一種基于體硅材料的外力驅動mems開關及其制作方法
【技術領域】
[0001]本發明提供一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關及其制作方法，實現微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量，屬于微電子器件技術領域。
【背景技術】
[0002]在微波技術研宄中，RF MEMS開關由于其具有低插入損耗、高隔離度、高線性度和低功耗的特點，在射頻系統中有著廣泛的應用。RF MEMS開關的應用頻率覆蓋DC到300GHz的頻率范圍。開關是各種射頻微波單片集成系統的重要和基礎的組成元件，利用RF MEMS開關可以在提高系統集成度的同時提高系統性能。當前，絕大多數應用于毫米波波段的RFMEMS開關利用并聯電容結構和串聯接觸結構。并聯電容式開關通過使信號線與地線接通微波信號發生全反射而使開關實現關斷信號的功能，串聯接觸式開關則通過斷開信號線連接使開關實現關斷信號的功能，通過閉合信號線連接實現信號傳輸。
[0003]RF MEMS開關大量應用于可重構的微波集成系統，而本發明的RF MEMS開關由外力驅動主要用于實現微波系統中各有關模塊的可測試性。在高集成度的小尺寸的微波系統中，對于某個模塊的信號引出和測試是一件比較困難的事，本發明為基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，該外力驅動開關可以應用于微波系統中不同模塊之間的連接部分，在需要對某個模塊進行信號引出和測試時，采用同軸線探針外力驅動開關動端，使其與開關靜端脫開，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從同軸線探針處引出用于信號測量，大大降低了在一般微波系統中信號引出的困難，增強了系統的可測試性。
【發明內容】
[0004]技術問題:本發明的目的是提供一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關及其制作方法，該外力驅動開關利用外力驅動實現開關的截止態，并引出微波信號以用于信號的測量，應用該結構可以方便的實現對微波信號的監測，并解決在材料、工藝、可靠性、可重復性和生產成本等諸多方面的問題，從而為實現基于MEMS技術的方便于微波系統測試的RFMEMS開關結構在微波集成系統中的產業化應用提供了支持和保證。
[0005]技術方案:為解決上述MEMS技術問題，本發明提供了一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，包括襯底5、設置在襯底上的微帶線的信號線1、開關動端3、開關靜端4 ;所述微帶線的信號線I中間部分斷開，所述開關動端3和所述開關靜端4分別與所述微帶線的信號線I中間斷開部分兩端的信號線連接；所述開關動端3與所述開關靜端4均沿著垂直襯底5的方向延伸，并組成開關結構；所述開關動端3為末端能夠變形的彈簧結構；當二者連通時，所述開關動端3的彈簧末端正好與所述開關靜端4的末端接觸。
[0006]所述開關動端3為末端能夠下壓的S形彈簧結構，所述開關靜端4為反向的C形結構。
[0007]所述結構通過微電子加工工藝，采用硅材料制作。
[0008]所述結構采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現導電。
[0009]一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關的制作方法，步驟如下:
1)準備高阻硅襯底，在所述高阻硅襯底側面光刻、顯影出開關動端和開關靜端圖形；
2)深反應離子刻蝕刻蝕掉多余硅體，去膠，形成開關動端結構和反向開關靜端結構；
3)減薄硅片，正面電鍍金，反面電鍍金；
4)劃片，將相同的開關結構化成單獨的一個個結構，形成單獨的開關動端與開關靜端結構；
5)微組裝開關動端和開關靜端結構，得到完整開關結構。
[0010]有益效果:RF MEMS開關大量應用于可重構的微波集成系統中，而本發明的RFMEMS開關由外力驅動主要用于實現微波系統中各有關模塊的可測試性。在高集成度的小尺寸的微波系統中，對于某個模塊的信號引出和測試是一件比較困難的事，本發明為基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，該外力驅動開關可以應用于微波系統中不同模塊之間的連接部分，在需要對某個模塊進行信號引出和測試時，采用同軸線驅動開關動端，使其與開關靜端脫開，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從同軸線處引出用于信號測量，大大降低了在一般微波系統中信號引出的困難，增強了系統的可測試性。且本發明的外力驅動MEMS開關利用微組裝實現完整開關結構，相比傳統MEMS開關的結構層厚度大大增加，實現了高可靠性，并可以施加較大的外力，從而實現MEMS開關的外力驅動。
【附圖說明】
[0011]圖1是基于體娃材料的外力驅動MEMS開關結構不意圖。
[0012]其中有:襯底5、微帶線的信號線1、微帶線的地2、開關動端3、開關靜端4。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發明做進一步說明。
[0014]參見圖1，本發明提供的基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，該外力驅動MEMS開關包括襯底5、設置在襯底上的微帶線的信號線1、設置在襯底下的微帶線的地2、開關動端
3、開關靜端4 ;微帶線的信號線I中間部分斷開，開關動端3和開關靜端4分別與微帶線的信號線I中間斷開部分兩端的信號線連接；開關動端3與開關靜端4均沿著垂直襯底5的方向延伸，并組成開關結構；開關動端為S形彈簧結構，開關靜端為反向的C形結構。
[0015]當該外力驅動MEMS開關處于不工作狀態時，開關動端3與開關靜端4接觸，整個微帶傳輸線呈現導通狀態，此時微波信號可以幾乎不產生損耗地通過該外力驅動MEMS開關；當該外力驅動MEMS開關處于工作狀態時，開關動端3通過探針的外力作用被壓下而與開關靜端4不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。同時，我們設計出了用于制造這種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關的具體工
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[0016]本發明的整個開關結構通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，結構尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅縮小，有利于整個開關的小型化；整個開關結構可以采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現導電，同時開關動端和開關靜端的耦合電容可以設計的很小，因此能夠得到優良的微波性能。
[0017]本發明的外力驅動MEMS開關通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，并在表面電鍍金屬實現導電性，然后通過微組裝的方式將其組裝到斷開的微帶傳輸線之間，實現MEMS開關結構。
[0018]本發明的基于體硅材料的工藝實現方法如下:
1)準備高阻娃襯底(500um);在高阻娃襯底側面光刻、顯影出S形開關動端和反向C形開關靜端圖形；
2)DRIE(深反應離子刻蝕)刻蝕掉多余硅體，去膠，形成S形開關動端結構和反向C形開關靜端結構；
3)減薄硅片；正面電鍍金，反面電鍍金；
4)劃片，形成單獨的S形開關動端與C形開關靜端結構；
5)微組裝S形開關動端和C形開關靜端結構，完成完整開關結構。
[0019]本發明中的外力驅動MEMS開關不同于傳統的MEMS開關結構，該外力驅動開關利用外力驅動實現開關的截止態，并引出微波信號以用于信號的測試，應用該結構可以方便的實現對微波信號的監測。該外力驅動MEMS開關具有以下主要特點:一、整個開關結構通過微電子加工工藝，采用硅材料制作，結構尺寸的精度可以很高，尺寸大小可以大幅縮小，有利于整個開關的小型化；二、整個開關結構可以采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現導電，同時開關動端和開關MEMS靜端的耦合電容可以設計的很小，因此能夠得到優良的微波性能；三、當該外力驅動MEMS開關處于不工作狀態時，開關動端與開關靜端接觸，整個微帶傳輸線呈現導通狀態，此時微波信號可以幾乎不產生損耗地通過該外力驅動MEMS開關；當該外力驅動MEMS開關處于工作狀態時，開關動端通過探針的外力作用被壓下而與開關靜端不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。可以方便應用于微波集成系統中，降低信號引出的困難，增強了系統的可測試性。四、和傳統MEMS開關相比，本發明中的外力驅動MEMS開關采用了體硅加工工藝，同時利用微組裝實現完整開關結構，其比傳統MEMS開關的結構層厚度大大增加，因此可以實現高可靠性，并可以施加較大的外力，從而實現MEMS開關的外力驅動。
[0020]以上所述僅為本發明的較佳實施方式，本發明的保護范圍并不以上述實施方式為限，但凡本領域普通技術人員根據本發明所揭示內容所作的等效修飾或變化，皆應納入權利要求書中記載的保護范圍內。
【主權項】
1.一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，其特征在于:包括襯底(5)、設置在襯底上的微帶線的信號線(1)、開關動端(3)、開關靜端(4);所述微帶線的信號線(I)中間部分斷開，所述開關動端(3)和所述開關靜端(4)分別與所述微帶線的信號線(I)中間斷開部分兩端的信號線連接；所述開關動端(3)與所述開關靜端(4)均沿著垂直襯底(5)的方向延伸，并組成開關結構；所述開關動端(3)為末端能夠變形的彈簧結構；當二者連通時，所述開關動端(3)的彈簧末端正好與所述開關靜端(4)的末端接觸。2.根據權利要求1所述的基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，其特征在于:所述開關動端(3)為末端能夠下壓的S形彈簧結構，所述開關靜端(4)為反向的C形結構。3.根據權利要求1所述的基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，其特征在于:所述結構通過微電子加工工藝，采用硅材料制作。4.根據權利要求1所述的基于體硅材料的外力驅動MEMS開關，其特征在于:所述結構采用高阻硅材料，并在表面電鍍金屬實現導電。5.一種制作如權利要求1所述的基于體硅材料的外力驅動MEMS開關的制作方法，步驟如下: 1)準備高阻硅襯底，在所述高阻硅襯底側面光刻、顯影出開關動端和開關靜端圖形； 2)深反應離子刻蝕刻蝕掉多余硅體，去膠，形成開關動端結構和反向開關靜端結構； 3)減薄硅片，正面電鍍金，反面電鍍金； 4)劃片，將相同的開關結構化成單獨的一個個結構，形成單獨的開關動端與開關靜端結構； 5)微組裝開關動端和開關靜端結構，得到完整開關結構。
【專利摘要】本發明提供了一種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關及其制作方法，該外力驅動MEMS開關包括襯底（5）、設置在襯底上的微帶線的信號線（1）、設置在襯底下的微帶線的地（2）、開關動端（3）、開關靜端（4）；當該外力驅動MEMS開關處于不工作狀態時，開關動端（3）與開關靜端（4）接觸，整個微帶傳輸線呈現導通狀態，此時微波信號可以幾乎不產生損耗地通過該外力驅動MEMS開關；當該外力驅動MEMS開關處于工作狀態時，開關動端（3）通過探針的外力作用被壓下而與開關靜端（4）不接觸，此時微波信號的通路被切斷，同時微波信號可以從探針處被引出用于信號測量。同時，我們設計出了用于制造這種基于體硅材料的外力驅動MEMS開關的具體工藝。
【IPC分類】H01H59/00, H01H11/00
【公開號】CN104992879
【申請號】CN201510453804
【發明人】韓磊, 高曉峰
【申請人】東南大學
【公開日】2015年10月21日
【申請日】2015年7月29日