高功率容量电容式RF MEMS开关失效机理研究

发布时间：2017-04-26 02:12

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【摘要】：电容式RF MEMS开关在处理30d Bm以上功率的信号时,会发生自驱动、自锁和自热现象,导致开关失效,限制了它在通信系统中的应用。为了设计高功率容量的电容式RF MEMS开关,必须对上述三种失效模式进行失效机理分析,建立相应的高保真阈值功率解析模型或失效行为模型,为开关的可靠性设计奠定理论基础。针对膜片的边缘场效应对开关自驱动阈值功率解析模型精度的影响,论文构建了一个优值来表征边缘场效应的强度,进而构建了计及边缘场效应的开关自驱动阈值功率模型,提高了模型的计算精度。针对down态电容退化对开关自锁阈值功率解析模型精度的影响,论文提出了“3D电磁-等效电路仿真对比建模”的方法,确定了任一开关的介电层表面粗糙度与开关down态电容退化的函数关系。进而对简化的(介电层光滑)开关自锁失效阈值功率模型进行了修订,可扩展用于预测介电层粗糙开关的功率容量。为了建立完整的开关自热失效行为模型,论文提出了“电磁-热-应力”的多物理场协同仿真方法,描述开关自热失效模式,并分析其失效机理。进而拟合出了0~5W输入功率下的开关驱动电压随输入功率的漂移曲线,为开关抗热应力变形设计提供了理论支撑。
【关键词】：电容式RFMEMS开关 阈值功率 自驱动 自锁 自热
【学位授予单位】：西南科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;TM564
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-18
• 1.1 RF MEMS技术与RF MEMS元器件8-9
• 1.2 RF MEMS开关的应用与优缺点9-12
• 1.3 电容式RF MEMS开关失效机理研究现状12-15
• 1.3.1 介电层充电问题12-13
• 1.3.3 功率容量问题13-15
• 1.4 研究思路15-16
• 1.5 本文主要工作及内容安排16-18
• 1.5.1 主要工作介绍16
• 1.5.2 内容安排16-18
• 2 电容式RF MEMS开关的理论分析与模型构建18-33
• 2.1 电容式RF MEMS开关原理18-21
• 2.2 电容式RF MEMS开关性能参数分析21-24
• 2.2.1 开关的RLC参数21-23
• 2.2.2 开关的S参数23-24
• 2.3 电容式RF MEMS开关结构参数构建24-30
• 2.3.1 CPW传输线设计24-27
• 2.3.2 开关膜片与介电层设计27-30
• 2.4 仿真分析软件介绍30-32
• 2.4.1 高频电路仿真软件ADS30-31
• 2.4.2 高频电磁场仿真软件HFSS31
• 2.4.3 热、应力仿真软件e Physics31-32
• 2.5 本章小结32-33
• 3 自驱动阈值功率建模与边缘场效应表征33-45
• 3.1 开关自驱动阈值功率建模33-34
• 3.2 膜片边缘场效应的表征34-41
• 3.2.1 优值构建34-35
• 3.2.2 优值模型的仿真验证35-41
• 3.3 提高开关自驱动阈值功率的方案41-44
• 3.3.1 减小膜片宽度42-43
• 3.3.2 减小膜片厚度43-44
• 3.4 本章小结44-45
• 4 自锁阈值功率建模与down态电容退化表征45-55
• 4.1 开关自锁阈值功率建模45-47
• 4.2 开关down态电容退化的表征47-53
• 4.2.1 表征方法47-49
• 4.2.2 介电层光滑时开关等效电路的确定49-50
• 4.2.3 介电层的粗糙度定义50-52
• 4.2.4 改变粗糙度对开关down态电容的影响52-53
• 4.3 提高开关自锁阈值功率的方案53-54
• 4.4 本章小结54-55
• 5 电容式RF MEMS开关自热效应研究55-68
• 5.1 膜片上耗散功率的计算与表征55-56
• 5.2 电容式RF MEMS开关热传递模式分析56-57
• 5.3 开关自热效应多物理场协同仿真57-65
• 5.3.1 “电磁-热”耦合59-63
• 5.3.2 “热-应力”耦合63-65
• 5.4 开关驱动电压随输入功率漂移的表征65-66
• 5.5 减小开关自热效应的方案66-67
• 5.6 本章小结67-68
• 结论68-70
• 1 论文主要工作总结68-69
• 2 后续工作展望69
• 3 后续工作展望69-70
• 致谢70-71
• 参考文献71-77
• 附录１77-79
• 附录２79-82
• 攻读硕士期间科研成果82

【参考文献】

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1 陶涛;苏辉;谢自力;张荣;刘斌;修向前;李毅;韩平;施毅;郑有p

本文编号：327542