RF MEMS开关技术简介

、保护开关结构的作用，分别选取相应的材料。封装材料的热膨胀系数、介电常数等应当与开关材料匹配，避免MEMS开关由于与封装材料参数不兼容产生的脱离，或内部应力过大、介电影响等产生的开关性能降低。(2)降低封装环境的影响：MEMS开关对于工作环境的要求很高，振动、应力、潮湿、腐蚀、温度等都会影响MEMS开关的正常工作。所以在封装的过程中应当采取一定措施来避免上述等因素的介入，例如降低封装载荷、严格控制气密性封装气氛中的湿度、控制封装环境的温度、压力等因素，并进行散热结构的设计以降低热环境产生的开关结构失效，尽可能地降低封装对于MEMS开关性能的影响。

3.3 可靠性问题

要加快MEMS开关的商业化步伐，必须提高MEMS开关的可靠性，使其在应用系统中寿命更长、更加可靠。开关失效主要有开关本身机械结构的蠕变、断裂、疲劳，接触结构的磨损、粘附、介电层的损坏，还有外部环境导致的上述失效。目前对于MEMS开关可靠性的研究还处于初级阶段，应从结构设计、材料选取、工艺设计等各方面入手来解决可靠性的问题。对于接触式MEMS开关失效主要由接触材料失效引起，如材料触点接触电阻变化、接触表面材料的磨损、迁移，一般来说接触材料会选择硬度低的金属例如Au，它接触面积大，接触电阻稳定，但也因硬度不高导致结构稳定性差，通过掺杂其他金属离子可以提升金属作为接触材料的可靠性[10]。另外通过对MEMS开关器件的结构进行优化设计，尽可能弥补选用材料本身对于器件性能的降低。而对于电容式MEMS开关，由于介质层充电时电荷注入和陷阱存在，使得累积电荷影响驱动电压或发生粘附作用，弥补这种缺陷可从介质材料和驱动电压的优化方面入手，可选用陷阱密度低或者能够自身复合陷阱电荷的介质材料[11]来延长开关寿命，选用优化的驱动电压以降低介质层的充电时间[12]或者释放掉陷阱俘获的电荷[13]，也能够使得开关的可靠性得到提升。

4 MEMS开关技术的应用

MEMS开关不仅可以单独应用于电路，也可以组成各类组件和应用系统来使用，这不仅可以改善单个开关的性能，而且因与其他组件的结合，可使MEMS开关实现更多的功能，这大大拓宽了MEMS开关的应用范围。

4.1 RF MEMS移相器

根据MEMS开关不同的特性，将多个开关进行串联或并联所形成的开关组往往具有更高的可靠性和性能，例如将电容式开关并联组成开关组可以提高隔离度[14]。将开关级联可以形成各类移相器，通过设计开关数量可以改变相移步进，通过控制开关通断来实现相移[15]。

4.2 RF MEMS 滤波器

随着通信技术的发展，应用于高要求的雷达、接收器、混频器等当中的RF MEMS滤波器受到了极大的关注，通过利用MEMS开关控制信号传输的通断可实现滤波器的模拟和数字可调[16-19]。

4.3 RF MEMS可调电容/电感

MEMS电容/电感具有尺寸小、Q值高等优点，利用 MEMS开关的通断，控制可调电容/电感机械结构的运动，从而实现电容值/电感值的可调[20-21]。

4.4 系统级可重构天线

可重构天线是由天线阵列和MEMS开关组合形成的，通过控制开关网络可使天线实现不同工作频带和不同工作模式的切换[22]，故可重构天线可以应用对于频率、模式需求多样化的系统中，例如对应不同通信模式的自动导航系统、覆盖不同通信频率的无线局域网和宽带电视接收机。

4.5 微波收发系统

微波收发系统[23]集合了包括MEMS开关在内的多种RF MEMS元件、组件,形成了由放大器、混频器、锁相环电路等组成的接收电路。MEMS接收机具有高Q值、尺寸小、易集成等优点。

5 结语

RF MEMS开关极大影响了MEMS的进一步发展，为实现MEMS开关产品化、突破MEMS开关发展的局限性，还需解决驱动电压、响应时间、封装质量的问题，对新结构进行优化设计和仿真，改良工艺方案，解决封装和可靠性难题，是提升MEMS开关性能的关键。

参考文献

[1] 侯智昊，刘泽文，胡光伟，等.串联电容式RF MEMS开关设计与制造研究[J].传感技术学报，2008(4)：660-663.

[2] 梁春广.RF MEMS技术[J].微纳电子技术，2002(l)：6-8.

[3] YAO J J，CHANG M F.A surface micromachined miniature switch for telecommunications applications with signal frequencies from DC up to 4 GHz.Tech.Digest，8th  Int.Conf.on Solid一State Sensors and Actuators.1995：384-387.

[4] 魏华征.并联接触式射频MEMS开关的研究[D].上海：华东师范大学，2004.

[5] PETERSEN K E.Micromechanical membrane switches on silicon[J].Ibm Jour