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RF MEMS开关器件的制作及研究

孙建海  
【摘要】:RF MEMS开关是微波信号和高频信号控制的关键元素,与传统的FET场效应管和PIN二极管相比,RF MEMS开关具有低损耗、低功耗、高隔离度、与Si有良好的兼容性以及良好的线性度等优点,越来越受到人们的关注,已逐渐成为众人瞩目的研究热点。 本文分析了两类典型的电容式与接触式RF MEMS开关的工作原理及RFMEMS开关的机械—电磁模型,并根据开关的一维力学集总模型,推导了RFMEMS开关驱动电压的理论公式。 本文提出了一种新的串联电容式结构来提高电容式RF MEMS开关的电容率,新结构可解决在Down-state时,因可动金属板与介质膜接触不紧密而造成C_(down)急剧减小的问题,而且为提高电容率增加了一个新的自由度,与普通结构相比,可将电容率提高一个数量级;提出了折叠蜿蜒的铰链支撑及多驱动电极结构,有效的降低了开关的驱动电压;提出了Ta_2O_5/SiN双层介质膜来满足介质膜对大介电常数与高击穿场强的要求。在全面考虑RF MEMS开关的微波特性与机械特性的基础上,探索最佳的结构、最佳的工艺流程、最佳的工艺参数、研制出两大类共五种RF MEMS开关器件并完成其性能测试。从DC-10GHz,所研制的这些开关插入损耗都小于-1dB,隔离度优于-20dB,其中串联电容式RF MEMS开关,在8GHz时,隔离度达-42dB。 本文利用HFSS软件模拟分析了金属板对串联电容式开关性能的影响,也模拟分析了悬臂梁RF MEMS开关的性能,从理论上进行了分析并与测试结果进行了对比验证。为了了解开关的驱动情况,本文利用ANSYS软件模拟了悬臂梁RF MEMS开关的驱动情况,很好的再现和验证了开关的驱动原理。


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