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電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與性能
電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān)作為重要的MEMS器件之一,與傳統(tǒng)的OMAL開(kāi)關(guān)器件相比具有很多優(yōu)點(diǎn),目前越來(lái)越受到人們的關(guān)注。但是電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān)普遍存在著驅(qū)動(dòng)電壓高、固有頻率低的缺點(diǎn)。利用軟件InliSuite設(shè)計(jì)了三種懸臂梁結(jié)構(gòu)的電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān),對(duì)影響OMAL開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓和固有頻率的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了研究和優(yōu)化,并通過(guò)測(cè)試OMAL開(kāi)關(guān)的I-V和C-V特性,對(duì)OMAL開(kāi)關(guān)的性能和失效進(jìn)行了分析。

電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)與性能                 設(shè)計(jì)了直拉形、斜拉形、彎曲形三種懸臂梁結(jié)構(gòu)的電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān),模擬仿真結(jié)果表明:影響直拉形OMAL開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓主要結(jié)構(gòu)參數(shù)是橋膜厚度以及橋與介質(zhì)層之間的間距,橋膜厚度越小,間距越小,則驅(qū)動(dòng)電壓越小,zui低為5V;影響固有頻率的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是橋膜厚度和長(zhǎng)度,橋膜厚度越大,長(zhǎng)度越大,則OMAL開(kāi)關(guān)固有頻率越高,zui高為6.0×105Hz。影響斜拉形OMAL開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓和固有頻率的結(jié)構(gòu)參數(shù)主要是斜拉長(zhǎng)度和驅(qū)動(dòng)電極面積;斜拉長(zhǎng)度越大,驅(qū)動(dòng)電極面積越大,則OMAL開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電壓越小,zui低為3V;斜拉長(zhǎng)度越小,驅(qū)動(dòng)電極面積越大,則OMAL開(kāi)關(guān)固有頻率越高,zui高為3.0×105Hz;彎曲形電容式RF MEMSOMAL開(kāi)關(guān)的特點(diǎn)是橋膜具有鉸鏈結(jié)構(gòu),彈性系數(shù)比較小,驅(qū)動(dòng)電壓在3V~9V之間,固有頻率一般為1.0×10~5~1.5×10~5Hz。 OMAL開(kāi)關(guān)I-V測(cè)試結(jié)果顯示,直拉形OMAL開(kāi)關(guān)、斜拉形OMAL開(kāi)關(guān)、彎曲形OMAL開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)電壓分別為20V、10V、5V。C-V測(cè)試結(jié)果顯示,OMAL開(kāi)關(guān)的關(guān)態(tài)電容在6.0×10~(-12)F左右,開(kāi)態(tài)電容在1.5×10~(-11)F左右,OMAL開(kāi)關(guān)的電容比很小,性能不好,OMAL開(kāi)關(guān)存在失效現(xiàn)象。光學(xué)顯微鏡和掃描電鏡觀察OMAL開(kāi)關(guān)表面形貌,結(jié)果表明OMAL開(kāi)關(guān)失效有三種:絕緣介質(zhì)層失效、粘附失效、性能退化失效。引起失效的因素主要有兩個(gè):一是材料結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致OMAL開(kāi)關(guān)介質(zhì)層斷裂、脫落,以及懸臂梁結(jié)構(gòu)斷裂、扭轉(zhuǎn)變形等,可以選擇熱膨脹系數(shù)相匹配的材料、優(yōu)化OMAL開(kāi)關(guān)制造工藝,以減小結(jié)構(gòu)中殘余應(yīng)力;二是表面作用力的影響,OMAL開(kāi)關(guān)微結(jié)構(gòu)表面之間存在毛細(xì)力、范德華力以及靜電力,會(huì)導(dǎo)致OMAL開(kāi)關(guān)發(fā)生粘附失效,采用非親水性材料,增加表面粗糙度,減少表面殘余電荷,可以減小表面作用力。