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。     

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。     

基于砷化镓衬底的RF MEMS膜开关

在低损耗的微波和毫米波电路中 ,静电驱动的射频微机械 (MEMS)开关表现出巨大的应用前景。和传统的半导体开关相比 ,由于在结构上消除了金属 -半导体结和 PN结 ,MEMS开关具有极其优越的高频特性 ,例如 MEMS开关具有极低的插入损耗和较高的隔离度。简单的来说 ,射频微机械开关是由静电驱动的金属梁和射频信号线构成。自从 1 979年 Petersen首次研制出金属包覆的静电悬臂梁开关以来 ,多种结构形式的 MEMS开关被用于控制微波信号 ,例如悬臂梁结构、旋转传输线结构和膜结构等。到目前为止 ,研究的射频微机械开关主要有两种结构形式 :金…     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关 ,给出了开关的设计与优化方法 ,建立了开关的仿真模型 ,使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品 ,其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层 ,然后制作具有微电感结构的金属膜桥 ,提高了开关隔离度。利用HFSS软件仿真的结果表明 ,该开关在微波低频段 (3～ 6GHz)有着很好的隔离性能。研制的开关样品在片测试的电性能指标为 :插损小于 0 .3dB ,隔离度大于 4 0dB ,驱动电压小于 2 4V。     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关,给出了开关的设计与优化方法,建立了开关的仿真模型,使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品,其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层,然后制作具有微电感结构的金属膜桥,提高了开关隔离度.利用HFSS软件仿真的结果表明,该开关在微波低频段(3～6GHz)有着很好的隔离性能.研制的开关样品在片测试的电性能指标为:插损小于0.3dB,隔离度大于40dB,驱动电压小于24V.     

基于UV-LIGA技术的新型RF MEMS开关

介绍了一种基于UV-LIGA加工技术的双稳态电磁型RF MEMS开关,该结构由于使用了永磁体单元而使得开关在维持“开”或“关”态时不需要功耗,利用牺牲层UV-LIGA技术实现了开关的微制作。非接触式Wyko NT1100光学轮廓仪的测试表明,制备的开关实现了双稳态驱动功能,驱动脉冲电流50 mA,驱动行程17μm,响应时间20μs;开关完成一次驱动姿态转换所需要的功耗不到3μJ。AGILENT 8722ES型S参数网络分析仪的测试表明,开关在12 GHz时的插入损耗为-0.25 dB,隔离度为-30 dB。     

串并联RF MEMS开关的微波传输特性仿真研究

分别建立了串联悬臂梁、并联电容MEMS开关的结构模型和等效电路模型,利用其模型研究了开关的微波传输性能,在结构、工艺及驱动机制上作了比较。     

五位RF MEMS开关延迟线移相器

设计并研制了一种6～11GHz、超宽带5位RF MEMS开关延迟线移相器,器件实现了5位延迟:λ、2λ、4λ、8λ、16λ。该器件采用微带混合介质多层板技术,分4层制作,尺寸为45mm×20 mm。整个器件包括20个RFMEMS悬臂梁开关,用60～75V的静电压驱动。6～11GHz频带内,对32个相移态的测试结果表明:一般回波损耗S11<-10dB,各状态平均插入损耗为-8～-10dB;中心频率处,器件可实现的最大延迟位时延为1680ps,总时延为3255ps。     

高隔离度S波段MEMS膜桥开关

常规的 MEMS膜桥开关在 1 0 GHz以上频段才具有低插损、高隔离度 (>2 0 d B)的优点。文中介绍了一种应用于微波低频段—— S波段的高隔离 MEMS膜桥开关 ,给出了开关的设计与优化方法 ,建立了开关的等效电路模型。通过双膜桥结构、选择高介电常数的介质膜、微电感结构膜桥这些措施 ,达到提高开关隔离度的目的。利用 HFSS软件仿真的结果表明 ,该开关在微波低频段 (3～ 6GHz)有着很好的隔离性能。开关样品在片测试的电性能指标 :插损 <0 .3 d B,隔离度 >40 d B,驱动电压 <2 0 V     

双膜桥微波MEMS开关

介绍了一种双膜桥微波MEMS开关，给出了开关的设计与优化方法，建立了开关的仿真模型，使用硅表面微机械工艺制造了双膜桥开关样品，其主要结构为硅衬底上制作CPW金属传输线电极和介质层，然后制作具有微电感结构的金属膜桥，提高了开关隔离度。利用HFSS软件仿真的结果表明，该开关在微波低频段(3～6GHz)有着很好的隔离性能。研制的开关样品在片测试的电性能指标为：插损小于0．3dB，隔离度大于40dB，驱动电压小于24V。     

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。     

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.     

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     

高隔离度X波段RF MEMS电容式并联开关

研究了一种新型的、应用于X波段的高隔离度RF MEMS电容式并联开关结构。相比于普通的并联结构,该开关通过共面波导(CPW)传输线与地平面之间的衬底刻槽结构将隔离度提高了7dB,关态时在13.5GHz谐振频率处的隔离度为-54.6dB,执行电压为26V。弹簧梁结构开关的执行电压下降为14V,在11GHz处其隔离度为-42.8dB。通过两个并联开关级联与开关间的高阻传输线构成的π型调谐开关电路,在11.5GHz处的隔离度为-81.6dB。     

串联MEMS开关的一种等效电路模型

本文建立了串联悬臂梁MEMS开关的一个等效电路模型 ,利用该模型研究了开关的微波传输性能 ,并与有限元方法仿真的结果进行比较 ,结果表明 ,本文所建立的模型能很好地反映开关的微波特性     

MEMS光开关的控制

从实际应用角度出发，首先简要介绍了MEMS光开关的构造与驱动方式，然后着重描述了如何通过软硬件的设计对MEMS光开关实施控制以达到对光路进行任意切换的目的。