[发明专利]一种带有上浮栅结构的梯形射频MEMS开关

说明书

本发明涉及一种带有上浮栅结构的梯形射频MEMS开关，属于射频微电子机械系统(RFMEMS)和通信技术领域。本发明采用梯形的悬臂梁结构，通过在悬臂梁三角形外边框内沿信号方向设置一个或多个横梁，降低开关制作的工艺复杂度，并可通过调整悬臂梁的弹性系数，调节开关的驱动电压。相比于已有的静电驱动式MEMS开关，本发明在悬臂梁下方设置由隔离层和电荷充电层共同组成的浮栅结构，通过对浮栅结构预充电，降低并调节开关在工作状态下驱动电压，提高开关的可靠性和使用寿命。本发明的射频MEMS开关，可以与其他MEMS器件兼容制作，应用在移动终端等通信领域。

技术领域

本发明涉及一种带有上浮栅结构的梯形射频MEMS开关，属于射频微电子机械系统(RF MEMS)和通信技术领域。

背景技术

微电子机械系统(以下简称MEMS)通常是指可以批量制造的，集微结构、微传感器、微执行器以及信号处理和控制电路于一体的器件或者系统，其特征尺寸一般在0.1-100μm范围，采用表面微加工技术完成工艺制作。

射频MEMS开关是典型的MEMS器件之一，可应用于高性能的数字控制元件(例如R-、L-、C-集总元件和延迟线，阻抗变换等)、可重构电路(例如衰减器、移相器、滤波器、天线等)以及子系统(例如信号路径选择、发射/接收(T/R)组件、波束成型天线阵列等)。传统可集成的有源开关包括二极管(PIN)、场效应管(FET)开关等。PIN的直流功耗不可忽略，基于FET的器件虽然几乎不消耗直流功耗，但会在前端引入极大损耗。而工作在微波到毫米波频段的射频MEMS开关则利用机械运动，实现信号传输通路的断开或闭合，几乎不消耗直流功率，且关态隔离度很高，开态插入损耗小、线型度高，广泛应用在通信等领域中。

射频MEMS开关有多种驱动方式，例如静电式驱动、静磁式驱动、热电式驱动、压电式驱动等。其中，静电驱动的MEMS开关具有工作频带宽、直流功耗小、电极尺寸小、开关速度快等特点，是最常用的驱动方式。静电驱动方式通过在开关悬臂梁(即上电极)和下电极之间施加直流驱动电压，使悬臂梁受到静电力的作用向下电极靠近至吸合，实现开关闭合。上悬臂梁的制作通常需要牺牲层工艺，而释放传统的平面悬臂梁时，悬臂梁下方的牺牲层刻蚀速度较慢，且完全刻蚀干净所需时间较长，影响开关的可靠性。同时，为获得足够吸合的静电力，开关所需的驱动电压通常较高，难以在实际应用在手机终端等场景中。而且，为了保持开关的闭合状态，需要一直对开关施加较高的驱动电压，这一过程会加速开关失效，降低开关使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提出一种带有浮栅结构的梯形射频MEMS开关，采用梯形的悬臂梁结构，通过在悬臂梁三角形外边框内沿信号方向设置一个或多个横梁，降低开关制作的工艺复杂度，调节开关的驱动电压。在悬臂梁下方设置由隔离层和电荷充电层组成的浮栅结构，通过对浮栅结构预充电，降低开关在工作状态下驱动电压，提高开关的可靠性和使用寿命，满足通信等领域中开关对低驱动电压、高可靠性、可一体化集成等应用需求。

本发明提出的带有浮栅结构的梯形射频MEMS开关，衬底、两根信号传输线、两根地线、空气桥、悬臂梁、下电极、隔离层和电荷存储层；所述的两根信号传输线对称置于衬底上，所述的下电极置于两根信号传输线之间；所述的悬臂梁的一端通过锚点柱固定在一根信号传输线的上方，悬臂梁的另一端悬臂横跨在下电极的上方，到达另一根信号传输线端部的上方，另一根信号传输线的该端部设置有接触点；所述的隔离层和电荷存储层组成一个浮栅结构，该浮栅结构置于悬臂梁的下表面，其中的电荷存储层与下电极相对；所述的两根地线对称置于两根信号传输线两侧的衬底上，其中的一根地线在中间断开；所述的空气桥通过锚点柱架在地线中间断开处的上方；所述的下电极引出线置于衬底上，下电极引出线的一端与下电极相连接，与下电极相连接后的下电极引出线从空气桥下方穿出。

本发明提出的带有浮栅结构的梯形射频MEMS开关，其优点是：