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.     

基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关

射频微机械开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景。但是目前的微机械开关都是制作在硅基衬底上的，难于与后面的高频砷化镓处理电路相集成。本文介绍了基于砷化镓衬底的RFMEMS膜开关，着重介绍了开关的工作原理、制作过程和测试结果。     

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。     

基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关

射频微机械开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景。但是目前的微机械开关都是制作在硅基衬底上的 ,难于与后面的高频砷化镓处理电路相集成。本文介绍了基于砷化镓衬底的RFMEMS膜开关 ,着重介绍了开关的工作原理、制作过程和测试结果     

基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关

射频微机械开关由于其优越的高频特性在微波和毫米波电路中表现出巨大的应用前景.但是目前的微机械开关都是制作在硅基衬底上的,难于与后面的高频砷化镓处理电路相集成.本文介绍了基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关,着重介绍了开关的工作原理、制作过程和测试结果.     

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。     

MEMS开关及其应用

介绍MEMS开关的分类、特性、制造、可靠性和应用。     

横向接触式RF MEMS开关

提出了一种横向接触式RF MEMS开关,采用金属叉指结构进行驱动。通过结构建模和性能仿真,对叉指结构进行了优化,提高了机械性能,减小开关的尺寸。通过加大横向接触面积,降低接触电阻,减小开关导通态的插损,提高了开关的射频性能。利用低温表面牺牲层工艺在砷化镓衬底上进行了开关的流片,通过工艺的改进最终得到满意的流片结果。测试结果表明:在DC-20GHz频率范围内,开关的插入损耗小于0.3dB,隔离度大于20dB。     

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。     

RF MEMS单刀四掷矩阵开关的研究

介绍了一个RF MEMS单刀四掷矩阵开关的设计，用四个串联式、电阻接触型、悬臂梁RF MEMS开关制作在微带电路板上完成。在频带1～5GHz内，单刀四掷矩阵开关的插入损耗〈0．8dB，开关隔离度〉38dB，驻波系数〈1．2。悬臂梁开关的激励电压为直流电压35～45V。     

翘板式射频MEMS开关的研究

提出了一种新型的翘板式静电射频微系统开关,给出了理论模拟,结构分析结果和工艺制作方法。该结构采用了5μm厚的无应力单晶硅作为开关的可动部分,可以缓解薄膜应力变形。翘板式结构解决了传统静电设计中动作力弱的问题,并且通过调整支点解决了开关回复力不可调的难题。利用该结构可以在保持高隔离度的同时使驱动电压降低,有限元理论模拟驱动电压为5~10V;采用翘板式结构增加了开关的使用周期,而且结构自身具有单刀双掷特点,可以直接应用于高频通信的频道选择。给出了开关共面波导传输线的测试结果和设计讨论。     

一种新型三谐振点电容式RF MEMS开关

给出了改进的电容式开关等效电路模型以及基于该电路模型的一种新型的多频段工作的电容式RFM EM S开关的设计和制作研究。分析表明,当开关的上电极为多支撑梁结构时,需要对传统的开关等效电路加以改进。利用新型等效电路模型进行模拟发现,通过适当的参数选择,可以获得多谐振点开关,不仅可以在多个频段适用,并且可以适用于较低频段。设计了一种可工作在X波段下的三谐振点电容式RF MEMS开关,并在高阻硅衬底上采用表面微加工工艺制备了开关样品。三谐振点开关的在片测试结果为:驱动电压为7 V,“开”态的插入损耗为0.69 dB@10.4 GHz,“关”态的隔离度为30.8 dB@10.4 GHz,其微波性能在0~13.5 GH z频段下优于类似结构的传统单谐振点开关。     

基于空间映射的RF MEMS 开关建模研究

空间映射的思想是通过构造粗糙模型设计变量与精确模型设计变量之间的映射关系,获得合适的替代模型（校准后的粗糙模型）,从而简化优化过程。本文针对电容耦合式RF MEMS 开关使用初始空间映射算法进行计算和优化,经过迭代,建立了精确空间和粗糙空间的映射关系,最终得到了精确空间优化设计值,利用此映射关系,可将精确空间的优化工作放到粗糙空间进行,从而大大节省时间和电脑资源。计算结果验证了该方法的可行性和高效性。     

RF MEMS开关封装的通孔工艺研究

将喷胶技术应用到金属互联工艺中,此方法可以用于器件的封装。具体工艺步骤如下:在衬底与硅帽键合结束后在底部湿法刻蚀孔200μm。在孔中利用PECVD生长SiO2,优化喷胶工艺在盲孔底部进行光刻,RIE除去SiO2后电镀金与衬底正面器件实现金属互联,传输线从衬底底部引出。针对整个流程中关键的步骤,进行20μm深孔光刻实验,结果证实能在深孔中光刻图形。     

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。     

一种L～E波段的混合型射频MEMS单刀双掷开关设计

针对传统RF MEMS单刀双掷(SPDT)开关应用存在频段低、插入损耗高、隔离度低等问题,设计了一种混合型SPDT开关,通过在一条通路上设置接触式开关和电容式开关,实现了在L～E频段下的低插入损耗和高隔离度。通过设计蛇形上电极结构,降低了上电极的弹性系数,进而降低开关上电极下拉所需的驱动电压。采用HFSS仿真软件对混合型SPDT开关的射频性能参数进行了优化,并利用COMSOL对开关的蛇形上电极进行应力-位移分析。仿真结果表明,在DC～90 GHz的频段下,SPDT开关的插入损耗小于1.5 dB@90 GHz,隔离度大于52 dB@67 GHz、29 dB@90 GHz。此开关适用于无线通信系统、雷达系统和仪器测量系统等对工作频段要求高的领域内。     

射频微机械共面波导开关测试技术研究

通过对射频微机械共面波导(CPW)开关的工作原理进行分析，提出了一种测试射频微机械开关的电路结构。根据Cadence工作站的模拟，验征了该方案的可行性，并获得了该测试结构的优化电参数条件，为射频微机械CPW开关的测试和应用打下了基础。