معرفی یک سیگنال تحریک جدید جهت ارتقای قابلیت اطمینان سوئیچ RF MEMS خازنی
محورهای موضوعی : مهندسی برق و کامپیوترمجید ضرغامی 1 * , یاسر مافی‌نژاد 2 , مهدی ضرغامی 3 , خلیل مافی‌نژاد 4
1 - مؤسسه آموزش عالی سجاد
2 - مؤسسه آموزش عالی سجاد
3 - دانشگاه آزاد اسلامی واحد قزوین
4 - مؤسسه آموزش عالی سجاد
کلید واژه: شارژ دی‌الکتریک سیستم میکروالکترومکانیکی فرکانس رادیویی (RF MEMS) ولتاژ تحریک,
چکیده مقاله :
در این مقاله سیگنال تحریک modified novel dual pulse به منظور کاهش شارژ دی‌الکتریک در سوئیچ‌های خازنی میکروالکترومکانیکی معرفی شده است. شکل موج پیشنهادی تأثیر به سزایی در کاهش شارژ دی‌الکتریک داشته، به گونه‌ای که چگالی بار انباشته‌شده در دی‌الکتریک را به میزان %2/7 نسبت به شکل موج dual pulse کاهش داده است. این در صورتی است که جدیدترین شکل موج معرفی‌شده (novel dual pulse) کاهشی به میزان %5 را نشان داده است. بنابراین سوئیچی که توسط شکل موج پیشنهادی تحریک شود طول عمر بیشتری خواهد داشت. برای محاسبه چگالی بار انباشته‌شده در دی‌الکتریک از دو مدل ریاضی و مداری زمان گذرا استفاده شده که نتایج به دست آمده از هر دو روش، برتری شکل موج پیشنهادی نسبت به شکل موج‌هایی که تاکنون برای تحریک این سوئیچ‌ها معرفی شده‌اند را تأیید می‌کنند.
In this paper a modified novel dual pulse actuation signal has been proposed to reduce dielectric charging in microelectromechanical system switches. The waveform has a significant impact in reducing the dielectric charging; therefore the amount of charge density in the proposed waveform has decreased 7.2% than the dual pulse waveform, although the newest waveform (novel dual pulse) has shown a 5% reduction in dielectric charging. So, the proposed actuation signal waveform will increase the lifetime of switch. We utilized mathematical and transient circuit models to calculate the amount of charge density in the dielectric and finally, the new actuation signal waveform has shown better performance than the other prevalent actuation signal waveforms.
[1] G. M. Rebeiz, RF MEMS Theory, Design, and Technology, John Wiley & Sons Inc., 2003.
[2] C. Goldsmith, J. Maciel, and J. McKillop, "Demonstrating reliability," Microwave Magazine, IEEE, vol. 8, no. 6, pp. 56-60, Dec. 2007.
[3] W. S. H. Wong and C. H. Lai, "Longer MEMS switch lifetime using novel dual-pulse actuation voltage," Device and Materials Reliability, IEEE Trans. on, vol. 9, no. 4, pp. 569-575, Dec. 2009.
[4] R. W. Herfst, P. G. Steeneken, H. G. A. Huizing, and J. Schmitz, "Center-shift method for the characterization of dielectric charging in RF MEMS capacitive switches," IEEE Trans. on Semiconductor Manufacturing, vol. 21, no. 2, pp. 148-153, May 2008.
[5] R. W. Herfst, Degradation of RF MEMS Capacitive Switches, Ph.D. Thesis, University of Twente, The Netherlands, 2008.
[6] A. L. Hartzell, M. G. da Silva, and H. R. Shea, MEMS Reliability, 2011.
[7] X. Yuan, Z. Peng, J. C. M. Hwang, D. Forehand, and C. L. Goldsmith, "A transient SPICE model for dielectric-charging effects in RF MEMS capacitive switches," IEEE Trans. on Electron Devices, vol. 53, no. 10, pp. 2640-2648, Oct. 2006.
[8] X. Yuan, J. C. M. Hwang, D. Forehand, and C. L. Goldsmith, "Modeling and characterization of dielectric-charging effects in RF MEMS capacitive switches," in Proc. IEEE/MTT-S Int. Microwave Symp. Digest, pp. 753-756, 12-17 Jun. 2005.
[9] C. L. Goldsmith, J. Ehmke, A. Malczewski, B. Pillans, S. Eshelman, Z. Yao, J. Brank, and M. Eberly, "Lifetime characterization of capacitive RF MEMS switches," IEEE/MTT-S In. Microwave Symp. Digest, vol. 1, pp. 227-230, May 2001.
[10] X. Yuan, S. V. Cherepko, J. C. M. Hwang, C. L. Goldsmith, C. Nordqusit, and C. Dyck, "Initial observation and analysis of dielectric-charging effects on RF MEMS capacitive switches," IEEE/MTT-S Int. Microwave Symp. Digest, vol. 3, pp. 1943-1946, 6-11 Jun. 2004.
[11] C. L. Goldsmith, D. Forehand, Z. Peng, J. C. M. Hwang, and I. L. Ebel, "High-cycle life testing of RF MEMS switches," IEEE/MTT-S In. Microwave Symp. Digest, pp. 1805-1808, 3-8 Jun. 2007.
[12] W. M. Spengen, R. Puers, R. Mertens, and I. D. Wolf, "A comprehensive model to predict the charging and reliability of capacitive RF MEMS switches," J. Micromech. Microeng., vol. 14, no. 4, pp. 514-521, Jan. 2004.
[13] S. Melle, D. De Conto, D. Dubuc, K. Grenier, O. Vendier, J. L. Muraro, J. L. Cazaux, and R. Plana, "Reliability modeling of capacitive RF MEMS," IEEE Trans. on Microwave Theory and Techniques, vol. 53, no. 11, pp. 3482-3488, Nov. 2005.
[14] V. Kaajakari, "Closed form expressions for RF MEMS switch actuation and release time," Electronics Letters, vol. 43, no. 3, pp. 149-150, Jan. 2009.