[发明专利]基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种石墨烯射频机械开关，特别涉及一种基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关结构，该结构可使石墨烯射频机械开关减小插入损耗、增大隔离度。属于MEMS技术领域。

背景技术

MEMS射频机械开关是芯片上用于控制高频信号的常见单元结构。然而传统的硅MEMS开关驱动电压通常很大(十几伏至几十伏)，开关速度较慢(微秒量级)，因此与集成电路兼容性较差，影响其进一步实用化。与硅开关相比，石墨烯开关可以很好的解决以上问题，它具有吸合电压小(小于10V)、开关速度快(纳秒量级)的优势。然而由于石墨烯射频机械开关出现的时间较短，要想实用化还存在若干需要解决的问题：

首先，插入损耗与隔离度是射频机械开关的两个重要指标，目前文献报道的石墨烯开关插入损耗过大(开关在开态时的输出与输入信号比值过小，见参考文献1：Single-crystalline graphene radio-frequency nanoswitches.P.Li,et al,Journal of Micromechanics and Microengineering,2015,25,075022.)，导致高频信号在开关导通时不能完全通过，产生较大损耗。而且目前石墨烯开关的隔离度也较差(开关在关态时的输出与输入信号比值过大，见参考文献2：Fabrication process and characterization of suspended graphene membranes for RF NEMS capacitive switches.C.F.Moldovan,et al,Microelectronic Engineering,2015,145,5-8.)，导致开关在关态时不能完全阻隔高频信号，产生较严重的电信号泄漏。这两个参数严重影响了石墨烯开关的高频性能；其次，目前石墨烯开关加工工艺过程及结构复杂，通常需要超临界干燥等加工过程(见附图1)，或者双悬空复杂结构，导致器件成品率低，直接影响其实用化。因此需要一种易于加工的MEMS新结构，能够有效提升石墨烯射频机械开关的插入损耗与隔离度。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新的器件结构，利用石英基底共面波导减小石墨烯射频机械开关插入损耗、利用多石墨烯梁并联与二维绝缘材料氮化硼结合提高开关隔离度。基于本发明的石墨烯射频机械开关具有结构更简单、插入损耗和隔离度性能指标更加优良的特点。

本发明是通过下述方法实现的：

基于石英基底共面波导的石墨烯射频机械开关，其特征在于，所述石墨烯射频开关含有从上到下连接在一起的石墨烯2-4、氮化硼2-5、共面波导信号传输线2-1，共面波导地线2-2，石英基底2-3；所述共面波导信号传输线2-1与位于两边的两条共面波导地线2-2，互相平行；所述石墨烯2-4位于氮化硼2-5上方；所述石墨烯2-4和氮化硼2-5组成复合梁结构，梁两端分别与两条共面波导地线2-2接触，中间部分悬空；所述共面波导信号传输线2-1位于所述复合梁结构悬空部分正下方。

在上述石墨烯射频机械开关中，所述石墨烯2-4为单层或多层，一般为1-10层。

在上述石墨烯射频机械开关中，所述氮化硼(2-5)为单层或多层，一般为1-10层。

在上述石墨烯射频机械开关中，在所述石英基底共面波导上并排布置多个相同的石墨烯和氮化硼复合梁结构。

在上述石墨烯射频机械开关中,在所述石墨烯(2-4)和氮化硼(2-5)组成复合梁结构的中间悬空部分中，石墨烯与氮化硼的形状、面积相同。

在上述石墨烯射频机械开关中，所述共面波导通过溅射、或蒸镀或其它方法形成于石英基底上表面，其中金属材料选用Au、Ag、Cu、Al、Pt中的任意一种；

在上述石墨烯射频机械开关中，所述石英基底厚度为100-300微米，基底表面除共面波导以外的区域整体向下凹陷0.1-0.5微米。

基于以上技术方案，本发明的有益效果是：