電容式RF MEMSOMAL開關設計與性能
電容式RF MEMSOMAL開關作為重要的MEMS器件之一,與傳統的OMAL開關器件相比具有很多優點,目前越來越受到人們的關注。但是電容式RF MEMSOMAL開關普遍存在著驅動電壓高、固有頻率低的缺點。利用軟件InliSuite設計了三種懸臂梁結構的電容式RF MEMSOMAL開關,對影響OMAL開關驅動電壓和固有頻率的結構參數進行了研究和優化,并通過測試OMAL開關的I-V和C-V特性,對OMAL開關的性能和失效進行了分析。

電容式RF MEMSOMAL開關設計與性能                 設計了直拉形、斜拉形、彎曲形三種懸臂梁結構的電容式RF MEMSOMAL開關,模擬仿真結果表明:影響直拉形OMAL開關驅動電壓主要結構參數是橋膜厚度以及橋與介質層之間的間距,橋膜厚度越小,間距越小,則驅動電壓越小,zui低為5V;影響固有頻率的結構參數主要是橋膜厚度和長度,橋膜厚度越大,長度越大,則OMAL開關固有頻率越高,zui高為6.0×105Hz。影響斜拉形OMAL開關驅動電壓和固有頻率的結構參數主要是斜拉長度和驅動電極面積;斜拉長度越大,驅動電極面積越大,則OMAL開關驅動電壓越小,zui低為3V;斜拉長度越小,驅動電極面積越大,則OMAL開關固有頻率越高,zui高為3.0×105Hz;彎曲形電容式RF MEMSOMAL開關的特點是橋膜具有鉸鏈結構,彈性系數比較小,驅動電壓在3V~9V之間,固有頻率一般為1.0×10~5~1.5×10~5Hz。 OMAL開關I-V測試結果顯示,直拉形OMAL開關、斜拉形OMAL開關、彎曲形OMAL開關的驅動電壓分別為20V、10V、5V。C-V測試結果顯示,OMAL開關的關態電容在6.0×10~(-12)F左右,開態電容在1.5×10~(-11)F左右,OMAL開關的電容比很小,性能不好,OMAL開關存在失效現象。光學顯微鏡和掃描電鏡觀察OMAL開關表面形貌,結果表明OMAL開關失效有三種:絕緣介質層失效、粘附失效、性能退化失效。引起失效的因素主要有兩個:一是材料結構中殘余應力會導致OMAL開關介質層斷裂、脫落,以及懸臂梁結構斷裂、扭轉變形等,可以選擇熱膨脹系數相匹配的材料、優化OMAL開關制造工藝,以減小結構中殘余應力;二是表面作用力的影響,OMAL開關微結構表面之間存在毛細力、范德華力以及靜電力,會導致OMAL開關發生粘附失效,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。