低电压电容式RF MEMS开关设计研究

本文设计了一种低电压电容式RFMEMS开关,开关采用了两端固支梁结构,在梁与CPW共面波导地线的四个固定支撑位置使用了折叠结构,该结构可以减低下拉电压;通过在MEMS开关梁上开孔(直径9μm圆孔)来减小残余应力和杨氏模量和选择合适的开关梁厚度,显著降低了MEMS开关梁的弹性系数和下拉电压。以上措施显著降低了电容式RFMEMS开关的下拉电压,在ANSYS仿真下拉电压约为6V,驱动电压约为8.4V,该MEMS开关依旧保持了较好的S参数,开关插入损耗大于-0.35dB(8-40GHz),回波损耗小于-22dB(8-40GHz),隔离度(down态S21)大于25dB(8-40GHz)。

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。

介质层充电对电容式RF MEMS开关的影响

电容式RFMEMS开关介质层电荷累积被认为是导致开关失效的主要原因.基于电容式RFMEMS开关工作过程中电场强度的变化,分析讨论了累积电荷的来源,并推导出相应的计算公式.对于随机性较大的界面极化问题,根据理论计算公式,提出从工艺上减小极化现象发生的解决方案.在讨论影响介质层电荷注入各种因素及相互之间关系的基础上,建立了基于电荷累积的开关寿命预测模型.

电容式RF开关介电电荷及相关可靠性模型及模拟

就介电电荷以及它对电容式RF MEMS开关可靠性的影响进行了分析,在前人的基础上建立起了一个更加全面和准确的介电电荷积累及其相关可靠性模型。介电电荷的产生是由于电介质中有漏电流(Ohmic电流、Frenkel-Poole电流),漏电流中电荷被介质陷阱捕获,进而导致电荷的积累。由此得到了介电电荷随时间的积累公式、开关失效寿命公式以及介电击穿寿命公式,其结果具有一定参考价值。

电容式RF MEMS开关开关过程产生的电磁波模型和分析

在电容式RFMEMS开关的动态工作过程中,会有电磁波产生.根据开关膜桥的动态运动模型,把开关工作分成了四个过程,并通过麦克斯韦方程建立了各个过程中产生的电磁波模型,最后通过单元面叠加的方法验证了这一模型.在开关电容充电和膜桥下拉过程中,开关都是产生了电磁波脉冲.尤其是在充电阶段,电磁波峰值为105A/m的量级,持续时间为315×10-8μs.而在开关电容放电过程中,产生的电磁波是时谐波,其频率为23.4GHz(落在RF信号的频率范围内了).这就提醒了设计者们要增加特殊的滤波电路来过滤掉RF信号中噪声.此外,辐射的电磁波同样对开关周围的电路和器件有影响,这需要进一步的研究.

电容式射频微机电系统开关的纳秒脉冲击穿及损伤特性

设计并制备了典型电容式射频微机电系统(RF MEMS)开关结构,利用纳秒脉冲微间隙击穿的电气测试和光学诊断系统,对上、下电极间隙宽度在45~100μm的电容式RF MEMS开关的击穿及损伤特性进行了研究。结果表明:上、下电极间隙宽度为45~100μm时,典型电容式RF MEMS开关击穿属于空气-氮化硅双层介质击穿,且随着间隙增大击穿电压变化不明显;击穿点主要集中在上电极悬浮铝桥上,Al桥形貌损伤十分严重,而其他部位损伤较小。

基于故障物理的MEMS可靠性研究

简要介绍了基于故障物理的MEMS(Micro-Electro-Mechanical Systems,微电子机械系统)可靠性研究方法和技术路线。以电容式RF MEMS开关为例,介绍了基于故障物理的MEMS可靠性研究方法的主要步骤,包括:采用多物理场3D有限元模型研究MEMS器件的行为,应用MEMS器件的行为模型和失效物理试验技术研究其失效机理,引入优值建立了通用的MEMS器件失效预测模型。