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目前无线通信中的射频/微波MEMS器件已成为国际上的研究热点,MEMS开关作为射频/微波通信中实现信号路由转换的重要器件,成为了研究焦点。与传统上的微波开关PIN管和GaAs FET相比,MEMS开关有尺寸小,插入损耗小,隔离度大,线性度好,工作频段范围大,直流功率小等优点。本文讨论的MEMS接触式开关是利用表面微机械加工技术制备出来的一种可以应用在0—5GHz频段的射频/微波开关。 本文在广泛文献调研的基础上,分析了接触式开关的工作原理,并用ANSYS7.0和HFSS8.0软件对器件进行了有限元动态加载模拟和微波参数的模拟,最终设计了以信号线中间断开的CPW为传输线、以SiO2为桥墩、以铝硅合金和Au—Si3N4—Al复合材料为梁的空气桥接触式开关。并推导了这种两端固定,两个下电极结构的接触式开关的下拉电压的公式。以SiO2为桥墩的空气桥结构在国内未见报道。 在多次改版、流片的基础上,围绕制备工艺中的一些关键技术,对器件版图和工艺作了改进和完善,设计了满足实验室工艺精度的器件版图,提出了适用于该器件的工艺流程。经过多次的流片,成功地制备出了MEMS开关的样品。制备研究中,采用厚胶(负胶)和聚酰亚胺作为牺牲层材料,对牺牲层的前烘、坚膜和刻蚀技术做了重点研究,取得了有特色的研究结果。 目前我们制备的两种MEMS开关样品,一种为下拉电压较低的铝硅合金梁MEMS开关,另一种为开关寿命较长的Au—Si3N4—Al复合梁MEMS开关。样品的测试结果都到达了隔离度30dB@5GHz,插入损耗小于2dB@5GHz的要求。此外,我们还对MEMS开关的商品化进行了研究。对制备出的MEMS开关的样品进行了封装和初步测试。 本文以射频/微波MEMS接触式开关这一重要的微波器件为研究对象,对该器件工作原理、模拟、设计、加工、测试到封装进行了较全面的研究。设计了一种适合接触式开关的空气桥式结构,并对开关制备中的重要工艺——牺牲层技术进行了研究。实验结果显示本文的MEMS开关的设计是合理的,工艺实现是可行的,实际器件特性与理论分析是一致的,说明了MEMS系统可应用于射频/微波通信领域,该技术具有巨大的发展潜力。