微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器利用一個較小電感量的平面螺旋電感和八個較小電容值的MIM電容實現(xiàn)了具有十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的變化，從而突破了傳統(tǒng)可重構(gòu)帶通濾波器中電感數(shù)量多且電感量較大的限制。通過在一個平面螺旋電感的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的MIM電容以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的MIM電容，構(gòu)成π型微波帶通濾波器；將四個由引線連接的MIM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的MIM電容之間；四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值；通過四個MEMS懸臂梁分別控制四個由引線連接的MIM電容是否與CPW地線相連接，實現(xiàn)該濾波器的可重構(gòu)變化。
【專利說明】微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出了微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，屬于微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)的【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]濾波器是微波工程中最重要的器件之一。在無源濾波器的設(shè)計中，濾波器綜合法/插入損耗法的應(yīng)用最為廣泛。這種方法包括以下幾個步驟:設(shè)計具有預(yù)期通帶特性的原型低通濾波器；根據(jù)指定的中心頻率和/或頻帶邊緣頻率，將原型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為所需濾波器的類型(低通、高通、帶通或帶阻);用集總和/或分布電路元件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。然而，在該方法中從原型低通濾波器經(jīng)過頻率變換得到的帶通濾波器，不僅需要電感的數(shù)量較多，而且電感的電感量較大，通常高達(dá)幾十nH，而采用片上電感難以達(dá)到如此高的電感量。因此，在一些比較寬松的應(yīng)用條件，可以采用簡單的拓?fù)湫问降膸V波器，這極大地減小了電感的數(shù)量和電感量，從而減小了芯片面積以及由片上電感引起的寄生損耗。而MEMS技術(shù)是實現(xiàn)可重構(gòu)帶通濾波器的最佳選擇。隨著當(dāng)今微型化可重構(gòu)微波通信系統(tǒng)的日益發(fā)展，要求在設(shè)計可重構(gòu)微波帶通濾波器時需盡量采用數(shù)量少且數(shù)值小的片上平面電感和金屬-絕緣層-金屬(MIM)電容，特別是電感，以減小芯片面積和寄生損耗，并且能夠?qū)崿F(xiàn)十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的改變。隨著MEMS技術(shù)的快速發(fā)展，并對MEMS懸臂梁的深入研究，使基于MEMS技術(shù)實現(xiàn)上述功能的懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器成為可能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供了一種基于MEMS技術(shù)的懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，實現(xiàn)該可重構(gòu)微波帶通濾波器具有十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的改變，并且具有較小的芯片面積。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明通過在一個平面螺旋電感的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到共面波導(dǎo)(CPW)信號線和地線之間的MIM電容以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的MIM電容，從而構(gòu)成了一個η型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的微波帶通濾波器；通過將四個由引線連接的MIM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的MIM電容之間，同時在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的MM電容沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置；這四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值；四條引線分別串聯(lián)連接四個由引線連接的MIM電容，其中每條引線的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)；四個MEMS懸臂梁分別橫跨在四條引線末端的凸點(diǎn)上方，其中MEMS懸臂梁的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態(tài)；在MEMS懸臂梁下方引線的附近有一個驅(qū)動電極；通過在一個或幾個MEMS懸臂梁和相應(yīng)的驅(qū)動電極之間施加驅(qū)動電壓，使得一個或幾個MEMS懸臂梁與在其下方的凸點(diǎn)相接觸，從而實現(xiàn)該可重構(gòu)微波帶通濾波器具有十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的改變。
[0005]本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，在砷化鎵襯底上面設(shè)有CPW，CPff的中間位置是CPW信號線，CPW信號線的兩側(cè)是CPW地線，平面螺旋電感位于該濾波器平面的中間，在平面螺旋電感的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MM電容和第二 MM電容以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容和第四MIM電容，構(gòu)成π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的微波帶通濾波器；四個由引線連接的第五MIM電容、第六MM電容、第七M(jìn)M電容和第八MM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容和第二 MIM電容之間，同時在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的第五MM電容和第七M(jìn)M電容、或第六MM電容和第八MIM電容沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置；四條引線分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MM電容、第六MM電容、第七M(jìn)M電容和第八MIM電容，其中每條引線的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)；四個MEMS懸臂梁分別橫跨在四條引線末端的凸點(diǎn)上方；在每個MEMS懸臂梁下方引線的附近放置一個驅(qū)動電極，該驅(qū)動電極通過一條連接線與CPW地線外側(cè)的壓焊塊相連接；從而通過利用一個η型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的微波帶通濾波器以及四個MEMS懸臂梁是否接觸引線上的凸點(diǎn)來分別控制四個由引線連接的第五MM電容、第六MM電容、第七M(jìn)M電容和第八MM電容是否與CPW地線相連接，實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的改變。
[0006]平面螺旋電感的數(shù)量為I個且位于該可重構(gòu)微波帶通濾波器的中間部位；平面螺旋電感包括電感的線圈和下層通道兩部分；平面螺旋電感的線圈架空在砷化鎵襯底之上，而下層通道位于砷化鎵襯底上；電感的線圈的外部接頭與CPW信號線相連接而其內(nèi)部接頭與下層通道相連接；下層通道的另一端與CPW信號線相連接。
[0007]所述的第五MM電容、第六MM電容、第七M(jìn)M電容和第八MM電容分別具有不同的電容值。
[0008]MEMS懸臂梁的個數(shù)為4個；其中，每個MEMS懸臂梁的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上，而另一端處于自由狀態(tài)。
[0009]本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器通過在一個平面螺旋電感的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的MIM電容以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的MIM電容；通過將四個由引線連接的MIM電容對稱放置在平面螺旋電感的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的MM電容之間，同時在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的MM電容沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置；這四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值；四條引線分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MIM電容、第六MIM電容、第七M(jìn)IM電容和第八MIM電容，其中每條引線的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)；四個MEMS懸臂梁分別橫跨在四條引線末端的凸點(diǎn)上方，其中MEMS懸臂梁的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態(tài)懸臂梁下方引線的附近有一個驅(qū)動電極，在驅(qū)動電極上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層。當(dāng)在四個MEMS懸臂梁和各自的驅(qū)動電極之間都不施加驅(qū)動電壓時，四個MEMS懸臂梁均處于UP態(tài)，即每個MEMS懸臂梁均不與其下方引線的凸點(diǎn)相接觸，此時四個由引線連接的MIM電容均不與CPW地線相連接，則在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容大小均沒有改變，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第一個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)僅在一個MEMS懸臂梁和相應(yīng)的驅(qū)動電極之間施加驅(qū)動電壓，該MEMS懸臂梁處于DOWN態(tài)而另外三個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁仍處于UP態(tài)，即僅有一個MEMS懸臂梁與其下方引線的凸點(diǎn)相接觸，此時在平面螺旋電感的左側(cè)或右側(cè)的一個由引線連接的MIM電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感的左側(cè)或右側(cè)的并聯(lián)MIM電容的大小，又因為位于平面螺旋電感的左右兩側(cè)的四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第二個、第三個、第四個和第五個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在任意兩個MEMS懸臂梁和相應(yīng)的驅(qū)動電極之間施加驅(qū)動電壓，這兩個MEMS懸臂梁處于DOWN態(tài)而另外兩個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁仍處于UP態(tài)，即有兩個MEMS懸臂梁與其下方引線的凸點(diǎn)相接觸，此時在平面螺旋電感的左側(cè)的兩個或者右側(cè)的兩個或者左右兩側(cè)各一個由引線連接的MIM電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感的左側(cè)或右側(cè)或左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容的大小，又因為這四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第六個、第七個、第八個、第九個、第十個和第十一個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在任意三個MEMS懸臂梁和相應(yīng)的驅(qū)動電極之間施加驅(qū)動電壓，這三個MEMS懸臂梁處于DOWN態(tài)而另外一個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁仍處于UP態(tài)，即有三個MEMS懸臂梁與其下方引線的凸點(diǎn)相接觸，此時在平面螺旋電感的左側(cè)的兩個和右側(cè)的一個或者右側(cè)的兩個和左側(cè)的一個由引線連接的M頂電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容的大小，又因為這四個由引線連接的MIM電容分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第十二個、第十三個、第十四個和第十五個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在四個MEMS懸臂梁和各自的驅(qū)動電極之間都施加驅(qū)動電壓時，四個MEMS懸臂梁均處于DOWN態(tài)，即四個MEMS懸臂梁均與其下方引線的凸點(diǎn)相接觸，此時在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的四個由引線連接的MIM電容均與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感的左右兩側(cè)的并聯(lián)M頂電容的大小，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第十六個狀態(tài)的中心頻率和帶寬。
[0010]有益效果:
[0011]I)實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的十六個狀態(tài)的中心頻率的改變，而且在每個狀態(tài)實現(xiàn)了帶寬的改變；
[0012]2)與MEMS固支梁相比，采用MEMS懸臂梁與在其下方的凸點(diǎn)相接觸，具有較小的驅(qū)動電壓，從而降低了直流功率；
[0013]2)采用了 π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式構(gòu)成帶通特性，減小了電感的數(shù)量且降低了電感量，從而減小了芯片面積和寄生的損耗；
[0014]3)突破了傳統(tǒng)可重構(gòu)微波帶通濾波器在改變中心頻率和帶寬時必須應(yīng)用多個電感且電感的電感量和電容的電容值較大的限制；
[0015]4)與砷化鎵單片微波集成電路工藝完全兼容。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的示意圖；
[0017]圖2是微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的A-A剖面圖；
[0018]圖3是微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的B-B剖面圖；
[0019]圖中包括:CPW1，平面螺旋電感2，下層通道2-1，線圈2_2，第一 MM電容3、第二MIM電容4、第三MM電容5、第四MM電容6、第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9、第八MM電容10、Si3N4絕緣介質(zhì)層11、引線12、凸點(diǎn)13、MEMS懸臂梁14、驅(qū)動電極15、連接線16、壓焊塊17、空氣橋18以及砷化鎵襯底19。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的具體實施方案如下:
[0021]在砷化鎵襯底19上設(shè)有端口特征阻抗為50 Ω的CPW1、一個平面螺旋電感2、兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4、兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容5和第四MM電容6、四個由引線連接的第五MM電容7、第六MIM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10、引線12、凸點(diǎn)13、MEMS懸臂梁14、驅(qū)動電極15、連接線16、壓焊塊17以及空氣橋18:
[0022]CPffl是由在同一平面的三條線構(gòu)成的，其中位于中間的一條線為CPW的信號線而位于兩側(cè)的兩條線均為CPW的地線；CPW1水平放置在襯底19上，用于實現(xiàn)微波信號的傳輸以及平面螺旋電感2和MIM電容的電連接。為了便于儀器的測量，該CPWl的端口特征阻抗被設(shè)計為50 Ω。
[0023]平面螺旋電感2位于該可重構(gòu)微波帶通濾波器的中間部位，其主要包括電感的線圈2-2和下層通道2-1兩部分。其中，平面螺旋電感的線圈2-2懸浮于GaAs襯底19之上，而下層通道2-1位于GaAs襯底19上；電感的線圈2_2的外部接頭與CPW信號線相連接而其內(nèi)部接頭與下層通道2-1相連接；下層通道2-1的另一端與CPW信號線相連接。在平面螺旋電感的線圈2-2下方的下層通道2-1上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層11。
[0024]兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4對稱位于在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)。其中，該MM電容的下極板與CPW地線相連接，而其上極板與CPW信號線相連接，在上下極板之間為Si3N4絕緣介質(zhì)層11。
[0025]兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容5和第四MM電容6同樣對稱位于在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)。其中，該MIM電容的上下極板之間通過Si3N4絕緣介質(zhì)層11隔開。
[0026]一個平面螺旋電感2、兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MM電容4以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容5和第四MM電容6構(gòu)成了該微波帶通濾波器的基本結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是一個具有帶通特性的η型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并且平面螺旋電感2以及第一 MM電容3、第二 MM電容4、第三MM電容5和第四MM電容6分別具有較小的電感量和電容值，從而避免了采用濾波器綜合法/插入損耗法設(shè)計微波帶通濾波器時不僅需要電感的數(shù)量多且電感量較大、通常高達(dá)幾十nH (采用片上平面螺旋電感難以達(dá)到如此高的電感量)的弊端。其中，平面螺旋電感2的電感量變化主要使該微波帶通濾波器的中心頻率發(fā)生偏移；兩個并聯(lián)的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4的電容值的變化主要使該微波帶通濾波器的中心頻率發(fā)生偏移且改變了其帶通濾波器的帶寬；兩個串聯(lián)的第三MM電容5和第四MM電容6的電容值的變化主要改變該微波帶通濾波器的帶寬。
[0027]四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10不但對稱放置在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)，而且位于在那兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4之間；其中，在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的第五MIM電容7和第七M(jìn)IM電容9，或第六MIM電容8和第八MM電容10對稱放置在CPW信號線的前后兩側(cè)；這四個由引線連接的第五MM電容7、第六MIM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10分別具有不同的電容值；每個由引線連接的MM電容的上下極板通過Si3N4絕緣介質(zhì)層11隔開。
[0028]四條引線12分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10。每條引線12的一端與CPW信號線相連接，而引線12的另一端向CPW地線靠近且在其末端上具有一個凸點(diǎn)13。在CPW信號線前側(cè)的兩條引線12的末端分別向平面螺旋電感2前側(cè)的CPW地線靠近，而在CPW信號線后側(cè)的兩條引線12的末端分別向平面螺旋電感2后側(cè)的CPW地線靠近。
[0029]凸點(diǎn)13分別位于每條引線12的末端上，用于減小MEMS懸臂梁14因靜電力作用與引線12相連接的驅(qū)動電壓和接觸電阻。
[0030]四個相同的MEMS懸臂梁14分別兩兩水平放置在平面螺旋電感2的前后兩側(cè)。每個MEMS懸臂梁14橫跨在每條引線12末端的凸點(diǎn)13上方，MEMS懸臂梁14的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態(tài)，其中在引線12末端的凸點(diǎn)13的正上方為MEMS懸臂梁14的自由端。在每個MEMS懸臂梁14下方引線12的附近放置一個驅(qū)動電極15，該驅(qū)動電極15通過一條連接線16與CPW地線外側(cè)的壓焊塊17相連接懸臂梁14下方驅(qū)動電極15上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層11。
[0031]在MEMS懸臂梁14下方的驅(qū)動電極15相連接的壓焊塊17和其MEMS懸臂梁14的錨區(qū)相連接的CPW地線構(gòu)成了兩個直流輸入端，用于施加MEMS懸臂梁14的驅(qū)動電壓。
[0032]空氣橋18用于互連被連接線16分開的CPW地線，在空氣橋18下方的連接線16上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層11。
[0033]在機(jī)械結(jié)構(gòu)上，CPWl、平面螺旋電感2、MM電容、引線12、凸點(diǎn)13、MEMS懸臂梁14、驅(qū)動電極15、連接線16、壓焊塊17以及空氣橋18制作在同一塊GaAs襯底19上。
[0034]本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器通過在一個平面螺旋電感2的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MM電容4以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容5和第四MM電容6 ;通過將四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10對稱放置在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4之間，同時在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的第五MM電容7和第七M(jìn)M電容9或第六MM電容8和第八MM電容10沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置；這四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10分別具有不同的電容值；四條引線12分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10，其中每條引線12的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)13 ;四個MEMS懸臂梁14分別橫跨在四條引線12末端的凸點(diǎn)13上方，其中MEMS懸臂梁14的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態(tài)懸臂梁14下方引線的附近有一個驅(qū)動電極；在MEMS懸臂梁14下方驅(qū)動電極15上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層11。當(dāng)在四個MEMS懸臂梁14和各自的驅(qū)動電極15之間都不施加驅(qū)動電壓時，四個MEMS懸臂梁14均處于UP態(tài)，即每個MEMS懸臂梁14均不與其下方引線12的凸點(diǎn)13相接觸，此時四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10均不與CPW地線相連接，則在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容大小均沒有改變，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第一個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)僅在一個MEMS懸臂梁14和相應(yīng)的驅(qū)動電極15之間施加驅(qū)動電壓，該MEMS懸臂梁14處于DOWN態(tài)而另外三個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁14仍處于UP態(tài)，即僅有一個MEMS懸臂梁14與其下方引線12的凸點(diǎn)13相接觸，此時在平面螺旋電感2的左側(cè)或右側(cè)的一個由引線連接的MM電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感2的左側(cè)或右側(cè)的并聯(lián)MM電容的大小，又因為位于平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第二個、第三個、第四個和第五個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在任意兩個MEMS懸臂梁14和相應(yīng)的驅(qū)動電極15之間施加驅(qū)動電壓，這兩個MEMS懸臂梁14處于DOWN態(tài)而另外兩個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁14仍處于UP態(tài)，即有兩個MEMS懸臂梁14與其下方引線12的凸點(diǎn)13相接觸，此時在平面螺旋電感2的左側(cè)的兩個或者右側(cè)的兩個或者左右兩側(cè)各一個由引線連接的MIM電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感2的左側(cè)或右側(cè)或左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容的大小，又因為這四個由引線連接的第五MM電容7、第六MIM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第六個、第七個、第八個、第九個、第十個和第十一個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在任意三個MEMS懸臂梁14和相應(yīng)的驅(qū)動電極15之間施加驅(qū)動電壓，這三個MEMS懸臂梁14處于DOWN態(tài)而另外一個沒有施加驅(qū)動電壓的MEMS懸臂梁14仍處于UP態(tài)，即有三個MEMS懸臂梁14與其下方引線12的凸點(diǎn)13相接觸，此時在平面螺旋電感2的左側(cè)的兩個和右側(cè)的一個或者右側(cè)的兩個和左側(cè)的一個由弓I線連接的MM電容與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的并聯(lián)MIM電容的大小，又因為這四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10分別具有不同的電容值，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第十二個、第十三個、第十四個和第十五個狀態(tài)的中心頻率和帶寬；當(dāng)在四個MEMS懸臂梁14和各自的驅(qū)動電極15之間都施加驅(qū)動電壓時，四個MEMS懸臂梁14均處于DOWN態(tài)，即四個MEMS懸臂梁14均與其下方引線12的凸點(diǎn)13相接觸，此時在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的四個由引線連接的第五MIM電容7、第六MIM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10均與CPW地線相連接，則改變了在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的并聯(lián)MM電容的大小，從而實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的第十六個狀態(tài)的中心頻率和帶寬。
[0035]本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器的制備方法為:
[0036]I)準(zhǔn)備砷化鎵襯底19:選用半絕緣砷化鎵為襯底；
[0037]2)在砷化鎵襯底19上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作位于引線12上的凸點(diǎn)13處的光刻膠;
[0038]3)在砷化鎵襯底19上濺射金鍺鎳/金，其厚度共為27QQk;
[0039]4)剝離去除步驟2)中留下的光刻膠，連帶去除了光刻膠上的金鍺鎳/金，初步形成在引線12上的凸點(diǎn)13 ；
[0040]5)在步驟4)得到的砷化鎵襯底19上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作位于引線12上的凸點(diǎn)13處的光刻膠；
[0041]6)在砷化鎵襯底19上濺射氮化鉭；
[0042]7)將步驟5)中留下的光刻膠剝離去除，連帶去除光刻膠上面的氮化鉭，再次初步形成在引線12上的凸點(diǎn)13 ；
[0043]8)在砷化鎵襯底19上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作CPW1、平面螺旋電感的下層通道2-1、MIM電容的下極板、引線12、凸點(diǎn)13、驅(qū)動電極15、連接線16以及壓焊塊17地方的光刻膠;
[0044]9)在砷化鎵襯底19上通過蒸發(fā)方式生長鈦/鉬/金/鈦，其厚度共為0.44 μ m ;
[0045]10)將步驟8)留下的光刻膠去除，連帶去除了光刻膠上面的鈦/鉬/金/鈦，初步形成CPWl和壓焊塊17，以及完全形成平面螺旋電感的下層通道2-1、ΜΙΜ電容的下極板、弓丨線12、凸點(diǎn)13、驅(qū)動電極15和連接線16 ；
[0046]11)淀積并光刻Si3N4絕緣介質(zhì)層11:在步驟10)得到的砷化鎵襯底19上，通過等離子體增強(qiáng)型化學(xué)氣相淀積工藝生長一層2300A厚的Si3N4絕緣介質(zhì)層11，光刻Si3N4絕緣介質(zhì)層11，保留在平面螺旋電感的下層通道2-1、ΜΙΜ電容的下層極板、驅(qū)動電極15和連接線16上的Si3N4絕緣介質(zhì)層11 ；
[0047]12)淀積并光刻聚酰亞胺犧牲層:在前面步驟處理得到的砷化鎵襯底19上涂覆
1.6 μ m厚的聚酰亞胺犧牲層，光刻聚酰亞胺犧牲層，僅保留平面螺旋電感的線圈2-2、MEMS懸臂梁14和空氣橋18下方的聚酰亞胺犧牲層；
[0048]13)通過蒸發(fā)方式生長用于電鍍的底金:蒸發(fā)鈦/金/鈦，作為底金，其厚度為500/1500/300A；
[0049]14)在步驟13)得到的砷化鎵襯底19上涂覆光刻膠，去除預(yù)備制作CPW1、平面螺旋電感的線圈2-2、MM電容的上極板、MEMS懸臂梁14、空氣橋18和壓焊塊17地方的光刻膠；
[0050]15)電鍍一層金,其厚度為2 μ m ;
[0051]16)去除步驟14)中留下的光刻膠；
[0052]17)反刻鈦/金/鈦，腐蝕底金，形成CPW1、平面螺旋電感的線圈2-2、MIM電容的上極板、MEMS懸臂梁14、空氣橋18和壓焊塊17 ；
[0053]18)釋放聚酰亞胺犧牲層:顯影液浸泡，去除平面螺旋電感的線圈2-2、MEMS懸臂梁14和空氣橋18下方的聚酰亞胺犧牲層，去離子水稍稍浸泡，無水乙醇脫水，常溫下?lián)]發(fā)，晾干。
[0054]區(qū)分是否為該結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)如下:
[0055]I) CPffl水平放置在砷化鎵襯底19上作為微波信號的傳輸線；
[0056]2)在一個平面螺旋電感2的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MM電容3和第二 MM電容4以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容5和第四MIM電容6，構(gòu)成π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的微波帶通濾波器；
[0057]3)將四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MIM電容10對稱放置在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容3和第二 MIM電容4之間，同時在平面螺旋電感2的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的第五MIM電容7和第七M(jìn)IM電容9或第六MIM電容8和第八MIM電容10沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置，這四個由引線連接的第五MM電容7、第六MIM電容8、第七M(jìn)M電容9和第八MM電容10分別具有不同的電容值；
[0058]4)四條引線12分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MM電容7、第六MM電容8、第七M(jìn)IM電容9和第八MIM電容10，其中每條引線12的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)13 ；
[0059]5)四個MEMS懸臂梁14分別橫跨在四條引線12末端的凸點(diǎn)13上方，其中MEMS懸臂梁14的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上而另一端處于自由狀態(tài)，在MEMS懸臂梁14下方引線的附近有一個驅(qū)動電極，在驅(qū)動電極15上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層11 ；6)在該可重構(gòu)微波帶通濾波器中，平面螺旋電感2的數(shù)量為一個而MM電容的數(shù)量為八個，并且它們分別具有較小的電感量和電容值；
[0060]滿足以上條件的結(jié)構(gòu)即視為本發(fā)明的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器。
【權(quán)利要求】
1.一種微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，其特征在于:在砷化鎵襯底(19)上面設(shè)有CPW (I)7CPff (I)的中間位置是CPW信號線，CPW信號線的兩側(cè)是CPW地線，平面螺旋電感(2)位于該濾波器平面的中間，在平面螺旋電感(2)的左右兩側(cè)依次對稱放置兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容(3)和第二 MIM電容(4)以及兩個串聯(lián)連接到CPW信號線的第三MM電容(5)和第四MM電容(6)，構(gòu)成π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的微波帶通濾波器；四個由引線連接的第五MM電容(7)、第六MM電容(8)、第七M(jìn)M電容(9)和第八MM電容(10)對稱放置在平面螺旋電感(2)的左右兩側(cè)且位于兩個并聯(lián)連接到CPW信號線和地線之間的第一 MIM電容(3)和第二 MIM電容(4)之間，同時在平面螺旋電感(2)的左右兩側(cè)的任意一側(cè)的兩個由引線連接的第五MM電容(7)和第七M(jìn)M電容(9)，或第六MIM電容(8)和第八MIM電容(10)沿CPW信號線的前后兩側(cè)對稱放置；四條引線(12)分別串聯(lián)連接四個由引線連接的第五MM電容(7)、第六MM電容(8)、第七M(jìn)M電容(9)和第八MIM電容(10)，其中每條引線(12)的一端與CPW信號線相連接，而另一端靠近CPW地線且在其末端上制作一個凸點(diǎn)(13);四個MEMS懸臂梁(14)分別橫跨在四條引線(12)末端的凸點(diǎn)(13)上方；在每個MEMS懸臂梁(14)下方引線(12)的附近放置一個驅(qū)動電極(15)，該驅(qū)動電極通過一條連接線(16)與CPW地線外側(cè)的壓焊塊(17)相連接懸臂梁(14)下方驅(qū)動電極(15)上覆蓋Si3N4絕緣介質(zhì)層(11);從而通過利用一個π型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)形式的微波帶通濾波器以及四個MEMS懸臂梁(14)是否接觸引線上的凸點(diǎn)來分別控制四個由引線連接的第五MM電容(7)、第六MM電容(8)、第七M(jìn)M電容(9)和第八MM電容(10)是否與CPW地線相連接，實現(xiàn)了該可重構(gòu)微波帶通濾波器的十六狀態(tài)的中心頻率和帶寬的改變。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，其特征在于:平面螺旋電感(2)的數(shù)量為I個且位于該可重構(gòu)微波帶通濾波器的中間部位；平面螺旋電感(2)包括電感的線圈(2-2)和下層通道(2-1)兩部分；平面螺旋電感的線圈(2-2)架空在砷化鎵襯底(19)之上，而下層通道(2-1)位于砷化鎵襯底(19)上；電感的線圈(2-2)的外部接頭與CPW信號線相連接而其內(nèi)部接頭與下層通道(2-1)相連接；下層通道(2-1)的另一端與CPW信號線相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，其特征在于所述的第五MM電容(7)、第六MM電容(8)、第七M(jìn)M電容(9)和第八MM電容(10)分別具有不同的電容值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微機(jī)械懸臂梁式十六狀態(tài)可重構(gòu)微波帶通濾波器，其特征在于:MEMS懸臂梁(14)的個數(shù)為4個；其中，每個MEMS懸臂梁的一端通過錨區(qū)固定在CPW地線上，而另一端處于自由狀態(tài)。
【文檔編號】H01P1/20GK103812467SQ201410053258
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年2月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月17日
【發(fā)明者】張志強(qiáng), 廖小平 申請人:東南大學(xué)