитные преобразователи	59
1.4.6. Электродинамические преобразователи	62
1.4.7. Электротермические преобразователи	66
1.4.8. Сравнение электромеханических преобразователей	68
1.5. Чувствительные элементы для микросистем	70
1.5.1. Пьсзорезистивные чувствительные элементы	70
1.5.2. Ёмкостные чувствительные элементы	71
1.5.3. Пьезоэлектрические чувствительные элементы	72
1.5.4. Резонансные чувствительные элементы	72
1.5.5. Чувствительные элементы на поверхностных акустических волнах (ПАВ)	73
1.6. Материалы для микросистем	78
1.6.1. Металлы и металлические сплавы	78
1.6.2. Полимеры	79
1.6.3. Другие материалы	81
1.7. Краткий обзор книги	82
Литература	83

Глава 2.
Материалы и методы изготовления микросистем	89
2.1. Металлы	89
2.1.1. Термовакуумное напыление	89
2.1.2. Ионное распыление	90
2.2. Полупроводники	92
2.2.1. Электрические и химические свойства	92
2.2.2. Выращивание и осаждение	97
2.3. Тонкие плёнки и методы их осаждения	101
2.3.1. Формирование оксидных плёнок методом термоокисления	102
2.3.2. Осаждение диоксида и нитрида кремния	103
2.3.3. Осаждение поликристаллического кремния	106
2.3.4. Ферроэлектрические тонкие плёнки	106
2.4. Материалы для полимерных микросистем	110
2.4.1. Классификация полимеров	110
2.4.2. Фотополимеризация	118
2.4.3. Фоторезистивный материал SU-8	127
2.5. Применение объёмных технологий обработки кремния при изготовлении микросистем	131
2.5.1. Изотропное и направленное жидкостное травление	132
2.5.2. Сухое травление	137
2.5.3. Внутренний процесс окисления	138
2.5.4. Монтаж кремниевых компонентов методом сплавления	138
2.5.5. Анодное соединение	141
2.6. Применение поверхностных технологий обработки кремния при изготовлении микросистем	142
2.6.1. Технология защитного слоя	142
2.6.2. Материалы, применяемые в технологии защитного слоя	143
2.6.3. Плазменное травление, как метод поверхностных технологий	145
2.6.4. Объединение технологии изготовления интегральных схем (ИС) с методом анизотропного жидкостного травления	146
2.7. Изготовление полимерных микросистем методом микро-стереолитографии (МСЛ)	147
2.7.1. Метод сканирования	148
2.7.2. Двухфотонная микростереолитография	149
2.7.3. Применение поверхностных технологий для построения полимерных микросистем	151
2.7.4. Проекционный метод	151
2.7.5. Архитектура полимерных микросистем, использующих кремний, металлы и керамику	157
2.7.6. Объединение методов микростереолитографии и толсто-плёночной литографии	160
2.8. Заключение	161
Литература	161

Глава 3.
Высокочастотные микропереключатели и микрореле	165
3.1. Введение	165
3.2. Параметры переключения	168
3.3. Принципы переключения	173
3.3.1. Механические переключатели	174
3.3.2. Электронные ключи	174
3.4. Высокочастотные и сверхвысокочастотные ключи	174
3.4.1. Механические высокочастотные переключатели	176
3.4.2. Высокочастотные переключатели на основе PIN-диодов	179
3.4.3. Полевые транзисторы с МОП структурой затвора (MOSFET) и монолитные СВЧ интегральные схемы (MMIC)	183
3.4.4. Переключатели в ВЧ микросистемах	186
3.4.5. Интеграция ВЧ ключей в устройства связи и обеспечение изоляции линий	189
3.5. Исполнительные механизмы микросистем	190
3.5.1. Электростатические исполнительные механизмы	191
3.5.2. Разработка переключателей с низким напряжением срабатывания	207
3.5.3. Переключатели с ртутным контактом	214
3.5.4. Магнитные переключатели	216
3.5.5. Электромагнитные переключатели	217
3.5.6. Термические переключатели	220
3.6. Бистабильные микрореле и микроприводы	221
3.6.1. Микрореле с магнитным приводом	222
3.6.2. Контактные усилия и материалы в микрореле	226
3.7. Динамика работы переключателей	227
3.7.1. Время переключения и время отклика	228
3.7.2. Пороговое напряжение	232
3.8. Расчёт, моделирование и сравнение микропереключателей	234
3.8.1. Электромеханический анализ методом конечных элементов	236
3.8.2. Разработка ВЧ микропереключателей	237
3.9. Важные моменты при проектировании микропереключателей	250
3.10. Заключение	250
Литература	255

Глава 4.
Конденсаторы и катушки индуктивности в микросистемах	261
4.1. Введение	261
4.2. Пассивные компоненты микросистем: достоинства и недостатки	262
4.3. Индукторы в микросистемах	263
4.3.1. Собственная индуктивность и взаимная индуктивность	265
4.3.2. Индуктивные элементы микросистем	268
4.3.3. Влияние топологии	276
4.3.4. Уменьшение паразитной ёмкости планарных катушек индуктивности	279
4.3.5. Способы улучшения добротности	285
4.3.6. Поворачивающиеся индукторы	296
4.3.7. Моделирование и расчёт планарных катушек индуктивности	298
4.3.8. Переменные катушки индуктивности	302
4.3.9. Катушки индуктивности на основе полимеров	302
4.4. Микроконденсаторы	303
4.4.1. Микроконденсаторы с регулируемым зазором	305
4.4.2. Микроконденсаторы с регулируемой площадью пластин	315
4.4.3. Микроконденсаторы с регулируемой диэлектрической проницаемостью	316
4.5. Заключение	319
Литература	329

Глава 5.
Высокочастотные микрофильтры	336
5.1. Введение	336
5.2. Моделирование механических фильтров	340
5.2.1. Моделирование резонаторов	341
5.2.2. Компоненты линий связи	349
5.2.3. Основные элементы механических фильтров	357
5.3. Микрофильтры	357
5.3.1. Электростатический гребенчатый привод	358
5.3.2. Микрофильтры, использующие гребенчатые приводы	361
5.3.3. Микрофильтры, использующие электростатически связанные балочные резонаторы	367
5.4. Фильтры на поверхностных акустических волнах (ПАВ)	371
5.4.1. Принцип действия фильтров на ПАВ	372
5.4.2. Распространение волн в пьезоэлектрических подложках	374
5.4.3. Разработка встречно-штыревых преобразователей	376
5.4.4. Однофазные однонаправленные преобразователи	378
5.4.5. Устройства на ПАВ: возможности, ограничения и применение	379
5.5. Фильтры на объёмных акустических волнах	381
5.6. Микрофильтры для частотного диапазона миллиметровых волн	382
5.7. Выводы	387
Литература	389

Глава 6.
Микрофазовращатели	392
6.1. Введение	392
6.2. Разновидности фазовращателей и их ограничения	393
6.2.1. Ферритовые фазовращатели	394
6.2.2. Полупроводниковые фазовращатели	395
6.2.3. Ферроэлектрические тонкоплёночные фазовращатели 397
6.2.4. Ограничения фазовращателей	397
6.3. Микрофазовращатели	397
6.3.1. Переключаемые фазовращатели на основе линий задержки	398
6.3.2. Распределённые микрофазовращатели	398
6.3.3. Полимерные фазовращатели	407
6.4. Ферроэлектрические фазовращатели	410
6.4.1. Распределённые конденсаторы с параллельными пластинами	411
6.4.2. Двусторонние гребенчатые фазовращатели	414
6.4.3. Ёмкостные гребенчатые фазовращатели	418
6.5. Области применения фазовращателей	419
6.6. Заключение	419
Литература	420

Глава 7.
Линии передач в микросистемах и их компоненты	424
7.1. Введение	424
7.2. Линии передач в микросистемах	425
7.2.1. Потери в линиях передач	428
7.2.2. Копланарные линии передач	430
7.2.3. Экранированные линии передач и линии передач, опирающиеся на мембраны	434
7.2.4. Компоненты экранирующих цепей	441
7.2.5. Компоненты волноводов в микросистемах	445
7.2.6. Направленные ответвители в микросистемах	450
7.2.7. Смесители в микросистемах	451
7.2.8. Пассивные компоненты: резонаторы и фильтры	453
7.2.9. Антенны в микросистемах	454
7.3. Разработка, изготовление и определение характеристик компонентов ВЧ микросистем	456
7.3.1. Разработка компонентов ВЧ микросистем	457
7.3.2. Изготовление компонентов микросистем	458
7.3.3. Определение характеристик компонентов микросистем	459
7.4. Заключение	460
Литература	461

Глава 8.
Микроантенны	466
8.1. Введение	466
8.2. Обзор микрополосковых антенн	467
8.2.1. Основные характеристики микрополосковых антенн	468
8.2.2. Расчёт параметров микрополосковых антенн	471
8.3. Способы улучшения рабочих характеристик микроантенн	476
8.4. Процесс изготовления микроантенн	482
8.5. Микроантенны с переменной конфигурацией	487
8.6. Выводы	491
Литература	491

Глава 9.
Монтаж высокочастотных микросистем	494
9.1. Введение	494
9.2. Роль корпуса в микросистемах	495
9.2.1. Механическая защита	496
9.2.2. Электрические соединения	497
9.2.3. Защита от вредных воздействий окружающей среды	497
9.2.4. Тепловой режим	498
9.3. Виды корпусов микросистем	498
9.3.1. Металлические корпуса	498
9.3.2. Керамические корпуса	499
9.3.3. Пластиковые корпуса	500
9.3.4. Многослойный монтаж микросистем	500
9.3.5. Монтаж микросистем на гибких печатных платах	501
9.3.6. Монтаж на подложке	502
9.3.7. Экранирование и самоупаковка микросистем	504
9.4. Монтаж методом перевёрнутых кристаллов	505
9.5. Многокристальные микросистемы	507
9.5.1. Соединение подложек	510
9.6. Монтаж ВЧ микросистем: вопросы надёжности	514
9.6.1. Материалы корпусов	514
9.6.2. Интеграция микросистем с микроэлектронными схемами	514
9.6.3. Разводка микросистем	517
9.6.4. Надёжность и основные неисправности механизмов	517
9.7. Тепловой режим	518
9.8. Заключение	518
Литература	520

Предметный указатель	524

elapsed time 0.020 sec

/Наука и Техника

ОГЛАВЛЕНИЕ