Modelling and design RF MEMS micro switches with electrostatic and\or piezoelectric actuation

• Auteur / Autrice : Hikmat Achkar
• Direction : Marc Sartor, Patrick Pons
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique et microsystème
• Date : Soutenance en 2009
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électrostatique

Piézoélectricité

Commutation (électricité)

Systèmes microélectromécaniques

Mots clés libres

Mems

Rf mems

Switches

Modeling

Finite element

Reverse engineering

Reliability

Structure

Résumé

MEMS est un système électromécanique à l'échelle du micron comprenant des capteurs ainsi que des actionneurs (micro moteurs, micro miroirs, micro relais. . . ) fabriqués avec les techniques de la micro-électronique conventionnelle (croissance d'oxyde, dépôt de matériaux, lithographie). Les plupart des commutateurs RF MEMS sont actionnés à l'aide des forces électrostatique pour faire changer la distance entre deux électrodes pour couper ou transmettre le signal. Ce type d'actionnement, malgré ces avantages, il a un inconvénient majeur qu'il s'agit du chargement du diélectrique qui mène à l'échec de ce commutateur. Pour résoudre ce problème, on a travaillé en parallèle sur deux axes différents. Le premier axe s'agit de changer le type d'actionnement qui est la raison du chargement en actionnement piézoélectrique tandis que le deuxième consiste à garder l'actionnement électrostatique mais en améliorant le comportement des structures utilisées en augmentant la force de rappel pour surmonter le phénomène du collage sans changer la tension d'actionnement. Une étape a succédé ce travail qui s'agissait d'une validation de la plateforme numérique avant de l'utiliser à modéliser nos structures.

MEMS are electromechanical system that have a micrometric scale including sensors as well as actuators (micro motor, micro mirrors, micro switches. . . ) manufactured using the conventional micro-electronics techniques (growth of oxide, material deposition, lithography). The majority of RF MEMS switches are actuated using the electrostatic forces to vary the distance between the two electrodes to cut or transmit the signal. This type of actuation, despite its advantages, has a major drawback which is the dielectric charging which leads to the failure of the switch. To solve this problem, we worked in parallel in two directions. The first direction consists of changing the type of actuation, which is the main reason for charging and failure, to piezoelectric while the second consists of keeping the electrostatic actuation while improving the behavior of the structures by increasing the restoring force used to overcome this charging phenomenon without increasing the actuation voltage. This work has succeeded a major step which is the numeric platform validation before using it to simulate the structure.