- RF MEMS關(guān)鍵技術(shù)與器件

同相鍵合技術(shù)的思路來源于SOl技術(shù)，機理是分子鍵鍵合，是把兩個固態(tài)部件鍵合在一起的加工技術(shù)，以形成復雜的三維機械結(jié)構(gòu)，其典型鍵合模式是硅／玻璃、硅／硅、金屬／玻璃問的鍵合。晶片鍵合技是不使用粘接劑，而將兩塊固態(tài)材料鍵合在一起的方法。硅／玻璃鍵合和硅／硅鍵合是目前兩種主要的鍵合形式。

3 RFMEMS基礎(chǔ)元件

RFMEMS工藝技術(shù)在微電子工藝技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，叉超越了微電子工藝技術(shù)，具有三維加T特色，應用其工藝技術(shù)所研制的RF元器件在性能上相對常規(guī)的微波元件發(fā)生了質(zhì)的飛躍。

3.1 可變電容器

電容器在射頻電路中應用廣泛，但采用常規(guī)方法制得的可變電容器體積大、Q值低、所需調(diào)節(jié)電壓大，而MEMS可變電容器可以克服這些缺點。MEMS電容器有兩種主要形式，即平行板式和叉指式，前者上板是懸掛狀態(tài)，利用的是微機械彈簧與下板之間得保持一定距離，該距離在靜電作用下發(fā)生變化。又指電容是隨兩片齒狀平行板相互嵌入程度而變化。

3.2 RFMEMS開關(guān)

射頻MEMS開關(guān)主要有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，按結(jié)構(gòu)分為懸臂梁、膜橋和扭轉(zhuǎn)擺種。接觸式串聯(lián)開關(guān)將微波傳輸線中間斷開，通過懸空的微帶線的運動實現(xiàn)傳輸線的通斷，常用于DC／6GHz頻段。并聯(lián)開關(guān)使用共面波導(CPW)，通過可動結(jié)構(gòu)控制在信號線與地線形成的電路，使電容在數(shù)十fF(關(guān)態(tài))和幾PF(開態(tài))之間跳變，實現(xiàn)微波信號的通斷，常使用于高頻段。表1為RFMEMS開關(guān)與PIN開關(guān)及FET開關(guān)的性能比較。

3.3 MEMS電感器

采用MEMS技術(shù)容易通過高阻襯底來降低襯底寄生電容，從而提高電感器的Q值。目前主要有兩種結(jié)構(gòu)，一種將電感線圈制作在絕緣層上，與襯底構(gòu)成懸空結(jié)構(gòu)；一種結(jié)構(gòu)是將電感線圈繞組制作在NiFe膜層上，NiFe作為磁芯起耦合作用。

3.4 MEMS諧振器

采用微機械加工技術(shù)做的腔體諧振器具有極高的O值，很低的損耗，很寬的工作頻率范圍以及靈活的結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇等特點。x波段諧振器腔體，其尺寸僅為16mm×32mm×0．465mm，Q值達到500以上，但尺寸僅為波導型諧振器的幾十分之一。

3.5 MEMS濾波器

MEMS濾波器制作在與載體懸空的高阻薄膜上，與濾波器相關(guān)的介質(zhì)介電常數(shù)僅為1．04，其損耗極小，僅相當于傳輸線的電阻損耗，帶內(nèi)抑制可達60dB，而插損僅為1dB，Q值可達800以上。

3.6 MEMS傳輸線

采用MEMS技術(shù)制作的傳輸線大大削弱了襯底對傳輸線性能的影響。按制作方法常分為四類：膜片支撐的微帶線；共面的微屏蔽傳輸線；頂部刻蝕的共面波導和微機械波導?？梢约稍谖⒉呻娐分?，并能保證TEM的傳播模式。由膜片支撐的微帶線采用高阻硅襯底，通過體硅T藝制作懸空的膜片，在上面制作Au微帶傳輸線，這種傳輸線的傳播模幾乎是TEM，損耗極小，因而帶寬很大，可達Dc／320GHz。

3.7 MEMS移相器

微波移相器是相控陣雷達、衛(wèi)星通信、移動通信設(shè)備中的核心組件，它的T作頻帶、插入損耗直接影響著這些設(shè)備的抗干擾能力和靈敏度，以及系統(tǒng)的重量、體積和成本。因此研究寬帶、低插損的移相器在軍事上和民用衛(wèi)星通信領(lǐng)域具有重要的意義。RFMEMS移相器的研制主要采用的結(jié)構(gòu)有：DMTL型、開關(guān)線型和反射型。近年來，隨著RFMEMS開關(guān)的研究不斷取得進展，使MEMS開關(guān)替代傳統(tǒng)的鐵氧體開關(guān)、p—in二極管、FET，設(shè)計制造寬帶、低插損RFMEMS移相器已經(jīng)成為可能。RFMEMS移相器，具有較低的插入損耗、寬帶寬、小體積的特點，工作頻段可從幾吉赫到上百吉赫。基于MEMS開關(guān)的移相器的研究，國外從1998年開始報導。自1998年N．S．Barker研制了第一個寬帶、實時延MEMS移相器以來，目前已有多種MEMS移相器的報道，其中大多數(shù)使用RFMEMS開關(guān)周期性地分布在MEMS傳輸線(DMTL)上，在CPW(共平面波導)的中心導體和地之間外加模擬控制電壓，使MEMS膜橋拉向中心導體，引起了相速度的增加，達到相位改變的目的，因此形成了實時延移相器。通過連續(xù)改變控制電壓，相位連續(xù)可調(diào)，從而形成模擬分布式移相器。而數(shù)字DMTL移相器，每一位移相器都有不同數(shù)量的開關(guān)陣列加載在不同長度的傳輸線上，加驅(qū)動電壓時，MEMS開關(guān)陣列膜橋同時下拉至CPW導體，從而得到某一精確的相移度數(shù)。

3.8 微型天線

微機械加工方法已經(jīng)被用于不同頻段的平面或三維微型天線之中，以提高天線的效率或縮小天線的尺寸。其中微帶天線由于簡單、設(shè)計靈活、易于集成，已經(jīng)得到廣泛應用，包括遙測、雷達、導航和生物醫(yī)學等。對于無線通訊來說，研制出用于0．9~4GHz波段的微小型天線有著重要意義，因為這一波段的應用涉及WLANs(900MHz-2．4GHz)、GPS(1．5GHz)、藍牙(2．4GHz)等。減小天線尺寸的方法通常是提高等效介電常數(shù)。然而高介電常數(shù)基底材料中表面波的顯著激勵，使微帶天線性能明顯降低。解決這一問題的方法是采用合適的平面微帶線結(jié)構(gòu)和饋線網(wǎng)絡(luò)、部分去除襯底介質(zhì)、采用光子帶隙結(jié)構(gòu)等。利用微機械加工方法，重慶大學最近在高介電常數(shù)的硅材料基底上獲得了一種微帶貼片天線，此天線的主模式為TM10，其中心頻率為4．1GHz，帶寬約為3％，微帶線尺寸為28．0mm×24．0mm。

4 MMIC存在的問題與RFMEMS的優(yōu)勢