[发明专利]一种常开态场发射型射频微机械开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型常开态场发射型射频微机械开关。

背景技术

现有射频开关存在如下问题：

（1）一些采用结构的机械运动来达到控制射频信号通断的目的，这些开关将射频信号从物理上进行隔断，因此隔离度较高。这些开关又可分为接触式和电容式两大类，接触式开关的可靠性由结构的接触损坏和材料的疲劳特性决定，而电容式开关的可靠性则由电介质层的电荷注入效应和材料的疲劳特性决定，因此这两种开关的可靠性都不理想。并且由于采用了机械运动的方式，使得这些开关的响应时间较长。

（2）一些则采用半导体PIN结构来控制射频信号的通断，这些开关避免了机械运动带来的可靠性问题和响应时间长的缺陷，具有高可靠性和快响应速度。这种方法的缺陷主要是：采用半导体PIN结构时，对射频信号的隔离不够彻底，因此隔离度不高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种高隔离度、高可靠性、快响应速度和低执行电压的常开态场发射型射频微机械开关。

本发明包括低损耗衬底，绝缘介质薄膜、共面波导的信号线和地线，信号线位于两根地线之间，绝缘介质薄膜设在低损耗衬底信号线及地线之间，信号线中部的左右两侧各设有一排金属微尖，相应的两根地线与信号线相邻一侧的中部也各设有一排金属微尖，地线上的金属微尖与相邻信号线上的金属微尖之间有间隔；低损耗衬底与上述金属微尖相对应的位置内凹形成一个两个空腔，使金属微尖呈悬空状态。上述金属微尖均呈锯齿状，且相邻的金属微尖之间为尖对尖的一一对应关系，这样可达到降低阈值电压的效果。

本发明利用金属微尖在一定场强下会发生场致发射的原理，两排金属微尖之间产生电子束流，使原本处于开态的开关通过电子束流将射频信号短路到地线，即达到了控制射频信号通断的效果。

本发明结合了机械开关和半导体开关的优点，即采用物理上隔断的共面波导的信号线结构，和无可动结构的通断方式，达到既有高隔离度的同时又有高可靠性和快响应速度的效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是图1的A-A剖视图。

具体实施方案

如图1和图2所示，本发明包括低损耗衬底1，绝缘介质薄膜2、共面波导的信号线5和地线3，信号线位于两根地线之间，绝缘介质薄膜2设在低损耗衬底1信号线及地线之间，信号线中部的左右两侧各设有一排金属微尖4，相应的两根地线与信号线相邻一侧的中部也各设有一排金属微尖4，地线上的金属微尖4与相邻信号线上的金属微尖4之间有间隔；低损耗衬底1与上述金属微尖4相对应的位置内凹形成一个两个空腔6，使金属微尖4呈悬空状态。上述金属微尖4均呈锯齿状，且相邻的金属微尖之间为尖对尖的一一对应关系。

本发明的制作方法是：

首先在低损耗衬底1上生长一层绝缘介质薄膜2，进行第一次光刻并刻蚀介质薄膜形成腐蚀腔体6所需的窗口。进行第二次光刻，然后溅射金属并剥离形成共面波导的信号线5、地线3和金属微尖4。将低损耗衬底进行各向异性腐蚀，得到空腔6，使得金属微尖4悬空。

本发明的工作原理为：

给金属表面施加一定强度的电场后，电场会对金属表层电子进行加速。当金属表层电子通过电场加速获得的能量超出该金属的逸出功时，金属表层的电子将会从金属中逃逸出来，并沿着电场方向运动，形成场致发射电子束流。场致发射使原本隔离开的金属通过电子束流导通，形成比隔离时小得多的阻抗，该小阻抗可将原本导通的射频信号短路到地线，即将射频信号关断。

本发明的工作过程如下：

将射频信号连接到共面波导的端口，同时在共面波导信号线和地线两端加上直流偏置电压。当直流偏置电压为零时，开关处于导通态，射频信号导通；当所加直流偏置电压超过场致发射的阈值电压后，开关处于关断态，射频信号关断。

本发明的使用方法是：将射频信号连接到共面波导的端口，同时在共面波导信号线和地线的两端加上直流偏置电压。用共面波导信号线和地线两端所加的直流偏置电压来控制开关上射频信号的通断。