[发明专利]微电子机械开关电介质注入的测试结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明提出了微电子机械开关的电介质注入的测试结构及其制备方法，属于微电子机械系统的技术领域。

背景技术

微电子机械开关具有高隔离度、低插入损耗和高线性度等优点。它的商业化却被器件的工作稳定性问题阻碍着，其中最重要的问题之一是发生在微电子机械开关电介质层中的电荷注入。电介质注入会导致器件工作状态的不稳定，因此在微电子机械开关的应用过程中，有必要对电介质注入进行实验验证。目前对微电子机械开关的电介质注入验证的方法是通过相关的仪器设备对普通的开关进行测试，而对开关电介质注入的测试结构没有进行专门设计。为了更精确的验证开关的电介质注入，设计专门的微电子机械开关电介质注入的测试结构是有必要的。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出微电子机械开关电介质注入的测试结构及其制备方法，实现对电介质注入的精确测试，并简化实验过程对所需仪器设备的要求。

技术方案：本发明的微电子机械开关电介质注入的测试结构以砷化稼为衬底，在衬底上设有共面波导(Coplanar Waveguide，简称CPW)、一分二功率分配器和对称的梁结构：

CPW用于实现测试仪器和一分二功率分配器，一分二功率分配器和梁结构阵列以及梁结构阵列和测试仪器的电路连接。

一分二功率分配器由Wilkinson功率分配器构成：一个射频(Radio Frequency，简称RF)输入端口，与测试仪器相连；二个RF输出端口，与二个梁结构相连。一分二Wilkinson功率分配器以CPW连接不对称共面带线(Asymmetric CoplanarStriplines，简称ACPS)的方式实现，隔离电阻采用氮化钽薄膜电阻。一分二功率分配器实现了把RF输入端口的信号等分成二路输出。

对称的梁结构由两个完全一样的梁结构组成。这两个梁结构是相同的，因此在电介质注入前它们的等效电容也相同。梁结构可以是两个固支梁，也可以是两个悬臂梁。固支梁的两个驱动电极位于CPW的信号线和地线的间隙处；悬臂梁的驱动电极位于梁下方。CPW地线被驱动电极引线隔断的地方，通过空气桥连接。

本发明的测试结构把两个相同的梁结构与两个可变电阻，以及电流计相连，形成一个电桥结构。在电桥结构中，两个梁结构共用一个信号输入端，两个可变电阻共用一个信号输出端，两个梁结构分别与两个可变电阻相连。测试时，将电流计的两端分别搭在两组梁结构和可变电阻之间。每个梁的驱动电极都是独立分开的，也就是说可以对两个梁分别加以不同的驱动电压。

当微电子机械开关外加驱动电压后就会形成电介质注入，其电容-电压曲线(C-V曲线)会发生相应的漂移。如果在下面四种情况下：1、两个梁结构外加过不同幅度的驱动电压；2、两个梁结构外加过不同频率的驱动电压；3、两个梁结构外加过不同波形的驱动电压；4、两个梁结构中的其中一个外加过一定的驱动电压并保持一段时间而另外一个不加，则在进行测试的时候两个梁结构在同样的驱动电压下的等效电容会变得不同。在电桥中，两个梁结构与可变电阻的连接点分别设为A和C，两个梁结构共用的信号输入端设为D，两个可变电阻共用的信号输出端设为B。通过CPW输入测试信号，调整两个外接的可变电阻的阻值，使得A、C两点电位相等时，电流计G所在支路无电流流过，其读数为零。C₁、C₂分别为两个梁结构的等效电容，R₁、R₂为外接可变电阻的阻值。可以分析：U_AB＝I₁R₁＝U_CB＝I₂R₂，两个支路的瞬时电流为又有Q＝CU，Q＝∫Idt以及U_DA＝U_DC。所以有则有：假设C₂由于电介质注入发生了变化，通过观察就可以知道C₂相对于C₁变化了多少。可见，只要实验验证过程直流电压源提供足够精确的静电驱动电压，可变电阻的阻值准确，本发明的微电子机械开关电介质注入的测试结构就能得到足够精确的实验结果。

微电子机械开关电介质注入的测试结构制备方法如下：

1)准备砷化镓衬底；选用的是外延的半绝缘砷化镓，

2)淀积氮化钽，

3)光刻并刻蚀氮化钽，形成一分二功率分配器的隔离电阻，即氮化钽薄膜电阻，

4)光刻；去除在CPW、一分二功率分配器、梁结构和静电驱动电极以其引线的光刻胶，