双动作射频-微机电系统开关适合片上系统集成

　　世界知名的半导体供应商意法半导体（纽约股票交易所：STM）日前公布了一项有关使用微机电系统（MEMS）技术在采用标准互补MOS半导体技术制造的电路内集成高性能射频（RF）开关的创新技术的细节。新的射频开关可望提高移动电话及类似终端的性能,因为这类应用需要高效的射频开关,以最大限度地降低功耗,提高电池的使用寿命。

　　为了通过从一个标准转换到另一个标准或高效控制传输功率使便携终端全面适应工作环境,设备制造商不断提高对灵活性更高的单片开关功能更强的射频芯片的需求。虽然半导体被广泛用于便携应用的射频开关,但是,在总体上,半导体开关不如基于MEMS的开关更有吸引力,因为后者在隔离、插入损耗和线性等性能方面更加优异。然而, RF-MEMS开关尽管在众多的航天和电信应用中建立了优势,但是,在大规模市场如移动电话及终端市场上的可行性却关键取决于在低价单片系统器件(SoC)内集成这些开关的能力。

　　ST与研究伙伴合作开发的“IC上”微开关解决方案满足了高可靠性、低功耗、低驱动电压和SoC制造技术兼容性等四个主要标准,开关内的活动元器件由一个极小的氮化硅横梁（400 x 50m）组成,横梁两端被固定。这个横梁的两端都含有氮化钛加热电阻器、静电保持电极和一个铝块,最初,横梁与在横梁下面3m空隙内运行的射频信号线路保持分离状态。当在电阻加热器上施加一个低压(2V)时,铝和氮化硅发生不同的热胀,导致横梁变形（双压电晶片效应）,直到与射频线路上的一个金凸缘机械接触,闭合开关。

　　一旦开关被接通后,保持电极上会被立即施加一个电压,产生一个静电应力,使横梁保持在适合位置,并允许加热电流关断。通过这种方式,新的结构兼有低压电源和热驱动带来的高可靠性以及静电钳位的低功耗等优点。

　　为了在一个SoC设计内演示新的RF-MEMS开关的集成性,产品原型已经在法国克罗里斯（Crolles）ST的研发设施内制造完成,热驱动和静电钳位的驱动电路采用一项工业双极与CMOS兼容技术。实际的MEMS开关是制造在芯片上,即在所有的标准互补MOS半导体工艺级完成后,而且不需要特殊的键合技术。

　　对于激活,这个开关需要2V以下的20mA电流,持续时间大约200s,产生激化能8J。第一批原型实现静电保护需要15V电压,不过,随着横梁材料的应力控制提高,这个电压预计会降低到10V。对于可靠性,共演示了109次开关周期,无任何故障或闭合退化现象,同时RF特性描述显示,对于移动电话应用,在人们关心的2GHz频率下,插入损耗（0.18dB）和隔离(57dB)特性十分优异。

　　ST公司副总裁兼中央研发中心主任Joel Monnier说：“这一成就是ST如何与研究伙伴合作的一个很好的范例,ST是为标准互补MOS平台开发创新的扩展产品的世界级领导者。对于我们的互补性片上系统技术组合,这项新的技术将会是一个激动人心的新技术。”

　　在第一批芯片的成功制造和特征描述后,ST和CEA-LETI正在设法优化静电保持功能,开发硅片级的封装,降低必要的掩膜数量,以进一步提高成本效益。