マイクロメカニクス技術を用いたGHz帯可変インダクタの開発

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14655132
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 益 一哉 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (20157192)
• 研究分担者: 岡田 健一 東京工業大学, 精密工学研究所, 助手 (70361772) ; 下河邉 明 東京工業大学, 精密工学研究所, 教授 (40016796)
• キーワード: 集積回路 / シリコン / インダクタ / オンチップ / 受動部品

研究概要

本研究は、元々「マイクロアクチュエータ」という微少機械部品としての応用を目指していた研究を、「可変インダクタ」という電気回路部品として、いわば異なる応用分野へ展開しようとする研究である。現在の携帯電話をはじめとする機器ではGHz帯で動作するSi CMOSパワーアンプなどが利用されている。最適な動作を行うためにインピーダンスマッチングを取るために、受動素子としての高性能インダクタが必要であり、また小型化のためにはこの受動素子であるインダクタがSiチップ上に形成されていることが好ましい。Si ULSIでは加工寸法ばらつきなどが本質的に伴うため、チップ毎に最適マッチングをとるためにはチップ上のインダクタが可変であることが望まれる。本研究ではSi ULSIプロセスに適合可能なマイクロメカニクス技術(MEMS技術)を利用して、Siチップ上に可変インダクタを形成する。具体的な材料として「薄膜金属ガラス」を用いる。これまでに分担者が開発してきた「マイクロ構造アクチュエータ」構造を「GHz帯可変インダクタ」に応用する。本年度は、GHz帯での利用を想定し、インダクタンスは数nH、インダクタンス可変範囲10%程度、Q値は10以上を目標とした。当初計画していたものに加え、オンチップスパイラルインダクタと導体板を用いた構造の可変インダクタを開発した。導体板をMEMSアクチュエータにより移動させることで、290%もの変化率を達成することに成功した。再配線層を用いたインダクタにより、Q値が50以上の可変インダクタを作製することに成功した。

研究成果

• [文献書誌] H.Sugawara, Y.Yokoyama, S.Gomi, H.Ito, K.Okada, H.Hoshino, H.Onodera, K.Masu: "Variable RF Inductor on Si CMOS Chip"Japanese Journal of Applied Physics. (To be published). (2004)
• [文献書誌] K.Itoi, M.Sato, H.Abe, H.Sugawara, H.Ito, K.Okada, K.Masu, T.Ito: "On-Chip High-Q Cu Inductors Embedded In Wafer-Level Chip-Scale Package for Silicon RF Application"IEEE MTT-S International Microwave Symposium. (To be published). (2004)
• [文献書誌] K.Okada, H.Hoshino, H.Onodera: "Modeling and Optimization of On-Chip Spiral Inductors in S-parameter Domain"IEEE International Symposium on Circuits and Systems. (To be published). (2004)
• [文献書誌] K.Okada, H.Hoshino, H.Onodera: "Design Optimization Methodology of On-Chip Spiral Inductors"IEICE Transactions on Electronics. Vol.E87-C No.6(To be published). (2004)
• [文献書誌] H.Sugawara, H.Ito, K.Okada, K.Masu: "Variable RF Inductor on Si CMOS Chip"International Workshop on Compact Modeling. 24-28 (2004)
• [文献書誌] S.Gomi, Y.Yokoyama, H.Sugawara, H.Ito, K.Okada, H.Hoshino, H.Onodera, K.Masu: "Variable RF Inductor on Si CMOS Chip"International Conference on Solid State Devices and Materials. 398-399 (2003)