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MEMS开关

信息来源:gkong.biz  时间:2008-12-14  浏览次数:169

  MEMS(Micro Electro Mechanical Systems,微电子机械系统)始于20世纪60年代,加利福尼亚和贝尔实验室开发出微型硅压力传感器,70年代开发出硅片色谱仪、微型继电器。70~80 年代利用微机械技术制作出多种微小尺寸的机械零部件。1988年UC-Muller小组制作了硅静电马达,1989年NSF召开研讨会,提出了“微电子技术应用于电(子)机系统”。微电子机械系统(MEMS)技术是建立在微米/纳米技术基础上的21世纪前沿技术,是指对微米/纳米材料进行设计、加工、制造、测量和控制的技术。他可将机械构件、光学系统、驱动部件、电控系统集成为一个整体单元的微型系统。这种微电子机械系统不仅能够采集、处理与发送信息或指令,还能够按照所获取的信息自主地或根据外部的指令采取行动。他用微电子技术和微加工技术(包括硅体微加工、硅表面微加工、LIGA和晶片键合等技术)相结合的制造工艺,制造出各种性能优异、价格低廉、微型化的传感器、执行器、驱动器和微系统。微电子机械系统(MEMS)是近年来发展起来的一种新型多学科交叉的技术,该技术将对未来人类生活产生革命性的影响,他涉及机械、电子、化学、物理、光学、生物、材料等多学科。
  在MEMS开关发明之前,高频转换都是由发明于20世纪70年代的机械式或者干簧继电器来完成的。最近十年,MEMS技术取得了飞速发展,出现了一大批新型传感器、微机械、微结构和控制元件,有些器件和结构已实现了商业化,而有些即将被推入市场。MEMS技术提高了转换效率,最早的MEMS开关是Petersen于1979年研制的0.35 μm厚、金属包覆的静电悬臂梁开关。但由于制作工艺的限制,此后的十年里MEMS开关没有取得太大的进展。直到20世纪90年代,MEMS开关才获得了巨大发展。1991年,Larson制作了旋转传输线式开关。1995年,Yao采用表面微加工工艺制作悬臂梁开关。1996年,Goldsmith研制出低阈值电压的膜开关。为了降低开关的阈值电压,提高开关的开态稳定性和能量处理能力,1998年Pachero设计了螺旋型悬臂式和大激励极板的MEMS开关结构。
  开关是微波信号变换的关键元件。和传统的P-I-N二极管开关及FET 开关相比,由于消除了P-N结和金属半导体结,MEMS开关具有以下优点:
  (1) 减小了欧姆接触中的接触电阻和扩散电阻,显著地降低了器件的欧姆损耗,高电导率金属膜能以极低的损耗传输微波信号;
  (2) 消除了由于半导体结引起的I-V非线性,显著减小了开关的谐波分量和互调分量,并且提高了RF MEMS开关的能量处理能力;
  (3) RF MEMS开关静电驱动仅需极低的瞬态能量,其典型值大约是10 nJ。当然,MEMS开关微秒级的开关速度使他们无法应用于高速领域。
  由于没有非线性,减少了开关谐波分量,提高了开关处理能力。因此,MEMS开关线性度佳、隔离度高;驱动功耗低;工作频带宽,截止频率高(一般大于1 000 GHz)。MEMS开关主要采用静电驱动,从其在电路中的应用,可分成金属-金属接触的电阻接触串联开关和金属-绝缘-金属接触的电容耦合并联开关。
  相对于其他的MEMS器件及系统研究,射频微电子机械系统(RF MEMS)是近年出现的新研究领域,所谓RF MEMS就是利用MEMS技术制作各种用于无线通讯的射频器件或系统。RF MEMS包括应用于无线通讯领域的各种无源器件如:高Q值谐振器、滤波器、RF MEMS开关、微型天线以及电感、电容等。

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