RF MEMS开关失效因素的COMSOL仿真

针对RF MEMS开关的可靠性问题,利用有限元软件COMSOL,对悬臂式RF MEMS开关周围的电场分布,开关上的电荷分布和本征频率进行了分析;并研究了在静电场和结构力场耦合作用下悬臂梁的内应力情况,找出开关损坏的可能部位,探索RF MEMS失效的机理,为悬臂式RF MEMS开关的优化改进提供理论依据。     

偏置电压对射频/微波MEMS电容开关寿命的影响

理论分析了影响射频／微波MEMS电容开关寿命的因素：介质内的电场强度和可动薄膜对介质膜的冲击速度。用三种不同的偏置电压，对介质内电场强度和可动薄膜对介质膜的冲击速度进行了数值分析和比较。提出了在脉冲电压作用下，可得到可动薄膜对介质膜最小的冲击速度和介质内的最小电场强度，从而极大地提高MEMS电容开关运行的可靠性和寿命。实验验证了上述结论。     

缩短RFMEMS开关释放时间的上悬梁方法

针对RF MEMS开关释放时间过长的问题,提出了在开关梁上设计一个上悬梁的方法,以增大开关梁所受压膜阻尼,抑制开关梁在平衡位置附近的振动,从而缩短RF MEMS开关的释放时间。给出了这种方法的相关理论、等效模型及仿真结果。通过ANSYS仿真雷声梁在设置上悬梁前后的动态特性:对于4μm高的梁,释放时间由设置上悬梁前的103μs(0.5μm厚),176μs(0.8μm厚)和232.5μs(1.1μm厚)分别下降为53.3,89和123.4μs;对于3μm高0.5μm厚的梁,释放时间由43.3μs下降为22μs。仿真结果均表明:在标准大气压下,当雷声梁高度为上悬梁高度的一半时,加入上悬梁后雷声梁的释放时间约为原来的1/2,即开关速度约为原来的2倍。     

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RF MEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.     

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RF MEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.     

应用于可重构天线的RF MEMS开关设计

针对应用于可重构天线的RF MEMS开关进行研究,并通过HFSS软件对其进行仿真分析,开关处于关闭状态(down)时,并工作在5GHz时,开关插入损耗S21仅为-0.01dB,回波损耗在-30dB附近。开关处于闭合状态(up),在1GHz^10GHz频段,隔离度S21均小于-40dB。     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RFMEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RFMEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RFMEMS微机械开关的下拉电压.用TE2 819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0 32 pF、6 pF和2 5V .用HP875 3C网络分析仪对RFMEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RFMEMS微机械开关在频率1 5GHz下关态的隔离度为35dB ,开态的插入损耗为2dB ,用示波器测得该开关的开关     

多晶硅衬底上的RF MEMS开关

在微机械开关与硅IC工艺设计和兼容方面进行了改进,获得了一种可与IC工艺兼容的RF MEMS微机械开关.采用介质隔离工艺技术把这种RF MEMS微机械开关制作在绝缘的多晶硅衬底上,实现了与IC工艺兼容;采用在金属膜桥的端点附近刻蚀一些孔的优化方法,降低了RF MEMS微机械开关的下拉电压.用TE2819电容测试设备测试开关的电容,测得开关的开态电容、关态电容和致动电压分别为0.32pF、6pF和25V.用HP8753C网络分析仪对RF MEMS微机械开关进行了RF特性测试,得出RF MEMS微机械开关在频率1.5GHz下关态的隔离度为35dB,开态的插入损耗为2dB,用示波器测得该开关的开关速度为3μs.     

RF MEMS开关

由于能耗低、隔离度好、工作频带宽,MEMS开关在RF领域得到了广泛的应用。本文着重介绍了RF MEMS开关的基本参数、分类以及典型制造工艺和设计时考虑因素等一些基本的概念。     

基于单晶硅梁的静电RF MEMS开关

RFMEMS开关是低功耗、低损耗高频通讯电路和系统的关键部件,静电驱动RFMEMS开关因具有零直流功耗、开关时间短、结构简单、易集成的优点而成为研究热点,但是驱动电压高、薄膜应力变形严重、寿命短等问题制约了其发展,提出了一种基于单晶硅梁的推拉式静电RFMEMS开关结构,能够解决静电RFMEMS现有的缺陷。     

悬臂梁接触式RF-MEMS开关的制作研究

报道了悬臂梁接触式RF-MEMS开关的设计、制作和测试结果。整个工艺采用表面微机械加工技术，利用正胶作为牺牲层。其中开关的悬臂梁采用了“三明治”式的结构，即上下两层为SiO2，中间夹着一层Cr／Au合金，这种结构可使梁合为一体，且具有很好的机械性能。对350μm长、200μm宽、1．7μm厚、且距底电极为2．5μm的悬臂梁开关进行测试，其驱动电压约为20V，在同类开关中是较低的。     

RF MEMS开关的桥膜弹性系数计算

桥膜弹性系数是影响RFMEMS开关启动电压的重要参量。对RFMEMS开关进行静态力学分析,指出常用的桥膜弹性系数的计算公式未考虑开关实际采用的共面波导(CPW)结构。考虑桥膜上实际的静电力分布,修正了桥膜弹性系数的计算公式。根据修正后的计算公式,进一步探讨了减小桥膜弹性系数的方法,以降低开关的启动电压。     

RFMEMS电容式并联开关的研制

通过分析MEMS电容式并联开关的工作原理,设计并制作出一款适合Ka波段分布式MEMS移相器的电容式开关。通过理论计算和经验选取,初步得到了MEMS电容式并联开关的结构尺寸。采用HFSS软件建立了开关的三维电磁场模型并优化了关键结构参数。仿真表明开关在Ka波段插入损耗小于0．15dB,回波损耗大于15dB。采用CoventorWare软件进行了开关的机电耦合仿真,得出其驱动电压为2．1V。为了满足流片单位的实际工艺约束条件,对开关的设计版图和微加工工艺进行了多轮改进,研制成功MEMS电容式并联开关工艺样品。开关动态特性测试表明,在驱动电压36V时,桥下拉的高度约为2μm。     

一种新型低压电容式RF MEMS开关的设计与分析

介绍了一种基于扭转的新型低压电容式RFMEMS开关的设计.此开关在保留传统挠曲变形的基础上,引入了扭转变形,并利用Intelli Suite等软件进行仿真分析.理论分析和仿真结果表明:与传统弯曲变形不同,在扭转变形中,变形对臂的厚度远比宽度敏感;在保留传统挠曲变形的基础上,增加了扭转变形,将有效降低驱动电压.理论分析还表明增长扭转臂、从动臂可使驱动电压明显下降.通过优化结构设计,在扭转臂、从动臂长为180μm、120μm,臂宽为5μm,厚为1μm,驱动电极面积为120μm×120μm时,仿真得到驱动电压为1.5V.     

低驱动电压电容式RF MEMS开关结构设计优化

RFMEMS开关将成为微波、高频信号控制的关键器件。针对其驱动电压过高,不能满足现代通信系统低电压的要求,推导了电容式RFMEMS开关驱动电压的理论公式;基于降低开关柔顺结构的弹性系数、驱动电极上极板与可变电容上极板分离的思路,优化设计了三种具有不同的连接梁和支撑梁结构形式的开关微桥柔顺结构。第一种结构为驱动电极板和电容上极板之间以双直梁连接;第二种结构以一组弹性折叠梁代替结构一中的双直梁;第三种结构是在结构二的基础上,改变了起支撑作用的弹性折叠梁的方向。使用MEMS CAD软件CoventorWare对开关结构进行了机电耦合仿真,仿真结果表明开关的驱动电压小于3V。     

电磁驱动RF MEMS开关的研究状况

RFMEMS技术在民用和军事方面有巨大的潜力,作为其核心器件的RFMEMS开关很有希望在雷达和通信领域之中成为关键器件。电磁驱动RFMEMS开关具有工作电压比较低,驱动力大,可以工作在恶劣的环境等优点,使其成为近年来RFMEMS开关研究的一个热点。     

RF MEMS开关的设计分析

针对具有低损耗、高隔离度性能的微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)开关,介绍了串联DC式和并联电容式的开关结构模型,并对并联电容式MEMS开关的工作原理、等效电路模型和制造工艺流程进行了描述,利用其模型研究了开关的微波传输性能,设计了一款电容耦合式开关并进行了仿真。由仿真结果可得,开关"开态"时的插入损耗在40 GHz以内优于-0.3 dB;开关"关态"时的隔离度在20～40 GHz相对较宽的频带内优于-20 dB。     

RF MEMS开关的发展现状

RF MEMS开关是其各种组件、系统级应用中最基本的器件之一,具有低损耗、低功耗、线性化好、尺寸小及易集成等特点。对各种开关驱动机制的特点进行了比较,指出具体驱动机制的选取应符合实际应用的需求;在和传统pin开关、FET开关相比较的基础上,总结了RF MEMS开关的优缺点,概述了其目前的应用领域以及面临的主要问题;最后介绍了目前国内外RFMEMS开关研究状况。通过对国内外一些经典RF MEMS开关范例的简述,展望了RFMEMS开关未来的发展趋势。