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2016-12-1 閱讀(785)
RF MEMS OMAL開關(guān)的性能研究
在射頻通信系統(tǒng)中,大量的OMAL開關(guān)用于信號(hào)的控制。RF MEMSOMAL開關(guān)相較于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體OMAL開關(guān)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(gè)領(lǐng)域具有代替PIN二極管和GaAs場效應(yīng)管的潛力。雖然RF MEMSOMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、易于理解,但要達(dá)到高可靠性,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能并不容易,OMAL開關(guān)的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作工藝等方面都需要進(jìn)行綜合考慮。
RF MEMS OMAL開關(guān)的性能研究 分析了歐姆接觸式RF MEMSOMAL開關(guān)主要存在的可靠性問題,在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了殘余應(yīng)力及應(yīng)力梯度對(duì)OMAL開關(guān)性能可靠性的影響,并尋求降低殘余應(yīng)力影響的方法。zui后基于應(yīng)力梯度補(bǔ)償機(jī)制,設(shè)計(jì)制作了Au-Si3N4-Au的多層梁MEMSOMAL開關(guān)。本論文的主要內(nèi)容有:1.建立OMAL開關(guān)力學(xué)模型,推導(dǎo)分析OMAL開關(guān)梁的彈性系數(shù)、吸合電壓和諧振頻率三個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù),建立歐姆接觸式OMAL開關(guān)的up態(tài)和down態(tài)的等效電路模型。總結(jié)分析目前歐姆接觸式OMAL開關(guān)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(zhuǎn)量與殘余應(yīng)力及應(yīng)力梯度的數(shù)學(xué)關(guān)系;推導(dǎo)了在殘余應(yīng)力作用下的OMAL開關(guān)吸合電壓表達(dá)式,并綜合致動(dòng)電極的位置分布,分析了殘余應(yīng)力對(duì)吸合電壓的影響程度;研究了殘余應(yīng)力對(duì)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(yīng)力的材料選擇方案;從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上總結(jié)了殘余應(yīng)力的控制方法。推導(dǎo)了多層梁應(yīng)力梯度補(bǔ)償?shù)脑?仿真分析了應(yīng)力梯度補(bǔ)償技術(shù)對(duì)懸臂梁形態(tài)和諧振頻率偏移的糾正作用;利用應(yīng)力梯度補(bǔ)償技術(shù),設(shè)計(jì)了Au-Si3N4-Au結(jié)構(gòu)的歐姆接觸式MEMSOMAL開關(guān),當(dāng)OMAL開關(guān)間隙為5μm時(shí),在2~40GHz頻段內(nèi),仿真的OMAL開關(guān)up態(tài)S21大于-0.18dB,S11小于-23dB,OMAL開關(guān)down態(tài)的隔離度S21小于-23dB,同時(shí)研究了up態(tài)時(shí)OMAL開關(guān)間隙對(duì)插入損耗,down態(tài)時(shí)OMAL開關(guān)梁感應(yīng)電感和電阻對(duì)隔離度的影響;COMSOL仿真的OMAL開關(guān)吸合電壓間于103V~104V之間,在具有14μs上升時(shí)間的140V工作電壓下,OMAL開關(guān)時(shí)間約為19μs,OMAL開關(guān)工作頻率小于37KHz;從OMAL開關(guān)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行了可靠性分析。設(shè)計(jì)了OMAL開關(guān)的制作流程,并進(jìn)行了流片制作。
