CN101369679A - 微电子机械二选一微波开关及其制备方法 - Google Patents

微电子机械二选一微波开关及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101369679A
CN101369679A CNA2008101564519A CN200810156451A CN101369679A CN 101369679 A CN101369679 A CN 101369679A CN A2008101564519 A CNA2008101564519 A CN A2008101564519A CN 200810156451 A CN200810156451 A CN 200810156451A CN 101369679 A CN101369679 A CN 101369679A
Authority
CN
China
Prior art keywords
microstrip line
layer
electrode
silicon nitride
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2008101564519A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101369679B (zh
Inventor
廖小平
杨乐
张志强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
Priority to CN2008101564519A priority Critical patent/CN101369679B/zh
Publication of CN101369679A publication Critical patent/CN101369679A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN101369679B publication Critical patent/CN101369679B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

微电子机械二选一微波开关及其制备方法其结构简单、隔离度高、静态功耗低，且便于集成。以砷化镓为衬底(1)，第一微带线(3)、第二微带线(4)、第一锚区(5)、第一锚区(6)、膜桥(17)、电极(2)采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线(3)、第二微带线(4)和电极(2)上的第一氮化硅介质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9)以及在衬底背面生长的金层(18)；其中，第一微带线(3)、第二微带线(4)分别位于电极(2)的两侧，而第一锚区(5)、第二锚区(6)则分布在开关结构的两侧；膜桥(17)悬空横跨在电极(2)和第一微带线(3)、第二微带线(4)上面，并由第一锚区(5)、第二锚区(6)进行支撑。

Description

微电子机械二选一微波开关及其制备方法
技术领域
本发明提出了基于微电子机械系统(MEMS)技术的二选一微波开关，属于微电子机械系统的技术范围。
背景技术
二选一微波开关广泛应用于T/R组件中的信号路由、相控阵天线中的开关线型移相器和宽带调谐网络中。通常的做法是将PIN二极管和MESFET管等固态器件集成于二选一微波开关网络中来实现二选一微波功能。本发明提出利用射频微机械开关设计一种新的MEMS二选一微波开关，它既具有射频微机械(RFMEMS)开关插入损耗和回波损耗低、隔离度高、能量处理能力大、线性度好、频带宽等优点，同时也便于集成制造，降低成本。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种基于MEMS技术的微电子机械二选一微波开关及其制备方法，使其结构简单、隔离度高、静态功耗低，且便于集成。
技术方案：本发明的微电子机械二选一微波开关通过制作两个结构相同的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，
微机械二选一开关以砷化镓为衬底，第一微带线、第二微带线、第一锚区、第一锚区、膜桥、电极采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线、第二微带线和电极上的第一氮化硅介质层、第二氮化硅介质层、第三氮化硅介质层以及在衬底背面生长的金层；其中，第一微带线、第二微带线分别位于电极的两侧，而第一锚区、第二锚区则分布在开关结构的两侧；膜桥悬空横跨在电极和第一微带线、第二微带线上面，并由第一锚区、第二锚区进行支撑。
该方法具体包括以下步骤：
第一步.准备衬底：选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底；
第二步.光刻微带线传输线及电极：涂光刻胶并光刻刻蚀出第一微带线、第二微带线、电极、第一锚区、第二锚区的形状；
第三步.生成介质保护层：在膜桥的下方，分别在驱动电极和两侧的微带线以及穿越微带线地线的驱动连接线上用PECVD工艺生长1000
Figure A200810156451D0004105647QIETU
厚的第一氮化硅介质层、第二氮化硅介质层、第三氮化硅介质层；
第四步.淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在GaAs衬底上涂覆2μm聚酰亚胺牺牲层并进行光刻；然后光刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连接线穿越微带线底线部分上方的牺牲层；
第五步.溅射Ti/Au/Ti底金层：在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金(11)Ti/Au/Ti＝500/1500/300
Figure A200810156451D0004105658QIETU
；
第六步.光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔：腐蚀孔的尺寸选择为8×8μm或者10×10μm；
第七步.电镀金：在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4μm；
第八步.背面蒸金：在衬底背面蒸发金属Au；
第九步.释放牺牲层：先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的膜桥。
有益效果：与传统的利用PIN二极管和MESFET管来实现的二选一微波相比，这种新型的基于MEMS技术的二选一微波开关具有一下优点：
1、该结构由MEMS开关与微波传输线组成，全部是无源器件，不消耗直流功率；
2、适用于微波频段，能在宽频带保持低的插入损耗，很好的隔离度和线性度；
由于上述两点有点都是传统的二选一微波开关所无法比拟的，所以基于MEMS技术的二选一微波开关具有很好的研究和应用价值。
附图说明
图1是二选一微波开关的原理图；
图2是二选一微波开关的功能示意图；
图3是二选一微波开关的俯视图；
图4是MEMS开关的A—A’面剖视图；
图5是二选一微波开关的工艺流程图；
具体实施方法：
如图1所示微电子机械结构以砷化镓为衬底、通过制作两个结构相同的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，
微机械二选一开关以砷化镓为衬底1，第一微带线3、第二微带线4、第一锚区5、第一锚区6、膜桥17、电极2采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线3、第二微带线4和电极2上的第一氮化硅介质层7、第二氮化硅介质层8、第三氮化硅介质层9以及在衬底背面生长的金层18；其中，第一微带线3、第二微带线4分别位于电极2的两侧，而第一锚区5、第二锚区6则分布在开关结构的两侧；膜桥17悬空横跨在电极2和第一微带线3、第二微带线4上面，并由第一锚区5、第二锚区6进行支撑。
当控制信号Vcontrol为高电平时，与外接高电平Vdd相连的位于左侧的开关下拉，而与外接低电平Vss相连的位于右侧的开关保持断开，开关的电极上的交流信号v2通过膜桥耦合到输出端口，从而实现交流信号的选通；同理，当控制信号Vcontrol为低电平时，与外接高电平Vdd相连的位于右侧的开关下来，与外接低电平Vss相连的位于左侧开关保持断开，下拉开关上的交流信号v1被膜桥耦合出来。该交流信号被选通。
工艺步骤如下：
(1)准备基片；
选用未掺杂的半绝缘砷化镓衬底，必须用浓盐酸和氨水分别清洗。
(2)光刻微带线、膜桥的桥墩、驱动电极和驱动连接线
在砷化镓衬底上，先溅射800/300/2200的AuGeNi/Au层，然后在超声发生器中剥离该金属层，最后生成微带线、膜桥桥墩、驱动电极和驱动连接线结构。
(3)生成介质保护层
在开关膜桥的下方，分别在两侧的微带线和驱动电极上用PECVD工艺生长1000
Figure A200810156451D0005105728QIETU
厚的SiN绝缘层。
(4)淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层
在GaAs衬底上涂覆2μm聚酰亚胺牺牲层并进行光刻。聚酰亚胺牺牲层的厚度决定了开关膜桥和信号线间的间隙，因此与开关驱动电压的大小至为相关。可以通过调节甩胶机的转速和聚酰亚胺溶液的浓度来改变其厚度。然后光刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连接线穿越微带线底线部分上方的牺牲层。
(5)溅射Ti/Au/Ti底金层
在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金Ti/Au/Ti＝500/1500/300
Figure A200810156451D0006105746QIETU
。
(6)光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔。
腐蚀孔的尺寸可以选择为8×8μm或者10×10μm，具体大小可视膜桥的宽度而定。
(7)电镀金
在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4μm。
(8)背面蒸金
在衬底背面蒸发金属Au。在该步工艺中必须注意使得金属均匀，防止过孔中出现金属不连续。
(9)释放牺牲层
先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的第二层金质的膜桥结构。
区分是否为该结构的标准如下：
1、采用了两个完全一样的MEMS开关组成二选一微波开关；
2、通过两个MEMS开关交迭闭合来选取信号；
满足以上两个条件的结构即视为本发明的基于微电子机械技术的二选一微波开关。

Claims (2)

1.一种微电子机械二选一微波开关，其特征在于，通过制作两个结构相同的MEMS膜结构，控制其中一个MEMS膜桥的下拉来完成交流信号的选择，
微机械二选一开关以砷化镓为衬底(1)，第一微带线(3)、第二微带线(4)、第一锚区(5)、第一锚区(6)、膜桥(17)、电极(2)采用金为材料制备在衬底上，此外还包含覆盖在第一微带线(3)、第二微带线(4)和电极(2)上的第一氮化硅介质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9)以及在衬底背面生长的金层(18)；其中，第一微带线(3)、第二微带线(4)分别位于电极(2)的两侧，而第一锚区(5)、第二锚区(6)则分布在开关结构的两侧；膜桥(17)悬空横跨在电极(2)和第一微带线(3)、第二微带线(4)上面，并由第一锚区(5)、第二锚区(6)进行支撑。
2.一种如权利要求1所述的微电子机械二选一微波开关的制备方法，其特征在于该方法具体包括以下步骤：
第一步.准备衬底：选用未掺杂的半绝缘砷化镓作为衬底(1)；
第二步.光刻微带线传输线及电极：涂光刻胶(11)并光刻刻蚀出第一微带线(3)、第二微带线(4)、电极(2)、第一锚区(5)、第二锚区(6)的形状；
第三步.生成介质保护层：在膜桥的下方，分别在驱动电极和两侧的微带线以及穿越微带线地线的驱动连接线上用PECVD工艺生长
Figure A200810156451C0002154028QIETU
厚的第一氮化硅介质层(7)、第二氮化硅介质层(8)、第三氮化硅介质层(9)；
第四步.淀积并光刻聚酰亚胺牺牲层：在GaAs衬底(1)上涂覆2μm聚酰亚胺牺牲层(10)并进行光刻；然后光刻牺牲层，仅仅保留膜桥下方以及驱动连接线穿越微带线底线部分上方的牺牲层；
第五步.溅射Ti/Au/Ti底金层：在聚酰亚胺牺牲层上溅射用于电镀的底金(11)Ti/Au/Ti＝500/1500/
Figure A200810156451C0002154053QIETU
；
第六步.光刻并腐蚀Ti/Au/Ti底金层，形成腐蚀孔：腐蚀孔的尺寸选择为8×8μm或者10×10μm；
第七步.电镀金：在55°氰基溶液中电镀金，电镀金层的厚度为1.4μm；
第八步.背面蒸金：在衬底背面蒸发金属Au；
第九步.释放牺牲层：先用丙酮溶液去除残余的光刻胶，然后用显影液溶解留下的聚酰亚胺牺牲层，并用无水乙醇脱水，形成悬浮的膜桥(17)。
CN2008101564519A 2008-10-10 2008-10-10 微电子机械二选一微波开关及其制备方法 Expired - Fee Related CN101369679B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101564519A CN101369679B (zh) 2008-10-10 2008-10-10 微电子机械二选一微波开关及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2008101564519A CN101369679B (zh) 2008-10-10 2008-10-10 微电子机械二选一微波开关及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101369679A true CN101369679A (zh) 2009-02-18
CN101369679B CN101369679B (zh) 2012-05-23

Family

ID=40413374

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2008101564519A Expired - Fee Related CN101369679B (zh) 2008-10-10 2008-10-10 微电子机械二选一微波开关及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN101369679B (zh)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106298371A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 北京航天微电科技有限公司 一种基于表面半导体工艺的射频微机电开关及其制备方法
CN114551166A (zh) * 2022-02-22 2022-05-27 北京京东方光电科技有限公司 微机电系统开关及其制备方法
CN115084805A (zh) * 2021-03-16 2022-09-20 北京京东方技术开发有限公司 Mems移相器
WO2022246686A1 (zh) * 2021-05-26 2022-12-01 京东方科技集团股份有限公司 移相器及天线
WO2024086984A1 (zh) * 2022-10-24 2024-05-02 京东方科技集团股份有限公司 一种mems器件及电子设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6621387B1 (en) * 2001-02-23 2003-09-16 Analatom Incorporated Micro-electro-mechanical systems switch
CN100403476C (zh) * 2004-09-27 2008-07-16 东南大学 射频微电子机械单刀双掷膜开关及其制造方法
KR100693345B1 (ko) * 2005-11-30 2007-03-09 삼성전자주식회사 Ｍｅｍｓ 스위치
CN101262083A (zh) * 2008-03-26 2008-09-10 中国科学院光电技术研究所 一种应用于低频段的高隔离度宽带rf mems开关电路

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106298371A (zh) * 2016-08-30 2017-01-04 北京航天微电科技有限公司 一种基于表面半导体工艺的射频微机电开关及其制备方法
CN115084805A (zh) * 2021-03-16 2022-09-20 北京京东方技术开发有限公司 Mems移相器
CN115084805B (zh) * 2021-03-16 2023-08-08 北京京东方技术开发有限公司 Mems移相器
WO2022246686A1 (zh) * 2021-05-26 2022-12-01 京东方科技集团股份有限公司 移相器及天线
CN114551166A (zh) * 2022-02-22 2022-05-27 北京京东方光电科技有限公司 微机电系统开关及其制备方法
WO2024086984A1 (zh) * 2022-10-24 2024-05-02 京东方科技集团股份有限公司 一种mems器件及电子设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN101369679B (zh) 2012-05-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101369679B (zh) 微电子机械二选一微波开关及其制备方法
CN100389474C (zh) 射频微电子机械双膜桥并联电容式开关及其制造方法
CN103344831B (zh) 基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器及制法
CN100510758C (zh) 微电子机械微波信号相位检测器及其制备方法
CN100495049C (zh) 微电子机械正交双通道微波相位在线检测器及其制备方法
US6440767B1 (en) Monolithic single pole double throw RF MEMS switch
CN101414701B (zh) 微电子机械悬臂梁式微波功率耦合器及其制备方法
CN100464191C (zh) 微电子机械微波频率检测器及其制备方法
CN203310915U (zh) 基于微机械直接热电式功率传感器的相位检测器
CN101915871A (zh) Mems固支梁式在线微波功率传感器及其制备方法
CN102243268B (zh) 微电子机械定向耦合式微波功率传感器及其制备方法
CN105575734B (zh) 一种射频mems开关及其制造方法
CN102623253A (zh) 一种快速射频微机械开关
CN101224866A (zh) 微开关器件
Park et al. V-band reflection-type phase shifters using micromachined CPW coupler and RF switches
CN103364636B (zh) 基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的相位检测器及制备方法
CN102403561B (zh) 微电子机械悬臂梁开关式微波功率耦合器及其制备方法
CN100403476C (zh) 射频微电子机械单刀双掷膜开关及其制造方法
CN102354789B (zh) 微机械耦合度可重构微波功率耦合器及其制备方法
CN106532265A (zh) 方向性可重构的微电子机械天线及其制备方法
CN103346785B (zh) 基于微机械直接热电式功率传感器的锁相环及其制备方法
CN2729890Y (zh) 射频微电子机械单刀双掷膜开关
CN101127513A (zh) 基于微机械电容式串联开关的可变叉指电容网络及制备方法
CN103281075B (zh) 基于微机械悬臂梁电容式功率传感器的倍频器及制备方法
CN102435837A (zh) 微机械耦合度可重构微波功率在线检测器及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20120523

Termination date: 20141010

EXPY Termination of patent right or utility model