靜電斥力RF MEMS開關的設計與優(yōu)化.pdf

1、射頻微機電(RF MEMS)開關以其體積小、重量輕、響應速度快、易與IC電路集成等優(yōu)點，成為RF MEMS領域中被廣泛研究的一類器件。RFMEMS開關廣泛應用在衛(wèi)星通訊、雷達、汽車電子等領域。在RF MEMS開關中，研究最多的是靜電驅動電容式RF MEMS開關。但其商業(yè)化一直沒有實現，其中一個主要的原因就是由于RF MEMS開關中電荷積累（即介質充電）問題導致開關出現可靠性問題。針對如何解決電荷積累問題，國內外研究專家也提出了很多解決方

2、法，但只是在一定程度上降低了電荷積累的速度，而且這些方法在降低電荷積累速度的同時，帶來了其它的一些問題，例如開關時間增長、體積偏大、加工工藝復雜等。
　　在靜電驅動電容式RF MEMS開關中，由于在施加驅動電壓后，互相接觸的兩極板之間有強電場的存在，導致漏電流中的電荷被介質層中陷阱俘獲并積累。因此，介質層中強電場是引起電荷積累的主要因素。針對如何消除RF MEMS開關介質層中的強電場，本文提出了利用靜電斥力原理驅動RF MEMS開

3、關，消除介質層中的強電場，減少電荷積累。具體完成了以下幾方面的研究工作:
　　(1)從靜電引力驅動電容式RF MEMS開關失效機理入手，分析其失效原因;對比總結已有的各種解決方法的優(yōu)缺點;簡要說明了RF MEMS開關的國內外研究現狀。
　　(2)提出利用靜電斥力原理進行驅動的想法，講解了靜電斥力原理的基本概念及其工作原理;分析了靜電斥力的可靠性問題;簡單介紹了有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics相關知識，并通

4、過仿真驗證了此驅動結構的可行性。
　　(3)將驅動結構參數分為固定極板、可動極板和其他參數三類，并利用仿真軟件逐一分析了這些參數與驅動結構最大形變量之間的關系。結果表明:驅動結構最大形變量與可動極板長度和垂直間距呈線性關系，與可動極板寬度和厚度成指數下降關系;最值得一提的是，當水平間距為3μm時，可動極板的形變量達到最大值。此外，固定極板寬度和厚度對最大形變量的影響不是很大。
　　(4)從改變驅動結構彈性系數、斥力驅動單元數