本文關(guān)鍵詞：RF MEMS開關(guān)的性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：在射頻通信系統(tǒng)中,大量的開關(guān)用于信號的控制。RF MEMS開關(guān)相較于傳統(tǒng)的半導(dǎo)體開關(guān)具有低功耗、低插損、高隔離度、體積小等諸多優(yōu)異的特性,在多個(gè)領(lǐng)域具有代替PIN二極管和GaAs場效應(yīng)管的潛力。雖然RF MEMS開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單、易于理解,但要達(dá)到高可靠性,實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的性能并不容易,開關(guān)的材料選擇、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制作工藝等方面都需要進(jìn)行綜合考慮。本論文總結(jié)分析了歐姆接觸式RF MEMS開關(guān)主要存在的可靠性問題,在此基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究了殘余應(yīng)力及應(yīng)力梯度對開關(guān)性能可靠性的影響,并尋求降低殘余應(yīng)力影響的方法。最后基于應(yīng)力梯度補(bǔ)償機(jī)制,設(shè)計(jì)制作了Au-Si3N4-Au的多層梁MEMS開關(guān)。本論文的主要內(nèi)容有:1.建立開關(guān)力學(xué)模型,推導(dǎo)分析開關(guān)梁的彈性系數(shù)、吸合電壓和諧振頻率三個(gè)關(guān)鍵性能參數(shù),建立歐姆接觸式開關(guān)的up態(tài)和down態(tài)的等效電路模型�？偨Y(jié)分析目前歐姆接觸式開關(guān)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。2.分析了懸臂梁的卷曲偏轉(zhuǎn)量與殘余應(yīng)力及應(yīng)力梯度的數(shù)學(xué)關(guān)系;推導(dǎo)了在殘余應(yīng)力作用下的開關(guān)吸合電壓表達(dá)式,并綜合致動(dòng)電極的位置分布,分析了殘余應(yīng)力對吸合電壓的影響程度;研究了殘余應(yīng)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(yīng)力的材料選擇方案;從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上總結(jié)了殘余應(yīng)力的控制方法。3.推導(dǎo)了多層梁應(yīng)力梯度補(bǔ)償?shù)脑?仿真分析了應(yīng)力梯度補(bǔ)償技術(shù)對懸臂梁形態(tài)和諧振頻率偏移的糾正作用;利用應(yīng)力梯度補(bǔ)償技術(shù),設(shè)計(jì)了Au-Si3N4-Au結(jié)構(gòu)的歐姆接觸式MEMS開關(guān),當(dāng)開關(guān)間隙為5μm時(shí),在2~40GHz頻段內(nèi),仿真的開關(guān)up態(tài)S21大于-0.18dB,S11小于-23dB,開關(guān)down態(tài)的隔離度S21小于-23dB,同時(shí)研究了up態(tài)時(shí)開關(guān)間隙對插入損耗,down態(tài)時(shí)開關(guān)梁感應(yīng)電感和電阻對隔離度的影響;COMSOL仿真的開關(guān)吸合電壓間于103V~104V之間,在具有14μs上升時(shí)間的140V工作電壓下,開關(guān)時(shí)間約為19μs,開關(guān)工作頻率小于37KHz;從開關(guān)結(jié)構(gòu)和熱穩(wěn)定性兩方面進(jìn)行了可靠性分析。設(shè)計(jì)了開關(guān)的制作流程,并進(jìn)行了流片制作。
【關(guān)鍵詞】：射頻微機(jī)電開關(guān) 可靠性 殘余應(yīng)力 應(yīng)力梯度補(bǔ)償
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN914
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究背景及意義10-14
• 1.1.1 MEMS及RF MEMS技術(shù)10-11
• 1.1.2 RF MEMS開關(guān)及其可靠性11-12
• 1.1.3 殘余應(yīng)力問題12-14
• 1.2 研究現(xiàn)狀14-16
• 1.2.1 失效機(jī)理研究14-15
• 1.2.2 殘余應(yīng)力控制技術(shù)研究15-16
• 1.3 研究內(nèi)容16-17
• 第二章 RF MEMS開關(guān)理論及可靠性問題研究17-26
• 2.1 RF MEMS開關(guān)力學(xué)模型17-20
• 2.1.1 彈性系數(shù)17-18
• 2.1.2 吸合電壓18-19
• 2.1.3 固有頻率和模態(tài)函數(shù)19-20
• 2.2 電磁模型20-23
• 2.2.1 等效電路模型20-22
• 2.2.2 CLR參數(shù)的提取22-23
• 2.3 開關(guān)的可靠性問題23-25
• 2.3.1 接觸損傷23
• 2.3.2 粘連及粘附23-24
• 2.3.3 溫度的影響24-25
• 2.4 小結(jié)25-26
• 第三章 RF MEMS開關(guān)的殘余應(yīng)力控制26-43
• 3.1 殘余應(yīng)力對RF MEMS開關(guān)的影響26-34
• 3.1.1 對開關(guān)形態(tài)的影響26-29
• 3.1.2 對吸合電壓的影響29-31
• 3.1.3 對諧振頻率的影響31-34
• 3.2 殘余應(yīng)力的控制34-38
• 3.2.1 材料選擇34-36
• 3.2.2 開關(guān)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)36-38
• 3.3 應(yīng)力梯度補(bǔ)償38-41
• 3.3.1 應(yīng)力梯度補(bǔ)償?shù)脑?/span>38-41
• 3.3.2 應(yīng)力梯度補(bǔ)償對開關(guān)性能的影響41
• 3.4 小結(jié)41-43
• 第四章 RF MEMS開關(guān)的設(shè)計(jì)、研究與制作43-65
• 4.1 開關(guān)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真43-46
• 4.1.1 開關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù)43-44
• 4.1.2 應(yīng)力梯度補(bǔ)償結(jié)構(gòu)仿真44-46
• 4.2 開關(guān)的射頻模型和仿真46-52
• 4.2.1 CPW的設(shè)計(jì)和仿真46-48
• 4.2.2 等效電路模型的建立48-51
• 4.2.3 開關(guān)間隙對插入損耗的影響51
• 4.2.4 感應(yīng)電感、電阻對隔離度的影響51-52
• 4.3 開關(guān)的機(jī)電仿真52-56
• 4.3.1 吸合電壓52-54
• 4.3.2 開關(guān)時(shí)間54-55
• 4.3.3 工作頻率55-56
• 4.4 開關(guān)可靠性分析56-59
• 4.4.1 接觸過程應(yīng)力分析56-58
• 4.4.2 過渡帶應(yīng)力分析58-59
• 4.4.3 熱穩(wěn)定性分析59
• 4.5 開關(guān)的制作59-63
• 4.5.1 開關(guān)制作工藝流程設(shè)計(jì)59-62
• 4.5.2 開關(guān)流片結(jié)果62-63
• 4.6 小結(jié)63-65
• 第五章 總結(jié)與展望65-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-71
• 攻碩期間的研究成果71-72

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：RF MEMS開關(guān)的性能研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：485743