專利名稱：一種應(yīng)用于低頻段的高隔離度寬帶rf mems開關(guān)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻微機(jī)電系統(tǒng)(RFMEMS)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適用于低頻段的RF MEMS電容式并聯(lián)開關(guān)構(gòu)成的高隔離度寬帶電路。
技術(shù)背景在微波應(yīng)用領(lǐng)域，RF MEMS開關(guān)以其高隔離度、低插入損耗、極低的功耗以及良好 的線性度等FET或PIN二極管傳統(tǒng)微波固態(tài)開關(guān)無法比擬的優(yōu)勢獲得了廣泛的關(guān)注，顯示 出了巨大的應(yīng)用潛力。無論隔離度還是插入損耗的性能上，RF MEMS電容式并聯(lián)開關(guān)在 Ka到W波段表現(xiàn)出了良好的性能，但是開關(guān)在閉態(tài)時產(chǎn)生的并聯(lián)電容和開關(guān)電路的等效電 感往往較小，所以諧振頻率通常處于較高頻段，而在低頻段的隔離度較低。傳統(tǒng)的電感調(diào) 諧方法使RF MEMS電容式并聯(lián)開關(guān)在諧振頻率處獲得較高隔離度的同時往往只能得到更 窄的帶寬；以上因素限制了 RFMEMS電容式開關(guān)在低頻段的應(yīng)用。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種性能優(yōu)良的RFMEMS 電容式并聯(lián)開關(guān)并應(yīng)用于低頻段的寬帶射頻電路，該電路的隔離度與帶寬性能取決于開關(guān) 梁與地平面間的短截高阻線以及兩個級聯(lián)開關(guān)與開關(guān)之間的高阻傳輸線構(gòu)成的Jt型調(diào)諧電 路，本發(fā)明可以有效地提高電路在低頻段的隔離度并獲得更大的帶寬。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種應(yīng)用于低頻段的高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路，其特征是射頻電路結(jié)構(gòu)位于硅襯底上，在襯底的縱向兩端排布有共面 波導(dǎo)傳輸線，MEMS電容式開關(guān)位于共面波導(dǎo)傳輸線的上面；MEMS電容式開關(guān)通過開關(guān) 梁與共面波導(dǎo)地平面相連；兩個級聯(lián)的MEMS電容式開關(guān)與連接它們的共面波導(dǎo)高阻傳輸 線構(gòu)成兀型調(diào)諧電路。所述的開關(guān)梁和共面波導(dǎo)地平面之間加入有一條短截高阻線。.所述的射頻電路共面波導(dǎo)傳輸線和共面波導(dǎo)高阻傳輸線的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面之間 分布有襯底刻槽，在短截高阻線的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面之間可以分布有襯底刻槽，也可 以沒有；襯底刻槽的深度均為5pm以上。所述的開關(guān)梁采用彈簧梁的結(jié)構(gòu)。所述的共面波導(dǎo)傳輸線上淀積有一層絕緣層，此處的絕緣層采用氮化硅絕緣層。所述射頻電路的共面波導(dǎo)高阻傳輸線、共面波導(dǎo)地平面、共面波導(dǎo)傳輸線和MEMS電 容式開關(guān)是多晶硅材料或者金屬材料。所述的MEMS電容式開關(guān)可以是有孔或者無孔結(jié)構(gòu)。 所述的襯底為硅材料。所述的襯底與共面波導(dǎo)高阻傳輸線、共面波導(dǎo)地平面、共面波導(dǎo)傳輸線之間有二氧化 硅絕緣層。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所具有的優(yōu)點(diǎn)1、 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的RF MEMS電容式并聯(lián)開關(guān)電路在開關(guān)梁與共面波導(dǎo)地平面之間加 入短截高阻線增加開關(guān)的卑聯(lián)屯感，降低了開關(guān)串聯(lián)諧振頻率；2、 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的RFMEMS電容式并聯(lián)開關(guān)電路，開關(guān)梁使用了彈簧梁的結(jié)構(gòu)彈性 系數(shù)小，可以有效降低開關(guān)的執(zhí)行電壓；3、 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的RFMEMS電容式并聯(lián)開關(guān)電路，兩個MEMS電容式開關(guān)與它們之 間的共面波導(dǎo)高阻傳輸線構(gòu)成7t型調(diào)諧電路，共面波導(dǎo)高阻傳輸線實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，所以在 獲得非常高隔離度的同時也得到更好的帶寬匹配；4、 本發(fā)明所設(shè)計(jì)的RFMEMS電容式并聯(lián)開關(guān)電路，采用KOH溶液在共面波導(dǎo)傳輸 線和共面波導(dǎo)高阻傳輸線與共面波導(dǎo)地平面之間刻蝕有襯底刻槽，選擇合適的襯底刻槽深 度可以增加共面波導(dǎo)傳輸線的寬度同時保持傳輸線特征阻抗不變，從而減小由傳輸線導(dǎo)體 損耗引起的信號衰減。


圖l是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)立體圖； 圖2是本發(fā)明的電路結(jié)構(gòu)俯視圖； 圖3是開關(guān)開態(tài)時電路的側(cè)視圖； 圖4是開關(guān)閉態(tài)時電路的側(cè)視圖；圖中l(wèi).開關(guān)梁與地平面間的短截高阻線；2.氮化硅絕緣層；3.襯底刻槽4.共面波 導(dǎo)高阻傳輸線；5.MEMS電容式開關(guān)；6.開關(guān)梁；7.共面波導(dǎo)地平面；8.共面波導(dǎo)中心傳 輸線；9.襯底；IO.二氧化硅絕緣層。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施方式
詳細(xì)介紹本發(fā)明。如圖1和圖2所示，分別為本發(fā)明實(shí)施例的一種應(yīng)用于低頻段的高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路立體圖和俯視圖；射頻電路的襯底9選用硅材料，共面波導(dǎo)傳輸線8位于 襯底9縱向兩端，共面波導(dǎo)傳輸線8的寬度為100pm， MEMS'電容式開關(guān)5位于共面波導(dǎo)傳輸線8的上面距離2Hin處，MEMS電容式開關(guān)5長度為30(Hun，厚度為2pm，中心極板 尺寸100nmx80[xm，其中在共面波導(dǎo)傳輸線8上通過PECVD或LPCVD淀積有一層厚為 1.5)im的氮化硅絕緣層2用于隔離直流執(zhí)行電壓，避免MEMS電容式開關(guān)5處于下拉狀態(tài) 時發(fā)生短路；MEMS電容式開關(guān)5通過開關(guān)梁6與共面波導(dǎo)地平面7相連，在開關(guān)梁6和 共面波導(dǎo)地平面7之間加入一條長150pm寬6CUim的短截高阻線1增大開關(guān)的串聯(lián)電感， 使開關(guān)的串聯(lián)諧振頻率降低到13.5GHz，從而提高了開關(guān)在低頻段的隔離度，其中開關(guān)梁6 采用彈簧梁的結(jié)構(gòu)具有更低的彈性系數(shù)，使開關(guān)下拉所需的靜電執(zhí)行電壓降低到14V左右， 兩個MEMS電容式開關(guān)5與開關(guān)中間的共面波導(dǎo)高阻傳輸線4構(gòu)成7i型調(diào)諧電路，共面波 導(dǎo)高阻傳輸線4實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，所以在獲得非常高隔離度的同時也得到更好的帶寬匹配； 在共面波導(dǎo)傳輸線8和共面波導(dǎo)高阻傳輸線4的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面7之間均分布有使 用KOH溶液刻蝕襯底所得的深度20nm的襯底刻槽3,而在短截高阻線1的兩側(cè)與共面波 導(dǎo)地平面7之間可以分布有襯底刻槽3，也可以沒有；這里以在短截高阻線1的兩側(cè)與共面 波導(dǎo)地平面7之間分布有襯底刻槽3為例，如附圖l所示襯底刻槽3可以增加共面波導(dǎo) 傳輸線的寬度同時保持傳輸線特征阻抗不變，從而減小由傳輸線導(dǎo)體損耗引起的信號衰減。其中在襯底9與共面波導(dǎo)高阻傳輸線4、共面波導(dǎo)地平面7、共面波導(dǎo)傳輸線8之間有 一層通過熱氧化形成的二氧化硅絕緣層10，可以減小信號傳輸時共面波導(dǎo)傳輸線8與共面 波導(dǎo)地平面7的襯底損耗。本實(shí)施例中的共面波導(dǎo)高阻傳輸線4、共面波導(dǎo)地平面7、共面波導(dǎo)傳輸線8和開關(guān)5 都采用多晶硅材料，其中開關(guān)5可以是有孔或者無孔結(jié)構(gòu)。圖3和圖4分別為本實(shí)施例所述的RF MEM S開關(guān)電路的開關(guān)處于開態(tài)和閉態(tài)時電路的 側(cè)視圖；圖3中，當(dāng)共面波導(dǎo)傳輸線8上沒有加入直流偏置執(zhí)行電壓時，開關(guān)5處于開態(tài) 對射頻信號形成通路；圖4中，當(dāng)加入執(zhí)行電壓后，開關(guān)5在靜電力作用下被下拉至傳輸 線上方的氮化硅絕緣層2，從而對射頻信號形成短路；在開關(guān)處于閉態(tài)時，兩個開關(guān)5與開 關(guān)間長500nm寬2(Him的共面波導(dǎo)高阻傳輸線4構(gòu)成ji型調(diào)諧電路，不僅可以獲得良好的 帶寬匹配，也大大提高電路的隔離性能，獲得了 11.5GHz諧振頻率處-81.6dB的隔離度。
權(quán)利要求
1、一種應(yīng)用于低頻段的高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路，其特征是射頻電路結(jié)構(gòu)位于襯底(9)上，在襯底(9)的縱向兩端排布有共面波導(dǎo)傳輸線(8)，MEMS電容式開關(guān)(5)位于共面波導(dǎo)傳輸線(8)的上面；MEMS電容式開關(guān)(5)通過開關(guān)梁(6)與共面波導(dǎo)地平面(7)相連；兩個級聯(lián)的MEMS電容式開關(guān)(5)與連接它們的共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)構(gòu)成π型調(diào)諧電路。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路，其特征在于在 開關(guān)梁(6)和共面波導(dǎo)地平面(7)之間加入的一條短截高阻線(l)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于在 射頻電路共面波導(dǎo)傳輸線(8)和共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面(7)之間分 布有襯底刻槽(3)，在短截高阻線(1)的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面(7)之間可以分布有襯底刻槽 (3)，也可以沒有；襯底刻槽(3)的深度均為5pm以上。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于所 述的開關(guān)梁(6)采用彈簧梁的結(jié)構(gòu)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于在 共面波導(dǎo)傳輸線(8)上淀積有一層絕緣層(2)。
6、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的絕緣層(2)，其特征在于所述的絕緣層(2)采用氮化硅 絕緣層。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于所 述射頻電路的共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)、共面波導(dǎo)地平面(7)、共面波導(dǎo)傳輸線(8)和開關(guān)(5) 是多晶硅材料或者金屬材料。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于所 述的MEMS電容式開關(guān)(5)可以是有孔或者無孔結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RFMEMS開關(guān)電路，其特征在于所 述的襯底(9)為硅材料。
10、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的低頻段高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路，其特征在于-所述的襯底(9)與共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)、共面波導(dǎo)地平面(7)、以及共面波導(dǎo)傳輸線(8)之間 有二氧化硅絕緣層(l(O。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于低頻段的高隔離度寬帶RF MEMS開關(guān)電路，其特征是射頻電路結(jié)構(gòu)位于襯底(9)上，在襯底(9)的縱向的兩端排布有共面波導(dǎo)傳輸線(8)，MEMS電容式開關(guān)(5)位于共面波導(dǎo)傳輸線(8)的上面；MEMS電容式開關(guān)(5)通過彈簧裝置的開關(guān)梁(6)和加入的短截高阻線(1)與共面波導(dǎo)地平面(7)相連；兩個級聯(lián)的MEMS電容式開關(guān)(5)與連接它們的共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)構(gòu)成π型調(diào)諧電路；在共面波導(dǎo)傳輸線(8)和共面波導(dǎo)高阻傳輸線(4)的兩側(cè)與共面波導(dǎo)地平面(7)之間分布有襯底刻槽(3)。本發(fā)明的RF MEMS電容式并聯(lián)開關(guān)電路可以在低頻段獲得很高的隔離度性能，同時也保持良好的寬帶，有效提高了RF MEMS開關(guān)在射頻電路和單片集成中的應(yīng)用性能。
文檔編號H01P1/10GK101262083SQ20081010277
公開日2008年9月10日 申請日期2008年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月26日
發(fā)明者軍 姚, 理 張, 邱傳凱 申請人:中國科學(xué)院光電技術(shù)研究所