RF MEMS switch

소개글

RF MEMS switch에 대한 보고서 자료입니다.

목차

Introduction
1. RF MEMS 스위치 개요
2. 스위치 방식에 따른 특징과 장, 단점
3. 스위치 제작 시 고려사항
 Key design factors
Experimental Methods
Results and Suggestion
▪ 결과 분석
Conclusion

본문내용

Au etching Ti etching Soft baking 아세톤&메탄올으로 PR제거
실험 시, SiO2층은 생략하였다.
실험 시, Cr대신 Ti 사용
Beam의 정 중앙에 actuation electrode를 위치
actuation force 가 beam의 center에 집중될 때 가장 작은 beam spring constant가 얻어질 수 있다.
현미경으로 활영한 사진
RF Line과 actuation electrode가 형성된 것을 확인 할 수 있다.
③ SiO2 to block shorting
Dielectric layer를 사용함으로써, Beam이 내려갔을 때 DC isolation을 얻을 수 있다.
▼ 중간과정 촬영모습
아직 RF라인과 Beam의 접촉부는 형성되지 않았다.
④ Sacrificial layer and window open
⑤ Sacrificial layer and window open
PR spin(AZ 4330) Hot plate(1min / 90℃) UV exposure Au 증착 develop
PR spin(AZ 4620) Hot plate(15mins / 80℃) UV exposure develop Hot plate(10mins / 70℃)
Ni plating(도금) UV exposure(long time, 300sec) develop UV film dicing
▼ Hot plate 후의 모습
⑥ 완성: Removal of sacrificial layer and Cr etching for gold-to-gold contact
▼ Top View
⑦ 제작과정 정리
Actuation electrode와 RF Line 형성
그 위에 금속을 올린다.
Sacrificial layer 형성
그 위에 Dielectric 형성
RF 라인 위에 절연층 없애고, contact dimple형성
beam형성 (금속과 dielectric)
▼Top view
▼Cross section(off/on)
Results and Suggestion
결과 분석
실험의 원인을 분석해보면 크게
The failure of the mask design / The failure of fabrication / The failure mechanism을 들 수 있다.
The failure of the mask design의 경우 실제 에칭을 했을 경우에 mask design 설계 시 고려했던 결과가 나오는지에 대하여 failure의 원인을 살펴 볼 수 있다. 다음으로 우리가 제작하는 소자가 매우 작은micro 소자이고 제작하는 사람들이 실제 현장에 있는 사람처럼 다수의 경험이 있는 것이 아니기 때문에 The failure of fabrication과정 상의 문제발생을 예상 할 수 있다. 특히 사람이 손을 가장 많이 쓰는 cleaning과정을 가장 크게 살펴 볼 필요가 있다. 다만 아쉬운 것은 우리는 Top view만을 볼 수 있기 때문에 side view에서는 보이고 top view에서는 보이지 않는 failure대해서는 단순히 추측만을 할 수 있기 때문에 실질상 제작과정 중에서의 failure는 cleaning이외의 공정에서는 failure원인을 찾기 힘들다. 마지막으로 The failure mechanism의 경우 크게 3가지가 있는데 이중에 miliion times에 의한 failure는 한 번도 사용하지 않고 처음 만든 소자에서는 고려할 사항이 아니고 arcing은 항상 on이 되는 것인데 우리는 모든 소자가 open circuit의 결과가 나왔으므로 이 또한 옳지 않다. 따라서 우리는 The failure mechanism의 경우 중에서 오직 organic contaminants에 의한 deposition의 경우만 고려해야만 한다. 즉 가능성이 있는 경우에 대하여 좀 더 세세히 살펴보면 다음과 같다.
1. the short length(beam의 길이가 짧아서 switch down시, RF line과 접촉 불량)
-처음 설계 했을 시의 값은 이상적인 설계 값으로 설정하였을 것이다. 하지만 reflective wave로 인해서 우리가 가진 마스크 그대로의 P/R공정이 이루어지지 않았을 것이다. 이로 인해서 우리 조를 포함한 모든 조들의 beam들이 대부분 짧아진 것을 볼 수 있었다.
-혹은 pattern에서 접촉부의 길이가 너무 짧게 디자인 되었을 수 있다. 따라서 접촉 시 contact area가 감소하여 contac resist가 증가하면, open circuit이 되어 동작하지 않는 것도 생각할 수 있다.
2. The deposition of organic contaminants
-비록 micro가 nano비한다면 매우 큰 공정일지라도 일반적인 개념으로서 micro는 매우 작은 공정이다. 즉, deposition of organic contaminants에도 민감하기 때문에 thin dielectric layer이 형성 되었을 가능성이 크고 또한 metal surface에 데미지가 생겨서 pitting 또는 hardening이 생겼을 가능성이 크다. 또한 이로 인해서 contact area가 감소하였고 이는 또한 conrtact resistance를 증가시켰고 이로 인해서 switch가 닫혀 있었음에도 불구하고 open circuit처럼 되었을 수 있다.
3. clean과정에서의 failure
-앞서 말했듯이 micro의 단위 인 만큼 섬세한 작업이 반드시 요구 된다. 이는 cleaning과정에서도 마찬가지이다. 공정 중에서 우리가 손을 가장 많이 사용하는 공정은 cleaning 과정이다. 즉 이 과정에서 우리의 실수로 인한 failure가 생겼을 가능성은 충분히 크다. 특히 마지막 P/R을 제거할 때 특히 그 가능성이 매우 존재한다. 단순히 매우 많다고 해서 한 개정도는 결과가 나올 것이라고 생각하고 하기에는 문제가 있다. 즉, 기계와같이 정확한 도구를 사용하지 않는 한 각각의 칩이 성공할 확률은 각각의 칩을 random variable x로 잡을 때 p(x)의 값은 x가 400(4조 * 약100개)번 시행

키워드

MEMS,   RF,   스위치,   마이크론,   부품