[發明專利]基于石英基底共面波導的石墨烯射頻機械開關

有效

• 申請號: 201610258449.7
• 申請日: 2016-04-22
• 公開（公告）號: CN105845513B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 李鵬
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: H01H59/00
• 分類號: H01H59/00
• 代理公司: 深圳市鼎言知識產權代理有限公司44311
• 代理人: 王賽

技術領域

本發明涉及一種石墨烯射頻機械開關，特別涉及一種基于石英基底共面波導的石墨烯射頻機械開關結構，該結構可使石墨烯射頻機械開關減小插入損耗、增大隔離度。屬于MEMS技術領域。

背景技術

MEMS射頻機械開關是芯片上用于控制高頻信號的常見單元結構。然而傳統的硅MEMS開關驅動電壓通常很大(十幾伏至幾十伏)，開關速度較慢(微秒量級)，因此與集成電路兼容性較差，影響其進一步實用化。與硅開關相比，石墨烯開關可以很好的解決以上問題，它具有吸合電壓小(小于10V)、開關速度快(納秒量級)的優勢。然而由于石墨烯射頻機械開關出現的時間較短，要想實用化還存在若干需要解決的問題：

首先，插入損耗與隔離度是射頻機械開關的兩個重要指標，目前文獻報道的石墨烯開關插入損耗過大(開關在開態時的輸出與輸入信號比值過小，見參考文獻1：Single-crystalline graphene radio-frequency nanoswitches.P.Li,et al,Journal of Micromechanics and Microengineering,2015,25,075022.)，導致高頻信號在開關導通時不能完全通過，產生較大損耗。而且目前石墨烯開關的隔離度也較差(開關在關態時的輸出與輸入信號比值過大，見參考文獻2：Fabrication process and characterization of suspended graphene membranes for RF NEMS capacitive switches.C.F.Moldovan,et al,Microelectronic Engineering,2015,145,5-8.)，導致開關在關態時不能完全阻隔高頻信號，產生較嚴重的電信號泄漏。這兩個參數嚴重影響了石墨烯開關的高頻性能；其次，目前石墨烯開關加工工藝過程及結構復雜，通常需要超臨界干燥等加工過程(見附圖1)，或者雙懸空復雜結構，導致器件成品率低，直接影響其實用化。因此需要一種易于加工的MEMS新結構，能夠有效提升石墨烯射頻機械開關的插入損耗與隔離度。

發明內容

本發明的目的在于提出一種新的器件結構，利用石英基底共面波導減小石墨烯射頻機械開關插入損耗、利用多石墨烯梁并聯與二維絕緣材料氮化硼結合提高開關隔離度。基于本發明的石墨烯射頻機械開關具有結構更簡單、插入損耗和隔離度性能指標更加優良的特點。

本發明是通過下述方法實現的：

基于石英基底共面波導的石墨烯射頻機械開關，其特征在于，所述石墨烯射頻開關含有從上到下連接在一起的石墨烯2-4、氮化硼2-5、共面波導信號傳輸線2-1，共面波導地線2-2，石英基底2-3；所述共面波導信號傳輸線2-1與位于兩邊的兩條共面波導地線2-2，互相平行；所述石墨烯2-4位于氮化硼2-5上方；所述石墨烯2-4和氮化硼2-5組成復合梁結構，梁兩端分別與兩條共面波導地線2-2接觸，中間部分懸空；所述共面波導信號傳輸線2-1位于所述復合梁結構懸空部分正下方。

在上述石墨烯射頻機械開關中，所述石墨烯2-4為單層或多層，一般為1-10層。

在上述石墨烯射頻機械開關中，所述氮化硼(2-5)為單層或多層，一般為1-10層。

在上述石墨烯射頻機械開關中，在所述石英基底共面波導上并排布置多個相同的石墨烯和氮化硼復合梁結構。

在上述石墨烯射頻機械開關中,在所述石墨烯(2-4)和氮化硼(2-5)組成復合梁結構的中間懸空部分中，石墨烯與氮化硼的形狀、面積相同。

在上述石墨烯射頻機械開關中，所述共面波導通過濺射、或蒸鍍或其它方法形成于石英基底上表面，其中金屬材料選用Au、Ag、Cu、Al、Pt中的任意一種；

在上述石墨烯射頻機械開關中，所述石英基底厚度為100-300微米，基底表面除共面波導以外的區域整體向下凹陷0.1-0.5微米。

基于以上技術方案，本發明的有益效果是：