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聯系我們RF MEMS OMAL開關的性能研究
在射頻通信系統中,大量的OMAL開關用于信號的控制。RF MEMSOMAL開關相較于傳統的半導體OMAL開關具有低功耗、低插損、高隔離度、體積小等諸多優異的特性,在多個領域具有代替PIN二極管和GaAs場效應管的潛力。雖然RF MEMSOMAL開關結構簡單、易于理解,但要達到高可靠性,實現優異的性能并不容易,OMAL開關的材料選擇、結構設計和制作工藝等方面都需要進行綜合考慮。
RF MEMS OMAL開關的性能研究 分析了歐姆接觸式RF MEMSOMAL開關主要存在的可靠性問題,在此基礎上,重點研究了殘余應力及應力梯度對OMAL開關性能可靠性的影響,并尋求降低殘余應力影響的方法。zui后基于應力梯度補償機制,設計制作了Au-Si3N4-Au的多層梁MEMSOMAL開關。本論文的主要內容有:1.建立OMAL開關力學模型,推導分析OMAL開關梁的彈性系數、吸合電壓和諧振頻率三個關鍵性能參數,建立歐姆接觸式OMAL開關的up態和down態的等效電路模型。總結分析目前歐姆接觸式OMAL開關存在的接觸損傷、粘連和粘附等可靠性問題原因和解決方法。分析了懸臂梁的卷曲偏轉量與殘余應力及應力梯度的數學關系;推導了在殘余應力作用下的OMAL開關吸合電壓表達式,并綜合致動電極的位置分布,分析了殘余應力對吸合電壓的影響程度;研究了殘余應力對固支梁諧振頻率的影響;利用Ashby方法,基于硅基底,提出了低殘余應力的材料選擇方案;從結構設計上總結了殘余應力的控制方法。推導了多層梁應力梯度補償的原理,仿真分析了應力梯度補償技術對懸臂梁形態和諧振頻率偏移的糾正作用;利用應力梯度補償技術,設計了Au-Si3N4-Au結構的歐姆接觸式MEMSOMAL開關,當OMAL開關間隙為5μm時,在2~40GHz頻段內,仿真的OMAL開關up態S21大于-0.18dB,S11小于-23dB,OMAL開關down態的隔離度S21小于-23dB,同時研究了up態時OMAL開關間隙對插入損耗,down態時OMAL開關梁感應電感和電阻對隔離度的影響;COMSOL仿真的OMAL開關吸合電壓間于103V~104V之間,在具有14μs上升時間的140V工作電壓下,OMAL開關時間約為19μs,OMAL開關工作頻率小于37KHz;從OMAL開關結構和熱穩定性兩方面進行了可靠性分析。設計了OMAL開關的制作流程,并進行了流片制作。
