微波MEMS滤波器的研究进展

FBAR是目前发展最成熟并且已经产业化的MEMS器件（如图5所示），已被应用于CDMA（码分多址）等通信系统中。到目前为止，已有很多公司（如EPCOS、Fujistu）推出了商用的体声波滤波器。国内FBAR技术目前还处于理论研究和实验阶段。

目前的体声波滤波器仍存在一些问题，主要体现在：（1）工作频率范围集中在X波段以下，在毫米波段仍然没有得到很大的发展；（2）压电薄膜材料（PZT）的制备及其性能仍不理想。运用三维MEMS工艺，构造高机电耦合系数（Kt）、高Q值的压电薄膜是目前体声波滤波器发展的重点。

2.2、基于MEMS工艺的RLC调谐滤波器

由于传统的RLC调谐滤波器的设计方法非常成熟，这可减小MEMS滤波器的设计周期和设计难度。将MEMS的加工工艺应用于设计好的传统RLC调谐滤波器，不但可以克服传统MMIC滤波器损耗高、Q值低等特点，还可以有效减小芯片面积。

RLC调谐滤波器可以设计为两种：（1）集总元件滤波器；（2）分布元件滤波器。由于它们自身实现方式的不一致，相应采取的MEMS加工工艺也不一致。

2.2.1、MEMS集总元件滤波器

集成电感电容的低Q值和低自谐振频率一直是限制集总滤波器的最主要因素，传统CMOS工艺的电感Q值都在10以下，自谐振频率也很低。MEMS工艺采用三维的加工工艺，可以制作高Q的电感电容。

由上海交通大学微纳米科学技术研究院制作的双层悬空结构电感，Q值可以达到20；国外报道的MEMS电感Q值在10～3O之间。图7所示为采用倒装法制作的悬空电感结构图，ZengJun等人使用支撑柱使电感金属线圈悬空，形成悬空结构，这提高了电感Q值。采用高Q的元件设计滤波器，不但其性能优越，而且滤波器的电路设计也非常简单。

图7、采用MEMS工艺的悬空电感结构

（a）螺旋结构（b）弯折线结构

2.2.2、分布元件滤波器

分布元件滤波器采用各种微波传输线来设计。在微波单片集成电路中通常使用微带线和共面波导传输线（CPW）。传输线的损耗主要来自于导体损耗和介质损耗，通过MEMS工艺，在传输线导体下淀积绝缘薄膜，或者刻蚀槽形成悬空结构（如图8所示），可以有效减小微波传输线的损耗。

图8、共面波导悬空结构，刻蚀掉中央导体两边的槽线介质形成悬空结构

3、结束语

将MEMS技术应用于单片微波集成电路，在微波滤波器集成化的同时，使微波系统能够具有可重构性，这是实现现代通信和微波单片系统的重要手段。然而，MEMS滤波器依赖于MEMS技术的发展，MEMS技术的发展时间还非常短，实现更加成熟、低成本、高可靠性的MEMS器件是进一步提高MEMS滤波器性能的关键，这也是MEMS滤波器今后的主要发展方向。

4、致谢

文章得到中国科学院百人计划和德国洪堡基金会资助。

作者：
李文明^1,2、李骁骅^1,2、杨月寒^1,2、刘海文²、杨谟华¹、于奇¹
（1.电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室，成都610054）
（2.中国科学院光电技术研究所微细加工光学技术国家重点实验室，成都610209）