靜電斥力RF MEMS開關(guān)的設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、射頻微機電(RF MEMS)開關(guān)以其體積小、重量輕、響應(yīng)速度快、易與IC電路集成等優(yōu)點，成為RF MEMS領(lǐng)域中被廣泛研究的一類器件。RFMEMS開關(guān)廣泛應(yīng)用在衛(wèi)星通訊、雷達(dá)、汽車電子等領(lǐng)域。在RF MEMS開關(guān)中，研究最多的是靜電驅(qū)動電容式RF MEMS開關(guān)。但其商業(yè)化一直沒有實現(xiàn)，其中一個主要的原因就是由于RF MEMS開關(guān)中電荷積累（即介質(zhì)充電）問題導(dǎo)致開關(guān)出現(xiàn)可靠性問題。針對如何解決電荷積累問題，國內(nèi)外研究專家也提出了很多解決方

2、法，但只是在一定程度上降低了電荷積累的速度，而且這些方法在降低電荷積累速度的同時，帶來了其它的一些問題，例如開關(guān)時間增長、體積偏大、加工工藝復(fù)雜等。
　　在靜電驅(qū)動電容式RF MEMS開關(guān)中，由于在施加驅(qū)動電壓后，互相接觸的兩極板之間有強電場的存在，導(dǎo)致漏電流中的電荷被介質(zhì)層中陷阱俘獲并積累。因此，介質(zhì)層中強電場是引起電荷積累的主要因素。針對如何消除RF MEMS開關(guān)介質(zhì)層中的強電場，本文提出了利用靜電斥力原理驅(qū)動RF MEMS開

3、關(guān)，消除介質(zhì)層中的強電場，減少電荷積累。具體完成了以下幾方面的研究工作:
　　(1)從靜電引力驅(qū)動電容式RF MEMS開關(guān)失效機理入手，分析其失效原因;對比總結(jié)已有的各種解決方法的優(yōu)缺點;簡要說明了RF MEMS開關(guān)的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。
　　(2)提出利用靜電斥力原理進(jìn)行驅(qū)動的想法，講解了靜電斥力原理的基本概念及其工作原理;分析了靜電斥力的可靠性問題;簡單介紹了有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics相關(guān)知識，并通

4、過仿真驗證了此驅(qū)動結(jié)構(gòu)的可行性。
　　(3)將驅(qū)動結(jié)構(gòu)參數(shù)分為固定極板、可動極板和其他參數(shù)三類，并利用仿真軟件逐一分析了這些參數(shù)與驅(qū)動結(jié)構(gòu)最大形變量之間的關(guān)系。結(jié)果表明:驅(qū)動結(jié)構(gòu)最大形變量與可動極板長度和垂直間距呈線性關(guān)系，與可動極板寬度和厚度成指數(shù)下降關(guān)系;最值得一提的是，當(dāng)水平間距為3μm時，可動極板的形變量達(dá)到最大值。此外，固定極板寬度和厚度對最大形變量的影響不是很大。
　　(4)從改變驅(qū)動結(jié)構(gòu)彈性系數(shù)、斥力驅(qū)動單元數(shù)