CN215816325U - 一种接触式rf mems开关和电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种接触式RF MEMS开关和电子设备，包括基底；设于基底上的滑动部件；设于基底内部用于驱动滑动部件移动的驱动部件；用于输出导通或断开信号的传输部件，传输部件包括至少一个接触导通部件；滑动部件于接触导通部件上滑动，并接触导通输出开关信号。本申请的接触式RF MEMS开关包括基底、滑动部件、驱动部件和传输部件，传输部件包括接触导通部件，驱动部件驱动滑动部件在接触导通部件上进行滑动，从而实现接触导通输出开关信号，避免采用机械接触式的通断方式，避免热效应和部件的疲劳损伤对开关寿命造成不良影响，延长使用寿命；并且，通过滑动实现接触导通时，滑动的距离很小，仅几个微米，缩短开关状态的切换时间。

Description

一种接触式RF MEMS开关和电子设备

技术领域

本申请涉及微电子技术领域，特别是涉及一种接触式RF MEMS开关和电子设备。

背景技术

RF MEMS(Radio Frequency Micro-Electro-Mechanical System，射频微机电系统)开关具有高线性度、低损耗、高隔离度等优异特性，在移动通信终端及系统、卫星通信系统、高性能相控阵雷达等领域具有广泛的应用前景。

目前常用的RF MEMS开关为静电驱动接触式RF MEMS开关，利用静电力驱动开关的打开和关闭，从而控制射频电流信号的通断。静电驱动接触式RF MEMS开关的结构示意图如图1所示，输入端9、上触点11、下触点12和悬臂梁10均为导电体，上触点11和下触点12组成输出端。通过控制上极板13、下极板14之间是否施加驱动电压，控制上触点11和下触点12的接触与分离，实现外界射频电流电路的接通和断开。

上触点和下触点容易在反复的碰撞中发生损伤，致使导通电阻增大，进而引起较强的热效应，造成器件失效，同时，悬臂梁在反复的弯曲和复位的过程中会出现疲劳损伤，导致RF MEMS开关的受用寿命较短；接触触点在断开瞬间发生的电弧放电可造成触点材料熔融，引起接触电阻显著增大甚至触点与传导线直接黏连；高能量功率通过开关时会在上下触点间耦合出足够的静电力，使得开关发生自锁吸合；并且，上下触点之间的距离较大，开关的打开和关闭状态的切换用时较长，时间在微秒级。

因此，如何解决上述技术问题应是本领域技术人员重点关注的。

实用新型内容

本申请的目的是提供一种接触式RF MEMS开关和电子设备，以延长开关的使用寿命、缩短开关状态的切换时间。

为解决上述技术问题，本申请提供一种接触式RF MEMS开关，包括：

基底；

设于所述基底上的滑动部件；

设于所述基底内部用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件；

用于输出导通或断开信号的传输部件，所述传输部件包括至少一个接触导通部件；所述滑动部件于所述接触导通部件上滑动，并接触导通输出开关信号。

可选的，所述接触导通部件包括输入端部件和输出端部件，所述滑动部件的长度不小于所述输入端部件和所述输出端部件的距离，所述输入端部件和所述输出端部件位于所述滑动部件的滑动区域内，所述滑动部件滑动至所述输入端部件和所述输出端部件上时，所述输入端部件和所述输出端部件连通并输出“开”信号。

可选的，还包括：

位于所述基底上表面的绝缘层。

可选的，所述绝缘层或所述基底与所述滑动部件超滑接触。

可选的所述滑动部件包括超滑片，所述超滑片为具有单晶二维界面的层状材料。

可选的，所述超滑片的数量为多个，多个所述超滑片之间通过连接件连接。

可选的，所述驱动部件包括至少两个驱动电极，所述驱动电极的上表面不高于所述基底的上表面。

可选的，所述驱动电极包括第一电极、第二电极和接地电极。

可选的，所述驱动电极的上表面与所述基底的上表面齐平。

本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一种所述的接触式RFMEMS开关。

本申请所提供的一种接触式RF MEMS开关，包括基底；设于所述基底上的滑动部件；设于所述基底内部用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件；用于输出导通或断开信号的传输部件，所述传输部件包括至少一个接触导通部件；所述滑动部件于所述接触导通部件上滑动，并接触导通输出开关信号。

可见，本申请中的接触式RF MEMS开关包括基底、滑动部件、驱动部件和传输部件，传输部件包括接触导通部件，驱动部件驱动滑动部件在接触导通部件上进行滑动，从而实现接触导通输出开关信号，避免采用机械接触式的通断方式，避免热效应和部件的疲劳损伤对开关寿命造成不良影响，延长使用寿命；并且，通过滑动实现接触导通时，滑动的距离很小，仅几个微米，缩短开关状态的切换时间。

此外，本申请还提供一种电子设备。

附图说明

为了更清楚的说明本申请实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有的静电驱动接触式RF MEMS开关的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种接触式RF MEMS开关处于关闭状态的结构示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种接触式RF MEMS开关处于打开状态的结构示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种接触式RF MEMS开关的俯视图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

图1中静电驱动接触式RF MEMS开关的工作原理为：当在上极板13、下极板14之间施加驱动电压V时，悬臂梁10在静电力作用下向下弯曲，带动上触点11与下触点12发生闭合，输入端9与输出端导通，这时外界射频电流电路得以接通，射频电流信号从输入端9流入，通过悬臂梁10，经过上触点11、下触点12，然后从输出端流出；当撤销驱动电压V时，悬臂梁10恢复到初始状态，上触点11与下触点12分离，输入端9与输出端断开，外界射频电流电路被切断。

正如背景技术部分所述，图1静电驱动接触式RF MEMS开关上触点11和下触点12在接触和分离的过程中不可避免的会出现摩擦磨损，导致RF MEMS 开关的受用寿命较短；由于上触点11闭合为机械式运动，开关的打开和关闭状态的切换用时较长，并且，整个RFMEMS开关必须要密封，导致RF MEMS 开关的制作成本较高。

有鉴于此，本申请提供了一种接触式RF MEMS开关，请参考图2和图4，图2为本申请实施例所提供的一种接触式RF MEMS开关的结构示意图，图4为本申请实施例所提供的一种接触式RF MEMS开关的俯视图，包括：

基底1；

设于所述基底1上的滑动部件8；

设于所述基底1内部用于驱动所述滑动部件8移动的驱动部件；

用于输出导通或断开信号的传输部件，所述传输部件包括至少一个接触导通部件；所述滑动部件8于所述接触导通部件上滑动，并接触导通输出开关信号。

需要说明的是，本申请中对基底1不做具体限定，可自行设置，可选的，所述基底1为半导体基底，例如硅基底；或者基底1为绝缘基底，例如二氧化硅基底、蓝宝石基底、碳化硅基底等等。

可选的，接触式RF MEMS开关还包括：位于所述基底1上表面的绝缘层5，用于滑动部件8与驱动部件之间的绝缘。所述绝缘层5的厚度在2纳米～50纳米，包括端点值，例如5纳米，10纳米，15纳米，20纳米，25纳米，30纳米，35纳米，40纳米，45纳米等等，以使驱动电极与滑动部件8之间的距离较小，从而使得驱动的电压较小。

绝缘层5的材料包括但不限于二氧化硅、氮化硅、蓝宝石中的任一种。

可选的，所述接触导通部件包括输入端部件6和输出端部件7，所述滑动部件8的长度不小于所述输入端部件6和所述输出端部件7的距离，所述输入端部件6和所述输出端部件7位于所述滑动部件8的滑动区域内，所述滑动部件8 滑动至所述输入端部件6和所述输出端部件7上时，所述输入端部件6和所述输出端部件7连通并输出“开”信号。当滑动部件8不同时与输入端部件6和输出端部件7接触时，开关断开。可选的，接触导通部件包括的部件也可以是一个或更多个。需要指出的是，滑动部件8不限于在输入端部件6和输出端部件7之间滑动，也可以与输入端部件6和输出端部件7中的任一个始终接，另一个滑动接触。

输入端部件6和输出端部件7位于滑动部件8的滑动区域内，滑动部件8长度不小于输入端部件6和输出端部件7的距离的目的是使得滑动部件8在往复滑动过程中能够使得输入端部件6和输出端部件7导通。

作为一种具体实施方式，所述输入端部件6和所述输出端部件7均为金属部件，金属部件的材料包括但不限于铜、铁、银、金、铝、镍中的任一种或者任意组合；但是本申请对此并不做具体限定，在其他实施方式中，输入端部件6和输出端部件7还可以为氧化铟锡等导电部件。

本申请中对驱动部件也不做具体限定，视情况而定。可选的，所述驱动部件包括至少两个驱动电极，所述驱动电极的上表面不高于所述基底1的上表面。

驱动电极的上表面不高于基底1的上表面包括两种情况，一种为驱动电极的上表面低于基底1的上表面，另一种为所述驱动电极的上表面与所述基底1 的上表面齐平。

作为一种具体实施方式，如图2所示，所述驱动部件可以包括第一电极4、第二电极2和接地电极3，第一电极4、第二电极2和接地电极3沿着滑动方向进行分布，接地电极3一般设在第一电极4和第二电极2之间。通过交替在第一电极4和接地电极3之间、第二电极2和接地电极3之间施加驱动电压，驱动滑动部件8的往复滑动，实现开关状态切换。

作为另一种具体实施方式，驱动部件可以包括设置在基底1内的第一电极4、第二电极2，接触式RF MEMS开关还包括设置在基底1外部的驱动电极件，滑动部件8设在第一电极4、第二电极2与驱动电极件之间，

对驱动部件中的电极和/或驱动电极件交替施加电压或接地，使得滑动部件8的两侧形成压差，即滑动部件8能够进行水平滑动。例如，驱动电极件接地，驱动电极件电势为零，第一电极4、第二电极2交替施加电压或接地，使得驱动部件和驱动电极件之间实现不同的电容，利用不同的电容实现滑动部件8的驱动。

优选地，驱动电极件设置在第一电极4和第二电极2的上方，驱动电极件和第一电极4、第二电极2均有正对面积，以提升驱动效率。

作为另一种具体实施方式，驱动部件可以包括设置在基底1内的第一电极 4、第二电极2，接触式RF MEMS开关还包括设置在滑动部件8上表面的充电介质层，充电介质层初始位置正对第一电极4，充电介质层的内部充有一定量的电荷，与第二电极2之间由于在垂直方向无重叠面积，电容接近为零，射频信号可全部通过，无反射损耗；当在第一电极4与第二电极2之间施加驱动电压时，第一电极4带有正电荷，第二电极2带有负电荷，滑动部件8受到电荷吸引力向左滑动至第二电极2的上方，与第二电极2之间构成较大的电容，射频信号完全被反射，传输截止。

本申请中的接触式RF MEMS开关包括基底1、滑动部件8、驱动部件和传输部件，传输部件包括接触导通部件，驱动部件驱动滑动部件8在接触导通部件上进行滑动，从而实现接触导通输出开关信号，避免采用机械接触式的通断方式，避免热效应和部件的疲劳损伤对开关寿命造成不良影响，延长使用寿命；并且，通过滑动实现接触导通时，滑动的距离很小，仅几个微米，缩短开关状态的切换时间。

在上述任一实施例的基础上，在本申请的一个实施例中，所述绝缘层5或所述基底1与所述滑动部件8超滑接触。即，当接触式RF MEMS开关中包括绝缘层5时，绝缘层5和滑动部件8形成超滑接触；当接触式RF MEMS开关中不包括绝缘层5时，滑动部件8与基底1形成超滑接触。

形成超滑接触时，滑动部件8在滑动过程中，几乎没有摩擦力，不会产生磨损，且不存在冲击，仅需极低的驱动电压就可以工作，且能拥有近乎无限寿命，使用次数在五千亿次以上。滑动部件8的质量极小，在10^-14kg量级，且摩擦力极低，使得接触式RF MEMS开关的闭合时间可以达到100ns量级，切换速度极快，可应用于高速场合。

需要指出的是，本申请中对滑动部件8不做具体限定。例如，所述滑动部件8包括超滑片，所述超滑片为具有单晶二维界面的层状材料，此时，绝缘层 5的上表面为原子级平整的表面，或者绝缘层5也为具有单晶二维界面的层状材料。原子级平整的表面指粗糙度小于1nm的表面。

当滑动部件8包括超滑片时，所述滑动部件8可以为HOPG((Highly OrientedPyrolytic Graphite，高定向热解石墨)滑片，或者为单晶石墨超滑片等等，本申请中不做具体限定。

需要说明的是，本申请中对超滑片的数量也不做具体限定。可选的，超滑片的数量可以为一个，或者，所述超滑片的数量为多个，多个所述超滑片之间通过连接件连接。进一步的，本申请中对连接件不做限定，只要能够将多个超滑片连接起来即可。例如，连接件可以为金属连接件、橡胶连接件等等，多个超滑片的下表面需要齐平。

滑动部件8还可以为金属滑片，金属滑片的材料包括但不限于铜、铁、锡、铂、汞、铝、锌、钛、钨、铅、镍中的任一种或者任意组合，金属滑片的下表面为原子级平整的表面，此时，绝缘层5的材料为具有单晶二维界面的材料。

下面对本申请中的接触式RF MEMS开关的工作流程进行阐述。请参考图 3，图3中接触式RF MEMS开关处于打开状态，在第一电极4和接地电极3之间施加驱动电压V，滑动部件8远离第一电极4的一侧边缘感应出电荷，滑动部件 8在电场的作用下向第一电极4方向滑动，由于滑动部件8的长度不小于输入端部件6和输出端部件7的距离，滑动部件8将输入端部件6和输出端部件7导通，开关处于打开状态；图2中接触式RF MEMS开关处于关闭状态，在第二电极2 和接地电极3之间施加驱动电压V，滑动部件8远离第二电极2的一侧边缘感应出电荷，滑动部件8在电场的作用下向第二电极2方向滑动，输入端部件6和输出端部件7之间断开，开关处于关闭状态。

本申请中的接触式RF MEMS开关基底1中嵌有第一电极4、第二电极2和接地电极3，当在第一电极4或者第二电极2施加电压时，滑动部件8在远离施加电压的电极的一侧边缘感应出电荷，滑动部件8在电场的作用下向施加电压的电极方向滑动，由于滑动部件8的长度不小于输入端部件6和输出端部件7的距离，输入端部件和输出端部件位于滑动部件8的滑动区域内，滑动部件8在往复滑动过程中可以使输入端部件6和输出端部件7导通或者断开，从而实现开关的打开或关闭；滑动部件8的下表面和绝缘层5的上表面形成结构超滑状态，所以滑动部件8在往复滑动时几乎没有摩擦力，不会产生磨损，所以可以延长开关的使用寿命，并且，由于几乎没有摩擦力，滑动部件8在往复滑动时滑动时间很短，从而使得开关的打开或关闭的切换速度极快，另外，滑动部件8在滑动时还可以将绝缘层5上表面的污染物清扫去除，使得开关具有自洁净效果，无需进行封装，节约制作成本。

由于本申请中的接触式RF MEMS开关具有自洁净效果，使得接触式RF MEMS开关和集成芯片一起封装在密封要求不高的塑料管壳里成为可能，极大地降低器件成本。另外，滑动部件8受到的静摩擦力在50nN量级，考虑到滑动部件8的质量极小，水平方向上静摩擦力足以对滑动部件8进行约束，而垂直方向上范德华吸附力足以让滑动部件8不发生脱落，因此本申请中的接触式RF MEMS开关的结构十分简洁，容易与集成电路工艺实现一体化集成。

本申请还提供一种电子设备，所述电子设备包括上述实施例所述的接触式RFMEMS开关。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本申请所提供的接触式RF MEMS开关和电子设备进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以对本申请进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本申请权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种接触式RF MEMS开关，其特征在于，包括：

基底；

设于所述基底上的滑动部件；

设于所述基底内部用于驱动所述滑动部件移动的驱动部件；

用于输出导通或断开信号的传输部件，所述传输部件包括至少一个接触导通部件；所述滑动部件于所述接触导通部件上滑动，并接触导通输出开关信号。

2.如权利要求1所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述接触导通部件包括输入端部件和输出端部件，所述滑动部件的长度不小于所述输入端部件和所述输出端部件的距离，所述输入端部件和所述输出端部件位于所述滑动部件的滑动区域内，所述滑动部件滑动至所述输入端部件和所述输出端部件上时，所述输入端部件和所述输出端部件连通并输出“开”信号。

3.如权利要求1所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，还包括：

位于所述基底上表面的绝缘层。

4.如权利要求3所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述绝缘层或所述基底与所述滑动部件超滑接触。

5.如权利要求4所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述滑动部件包括超滑片，所述超滑片为具有单晶二维界面的层状材料。

6.如权利要求5所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述超滑片的数量为多个，多个所述超滑片之间通过连接件连接。

7.如权利要求1至6任一项所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述驱动部件包括至少两个驱动电极，所述驱动电极的上表面不高于所述基底的上表面。

8.如权利要求7所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述驱动电极包括第一电极、第二电极和接地电极。

9.如权利要求7所述的接触式RF MEMS开关，其特征在于，所述驱动电极的上表面与所述基底的上表面齐平。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至9任一项所述的接触式RF MEMS开关。

Images