微机电系统开关可靠性及失效分析

　　微机电系统(RadioFrequencyMicro一Electro-Meehanieal一systemsRFMEMS)中的MEMS射频开关是目前研究最成熟的MEMS器件，其作为基本元件可形成多种其它类型的元件，如可调滤波器、开关式衰减器、变形天线元、移相器、多工器和组成其它电路与系统等l’]。然而RFMEMs开关的可靠性问题成为其实际应用的障碍，许多失效模式和失效机理仍未明确。RFMEMS开关必须表现出优良的可靠性，才能介入系统应用之中。

　　可靠性是产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的能力。通讯系统中开关长期使用的可靠性是指当开关工作在down态位置持续几个小时、几天或者几个月，或有1~loomw的RF功率流经接触区时，开关是否失效121。因此研究开关的可靠性问题与研究开关的失效问题(失效模式和失效机理)是密不可分的。本文从可靠性的角度出发，说明了MEMS及RFMEMS开关的可靠性问题的重要性，详细分析了RFMEMS串联电阻式开关和并联电容式开关的失效模式和失效机理，指出了开关可靠性方面今后的研究工作内容。

　　1MEMS及RFMEMS开关的可靠性

　　MEMS器件可靠性是其能否成功应用的关键问题之一，其重要性表现为l3]:①许多已进入应用领域的MEMS产品和正处于研制阶段的MEMS器件将在其所应用的系统中占据非常重要的角色，.其失效造成的损失非常巨大;②对MEMS及其器件失效机制认识的不深刻;③MEMS技术及其器件的可靠性问题之间的相对作用仍将会不断发生变化;④必须考虑MEMS设备及器件可靠性的影响因素，以保证减小损耗、提高产品合格率。

　　MEMS可靠性和应用研究是目前MEMS研究应该引起高度重视的方面，对MEMS可靠性的研究是一项综合性的研究，必须联系多种学科，如材料力学、概率与统计、失效物理学、热力学等。MEMS器件的可靠性需要设计更需要经受实际产品的检验。对MEMS的可靠性研究处于起步阶段，而对RFMEMS开关的可靠性研究也越来越深入，开关长期使用的可靠性问题是人们正在努力研究的课题。

　　目前对高频毫米波电路中RFMEMS开关的研究主要集中在串联电阻式和并联电容式开关上，且对后者的研究更加深入广泛。串联电阻式开关中，可靠性与所使用的金属触头关系密切。对电容式MEMS开关而言，最主要的可靠性问题是金属梁与覆盖在下极板上介质层之间产生的失效，其失效原因被认为是介质层之间累积电荷的产生及不断增加t4]，即介质层电荷注入与陷阱问题。电荷累积会导致驱动电压的漂移，而驱动电压对电荷的注入也有一定的影响。随着介电电荷积累到一定程度，除了会使开关失效外，还会导致电介质的击穿151。另外，RF功率对开关的可靠性具有重要的影响，如何使即MEMS开关实现中高功率传输而不出现可靠性问题也是人们必须解决的问题之一。