RFMEMS開關的性能研究.pdf

1、在射頻通信系統(tǒng)中，大量的開關用于信號的控制。RF MEMS開關相較于傳統(tǒng)的半導體開關具有低功耗、低插損、高隔離度、體積小等諸多優(yōu)異的特性，在多個領域具有代替PIN二極管和GaAs場效應管的潛力。雖然RF MEMS開關結構簡單、易于理解，但要達到高可靠性，實現(xiàn)優(yōu)異的性能并不容易，開關的材料選擇、結構設計和制作工藝等方面都需要進行綜合考慮。
　　本論文總結分析了歐姆接觸式RF MEMS開關主要存在的可靠性問題，在此基礎上，重點研究了殘

2、余應力及應力梯度對開關性能可靠性的影響，并尋求降低殘余應力影響的方法。最后基于應力梯度補償機制，設計制作了Au-Si3N4-Au的多層梁MEMS開關。本論文的主要內容有：
　　1.建立開關力學模型，推導分析開關梁的彈性系數(shù)、吸合電壓和諧振頻率三個關鍵性能參數(shù)，建立歐姆接觸式開關的up態(tài)和down態(tài)的等效電路模型。總結分析目前歐姆接觸式開關存在的接觸損傷、粘連和粘附等可靠性問題原因和解決方法。
　　2.分析了懸臂梁的卷曲偏轉量

3、與殘余應力及應力梯度的數(shù)學關系；推導了在殘余應力作用下的開關吸合電壓表達式，并綜合致動電極的位置分布，分析了殘余應力對吸合電壓的影響程度；研究了殘余應力對固支梁諧振頻率的影響；利用Ashby方法，基于硅基底，提出了低殘余應力的材料選擇方案；從結構設計上總結了殘余應力的控制方法。
　　3.推導了多層梁應力梯度補償?shù)脑恚抡娣治隽藨μ荻妊a償技術對懸臂梁形態(tài)和諧振頻率偏移的糾正作用；利用應力梯度補償技術，設計了Au-Si3N4-Au

4、結構的歐姆接觸式MEMS開關，當開關間隙為5μm時，在2~40GHz頻段內，仿真的開關up態(tài)S21大于-0.18dB，S11小于-23dB，開關down態(tài)的隔離度S21小于-23dB，同時研究了up態(tài)時開關間隙對插入損耗，down態(tài)時開關梁感應電感和電阻對隔離度的影響；COMSOL仿真的開關吸合電壓間于103V~104V之間，在具有14μs上升時間的140V工作電壓下，開關時間約為19μs，開關工作頻率小于37KHz；從開關結構和熱穩(wěn)定