[發明專利]基于超滑結構的RF MEMS開關

有效

• 申請號: 201910234436.X
• 申請日: 2019-03-26
• 公開（公告）號: CN109979768B
• 公開（公告）日: 2020-11-17
• 發明（設計）人: 楊德智;張清卿
• 申請（專利權）人: 北京清正泰科技術有限公司
• 主分類號: H01H1/00
• 分類號: H01H1/00;H01H59/00
• 代理公司: 北京中政聯科專利代理事務所(普通合伙) 11489
• 代理人: 陳超

本發明提供了一種RF MEMS開關及其實現方法。該RF MEMS開關包括襯底，位于襯底之上水平排列的固定部分，可動部分和驅動部分，其中所述可動部分包括由可自回復石墨島構成的自支撐部分和可滑動部分，所述驅動部分能夠驅動所述可滑動部分在所述自支撐部分上做水平方向移動，使得固定部分與可動部分之間配合使用的接觸電極實現開關。本發明由于可滑動部分始終被自支撐部分所支撐并且利用了范德華力作為回復力，因此避免了來自重力以及機械疲勞導致的變形，因此具有更長的使用壽命以及更加穩定的器件性能。

技術領域

本發明屬于射頻微機電系統開關(RF MEMS Switch)的技術領域，具體涉及一種基于超滑結構的RF MEMS開關及其實現方法。

背景技術

隨著雷達和無線通信技術的發展，小體積、低功耗、高性能、多功能的射頻設備成為無線電領域的發展趨勢，射頻器件朝著微型化和集成化的方向發展，MEMS開關應運而生，RF MEMS開關已逐漸取代傳統的GaAs FET開關，成為射頻開關(RF Switch)的發展方向。RFMEMS開關相較于傳統開關具有更低的插入損耗、更高的隔離度、更好的線性度、更低的功耗、更小的體積等優點，并且能夠很容易的與IC電路集成，具有廣闊的應用前景。

目前，現有的RF MEMS開關從驅動方式上主要有靜電驅動機制、熱驅動機制、電磁驅動機制、壓電驅動機制等幾種；器件結構的主流方式有懸臂梁式和橋式兩種。現有的這些RF MEMS開關不論采用哪種驅動，其結構方式都具有共同的缺陷：其一就是現有器件的可動部分都是懸空的，在長期使用的情況下，受重力影響易產生變形；其二就是現有器件的回復力都是依靠MEMS器件本身的機械強度進行彈性回復(利用類似彈簧的原理)，在長期使用的情況下，易產生疲勞，進而產生變形。

在圖1(a)、1(b)、1(c)、2(a)、2(b)、2(c)中分別示出了現有技術中的懸臂梁式和橋式RF MEMS開關。可以看到其懸空的懸臂梁與橋在開關兩種狀態下都受到重力的牽引而最終導致變形；同時懸臂梁與橋所依靠自身的機械回復在產生疲勞后也會導致變形，這些變形使得可動部分與固定部分之間的距離改變，進而使得設計響應速度、損耗，Q值等受到影響，最終都會使得RF MEMS開關的性能下降、甚至失效。

為此本領域提供了一些解決方法，例如加大懸臂梁和橋的尺寸，使得其器件機械強度加大，以抵抗變形；或者將開關器件的可動部分與固定部分之間的距離拉大，以預留變形余量，但是這樣做都會犧牲器件的性能，前者使得器件不能進一步小型化，后者降低了器件的響應速度。

發明內容

本發明提供了一種結構全新的RF MEMS開關結構，其利用了結構超滑技術，將開關的兩個電極分別置于可動部分與固定部分，所述可動部分與固定部分水平放置，可動部分在垂直方向上自支撐，避免了重力變形，可動部分利用石墨晶體片狀分層結構間的范德華力實現自回復，不存在疲勞情況。

該結構中可動部分由可自回復石墨島構成，可自回復石墨島包括可滑動部分與自支撐部分，其中可滑動部分與自支撐部分之間幾乎是零摩擦、零損耗，因此該器件的機械損耗接近為零、并且幾乎不會磨損。

具體來說，本發明提供的RF MEMS開關結構如下：

一種RF MEMS開關結構，包括襯底，位于襯底之上水平排列的固定部分，可動部分和驅動部分，其中所述可動部分包括由可自回復石墨島構成的自支撐部分和可滑動部分，所述驅動部分能夠驅動所述可滑動部分在所述自支撐部分上做水平方向移動，使得固定部分與可動部分之間配合使用的接觸電極實現開關。

優選地，所述固定部分包括固定部分接觸電極。

優選地，所述可動部分包括位于所述可滑動部分之上的金屬蓋。

優選地，在所述金屬蓋之上形成可動部分接觸電極。

優選地，所述驅動部分包括驅動電極。