طراحی و تحلیل سوئیچ rf mems با سرعت بالا
چکیده
در ده سال اخیر ، سوئیچ های میکرو الکترومکانیکی ( mems ) به خاطر کاربردهای امید بخششان نظیر تلفات پایین ، خاصیت خطی بالا و توان مصرفی dc بسیار ناچیز طرفداران بسیاری پیدا کرده است اما این سوئیچ ها محدودیت هایی از قبیل ولتاژ تحریک بالا و سرعت سوئیچینگ پایین دارند. در این پژوهش سعی شده است تا ساختار جدیدی از سوئیچ rf mems ارائه شود که سرعت سوئیچینگ بالاتری نسبت به دیگر سوئیچ های mems از خود نشان بدهد. با استفاده از معادلات و روابط به دست آمده برای زمان سوئیچینگ، فهمیدیم که زمان سوئیچینگ به سختی پل و جرم موثر بیم بستگی دارد به طوری که هرچه سختی پل بیشتر و جرم موثر بیم کمتر باشد زمان سوئیچینگ کمتر خواهد شد. سختی وابسته به ابعاد ساختار و مشخصات مواد بیم نظیر مدول یانگ و ضریب پوآسن است. جرم موثر نیز به چگالی ماده و ابعاد بیم بستگی دارد. ابتدا سوئیچ دو طرف ثابت بر روی موجبر هم صفحه (cpw) که پرکابرد ترین سوئیچ mems می باشد، را در نظر می گیریم. در طرح جدید ابعاد بیم را تا حد امکان کوچک کرده تا سختی پل افزایش یابد و همین طور برای افزایش مدول یانگ از بیم سه لایه در پل معلق استفاده شده است به طوری که لایه وسط از جنس آلومینیوم و لایه های کناری از جنس اکسید آلومینیوم می باشد. چگالی آلومینیوم g?cm^3 2.7 و اکسید آلومینیوم g?cm^3 3.9 می باشد که نسبت به سایر مواد به کار رفته در بیم سوئیچ مانند طلا (g?cm^3 19.3) ، خیلی کمتر است. مدول یانگ آلومینیوم 70 گیگا پاسکال و اکسید آلومینیوم 380 گیگا پاسکال می باشد که نسبت به مدول یانگ طلا ( 78 گیگا پاسکال ) خیلی بیشتر می باشد. این کاهش ابعاد و استفاده از بیم سه لایه باعث شده است سختی بیم افزایش و جرم بیم کاهش یابد. این کار باعث افزایش فرکانس رزونانس و در نتیجه کاهش زمان سوئیچینگ شده است.