近年来射频微电子体系（RF MEMS）器材以其尺度小、功耗低而遭到广泛重视，特别是MEMS开关构建的移相器与天线，是完成上万单元相控阵雷达的关键技术，在军事上有重要意义。在通讯范畴上亦凭仗超低损耗、高隔离度、本钱低一级优势在手机上得到使用。但是RF MEMS开关普遍存在驱动电压高、开关时间长的问题，劣于FET场效应管开关和PIN二极管开关。相关于国外已获得的效果，国内的研讨尚处于起步阶段。下文将针对MEMS开关的缺点做一些改善。
1 RF MEMS开关的一般考虑
当MEMS开关的梁或膜受静电力招引向下偏移到必定程度时到达阈值电压，梁或膜敏捷偏移至下极板，电压巨细取决于资料参数、开关尺度及结构。梁或膜的资料需求比较好的杨氏模量与屈从强度，杨氏模量越大谐振频率就越高，确保作业的高速安稳及开关寿数；尺度规划上要考虑静电驱动力的尺度效应；结构的固有振荡频率则影响开关的最高作业速度。单从结构上看，下降驱动电压的途径为：下降极板间隔；添加驱动面积；下降梁或膜的弹性系数。常见的结构有串、并联悬臂梁开关、改变臂开关和电容式开关，前三者为电阻触摸式，金属与信号线外触摸时存在比如插入损耗大等许多问题，而电容触摸式开关的绝缘介质也存在被击穿的问题。有研讨标明，所加电压越高开关的寿数越短，驱动电压的下降必然导致开关速度变慢，怎么一起满意驱动电压和开关速度的要求是当时的困难地点。
2 RF MEMS开关的模拟与优化
关于电容式开关，驱动电压跟着桥膜长度的添加而下降，桥膜剩余应力越大驱动电压也越大。一般把杨氏张量78 GPa、泊松比O．44的Au作为桥膜资料，为获得好的隔离度要求开关有大的电容率，这儿选介电常数为7．5的S3N4作为介质层，桥膜单元为Solid98，加5 V电压，电介质为空气，下极板加O V电压。然后用ANSYS建模、区分网格、加载并求解静电耦合与模态剖析。5 V电压下的开关形变约为O．2 μm左右，尚达不到低压驱动要求。提取开关前五阶模态如图1所示。
可见开关从低阶到高阶的共振频率越来越大，别离为79．9 kHz，130．3 kHz，258．8 kHz，360．7 kHz，505．6 kHz，一阶模态远离其他模态，即不容易被外界搅扰，只要操控开关频率低于一阶模态的谐振频率才干确保其安稳作业。因为实践开关时间仍不抱负，所以在膜上挖孔以减小紧缩模的阻尼，然后添加开关速度。尽管关态的电容比下降了，但孔能够减轻梁的分量，得到更高的力学谐振频率。终究的模型共挖了100个孔，并对两头做了曲折处理以下降驱动电压，仿真得到5 V电压下形变为1μm以上、安稳的开关时间在5μs以下的电容式开关，如图2所示。
考虑到电容式开关仍存在的介质击穿问题，这儿对其结构加以改善，将改变臂杠杆与打孔电容膜相结合，在减小驱动电压和进步开关速度的一起，又不影响电容比，必定程度上按捺了电击穿。其作业原理是：push电极加电压时杠杆上抬，介质膜与触摸膜间隔离增大导致其耦合电容很小，信号经过传输线；pull电极加电压时杠杆下拉，耦合电容变大，微波信号被反射。资料挑选上仍以Au和S3N4为主，某些部分可用A1替代Au。结构与尺度的规划上由逾越方程与开关通断下的电容方程得到估计值，下极板为25&TImes;25（单位制选用μMKSV，长度单位为μm，下同），其上附有绝缘介质层，孔为3．4&TImes;3．4，杠杆为 100×30，结构层为20&TImes;20，极板厚度为1。用ANSYS仿真得到图3所示成果。
在ANSYS做静电耦合与模态剖析后使用ANSOFT HFSS对该开关进行3D电磁场仿真，进一步求得其插入损耗与隔离度，确认共面波导和触摸膜的结构，然后完善开关的射频功能。建模时疏忽开关的曲折，界说资料特性与空气辐射鸿沟，使用wave port端口进行仿真，别离求解开态的插入损耗和关态的隔离度。介质层较薄时，开关在10 GHz邻近具有杰出的隔离度，且插入损耗在1 dB以下。
3 RF MEMS开关的制备工艺
合理挑选成长介质膜的工艺对开关功能有很大影响，本文的RF MEMS开关需求在基底外表成长一层氮化硅膜，一般挑选LP-CVD工艺，而介质膜则挑选PECVD工艺为宜，金属膜的功能要求相对较低，用溅射办法即可。考虑到基底要求漏电流与损耗尽可能小，选取高阻硅与二氧化硅做基底，后者确保了绝缘要求。金质信号线与下极板经过正胶剥离构成，电子束蒸发得到铝质上极板。但从可行性考虑，部分计划的工艺完成关于国内的加工工艺尚有难度，只能献身微体系的功能来到达加工条件。
4 结语
本文主要从结构进步行了立异，经过计算机辅助规划仿真剖析得到了理论解，必定程度上满意了规划初衷，但在工艺上还不老练。更低的驱动电压和更高的开关频率仍是亟待解决的问题，别的怎么确保实践产品的可靠性、实用性也是未来的研讨要点。
