[发明专利]一种射频MEMS开关及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于射频微电子机械系统（MEMS）领域，具体涉及一种射频MEMS开关及其形成方法。

背景技术

射频MEMS（Micro-Electro-Mechanical Systems,射频微电子机械系统）开关，是利用MEMS技术制作的一种射频开关，它通过微机械结构的运动，来控制射频信号的导通与断开。射频MEMS开关是微波、射频收发系统的核心器件之一，在卫星通讯、雷达、导弹控制等领域有着广泛的应用。与传统的PIN及FET微波开关器件相比，MEMS开关不但具有MEMS开关具有高隔离度、低损耗、低插损、高线性度等极其优异的微波性能，同时具有批量制作、尺寸小、易于与先进的微波、射频电路相集成的特点，是实现小型化、低成本、高性能的微波收发前端系统的关键技术。但传统射频MEMS开关其功率容量相对较低的问题是限制其应用的主要瓶颈。

传统的串联接触式MEMS开关通常由金属悬臂梁、下拉电极和带有金属接触点的信号线三部分组成。其工作原理为：当下拉电极未加驱动电压时,金属悬臂梁与信号线接触点断开，使射频信号隔离;当驱动电压施加在下拉电极时,金属悬臂梁与下电极之间产生静电力,金属悬臂梁在静电力的作用下发生下塌,实现金属悬臂梁与共面波导（CPW）信号线接触点之间的电接触,从而实现射频信号的导通;当下拉电极与地之间的驱动电压撤销时,金属悬臂梁由于弹性力的作用回复到初始的隔离状态。

对于接触式射频MEMS开关，其功率容量是指使射频MEMS开关不发生失效的输入功率极限。对于传统的利用金属-金属之间的直接接触来控制射频信号的导通与断开的接触式射频MEMS开关，其导通状态时的由于过高输入功率导致的微熔焊或者开关烧毁的热失效问题是制约其功率容量的主要因素，而金属-金属之间较大的接触电阻是产生局部高温导致微熔焊甚至烧毁问题的主要来源。因此，解决接触点热失效问题是提高接触式射频MEMS开关功率容量的关键。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的目的在于提出一种具有工艺简单、开关功率容量优点的射频MEMS开关及其形成方法。

根据本发明实施例的射频MEMS开关，包括：衬底；形成在所述衬底之上的隔离层；形成在所述隔离层之上的驱动电极和微波信号共面波导传输线，其中，所述微波信号共面波导传输线具有开关接触点和锚区，所述开关接触点的位置与所述金属悬梁臂的自由端相对应，所述锚区与所述金属悬梁臂的固定端相连；以及形成在所述微波信号共面波导传输线之上的金属悬梁臂，其中，所述开关接触点由铜薄膜和形成在所述铜薄膜之上的石墨烯薄膜组成，当所述驱动电极未施加驱动电压时，所述金属悬梁臂与所述开关接触点断开，使所述射频MEMS开关为关闭状态，当所述驱动电极施加驱动电压时，所述金属悬梁臂与所述驱动电极之间产生静电力，使所述金属悬梁臂弯曲后与所述开关接触点接触，使所述射频MEMS开关为开启状态。

优选地，所述开关接触点的铜薄膜通过溅射及剥离工艺形成的，并且所述石墨烯薄膜是以所述铜薄膜为催化材料通过CVD外延生长形成的。

优选地，所述铜薄膜的厚度为0.5-1微米。

优选地，所述金属悬梁臂的材料为金。

优选地，还包括形成在所述隔离层之上的隔离电阻，所述隔离电阻为非晶硅材料制成。

优选地，所述隔离电阻为硼掺杂的非晶硅。

根据本发明实施例的射频MEMS开关的形成方法，包括：提供衬底；在所述衬底之上形成隔离层；在所述隔离层之上形成驱动电极和微波信号共面波导传输线，其中，所述微波信号共面波导传输线具有开关接触点和锚区，所述开关接触点的位置与金属悬梁臂的自由端相对应，所述锚区与所述金属悬梁臂的固定端相连；以及在所述微波信号共面波导传输线之上形成金属悬梁臂，其中，所述开关接触点由铜薄膜和形成在所述铜薄膜之上的石墨烯薄膜组成，其中，所述微波信号共面波导传输线具有开关接触点，所述开关接触点的位置与所述金属悬梁臂的自由端相对应，所述开关接触点由铜薄膜和形成在所述铜薄膜之上的石墨烯薄膜组成，当所述驱动电极未施加驱动电压时，所述金属悬梁臂与所述开关接触点断开，使所述射频MEMS开关为关闭状态，当所述驱动电极施加驱动电压时，所述金属悬梁臂与所述驱动电极之间产生静电力，使所述金属悬梁臂弯曲后与所述开关接触点接触，使所述射频MEMS开关为开启状态。

优选地，所述形成开关接触点的过程中，通过溅射及剥离工艺形成所述铜薄膜，并且以所述铜薄膜为催化材料通过CVD外延生长形成所述石墨烯薄膜。