電容式RF MEMS開關設計與性能研究.pdf

1、電容式RF MEMS開關作為重要的MEMS器件之一，與傳統(tǒng)的開關器件相比具有很多優(yōu)點，目前越來越受到人們的關注。但是電容式RF MEMS開關普遍存在著驅動電壓高、固有頻率低的缺點。本文利用軟件IntelliSuite設計了三種懸臂梁結構的電容式RF MEMS開關，對影響開關驅動電壓和固有頻率的結構參數(shù)進行了研究和優(yōu)化，并通過測試開關的I-V和C-V特性，對開關的性能和失效進行了分析。
　　 本文設計了直拉形、斜拉形、彎曲形三種懸

2、臂梁結構的電容式RF MEMS開關，模擬仿真結果表明：影響直拉形開關驅動電壓主要結構參數(shù)是橋膜厚度以及橋與介質層之間的間距，橋膜厚度越小，間距越小，則驅動電壓越小，最低為5V；影響固有頻率的結構參數(shù)主要是橋膜厚度和長度，橋膜厚度越大，長度越大，則開關固有頻率越高，最高為6.0×105Hz。影響斜拉形開關驅動電壓和固有頻率的結構參數(shù)主要是斜拉長度和驅動電極面積；斜拉長度越大，驅動電極面積越大，則開關驅動電壓越小，最低為3V;斜拉長度越小，

3、驅動電極面積越大，則開關固有頻率越高，最高為3.0×105Hz;彎曲形電容式RFMEMS開關的特點是橋膜具有鉸鏈結構，彈性系數(shù)比較小，驅動電壓在3V～9V之間，固有頻率一般為1.0×105～1.5×105Hz。開關I-V測試結果顯示，直拉形開關、斜拉形開關、彎曲形開關的驅動電壓分別為20V、1OV、5V。C-V測試結果顯示，開關的關態(tài)電容在6.0×10-12F左右，開態(tài)電容在1.5×10-11F左右，開關的電容比很小，性能不好，開關存在

4、失效現(xiàn)象。光學顯微鏡和掃描電鏡觀察開關表面形貌，結果表明開關失效有三種：絕緣介質層失效、粘附失效、性能退化失效。引起失效的因素主要有兩個：一是材料結構中殘余應力會導致開關介質層斷裂、脫落，以及懸臂梁結構斷裂、扭轉變形等，可以選擇熱膨脹系數(shù)相匹配的材料、優(yōu)化開關制造工藝，以減小結構中殘余應力；二是表面作用力的影響，開關微結構表面之間存在毛細力、范德華力以及靜電力，會導致開關發(fā)生粘附失效，采用非親水性材料，增加表面粗糙度，減少表面殘余電荷，