静电式MEMS光开关新器件设计开发流程

在研究MEMS集成系统设计经验的基础上,简要论述了设计流程在MEMS设计中的重要性,提出静电式光开关新器件的开发流程,并以悬臂梁式MEMS光开关为例,进行了理论分析、静电-结构耦合场分析、材料选择、结构参数优化和控制电路设计等方面的研究.所提出的设计开发流程也适用于静电驱动的其他器件的开发,如RF-MEMS器件.     

静电驱动的MEMS可变电容器

介绍了一种用硅-玻璃键合工艺制作的微型梁式可变电容器，通过ANSYS软件并结合MEMS器件的特点进行优化，设计并制作了由MEMS工艺实现的微型静电驱动的可变电容器件，给出了工艺流程和测试结果。通过实验测试证明：用这种方法制作的电容器件具有良好的线性、较小的滞后和稳定的工作特性。     

静电驱动的亚微米悬臂梁谐振器非线性特性

理论分析了亚微米尺寸的悬臂梁结构的非线性力学模型,研究了非线性产生的物理机制.采用外部静电激励机制,使悬臂梁谐振器产生谐振,借助Polytec激光多普勒测振系统检测了悬臂梁的频率响应曲线.测试结果表明,悬臂梁具有显著的非线性效应(即"弹簧变软"效应).实验证实了这种非线性效应几乎和交流电压无关,却随着直流电压的增大而显...     

RF MEMS开关在开关瞬态时的电磁干扰

针对RF MEMS开关在开和关瞬态时的充电和放电的过程中的开关电容的变化、极板间电场的变化以及因此而产生的磁场进行了详尽的推导,沈明在开关的瞬态产生的变化电磁场将对信号产生一定程度的干扰.     

驱动信号与微波信号物理隔离的RF MEMS开关的研究

针对MEMS开关在宽带应用时遇到的驱动信号与微波信号间的干扰问题,论述了驱动信号与微波信号物理隔离的多种开关的设计,分析了4种结构形式的MEMS开关,使用IntelliSuite○R软件进行开关机电耦合分析。在开关总的结构尺寸确定的前提下,使用ADS/Momentum场分析软件,微调膜桥和梁的结构参数,通过通孔接地实现微带线与CPWG信号的连接,通过驱动电极的结构和连接方式及与微波信号线间隙的调整,实现了MEMS开关整体性能的优化。     

射频MEMS开关的研究

概述射频MEMS开关的研究背景及意义,介绍国内外射频MEMS开关的研究现状,列举出两种主要的射频MEMS开关：电容耦合并联式开关和金属．金属接触串联式开关的结构、工作原理、性能比较。     

毫米波MEMS开关S参数在开关过程中的瞬态变化

研究了静电执行的电容式并联毫米波MEMS开关的S参数在开关过程中的瞬态变化.以一个电容式并联毫米波MEMS开关为实例,采用已有的开关一维力学动态模型,建立了开关过程中开关梁与介质层之间的间隙与时间的关系;通过HFSS电磁仿真软件,得到开关S参数在开关过程中的瞬态变化.结果显示,在开关下拉过程中(用时约9.4 μs),插...     

Ku-波段MEMS单刀双掷开关的设计与模拟

利用Ku-波段MEMS单刀单掷膜开关和成熟的微带线技术设计了一种Ku-波段MEMS单刀双掷膜开关.模拟结果为阈值电压19V左右,工作于Ku-波段(8～12)GHz,在中心频率15GHz处,导通开关的插入损耗为-0.15dB,截止开关的隔离度为-33dB,开关的回波损耗为-27dB.     

低驱动电压两端固定"桥"式RF MEMS开关的研制

文中介绍了一低驱动电压接触式RF-MEMS开关,开关采取了两端固定的"桥式"结构,在桥与支撑点间采用折叠弯曲的铰链结构,而且紧靠中央信号线的旁边各有一个较大面积的电极,这些措施降低了开关的驱动电压.整个工艺采用表面微加工工艺.由实验测试可知:开关驱动电压11 V左右,与ANSYS模拟的值12 V基本一致,开关的S参数,在的范围内,插入损耗要小于-1 dB,在频段(≤5 GHz),开关的隔离度要优于-30 dB,在频段5～10 GHz,隔离度也要高于-20 dB.     

用于制备高机械可靠性RF MEMS开关的新型工艺

对介质桥串联接触式RF MEMS开关的制备工艺进行了研究.介绍了开关的结构,说明了采用常规制备工艺容易在桥膜上形成应力集中,严重影响开关的机械可靠性.通过改进工艺,提出了一种侧向钻蚀刻蚀介质桥膜下金属的方法,获得了平坦的介质桥膜.最后,给出了完整的开关制备流程.与常规工艺相比,新工艺避免了应力集中问题,提高了开关的机械可靠性,成品率从10%提高到了95%,工作寿命从1 000次提高到了2.5×107次.此外,在23.3 V的驱动电压下,开关插入损耗＜0.55 dB＠DC-10 GHz,隔离度＞53.2 dB＠DC-10 GHz.结果表明该工艺可满足无线通讯对MEMS开关成品率、寿命和微波性能的要求.     

MEMS微镜的系统级设计与分析

提出一种基于空间转换原理、静电控制的MEMS光学开关。运用Coventor Ware软件中的Architect模块对MEMS光学开关进行系统级建模与仿真分析。分别对MEMS光开关施加半正弦、脉冲和阶跃三种不同的冲击信号,得到微镜转动的角位移与时间的关系曲线,分析得出微镜具有抵抗1500g冲击的能力。对微镜进行交流小信号分析,得出固有频率为28.48k Hz,与模态分析结果相比较,得出系统级和有限元两种分析方法的误差仅为0.6%,由此表明系统级仿真具有精度高、速度快的优势。     

基于MEMS工艺的光强调制型光纤氢传感器

现有的氢传感器都是根据钯膜吸氢而产生膨胀的这个特点设计而成，但这些传感器基本上都存在着结构复杂、价格高、市场化比较困难、配套设备昂贵等特点。介绍一种基于MEMS工艺的光强调制型光纤传感器，说明该传感器的工作原理，并且给出了相关的制作工艺流程，最后对其测试性能进行了必要的探讨。证明了此类传感器不仪具有低成本、结构简单、适宜于批量生产等优点，而且在一定的测氢范围内具有相当良好的灵敏度和稳定性。     

一种新型的波导矩阵光开关

摘要：在分析马赫-曾德尔干涉仪（MZI）基本结构的基础上,定义了二种开关形式,以二者作为结构单元,采用Banyan网络结构,提出了一种新型的可实现1：k(k＞1)多路连接的波导矩阵光开关,以2×2、4×4矩阵光开关为例,给出了该类光开关的结构和功能。对MZI结构进行了性能模拟和优化,分析了Banyan网络中交叉连接损耗与交叉角度的关系,并由此对整个开关的插入损耗进行了分析。基于PLC技术制作出相应的MZI开关单元及2×2、4×4波导SiO2光开关实物,测试结果与仿真结果基本吻合,开关时间均小于1ms,该类光开关能够很好地实现多路开关的功能。     

基于可靠度仿真的MEMS加速度开关结构优化

基于MEMS加速度开关的结构与作用原理,利用ANSYS对悬臂梁进行有限元分析,获得在冲击载荷作用下悬臂梁的受力情况以及位移的大小; 采用蒙特卡罗方法产生伪随机数,模拟不同样本变量的随机分布情况,以解决试验样本不足的问题,对MEMS加速度开关的可靠度进行了分析计算; 采取改进结构以优化设计,降低开关的潜在危险和失效概率,提升可靠度。     

Failure Mechanisms of Capacitive MEMS RF Switch Contacts

Microelectromechanical systems (MEMS) radio frequency (RF) switches hold great promise in a myriad of commercial, aerospace, and military applications. In particular, capacitive type switches with metal-to-dielectric contacts (typically Au- on-silicon nitride) are suitable for high frequency (≥10 GHz) applications. However, there is little fundamental understanding of the factors determining the performance and reliability of these devices. To address this void in understanding, we conducted fundamental studies of Au-on-Si₃N₄ contacts at various bias voltages using a micro/nanoadhesion apparatus as a switch simulator. The experiments were conducted in air at 45% relative humidity. The switch simulator allows us to measure fundamental parameters such as contact force and adhesion, which cannot be directly measured with actual MEMS switches. Adhesion was found to be the primary failure mechanism. Both a mechanical and electrical effect contributed to high adhesion. The mechanical effect is adhesion growth with cycling due to surface smoothening, which allows increased van der Waals interaction. The electrical effect on adhesion is due to electrostatic force associated with excess charge trapped in the dielectric, and was only observed at 40 V bias and above. The two effects are additive, but the electrical effect was not present until surfaces were worn smooth by cycling. Surface smoothening increases the electric field in the dielectric, which leads to trapped charge and higher adhesion. Excessive adhesion can explain decreased lifetime at high bias voltage previously reported with actual capacitive MEMS switches. Aging of open contacts in air was found to reduce adhesion. Surface analysis data show the presence and growth (in air) of an adventitious film containing carbon and oxygen. The adventitious film is responsible for aging related adhesion reduction by increasing surface separation and/or reducing surface energy. No junction growth and force relaxation with time were observed in capacitive switch contacts, as was previously observed with Au–Au contacts at low current in direct current MEMS switches.     

基于MEMS技术的微型传感器

和传统的传感器相比，微型传感器具有许多新特性，它们能够弥补传统传感器的不足，具有广泛的应用前景，越来越受到重视。文中详细介绍了一些微型传感器件的结构和原理，说明了微型传感器的基本性能特点和微型传感器的发展趋势。     

平板式可变电容器宏建模及其在MEMS设计中的应用实例

平板式可变电容器是MEMS重要的机电耦合部件,建立其宏模型是MEMS系统级快速仿真的迫切需求。本文采用解析法在三维空间内建立了可描述活动极板六自由度运动的宏模型,并以MAST为模型编码语言实现了其多端口参数化组件模型。在SABER仿真平台上构建了电容检测式微加速度计系统级模型,时域仿真结果表明使用该系统级模型能够快速进行有限元分析软件难以实现的复杂机电耦合系统时域行为分析。     

微电子机械系统技术应用研究

微电子机械系统(MEMS)技术是一个新兴的技术领域，文中介绍了该技术的基于概念、技术特点和关键技术，讨论了微电子机械系统的研究领域、发展现状及发展趋势。