專利名稱：一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種射頻微機械開關，具體來說，涉及一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關。
背景技術：
現(xiàn)有的射頻開關包括接觸式開關和電容式開關。接觸式開關的一般結構是采用靜電或其它驅動方式控制信號線的接觸或斷開，達到控制開關通斷的效果，其隔離度決定于斷開部分的寄生電容。對于一端斷開的開關來說，隨著頻率的上升，寄生電容迅速增大， 導致開關的隔離度隨之迅速減小，增大其斷開部分的距離可以有效的提高隔離度。電容式開關的一般結構是采用靜電驅動方式控制膜橋的運動，達到改變跨接在信號線和地線之間的電容的大小的效果，來控制信號的通斷。與一般接觸式開關相比，電容式開關在較高頻率時能表現(xiàn)出較高的隔離度，其隔離度決定于膜橋的寄生電阻。但是，由于趨膚效應，隨著頻率的上升，電容式開關中的寄生電阻迅速增大，導致開關的隔離度隨之迅速減小。

發(fā)明內容
技術問題本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，以提高在關態(tài)時的射頻微機械開關的隔離度，降低射頻微機械開關的執(zhí)行電壓。技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明采用的技術方案是
一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，其特征在于，包括襯底、共面波導傳輸線和驅動部件；所述的共面波導傳輸線包括信號線和位于信號線左右兩側的左地線和右地線，信號線分別與左地線和右地線之間留有間隙；信號線包括呈縱向布置的上端口和下端口，以及處于懸空狀態(tài)的菱形細長梁；左地線、右地線、上端口和下端口分別固定連接在襯底上；菱形細長梁的上端部和上端口相對，并且上端部和上端口之間有間隙，菱形細長梁的下端部和下端口相對，并且下端部和下端口之間有間隙，菱形細長梁的左端部和左地線相對，并且左端部和左地線之間有間隙，菱形細長梁的右端部和右地線相對，并且右端部和右地線之間有間隙；所述的驅動部件包括處于懸空狀態(tài)的四組梳齒結構，以及固定連接在襯底上并且位于菱形細長梁內部的中心錨區(qū)和四個側錨區(qū)；四個側錨區(qū)分布在中心錨區(qū)的四周；每組梳齒結構分布在相鄰的兩個側錨區(qū)之間，每組梳齒結構包括設有固定梳齒的第一固定梳齒單元和第二固定梳齒單元、設有移動梳齒的移動梳齒單元、彈性梁；在每組梳齒結構中，第一固定梳齒單元和第二固定梳齒單元分別固定連接在相鄰的兩個側錨區(qū)相對的側壁上，移動梳齒單元固定連接在彈性梁上，并且第一固定梳齒單元的固定梳齒、移動梳齒單元中的移動梳齒、第二固定梳齒單元的固定梳齒順序重復分布；彈性梁的底端固定連接在中心錨區(qū)上，彈性梁的頂端固定連接在菱形細長梁的端部，并且在彈性梁的底端和移動梳齒單元之間設置有彈性結構；移動梳齒單元的移動可以使菱形細長梁上端部和上端口貼合、下端部和下端口貼合、左端部和左地線分離、右端部和右地線分離，或者使菱形細長梁的上端部和上端口分離、下端部和下端口分離、左端部和左地線貼合、右端部和右地線貼
I=I O有益效果與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的技術方案具有以下有益效果
1.射頻微機械開關具有在關態(tài)時隔離度高、執(zhí)行電壓低的優(yōu)點。在關態(tài)時，兩種機制決定了射頻微機械開關的隔離度，一個是斷開的信號線間的寄生電容。寄生電容越大，隔離度越小。在關態(tài)下，寄生電容與菱形細長梁與上端口之間距離，和菱形細長梁與下端口之間的間距之和成反比。本技術方案采用推拉的方式運動，比僅采用推或僅采用拉的方式運動，信號線間距要大一倍。這樣，在關態(tài)下，采用推拉的方式運動，比僅采用推或僅采用拉的方式運動，寄生電容也要小一倍。因此，本技術方案的射頻微機械開關有效的提高了關態(tài)時開關隔離度。另一個決定射頻微機械開關的隔離度的機制是信號線與地線間的電阻大小，電阻越小，隔離度越大。關態(tài)時，菱形細長梁的左端部、右端部分別和左地線、右地線貼合，有效的減小了信號線與地線間的電阻值?，F(xiàn)有射頻微機械開關的關態(tài)都只是用到其中一個隔離機制，而本技術方案則同時用到以上兩個隔離機制，因此其關態(tài)時的隔離度比現(xiàn)有開關要大大提高。同時，利用梳齒結構作為射頻微機械開關的驅動部件，梳齒結構的高深寬比，執(zhí)行電壓較低。2.芯片的面積小。本技術方案中，驅動部件位于菱形細長梁之間，即位于射頻微機械開關的信號線內部。相對與驅動部件設置在信號線外部，本技術方案中的芯片面積較小， 節(jié)約了制作原料。3.減小射頻、微波信號的插入損耗。本技術方案中，當射頻微機械開關處于開態(tài)時，由于菱形細長梁處于懸空，減小了襯底的損耗，從而減小了射頻、微波信號的插入損耗。


圖1是本發(fā)明的俯視圖。圖2是圖1中的A-A剖視圖。圖中有襯底1、信號線2、上端口 21、下端口 22、菱形細長梁23、上端部231、下端部232、左端部233、右端部234、接觸梁235、左地線3、右地線4、中心錨區(qū)5、梳齒結構6、第一固定梳齒單元61、移動梳齒單元62、第三固定梳齒單元63、彈性梁64、回形彈性結構641、 側錨區(qū)7、第一側錨區(qū)71、第二側錨區(qū)72、第三側錨區(qū)73、第四側錨區(qū)74。
具體實施例方式下面結合附圖，對本發(fā)明的技術方案進行具體的說明。如圖1和圖2所示，一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，包括襯底 1、共面波導傳輸線和驅動部件。共面波導傳輸線用于傳輸射頻、微波信號。共面波導傳輸線包括信號線2、左地線3和右地線4。左地線3和右地線4位于信號線2左右兩側，并且信號線2分別與左地線3和右地線4之間留有間隙。信號線2包括呈縱向布置的上端口 21 和下端口 22，以及菱形細長梁23。左地線3、右地線4、上端口 21和下端口 22分別固定連接在襯底1上。上端口 21位于下端口 22的上方，并且上端口 21和下端口 22之間有空隙。 上端口 21和下端口 22用于信號線2中的信號輸出和輸入。如果上端口 21是信號輸入端， 那么下端口 22就是信號輸出端。如果上端口 21是信號輸出端，那么下端口 22就是信號輸入端。菱形細長梁23處于懸空狀態(tài)，即菱形細長梁23不與襯底1接觸。菱形細長梁23的上端部231和上端口 21相對，并且上端部231和上端口 21之間有間隙。菱形細長梁23的下端部232和下端口 22相對，并且下端部232和下端口 22之間有間隙。菱形細長梁23的左端部233和左地線3相對，并且左端部233和左地線3之間有間隙。菱形細長梁23的右端部234和右地線4相對，并且右端部234和右地線4之間有間隙。在射頻微機械開關處于關態(tài)下，菱形細長梁23的上端部231和上端口 21之間有間隙，菱形細長梁23的下端部 232和下端口 22之間有間隙，同時菱形細長梁23的左端部233和左地線3之間貼合，菱形細長梁23的右端部234和右地線4之間貼合。在射頻微機械開關處于開態(tài)下，菱形細長梁 23的上端部231和上端口 21貼合，菱形細長梁23的下端部232和下端口 22貼合，同時菱形細長梁23的左端部233和左地線3之間有間隙，菱形細長梁23的右端部234和右地線 4之間有間隙。菱形細長梁23呈菱形，所以其移動是相對的，即當上端部231和下端部232 向外延伸時，左端部233和右端部234向內收縮；當左端部233和右端部234向外延伸時， 上端部231和下端部232向內收縮。驅動部件包括中心錨區(qū)5、四個側錨區(qū)7和處于懸空狀態(tài)的四組梳齒結構6。中心錨區(qū)5和四個側錨區(qū)7位于菱形細長梁23內部，并且固定連接襯底1上。四個側錨區(qū)7分布在中心錨區(qū)5的四周，形成第一側錨區(qū)71、第二側錨區(qū)72、 第三側錨區(qū)73和第四側錨區(qū)74。相鄰的兩個側錨區(qū)7之間分布一組梳齒結構6。每組梳齒結構6包括第一固定梳齒單元61、第二固定梳齒單元63、移動梳齒單元62和彈性梁64。 第一固定梳齒單元61和第二固定梳齒單元63均設有固定梳齒。移動梳齒單元62設有移動梳齒。在每組梳齒結構6中，第一固定梳齒單元61和第二固定梳齒單元63分別固定連接在相鄰的兩個側錨區(qū)7相對的側壁上。因為有四個側錨區(qū)7，所以有四組梳齒結構6。移動梳齒單元62固定連接在彈性梁64上，并且第一固定梳齒單元61的固定梳齒、移動梳齒單元62中的移動梳齒、第二固定梳齒單元63的固定梳齒順序重復分布。這樣，在同一組梳齒結構6中，由于第一固定梳齒單元61的固定梳齒和第二固定梳齒單元63的固定梳齒分布在移動梳齒單元62中的移動梳齒的兩側，所以它們對移動梳齒單元62中的移動梳齒施加的作用力的方向是相反的。彈性梁64的底端固定連接在中心錨區(qū)5上，彈性梁64的頂端固定連接在菱形細長梁23的端部。在彈性梁64的底端和移動梳齒單元62之間設置有彈性結構641。該彈性結構641的形式可以有多樣，圖1中的彈性結構641是在彈性梁64 上設置兩個彈性回形結構，當然也可以在彈性梁64上設置一個或兩個以上的彈性回形結構。無論彈性回形結構的數(shù)量是多少，它們都位于彈性梁64的底端和移動梳齒單元62之間。因為設置有該彈性結構641，所以彈性梁64具有一定彈性，即有一定的伸縮量。因為菱形細長梁23固定連接在彈性梁64上，所以利用彈性梁64的移動，可以帶動菱形細長梁23 的移動。因為彈性梁64上設置有移動梳齒單元62，所以彈性梁64可以隨移動梳齒單元62 的移動而移動。移動梳齒單元62的移動可以使菱形細長梁23產生兩種形變效果，一種是菱形細長梁23的上端部231和上端口 21貼合、下端部232和下端口 22貼合、左端部233 和左地線3分離、右端部234和右地線4分離；另一種是使菱形細長梁23的上端部231和上端口 21分離、下端部232和下端口 22分離、左端部233和左地線3貼合、右端部234和右地線4貼合。射頻微機械開關處于關態(tài)下，細長梁23的上端部231和上端口 21之間有間隙，下端部232和下端口 22之間有間隙，同時菱形細長梁23的左端部233和左地線3之間貼合，右端部234和右地線4之間貼合。射頻微機械開關處于開態(tài)下，細長梁23的上端部231和上端口 21貼合，下端部232和下端口 22貼合，同時菱形細長梁23的左端部233 和左地線3之間有間隙，右端部234和右地線4之間有間隙。上述結構的帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關的制作過程是首先刻蝕出硅片背面的中心錨區(qū)5和側錨區(qū)7，并將硅片背面與襯底1進行陽極鍵合，然后在鍵合片的硅片正面刻蝕出共面波導的形狀，接著濺射金屬層并刻蝕，得到共面波導結構的信號線2、左地線3、右地線4、菱形細長梁23，最后用深硅刻蝕的方法刻出梳齒結構6。上述結構的射頻微機械開關的工作原理是通過改變梳齒結構6中的固定梳齒單元61和移動梳齒單元62之間的間隙大小，可以控制移動梳齒單元62的運動方向。因為菱形細長梁23和移動梳齒單元62固定連接，所以菱形細長梁23可以隨移動梳齒單元62的運動而移動，最終得到雙向推拉的效果。具體的工作過程是將射頻、微波信號連接到共面波導的上端口 21和下端口 22，信號線2默認為直流零電位，因此將直流偏置電壓的電位加載到中心錨區(qū)5和兩個相對的側錨區(qū)7上，例如第一側錨區(qū)71和第三側錨區(qū)73，或者第二側錨區(qū)72和第四側錨區(qū)74。在圖1所示的結構中，當中心錨區(qū)5、第一側錨區(qū)71和第三側錨區(qū)73上加偏置電壓，第二側錨區(qū)72和第四側錨區(qū)74不加偏執(zhí)電壓時，中心錨區(qū)5、第一側錨區(qū)71和第三側錨區(qū)73上的高電位和菱形細長梁23通過梳齒結構6產生靜電力。具體來說，位于第一側錨區(qū)71和第二側錨區(qū)72之間的梳齒結構6中的移動梳齒向上移動，位于第三側錨區(qū)73和第四側錨區(qū)74之間的梳齒結構6中的移動梳齒向下移動，位于第二側錨區(qū)72和第三側錨區(qū)73之間的梳齒結構6中的移動梳齒向左移動，位于第四側錨區(qū)74和第一側錨區(qū)71之間的梳齒結構6中的移動梳齒向右移動，也就是說，菱形細長梁23的上端部231和下端部232向外側延伸，菱形細長梁23的上端部231可以和上端口 21貼合，下端部232可以和下端口 22貼合；而菱形細長梁23的左端部233和右端部234向內側收縮。 這四組靜電力在縱向實現(xiàn)推的功能，在橫向實現(xiàn)拉的功能，使菱形細長梁23中上端部231 和上端口 21貼合，下端部232和下端口 22貼合，同時左端部233和左地線3分離，右端部 234和右地線分離，使射頻、微波信號得以傳輸。當中心錨區(qū)5、第二側錨區(qū)72和第四側錨區(qū)74上加偏置電壓，第一側錨區(qū)71和第三側錨區(qū)73不加偏執(zhí)電壓時，中心錨區(qū)5、第二側錨區(qū)72和第四側錨區(qū)74上的高電位和菱形細長梁23通過梳齒結構6產生靜電力。具體來說，位于第一側錨區(qū)71和第二側錨區(qū)72之間的梳齒結構6中的移動梳齒向下移動，位于第三側錨區(qū)73和第四側錨區(qū)74之間的梳齒結構6中的移動梳齒向上移動，位于第二側錨區(qū)72和第三側錨區(qū)73之間的梳齒結構6中的移動梳齒向右移動，位于第四側錨區(qū)74和第一側錨區(qū)71之間的梳齒結構6中的移動梳齒向左移動，也就是說，菱形細長梁23的上端部 231和下端部232向內收縮，使菱形細長梁23的上端部231和上端口 21分離，下端部232 和下端口 22分離；而菱形細長梁23的左端部233和右端部234向外側延伸。這四組靜電力在橫向實現(xiàn)推的功能，在縱向實現(xiàn)拉的功能，使菱形細長梁23中上端部231和上端口 21 分離，下端部232和下端口 22分離，同時左端部233和左地線3貼合，右端部234和右地線貼合，阻斷了射頻、微波信號的傳輸。上述結構的射頻微機械開關具有在關態(tài)時隔離度高、執(zhí)行電壓低的優(yōu)點。在關態(tài)時，兩種機制決定了射頻微機械開關的隔離度，一個是斷開的信號線間的寄生電容。寄生電容越大，隔離度越小。在關態(tài)下，寄生電容與菱形細長梁23與上端口 21之間距離，和菱形細長梁23與下端口 22之間的間距之和成反比。本技術方案采用推拉的方式運動，比僅采用推或僅采用拉的方式運動，信號線間距要大一倍。這樣，在關態(tài)下，采用推拉的方式運動，比僅采用推或僅采用拉的方式運動，寄生電容也要小一倍。因此，本技術方案的射頻微機械開關有效的提高了關態(tài)時開關隔離度。另一個決定射頻微機械開關的隔離度的機制是信號線與地線間的電阻大小，電阻越小，隔離度越大。關態(tài)時，菱形細長梁23的左端部233、 右端部234分別和左地線3、右地線4貼合，有效的減小了信號線與地線間的電阻值?，F(xiàn)有射頻微機械開關的關態(tài)都只是用到其中一個隔離機制，而本技術方案則同時用到以上兩個隔離機制，因此其關態(tài)時的隔離度比現(xiàn)有開關要大大提高。同時，利用梳齒結構6作為射頻微機械開關的驅動部件，梳齒結構6的高深寬比，執(zhí)行電壓較低。另外，驅動部件位于菱形細長梁23之間，即位于射頻微機械開關的信號線2內部，減小了芯片的面積。當射頻微機械開關處于開態(tài)時，由于菱形細長梁23處于懸空，減小了襯底1的損耗，從而減小了射頻、 微波信號的插入損耗。進一步，所述的菱形細長梁23的上端部231的頂面、下端部232的底面、左端部 233的左面、右端部234的右面分別設置有接觸梁235。為了使得菱形細長梁23的上端部 231和上端口 21能夠很好的貼合或者分離，在上端部231的頂面設置接觸梁235。同樣，在下端部232的底面設置接觸梁235，使得下端部232和下端口 22能夠很好的貼合或者分離， 在左端部233的左面設置接觸梁235，使得左端部233和左地線3能夠很好的貼合或者分離，在右端部234的右面設置接觸梁235，使得右端部234和右地線4能夠很好的貼合或者分離。進一步，在所述的每組梳齒結構6中，第一固定梳齒單元61、第二固定梳齒單元63 和移動梳齒單元62具有相同數(shù)量的梳齒。這樣，有利于排布梳齒。
權利要求
1.一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，其特征在于，包括襯底(1)、共面波導傳輸線和驅動部件；所述的共面波導傳輸線包括信號線(2)和位于信號線(2)左右兩側的左地線(3)和右地線(4)，信號線(2)分別與左地線(3)和右地線(4)之間留有間隙；信號線(2)包括呈縱向布置的上端口(21)和下端口(22)，以及處于懸空狀態(tài)的菱形細長梁(23);左地線(3)、右地線(4)、上端口(21)和下端口(22)分別固定連接在襯底(1)上；菱形細長梁(23)的上端部 (231)和上端口(21)相對，并且上端部(231)和上端口(21)之間有間隙，菱形細長梁(23) 的下端部(232)和下端口(22)相對，并且下端部(232)和下端口(22)之間有間隙，菱形細長梁(23 )的左端部(233 )和左地線(3 )相對，并且左端部(233 )和左地線(3 )之間有間隙， 菱形細長梁(23)的右端部(234)和右地線(4)相對，并且右端部(234)和右地線(4)之間有間隙；所述的驅動部件包括處于懸空狀態(tài)的四組梳齒結構(6)，以及固定連接在襯底(1)上并且位于菱形細長梁(23)內部的中心錨區(qū)(5)和四個側錨區(qū)(7);四個側錨區(qū)(7)分布在中心錨區(qū)(5)的四周；每組梳齒結構(6)分布在相鄰的兩個側錨區(qū)(7)之間，每組梳齒結構(6) 包括設有固定梳齒的第一固定梳齒單元(61)和第二固定梳齒單元(63)、設有移動梳齒的移動梳齒單元(62)、彈性梁(64);在每組梳齒結構(6)中，第一固定梳齒單元(61)和第二固定梳齒單元(63)分別固定連接在相鄰的兩個側錨區(qū)(7)相對的側壁上，移動梳齒單元(62) 固定連接在彈性梁(64)上，并且第一固定梳齒單元(61)的固定梳齒、移動梳齒單元(62)中的移動梳齒、第二固定梳齒單元(63)的固定梳齒順序重復分布；彈性梁(64)的底端固定連接在中心錨區(qū)(5)上，彈性梁(64)的頂端固定連接在菱形細長梁(23)的端部，并且在彈性梁(64)的底端和移動梳齒單元(62)之間設置有彈性結構(641)；移動梳齒單元(62)的移動可以使菱形細長梁(23)上端部(231)和上端口(21)貼合、下端部(232)和下端口(22) 貼合、左端部(233)和左地線(3)分離、右端部(234)和右地線(4)分離，或者使菱形細長梁 (23)的上端部(231)和上端口(21)分離、下端部(232)和下端口(22)分離、左端部(233) 和左地線(3)貼合、右端部(234)和右地線(4)貼合。
2.按照權利要求1所述的帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，其特征在于，所述的菱形細長梁(23)的上端部(231)的頂面、下端部(232)的底面、左端部(233)的左面、右端部(234 )的右面分別設置有接觸梁(235 )。
3.按照權利要求1所述的帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，其特征在于，在所述的每組梳齒結構(6)中，第一固定梳齒單元(61)、第二固定梳齒單元(63)和移動梳齒單元(62)具有相同數(shù)量的梳齒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種帶有可雙向推拉的梳齒單元的射頻微機械開關，包括襯底、共面波導傳輸線和驅動部件；共面波導傳輸線包括信號線、左地線和右地線，信號線包括上端口、下端口和菱形細長梁；驅動部件包括四組梳齒結構、中心錨區(qū)和側錨區(qū)；在每組梳齒結構中，第一固定梳齒單元的固定梳齒、移動梳齒單元中的移動梳齒、第二固定梳齒單元的固定梳齒順序重復分布；移動梳齒單元的移動可以使菱形細長梁上端部和上端口貼合、下端部和下端口貼合、左端部和左地線分離、右端部和右地線分離，或者使菱形細長梁的上端部和上端口分離、下端部和下端口分離、左端部和左地線貼合、右端部和右地線貼合。該結構的射頻微機械開關可以提高隔離度，降低執(zhí)行電壓。
文檔編號H01H59/00GK102324344SQ20111013990
公開日2012年1月18日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權日2011年5月27日
發(fā)明者宋競, 王立峰, 韓磊, 黃慶安 申請人:東南大學