[发明专利]基于硅衬底的紧凑型MEMS电容式射频开关及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电技术领域的射频器件，具体地说，是涉及一种集成在硅衬底 上的紧凑型MEMS电容式射频开关及制备方法。

背景技术

开关是通信和雷达技术上的重要元件，基本类型主要有接触型、电容型等，其中电 容开关的通断比和隔离度高。外界信号通过电容开关，实现射频电路的接通和断开。为 了进一步提高电容开关的性能，在微机械加工技术发展的基础上，人们采用MEMS开 关替代传统形式的开关，设计出了很多新型的电容开关，其中大多数设计都是采用微带 线作为传输路径的，也有普通共面波导传输线做传输路径的。

基于特定的应用和工程标准，MEMS结构有许多不同的形式。例如，MEMS可以 以桥式结构的形式来实现。在桥式结构中，通过施加制动电压将桥(两端都被固定)拉 向固定电极。通过静电力将可动电极拉向固定电极，通过静电力将可动电极拉向固定电 极所需的电压被称为拉入电压。MEMS开关由于几乎完美的隔离性以及在高频率下的低 插入损耗被广泛地使用。

MEMS开关通常是传输线和MEMS开关被分开构建，这可导致隔离度降低和寄生 插入损耗增大。绝缘体上硅和互补金属氧化物半导体(CMOS)场效应晶体管(FET) 在高频率下通常具有高插入损耗和差的隔离度。而且通常的MEMS电容式开关在石英 衬底上用普通共面波导作为传输线，其不足在于不能与IC工艺兼容，且整体尺寸较大。 此外，金属欧姆接触MEMS开关价格昂贵。

经检索，申请号为CN200610039596.1的中国发明专利，该专利公开一种射频微电 子机械双膜桥并联电容式开关及其制备方法，“使用双端固支梁作为开关膜桥，采用双 层膜结构解决了由于射频高功率引起的自执行和自锁效应。具体的结构为:开关做在砷化 镓衬底上；开关以共面波导为端口；开关桥是信号线的一部分，采用双端固支梁实现； 在信号线开关桥的上方是共面波导地线的连接线，也是开关的地耦合线；在信号线开关 桥的下方是直流控制电极；在直流电极以及地线连接线与开关桥相对的面上都长有一层 氮化硅介质层。”该设计是基于砷化镓基底上的射频开关，基底价格昂贵，且共面波导 结构不紧凑。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足之处，提供一种集成在硅衬底上的紧凑型 MEMS电容式射频开关及制备方法，使其具有低插入损耗、高隔离度、小尺寸的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，提供一种基于硅衬底的紧凑型MEMS电容式射频开关， 所述开关包括：一段叉指式共面波导传输线、可动极板、硅衬底和绝缘介质，其中：

绝缘介质覆盖在硅衬底上，叉指式共面波导传输线和可动极板均设置在覆盖有绝缘 介质的硅衬底上，且可动极板在叉指式共面波导传输线中的固定极板上方，同时固定极 板作为叉指式共面波导传输线的信号线，该信号线与外接射频电路连接；在可动极板和 固定极板间设置一偏置电压，用以控制所述开关的通断，从而控制外接射频信号的接通 与断开。

优选地，所述的叉指式共面波导传输线为周期性弯曲波导结构，有效缩小叉指式共 面波导传输线的纵向尺寸，减小所述开关整体尺寸。

优选地，所述的叉指式共面波导传输线，为采用掩膜电镀方法制备的金属条带，其 材料选择导电性良好的铜或银，并在铜或银表面镀金以防氧化。

优选地，所述的叉指式共面波导传输线包括：固定极板和第一地线、第二地线，其 中：固定极板位于第一地线、第二地线中间，第一地线、第二地线、固定极板三者并行， 且固定极板与第一地线、第二地线之间的距离始终相等。

更优选地，所述固定极板即信号线上设有一层高介电常数(介电常数在9-500范围 内)的绝缘层，用以提高所述开关的隔离度和通断比。

根据本发明的另一个方面，提供一种基于硅衬底的紧凑型MEMS电容式射频开关 的制备方法，所述方法包括：

第一步、在硅衬底上悬涂或者沉积一层绝缘介质；

第二步、在覆盖有绝缘介质的硅衬底上形成叉指式共面波导传输线，其中叉指式共 面波导传输线包括固定极板和第一地线、第二地线，固定极板作为所述开关的信号线用 于与外接射频电路连接；

第三步、利用悬涂法或气相沉积法，在第二步的固定极板上表面及第一地线、第二 地线的部分表面形成绝缘层；并根据MEMS电容式射频开关的性能要求，调节第一地 线、第二地线部分表面上绝缘层的大小和宽度。；