新型集成方式RF+MEMS开关

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1、摘要新型集成方式RFMEMS开关摘要微波射频开关阵列是无线通信的重要元件。与传统的PIN二极管和CMOS固态开关相比，射频微机电(RFMEMS)开关具有尺寸小、隔离度高、插入损耗低、功耗低等特点。但是，RFMEMS开关由于可靠性、信号功率处理能力有限及封装整合等问题仍未实现商品化。论文提出了一种新型的3DRFMEMS开关，这种开关将MEMS驱动器和波导结构分别独立加工，然后对准键合在一起。基于键合微平台技术，设计了一种电容式并联开关。开关包含下拉和上拉两个驱动电极，射频衬底采用高阻硅材料，开关结构采用低阻单晶硅。论文分析了高阻硅和金属线问插入的SiO：层对射频电路性能的影响。理论分析表明，

2、在高阻硅和SiO：层之问插入一层很薄的低掺杂多晶硅层，有助于减轻SiOJSi分界面处表面电荷的累积，既可以实现很好的直流隔离，又不会恶化射频损耗特性。开关结构设计中，采用低弹簧常数的弯曲折叠梁以降低驱动电压，利用能量法推导了弯曲折叠梁的弹簧常数表达式，具有较高的精度。然后，进行吸合电压、品质因子、自驱动和功率处理能力等静态和动态分析，评估开关的性能参数。通过有效控制开关结构与上拉、下拉电极的间隙，既能降低驱动电压(<10V)又保证理想的上下电容比(>100)，还能够提高射频功率处理能力。另外，通过在开关结构上灵活地改变影响射频性能的电容板面积和感性金属线，从而将开关调谐在最大隔离度的频率。

3、与表面加工技术相比，这种基于键合的微平台设计新思路，更有利于降低薄膜中的残余应力，能够灵活地控制MEMS标准部件和射频部件，便于大规模开关网络相控阵列、天线阵列中应用。而且能够充分发挥MEMS研发机构、IC企业和晶圆代二[厂各自的优势，为MEMS集成和商品化提供很有价值的参考。关键词RFMEMS，开关，键合微平台，功率处理能力北京邮电大学硕士学位论文摘要ANOVELINTEGRp汀EDRFMEMSSWITCHABSTRACTMicrowaveswitchmatricesareessentialcomponentsinwirelesscommunicationsystems．Compared

4、withconventionMsolidswitchessuchasPINdiodeandCMOS，radio—frequency(RF)microelectromechanicalsystems(MEMS)switchisagoodcandidatewithagreatpotentialtoofferminiature，highisolation，lowinsertionlossandlowpowerconsumption．Despitethesebenefits，RFMEMSswitchesarenotyetseenincommercialproductsbecauseofreliab

5、ilityissues，limitsinsignalpowerhandlingandquestionsinpackagingandintegrationi—，—，——．．一，．一—．——————一——⋯一．．。——。．．——Thepaperpresentsanovelconceptfor3DRFMEMSswitchesbasedonintegratingMEMSactuatorswithwaveguidestructures，whicharefabricatedbyindependentprocessingandsubsequentbondingtogetherofaMEMSsubstra

6、teinalignmentwithanRFsubstrate．Acapacitiveshuntswitchisdesignedonthebasisofthemicro—platformtechnology．Theswitchconsistsofswitchstructureinlowresistivesinglecrystalsilicon(scs)，bothpull—upactuationelectrodeontheglasslidandpull-downactuationelectrodeonthehighresistivitysilicon(HRS)substrate．Theimpa

7、ctoftheinsertionoftheoxidelayerbetweenthemetalcircuitsandHRSisanalysized．ItisdemonstratedthattheintroductionofthinundopedpolysiliconlayerbetweentheoxidelayerandHRScouldbehelpfulinalleviatingthepopulationofsurface