基于复合薄膜新型压电驱动RF MEMS开关
发布时间：2022-01-28 00:32
RF MEMS开关作为MEMS器件中最为重要的元件之一,是构成MEMS滤波器、谐振器、可变电容和移相器的基础器件,在雷达系统、卫星通信系统、无线电通信和仪器仪表中具有巨大的应用价值。针对现有RF MEMS开关存在的驱动电压高、响应速度慢和高频段射频性能差等问题,本文提出了一种基于复合薄膜新型压电驱动RF MEMS开关。本论文主要工作可以总结如下:1.依据新兴材料石墨烯、钛酸铋钠和形状记忆聚合物的优良特性和压电驱动原理,提出了一种基于复合薄膜新型路压电驱动RF MEMS开关,并详细描述了该RF MEMS开关的基本结构和工作原理。利用薄板弯曲小挠度理论分析计算了复合薄膜单位面积上的所承受的压电驱动力,选取了RF MEMS开关各个结构的材料类型,并计算了开关复合薄膜的力学性能参数。通过仿真分析表明:该RF MEMS开关可以实现10.5V的低驱动电压;1.8μs的闭合时间和1.75μs的释放时间;在0.160GHz范围内,开关的插入损耗小于0.6dB;隔离度在谐振频率50GHz处高达-47dB;开关的电容比为116。2.对RF MEMS开关的驱动电压和响应时间（闭合时间和...
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧姆接触式RFMEMS开关的结构示意图
就能够实现开关的闭合，从而在很大程度上可以避免因可动膜桥周期性工作而产生的机械疲劳损失等问题，开关可靠性高，寿命长，是最为热门的一类 RF MEMS 开关。图1.2 电容耦合式 RF MEMS 开关的结构示意图
下弯曲运动，进而实现开关的闭合。当撤掉外界驱动电压后，悬臂梁又会通过自身弹性恢复力回弹到初始位置，开关处于断开状态。图1.3 压电驱动机制原理图压电驱动RF MEMS开关的优点是稳定性相对较好，驱动接近线性，响应速度快，功耗低，而且不会发生电荷累积现象，能够同时具有大的极板间距和低的驱动电压[20]。但压电驱动器的技术和工艺较为复杂，从而限制了其应用范围。(3) 热驱动方式热驱动RF MEMS开关的基本原理是通过开关结构中驱动材料的热膨胀效应来实现开关的闭合与断开[24]。常见的激光、化学反应、微波和电都可以作为热源，而最常用的热驱动方式是电热驱动。电热驱动的基本原理是利用电阻内的电流产生热量，进而使得温度升高引起热膨胀。典型的电热驱动 RF MEMS 开关结构如图 1.4 所示，悬臂梁上表面粘接有电阻层，当给电阻层的左右两端施加特定电压后，电阻层内部便会有电流流动
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅膜RFMEMS开关[J]. 杜国平,朱健,郁元卫,姜理利. 电子工业专用设备. 2017(04)
[2]一种双稳态电磁型射频MEMS开关的设计与测试[J]. 李慧娟,杨子健,孙建,郝长岭,禹继芳. 半导体技术. 2015(02)
[3]一种双稳态电磁型MEMS开关[J]. 李慧娟,孙建,杨子健,郝长岭,禹继芳. 微纳电子技术. 2015(01)
[4]温度对悬臂梁静电驱动RF-MEMS开关性能的影响[J]. 张沛然,朱健,姜理利. 固体电子学研究与进展. 2014(01)
[5]高隔离度阶跃结构MEMS开关的设计[J]. 凌源,鲍景富,李昕熠,黄裕霖,寇波,赵兴海. 微纳电子技术. 2013(10)
[6]RF MEMS开关的设计分析[J]. 石国超,纪学军. 无线电工程. 2012(11)
[7]RF MEMS电容式并联开关的研制[J]. 高杨,贾小慧,秦燃,官承秋. 半导体光电. 2011(06)
[8]石墨烯应用研究进展综述[J]. 张文毓. 新材料产业. 2011(07)
[9]电容式射频MEMS开关及应用[J]. 邹卫,王晗. 科技资讯. 2010(23)
[10]MEMS铁磁磁场传感器的研究[J]. 杜广涛,陈向东,林其斌,李辉,郭辉辉. 仪器仪表学报. 2010(07)
博士论文
[1]材料疲劳裂纹扩展和断裂定量规律的研究[D]. 王泓.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]基于形状记忆环氧树脂电路板力学与电学性能研究[D]. 崔昊.西安电子科技大学 2018
[2]尺度效应下单层压电微换能器的特性研究[D]. 纪晓晓.南京理工大学 2014
[3]杂质磷对单晶硅微结构疲劳特性的影响[D]. 刘彬.国防科学技术大学 2012
[4]新型压电微驱动器在光学微机电系统中的应用研究[D]. 李宏.四川师范大学 2012
[5]基于RF-MEMS开关的可重构微带贴片天线分析[D]. 李林.西安电子科技大学 2011
[6]压电陶瓷驱动技术研究[D]. 王健博.长春理工大学 2010
[7]基于多次压电效应的可作动传感器的研制[D]. 周喜.大连理工大学 2008
本文编号：3613356
【文章来源】：西安电子科技大学陕西省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：102 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
欧姆接触式RFMEMS开关的结构示意图
就能够实现开关的闭合，从而在很大程度上可以避免因可动膜桥周期性工作而产生的机械疲劳损失等问题，开关可靠性高，寿命长，是最为热门的一类 RF MEMS 开关。图1.2 电容耦合式 RF MEMS 开关的结构示意图
下弯曲运动，进而实现开关的闭合。当撤掉外界驱动电压后，悬臂梁又会通过自身弹性恢复力回弹到初始位置，开关处于断开状态。图1.3 压电驱动机制原理图压电驱动RF MEMS开关的优点是稳定性相对较好，驱动接近线性，响应速度快，功耗低，而且不会发生电荷累积现象，能够同时具有大的极板间距和低的驱动电压[20]。但压电驱动器的技术和工艺较为复杂，从而限制了其应用范围。(3) 热驱动方式热驱动RF MEMS开关的基本原理是通过开关结构中驱动材料的热膨胀效应来实现开关的闭合与断开[24]。常见的激光、化学反应、微波和电都可以作为热源，而最常用的热驱动方式是电热驱动。电热驱动的基本原理是利用电阻内的电流产生热量，进而使得温度升高引起热膨胀。典型的电热驱动 RF MEMS 开关结构如图 1.4 所示，悬臂梁上表面粘接有电阻层，当给电阻层的左右两端施加特定电压后，电阻层内部便会有电流流动
【参考文献】：
期刊论文
[1]硅膜RFMEMS开关[J]. 杜国平,朱健,郁元卫,姜理利. 电子工业专用设备. 2017(04)
[2]一种双稳态电磁型射频MEMS开关的设计与测试[J]. 李慧娟,杨子健,孙建,郝长岭,禹继芳. 半导体技术. 2015(02)
[3]一种双稳态电磁型MEMS开关[J]. 李慧娟,孙建,杨子健,郝长岭,禹继芳. 微纳电子技术. 2015(01)
[4]温度对悬臂梁静电驱动RF-MEMS开关性能的影响[J]. 张沛然,朱健,姜理利. 固体电子学研究与进展. 2014(01)
[5]高隔离度阶跃结构MEMS开关的设计[J]. 凌源,鲍景富,李昕熠,黄裕霖,寇波,赵兴海. 微纳电子技术. 2013(10)
[6]RF MEMS开关的设计分析[J]. 石国超,纪学军. 无线电工程. 2012(11)
[7]RF MEMS电容式并联开关的研制[J]. 高杨,贾小慧,秦燃,官承秋. 半导体光电. 2011(06)
[8]石墨烯应用研究进展综述[J]. 张文毓. 新材料产业. 2011(07)
[9]电容式射频MEMS开关及应用[J]. 邹卫,王晗. 科技资讯. 2010(23)
[10]MEMS铁磁磁场传感器的研究[J]. 杜广涛,陈向东,林其斌,李辉,郭辉辉. 仪器仪表学报. 2010(07)
博士论文
[1]材料疲劳裂纹扩展和断裂定量规律的研究[D]. 王泓.西北工业大学 2002
硕士论文
[1]基于形状记忆环氧树脂电路板力学与电学性能研究[D]. 崔昊.西安电子科技大学 2018
[2]尺度效应下单层压电微换能器的特性研究[D]. 纪晓晓.南京理工大学 2014
[3]杂质磷对单晶硅微结构疲劳特性的影响[D]. 刘彬.国防科学技术大学 2012
[4]新型压电微驱动器在光学微机电系统中的应用研究[D]. 李宏.四川师范大学 2012
[5]基于RF-MEMS开关的可重构微带贴片天线分析[D]. 李林.西安电子科技大学 2011
[6]压电陶瓷驱动技术研究[D]. 王健博.长春理工大学 2010
[7]基于多次压电效应的可作动传感器的研制[D]. 周喜.大连理工大学 2008
本文编号：3613356
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