串联电容式RF MEMS开关设计与制造研究

介绍了一种串联电容式RF MEMS开关的设计与制造。所设计的串联电容式RF MEMS开关利用薄膜淀积中产生的内应力使MEMS桥膜向上发生翘曲,从而提高所设计的开关的隔离度,克服了串联电容式RF MEMS开关通常只有在1GHz以下才能获得较高隔离度的缺点。其工艺与并联电容式RF MEMS开关完全相同,解决了并联电容式RF MEMS开关不能应用于低频段(<10GHz)的问题。其插入损耗为-0.88dB@3GHz,在6GHz以上,插入损耗为-0.5dB;隔离度为-33.5dB@900MHz、-24dB@3GH和-20dB@5GHz,适合于3~5GHz频段的应用。     

一种超宽带MEMS开关的研制

MEMS射频器件,特别是超宽带器件,对其中的射频器件提出了宽带指标的要求。以此为背景,在理论分析的基础上设计了一种应用于12.5 GHz~50 GHz频带的超宽带双膜桥式MEMS开关,该开关具备低损耗、高隔离度等特点,文中给出了开关的制备工艺,并进行流水完成了芯片制备。经测试,该开关在设计频段内,回波损耗优于20 dB,插入损耗典型值0.3 dB@12.5~35 GHz,优于0.5 dB@45 GHz,隔离度全频段优于20 dB,驱动电压在45 V~55 V之间。     

基于绝缘液体充填封装RFMEMS开关特性分析

提出并设计一种采用绝缘液体充填封装的RF MEMS开关,分析其工作原理,并以高压油、蓖麻油、甘油为绝缘液体充填封装,仿真分析绝缘液体对RF MEMS开关的驱动电压、冲击速度、响应时间、开关电容等方面的影响。结果表明:绝缘液体充填封装有效地将驱动电压降为原来的1/εr,降低上极板对下极板的冲击速度。对3种液态封装材料性能分析,蓖麻油效果最好:阈值电压下降了一半,约为10 V;当驱动电压为20 V时,响应时间为40.6μs,优于高压油(91.3μs)、甘油(89.9μs),冲击速度约为1.26 m/s。     

RF MEMS开关的静电斥力驱动研究

针对射频微机电系统(RF MEMS)开关工作时因介质充电而发生“粘连”失效的问题,提出了利用静电斥力驱动替代传统的静电引力驱动方式,使RF MEMS开关在工作时介质层不存在电势差,从根源上消除介质充电.通过COMSOL仿真软件,分析了静电斥力的产生机理,重点探究了静电斥力驱动结构中尺寸参数对可动极板位移的影响,并通过结构优化有效降低了驱动电压,为开关后续设计提供了参考.     

宽带直接接触式RF MEMS开关

本文提出一种静电驱动直接接触式宽带MEMS开关,包含CPW传输线、双U型金属悬臂梁、触点和锚区,兼顾了开关接触可靠、克服微结构粘连和低驱动电压三大结构可靠性设计因素。本开关为三端口开关,使用低温表面微机械工艺,制作在400μm厚的高阻硅衬底上,芯片尺寸0.8mm×0.9mm。样品在片测试结果表明,在6GHz频点,开关本征损耗0.1dB,隔离度24.8dB,等效开关接触电阻0.6Ω,关态电容6.4fF,开关时间47μs,开关驱动电压为20-60V。     

RF MEMS悬臂梁开关的设计与仿真

利用有限元软件HFSS和ANSYS系统研究了串联MEMS开关的微波性能和力学性能与其结构参数之间的关系,并在此基础上优化出悬臂梁开关的几何结构参数,设计了RF MEMS开关,实验表明：在外施电压为10V左右时,悬臂梁的挠度可达3μm左右,5GHz时,回波损耗小于0．2dB,隔离度大于35dB。     

基于柔性衬底的双端固支梁RF MEMS开关相位特性研究

本文针对衬底弯曲对柔性RF MEMS开关相位特性的影响,提出了一种基于LCP柔性衬底的双端固支梁RF MEMS开关相位特性模型,并从软件仿真和实验验证方面对不同曲率条件下开关的相位偏移进行了深入研究,揭示了柔性衬底弯曲对相位偏移量的影响规律.实验结果表明,当柔性衬底弯曲曲率从0增大到28.6 m-1时,RF MEMS开关的相位偏移量绝对值不断增大,中心频率10 GHz处相位偏移由0°变化到-2.72°,8 GHz～12 GHz频率范围内实测值和仿真值误差小于9.5％,实测值和模型计算值误差小于10.9％,三者显现出良好的一致性.     

RF MEMS开关在牺牲层工艺上的改进

通过对传统的RF MEMS开关采取在信号线上电镀桥墩、改进桥梁的形状以及在桥背面设计接触点的新颖方法,使得RF MEMS开关的下拉电压减小、开关时间缩短和可靠性提高.在工艺上,特别采用了对聚酰亚胺牺牲层进行全刻蚀和半刻蚀的改进加工流程来实现桥背面的接触点.测试结果表明:开关的下拉电压为28V,最低开关时间为0.8μs,开关寿命达7×105次,0～10GHz的插入损耗在0～0.5dB,隔离度为35～45dB.     

悬臂梁接触式RF MEMS开关的关键工艺研究

采用厚度为2μm的Au制作成共平面波导（CPW）、聚酰亚胺作为牺牲层、PECVD法淀积Si3N4薄膜作为悬臂梁,制作成悬臂梁接触式RF MEMS开关。着重对开关的关键工艺-CPV的Au剥离工艺和悬臂梁制作工艺进行研究,讨论了工艺中存在的问题及其解决方法。通过实验获得较佳的工艺参数,并制作出驱动电压为12-20V的悬臂梁接触式RF MEMS开关。     

基于共平面波导的可调低通滤波器的设计和制作

介绍了一种使用多触点MEMS开关实现的新型可调微波MEMS低通滤波器,应用MEMS制作工艺在石英衬底上实现滤波器结构.滤波器基于慢波共平面波导周期性结构,具有尺寸小、插损低、可与单片微波集成电路工艺兼容等优点.滤波器截止频率的大小取决于MEMS开关的状态.实验结果表明,当MEMS开关受到激励时,低通滤波器的3-dB截止频率从12.5GHz转换至6.1GHz,带内纹波小于0.5dB,带外抑制大于40dB,开关的驱动电压在25V左右.