[发明专利]一种三明治接触结构MEMS开关及其制备方法

说明书

本发明提出了一种三明治接触结构MEMS开关及其制备方法，开关结构包括：第一支撑部，具有U型槽结构；可动电极，包括固定端和可动端，其中，固定端与第一支撑部的U型槽的内底面之间设置有绝缘层，可动端远离固定端并相对于绝缘层悬空；第二支撑部，具有平面结构，平面结构的一面具有绝缘层；驱动电极和接触电极，二者相互平行的设置于平面结构的绝缘层上；第一支撑部的U型槽开口倒扣于第二支撑部上，并使得可动电极的可动端的接触面正对于驱动电极和接触电极的接触面，且驱动电极位于接触电极和可动电极的固定端之间。本发明将MEMS开关设计为可拆分的两部分，使其能够通过分开制备而大大降低制备难度，且结构上有助于降低封装难度。

技术领域

本发明涉及半导体开关器件领域，尤其涉及一种三明治接触结构MEMS开关及其制备方法。

背景技术

MEMS开关是指特征尺寸为微米量级的机械开关，通过外加直流电压使MEMS开关触点在静电力的驱动下实现闭合或者断开，其触点两侧材料一般都是金属材料。相比于传统的机械继电器，MEMS开关具有微米级的尺寸，且开关速度更快、功耗更低，因此在航天和微小卫星等对开关体积和功耗要求高的场合具有很重要的应用价值。与固态半导体开关相比，mems开关能实现真正的物理断开，不存在金属-半导体结和PN-结，所以导通电阻和开路电容小，具备线性特性好、隔离度好、无漏电流、高温或辐射条件下可靠性较高等优点，从而在无线通信等射频与微波系统中具有巨大的应用潜力和意义。

如图1所示，MEMS开关的主要结构通常包括：绝缘基底、驱动电极(栅级)、可动电极(源级)和接触电极(漏极)。图1中显示的开关处于断开状态，当向栅极施加直流电压时，栅极与源级悬臂之间形成平行板电容器，源级悬臂将会受到静电下拉力。当栅极电压达到某个阈值时，源级悬臂受到的静电吸引力将克服其自身的弹性阻力，悬臂开始向下运动，使得悬臂上的触点接触到漏极，开关转为闭合状态。一旦撤去栅极电压，则源级悬臂受到的静电吸引力消失，悬臂在其自身的弹性恢复力的作用下，将回到初始位置，开关由闭合状态变为断开状态。其中，源级和漏极之间的触点是MEMS开关中容易发生失效的关键部位。目前MEM开关触点一般采用导电性良好的金属材料，但是在电流和机械力的作用下，由于金属原子的熔焊问题易导致触点的永久性粘附，使得开关无法再断开。

此外，由于MEMS开关具有可动结构(可动电极)，且可动结构堆叠于一个基底面上，导致其可动结构呈裸露状态，因而在实际应用中还需要对MEMS开关进行封装以保护MEMS开关的可动结构，在封装过程中为了保证不会损坏MEMS开关的可动结构，需要在可动结构与封装外壳之间留有较大空隙，这既会增加MEMS开关的制备难度又会增加MEMS开关的封装体积，不利于体现MEMS开关体积小的优势。

发明内容

为了解决MEMS开关的源级和漏极之间的触点容易出现熔焊问题，以及需要对MEMS开关进行封装且封装体积较大的问题，在本发明的一个方面，提出了一种三明治接触结构MEMS开关，包括：第一支撑部，所述第一支撑部具有U型槽结构；可动电极，所述可动电极包括固定端和可动端，其中，所述固定端与所述第一支撑部的U型槽的内底面之间设置有绝缘层，所述可动端远离所述固定端并相对于所述绝缘层悬空；第二支撑部，所述第二支撑部具有平面结构，所述平面结构的一面具有绝缘层；驱动电极和接触电极，所述驱动电极和所述接触电极相互平行的设置于所述平面结构的绝缘层上；所述第一支撑部的U型槽开口倒扣于所述第二支撑部上，并使得所述可动电极的可动端的接触面正对于所述驱动电极和所述接触电极的接触面，且所述驱动电极位于所述接触电极和所述可动电极的固定端之间。

在一个或多个实施例中，所述第一支撑部和所述第二支撑部通过键合的方式组装在一起。

在一个或多个实施例中，所述驱动电极和所述接触电极的表面均镀有单层的石墨烯薄膜，且所述驱动电极和所述接触电极的材料均为与石墨烯具有强相互作用的金属材料。

在一个或多个实施例中，所述可动电极的材料为与石墨烯具有弱相互作用的金属材料。

在一个或多个实施例中，所述驱动电极和所述接触电极的材料包括：钌或钛。