基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关制造技术

本实用新型专利技术属于射频MEMS开关技术领域，公开了一种基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关。其中，为了解决高驱动电压与可靠性之间的矛盾，本实用新型专利技术设计了一种具有五段式弹簧弯曲结构的可移动电极，其等效弹簧系数较小，该可移动电极在保证射频性能的情况下有效地减小了驱动电压。此外，为了抑制趋肤效应影响，本实用新型专利技术优化了可移动电极的中心梁结构，在中心梁上增加了触点且合理设计了内外触点的宽度，在提升S参数性能的同时在一定程度上抑制了趋肤效应。由于本实用新型专利技术射频MEMS开关是基于微带线结构的射频MEMS开关，因此与共面波导结构相比，易于集成，且制造过程简单。且制造过程简单。且制造过程简单。

【技术实现步骤摘要】
基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关


[0001]本技术涉及一种基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关。

技术介绍

[0002]MEMS技术初步发展于20世纪70年代末，是基于微电子学发展起来的前沿研究领域，主要面向于微纳米级别研发的高科技电子装置。MEMS技术涉及军事、医学、机械、电子等多个领域，应用前景十分广阔。不仅如此，由于MEMS器件有着体积小、损耗低、功耗小等诸多优势，使得其在第六代通信(6G)技术的发展中发挥着重要的作用。
[0003]然而，可靠性的问题一直是阻碍MEMS器件商业化应用的主要原因。射频MEMS开关作为MEMS器件的一个重要分支，同样也存在高驱动电压与可靠性之间的矛盾。
[0004]射频MEMS开关是一种基于表面微机械加工工艺制造的装置，其通过开关梁的机械运动去控制射频信号的通断，相较于二极管、FET开关，射频MEMS开关具有低功耗、低插入损耗、高隔离度等优点，这也使得射频MEMS开关成为近年来研究的热点。
[0005]射频MEMS开关的驱动机制主要包括静电、电热、电磁、静磁和压电等。由于静电驱动的射频MEMS开关响应速度快、制作工艺简单、易于控制，成为当前研究最多的开关结构。尽管静电驱动的射频MEMS开关有着诸多优势，但仍然存在可靠性的问题。
[0006]因此，设计一种低驱动电压高可靠性的射频MEMS开关是非常有必要的。
[0007]专利文献1公开了一种射频MEMS开关及其制作方法，其通过在上电极上覆盖具有一定弹性模量的可变梁作为开关的可动电极组件，在降低开关驱动电压的同时保证了高可靠性。
[0008]然而，该专利文献1述及的技术方案存在如下缺陷：
[0009]专利文献1虽然采用了一种具有一定弹性模量的弯曲梁结构去降低驱动电压，但其弯曲梁上有四个弹簧结构，不利于残余应力的释放，同时在可移动电极上没有打孔，一方面增加了可移动电极的质量，另一方面不利于牺牲层的释放，影响开关的可靠性。
[0010]专利文献2公开了一种基于无释放孔上电极结构的射频MEMS开关，该专利文献2提出了一种新型的上电极结构，由于上电极面积较小，且上电极的两根长片(悬臂梁)之间形成一个较大面积的孔，因此，无需设计释放孔，就可以使气体从上电极的两侧及两根长片(悬臂梁)之间所开的孔流出，进而可以减小极板上下运动的空气阻尼，提高开关速度。
[0011]然而，该专利文献2述及的技术方案存在如下缺陷：
[0012]专利文献2提到的是基于共面波导设计的射频MEMS开关，其采用了悬臂梁的结构，由于相邻结构中热膨胀系数的不同，随着环境温度改变，悬臂梁会发生翘曲，增大开关的驱动电压。悬臂梁上采用了一种两触点的金属接触结构，且位于两侧，趋肤效应影响较大。
[0013]现有技术文献
[0014]专利文献1中国技术专利申请，公开号：CN 114203487 A，公开日：2022.03.18。
[0015]专利文献2中国技术专利，公告号：CN 208315475 U，公告日：2019.01.01。

技术实现思路

[0016]本技术的目的在于提出一种基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关，以便在保证射频性能的情况下能够有效地减小驱动电压。
[0017]本技术为了实现上述目的，采用如下技术方案：
[0018]基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关，包括接地层、衬底、绝缘层、信号线、驱动电极、可移动电极以及锚点；
[0019]其中，接地层、衬底以及绝缘层由下向上依次设置；
[0020]信号线、驱动电极以及锚点均设置于所述绝缘层的上表面上，且结构布置如下：
[0021]信号线包括沿第一方向对称设置的第一信号线以及第二信号线；
[0022]其中，第一方向为信号传输的方向；
[0023]驱动电极位于所述第一信号线与第二信号线的中间位置，且三者互不相连；
[0024]锚点包括在第二方向上关于所述驱动电极对称设置的第一锚点和第二锚点；其中，该第二方向为在水平方向上与所述第一方向垂直的方向；
[0025]可移动电极位于驱动电极的上方，且与驱动电极和信号线之间在竖直方向上存在间隙；
[0026]可移动电极包括中心梁以及关于该中心梁的中心点呈奇对称的两个弹簧弯曲结构；定义两个弹簧弯曲结构分别为第一弹簧弯曲结构和第二弹簧弯曲结构；
[0027]两个弹簧弯曲结构的内侧端分别连接至中心梁的一组相对角部，第一弹簧弯曲结构的外侧端以及第二弹簧弯曲结构的外侧端分别对应连接至第一锚点和第二锚点上。
[0028]本技术具有如下优点：
[0029]如上所述，本技术述及了一种基于X波段的串联接触式射频MEMS开关。其中，为了解决高驱动电压与可靠性之间的矛盾，本技术提出了一种五弯曲结构的可移动电极，在保证射频性能的情况下能够有效地减小驱动电压。为了抑制趋肤效应的影响，本技术优化了中心梁结构，在中心梁上增加了触点且合理设计了内外触点的宽度，在提升S参数性能的同时，在一定程度上抑制了趋肤效应，此种结构并不会增加工艺复杂度。本技术是基于微带线结构的射频MEMS开关，与共面波导结构相比，易于集成，且制造过程简单。
附图说明
[0030]图1为本技术实施例中基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关的结构示意图；
[0031]图2为本技术实施例中可移动电极的结构示意图；
[0032]图3为本技术实施例中基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关(去除可移动电极后)的结构示意图；
[0033]图4为本技术实施例中弹簧弯曲结构的示意图。
[0034]其中，1
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接地层，2
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衬底，3
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绝缘层，4
‑
驱动电极，5
‑
可移动电极，6
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第一信号线，7
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第二信号线，8
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第一锚点，9
‑
第二锚点，10
‑
中心梁，11
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第一弹簧弯曲结构，12
‑
第二弹簧弯曲结构，13
‑
第一段长方体，14
‑
第二段长方体，15
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第三段长方体，16
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第四段长方体，17
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第五段长方体，18
‑
第一触点，19
‑
第二触点，20
‑
网孔。
具体实施方式
[0035]如图1所示，本实施例述及了一种基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关，其包括接地层1、衬底2、绝缘层3、信号线、驱动电极4、可移动电极5以及锚点。
[0036]其中，接地层1、衬底2以及绝缘层3由下向上依次设置。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于X波段的低驱动电压的串联接触式射频MEMS开关，其特征在于，包括接地层、衬底、绝缘层、信号线、驱动电极、可移动电极以及锚点；其中，接地层、衬底以及绝缘层由下向上依次设置；信号线、驱动电极以及锚点均设置于所述绝缘层的上表面上，且结构布置如下：信号线包括沿第一方向对称设置的第一信号线以及第二信号线；其中，第一方向为信号传输的方向；驱动电极位于所述第一信号线与第二信号线的中间位置，且三者互不相连；锚点包括在第二方向上关于所述驱动电极对称设置的第一锚点和第二锚点；其中，该第二方向为在水平方向上与所述第一方向垂直的方向；可移动电极位于驱动电极的上方，且与驱动电极和信号线之间在竖直方向上存在间隙；可移动电极包括中心梁以及关于该中心梁的中心点呈奇对称的两个弹簧弯曲结构；定义两个弹簧弯曲结构分别为第一弹簧弯曲结构和第二弹簧弯曲结构；两个弹簧弯曲结构的内侧端分别连接至中心梁的一组相对角部，第一弹簧弯曲结构的外侧端以及第二弹簧弯曲结构的外侧端分别对应连接至第一锚点和第二锚点上。2.根据权利要求1所述的串联接触式射频MEMS开关，其特征在于，所述可移动电极与驱动电极在竖向上的间距大于可移动电极与信号线在竖向上的间距。3.根据权利要求1所述的串联接触式射频MEMS开关，其特征在于，所述中心梁采用镂空结构，即在中心梁上均布有阵列式的网孔。4.根据权利要求1所述的串联接触式射频MEMS开关，其特征在于，所述中心梁在沿第一方向上的两个相对边部分别设置一组第一触点；每组第一触点有多个且各个第一触点均沿所述第二方向依次等间隔排列；所述第一信号线靠近中心梁的一侧边部设置一组与第一触点相适应的第二触点，第二信号线靠近中心梁的一侧边部也设置一组与第一触点相适应的第二触点；每组第二触点有多个且各个第二触点均沿所述第二方向依次等间隔排列；当驱动电极上施加有驱动电压时，第一信号线上的第二触点以及第二信号线上的第二触点分别与...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋戈，冯辉，李明月，陈达，刘一剑，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：新型
国别省市：