RF MEMS并聯(lián)膜開關(guān)的研究.pdf

1、RF MEMS開關(guān)是最早應(yīng)用的射頻MEMS器件之一,與傳統(tǒng)的FET和p-i-n二極管相比,RFMEMS開關(guān)以其極低的直流功耗,優(yōu)越的微波性能,以及很高的線性度在微波/毫米波電路中表現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。它可以制作移相器、開關(guān)式濾波器和開關(guān)陣列,可應(yīng)用于雷達(dá)系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和儀器設(shè)備系統(tǒng)等。 由于目前硅制作工藝較為成熟且對(duì)硅的材料特性研究比較深入,所以現(xiàn)在MEMS開關(guān)大多是制作在硅襯底上的。為了能與高速GaAs信號(hào)處

2、理電路相集成,有必要研究基于砷化鎵襯底的RF MEMS開關(guān)；此外,目前MEMS并聯(lián)膜開關(guān)大多數(shù)采用微波信號(hào)和直流驅(qū)動(dòng)信號(hào)相疊加的技術(shù),這在某些應(yīng)用方面帶來一些問題,所以很有必要研究微波信號(hào)和直流信號(hào)分離的MEMS開關(guān),并保持開關(guān)低的閾值電壓和良好的微波特性。 本文在RF MEMS并聯(lián)膜開關(guān)的基礎(chǔ)上提出了交直流分離的MEMS并聯(lián)膜開關(guān)。該結(jié)構(gòu)是在基本的MEMS并聯(lián)膜開關(guān)的信號(hào)線的兩旁各加了一個(gè)直流驅(qū)動(dòng)電極用于直流驅(qū)動(dòng),而信號(hào)線僅用

3、于微波信號(hào)的傳輸,從而實(shí)現(xiàn)交直流分離。該結(jié)構(gòu)可以防止直流信號(hào)的波動(dòng)引起交流信號(hào)的失真,另外交直流分離還可以方便單刀多擲開關(guān)的設(shè)計(jì),有利于多種開關(guān)結(jié)構(gòu)的組合；在交直流分離開關(guān)的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上,以此結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)電容耦合式開關(guān)和電阻接觸式開關(guān)的級(jí)聯(lián),提出雙膜橋開關(guān)結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)利用電容耦合式開關(guān)在較高頻率(諧振點(diǎn)處)的高隔離度和電阻接觸式開關(guān)在低頻段的高隔離度,使得開關(guān)在較寬的頻帶內(nèi)得到比較高的隔離度。 本文主要根據(jù)閾值電壓、插入損耗、隔離度和

4、反射損耗這幾個(gè)指標(biāo)對(duì)交直流分離的并聯(lián)膜開關(guān)和雙膜橋開關(guān)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸設(shè)計(jì)。運(yùn)用有限元分析軟件Coventor Ware、高頻結(jié)構(gòu)分析軟件HFSS和ADS對(duì)膜開關(guān)進(jìn)行了閾值電壓和S參數(shù)的模擬和優(yōu)化,模擬結(jié)果表明,所設(shè)計(jì)的RF MEMS開關(guān)具有良好的直流特性和微波特性。 在理論分析和軟件模擬的基礎(chǔ)上,遵循信息產(chǎn)業(yè)部55所MMIC的工藝要求,對(duì)所設(shè)計(jì)的膜開關(guān)進(jìn)行了工藝設(shè)計(jì)和版圖設(shè)計(jì),并在GaAs工藝線上進(jìn)行了流片,研制出了GaA