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一文解析MEMS半导体元件

2020年07月10日 11:50 次阅读

  MEMS是随着半导体集成电路微细加工技术和超精密机械加工技术的发展而发展起来的,目前MEMS加工技术还被广泛应用于微流控芯片与合成生物学等领域,从而进行生物化学等实验室技术流程的芯片集成化。MEMS元件主要可分为以下:

  一、微机械高Q电感

  体微机械加工降低了传统片上平面电感的寄生效应,这种寄生效应通常会降低电感的品质因数(Q)。

  图中显示了一个体微机械感应器的例子,其中基板已从螺旋轨迹下方被消除。在6到18GHz的频率下,测得的Qs范围从6到28,典型的电感器图显示了一个使用机器制造螺线管式电感器的例子。

  类似地,机械加工也被用来在基板上产生类似螺线管的电感器。图5显示了这种方法的一个示例。在质量因数为2.8ghz时,获得了质量因数为2.8ghz的电感。

  二、MEMS变容二极管

  MEMS基变容二极管主要有平行板和交指电容两种类型。上述类型的一些变体也已被证明。

  在平行(两个或三个)平板方法中,顶板通过悬挂弹簧与底板保持一定距离,该距离随外加电压引起的板间静电力而变化

  在叉指法中,电容器的有效面积是通过改变梳状板手指的啮合程度来改变的。梳齿驱动型执行器利用这种方法。

  三、MEMS开关

  MEMS开关具有低插入损耗、高隔离度和高线性度。许多开关,基于一些驱动机制和拓扑结构,已经被证明。其中包括静电、压电、热、磁、双金属(形状记忆合金)。

  四、腔谐振器

  利用MEMS可以接近宏观波导谐振器的性能水平。作为一个例子,用于X波段的微机械加工腔谐振器,对于尺寸为16×32×0.465mm的腔体,其空载Q为506。这只比从相同尺寸的矩形腔中获得的空载Q值低3.8%

  五、微机械谐振器

  机械谐振器能够在10000-25000范围内显示Q。微机械谐振器也可以使用垂直位移谐振器来实现这一点,在垂直位移谐振器中,悬臂梁被设置为一个跳水板状的垂直振动,以响应静电激励;而横向位移谐振器,其运动通过激励梳状结构来激发。对于更高的频率,可以使用薄膜体声波谐振器(FBAR),该谐振器由一层压电材料构成。

  六、微机械齿轮

  图中显示了静电微型发动机输出齿轮耦合到一个双级齿轮传动系统,驱动齿条和小齿轮滑块。这是使用Sandia超平面多层MEMS技术(SUMMiT)制造的。

  七、MEMS旋转电机

  采用多用户MEMS工艺制作了静电旋转电机。

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