RF-MEMS-开关教学讲解课件

RFMEMS开关姓名：学号：1RFMEMS开关姓名：1RFMEMS技术是MEMS研究领域的一个分支，它是二十世纪90年代以来MEMS领域的最为重要的研究热点之一。采用RFMEMS技术可以制造出性能更高、可靠性更高、体积更小、价格更低的射频器件，主要包括:开关、变容器、谐振器、滤波器、电感器、天线等。RFMEMS开关是用MEMS技术形成的新型电路元件，与传统的半导体开关器件和RF开关相比具有如下的优点：插入损耗低、隔离度好、控制电路能耗低、工作频带宽、功率容量大等优点，将对现有雷达和通信中RF结构产生重大影响。2RFMEMS技术是MEMS研究领域的一个分悬臂梁接触式RFMEMS串联开关悬臂梁接触式MEMS开关工作原理示意图当悬臂梁接触式RFMEMS开关上下电极间无偏置电压时,可动的悬臂梁未被驱动，信号线常态为断开状态，信号无法从输入端传输到输出端，称之为关态。3悬臂梁接触式RFMEMS串联开关悬臂梁接触式MEMS当上下电极间施加偏置电压时，接触金属与断开的信号线相接触，信号线导通，则信号几乎无衰减地从输出端输出，称之为开态。4当上下电极间施加偏置电压时，接触金属与断开的信号线相接触，信工艺步骤（a）硅片的清洗。为了防止器件电性能受到影响，应首先对硅片表面进行清洗，去除各种无机杂质及有机沾污物，从而提高器件的可靠性、稳定性和成品率。（b）生长钝化层。在高阻硅衬底上，采用热氧化的方法（即干-湿-干方法）生长出1μm厚的SiO2作为钝化层，从而使硅衬底具有良好的电绝缘性。5工艺步骤（a）硅片的清洗。为了防止器件电性能（b）生长钝化层（c）湿法腐蚀SiO2。制备的开关较脆，而且离开工艺间的净化环境，开关很容易因为沾污而失效。为了保证结构的完整性并防止沾污，需为开关添加玻璃盖板。为了使玻璃与硅片很好地键合，需将键合区域的SiO2层去除。本步骤选用HF对键合区域的SiO2进行湿法腐蚀。（d）溅射Cr/Au并进行光刻、腐蚀。首先在SiO2层上溅射一层1μm厚的Cr/Au金属层；再采用正胶光刻出传输线、下驱动电极、焊点和锚点图形；并采用KI，I2和H2O混合的腐蚀液对Au腐蚀30~45s，K2[Fe(CN6)],KOH和H2O混合的腐蚀液对Cr腐蚀30~60s，将腐蚀好的Cr/Au层用去离子水将腐蚀液冲洗干净并烘干；最后采用O2等离子去胶，30min后形成传输线、下驱动电极、焊点和锚点图形。6（c）湿法腐蚀SiO2。制备的开关较脆，（d）溅射Cr/Au（e）旋涂聚酰亚胺牺牲层。采用聚酰亚胺作为牺牲层，旋涂3μm聚酰亚胺后，光刻形成牺性层图形，再分高温和低温两步进行烘焙。（f）光刻并湿法腐蚀牺牲层。采用正胶光刻做出接触金属片的图形，再采用质量分数为0.5%NaOH腐蚀液在牺牲层上腐蚀出接触金属片的嵌槽，时间约0.5min，腐蚀深度1μm。最后去除光刻胶并固化牺牲层材料(加入N2保护气体，对其加热1h，再自然冷却)。7（e）旋涂聚酰亚胺牺牲层。采用聚酰亚胺（f）光刻并湿法腐蚀牺（g）光刻并淀积SiN层。采用正性光刻胶光刻出SiN层的图形，利用PECVD生长SiN作为开关悬臂梁部分的绝缘介质层，厚度为1μm，最后将光刻胶剥离。（h）光刻、溅射Cr/Au。旋涂正性光刻胶并进行光刻，形成Cr/Au悬臂梁的图形，再通过溅射1μm厚的Cr/Au形成金属悬臂梁、上驱动电极、接触金属片的图形。最后将光刻胶剥离。（i）释放牺牲层。采用等离子体释放牺牲层，使用的气体为O2。时间2~4h。释放牺牲层后，悬臂梁悬空，MEMS开关的完整空间结构真正形成。8（g）光刻并淀积SiN层。采用正性光刻（i）释放牺牲层。采用（j）玻璃盖板与硅片阳极键合。将玻璃盖板与硅片上的键合区域对准，然后进行阳极键合。（k）衬底减薄。衬底减薄过程中，首先用一个圆形玻璃盖板与整个硅片键合，将芯片区域完全密封,再湿法腐蚀减薄至200μm。9（j）玻璃盖板与硅片阳极键合。将玻（k）衬底减薄。衬底减薄过悬臂梁接触式MEMS开关的三维模型10悬臂梁接触式MEMS开关的三维模型10加工完成的悬臂梁接触式MEMS串联开关SEM照片11加工完成的悬臂梁接触式MEMS串联开关SEM照片11

砷化镓基毫米波MEMS开关

RFMEMS开关常用的衬底材料是高阻硅，而基于GaAs材料的系统可以做到较高的频段，这是高阻硅片不可企及的优势。为了将RFMEMS器件集成到毫米波单片电路中，提高单片电路的集成度和性能，开发采用GaAs衬底的MEMS工艺势必成为新的研究热点。由于砷化镓高温分解，常规的开关工艺流程在砷化镓上必须采用低温工艺重新开发。12

砷化镓基毫米波MEMS开关

RFMEMS开关常用的衬底材工艺步骤（a）基片准备：采用直径75mm的AsGa片为基片，用浓HCl和氨水分别清洗干净，氮气吹干。（b）下触点形成：光刻出下触点，使用浓磷酸、双氧水、水腐蚀液腐蚀砷化镓，腐蚀后的突起结构作为开关的下触点结构，突起的高度为0.5μm。13工艺步骤（a）基片准备：采用直径75mm的（b）下触点形成（c）制备绝缘层：用PECVD方法在基片上淀积一层0.3μm厚的氮化硅，淀积温度为200℃。（d）溅射传输线种子层：采用物理沉积实现共面波导传输线，先溅射一层0.05μm的金锗镍，再在上面溅射0.2μm的Au。14（c）制备绝缘层：用PECVD方法在基（d）溅射传输线种子层（e）电镀传输线：为了降低开关的插入损耗，开关的共面波导传输线需要具有一定的厚度，为了获得较厚的金属以及一定的稳定性，采用电镀Au的方法实现传输线的加厚。（d）实现薄膜电阻：沉积高阻硅化物薄膜，并图形化形成高方块电阻值、低温度系数的电阻薄膜，开关采用薄膜电阻方法进行微波信号与驱动信号的隔离。15（e）电镀传输线：为了降低开关的（d）实现薄膜电阻：沉积高阻（g）介质层：用PECVD在基片上淀积一层0.2μm厚的氮化硅，淀积温度为200℃，通过光刻和反应离子干法刻蚀，将氮化硅介质层图形化。（h）牺牲层工艺：将聚合物均匀涂敷在GaAs衬底表面后固化，并对聚合物图形化。16（g）介质层：用PECVD在基片上淀（h）牺牲层工艺：将聚合结束语当你尽了自己的最大努力时，失败也是伟大的，所以不要放弃，坚持就是正确的。WhenYouDoYourBest,FailureIsGreat,SoDon'TGiveUp,StickToTheEnd结束语谢谢大家荣幸这一路，与你同行It'SAnHonorToWalkWithYouAllTheWay演讲人：XXXXXX时间：XX年XX月XX日

谢谢大家演讲人：XXXXXXRFMEMS开关姓名：学号：19RFMEMS开关姓名：1RFMEMS技术是MEMS研究领域的一个分支，它是二十世纪90年代以来MEMS领域的最为重要的研究热点之一。采用RFMEMS技术可以制造出性能更高、可靠性更高、体积更小、价格更低的射频器件，主要包括:开关、变容器、谐振器、滤波器、电感器、天线等。RFMEMS开关是用MEMS技术形成的新型电路元件，与传统的半导体开关器件和RF开关相比具有如下的优点：插入损耗低、隔离度好、控制电路能耗低、工作频带宽、功率容量大等优点，将对现有雷达和通信中RF结构产生重大影响。20RFMEMS技术是MEMS研究领域的一个分悬臂梁接触式RFMEMS串联开关悬臂梁接触式MEMS开关工作原理示意图当悬臂梁接触式RFMEMS开关上下电极间无偏置电压时,可动的悬臂梁未被驱动，信号线常态为断开状态，信号无法从输入端传输到输出端，称之为关态。21悬臂梁接触式RFMEMS串联开关悬臂梁接触式MEMS当上下电极间施加偏置电压时，接触金属与断开的信号线相接触，信号线导通，则信号几乎无衰减地从输出端输出，称之为开态。22当上下电极间施加偏置电压时，接触金属与断开的信号线相接触，信工艺步骤（a）硅片的清洗。为了防止器件电性能受到影响，应首先对硅片表面进行清洗，去除各种无机杂质及有机沾污物，从而提高器件的可靠性、稳定性和成品率。（b）生长钝化层。在高阻硅衬底上，采用热氧化的方法（即干-湿-干方法）生长出1μm厚的SiO2作为钝化层，从而使硅衬底具有良好的电绝缘性。23工艺步骤（a）硅片的清洗。为了防止器件电性能（b）生长钝化层（c）湿法腐蚀SiO2。制备的开关较脆，而且离开工艺间的净化环境，开关很容易因为沾污而失效。为了保证结构的完整性并防止沾污，需为开关添加玻璃盖板。为了使玻璃与硅片很好地键合，需将键合区域的SiO2层去除。本步骤选用HF对键合区域的SiO2进行湿法腐蚀。（d）溅射Cr/Au并进行光刻、腐蚀。首先在SiO2层上溅射一层1μm厚的Cr/Au金属层；再采用正胶光刻出传输线、下驱动电极、焊点和锚点图形；并采用KI，I2和H2O混合的腐蚀液对Au腐蚀30~45s，K2[Fe(CN6)],KOH和H2O混合的腐蚀液对Cr腐蚀30~60s，将腐蚀好的Cr/Au层用去离子水将腐蚀液冲洗干净并烘干；最后采用O2等离子去胶，30min后形成传输线、下驱动电极、焊点和锚点图形。24（c）湿法腐蚀SiO2。制备的开关较脆，（d）溅射Cr/Au（e）旋涂聚酰亚胺牺牲层。采用聚酰亚胺作为牺牲层，旋涂3μm聚酰亚胺后，光刻形成牺性层图形，再分高温和低温两步进行烘焙。（f）光刻并湿法腐蚀牺牲层。采用正胶光刻做出接触金属片的图形，再采用质量分数为0.5%NaOH腐蚀液在牺牲层上腐蚀出接触金属片的嵌槽，时间约0.5min，腐蚀深度1μm。最后去除光刻胶并固化牺牲层材料(加入N2保护气体，对其加热1h，再自然冷却)。25（e）旋涂聚酰亚胺牺牲层。采用聚酰亚胺（f）光刻并湿法腐蚀牺（g）光刻并淀积SiN层。采用正性光刻胶光刻出SiN层的图形，利用PECVD生长SiN作为开关悬臂梁部分的绝缘介质层，厚度为1μm，最后将光刻胶剥离。（h）光刻、溅射Cr/Au。旋涂正性光刻胶并进行光刻，形成Cr/Au悬臂梁的图形，再通过溅射1μm厚的Cr/Au形成金属悬臂梁、上驱动电极、接触金属片的图形。最后将光刻胶剥离。（i）释放牺牲层。采用等离子体释放牺牲层，使用的气体为O2。时间2~4h。释放牺牲层后，悬臂梁悬空，MEMS开关的完整空间结构真正形成。26（g）光刻并淀积SiN层。采用正性光刻（i）释放牺牲层。采用（j）玻璃盖板与硅片阳极键合。将玻璃盖板与硅片上的键合区域对准，然后进行阳极键合。（k）衬底减薄。衬底减薄过程中，首先用一个圆形玻璃盖板与整个硅片键合，将芯片区域完全密封,再湿法腐蚀减薄至200μm。27（j）玻璃盖板与硅片阳极键合。将玻（k）衬底减薄。衬底减薄过悬臂梁接触式MEMS开关的三维模型28悬臂梁接触式MEMS开关的三维模型10加工完成的悬臂梁接触式MEMS串联开关SEM照片29加工完成的悬臂梁接触式MEMS串联开关SEM照片11

砷化镓基毫米波MEMS开关

RFMEMS开关常用的衬底材料是高阻硅，而基于GaAs材料的系统可以做到较高的频段，这是高阻硅片不可企及的优势。为了将RFMEMS器件集成到毫米波单片电路中，提高单片电路的集成度和性能，开发采用GaAs衬底的MEMS工艺势必成为新的研究热点。由于砷化镓高温分解，常规的开关工艺流程在砷化镓上必须采用低温工艺重新开发。30

砷化镓基毫米波MEMS开关

RFMEMS开关常用的衬底材工艺步骤（a）基片准备：采用直径75mm的AsGa片为基片，用浓HCl和氨水分别清洗干净，氮气吹干。（b）下触点形成：光刻出下触点，使用浓磷酸、双氧水、水腐蚀液腐蚀砷化镓，腐蚀后的突起结构作为开关的下触点结构，突起的高度为0.5μm。31工艺步骤（a）基片准备：采用直径75mm的（b）下触点形成（c）制备绝缘层：用PECVD方法在基片上淀积一层0.3μm厚的氮化硅，淀积温度为200℃。（d）溅射传输线种子层：采用物理沉积实现共面波导传输线，先溅射一层0.05μm的金锗镍，再在上面溅射0.2μm的Au。32（c）制备绝缘层：用PECVD方法