RF MEMS并聯(lián)膜開關的研究.pdf

1、RF MEMS開關是最早應用的射頻MEMS器件之一,與傳統(tǒng)的FET和p-i-n二極管相比,RFMEMS開關以其極低的直流功耗,優(yōu)越的微波性能,以及很高的線性度在微波/毫米波電路中表現(xiàn)出巨大的應用前景。它可以制作移相器、開關式濾波器和開關陣列,可應用于雷達系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)和儀器設備系統(tǒng)等。 由于目前硅制作工藝較為成熟且對硅的材料特性研究比較深入,所以現(xiàn)在MEMS開關大多是制作在硅襯底上的。為了能與高速GaAs信號處

2、理電路相集成,有必要研究基于砷化鎵襯底的RF MEMS開關；此外,目前MEMS并聯(lián)膜開關大多數(shù)采用微波信號和直流驅(qū)動信號相疊加的技術,這在某些應用方面帶來一些問題,所以很有必要研究微波信號和直流信號分離的MEMS開關,并保持開關低的閾值電壓和良好的微波特性。 本文在RF MEMS并聯(lián)膜開關的基礎上提出了交直流分離的MEMS并聯(lián)膜開關。該結構是在基本的MEMS并聯(lián)膜開關的信號線的兩旁各加了一個直流驅(qū)動電極用于直流驅(qū)動,而信號線僅用

3、于微波信號的傳輸,從而實現(xiàn)交直流分離。該結構可以防止直流信號的波動引起交流信號的失真,另外交直流分離還可以方便單刀多擲開關的設計,有利于多種開關結構的組合；在交直流分離開關的設計基礎上,以此結構設計電容耦合式開關和電阻接觸式開關的級聯(lián),提出雙膜橋開關結構,該結構利用電容耦合式開關在較高頻率(諧振點處)的高隔離度和電阻接觸式開關在低頻段的高隔離度,使得開關在較寬的頻帶內(nèi)得到比較高的隔離度。 本文主要根據(jù)閾值電壓、插入損耗、隔離度和

4、反射損耗這幾個指標對交直流分離的并聯(lián)膜開關和雙膜橋開關進行了結構設計和尺寸設計。運用有限元分析軟件Coventor Ware、高頻結構分析軟件HFSS和ADS對膜開關進行了閾值電壓和S參數(shù)的模擬和優(yōu)化,模擬結果表明,所設計的RF MEMS開關具有良好的直流特性和微波特性。 在理論分析和軟件模擬的基礎上,遵循信息產(chǎn)業(yè)部55所MMIC的工藝要求,對所設計的膜開關進行了工藝設計和版圖設計,并在GaAs工藝線上進行了流片,研制出了GaA