一种适用于高频应用的微机电开关和制造方法技术

本发明专利技术公开一种适用于高频应用的微机电开关和制造方法，包括射频电路接触体，机械结构；所述机械结构包括驱动悬臂梁，电子隔离体，接触悬臂体；所述驱动悬臂梁和接触悬臂体，以电子隔离体作为连结结构对称连接，所述接触悬臂体和所述射频电路接触体相对一侧各镀有一层金属膜。其具备了较低的驱动电压，良好的高频性能，较小的尺寸和封装的灵活性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微机械技术(MEMS)领域，特别是，涉及一种适用于高频应用的微机电开关。
技术介绍
MEMS (Micro-Electro-Mechanical Systems)，又称微机电系统，也叫微机械系统， 其始于20世纪60年代。但直到近十年才随着IC产业的进步快速发展起来。MEMS是一种新型多学科交叉的技术，涉及机械、电子、材料、物理、化学、光学、生物等多种学科，它是对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术，可将机械构件、驱动部件、电控系统、光学系统等集成为一个整体单元的微型系统，利用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工，硅表面微加工，晶片键合等技术)相结合的制造工艺，制造出各种性能优异， 价格低廉，微型化的传感器、执行器、驱动器和微机电系统。目前广泛用于各种电子产品，包括汽车上的气囊、喷墨打印机、投影仪等，最近热门的产品包括苹果的手机iPhone和任天堂的游戏机Wii，其中都使用了基于MEMS的传感器。微机械(MEMQ技术大部分与CMOS工艺兼容，能够实现无源器件小型化和集成化的目的。而开关是重要的一类无源器件，在各种通信系统，包括雷达系统、卫星通信系统、无线通信系统和测量仪器系统中都有重要的应用。因此，用微机械技术制作开关具有重要的研究意义。射频开关是高频信号变换的关键元件，随着通信频率的不断增高，已有的半导体开关已经不能满足很多高频应用的性能需要。在高频应用上，微机电开关(也叫微机械开关)的闭合状态下的插入损耗小，在打开状态下隔离度高，比半导体开关具有更优越的高频性能。从生产工艺上看，微机电开关可以与常规的CMOS工艺兼容，也可与微波电路集成而降低成本。所以微机电开关在微波集成电路中有着广阔的应用前景，适用于手机，无线电通信，自动测试设备，汽车和卫星通信等各大领域。微机电开关可以利用许多驱动原理，包括磁性、压电、热，最常见的是静电驱动。静电操作的开关通常需要很少的能量，每个循环大约只需要十几个nj，微机电开关在电路中的应用上，可分为欧姆接触的电阻接触串联开关和电容接触的电容耦合并联开关。欧姆接触的开关是由两个金属级接触而产生的低电阻连接；电容接触是由金属悬臂体通过静电吸弓丨，被拉下到一层绝缘层上而形成的电容式三明治，在高频下，这种三明治电容形成一个短路所以造成开关的打开。1991年，休欺飞机公司(Hughes Aircraft Company)的Larson制作了旋转传输线式开关。1995年，罗克韦尔科学中心(Rockwell Science Center)的Yao采用表面微加工工艺制作悬臂梁开关。1996年，雷神公司(Raytheon)的Goldsmith研制出低阈值电压的膜开关。和传统的PIN 二极管开关及FET开关相比，由于消除了 P-N结和金属半导体结，微机电开关首先减小了欧姆接触中的接触电阻和扩散电阻，显著地降低了器件的欧姆损耗，高电导率金属膜能以极低的损耗传输微波信，同时它也消除了由于半导体引起起的ι-ν非线性，显著减小了开关的谐波分量和互调分量，并且提高了微机电开关的能量处理能力，另夕卜，微机电开关静电驱动仅需极低的瞬态能量，其典型值大约是10几个nj。从本质上说，微机械(MEMS)开关是常见的切换开关的微型化。一般而言，微机电开关可按照以下3种情况进行分类射频电路接触体，机械结构，接触方式。对于单极单掷的射频微机电开关，常见的电路接触体是串联结构和并联结构；常用的机构结构是悬臂梁结构和膜结构；常用的接触方式是电容式和电阻式。一般地，电阻式微机电开关的研究主要集中在悬臂梁结构和膜的结构上，现有的微机电开关的悬臂梁或者悬臂体一般是由一层金属材料和一层绝缘材料所组成的。当下面的电极产生静电吸引力，悬臂梁或者悬臂体被拉下，由金属层的接触把开关接通。但是，现有的微机械(MEMS)开关有的尺寸大，插入损耗高；有的开关驱动电压高， 高频下的隔离度差；有的开关高频插入损耗高；有的开关生产从陶瓷衬底开始，局限了今后在封装上的改进和降低价格，以及产品的封装选择范围。更甚于，现有技术的微机电开关，在微秒级的开关速度下，其无法应用于高速领域。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，提供，其具备了较低的驱动电压，良好的高频性能，较小的尺寸和封装的灵活性。为实现本专利技术而提供的一种适用于高频应用的微机电开关，包括射频电路接触体，机械结构；所述机械结构包括驱动悬臂梁，电子隔离体，接触悬臂体；所述驱动悬臂梁和接触悬臂体，以电子隔离体作为连结结构对称连接，所述接触悬臂体和所述射频电路接触体相对一侧各镀有一层金属膜。较优地，所述驱动悬臂梁、接触悬臂体和射频电路接触体的导电部分为第一导电材料，所述第一导电材料为多晶硅薄膜；所述电子隔离体为第一绝缘材料，所述第一绝缘材料为低应力氮化硅薄膜；所述金属膜为金薄膜。较优地，所述适用于高频应用的微机电开关，还包括作为射频电路接触体、机械结构的衬底的隔离衬底层，所述隔离衬底层的材料为第二绝缘材料，所述第二绝缘材料为低应力氮化硅薄膜。为实现本专利技术目的还提供一种适用于高频应用的微机电开关的制造方法，包括如下步骤沉积形成隔离衬底层的步骤；沉积形成牺牲层并且形成固定点的步骤；在牺牲层上沉积形成电子隔离体的步骤；沉积形成以电子隔离体作为连结结构的驱动悬臂梁和接触悬臂体，以及射频电路接触体的步骤；在接触悬臂体和射频电路接触体相对镀上金属膜形成接触金属层的步骤。较优地，所述沉积形成隔离衬底层，包括如下步骤以低压化学气相沉积法或者等离子体增强化学气相沉积法，在温度范围为 200-1000度条件下，在衬底上沉积一层低应力氮化硅薄膜，厚度是0. 1-2微米，由低应力的氮化硅薄膜形成一个绝缘的隔离衬底层。较优地，所述沉积形成牺牲层并且形成固定点，包括如下步骤利用低压化学气相沉积方法或者等离子体增强化学气相沉积，在温度范围为 200-1000度条件下，在隔离衬底层上沉积一层氧化硅薄膜，厚度为0. 5-3微米，然后用化学刻蚀方法形成固定点所在的槽，得到牺牲层并且形成固定点。较优地，所述在牺牲层上沉积形成电子隔离体，包括如下步骤以低压化学气相沉积法或者等离子体增强化学气相沉积法，在温度范围为 200-1000度条件下，在牺牲层上沉积一层低应力氮化硅薄膜，厚度为0. 1-2微米，宽度为 2-100微米，作为驱动悬臂梁以及接触悬臂体之间的机械连结，并且形成直流驱动和射频电路之间的电子隔离体。较优地，所述沉积形成以电子隔离体作为连结结构的驱动悬臂梁和接触悬臂体， 以及射频电路接触体，包括如下步骤首先在牺牲层及其固定点上，以多晶硅薄膜作为导电材料，用低压化学气相沉积法或者是物理气相沉积法，在温度范围为200-1000度条件下，沉积形成驱动悬臂梁、接触悬臂体和射频电路接触体形成的沉积层，厚度为0. 5-3微米；然后以电子隔离体作为连结结构，用化学刻蚀法进行刻蚀形成以电子隔离体作为连结的独立的驱动悬臂梁和接触悬臂体，以及以化学刻蚀法进行刻蚀形成与接触悬臂体相对距离为1-100微米的隔离的射频电路接触体；较优地，所述在接触悬臂体和射频电路接触体相对镀上金属膜形成接触金属层， 包括如下步骤首先在接触悬臂体和射频电路接触体上，进行沉积并曝光光刻胶，把需要镀金属层的地方暴露出来；然后本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王叶，
申请(专利权)人：王叶，
类型：发明
国别省市：