一种RF MEMS数字可变电容单元制造技术

本发明专利技术涉及一种RF MEMS数字可变电容单元，包括衬底，衬底上分布有RF电极、地结构和驱动电极，其中地结构和驱动电极分布在RF电极的两侧，地结构上连接有翘板式上极板，翘板式上极板连接有扭转梁，扭转梁的两侧分布有驱动电极；RF电极上附有用以隔离翘板式上极板与RF电极的介质层；在驱动过程中，翘板式上极板可与RF电极分别形成第一距离、第二距离和第三距离。由此，采用翘板式结构，电容值可控性强。可实现翘板式上极板与RF电极之间较大的距离变化，即可得到较大的变容比。若在第一距离电容状态与第三距离电容状态之间转换时，由于有驱动力和悬臂梁自身回复力的双重作用，响应速度更快。翘板式上极板的两端及支点处的扭转梁都固定于地结构。

RF MEMS digital variable capacitor unit

【技术实现步骤摘要】
一种RFMEMS数字可变电容单元
本专利技术涉及一种电容单元，尤其涉及一种RFMEMS数字可变电容单元。
技术介绍
从1G到5G的演进的最大特点是频率越来越高、频带越来越宽。在追求设备小型化的今天，传统射频前端器件越来越难以满足宽频带的需求，因此，射频前端对可调频器件的需求越来越强烈，可变电容正是可调频器件的“调节阀”有着举足轻重的作用。而RFMEMS可变电容以其高Q值、高变容比、高线性度、大功率容量、低功耗、低温度敏感性受到越来越多的关注。但是，目前业内研究的RFMEMS可变电容在可控性和可靠性方面难有较大突破。有鉴于上述的缺陷，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种RFMEMS数字可变电容单元，使其更具有产业上的利用价值。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术的目的是提供一种RFMEMS数字可变电容单元。本专利技术的一种RFMEMS数字可变电容单元，包括衬底，其中：所述衬底上分布有RF电极、地结构和驱动电极，所述地结构和驱动电极分布在RF电极的两侧，所述地结构上连接有翘板式上极板，所述翘板式上极板连接有扭转梁，翘板式上极板的两端及扭转梁都电连接于地结构，所述扭转梁的两侧均分布有驱动电极，所述翘板式上极板可与RF电极分别形成第一距离、第二距离和第三距离，所述RF电极上附有用以隔离翘板式上极板与RF电极的介质层。进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述衬底为高阻硅衬底；或是为玻璃衬底；或是为陶瓷衬底；或是为砷化镓衬底。更进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述驱动电极至少为四个，两两对称分布，接近RF电极的一对驱动电极为“C+”驱动电极，远离RF电极的一对驱动电极为“C-”驱动电极。更进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述驱动电极包括有金属基板，所述金属基板上附着有介质层，所述介质层为氮化硅、氧化铪、氧化硅、氧化铝构成的单独层，或是多种混合层。更进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述翘板式上极板与扭转梁为一体构造，所述翘板式上极板以扭转梁为支点，形成翘板式可动构造。更进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述扭转梁分布在翘板式上极板的两侧，或是分布在翘板式上极板的内部，或是同时分布在翘板式上极板的两侧与内部。更进一步的，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，翘板式上极板根据应用需求，进行级联式拓展。更进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述介质层为氮化硅、氧化铪、氧化硅、氧化铝构成的单独层，或是多种混合层。再进一步地，上述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其中，所述翘板式上极板分布有均匀的条形缝隙。借由上述方案，本专利技术至少具有以下优点：1、采用翘板式结构，具有第一距离、第二距离、第三距离三个电容状态或第一距离、第三距离两个电容状态，电容值可控性强。2、可实现翘板式上极板与RF电极之间较大的距离变化，即可得到较大的变容比。3、若在第一距离电容状态与第三距离电容状态之间转换时，由于有驱动力和悬臂梁自身回复力的双重作用，响应速度更快。4、翘板式上极板的两端及支点处的扭转梁都固定于地结构，使得整个器件可靠性更佳。5、带条形缝隙结构的翘板式上极板，既方便在工艺上金属膜桥的释放，又减小了运动过程中的空气阻力，从而缩短了电容调控时间。6、此翘板式结构可拓展性强，可根据所需电容值进行级联拓展。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本专利技术的较佳实施例并配合附图详细说明如后。附图说明图1是本RFMEMS数字可变电容单元的结构示意图。图2是本RFMEMS数字可变电容单元处于第一距离的工作示意图。图3是本RFMEMS数字可变电容单元处于第二距离的工作示意图。图4是本RFMEMS数字可变电容单元处于第三距离的工作示意图。图5是本RFMEMS数字可变电容单元可级联式拓展示意图。图6是本RFMEMS数字可变电容单元组成的数字可变电容阵列示意图。图中各附图标记的含义如下。1衬底2RF电极3地结构4翘板式上极板5扭转梁6第一距离7第二距离8第三距离9“C+”驱动电极10“C-”驱动电极具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1至6的一种RFMEMS数字可变电容单元，包括衬底1，其与众不同之处在于：在衬底1上分布有RF电极2、地结构3和驱动电极。具体来说，地结构3和驱动电极分布在RF电极的两侧，翘板式上极板4与地结构3相连，且以扭转梁5为支点，横跨驱动电极。同时，翘板式上极板4可与RF电极2形成第一距离6、第二距离7和第三距离8。并且，RF电极2上附有介质层(图中未示出)，用以隔离翘板式上极板4与RF电极2。由此，改变距离可以改变RF电极2与地结构3之间的电容。结合本专利技术一较佳的实施方式来看，采用的驱动电极有多组，在这些驱动电极中，接近RF电极2的一对驱动电极为“C+”驱动电极9，用于控制电容的增加。远离RF电极2的一对驱动电极为“C-”驱动电极10，用于控制电容的减小。进一步来看，驱动电极包括有位于底层的金属基板，金属基板上附有介质层，这样可实现驱动电极对翘板式上极板4的静电力驱动。结合实际实施来看，翘板式上极板4以扭转梁5为支点实现杠杆原理，使得上极板中部既可以向上运动(图4)又可以向下运动(图2)，从而增加了上极板与RF电极2的距离变化范围，进而增加了可变电容的变容比。同时，本专利技术采用的翘板式上极板4分布有均匀的条形缝隙。这样，方便翘板式上极板4的释放，又减小了运动过程中的空气阻力，从而缩短了电容调控时间。结合实际制造来看，本专利技术采用的衬底1为高阻硅衬底1。当然，根据使用需求的不同，也可以为玻璃衬底1。同时，针对某些特殊情况的应用，还为陶瓷衬底1，或是为砷化镓衬底1。再进一步的来看，本专利技术可根据对电容可调范围的需求进行级联式拓展(图5)或是排列组合(图6)，以实现更高的需求。本专利技术的工作原理如下：RF电极、地结构、翘板式上极板、驱动电极均可选取电阻率低的金属材料，如金、铝、铜及其合金来制备；介质层可用氮化硅、氧化铪、氧化硅、氧化铝等高介电常数绝缘材料。当两“C+”驱动电极同时加正电压，而两“C-”驱动电极不加电压时，在静电力的作用下翘板式上极板内侧被拉向驱动电极，此时翘板式上极板中部与RF电极间隔第一距离，此时可变电容为Cmax。同时，由于杠杆原理，翘板式上极板外侧翘起。当两“C-”驱动电极同时加正电压，而两“C+”驱动电极不加电压时，在静电力的作用下翘板式上极板外侧被拉向驱动电极，翘板式上极板中部翘起，此时翘板式上极板中部与RF电极间隔本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种RF MEMS数字可变电容单元，包括衬底，其特征在于：所述衬底上分布有RF电极、地结构和驱动电极，所述地结构和驱动电极分布在RF电极的两侧，所述地结构上连接有翘板式上极板，所述翘板式上极板连接有扭转梁，所述扭转梁的两侧均分布有驱动电极，所述翘板式上极板可与RF电极分别形成第一距离、第二距离和第三距离，所述RF电极上附有用以隔离翘板式上极板与RF电极的介质层。/n

【技术特征摘要】
1.一种RFMEMS数字可变电容单元，包括衬底，其特征在于：所述衬底上分布有RF电极、地结构和驱动电极，所述地结构和驱动电极分布在RF电极的两侧，所述地结构上连接有翘板式上极板，所述翘板式上极板连接有扭转梁，所述扭转梁的两侧均分布有驱动电极，所述翘板式上极板可与RF电极分别形成第一距离、第二距离和第三距离，所述RF电极上附有用以隔离翘板式上极板与RF电极的介质层。


2.根据权利要求1所述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其特征在于：所述衬底为高阻硅衬底；或是为玻璃衬底；或是为陶瓷衬底；或是为砷化镓衬底。


3.根据权利要求1所述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其特征在于：所述驱动电极至少为四个，两两对称分布，接近RF电极的一对驱动电极为“C+”驱动电极，远离RF电极的一对驱动电极为“C-”驱动电极。


4.根据权利要求1所述的一种RFMEMS数字可变电容单元，其特征在于：所述驱动电极包括有金属基板，所述金属基板上...

【专利技术属性】
技术研发人员：王竞轩，刘泽文，肖倩，陈涛，
申请(专利权)人：苏州希美微纳系统有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32