[发明专利]一种快速射频微机械开关

说明书

技术领域

本发明涉及射频微机电(RF MEMS)技术领域，更特别地，本发明涉及一种基于金属/介质层复合悬臂梁结构的快速射频微机械开关。

背景技术

RF MEMS开关是指通过微加工工艺制成的微型机械化开关，靠机械位移实现对射频或微波信号传输线的开断控制，是RF MEMS的核心器件。与现有的半导体FET和PIN二极管开关相比，RF MEMS开关具有插入损耗低、隔离度高、功耗小、互调失真低等优点，因此，在军用和民用方面都有着广泛的应用前景。

RF MEMS开关由机械部分和电学部分组成。常用的机械结构有悬臂梁、双端固支桥式、梳齿以及薄膜结构等，其中薄膜、桥式结构的尺寸相对较大，开关的速度受限，而梳齿结构的加工较为复杂，因此，从减小结构尺寸提高开关速度方面考虑，悬臂梁结构是最佳选择。开关可采用静电、静磁、压电或者热提供驱动，其中，由于静电驱动具有很多优点：零直流功耗、小的电极尺寸、相对较短的开关时间等，所以是目前使用最普遍的驱动方式。

最早的RF MEMS开关是Petersen于1979年研制的静电驱动的悬臂梁开关【1】，开关采用Cr/Au作为开关的结构层和上电极，电镀2μm Au形成开关的接触点，开关总长为83μm，开关时间为40μs，下拉电压约70V。上世纪90年代以来，MEMS开关获得了巨大发展。继Rockwell Scientific【2】和Texas Instruments【3】报道了串联接触式和电容式开关以来，全球有很多研究机构相继报道了不同性能的RF MEMS开关，其中比较成熟的开关，典型的有Radant MEMS公司研制的串联接触式开关，它的可动结构为电镀Au悬臂梁，厚度为7～9μm，开关时间仅为2～3μs，但是驱动电压比较高，约60～80V【4】。Motorola公司研制了介质悬臂梁开关，开关时间为2～4μs，驱动电压为40～60V，但由于应力问题，开关容易发生翘曲，可靠性比较差【5】。目前，制约RF MEMS开关发展的主要问题仍然是开关速度不够快、驱动电压高、薄膜应力变形、可靠性差等方面，这些因素极大的影响了RF MEMS开关实际商业化的应用。

引用文献：

【1】K.E.Petersen，Micromechanical membrane switches on silicon，IBM J.Res.Develop.1979(4)：376-385

【2】R.E.Mihialovich，et al.，MEM relay for reconfigurable RF circuits.IEEE Microwave Wireless Components Letters，2001，11(2)：53-55.

【3】C.L.Goldsmith，et al.，Performance of low-loss RF MEMS capacitive switches，IEEE Microwave Guided Wave Lett.，1998(8)：269-271.

【4】S.Majumder，et al.，A Packaged，High-Lifetime Ohmic MEMS RF Switch，IEEE MTT-S International Microwave Symposium Digest，2003：1935-1938.

【5】Lei L.Mercado，et al.，Mechanics-Based Solutions to RF MEMS Switch Stiction Problem，IEEE Transactions on Components and Packaging Technologies，2004(27)：560-567.

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的主要目的是要提出一种基于复合悬臂梁结构的快速射频微机械开关，以在保持较低驱动电压的情况下，实现μs级的快速开关时间。

(二)技术方案