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射频微机械开关与放大器关键技术研究

张正元  
【摘要】:射频微机械(Radio Frequency micro-electronic mechanical System, 简称RF MEMS)开关比起目前通讯系统所用的PIN开关,具有隔离度高、插入损耗小、线性度高等特有优点,是将来通讯系统的关键基础元器件之一,它的研制开发和放大处理电路单片集成,对于进一步降低通讯系统体积、提高可靠性和稳定性,推动我国通讯系统小型化的发展具有非常重要的意义。 本论文针对RF MEMS开关和与放大器单片集成化的关键技术开展了如下工作: 1、利用力学原理对单臂结构的多晶硅RF MEMS开关、金属膜桥式RF MEMS CPW开关的力学特性进行模拟与分析,推导并计算了开关的阈值电压。分析了绝缘层的表面粗糙度对金属膜桥式射频RF MEMS CPW开关的关态电容的影响,要求粗糙度应控制在50-100埃范围内,这样既能保证关态电容的变化不会太大,同时又能改进抗粘效应的影响; 2、针对射频放大器中放大倍数与频率带宽成反比的问题,进行了射频放大电路结构的优化设计技术研究,设计出一种新颖的放大电路结构,从模拟结果表明,该电路放大倍数可达到27倍,频率带宽达到1GHZ,基本满足了射频放大器的需要; 3、研究了二氧化硅、聚酰亚胺牺牲层刻蚀技术和应力释放技术,获得了优化工艺条件,研制出了多晶硅RF MEMS开关和金属膜RF MEMS CPW开关实验样品; 4、针对 RF MEMS开关需要采用高阻的绝缘衬底,而IC放大器电路需要低阻衬底的问题,创新性地采用深槽刻蚀、多晶硅回填、减薄、抛光等方法在硅片衬底上形成绝缘多晶硅衬底和低阻的硅衬底区,实现了RF MEMS开关与IC放大电路的衬底材料兼容;结合金属膜RF MEMS CPW开关和平面IC的多晶硅发射极工艺,进行了RF MEMS CPW开关与放大器电路单片集成化的工艺实验研究。


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