近年来,半导体技术的快速发展以及无线通信的低功耗、低成本和小型化等要求,促使无线通信系统逐步向更高层次集成。电感在射频通信系统中具有重要作用,其设计和应用直接影响到电路的整体性能。如何实现高性能的片上电感,已经成为射频集成电路的研究重点和热点。RF MEMS技术超强的微精细加工能力和易于传统IC工艺兼容的特点使之成为实现具有高品质因数、高谐振频率和小型化的片上电感的有效途径。本文在大量调研的基础上,深入研究了RF MEMS电感及其在LC无源滤波器中的应用这个重要课题,主要的研究工作和创新成果如下： ⑴阐述了国内外RF MEMS电感和MEMS-LC无源滤波器的研究现状,介绍了片上电感的基础知识,包括RF片上平面电感的物理结构和简单等效电路模型,详细讨论了等效电路参数的计算和萃取方法。采用理论分析和有限元软件模拟的方法研究了片上平面电感的趋肤效应、邻近效应、衬底涡流效应和分布效应,分析了这几种效应的等效电路形式。 ⑵提出衬底涡流影响因子和分布效应发生频率的概念,能够准确反映衬底涡流效应和分布效应与衬底电阻率、电感线圈长度等参数的关系。一个制作在低阻硅和高阻硅衬底上的6.5圈,线圈长度为3060μm的电感L,其衬底涡流影响因子分别为0.3和0.04,分布效应发生频率分别为1.5GHz和14.5GHz。实验表明,高阻硅上电感L的简化等效电路模型仍具有较高的精度,误差在7％之内。这部分工作为分析和简化片上电感等效电路模型提供了一种有效的途径,并由实验测试结果验证了这种简化途径的合理性,特别适合高电阻率衬底上的小尺寸电感的模型简化和建立。 ⑶针对目前RF IC最常使用的CMOS工艺和MMIC 工艺分别设计了与之相兼容的两种RFMEMS电感并进行了软件模拟和讨论。HFSS模拟结果表明,相比传统单层电感,双层螺旋电感可以减少60％的芯片面积,即使10nH的电感也只需要比较小的面积；经过MEMS后处理的双层螺旋CMOS电感的最大Q值达到20;一个经过MEMS后处理的3.6nH的平面MMIC电感的品质因数达到19.4,自谐振频率超过15GHz。 ⑷在RF MEMS电感的基础上,研究了MEMS电感在LC无源滤波器中的应用。本文简要介绍了LC无源滤波器设计的基本理论,设计并模拟了几种基于MMIC工艺线的MEMS-LC低通/带通滤波器。模拟结果表明,由于寄生效应的影响,MEMS-LC滤波器的滤波特性与设计指标有一定差距,但在可以接受的范围内；在各自通带内引入的插入损耗不超过3.8dB,完全可以满足一定的RF应用要求。 ⑸对55所MMIC工艺线加工的MEMS平面螺旋电感和MEMS-LC低通/带通滤波器进行了测试。测试结果表明,一个3nH的架空电感(衬底未刻蚀)在在7.9GHz时的品质因数为15.8,自谐振频率达到到17GHz;测试结果验证了制作的四种MEMS-LC低通/带通滤波器的性能满足设计要求。