Beyond-CMOS- und HF–Bauelemente, integrierte Schaltungen und Technologien

HF MEMS-Schalter

© Fraunhofer ENAS
Messergebnisse der Streuparameter der RF-MEMS-Schalter, die die Einfügedämpfung und den Reflexionsverlust im geschlossenen Zustand und die Isolation im offenen Zustand darstellen.

Fraunhofer ENAS entwickelte einen Hochfrequenz-MEMS-Schalter als Einzelkomponente zum Einsatz in Mikrowellen- und mm-Wellen-System. Die Cips sind 3 mm x 1,5 mm groß und 0,5 mm dick. Eine MEMS-Technologie wird zur Herstellung eingesetzt, die alle Prozessschritte auf Waferebene gestattet. Ein neuartiges Design der Kontaktbereiche und der Hochfrequenzleitungen wurde entwickelt, um diese Bauelemente in einem Frequenzbereich von 0 Hz bis 75 GHz einsetzen zu können. Sie erreichen eine Einfügedämpfung von weniger als 0,5 dB bei Frequenzen unter 20 GHz und von ca. 1 dB bei Frequenzen bis 75 GHz. Aufgrund der Konfiguration als MEMS-Bauelement mit Metall-Metall-Kontakten wird eine sehr hohe Linearität (IIP3 > 65 dBm, 1 GHz, 0 dBm) erreicht. Der Schalter schließt und öffnet in ca. 10 µs nach der jeweiligen Signalflanke des Steuersignals. Im Vergleich zu gegenwärtig am Markt verfügbaren Bauelementen zum Schalten von HF-Signalen benötigt dieses Bauelement eine niedrigere Steuerspannung (5 Volt) und nahezu keinen Steuerstrom (< 10 nA). Die Applikationsfelder reichen von Test- und Messgeräten (Schaltmatrizen für sehr hohe Signalfrequenzen, variable Signalabschwächer) über das Steuern der Richtwirkung von Antennen (phasen-gesteuerte Antennengruppen, agile Antennen) bis zu rekonfigurierbaren Front-Ends in Kommunikationssystemen (Antennenschalter, Filter-Rekonfiguration).