RF MEMS的新进展 赵正平 中国电子科技集团公司 2010年7月.

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1 RF MEMS的新进展 赵正平 中国电子科技集团公司 2010年7月

2 RF MEMS走向成熟 上世纪90年代中期RF MEMS诞生
低损耗; dB,低开态电阻： 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

3 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

4 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.

5 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.

6 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.

7 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.

8 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 db,隔离30db

9 钼薄膜RF MEMS开关 C.Goldsmith,et al.,IMS 2009
率小于0.03V/C,开关试验大于 200亿次

10 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

11 GaAs RF MEMS-MMIC R.Malmqvist,et al.,2009 EuMA
标准GaAsMMIC工艺中集成RFMEMS, DC-30GHz,插损 dB 35GHz,1bit移相器，15.9GHz- 19.2GHzLNA,DC-27GHzDPDT

12 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

13 圆盘式可变MEMS电容 Isak Reines.et al.,2009 IMS
电容变化 pF,0.1-2GHz,Q:50, 低串联电感，可组成可变电容阵列

14 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 pF,Q值 40

15 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

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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%

25 在CMOS衬底上集成FBAR Humberto Campanella.etal. EDL 2009

26 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。

27 MHz, MHz, GHz, GHz.

28 4.0-6.0GHz,6.5-10GHz(40) 6.5-10.0GHz(20),12-15GHz

29 12-18GHz,18-21.5GHz, 3D:15.7GHz,1-1.3%,4.1-5.6GHz,Q300

30 RF MEMS雷达应用 Koen Van Caekenberghe,2009 Microwave Mag.

31 反射阵列，开关波束网络

32 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

33 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.

34 RF MEMS 用于V波段卫星天线前端 2006 47-52GHz,SPDT,插损-1.35db,隔离-20db
次开关.

35 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

36 集成电路工艺从两维加工进入三维加工

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43 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

44 芯片上的卫星有效载荷 电子立方体: Si微处理器, 微波部件, MEMS动作, 传感器, 天线.

45 谢 谢 ！