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。     

射频MEMS膜开关的力学解析模型

MEMS开关以其固有的低功耗、低插损和低交叉调制损耗等特性 ,在微波领域表现出巨大的应用潜力。但是目前大部分的研究工作都集中在设计新型开关结构和开关制作工艺上 ,对开关力学模型的研究较少。本文根据材料力学 ,通过合理的假设和简化 ,推导出MEMS开关的静电力解析模型 ,并详细探讨开关阈值电压和开关几何尺寸及材料特性之间的关系。这对MEMS开关的设计有一定的指导意义     

射频/微波MEMS Shunt开关的开启时间研究

本文描述了射频／微波MEMS shunt开关的理论模型和数值结论.把可动薄膜的运动近似地模拟为作用在可动薄膜上的变静电力、弹力及空气阻力的单自由度阻尼振动.给出了典型MEMS shunt开关开启时间的数学表达式及数值计算值.根据可动膜厚、材料和几何结构参数不同,得到了典型的MEMS shunt开关的开启时间大约为1~40 μs.其计算值同文献[4]的值相符得很好.本文还讨论了该理论模型和数值计算的局限性.     

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。     

高隔离度宽频带MEMS双膜桥开关

利用一种新型双边加直流驱动电极的电容耦合式MEMS并联膜开关与直接接触式并联膜开关进行级联,形成MEMS双膜开关.通过对其尺寸和结构的优化,降低开关阈值电压,Coventor软件模拟表明,开关的阈值电压小于20V;通过对其匹配设计改善开关的高频性能,HFSS软件模拟的结果表明,在DC～20GHz整个频带内,开关的插入损耗优于-0.1dB,反射损耗低于-30dB,隔离度低于-20dB,在 谐振点处隔离度能达到-40dB.     

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。     

用于射频领域的高调节范围MEMS压控电容

在分析了传统平行极板MEMS压控电容的基础上,提出了一种新型的高调节范围MEMS压控电容。与传统的平行极板电容不同的是,它由三对极板构成。其中一对是起电容作用的极板,另外两对是控制极板。交流信号通过电容极板传输,而直流控制电压施加在控制极板上。使用有限元分析软件Ansys对该电容进行了模拟,得出其调节范围达214％,大大超出了传统的平行极板电容在调节范围上的自然限制(50％)。另外,设计了该电容的工艺流程。其工艺流程较简单,很容易集成在标准的RF电路中。     

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。     

低激励电压微波MEMS开关的理论分析和仿真

通过对独特的MEMS微波开关模型的理论分析,并用ConventorWare和ADS软件对其微机械结构和射频性能进行仿真,得出该开关工作在DC-4GHz时,插入损耗<1dB,在2GHz的隔离度>40dB,激励电压<5V。可知这种独特的MEMS微波开关模型利用扭转臂和杠杆的原理来达到比较低的激励电压,并且获得较高的隔离度。     

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     

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。     

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。     

高隔离度宽频段组合式RF-MEMS开关的设计

接触式与电容耦合式两类RF MEMS开关各自在一定的频段内,都具有较高的隔离度,但仍然很难满足微波控制系统中对高隔离度的要求.为了获得全波段高隔离度RF MEMS开关,单元开关很难达到要求,在此目标要求下,提出了组合式RF MEMS开关的设计,分别利用HFSS软件对各单元进行结构参数优化,再将两者集成在一起,得到的组合式RF MEMS开关,这种组合式开关在0～20 GHz时隔离度都高于-60 dB,在(≤5 GHz),隔离度高于-70 dB,这是一般单元开关及其他半导体固态开关所无法企及的,而且,在DC～20 GHz范围内,开关的插入损耗小于-0.20 dB,而且并没因隔离度的提高,牺牲了插入损耗.     

RF/MW MEMS开关中聚酰亚胺的牺牲层技术研究

目前,聚酰亚胺已成为MEMS开关中一种主要的牺牲层材料.在涂胶前,对聚酰亚胺进行低温和高温两步热处理,使其满足光刻的要求.光刻腐蚀后固化处理,使其固化表面平坦、耐腐蚀.显影后选择不同固化处理温度和时间,对聚酰亚胺的性质有不同的影响.MEMS开关的梁结构完成后,聚酰亚胺需通过刻蚀的方法去除.实验结果表明,固化温度小于170℃,可采用碱性溶液湿法腐蚀的方法去除;固化温度大于200℃,需采用O2等离子刻蚀方法.     

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。     

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。     

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。     

基于RF MEMS开关的交指型可切换带通滤波器设计

为了有效解决信号/频谱分析仪等微波测试仪器尺寸较大、信号损耗高、选通切换效率差等问题,将射频MEMS开关引入交指型可切换滤波器结构中。通过MEMS四掷开关选择具有不同中心频率的交指型谐振器,实现在6~14 GHz内四个频率的射频信号切换过滤。利用HFSS电磁波仿真软件对滤波结构的几何参数进行优化计算,得到四个可切换频率的插入损耗,分别为1.26 dB@6.86 GHz、1.03 dB@9.16 GHz、1.23dB@11.78 GHz、1.07 dB@12.26 GHz,整体面积约为7.95 mm³。与其他可切换滤波器相比,该可切换滤波器将MEMS四掷开关与交指型谐振器集成到一起,具有低插损、小尺寸、高集成度等优点。