毫米波MEMS開關(guān)自激勵機(jī)理的實驗驗證.pdf

1、自激勵機(jī)理是限制RF MEMS開關(guān)的功率處理能力的主要因素之一。為了更深入了解自激勵機(jī)理，通過實驗手段來驗證是必不可少的。目前，對RF MEMS開關(guān)自激勵機(jī)理的實驗驗證主要是通過對一般的開關(guān)結(jié)構(gòu)進(jìn)行S參數(shù)、開關(guān)時間、開光梁位移等參數(shù)的測試來完成。這些方法存在的問題有：用到的測試儀器繁多復(fù)雜或者昂貴，特別在毫米波等高的頻段；測試結(jié)果都是間接表征自激勵大小，不便于自激勵機(jī)理的驗證。
　　 為了克服上述問題，本論文提出了一種新型的毫米

2、波MEMS開關(guān)自激勵機(jī)理的實驗驗證結(jié)構(gòu)，并完成了仿真和版圖設(shè)計。該結(jié)構(gòu)除了具有一般開關(guān)結(jié)構(gòu)的測試功能外，還簡化了對測試儀器的要求，而更重要的是，可以直接精確地測試出表征自激勵作用的等效靜電驅(qū)動電壓Veqv。該實驗驗證結(jié)構(gòu)由一分四功率分配器和開關(guān)陣列組成。開關(guān)陣列由五個相同的開關(guān)組成：開關(guān)A單獨存在，另外四個開關(guān)B、開關(guān)C、開關(guān)D和開關(guān)E分別與一分四功率分配器的輸出端相連。它們具用相同的吸合電壓Vp。單獨的開關(guān)用來測量Vp，其它四個開關(guān)用

3、來測量自激勵等效靜電驅(qū)動電壓的大小。一分四功率分配器把RF功率等分到這四個開關(guān)，使它們受到的自激勵作用相等。與此同時，對這四個開關(guān)同時加上不同的靜電驅(qū)動電壓，這四個靜電驅(qū)動電壓依次遞減，開關(guān)B的靜電驅(qū)動電壓最大，為VB，開關(guān)E的最小，為VE，此時，開關(guān)B和開關(guān)E總的等效靜電驅(qū)動電壓分別為、√V2eqv+V2B和√V2eqv+V2E。當(dāng)開關(guān)B吸合而開關(guān)E沒有吸合，可以判斷出開關(guān)自激勵作用的大小為√V2P-V2B≤Veqv<√V2P-V2E

4、；同理，再通過判斷開關(guān)C與開關(guān)D是否吸合，可以縮小Veqv的范圍。當(dāng)VB和VE差值越小，Veqv越精確，換言之，該結(jié)構(gòu)的測試精度只取決于直流電壓源的精度。
　　 此外，為了進(jìn)一步研究自激勵對毫米波MEMS開關(guān)的作用，必須知道相關(guān)的材料特性，如楊氏模量、殘余應(yīng)力和應(yīng)力梯度等。本論文針對這三個重要的材料特性，提出了相應(yīng)的測試結(jié)構(gòu)，利用商用軟件Intellisuite驗證了這些測試結(jié)構(gòu)適用于本論文所采用的工藝，并完成了版圖設(shè)計。其中，