[发明专利]基于静电斥力和引力混合驱动的射频MEMS开关

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统（MEMS）领域，具体涉及电容式射频微机电开关（RF MEMS），特别是一种基于静电斥力和引力的新型RF MEMS开关。

背景技术

微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System），简称MEMS，是将微电子技术与机械工程融合到一起的一种工业技术，它具有成本低、体积小、重量轻、可靠性高等优点。它的操作范围在微米范围内，通常来讲，大部分微机电设备的尺寸通常介于20微米到一毫米之间。微机电系统内部通常包含一个微处理器和若干获取外界信息的微型传感器。正如我们现在所知，在这种尺寸范围下，经典物理基本定律通常不适用。而且由于微机电系统相当大的表面积/体积比，诸如静电和浸润等表面效应要比惯性和比热等体效应大很多，这也是本发明采用静电力作为开关的驱动源的主要原因。此外，该开关还涉及到了射频技术（Radio Frequency），简称RF。而RF MEMS开关就是MEMS技术在RF领域的其中一种典型应用，它是微波信号和高频信号变换的关键元件，相较于传统开关，RF MEMS开关有如下优点：1功耗低；2高隔离度；3插入损耗低；4互调分量低；5成本低。

在RF MEMS开关技术中，有几种比较流行的分类方法，按照开关结构可以分为悬臂梁式、桥式和扭臂式。按照驱动原理分为静电驱动、热驱动、电磁驱动和压电驱动等方式，其中静电驱动式又可以分为电阻接触式和电容耦合式，其中电容式RF MEMS开关因其驱动电压小、结构简单等优点更是得到了学术界广泛的认可和大规模的投入研究，是当今最流行的RF MEMS开关种类之一。

但是，尽管电容式RF MEMS开关有上述诸多优点，然而时至今日，长期可靠性问题依然是其大规模商业化的瓶颈，其中影响可靠性最大的因素就是在开关工作中发生的不可逆转的“粘连”失效，而“粘连”失效则是由开关介质层中电荷积累（也称“介质充电”）所造成的。因此，研究一种可以减少甚至彻底消除电荷积累的RF MEMS开关将会大大提高开关可靠性，进而实现其大规模的商业化应用。

发明内容

本发明为了解决传统依靠静电引力驱动的电容式RF MEMS开关中所存在的电荷积累问题，提供了一种基于静电斥力和引力混合驱动的新型射频开关。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种基于静电引力和斥力混合驱动的射频MEMS开关，包括衬底，所述衬底上覆盖有氧化层，所述氧化层上表面的两侧分别设置有第一接地线和第二接地线，所述第一接地线和第二接地线之间架设有可动桥膜；所述氧化层上表面中部并排设置有与可动桥膜方向一致的第一固定电极、第二固定电极和第三固定电极，所述第二固定电极位于可动桥膜的正下方，所述第一固定电极和第三固定电极位于第二固定电极的两侧；所述氧化层上表面设置有与接地线方向一致、且横跨可动桥膜的信号传输线，所述可动桥膜上位于信号传输线下方的位置设有介质层。

工作时，第一固定电极和第三固定电极上加相同的正电压，第二固定电极上不加任何电压，该正电压将会在第二固定电极和可动桥膜的周围产生不均匀电场，产生静电斥力，使可动桥膜受力向上；同时将信号传输线接正电压，产生静电场，在此电场范围内可动桥膜将会受向上的静电引力，在静电斥力和静电引力混合驱动下，可动桥膜向上移动远离第二固定电极，其上介质层的上表面将与上方的信号传输线的下表面相接触，之后射频信号就通过可动桥膜从信号传输线上被耦合至第一接地线和第二接地线上，此时开关处于闭合状态；相反，当撤掉第一、三固定电极以及信号传输线上的电压后，此时可动桥膜在受到自身弹性恢复力的作用下回到初始位置，由于他们之间距离的增大，电容就会减小，射频信号就不会被耦合到接地线而是继续沿信号传输线传递，此时开关断开。