專利名稱：常關態場發射型射頻微機械開關的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種新型常關態場發射型射頻微機械開關。
背景技術：
現有射頻開關存在如下問題
(1) 一些采用結構的機械運動來達到控制射頻信號通斷的目的，這些開關將射頻信號 從物理上進行隔斷，因此隔離度較高。這些開關又可分為接觸式和電容式兩大類，接觸式開 關的可靠性由結構的接觸損壞和材料的疲勞特性決定，而電容式開關的可靠性則由電介質 層的電荷注入效應和材料的疲勞特性決定，因此這兩種開關的可靠性都不理想。并且由于 采用了機械運動的方式，使得這些開關的響應時間較長。(2)—些則采用半導體PIN結構來控制射頻信號的通斷，這些開關避免了機械運 動帶來的可靠性問題和響應時間長的缺陷，具有高可靠性和快響應速度。這種方法的缺陷 主要是采用半導體PIN結構時，對射頻信號的隔離不夠徹底，因此隔離度不高。

發明內容
為克服上述現有技術存在的問題，本發明提供一種高隔離度、高可靠性、快響應速 度和低執行電壓的常關態場發射型射頻微機械開關。本發明包括低損耗襯底，絕緣介質薄膜、共面波導的信號線和地線，信號線有兩 根，設在低損耗襯底中部，縱向位于同一條直線上，地線也有兩根，分別位于信號線的左右 兩側，地線及信號線與絕緣襯底之間均有絕緣介質薄膜，兩根信號線相鄰的端部各設有一 排金屬微尖，兩排金屬微尖之間有間隔；低損耗襯底與兩排金屬微尖相對應的位置內凹形 成一個空腔，使兩排金屬微尖呈懸空狀態。上述兩排金屬微尖均呈鋸齒狀，采用尖對尖的位一一對應關系，以達到降低閾值 電壓的效果。本發明利用金屬微尖在一定場強下會發生場致發射的原理，使兩排金屬微尖之間 產生電子束流，使原本處于關態的開關通過電子束流來導通射頻信號，即達到了控制射頻 信號通斷的效果。本發明結合了機械開關和半導體開關的優點，即采用物理上隔斷的共面波導的信 號線結構，和無可動結構的通斷方式，達到了既有高隔離度的同時又有高可靠性和快響應 速度的效果。


圖1是本發明的結構示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。
具體實施例方式參出圖1和圖2，本發明由低損耗襯底1，絕緣介質薄膜2、金屬共面波導的信號線 5和地線3，信號線5有兩根，設在低損耗襯底1的中部，縱向位于同一條直線上。兩根地線 3分別位于信號線的左右兩側，地線3及信號線5與絕緣襯底1之間均有絕緣介質薄膜2。 兩根信號線相鄰的端部各設有一排金屬微尖，兩排金屬微尖4之間有間隔；低損耗襯底1與 兩排金屬微尖相對應的位置內凹形成一個空腔6，使兩塊金屬微尖4的鋸齒狀端部呈懸空 狀態。兩排金屬微尖4均呈鋸齒狀，且呈尖對尖的一一對應關系。本發明的制作方法如下
首先在低損耗襯底1上生長一層絕緣介質薄膜2，進行第一次光刻并刻蝕介質薄膜形 成腐蝕空腔6所需的窗口 ；進行第二次光刻，然后濺射金屬并剝離形成共面波導的地線3和 信號線5和金屬微尖4 ；再將低損耗襯底進行各向異性腐蝕，得到空腔6，同時使金屬微尖4 懸空。本發明的工作原理是
給金屬表面施加一定強度的電場后，電場會對金屬表層電子進行加速。當金屬表層電 子通過電場加速獲得的能量超出該金屬的逸出功時，金屬表層的電子將會從金屬中逃逸出 來，并沿著電場方向運動，形成場致發射電子束流。場致發射使原本隔離開的金屬通過電子 束流導通，形成比隔離時小得多的阻抗，該小阻抗可將原本隔離開的射頻信號進行導通。本發明的工作過程如下
將射頻信號連接到共面波導的端口，同時在共面波導信號線的兩端加上直流偏置電 壓。當直流偏置電壓為零時，開關處于隔離態，射頻信號不導通；當所加直流偏置電壓超過 場致發射的閾值電壓后，開關處于導通態，可導通射頻信號。本發明的使用方法是
將射頻信號連接到共面波導的端口，同時在共面波導信號線的兩端加上直流偏置電 壓。用共面波導信號線兩端所加的直流偏置電壓來控制開關上射頻信號的通斷。
權利要求
1.一種常關態場發射型射頻微機械開關，包括低損耗襯底(1)，絕緣介質薄膜(2)、共 面波導的信號線(5)和地線(3)，信號線有兩根，設在低損耗襯底中部，縱向位于同一條直 線上，地線也有兩根，分別位于信號線的左右兩側，地線(3)及信號線(5)與絕緣襯底之間 均有絕緣介質薄膜(2)，其特征在于兩根信號線(5)相鄰的端部各設有一排金屬微尖(4)， 兩排金屬微尖(4)之間有間隔；低損耗襯底(1)與兩排金屬微尖(4)相對應的位置內凹形成 一個空腔(6 )，使兩排金屬微尖(4 )處于懸空狀態。
2.如權利要求1所述的常關態場發射型射頻微機械開關，其特征在于兩排金屬微尖 (4)均呈鋸齒狀，且呈尖對尖的一一對應關系。
全文摘要
本發明公開了一種新型常關態場發射型射頻微機械開關，低損耗襯底，絕緣介質薄膜、共面波導的信號線和地線，信號線有兩根，設在低損耗襯底中部，縱向位于同一條直線上，地線也有兩根，分別位于信號線的左右兩側，地線及信號線與絕緣襯底之間均有絕緣介質薄膜，其特征在于兩根信號線相鄰的端部各設有一排金屬微尖，兩排金屬微尖之間有間隔；低損耗襯底與兩排金屬微尖相對應的位置內凹形成一個空腔，使兩排金屬微尖處于懸空狀態。本發明中的共面波導的信號線結構從物理上進行隔斷類似機械開關，因此它的隔離度高；而其無可動結構的通斷方式類似半導體開關，因此它的可靠性高且響應速度快；且通過采用尖對尖結構，可以獲得較低的開關閾值電壓。
文檔編號H01H36/00GK102064041SQ201010591238
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月16日 優先權日2010年12月16日
發明者唐潔影, 張曉兵, 王立峰, 韓磊, 黃慶安 申請人:東南大學