[发明专利]一种基于结构超滑的并联RF MEMS开关

说明书

本发明提出了一种并联RF‑MEMS开关开关，其特征在于：包括基底、驱动部件、绝缘层以及滑动部件，其中，所述驱动部件置于所述基底内部，所述驱动部件与所述基底表面平齐且保持纳米级平整；所述滑动部件具有充电电介质层，并具有原子级平整超滑面，滑动部件通过超滑面与绝缘层接触，并置于绝缘层之上；所述滑动部件能够被驱动在面内沿水平方向滑动，通过调整驱动部件与滑动部件垂直面内重叠与分离实现开关。

技术领域

本发明属于射频微机电系统开关(RF MEMS Switch)的技术领域，具体涉及一种基于结构超滑的并联RF MEMS开关。

背景技术

随着雷达和无线通信技术的发展，小体积、低功耗、高性能、多功能的射频设备成为无线电领域的发展趋势，射频器件朝着微型化和集成化的方向发展，MEMS开关应运而生，RF MEMS开关已逐渐取代传统的GaAs FET开关，成为射频开关(RF Switch)的发展方向。RFMEMS开关相较于传统开关具有更低的插入损耗、更高的隔离度、更好的线性度、更低的功耗、更小的体积等优点，并且能够很容易的与IC电路集成，具有广阔的应用前景。目前，现有的RF MEMS开关从驱动方式上主要有静电驱动机制、热驱动机制、电磁驱动机制、压电驱动机制等几种。

RF MEMS静电开关作为一种基础性电子元器件，与传统的P-I-N二极管开关和FET场效应晶闸管开关相比，具有低功耗、低插入损耗、低串扰、高隔离度、高线性度等特性，被认为是最重要的MEMS器件之一。特别地，随着近年来5G通讯系统、雷达系统、卫星通讯系统、高性能射频芯片系统的高速发展，工业界对底层RF射频开关器件的功耗、可靠性、隔离度、线性度、功率处理能力等提出了更高的要求，比如在5G系统中具有载波聚合功能的LTE-A天线开关必须满足IIP3＝90dBm的要求，而RF-MEMS射频开关是唯一能够达到IIP390dBm的一种开关。由于传统的固态半导体开关(P-I-N和FET)依靠掺杂载流子传导以及接触势垒的存在，开关表现出较差的品质因数(Ron×Coff)且在关断状态下存在漏电流，这严重影响开关的插入损耗、隔离度、线性度，使得这类开关不适合高频射频信号的切换。RF MEMS静电开关依靠机械式接触传导射频信号，信号线之间存在物理隔离，因此具有低功耗(nj)、低插入损耗、高的隔离度和线性度，这能大幅降低无线通讯系统、雷达探测系统、卫星系统的能耗和成本，提高射频信号传输的保真度，显著提升系统的综合性能。其研制及应用已成为无线通讯(5G)系统、雷达系统、卫星系统等先进电子装备的关键技术。

相比于广泛应用的半导体射频开关，尽管RF MEMS静电开关有诸多优势，但是机械接触式的通断方式却带来可靠性方面的严重问题。RF MEMS静电开关的触点或绝缘层容易在高速的碰撞中发生损伤，致使导通电阻增大，进而引起较强的热效应，造成器件失效，同时绝缘层的损伤也会加剧表面电荷的积累，当电荷积累量超过临界值时，开关将出现自静电吸附失效；接触触点在断开瞬间发生的电弧放电可造成触点材料熔融，引起接触电阻显著增大甚至触点与传导线直接黏连；高能量功率通过开关时会在上下触点或极板间耦合出足够的静电力，使得开关发生自锁吸合，通常RF MEMS静电开关的处理功率在1W以下，而半导体开关却能达到1-10W。上述是影响RF MEMS可靠性及应用领域的主要原因之一，相比传统的半导体开关，RF MEMS静电开关的使用寿命要低两个数量级以上。另外，目前IC集成电路系统中使用的标准电压都低于5V，而RF MEMS静电开关的驱动电压普遍在10V-80V之间，这也是为什么RF-MEMS静电开关很少在手机无线通讯系统中运用的原因之一。综上所述，提高功率处理能力、降低驱动电压、改善可靠性是RF-MEMS静电开关进一步发展亟待解决的关键性问题。