高隔离度射频微机电开关的研究

论文摘要

微机电系统(MEMS)是国际上近二十年来新兴的一项热门技术。射频微机械系统(RF MEMS)是目前MEMS期间研究的一个热点,并将对射频/微波技术产生重大的影响。一方面,从制作技术上说,可集成化是RF MEMS技术发展的最初动力;另一方面,随着信息社会的进步,现代和将来的射频/微波系统,对小型化、多功能化、低功耗和低成本化方面的要求不断提高。而RF MEMS器件的高度集成化、微型化和智能化,能成倍地提高射频/微波器件和系统的功能密度、信息密度和互连密度,并大幅度降低了器件和系统的功耗,恰好满足现代射频/微波系统的要求。这构成了RF MEMS技术发展的根本动力。射频(RF) MEMS器件可以认为是用MEMS技术实现的、用于从低频到红外线以下频段信号的产生与处理的微型化可集成器件,这其中就包括了微机电射频开关。从1971年第一个射频开关被制作出来至今,射频开关的研发已经取得了很大的进展。理想的射频开关应具有高的隔离度和数百万次的循环使用寿命。本课题的任务就是设计并制作一种这样的开关。本论文对高隔离射频开关的结构进行了设计、分析和讨论,并详细论述了制作过程中的工艺步骤。全文共分为四章:第一章介绍了开关的参数、分类、一些典型开关的性能和制作工艺,最后还谈到了开关设计中要考虑到的某些问题。第二章设计了一种新型的悬臂梁结构的高隔离度金属接触式开关,并模拟了开关的驱动电压和悬臂梁变形之间的关系曲线。分析和比较了悬臂梁结构、桥结构和四边固支的壳结构开关的固有频率,及驱动中产生的最大应力大小和应力分布。第三章设计了四边固支壳结构、电极嵌入式开关的模版和工艺流程,确定使用材料和最适合的制备方法。制备开关并论述了几个在制作过程中遇到的问题及解决办法。第四章对整个论文进行总结。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 射频微机电开关的应用范围及优势
• 1.2 什么是射频微机电开关
• 1.2.1 射频微机电开关的概念
• 1.2.2 开关种类
• 1.3 金属接触式微机电开关的制造及性能
• 1.3.1 制造
• 1.3.2 性能
• 1.4 微机电开关与半导体开关及场效应管开关的比较
• 1.5 微机电开关的可靠性问题
• 1.6 设计开关时需要考虑的问题
• 1.7 本论文的主要研究工作
• 第二章 射频微机电开关的模型及设计
• 2.1 问题定义
• 2.2 理论分析
• 2.3 优化设计
• 2.4 自然频率和振动分析
• 2.5 疲劳分析
• 2.6 小结
• 第三章 工艺设计及制作
• 3.1 体加工工艺及表面加工工艺
• 3.2 材料的选择
• 3.2.1 金属
• 3.2.2 绝缘层
• 3.2.3 基底
• 3.2.4 硅
• 3.3 主要工艺过程
• 3.3.1 光刻
• 3.3.2 硅的刻蚀
• 3.3.3 薄膜厚度的控制
• 3.3.4 键合
• 3.3.5 玻璃腐蚀
• 3.3.6 剥离
• 3.4 制作工艺概要
• 3.5 小结
• 第四章 结论
• 附录
• 参考文献
• 发表论文
• 致谢