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专利号: 2022114299121
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 基本电气元件
更新日期:2023-12-04
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,包括接地层、衬底、绝缘层、信号线、驱动电极、可移动电极以及锚点;

其中,接地层、衬底以及绝缘层由下向上依次设置;信号线、驱动电极以及锚点均设置于所述绝缘层的上表面上,且结构布置如下:信号线包括沿第一方向对称设置的第一信号线以及第二信号线;

其中,第一方向为信号传输的方向;

驱动电极位于所述第一信号线与第二信号线的中间位置,且三者互不相连;

锚点包括在第二方向上关于所述驱动电极对称设置的第一锚点和第二锚点;其中,该第二方向为在水平方向上与所述第一方向垂直的方向;

可移动电极位于驱动电极的上方,且与驱动电极和信号线之间在竖直方向上存在间隙;

可移动电极包括中心梁以及关于该中心梁的中心点呈奇对称的两个弹簧弯曲结构;定义两个弹簧弯曲结构分别为第一弹簧弯曲结构和第二弹簧弯曲结构;

每个所述弹簧弯曲结构均采用五段式结构,且任意相邻两段之间为垂直连接;每个所述弹簧弯曲结构均对所述中心梁形成半包围结构;

两个弹簧弯曲结构的内侧端分别连接至中心梁的一组相对角部,第一弹簧弯曲结构的外侧端以及第二弹簧弯曲结构的外侧端分别对应连接至第一锚点和第二锚点上;

当驱动电极上施加有驱动电压时,可移动电极向下运动并与第一信号线以及第二信号线同时接触连接,射频MEMS开关导通,射频信号沿所述第一方向传输。

2.根据权利要求1所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,所述可移动电极与驱动电极在竖向上的间距大于可移动电极与信号线在竖向上的间距。

3.根据权利要求1所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,所述中心梁采用镂空结构,即在中心梁上均布有阵列式的网孔。

4.根据权利要求1所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,所述中心梁在沿第一方向上的两个相对边部分别设置一组第一触点;

每组第一触点有多个且各个第一触点均沿所述第二方向依次等间隔排列;

所述第一信号线靠近中心梁的一侧边部设置一组与第一触点相适应的第二触点,第二信号线靠近中心梁的一侧边部也设置一组与第一触点相适应的第二触点;

每组第二触点有多个且各个第二触点均沿所述第二方向依次等间隔排列;

当驱动电极上施加有驱动电压时,第一信号线上的第二触点以及第二信号线上的第二触点分别与中心梁上对应边部的一组第一触点接触连接,射频MEMS开关导通。

5.根据权利要求4所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,每组所述第一触点中,由中间的第一触点向两侧的第一触点方向,宽度逐渐变窄;每组所述第二触点中,由中间的第二触点向两侧的第二触点方向,宽度逐渐变窄。

6.根据权利要求4所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,每组所述第一触点和每组所述第二触点中第一触点和第二触点的数量相等,且在竖向上处于正对位置的第一触点与第二触点的尺寸相等。

7.根据权利要求6所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,每组第一触点中第一触点的数量、每组第二触点中第二触点的数量均为四个。

8.根据权利要求1所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,所述弹簧弯曲结构由五段长方体结构组成;

定义五段长方体结构分别为第一、第二、第三、第四以及第五段长方体;

第一段长方体的一端与锚点相连,第一段长方体的另一端与第二段长方体的一端垂直相连;第二段长方体的另一端与第三段长方体的一端垂直相连;

第三段长方体与第一段长方体平行;

第三段长方体的另一端与第四段长方体的一端垂直相连;第四段长方体与第二段长方体平行,且第四段长方体的另一端与第五段长方体的一端垂直相连;

第五段长方体连接至中心梁上,且与第一段长方体、第三段长方体平行;

由所述第二、第三、第四以及第五段长方体组成的整体对所述中心梁形成半包围结构。

9.根据权利要求1所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关,其特征在于,所述接地层、信号线、驱动电极、可移动电极以及锚点均是由金材料制成的;

所述衬底是由硅材料制成的,绝缘层是由衬底表面氧化生成的二氧化硅材料制成的。

10.如上述权利要求1至9任一项所述的基于X波段的串联接触式射频MEMS开关的制作方法,其特征在于,所述制作方法具体包括如下步骤:步骤1. 对衬底表面进行清洁,去除杂质;

步骤2. 在衬底的下表面形成接地层;

在衬底的下表面先溅射Ti作为粘附层,然后溅射Au作为种子层,最后电镀形成接地层;

步骤3. 在衬底的上表面通过热氧化的方式形成SiO2绝缘层;

步骤4. 制作驱动电极;

在绝缘层的上方先旋涂1um厚的光刻胶,曝光、显影出驱动电极的形状,然后溅射5000A厚的金层作为种子层,再电镀至1um,此时先不释放光刻胶;

步骤5. 在驱动电极上方形成氮化硅层;

采用化学气相沉积的方式在驱动电极上方沉积氮化硅;

步骤6. 释放光刻胶;

使用光刻胶的剥离液进行光刻胶的释放;

步骤7. 制作信号线;

在绝缘层的上方先旋涂3um的光刻胶,曝光、显影出信号线的形状,然后溅射5000A厚的Au层作为种子层,再电镀至2um,使用光刻胶的剥离液释放光刻胶;

步骤8. 可移动电极的制作;

在绝缘层的上方先旋涂3um的光刻胶,曝光、显影出锚点的形状并加热固化作为牺牲层,溅射、电镀金层形成锚点;采用化学机械抛光的工艺使光刻胶的上表面与锚点平齐;

在牺牲层的上方图案化形成可移动电极的制作;

步骤9. 牺牲层的释放;

在氧等离子体中释放牺牲层,则基于X波段的串联接触式射频MEMS开关制作完成。