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。     

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.     

用于射频领域的MEMS无源LC滤波器设计研究

介绍了一种利用MEMS工艺实现的用于射频领域的无源LC低通滤波器的设计、仿真和制作.该低通滤波器(LPF)采用三阶Chebyshev最少电容原型结构,设计参数为一3dB带宽为3GHz,插入损耗小于2dB.基于MEMS无源元件(电容和电感)的集总物理模型,实现了对LPF实际性能的等效电路仿真,同时进行了版图和结构的验证.利用MEMS工艺实现的低通滤波器,其一3dB带宽和通带内插入损耗分别为2.925GHz和1.2dB(在1GHz下),制作工艺与标准CMOS工艺兼容.     

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.     

刷片式微过载开关的设计

设计了一种刷片式微过载开关,其结构由绝缘基底、检测质量块、折叠梁、电刷臂、导电片及盖板组成;电刷臂上施加了预压力使之与导电片可靠接触.在外界加速度作用下,检测质量块发生位移,带动电刷臂在导电片上滑动,可实现常开状态的接通,也可实现常闭状态的断开.利用有限元软件ANSYS对开关结构进行了仿真分析,确定了合适的结构参数,提出了加工方案.     

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。     

无源MEMS压力开关的设计与制备

为了克服传统机械式和电子式压力开关的体积大、制作工艺复杂以及不易与后续电路集成等缺点,论文采用具有金属引线台阶覆盖能力的玻璃浆料封装技术进行了无源MEMS压力开关的设计和制备。设计的无源MEMS压力开关的整体结构方案主要包括硅盖板上的压力敏感膜、硅岛、上电极和微阻挡凸台以及玻璃基底上的玻璃浆料和下电极。通过仿真优化了压力敏感膜、硅岛和上下电极的关键尺寸。经过三次湿法腐蚀工艺流程制得了双阻挡凸台、硅岛和感压膜片。通过玻璃浆料热压工艺将硅盖片、玻璃基底和金属引线三者键合成一体,工艺结果显示双阻挡凸台的高度和感压膜片的厚度很好地控制在8μm和50μm,而且经测试,MEMS压力开关的阈值压力为125kPa。     

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.     

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.     

超宽带射频高功率开关

从一个具体设计案例出发,讨论了超宽带射频高功率开关设计过程中近似等效实现二级串联管芯-e_N的四分之一导引波长的方法。从实验结果看,该超宽带射频高功率开关隔离指标和电压驻波比指标在频带的低端到高端都没有显著的差异,成功达到了设计要求。     

MEMS光开关的静电驱动技术

本文主要介绍MEMS光开关4种静电驱动的不同结构,及其各自在光开关性能上的优势与不足,这对MEMS光开关的设计研究具有参考价值.     

射频系统中MEMS谐振器和滤波器

介绍了目前国内外射频系统中所涉及的静电梳状谐振器、自由梁谐振器、薄膜声体波谐振器、腔结构谐振器、平行谐振器结构HF带通滤波器、折叠梁MF滤波器、分布传输线可调滤波器等MEMS谐振、滤波器件.对这些器件的结构原理、制造方法以及性能指标作了分析.把这些器件的性能指标和目前射频系统中谐振器、滤波器的性能要求进行比较,分析了这些器件的应用前景.最后,对基于MEMS技术的射频谐振器、滤波器发展作出展望.     

基于腔结构的射频微机械谐振元件的设计

对圆柱形复合腔结构微机械谐振元件进行了设计研究,提出了一种基于柱形腔结构的微机械复合谐振元件的设计方法,并对其结构及特性进行了研究.建立了复合腔结构的电磁场数学方程,腔体基于体微机械微细加工技术实现工艺设计,最后对该元件进行了仿真分析.TM010模式下,谐振腔谐振频率为24.313299GHz,Q值为3529.707890,考虑微带耦合时仿真出复合谐振元件的最佳谐振频率为24.75GHz.仿真实验结果和理论值的平均误差不到1%,两者吻合得很好,说明了该设计的可行性.进一步改变结构参数,可获取不同谐振频率的器件,且可在腔体中填充高介电常数介质来减小器件的谐振频率,克服了以往使用腔体结构在低频段时体积过大等问题.     

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。