基于MEMS技术的开关研究

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基于MEMS技术的开关器件具有小体积、低成本、低功耗、高性能,对光、电信号不敏感,且可与CMOS电路片上集成等诸多优势,可满足未来电、光信息处理技术的发展需求。MEMS开关的发展将为开发新一代无线射频通信系统、大容量光纤传输系统和自动测试系统等方面发挥巨大作用。因此,研究高性能的MEMS开关具有重要的科学意义和实用价值。  为了满足高速、大容量的信息处理技术对高性能MEMS开关的应用需求,本论文通过对MEMS开关的基本结构、驱动方式和工作原理、开关特性表征方法等基础科学问题和工艺制备问题的研究,设计制备了复合梁结构快速RFMEMS开关和电磁驱动的大位移MEMS光开关,主要内容包括:  1.在前期工作基础上,优化了RFMEMS开关结构,提出SiNx/Au/SiNx三明治结构,增加侧臂支撑结构,提高谐振频率,降低结构对应力的敏感度;优化了制作工艺,采用填平工艺,减少台阶,合理设计释放孔,增加Cr过渡层,保护结构。通过结构优化及工艺改进,制备出台阶覆盖良好、较为平坦的RFMEMS三明治结构开关,但释放后仍存在粘附性问题,性能有待进一步改善。  2.研究了氧等离子体对Cr的刻蚀特性,重点研究了氧等离子体对不同衬底上的单层Cr膜以及多层金属中作为粘附层的Cr膜的刻蚀,得到了氧等离子体刻蚀Cr膜的条件,并从理论上分析了刻蚀机理。  3.提出基于电磁驱动的折叠固支梁类型MEMS光开关结构;发展了圆片规模制作MEMS光开关阵列的可靠工艺流程,大规模制作了高性能MEMS光开关阵列,成品率达100%。该MEMS光开关能够在0.14T磁场强度、8mA驱动电流下实现线性可控的横向大位移,最大位移达40μm,并且重复性好、稳定度高,能够与CMOS电路集成。MEMS光开关对光不敏感,消光比为31.13 dB,插入损耗小于1.74dB,隔离度高于32.87 dB。
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