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阵列激励电极式RF MEMS电容开关的设计与数值分析

刘肖  
【摘要】: 与传统的半导体开关相比,RF MEMS开关具有体积小、能耗小、插入损耗低,以及高隔离度等优点。在地面无线通讯技术、卫星通讯系统中具有广泛的应用前景。 本课题主要研究内容是针对RF MEMS开关中由于介质层薄膜中的电荷吸附和注入,导致其可动金属梁被吸附或不能制动的开关早期失效情况,从开关的介质薄膜材料和开关结构双方面入手,进行整体改良: 在材料改进方面,创建了一种MIS(金属-绝缘体-金属)结构模拟真实开关在down-state态时,“金属激励电极-氮化硅绝缘介质层-开关金属可动梁”三层材料在高电场力作用下紧贴后,其内部电荷的吸附及注入的情况。通过C-V测试平台对此MIS结构进行C-V测试,观察了我中心自行制备的氮化硅薄膜中电荷的注入吸附情况。并通过热处理、离子掺杂等半导体工艺时其原有的电荷注入情况得到改变。证明了通过氮化硅薄膜材料改良以延长开关使用寿命的可行性。 在开关结构方面,提出了“吸附电极区非接触,接触停止区无电场”的开关结构设计方法。并给出了“阵列式”激励电极的设计方案,以及制备此种激励电极的工艺方案。同时,创建了一个具有此种激励电极的开关结构及具体尺寸。最后利用ANSYS有限元的力电耦合模拟分析方法,对此开关结构进行了静态、模态、谐振,以及瞬态分析,从理论上验证了此开关不仅能实现“吸附电极非接触”的设计理念,并且具有较理想的执行电压、工作频率以及开关速度。


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