雙動(dòng)作射頻-微機(jī)電系統(tǒng)開(kāi)關(guān)適合片上系統(tǒng)集成
為了通過(guò)從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換到另一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)或高效控制傳輸功率使便攜終端全面適應(yīng)工作環(huán)境,設(shè)備制造商不斷提高對(duì)靈活性更高的單片開(kāi)關(guān)功能更強(qiáng)的射頻芯片的需求。雖然半導(dǎo)體被廣泛用于便攜應(yīng)用的射頻開(kāi)關(guān),但是,在總體上,半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)不如基于MEMS的開(kāi)關(guān)更有吸引力,因?yàn)楹笳咴诟綦x、插入損耗和線(xiàn)性等性能方面更加優(yōu)異。然而, RF-MEMS開(kāi)關(guān)盡管在眾多的航天和電信應(yīng)用中建立了優(yōu)勢(shì),但是,在大規(guī)模市場(chǎng)如移動(dòng)電話(huà)及終端市場(chǎng)上的可行性卻關(guān)鍵取決于在低價(jià)單片系統(tǒng)器件(SoC)內(nèi)集成這些開(kāi)關(guān)的能力。
ST與研究伙伴合作開(kāi)發(fā)的“IC上”微開(kāi)關(guān)解決方案滿(mǎn)足了高可靠性、低功耗、低驅(qū)動(dòng)電壓和SoC制造技術(shù)兼容性等四個(gè)主要標(biāo)準(zhǔn),開(kāi)關(guān)內(nèi)的活動(dòng)元器件由一個(gè)極小的氮化硅橫梁（400 x 50µm）組成,橫梁兩端被固定。這個(gè)橫梁的兩端都含有氮化鈦加熱電阻器、靜電保持電極和一個(gè)鋁塊,最初,橫梁與在橫梁下面3µm空隙內(nèi)運(yùn)行的射頻信號(hào)線(xiàn)路保持分離狀態(tài)。當(dāng)在電阻加熱器上施加一個(gè)低壓(2V)時(shí),鋁和氮化硅發(fā)生不同的熱脹,導(dǎo)致橫梁變形（雙壓電晶片效應(yīng)）,直到與射頻線(xiàn)路上的一個(gè)金凸緣機(jī)械接觸,閉合開(kāi)關(guān)。
一旦開(kāi)關(guān)被接通后,保持電極上會(huì)被立即施加一個(gè)電壓,產(chǎn)生一個(gè)靜電應(yīng)力,使橫梁保持在適合位置,并允許加熱電流關(guān)斷。通過(guò)這種方式,新的結(jié)構(gòu)兼有低壓電源和熱驅(qū)動(dòng)帶來(lái)的高可靠性以及靜電鉗位的低功耗等優(yōu)點(diǎn)。
為了在一個(gè)SoC設(shè)計(jì)內(nèi)演示新的RF-MEMS開(kāi)關(guān)的集成性,產(chǎn)品原型已經(jīng)在法國(guó)克羅里斯（Crolles）ST的研發(fā)設(shè)施內(nèi)制造完成,熱驅(qū)動(dòng)和靜電鉗位的驅(qū)動(dòng)電路采用一項(xiàng)工業(yè)雙極與CMOS兼容技術(shù)。實(shí)際的MEMS開(kāi)關(guān)是制造在芯片上,即在所有的標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)MOS半導(dǎo)體工藝級(jí)完成后,而且不需要特殊的鍵合技術(shù)。
對(duì)于激活,這個(gè)開(kāi)關(guān)需要2V以下的20mA電流,持續(xù)時(shí)間大約200µs,產(chǎn)生激化能8µJ。第一批原型實(shí)現(xiàn)靜電保護(hù)需要15V電壓,不過(guò),隨著橫梁材料的應(yīng)力控制提高,這個(gè)電壓預(yù)計(jì)會(huì)降低到10V。對(duì)于可靠性,共演示了109次開(kāi)關(guān)周期,無(wú)任何故障或閉合退化現(xiàn)象,同時(shí)RF特性描述顯示,對(duì)于移動(dòng)電話(huà)應(yīng)用,在人們關(guān)心的2GHz頻率下,插入損耗（0.18dB）和隔離(57dB)特性十分優(yōu)異。
ST公司副總裁兼中央研發(fā)中心主任Joel Monnier說(shuō)：“這一成就是ST如何與研究伙伴合作的一個(gè)很好的范例,ST是為標(biāo)準(zhǔn)互補(bǔ)MOS平臺(tái)開(kāi)發(fā)創(chuàng)新的擴(kuò)展產(chǎn)品的世界級(jí)領(lǐng)導(dǎo)者。對(duì)于我們的互補(bǔ)性片上系統(tǒng)技術(shù)組合,這項(xiàng)新的技術(shù)將會(huì)是一個(gè)激動(dòng)人心的新技術(shù)�！�
