Advance Silicon Micromachined Passive Components for High-performance Millimetre and Sub-millimetre wave Systems
Tid: Fr 2024-09-20 kl 09.00
Plats: F3 (Flodis), Lindstedtsvägen 26 & 28, Stockholm
Språk: Engelska
Ämnesområde: Elektro- och systemteknik
Respondent: Mohammad Mehrabi Gohari , Mikro- och nanosystemteknik, THz Group
Opponent: Professor Vicente Boria, Universitat Politècnica de València, València, Spain
Handledare: Professor Joachim Oberhammer, Mikro- och nanosystemteknik; Oleksandr Glubokov, Mikro- och nanosystemteknik
QC 20240819
Abstract
Denna avhandling undersöker avancerade designlösningar för passiva komponenter tillverkade av mikromaskinerat kisel för högpresterande millimeter och sub-millimeter vågsystem, vilket representerar den senaste teknologin inom moderna mikrovågs och RF system. De föreslagna konstruktionerna tillverkas genom djup reaktiv jonetsning (DRIE). Kisermikromaskinering med DRIE erbjuder möjligheten att tillverka små detaljstorlekar, vilket gör den idealisk för tillämpningar inom millimeter och sub-millimeter vågsystem, med låg ytjämnhet och tillverkningstoleranser i en skalbar process. De föreslagna designlösningarna använder vågledarbaserade teknologier med målet att främja framtida generationer av satellitkommunikation, radar, fjärranalys och biomedicinsk instrumentering.
Kärnan i detta arbete är att föreslå designlösningar för att övervinna tillverkningsbegränsningar, minska transmissionsförluster, introducera nya designmetoder för att förbättra komponentprestanda och förenkla den övergripande designkomplexiteten.
Den första delen av avhandlingen introducerar nya plattformar för att överföra elektromagnetiska vågor inom kisermikromaskinerade chip. Två strukturer presenteras: en kisermikromaskinerad Eplan vågledarböjning för fläns-till-chip-anslutning och en bredbandig på-chip rektangulär vågledare 90º vridning, båda för 220-325 GHz. E-planböjningen är avgörande för att överföra vågor från utsidan av chipet till insidan och eliminera beroendet av externa fästanordningar. Den på-chip kisermikromaskinerade vridningen möjliggör sammankoppling av H-plan och E-plan vågledarsystem, vilket ökar tillverkningsflexibiliteten.
Den andra delen diskuterar flera nya filterdesignlösningar som arbetar vid olika frekvensområden från 90 till 300 GHz, var och en med toppmoderna prestanda. Ett ultrasmalt 4:e ordningens filter med ett brett störningsfritt avvisningsband utvecklas för 183 GHz. Detta filter använder hög-Q-faktor TM330-lägesresonatorer och uppvisar en uppmätt Q-faktor på 1000, vilket överträffar alla tidigare rapporterade värden inom detta frekvensområde. Dessutom föreslås en ny negativ kopplingsstruktur lämplig för rektangulära vågledarfilter, som erbjuder kompatibilitet med olika tillverkningsmetoder, såsom CNC-fräsning och kisermikromaskinering. Med denna negative koppling utvecklas ett 4:e ordningens kvasi-elliptiskt bandpassfilter med en mittfrekvens på 270 GHz och en fraktionell bandbredd på 2,2%. Vidare förklaras en dispersiv kopplingsstruktur designad för rektangulära kaviteter, som möjliggör in-line filter med N+1 överföringsnollor, vilka enkelt kan tillverkas och integreras med andra delsystem. Med den föreslagna kopplingsstrukturen utvecklas två filter vid 270 GHz: ett 4:e ordningens med 3 överföringsnollor och ett 2:a ordningens med 3 TZ. Dessutom presenteras ett integrerat åttonde gradens lågpassvågledarfilter med en avskärningsfrekvens på 280 GHz. Lågpassfiltret tillverkas också med DRIE, med hjälp av den föreslagna vridningen i avsnitt ett. Slutligen introduceras en filtreringsantenn, som kombinerar ett 4:e ordningens filter med två slitsantenner. Det använda filtret utnyttjar 4 rektangulära singletter som introducerar 4 överföringsnollor. Den uppmätta förstärkningen av strukturen är 7 dBi, med tanke på användningen av på-chip E-plan böjövergång för att möjliggöra en direkt anslutning till flänsen.