微機(jī)電系統(tǒng)因其巨大的能力和良好的品質(zhì)而經(jīng)常用于T/R模塊，特別是用于空間模塊化應(yīng)用。將MEMS技術(shù)用于射頻應(yīng)用可以制成高性能和低成本的集成元件，如可變電容器、電感器和開(kāi)關(guān)。

因此，RF MEMS技術(shù)提供了先進(jìn)的解決方案射頻信號(hào)切換設(shè)備。該技術(shù)允許大幅減少設(shè)備尺寸和連接數(shù)量，以在0到50 GHz的大帶寬信號(hào)下運(yùn)行，并具有一致的性能。事實(shí)上，MEMS器件由于其極小的尺寸、開(kāi)路狀態(tài)下的高隔離度、短路狀態(tài)下的低插入損耗和高線性質(zhì)而被認(rèn)為是一種很有前景的技術(shù)。此外，將MEMS器件與傳輸線單片集成在具有高介電常數(shù)的襯底上，例如陶瓷基板陶瓷襯底氧化鋁、氮化鋁、LTCC等，可以制造復(fù)雜的器件例如移相器、功率分配器、可調(diào)諧濾波器、耦合器等。

射頻MEMS制造只需要表面微加工技術(shù)，Optel技術(shù)獨(dú)立于所使用的陶瓷基板，因?yàn)樗恍枰∧VD金屬沉積、CVD鈍化和電鍍金。

Optel技術(shù)能夠在不同的基板上制造可靠的射頻MEMS器件：

1、Si(用于消費(fèi)電子和CMOS技術(shù)的集成)

2、GaAs(用于半導(dǎo)體技術(shù)和高頻應(yīng)用中的集成)

3、GaN/Si(用于單片集成有源大功率、高速放大電子器件，例如GaN-HEMT)

此外，除了半導(dǎo)體陶瓷基板之外，RF MEMS器件已在陶瓷如氧化鋁和LTCC拋光基板上單片制造。使用陶瓷基板的主要優(yōu)點(diǎn)是良好的熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的硬度和耐磨性、良好的耐腐蝕性、優(yōu)異的介電性能和可接受的導(dǎo)熱性。

在制造過(guò)程的穩(wěn)定性是由于Optel技術(shù)在靜電和電磁水平上對(duì)半導(dǎo)體上MEMS器件進(jìn)行了許多改進(jìn)。雖然，陶瓷基板不受電離輻射的影響，因此避免了空間應(yīng)用中產(chǎn)生電荷的許多問(wèn)題。最后，電荷俘獲現(xiàn)象是半導(dǎo)體上RF MEMS器件失效的最重要原因之一，也可以完全避免，因?yàn)楦吒綦x基板上不需要電介質(zhì)。事實(shí)上，去除梁下方的電介質(zhì)，以及引入固定在基板上或集成到梁中的凹坑以停止橋驅(qū)動(dòng)，

此外，Optel技術(shù)是一種低成本技術(shù)，相對(duì)于成熟的硅上射頻MEMS制造而言。事實(shí)上，半導(dǎo)體基板比陶瓷基板更昂貴，提出的技術(shù)是一種用于微電子無(wú)源器件的工藝。這可以在沒(méi)有源IC的過(guò)程(例如摻雜、離子注入和氧化物生長(zhǎng))的情況下完成。

在RF MEMS器件的標(biāo)準(zhǔn)提議工藝中，有4個(gè)金屬化層：一個(gè)電阻層、一個(gè)導(dǎo)電層和2個(gè)電流厚度層。它們由2個(gè)鈍化層隔開(kāi)，其中通孔打開(kāi)以提供與底層的互連。犧牲層是光致抗蝕劑，其上的膜由電流生長(zhǎng)限定。

作為第一步，沉積600nm厚的氮化硅作為絕緣層，沉積并定義高電阻金屬以創(chuàng)建驅(qū)動(dòng)焊盤(pán)和偏置線。接下來(lái)，沉積新的氮化硅層以提供驅(qū)動(dòng)電極所需要的高隔離度，然后在氮化硅層內(nèi)定義和蝕刻接觸直流通路。沉積并定義多層金屬地下通道以及在電橋下方創(chuàng)建射頻線，并由第二鈍化層覆蓋，該鈍化層為射頻線提供絕緣層。然后，在氮化硅內(nèi)打開(kāi)射頻通孔。接下來(lái)，沉積并定義金屬層以提供低電阻電接觸。定義懸梁所需的犧牲層由3微米?厚的光刻膠，在電鍍金之前沉積多金屬層以獲得電連續(xù)性層。然后，生長(zhǎng)1?微米厚的金屬層來(lái)定義膜，并生長(zhǎng)2?微米厚的金屬層來(lái)定義RF線。最后，通過(guò)等離子蝕刻工藝去除犧牲層(圖1和圖2)。

對(duì)于陶瓷基板上的制造工藝，鈍化層可以減少到只需要在DC和RF線路之間進(jìn)行隔離的小區(qū)域，并且可以在橋下完全去除。

關(guān)鍵步驟是膜定義和犧牲層去除，特別是減少對(duì)膜的離子轟擊是一個(gè)眾所周知的問(wèn)題，它可能導(dǎo)致干法蝕刻工藝后的膜受到應(yīng)力和變形。事實(shí)上，犧牲層蝕刻需要高度受限的等離子體，以盡量減少對(duì)金屬懸浮結(jié)構(gòu)的損壞。所以，適當(dāng)改變工藝條件，效果一直不錯(cuò)。梁的特點(diǎn)是應(yīng)力非常低、平整度高，并且在等離子體蝕刻過(guò)程中不會(huì)因減少熱和離子碰撞而造成損壞。此外，半導(dǎo)體和塊狀或多層陶瓷的機(jī)械行為均未發(fā)生變化(圖3)。

最后在表4，顯示了三種RF MEMS開(kāi)關(guān)的性能比較，但所呈現(xiàn)的性能并不具有密切的可比性，因?yàn)樗鼈兩婕伴_(kāi)發(fā)研究原型。無(wú)論如何，關(guān)于Optel開(kāi)關(guān)，懸臂拓?fù)湟扬@示出DC和RF性能之間的最佳平衡。通常，歐姆接觸MEMS開(kāi)關(guān)的主要缺點(diǎn)是，由于電橋和傳輸線之間的非零接觸電阻，它們相對(duì)于電容開(kāi)關(guān)顯示出更高的損耗，并且由于陶瓷基板的固有粗糙度而進(jìn)一步增加了接觸電阻。此外，接觸區(qū)域容易產(chǎn)生高電流密度和可能的材料轉(zhuǎn)移，從而導(dǎo)致過(guò)早失效。但另一方面相對(duì)于雙錨式開(kāi)關(guān)(固定-固定串聯(lián)和分流)，懸臂式開(kāi)關(guān)可縮短驅(qū)動(dòng)時(shí)間并降低吸合電壓。為了獲得緊湊的低損耗歐姆接觸懸臂MEMS開(kāi)關(guān)，已經(jīng)對(duì)這些方面進(jìn)行了準(zhǔn)確的分析和優(yōu)化。

因此，所設(shè)計(jì)的懸臂開(kāi)關(guān)已成為可重構(gòu)射頻MEMS器件的構(gòu)建塊。在Optel的活動(dòng)旨在設(shè)計(jì)用于高頻通信的T/R模塊中的設(shè)備，例如步進(jìn)延遲模塊、移相器和功率分配器。這種器件需要低插入損耗、高可重構(gòu)性和小尺寸。RF MEMS器件代表了一種極具吸引力的替代方案，可滿足這一要求。因?yàn)榕c傳統(tǒng)MMIC相比，RF MEMS器件保證了低損耗、低功耗和出色的線性度。此外，高頻通信需要具有電子波束控制的發(fā)射和接收天線系統(tǒng)，RF MEMS可用于移相器，以控制天線陣列的各個(gè)輻射元件的相位。

審核編輯：湯梓紅