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聯(lián)系我們RF MEMS OMAL開關的性能研究
在射頻通信系統(tǒng)中,大量的OMAL開關用于信號的控制。RF MEMSOMAL開關相較于傳統(tǒng)的半導體OMAL開關具有低功耗、低插損、高隔離度、體積小等諸多優(yōu)異的特性,在多個領域具有代替PIN二極管和GaAs場效應管的潛力。雖然RF MEMSOMAL開關結構簡單、易于理解,但要達到高可靠性,實現(xiàn)優(yōu)異的性能并不容易,OMAL開關的材料選擇、結構設計和制作工藝等方面都需要進行綜合考慮。
RF MEMS OMAL開關的性能研究 分析了歐姆接觸式RF MEMSOMAL開關主要存在的可靠性問題,在此基礎上,重點研究了殘余應力及應力梯度對OMAL開關性能可靠性的影響,并尋求降低殘余應力影響的方法。zui后基于應力梯度補償機制,設計制作了Au-Si3N4-Au的多層梁MEMSOMAL開關。本論文的主要內(nèi)容有:1.建立OMAL開關力學模型,推導分析OMAL開關梁的彈性系數(shù)、吸合電壓和諧振頻率三個關鍵性能參數(shù),建立歐姆接觸式OMAL開關的up態(tài)和down態(tài)的等效電路模型。總結分析目前歐姆接觸式OMAL開關存在的接觸損傷、粘連和粘附等可靠性問題原因和解決方法。分析了懸臂梁的卷曲偏轉量與殘余應力及應力梯度的數(shù)學關系;推導了在殘余應力作用下的OMAL開關吸合電壓表達式,并綜合致動電極的位置分布,分析了殘余應力對吸合電壓的影響程度;研究了殘余應力對固支梁諧振頻率的影響;利用Ashby方法,基于硅基底,提出了低殘余應力的材料選擇方案;從結構設計上總結了殘余應力的控制方法。推導了多層梁應力梯度補償?shù)脑?仿真分析了應力梯度補償技術對懸臂梁形態(tài)和諧振頻率偏移的糾正作用;利用應力梯度補償技術,設計了Au-Si3N4-Au結構的歐姆接觸式MEMSOMAL開關,當OMAL開關間隙為5μm時,在2~40GHz頻段內(nèi),仿真的OMAL開關up態(tài)S21大于-0.18dB,S11小于-23dB,OMAL開關down態(tài)的隔離度S21小于-23dB,同時研究了up態(tài)時OMAL開關間隙對插入損耗,down態(tài)時OMAL開關梁感應電感和電阻對隔離度的影響;COMSOL仿真的OMAL開關吸合電壓間于103V~104V之間,在具有14μs上升時間的140V工作電壓下,OMAL開關時間約為19μs,OMAL開關工作頻率小于37KHz;從OMAL開關結構和熱穩(wěn)定性兩方面進行了可靠性分析。設計了OMAL開關的制作流程,并進行了流片制作。
