[发明专利]面向物联网硅基SIW带金属柱悬臂梁可重构带通滤波器

说明书

本发明公开了一种面向物联网的硅基SIW带金属柱悬臂梁可重构带通滤波器，包括SIW带通滤波器、转接结构(3)和带金属柱的MEMS悬臂梁结构。带金属柱的MEMS悬臂梁结构包括MEMS悬臂梁(6)，MEMS悬臂梁依靠锚区(7)的支持悬浮在硅衬底(1)之上，MEMS悬臂梁的下表面上设置有金属柱(11)，硅衬底对应金属柱的位置开设有孔(14)，且该孔(14)穿过硅衬底(1)上的氮化硅层(10)和上表面金属层(5)进入硅衬底(1)中。本发明只需要通过控制MEMS悬臂梁的状态就能够改变滤波器通带的中心频率，达到切换滤波器通带中心频率的目的，MEMS悬臂梁可以实现快速的DOWN态和UP态的转换，可以有效地实现微波电路中对滤波器滤波范围的控制。

技术领域

本发明属于微电子机械系统的技术领域，具体涉及一种面向物联网的硅基SIW带金属柱悬臂梁可重构带通滤波器。

背景技术

近年来，随着物联网通信技术获得了高速的发展，微波滤波器技术作为物联网通信技术中重要的器件之一，再次成为研究的热点，滤波器可以用来阻隔或者分离不同频段的信号。为了满足现代便携无线通信技术的高速发展需求，微波滤波器不仅要具有高品质因数，大功率容量等优点，更要具有低功耗，小型化，高集成度的优点。而且随着物联网系统通信业务的日益繁多，使得本来就有限的频谱资源变得更加紧张，为了更有效地利用频谱资源，扩频、跳频、动态频率分配等技术得到了广泛的应用，频率可调滤波器作为这些技术的关键器件也越来越受到重视。

基片集成波导(SIW)技术的出现为上述问题提供了解决方案，SIW由两排线性紧密排列的金属通孔或金属圆柱嵌入基片中构成，SIW中的电磁波被限制在基片的上下两个金属面和两列金属通孔之问的区域传播，形成导波结构，所以SIW不仅继承了传统波导损耗低，功率容量大，品质因数高等优点，还具有低剖面，小尺寸等优点，便于与其他微波电路相集成。另外，用硅制作的SIW器件可以很容易地与其他电路或者硅基器件集成。由于硅的介电常数相对于PCB或者LTCC衬底材料的介电常数高很多，所以硅基的SIW可以用在高频的器件上，并且可以有效地缩小器件的体积。

由MEMS悬臂梁所组成的可动结构是典型的可重构元件，MEMS悬臂梁几乎不消耗直流电流，所以其在拥有高可靠性和卓越的线性度的同时还有低功耗的优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种面向物联网的硅基SIW带金属柱悬臂梁可重构带通滤波器，在SIW带通滤波器的基础上添加带金属柱的MEMS悬臂梁，以在SIW带通滤波器各个谐振腔中引入可动电容，调节各个谐振器的谐振频率，最终实现滤波器通带的可重构目的，可以控制滤波器的工作动态。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种面向物联网的硅基SIW带金属柱悬臂梁可重构带通滤波器，包括SIW带通滤波器和MEMS悬臂梁结构；

所述SIW带通滤波器包括SIW结构，SIW结构包括作为介质的硅衬底，硅衬底的上表面和下表面均电镀有金属层，所述硅衬底和金属层中穿设有金属通孔一，且相邻金属通孔一中心轴之间的距离小于两倍的金属通孔一直径的长度，位于硅衬底上表面和下表面的金属层相互对称平行，且硅衬底上表面的金属层上设有氮化硅层；所述SIW结构通过金属通孔二分割成若干个SIW谐振腔，金属通孔二处于两排对称平行的金属通孔一之间，且金属通孔一与金属通孔二结构相同；

所述MEMS悬臂梁结构设置于SIW谐振腔的氮化硅层上，MEMS悬臂梁结构包括MEMS悬臂梁，MEMS悬臂梁的一端设有锚区，MEMS悬臂梁通过锚区架设在硅衬底的氮化硅层上，且锚区与氮化硅层固定连接；MEMS悬臂梁的下表面上设置有直径为200μm、长度为24μm金属柱，且所述硅衬底对应金属柱的位置开设有直径为202μm、深度为24μm的孔，且孔穿过硅衬底上的氮化硅层和上表面金属层进入硅衬底中，所述金属柱伸入孔中；MEMS悬臂梁下侧的氮化硅层上设有下拉电极，且下拉电极上包裹有二氧化硅层。