Transcript RF MEMS的新进展-赵正平

RF MEMS的新进展
赵正平
中国电子科技集团公司
2010年7月
RF MEMS走向成熟
上世纪90年代中期RF MEMS诞生
 低损耗;0.1-0.2dB,低开态电阻：0.1-0.2欧，
低关断电容：2-16fF,高隔离低功耗
 高线性：优于20-50dB
 高Q值：50-400，2-100GHz
 大的RF电压摆幅：30-50Vrms
 高的功率承载能力：1-10W

一 RF MEMS 开关
二 MEMS 可调谐电容
三 微机械谐振器
四 FBAR
五 RF MEMS 应用，微系统
DC-40GHz单晶硅RF MEMS开关
Adam Fraehling,etal,IMS 2009.p1633

单晶硅无缺陷,易重复,适合量产.插损0.3db,
隔离30db,开关键时间4us.
快速RF MEMS 开关设计移相器
Benjamin Lacroix,etal,EMC 2008,p1505
减小开关面积:40um*40um,25v趋动,开关时间
1us. 20GHz,90,180度移相器:插损0.8db,1.8db,
回波损耗-13db,-11db.

亚微秒RF MEMS 开关电容
Balaji Lakshminaravanan,etal,2007MTTS,



小开关电容,单金属臂,双偏压,30V趋动,5V维持,小电流.
电容比5.2,20GHz-70GHz,开关时间0.8us.
10GHz,1W热开关,10亿次.
钨钛 RF MEMS 开关
S.Klein,etal,Transducers 2009.p1409.
钨钛合金臂,适应高温400度工艺.高开态,低插损,金属间
电容偶合.20-36GHz,插损0.6db,隔离15db.

低应力低驱动电压RF MEMS 开关
King Yuk Chan.etal,2009,

CWP技术使尺寸小形化,结构:一
中心梁,四边弹簧,两锚点.梁上有凹槽
加强.弹簧波纹状,弹性常数小于梁.
DC-40GHz,插损0.4-0.7db,隔离30db
钼薄膜RF MEMS开关
C.Goldsmith,et al.,IMS 2009

150度C,动作电压随温度变化
率小于0.03V/C,开关试验大于
200亿次
肖特基势垒RFMEMS开关
Brandon Pillans,at al.,Jon.MEMS.2008

正偏电压时，开关复合缺陷电荷，延长
开关寿命，100亿次未失效
GaAs RF MEMS-MMIC
R.Malmqvist,et al.,2009 EuMA
标准GaAsMMIC工艺中集成RFMEMS,
 DC-30GHz,插损0.2-0.4dB
 35GHz,1bit移相器，15.9GHz19.2GHzLNA,DC-27GHzDPDT

三步高Q可变MEMS电容
Nino Zahirovic,et al.,2009 EuMA

动作电压小于12V,调谐频率达10GHz,自
谐振频率达24GHz,电容比3：1
圆盘式可变MEMS电容
Isak Reines.et al.,2009 IMS
电容变化11.22-17.49pF,0.1-2GHz,Q:50,
 低串联电感，可组成可变电容阵列

折叠梁可变MEMS电容
T.Nagona,et al.,2008IEEE

ALN压电薄膜，工作电压+/-3V，最大电
容1.5pF,八级步长，每步0.13-0.16pF,Q值

40
RF MEMS 可调谐电容 电感
调谐范围220%,Q 115,1GHz
 轮形抗振,10g,电容变化1%
 0-4v,6GHz-3.5GHz

用于振荡器的微机械谐振器
折叠梁梳齿
端固定伸缩梁
边自由点支撑
方形体声
酒杯/盘式体声
环/方ALN
FBAR
水平摸式压电MEMS谐振器
B.P.Harrington,et al,.2009Transducers.
减少支撑系链中声能的损耗，提高Q值
 115MHz,真空下Q值达18000

硅外延封装体摸式MEMS谐振器
Kuan-Lin Chen,et al.,2009 IEEE
和CMOS集成相兼容的硅外延真空封装
工艺，谐振频率207MHz，Q值6400，
 f*Q乘积达1.2*10E12

多晶硅环型MEMS谐振器
M.Ziaei-Moayyea,et al,.2009Transducers.

2.5um厚多晶硅，五次谐振频率1.95GHz,
 室温空气下Q值达8000
多晶硅棒型MEMS谐振器
Dana Weinstein,et al,.2009Transducers.

优化介质层厚度和位置，高次谐振
6.2GHz,Q值4277，4.7GHz,f*Q乘积达
3.1*10E13
基于MEMS谐振器1.8GHz频踪
Frederic Nabki,etal.JSSC.2009

CC梁,CMOS工艺,9MHz,8.4%,
 2v,12MHz, -122dBc/Hz,
600kHz,-137dBc
/Hz,3MHz
GaN/Si FBAR
A.Muller,et al,.2009IEEE

高阻硅衬底，缓冲层，0.54umGaN薄膜，
谐振频率6.3GHz
ALN FBAR X波段滤波器
Motoaki Hara,etal.IUSP.2007


用牺牲层制备空气间隙,用膜应力形成圆顶形.Keff:6.4%
Q 246,滤波器:9.07GHz,频带3.1%,插损-1.7dB,边带-21dB
K波段FBAR滤波器
Tsyoshi Yokoyama,etal.,IUSP 2008

Keff 6.25%,Ru电极30nm,
 ALN 120nm,Q 189,19.8GHz,
 插损-4.1dB,频带2.0%
在CMOS衬底上集成FBAR
Humberto Campanella.etal. EDL 2009
可调谐MEMS
Gabriel M. Rebeiz,et al,.2009 Microw.Maz.
RF MEMS 可调谐带通滤波器：
 宽而接近连续的频率复盖，高Q值，低损
耗，好的频率响应。

806-950MHz,850-1750MHz,
1.5-2.55GHz,1.6-2.4GHz.
4.0-6.0GHz,6.5-10GHz(40)
6.5-10.0GHz(20),12-15GHz
12-18GHz,18-21.5GHz,
3D:15.7GHz,1-1.3%,4.1-5.6GHz,Q300
RF MEMS雷达应用
Koen Van Caekenberghe,2009 Microwave Mag.
反射阵列，开关波束网络
MEMS基MCM VCO

Cmax/Cmin:3.4,0-25v,Q 50-100,
 振荡频率:1.7GHz-1.45GHz
 相位噪音:-100dbc/Hz,100kHz
RF MEMS 开关矩阵用于卫星波束
链接网络 2005

30GHz,回波损耗-20db,隔离-40db.
RF MEMS 用于V波段卫星天线前
端 2006

47-52GHz,SPDT,插损-1.35db,隔离-20db
寿命:100Hz,50%占空比,1千万
次开关.
MEMS与微系统

MEMS已发展到微系统
 微飞行器
 新相控阵
 微导航
 自主微传感
 片上卫星有效载荷
集成电路工艺从两维加工进入三维加工
嵌入MEMS的微系统多畴混合信
号摸拟
无线传感网络的自控微系统点:传感,执行
微功率产生,微电池,微控制.SOP.
基于压电换能器的微功率产生
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芯片上的卫星有效载荷
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电子立方体:
Si微处理器,
微波部件,
MEMS动作,
传感器,
天线.
谢谢！