本期封面报道单位 西安理工大学光子功率器件与放电调控陕西省高等学校重点实验室
封面文章 基于硅通孔的双螺旋嵌套式高密度电感器三维结构及解析模型
射频无源器件已经成为射频系统小型化的关键瓶颈之一。一方面，随着射频系统功能和复杂度的提高，大量的射频单元模块之间的信号互联密度和距离急剧增加，给系统带来了电磁损耗、传输延时、信号畸变、功耗剧增等严重问题。另一方面，受半导体材料介电常数和磁导率的限制，在现有框架和技术条件下，射频无源器件的电容密度和电感密度难以显著提高，致使电容、电感、滤波器等关键无源器件仍占据大量芯片面积。
传统平面电感在高频率信号下存在电感集成密度低、品质因数低、自谐振频率低等面积和性能问题，难以满足现代射频系统对宽带与微型化的需求。为了提高性能并克服芯片面积限制，可利用硅通孔技术将垂直通孔与片上金属线或表面金属线首尾相连，构成三维螺旋管电感，从而降低衬底寄生损耗并提高整体可靠性。然而，该类无源电感的电感密度相对较低，其理论模型和三维结构尚待进一步优化和分析。
西安理工大学王凤娟教授课题组在《基于硅通孔的双螺旋嵌套式高密度电感器三维结构及解析模型》一文中，提出了一种基于硅通孔技术的硅基三维集成高密度电感结构，并建立了精确的电感解析模型。该结构采用硅通孔和重布线层的三维嵌套实现了多个螺旋层的叠加，利用螺旋层之间的磁场耦合增强了硅衬底三维空间的磁场强度，实现了119.7 nH/mm2的电感密度，通过减小平行金属的电场耦合长度降低了寄生电容，实现了~5 GHz的自谐振频率和高品质因数。研究结果表明，该新型电感器采用硅基三维集成结构实现，具有较高的电感密度和良好的宽频特性，为射频系统的无源电感微型化设计提供了重要解决方案。
图1 双螺旋嵌套式电感器耦合模
