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新型锁存射频微机械开关的设计与工艺研究

邢向龙  
【摘要】:本论文提出一种结构新颖的静电驱动、电容旁路式RF MEMS开关,利用双端固支薄膜在大于临界应力时的翘曲原理实现锁存功能。其特点是,当没有控制电压作用时,开关保持原有状态,即可以实现常开、常闭功能。 首先,详细地讨论了器件的机械设计和电学设计。分析了氮化硅/金复合膜的横向翘曲特性。有限元分析表明驱动电压随薄膜和驱动电极的间距增加而指数增加,随应力增大而迅速增大。设计了特征阻抗为50Ω的有限宽地平面共面波导,讨论了其损耗特性。提出了开关的等效电学模型并计算得到等效电路参数。ADS模拟表明开关具有很低的插入损耗(0.13dB@50MHz-30GHz)和较高的隔离度(25dB@30GHz)。在此基础上,扩展到一种三态锁存RF MEMS开关,简要阐述了其工作原理。 然后,采用表面微机械加工技术并以P(100)高阻硅为衬底制作了器件的硅基部分样品并进行了初步测试。着重研究了牺牲层平坦化、牺牲层腐蚀、薄膜淀积、薄膜应力控制以及离子束刻蚀等关键工艺。首次将新型接触平坦化技术用于有机牺牲层的平坦化,取得了很好的效果,并与CMP实现有机牺牲层的平坦化进行了对比研究。通过大量实验研究了氮化硅、金和铝等薄膜的应力,给出了单层膜以及复合膜的应力。分析了离子束刻蚀在器件制备中存在的问题,并提出了解决办法。初步测试结果得到开关的插入损耗和隔离度分别为0.3dB@30GHz和15dB@30GHz,最后探讨了进一步提高器件性能的途径。


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