静电斥力rf mems开关的设计与优化

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1、太原理工大学硕士研究生学位论文静电斥力RFMEMS开关的设计与优化摘要射频微机电（RFMEMS）开关以其体积小、重量轻、响应速度快、易与IC电路集成等优点，成为RFMEMS领域中被广泛研究的一类器件。RFMEMS开关广泛应用在卫星通讯、雷达、汽车电子等领域。在RFMEMS开关中，研究最多的是静电驱动电容式RFMEMS开关。但其商业化一直没有实现，其中一个主要的原因就是由于RFMEMS开关中电荷积累（即介质充电）问题导致开关出现可靠性问题。针对如何解决电荷积累问题，国内外研究专家也提出了很多解决方法，但只是

2、在一定程度上降低了电荷积累的速度，而且这些方法在降低电荷积累速度的同时，带来了其它的一些问题，例如开关时间增长、体积偏大、加工工艺复杂等。在静电驱动电容式RFMEMS开关中，由于在施加驱动电压后，互相接触的两极板之间有强电场的存在，导致漏电流中的电荷被介质层中陷阱俘获并积累。因此，介质层中强电场是引起电荷积累的主要因素。针对如何消除RFMEMS开关介质层中的强电场，本文提出了利用静电斥力原理驱动RFMEMS开关，消除介质层中的强电场，减少电荷积累。具体完成了以下几方面的研究工作：（1）从静电引力驱动电容式

3、RFMEMS开关失效机理入手，分析其失效原因；对比总结已有的各种解决方法的优缺点；简要说明了RFMEMS开关的国内外研究现状。I太原理工大学硕士研究生学位论文（2）提出利用静电斥力原理进行驱动的想法，讲解了静电斥力原理的基本概念及其工作原理；分析了静电斥力的可靠性问题；简单介绍了有限元仿真软件COMSOLMultiphysics相关知识，并通过仿真验证了此驱动结构的可行性。（3）将驱动结构参数分为固定极板、可动极板和其他参数三类，并利用仿真软件逐一分析了这些参数与驱动结构最大形变量之间的关系。结果表明：驱

4、动结构最大形变量与可动极板长度和垂直间距呈线性关系，与可动极板宽度和厚度成指数下降关系；最值得一提的是，当水平间距为3μm时，可动极板的形变量达到最大值。此外，固定极板宽度和厚度对最大形变量的影响不是很大。（4）从改变驱动结构弹性系数、斥力驱动单元数目及固定极板数目三方面入手，设计了不同的驱动结构；研究了不同的驱动结构对最大形变量的影响关系；设计了本文的静电斥力RFMEMS开关的加工工艺流程及相应的加工图。关键词：电容式RFMEMS开关，静电驱动，介质充电，COMSOLMultiphysicsII太原理工

5、大学硕士研究生学位论文DESIGNANDOPTIMIZATIONOFTHEELECTROSTATICREPULSIVE-FORCEBASEDRFMEMSSWITCHESABSTRACTRFMEMSswitchhasbeenwidelyusedintheRFMEMSfieldduetoitsadvantages,suchaslittlesize,lowpowerconsumption,fastresponsetimeandeasilyintegratedwiththeICcircuit.RFMEMSswit

6、chhasabigapplicationfieldincludingsatellitecommunications,radarsystemsandelectronics.TheelectrostaticcapacitiveRFMEMSswitchiswidelystudiedintheseyears.However,theindustrializationisnotrealized.Thereinto,thedielectricchargingisgenerallyrecognizedasthemajor

7、failureintheelectrostaticcapacitiveRFMEMSswitches.Inordertosolvethedielectricchargingproblem,manyeffortshavebeenmadefromtheresearchgroupsworldwideandvariouseffectiveapproacheshavealsobeendeveloped.However,thesemethodsarenotoptimal,theycancontrolthechargea

8、ccumulationtosomeextent,butcannotovercomethestictionproblemfromthesource.IntheelectrostaticcapacitiveRFMEMSswitch,ahugeelectricfieldwillbeformedacrossthedielectriclayer,anumberofchargesintheleakagecurrentIII太原理工大学硕士