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電容式RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)研究
隨著電容式RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)的發(fā)展，RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)可靠性是制約它發(fā)展的主要因素之一。主要利用Inlisuite軟件設(shè)計(jì)固定梁結(jié)構(gòu)RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)，并介紹其工作原理和工藝流程，研究OMAL歐瑪爾開關(guān)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)對驅(qū)動電壓、開啟時(shí)間的影響，zui終確定OMAL歐瑪爾開關(guān)主要性能參數(shù)。著重研究固定梁RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)的可靠性，從薄膜沖擊速度、薄膜內(nèi)建電場以及電介質(zhì)充電三個(gè)角度來分析OMAL歐瑪爾開關(guān)失效原因，給出電介質(zhì)充電壽命預(yù)測公式，預(yù)測OMAL歐瑪爾開關(guān)壽命及影響因素。

電容式RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)研究
射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)(RF MEMS)技術(shù)在現(xiàn)代通信領(lǐng)域中越來越受到重視。MEMS技術(shù)以其自身特性,可以避免傳統(tǒng)PINOMAL歐瑪爾開關(guān)和場效應(yīng)OMAL歐瑪爾開關(guān)在射頻系統(tǒng)中的嚴(yán)重缺陷,和現(xiàn)代高密集型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相匹配,具有功耗小、射頻性能*、易集成等優(yōu)點(diǎn)。因此研究RF MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)及其應(yīng)用有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。首先簡要地介紹了國內(nèi)外RF MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)、MEMS移相器的發(fā)展概況。接著詳細(xì)地比較了MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)各種常見的靜電、電磁、電熱、壓電和形狀記憶金屬驅(qū)動機(jī)制。建立了歐姆接觸式和電容耦合式RF MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)的力學(xué)模型和電磁模型,其中包括懸臂梁和固支梁OMAL歐瑪爾開關(guān)的彈性系數(shù)、下拉電壓、電容和阻抗。通過模型優(yōu)化OMAL歐瑪爾開關(guān)設(shè)計(jì),并用設(shè)計(jì)好的電容耦合式RFMEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)搭建一個(gè)準(zhǔn)4位分布式MEMS傳輸線移相器。此分布式移相器可以工作在40GHz頻段內(nèi),其中RF MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)的驅(qū)動電壓大約在20伏左右。移相器由15個(gè)RFMEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)周期性地加載在一段共面波導(dǎo)上而實(shí)現(xiàn),可實(shí)現(xiàn)的步進(jìn)為23.95°。移相器單位長度為144um,共面波導(dǎo)采用高阻硅襯底,氮化硅介質(zhì)層,并在高阻硅襯底表面氧化了一層0.8um厚的氧化物。采用ANSYS軟件模擬了OMAL歐瑪爾開關(guān)的力學(xué)變形效果,用HFSS軟件仿真了OMAL歐瑪爾開關(guān)的S參數(shù),從模擬結(jié)果可見,此設(shè)計(jì)可以滿足移相器設(shè)計(jì)需要。主要研究內(nèi)容如下。利用Inlisuite和Matlab對固定梁RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)進(jìn)行建模并對OMAL歐瑪爾開關(guān)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)表明：當(dāng)OMAL歐瑪爾開關(guān)梁長為200μm，梁寬為30μm，梁厚為0.6μm，極板間距離為2μm，傳輸線寬度為150μm，梁材料選擇偏向于殘余應(yīng)力較小材料時(shí)，驅(qū)動電壓小于16V，可滿足低驅(qū)動電壓RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)的要求。建立固定梁OMAL歐瑪爾開關(guān)開啟時(shí)間預(yù)測微分方程，運(yùn)用Matlab仿真分析OMAL歐瑪爾開關(guān)開啟時(shí)間影響因素。實(shí)驗(yàn)表明：梁長對OMAL歐瑪爾開關(guān)開啟時(shí)間影響較大，選取梁長=200μm；梁寬對開啟時(shí)間影響較小，選取梁寬=30μm；傳輸線寬度對開啟時(shí)間影響較大，選取傳輸線寬度=150μm；梁材料對開啟時(shí)間影響較大，選取鋁材料作為梁材；基于上述所選參數(shù)，OMAL歐瑪爾開關(guān)開啟時(shí)間小于8μs。

電容式RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)研究
建立可動薄膜沖擊速度模型及薄膜內(nèi)建電場模型，運(yùn)用Matlab研究OMAL歐瑪爾開關(guān)性能結(jié)構(gòu)參數(shù)對兩種模型的影響，實(shí)驗(yàn)表明：根據(jù)需要適當(dāng)提高頻脈沖波形偏置電壓頻率可以明顯減小可動薄膜沖擊速度，降低介質(zhì)層內(nèi)部內(nèi)建電場，從而提高OMAL歐瑪爾開關(guān)壽命?；陔娊橘|(zhì)充電現(xiàn)象，建立固定梁RF-MEMSOMAL歐瑪爾開關(guān)壽命預(yù)測模型。實(shí)驗(yàn)表明：在滿足低閾值電壓驅(qū)動要求情況下，彈性系數(shù)取值在4-16N/m、介質(zhì)層厚度在0.4-1μm、上下極板距離2-5μm、射頻功耗小于4w、極板材料為Al，介電材料選擇氮化硅時(shí)，OMAL歐瑪爾開關(guān)可連續(xù)工作超過1000小時(shí)。