电容式RF开关可靠性的研究及其测试系统的开发

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进入21世纪以来,通信技术得到了迅猛的发展,其中无线通讯技术更是日新月异。由传统器件组成的无线通信系统,无法满足低功耗、高隔离度、低损耗的现代无线通信要求。为此,人们越来越多的将目光投入到RF MEMS器件上,RF MEMS技术因此得到了长足的发展。自从RF MEMS开关研制成功之后,国外众多的学者对RF MEMS开关的可靠性展开了详细的研究。根据现有的研究结果,静电驱动的接触式开关主要的可靠性问题体现为接触电阻问题;而静电驱动并联电容式开关主要问题是介质层电荷注入以及衬底电荷注入问题。   本文首先简要的介绍了RF MEMS开关的基本概念及应用,并对电容式开关电荷注入问题的研究现状进行了综述。本文力图从基本原理入手对介质层电荷注入作出合理的理解;同时对国际上研究的新方向一一衬底电荷注入,通过设计实验,以期给出当开关处于DOWN态时衬底电荷注入与介质层电荷注入之间的量化关系:最后对样品的介质层电荷注入特性进行了研究。在借鉴已有的各种测试系统的前提下,本文借助于实验室国际领先的半导体参数测试仪以及LDV多普勒激光测试系统,分别搭建了电流测试系统以及开关吸合电压测试系统,顺利地完成了预期的实验。   本文对获取的实验结果进行了有效的分析,通过合理的数据处理获得了以下结论:(1)在吸合电压较小的情况下(0-30V)衬底的泄漏电流会对整个系统的泄漏电流的贡献比较明显,而当吸合电压比较大的情况下(大于30V)衬底的泄漏电流对于处于DOWN态开关总的泄漏电流的贡献迅速减小。在吸合电压大于40V时,测得的数据表明此时的衬底泄漏电流相比于介质层泄漏电流已经可以忽略了(小于15%)。另外,衬底泄漏电流既存在欧姆输运机制也存在空间限制电流输运机制。(2)介质层电荷注入实验表明:介质层电荷注入是正负电荷同时注入的过程,而且在不同的阶段正负电荷注入的速度不等;驱动电压的频率与开关吸合电压的漂移没有必然的联系:国际上通用的指数形式吸合电压的拟合公式对于样品开关的长期工作过程(200s~1000s)中吸合电压漂移量可以给出预测,但是对短期过程(0s~200s)中吸合电压漂移量的拟合效果不理想。
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