طراحي، شبيه‌سازي و بهينه‌سازي سوئيچ خازني ميكروالكترومكانيكي RF به‌منظور كاهش ولتاژ تحريك

كارشناسي ارشد

در سال‌هاي اخير در مورد سامانه‌هاي ميكروالكترومكانيكي مطالعه‌هاي گسترده‌اي صورت گرفته است. سوئيچ‌هاي ميكروالكترومكانيكي به دليل كاربرد وسيعي كه در مخابرات، هوافضا، صنايع نظامي و تلفن‌هاي همراه دارند در اين سامانه‌ها داراي اهميت خاصي هستند. سوئيچ¬هاي RF MEMS داراي تلفات داخلي پايين، ايزولاسيون بالا، رنج عريض پهناي باند، توان مصرفي كم، وزن، حجم، و نيز سازگاري با فناوري CMOS هستند. اين ويژگي‌ها از مزاياي عمده اين سوئيچ¬ها نسبت به سوئيچ‌هاي نيمه‌هادي و ديودهاي پين به شمار مي‌آيند. بالا بودن ولتاژ تحريك يكي از مهم‌ترين محدوديت‌هاي سوئيچ‌هاي RF MEMS است. يكي از روش¬هاي كاهش آن، كاهش ثابت فنري ساختار سوئيچ است. اما بايد در نظر داشت كه كاهش بيش‌ازحد ثابت فنري سوئيچ باعث بروز مشكل مي¬شود. در اين تحقيق پس از بررسي روش‌هاي مختلف براي كاهش ولتاژ تحريك، از روش كاهش ثابت فنري ساختار، براي كاهش ولتاژ تحريك استفاده‌شده و ساختار جديدي ارائه‌شده است، براي ساختار پيشنهادشده ثابت فنري با روش كار و انرژي مدل شده و به‌صورت تحليلي مقدار ثابت فنري 0.0714 نيوتن بر متر و مقدار ولتاژ تحريك 1.61ولت به‌دست‌آمده است. ساختار ارائه‌شده با شبيه‌ساز مكانيكي، داراي ولتاژ تحريك 1.8 ولت و زمان سوئيچينگ 25.6ميكروثانيه و با حداكثر استرس قابل‌تحمل 4.5 مگا پاسكال، فركانس طبيعي سوئيچ3118.6 هرتز و جرم آن 0.206 نانوگرم و درنتيجه ثابت فنر 0.079 نيوتن بر متر است. سپس با ارائه يك تحليل رياضي جديد مقدار حداقل ثابت فنري به دست آورده شده است. مقدار حداقل ثابت فنري براي ساختار ارائه‌شده 0.0247 نيوتن بر متر به‌دست‌آمده و درنتيجه ساختار پيشنهادي ايمن طراحي‌شده است. جنس پل و بيم‌ها از طلا و دي‌الكتريك از Si3N4 استفاده‌شده است و ايزولاسيون براي ساختار ارائه‌شده، 25 دسي‌بل در 10 GHz، اتلاف عبوري 0.7 دسي‌بل و اتلاف بازگشتي 16¬ دسي‌بل به‌دست‌آمده است. براي شبيه‌سازي مكانيكي از نرم‌افزار COMSOL و براي شبيه‌سازي مشخصه‌هاي فركانس بالا از HFSS استفاده‌شده است. واژه‌هاي كليدي: سوئيچ‌هاي RF MEMS، ثابت فنري، ولتاژ تحريك، زمان سوئيچينگ، روش انرژي

194157

دانشگاه علم و صنعت ايران

الكترونيك - مدارهاي مجتمع خطي

دكتر جواد ياوند حسني