MEMS射頻開關(guān)的集成
MEMS射頻開關(guān)的片內(nèi)集成技術(shù)可以為雷達和圖像處理系統(tǒng)提供低成本的高集成電路。結(jié)合激光測振儀和相干掃描干涉技術(shù)可以提高MEMS射頻開關(guān)的性能及穩(wěn)定性。
SiGe-BiCMOS技術(shù)在毫米波應(yīng)用領(lǐng)域受到越來越多人的歡迎，例如WLAN、雷達和圖像處理方面。考慮到這些應(yīng)用會涉及不同帶寬以及各元件間的信號路徑控制和相位排列系統(tǒng)，會經(jīng)常用到可重構(gòu)集成電路，射頻性能提高后的RF-MEMS技術(shù)將使這些應(yīng)用獲益（如圖1）。
圖1用作Tx/Rx-switch（左側(cè)）或相移器（右側(cè)）的RF-MEMS開關(guān)
電容型的MEMS射頻開關(guān)集成在使用了IHPs SiGe-BiCMOS技術(shù)的BEOL上(如圖2)。這樣就可以實現(xiàn)晶體管與MEMS器件之間最短的通信距離，同時可以降低或避免高頻寄生效應(yīng)。
圖2 RF-MEMS開關(guān)的掃描電鏡圖
該功能開關(guān)是在前三個BEOL金屬層中實現(xiàn)的。金屬層1負責實現(xiàn)用于靜電驅(qū)動的高壓電極，金屬層2用作射頻信號線，然后懸膜則位于金屬層3。通過在電極上施加電壓，薄膜的位置可以進行調(diào)整，因此，信號線和懸膜之間的電容耦合變化可以實現(xiàn)高頻信號的有效切換。
試驗設(shè)備
RF-MEMS開關(guān)技術(shù)的開發(fā)需要同時結(jié)合機械、電子以及射頻方面的技術(shù)。對機電性能的分析至關(guān)重要，因為這個對射頻性能的影響很大。考慮到光學(xué)測試方法具有高分辨和對被測件影響較小的優(yōu)點，因此首選光學(xué)測試方法。MSA-500激光測振儀可以用來對RF-MEMS開關(guān)機電運動特性進行晶圓級的測試，使用白光干涉分析靜態(tài)變形。LDV憑借杰出的“面外”測試能力和超高的測量精度成為一種非常有效的過程控制測試法，位移分辨率可以達到納米級，空間分辨率可以達到微米級。
結(jié)果
吸合電壓以及開關(guān)時間等參數(shù)可以通過施加不同驅(qū)動電壓來獲取，從RF-MEMS開關(guān)的實際測試結(jié)果來看，獲得的數(shù)據(jù)具有很好的一致性（如圖3）。
圖3 通過LDV測得的不同驅(qū)動電壓下的薄膜位移（左）和晶圓均勻性
機械彈簧常數(shù)和剩余應(yīng)力的影響可以通過分析懸膜的位移數(shù)據(jù)得到，而后者又會對機械、電氣和射頻性能等方面產(chǎn)生很大的影響，所以需要進行定期檢測（如圖4）。
圖4 通過白光干涉技術(shù)獲得的RF-MEMS開關(guān)中的薄膜剩余應(yīng)力的影響
可靠性是RF-MEMS技術(shù)在應(yīng)用過程中遇到的最嚴重的問題之一，這是因為充電和疲勞會造成產(chǎn)品的失效。激光測振儀可以用來進行產(chǎn)品的可靠性診斷，進而提高產(chǎn)品的設(shè)計性能，這主要是因為使用激光測振儀是一種即快速又節(jié)省成本的方法，它可以同時對多個開關(guān)進行高達數(shù)十億次的循環(huán)測試（如圖5）。
圖5 使用LDV進行RF-MEMS開關(guān)穩(wěn)定性測試
結(jié)論與展望
近些年得益于激光測振儀和白光干涉技術(shù)的應(yīng)用，RF-MEMS開關(guān)的片內(nèi)集成已在很多方面取得發(fā)展，如產(chǎn)品性能、工藝穩(wěn)定性、產(chǎn)量以及可靠性等。這些表征方法為晶圓級機電性能測試提供了經(jīng)濟高效的手段，從而確保可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的毫米波系統(tǒng)，例如集成有RF-MEMS開關(guān)的智能天線陣列已被成功研制出來。
