Статья

Название статьи РАЗРАБОТКА ВЧ МЭМС-ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЯ ЕМКОСТНОГО ТИПА С ПЕРФОРИРОВАННОЙ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ МЕМБРАНОЙ
Автор И. Е. Лысенко, А. В. Ткаченко
Рубрика РАЗДЕЛ I. ЭЛЕКТРОНИКА И НАНОТЕХНОЛОГИИ
Месяц, год 02, 2018
Индекс УДК 621.318.51, 621.3.049.7
DOI 10.23683/2311-3103-2018-2-6-16
Аннотация МЭМС-переключатели с электростатическим механизмом активации применимы для m- и µ-волной области. Металлические части переключателя висят над нижним металлическим электродом, образуя конденсатор с двумя параллельными пластинами. При подаче напряжения смещения между верхним и нижним электродами происходит перераспределение зарядов, приводящее к появлению электростатических сил между металлическими поверхностями. Эти силы, вне зависимости от полярности приложенного напряжения, заставляют свободно подвешенный контакт двигаться по направлению к нижнему электроду. Поскольку металлическая мембрана (или балка) начинают прогибаться, в ней возникают силы упругости, направленные в противоположных напряжениях. Как только приложенная сила достигает порогового значения срабатывания, что происходит, когда электростатические силы становятся больше сил упругости, консоль резко падает на нижний электрод, замыкая при этом электрические контакты. Консоль возвращается в исходное положение после того, как приложенное напряжение станет ниже порогового значения размыкания контактов, которое обычно бывает много ниже напряжения срабатывания. Подобное гистерезисное поведение характерно для всех микропереключателей. На передний план выходят два основных типа МЭМС-переключателей: последовательные переключатели контакта «металл-металл» и параллельные емкостные переключатели. Параллельный емкостный МЭМС-переключатель в основном состоят из металлического моста, копланарного волновода с заземляющим сигналом и диэлектрического слоя, размещенного на нижнем электроде, который является частью сигнальной линии. Параллельные емкостные МЭМС-переключатели обладают рядом преимуществ перед PIN-диодами, а именно: имеют малую потребляемую мощность (мкДж в процессе коммутации), большой коэффициент емкости (20–100), может быть изготовлен на подложке практически из любого материала. Однако они не лишены недостатков, главными из которых являются: относительно низкая скорость переключения (2-10 мкс), высокое напряжение смещение (15–80 В), а также коммутация приложений высокой мощности (> 2 Вт). Эти недостатки могут быть допустимыми во множестве применений, например, телекоммуникационные коммутаторы с высокой изоляцией и низкими потерями, радары с относительно низкой скоростью сканирования. Актуальной темой для исследования представляется разработка конструкции емкостного ВЧ МЭМС-переключателя с высокой скоростью коммутации (≤ 5 мкс), низким напряжением смещения (≤ 5 В), а также изучение его радиочастотных и электромагнитных характеристик. В статье представлен подход к определению полной емкости разработанного МЭМС-переключателя с учетом перфорации в виде квадратных отверстий.

Скачать в PDF

Ключевые слова ВЧ МЭМС; параллельный переключатель емкостного типа; перфорация; металлическая мембрана с перфорированными отверстиями; полная емкость с учетом перфорации.
Библиографический список 1. Goldsmith C.L., Yao Z., Eshelman S., and Denniston D. Performance of los-loss RFM EMS capacitive switches // IEEE Microwave and Guided Wave Letters. – August 1998. – Vol. 8, No. 8. – P. 269-271.
2. Goldsmith C., Randall J., Eshelman S., Lin T.H., Dennistor D., Chen S., and Norvell B. Characteristics of micromachined switches at microwave frequencies // in 1996 IEEE MTT-S Int. Microwave Symp. Dig. San Francisco, CA, June 1996. – P. 1141-1144.
3. Yao J.J. and Chang M.F. A surface micromachined miniatureswitch for telecommunications applications with signal frequencies from DC up to 4 GHz // in Int. Conf. On Solid-State Sensors and Acutators Dig., Stockholm, Sweden, June 1996. – P. 384-387.
4. Barker N.S. and Rebeiz G.M. Distributed MEMS true-time delay phase shifters and wideband switches // IEEE Trans. On Microwave Theory and Techniques. – Nov. 1998. – Vol. 46,
No. 11. – P. 1881-1890.
5. Gabriel M. Rebeiz. RF MEMS: Theory, Design, and Technology. John Wiley & Sons, Inc. ISBN: 0471-20169-3.
6. Ananthasuresh G.K., Vinoy K.J., Gopalakrishnan S., Bhat K.N. and Aatre V.K. Micro and Smart Systems, Wiley, India, 2010.
7. Palmer H.B.Capacitance of a parallel-plate capacitor by the Schwartz-Christoffel transformation // Trans. AIEE. – March 1927. – Vol. 56. – P. 363.
8. Poonam Verma, Surjeet Singh. Design and Simulation of RF MEMS Capacitive type Shunt Switch & its Major Applications // in IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering (IOSR JECE), January – February 2013.
9. Yasser Mafinejad, MajidZarghami, Abbas Z. Kouzani, Khalil Mafinezhad. Design and simulation of a high isolation RF MEMS shunt capacitive switch for C-K band // IEICE Electronics Express. – Vol. 10, No. 24. – P. 1-8.
10. Ameen H. El-Sinawi, Maher Bakri-Kassem, TahaLandols, Omar Awad. A novel comprehensive approach to feedback control of membrane displacement in radio frequency micro-electromechanical switches // journal homepage: www.elsevier.com/locate/sna.
11. Vladimir L. Rabinovich, Raj K. Gupta, and Stephen D. Senturia. The Effect of Release-Etch Holes on the Electromechanical Behavior of MEMS Structures // 1997 International Conference on Solid-state Sensors and Actuators, TRANSDUCERS '97 ,Chicago, June 16-19, 1997.
12. El-Asmar M., Hariri Y., Domingue F., Nerguizian V. Improving the time response of mems switches for rf applications. 1-4244-0038-4 2006, IEEE CCECE/CCGEI, Ottawa, May 2006.
13. Browne J. Switches perform high-frequency signal routing // Microwaves and RE (July).
– 1989. – P. 125-132.
14. Brown E.R. RF-MEMS switches for reconfigurable integrated circuits // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 1998. – 46 (11). – P. 1868-1880.
15. Campbell T. MEMS switch technology approaches the ideal switch // Journal of Applied Microwave and Wireless. – 2001. – 13 (5). – P. 100-107.
16. Pacheco S.P., Katehi L.P.B., Nguyen C.T.-C. Design of low actuation voltage RF MEMS switch // in Proceeding of 2000 IEEE MTT-S, IEEE, Piscataway, NJ, USA. – 2000. – P. 165-168.
17. Park J.Y., Kim G.H., Chung K.W., Bu J.U. Electroplated RF MEMS capacitive switches // in Proceeding of IEEE International Conference on MEMS, MEMS 2000, IEEE, Piscataway, NJ, USA. – 2000. – P. 639-644.
18. Stefanini R., Chatras M., Blondy P. Member, IEEE and G. M. Rebeiz, Fellow, Miniature MEMS Switches for RF Application // Journal of Microelectromechanical Systems. – December 2011. – Vol. 20, No. 6. – P. 1324-1335.
19. Rebeiz G.M., Muldavin J.B. RF MEMS Switches and Switch Circuits // IEEE Microwave Magazine. – 2001. – Vol. 2, No. 4. – P. 59-71.
20. Randy J. Richards, Héctor J. De Los Santos MEMS-for RF/microwave wireless applications: the next wave – Part 2. Microwave journal, March 2001, Horizon House Publications, Inc.
21. Goldsmith C., Lin T-H., Powers B., Wu W-R. and Norvell B. Micromechanical membrane switches for microwave applications, Tech. Digest, IEEE Microwave Theory and Techniques Symp. – 1995. – P. 91-95.
22. Goldsmith C., Ehmke J., Malczewski A., Pillans B., Eshelman S., Yao Z., Brank J., and Eberly M. "Lifetime Characterization Of Capacitive RF MEMS Switches // 2001 IEEE International Microwave Symposium. – May 2001. – Vol. 1. – P. 227-230.

Comments are closed.