电容式RF MEMSOMAL开关设计与性能
电容式RF MEMSOMAL开关作为重要的MEMS器件之一,与传统的OMAL开关器件相比具有很多优点,目前越来越受到人们的关注。但是电容式RF MEMSOMAL开关普遍存在着驱动电压高、固有频率低的缺点。利用软件InliSuite设计了三种悬臂梁结构的电容式RF MEMSOMAL开关,对影响OMAL开关驱动电压和固有频率的结构参数进行了研究和优化,并通过测试OMAL开关的I-V和C-V特性,对OMAL开关的性能和失效进行了分析。

电容式RF MEMSOMAL开关设计与性能                 设计了直拉形、斜拉形、弯曲形三种悬臂梁结构的电容式RF MEMSOMAL开关,模拟仿真结果表明:影响直拉形OMAL开关驱动电压主要结构参数是桥膜厚度以及桥与介质层之间的间距,桥膜厚度越小,间距越小,则驱动电压越小,zui低为5V;影响固有频率的结构参数主要是桥膜厚度和长度,桥膜厚度越大,长度越大,则OMAL开关固有频率越高,zui高为6.0×105Hz。影响斜拉形OMAL开关驱动电压和固有频率的结构参数主要是斜拉长度和驱动电极面积;斜拉长度越大,驱动电极面积越大,则OMAL开关驱动电压越小,zui低为3V;斜拉长度越小,驱动电极面积越大,则OMAL开关固有频率越高,zui高为3.0×105Hz;弯曲形电容式RF MEMSOMAL开关的特点是桥膜具有铰链结构,弹性系数比较小,驱动电压在3V~9V之间,固有频率一般为1.0×10~5~1.5×10~5Hz。 OMAL开关I-V测试结果显示,直拉形OMAL开关、斜拉形OMAL开关、弯曲形OMAL开关的驱动电压分别为20V、10V、5V。C-V测试结果显示,OMAL开关的关态电容在6.0×10~(-12)F左右,开态电容在1.5×10~(-11)F左右,OMAL开关的电容比很小,性能不好,OMAL开关存在失效现象。光学显微镜和扫描电镜观察OMAL开关表面形貌,结果表明OMAL开关失效有三种:绝缘介质层失效、粘附失效、性能退化失效。引起失效的因素主要有两个:一是材料结构中残余应力会导致OMAL开关介质层断裂、脱落,以及悬臂梁结构断裂、扭转变形等,可以选择热膨胀系数相匹配的材料、优化OMAL开关制造工艺,以减小结构中残余应力;二是表面作用力的影响,OMAL开关微结构表面之间存在毛细力、范德华力以及静电力,会导致OMAL开关发生粘附失效,采用非亲水性材料,增加表面粗糙度,减少表面残余电荷,可以减小表面作用力。