[发明专利]一种对称杠杆结构的MEMS线性可变电容器

说明书

技术领域

本发明属于射频微机电系统（RF MEMS）领域，具体涉及一种电容值线性可调节的MEMS电容器。

背景技术

射频微机电系统（RF MEMS）是用微加工工艺制作的，集微结构、微传感器、微执行器、信号处理和控制电路为一体的射频器件或系统，应用MEMS技术制作的可变电容具有高Q值、低损耗、低噪声、宽调节范围等优点。

常见的MEMS可调电容有两种基本形式，一种是调节上下电容极板间的间距来改变电容值，这种可调电容反应灵敏、Q值高、尺寸小，然而却有间距调节范围的限制，其上极板运动范围不能大于上下极板初始间距的三分之一，否则电容上极板会被迅速下拉，因此可调范围较小；另一种是调节电容的正对面积来改变电容值，典型的是应用插指状结构，通过改变指间正对面积来改变电容值，这种结构制作工艺复杂，电容值有限，电容的控制精度差。通常情况下，可变电容随控制电压的变化都呈现非线性，这增加了电容控制电路的复杂度。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种对称杠杆结构的MEMS线性可变电容器，具有线性度高、变容范围大的特点。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种对称杠杆结构的MEMS线性可变电容器，包括：

介质衬底1；

设置在介质衬底1上的下驱动电极3、电容下极板4和锚点5；以及，

设置在锚点5上的上极板2，锚点5对上极板2起支撑和固定作用，上极板2分为中间部分和两端部分，中间部分与电容下极板4对应，做上下运动，两端部分分别与一个下驱动电极3对应，以锚点5为支点做杠杆运动。

在下驱动电极3上施加线性增加的电压，使上极板2的外端加速向下运动，同时带动上极板2的中间部分向上运动，使上极板2与电容下极板4之间的电容值近似线性减小。

所述的上极板2的两端部分被下驱动电极3驱动时向下运动，带动中间部分向上运动，中间部分和电容下极板4及两者之间的空气层构成电容值可变的电容。

所述的锚点5共有4个，设置在上极板2的两侧，每侧各两个，分别位于上极板2中间部分和两端部分的两个分界处，为对称杠杆结构的支点，锚点5电气接地，为直流零电位。

所述的下驱动电极3上覆有一层Si₃N₄薄膜，作为上极板2与下驱动电极3之间的电气隔离层，下驱动电极3的厚度与上极板2的运动范围相关，厚度越小，上极板2的运动范围越大，在下驱动电极3上施加正电压，可使下驱动电极3与上极板2的外端部分之间产生静电力，驱使上电极2的外端部分发生下拉动作。

所述的电容下极板4上覆有一层Si₃N₄薄膜，作为上极板2与电容下极板4之间的电气隔离层，电容下极板4的厚度大于下驱动电极3，在锚点5高度固定的情况下，电容下极板4越厚，与上极板2之间的距离就越小，可变电容的初始电容值就越大。

所述的可变电容的初始电容值、电容变化范围以及电容随电压变化的线性度均与下驱动电极3厚度成反比，与电容下极板4厚度成正比。即：下驱动电极3越薄、电容下极板4越厚，则初始电容值越大，电容变化范围越大，电容随电压变化的线性度越高。

本发明的优点是：电容随电压变化的线性度非常高，电容变化范围大。

附图说明

图1为本发明的三维结构图。

图2为本发明的侧视图。

图3为本发明下驱动电极上施加下拉电压后的侧视图。

图4为本发明电容器的上电极和电容下极板之间的距离、驱动电压和电容的关系曲线。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作进一步详细说明。

参见图1和图2，其结构主要包括介质衬底1、上极板2、下驱动电极3、电容下极板4和锚点5，下驱动电极3、电容下极板4及锚点5都设置在介质衬底1上，上极板2设置在锚点5上，锚点5对上极板起支撑和固定作用，上级板2的厚度设为t，上极板2可分为3个部分，即中间部分和两端部分，中间部分与电容下极板4对应，主要做上下运动，用作电容的上极板2，两端部分分别与一个下驱动电极3对应，以锚点5为支点做杠杆运动，位于下驱动电极3正上方的一段在驱动电压作用下向下运动，其长度设为l₁，另一段靠内侧，由于杠杆作用，在电压驱动时向上运动，其长度设为l₂，在下驱动电极3上施加线性增加的电压时，上极板2的最外端加速向下运动，同时带动上极板2的中间部分向上运动。