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Dokumentenidentifikation DE69837078T2 06.06.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0000929113
Titel Verlustarmer luftgelagerter radial kombinierter Streifenleiter für N-Weg-RF-Schalter
Anmelder Northrop Grumman Corp., Los Angeles, Calif., US
Erfinder Kobayashi, Kevin W., Torrance, CA 90503, US;
Oki, Aaron K., Torrance, CA 90502, US
Vertreter WUESTHOFF & WUESTHOFF Patent- und Rechtsanwälte, 81541 München
DE-Aktenzeichen 69837078
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 30.12.1998
EP-Aktenzeichen 981248180
EP-Offenlegungsdatum 14.07.1999
EP date of grant 14.02.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.06.2007
IPC-Hauptklasse H01P 1/15(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01P 11/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mikrostreifenschalter zur Verwendung in HF-Schaltanwendungen und insbesondere einen radial kombinierten einpoligen Breitband-N-Stufen-Mikrostreifenschalter mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1 mit einer verbesserten Einfügedämpfungscharakteristik bei Millimeterwellenfrequenzen, gebildet mit einem verlustarmen luftgelagerten radial kombinierten Feld, das die parasitäre Nebenschlusskapazität reduziert und somit das Tiefpassverhalten der Vorrichtung erweitert.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Mikrostreifenschalter werden bei verschiedenen HF-Anwendungen verwendet. Es sind verschiedene Konfigurationen für derartige Mikrostreifenschalter bekannt. Beispielsweise sind kaskadierte Schalter und Schalterkonfigurationen mit orthogonalen Abzweigungen bekannt. Es sind auch radial kombinierte Schalter bekannt, die ein symmetrisches Schalterabzweigungsverhalten und die Vereinigung einer Vielzahl von Schalterabzweigungen auf einer relativ kleinen Fläche verglichen mit kaskadierten Schaltern und Schaltern mit orthogonalen Abzweigungen bietet. Die relativ kleine Größe radial kombinierter Schalter ist insbesondere für Anwendungen mit niedrigen Kosten und hoher Stückzahl attraktiv, wie etwa bei einem Fahrzeugradar.

US 3,597,706 A beschreibt einen Schalter zur Verwendung bei Hochfrequenzsystemen entsprechend dem Schalter gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Dieser bekannte Schalter umfasst ein Element aus intrinsischem Halbleitermaterial mit gegenüberliegenden Oberflächen, einer leitfähigen Schicht auf einer der Oberflächen, einem zentral angeordneten leitenden Element auf der einen und einer Mehrzahl von leitenden Streifen auf der anderen der Oberflächen. Jeder der Streifen ist von dem leitenden Element mittels einer direkten Strom sperrenden Lücke separiert. Jeder der Streifen befindet sich in leitfähigem Kontakt mit einem p-leitenden Bereich in dem Element. Jeder der Streifen ist näherungsweise bei der Arbeitsfrequenz des Schalters eine viertel Wellenlänge lang. Eine Mehrzahl von n-leitenden Bereichen in dem Element befindet sich in leitfähigem Kontakt mit der leitfähigen Schicht und bildet mit den p-Bereichen eine Mehrzahl von pin-Dioden.

US 4,302,734 A beschreibt einen Mikrowellen-Schalt-Leistungsteiler zum selektiven Aufteilen und Schalten von Mikrowellenenergie bei einer Mehrzahl von Ausgängen zu anderen Mikrowellenvorrichtungen. Dieser Leistungsteiler umfasst ein Paar paralleler, voneinander getrennter kreisförmiger Masseebenen, die eine Mikrowellenkavität definieren, wobei ein Mikrowellenleistung verteilender schaltender Schaltkreis mit mehreren Anschlüssen auf den gegenüberliegenden Seiten eines dünnen kreisförmigen dielektrischen Substrats gebildet ist, das zwischen den Masseebenen angebracht ist. Der leistungsverteilende Schaltkreis umfasst eine leitfähige Scheibe, die sich in der Mitte des Substrats befindet und mit einer Mikrowellen-Energiequelle verbunden ist. Eine Mehrzahl sich verjüngender radialer Leistungsaufteilungs-Übertragungsleitungen zum Auffangen der stehenden Wellen sind symmetrisch angeordnet und mit der leitfähigen Scheibe verbunden. Innerhalb jeder Leitung sind eine Schaltdiode mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Einfügedämpfung sowie gleichstromsperrender Kondensatoren in Reihe zwischen das äußere Ende einer Übertragungsleitung und einem Ausgangsanschluss geschaltet. Eine mikrowellensperrende Gleichspannungs-Vorspannungsdrossel hoher Impedanz ist zwischen jede Schaltdiode und einer Quelle des Schaltstroms eingebunden. Die Schaltstromquelle spannt die Dioden in Vorwärtsrichtung vor, um Mikrowellenenergie von der leitfähigen Scheibe zu den ausgewählten Ausgangsanschlüssen und zu zugehörigen Antennenelementen zu koppeln, die mit den Ausgangsanschlüssen verbunden sind, um ein synthetisiertes Antennenmuster zu bilden. Die Ausgangsanschlussimpedanz wird innerhalb eines gewünschten Bereichs durch die Wahl der Kavitäts- und Leistungsverteilungsschaltkreisabmessungen gehalten.

US 4,525,689 A beschreibt einen dynamischen elektronischen Schalter mit n Eingängen und m Ausgängen. Das elektromagnetische Signal an einem beliebigen Eingang kann auf eine beliebige Anzahl an Ausgängen geschaltet werden. Die Schaltknoten umfassen zumindest einen Schaltdiode und einen zwischen zwei parallele Masseebenen in einer planaren Mutterbaugruppe befindlichen Richtkantenkoppler, um das Schalten an jedem Schnittpunkt eines Eingangs und eines Ausgangs durchzuführen. Jeder Ausgang ist auf einer planaren dielektrischen Summierbaugruppe montiert, die orthogonal zu der Mutterbaugruppe positioniert ist. Die Längen der zu jeden Ausgang gehörigen ausgedehnten Übertragungsleitungen sind so gewählt, dass, wenn ein Eingangssignal auf den Ausgang geschaltet wird, die Summe der Admittanzen der n-1 ungeschalteten ausgedehnten Übertragungsleitungen – gemessen zwischen einem zugehörigen Summierknotenpunkt und Masse – im Wesentlichen gleich Null ist.

Es besteht eine Grenze bezüglich der Bandbreite und der niedrigen Einfügedämpfung, die mittels eines radial kombinierten Mikrostreifenschalters erreicht werden kann. Insbesondere existieren zwei fundamentale Leistungsverhaltensbeschränkungen bei hohen Frequenzen: das Grenzfrequenz-Leistungsverhalten des Halbleiterschalters und die effektive Tiefpasscharakteristik des radial kombinierten Mikrostreifenschalters. Diese beiden Faktoren verschlechtern das Leistungsverhalten des radial kombinierten Mikrostreifenschalters in einem größeren Ausmaß als die Anzahl an Schalterabzweigungen erhöht werden kann.

Ein beispielhafter radial kombinierter einpoliger N-Wege-N-Stufen-Mikrostreifenschalter, der allgemein mit dem Bezugszeichen 20 bezeichnet ist, ist in 1 veranschaulicht. Wie gezeigt, umfasst der Mikrostreifenschalter 20 N Schaltereingangsabzweigungen, die in 1 mit dem Bezugszeichen 22-36 bezeichnet sind, und eine Schalterausgangsabzweigung 38. Die Schaltereingangsabzweigungen 22-36 und die Schalterausgangsabzweigung 38 sind mit einem radial kombinierten Feld 40 verbunden. Jede Schaltereingangsabzweigung 22-36 umfasst ein Paar seriell gekoppelter pin-Dioden 40 und 42, die zwischen einem Eingangs-Mikrostreifenübertragungsleiter 44, der als Eingangsanschluss fungiert, und einem verbindenden Mikrostreifenübertragungsleiter 46 für jeden der Schaltereingangsabzweigungen 22-36 eingebunden sind. Die verbindenden Mikrostreifenübertragungsleiter 46 für jeden der Schaltereingangsabzweigungen 22-36 sind an dem radial kombinierten Feld 40 zusammengekoppelt. Ein Mikrostreifenübertragungsleiter 48 ist mit dem radial kombinierten Feld 40 verbunden, um einen Ausgangsanschluss für den Schalter zur Verfügung zu stellen. Der Eingangs- und der Ausgangsmikrostreifen 44 und 48 sind mit 50 &OHgr; veranschaulicht.

Die spezifische pin-Dioden-Prozesstechnologie vorausgesetzt, wird der Effekt der Abwägung zwischen der Verstärkungsbandbreite und der verlustarmen Bandbreite des Mikrostreifenschalters 20 entweder durch Skalieren der Größe der pin-Dioden 40, 42 oder durch Hinzufügen mehrerer pin-Dioden in Reihe, parallel oder in Kombinationen daraus für jeden der Schaltereingangsabzweigungen 22-36 eingestellt. Für einen Betrieb bei hoher Frequenz werden die pin-Dioden 40, 42 für jede der Schaltereingangsabzweigungen 22-36 so konfiguriert, dass die Tiefpassgrenzfrequenz der Dioden 40, 42 jenseits der interessierenden Arbeitsfrequenz liegt.

Die 2b und 2c stellen die äquivalenten Schaltmodelle einer typischen GaAspin-Diode mit 2-&mgr;m-i-Region mit einer Grenzfrequenz von fc > 2 THz für eine wie in 2a veranschaulichten pin-Diode bestimmter Größe dar. Wie in 2c gezeigt, ist die serielle Off-Kapazität relativ erheblich. Um die serielle Off-Kapazität zu reduzieren, können zwei pin-Dioden in Reihe verwendet werden, um das Bandbreitenansprechverhalten auf Kosten der Einfügedämpfung auszudehnen. Aufgrund der Verwendung von 2-&mgr;m-GaAs-pin-Dioden mit Grenzfrequenzen fc > 2 THz und der relativ geringen Größe der pin-Dioden weisen die einzelnen Schaltereingangsabzweigungen 22-36 des radial kombinierten Mikrostreifenschalters 20 ein Frequenzansprechverhalten jenseits der interessierenden Frequenz auf. Es ist die Tiefpassflankencharakteristik des radial kombinierten Mikrostreifenschalters, die den begrenzenden Leistungsverhaltenfaktor für einen N-Wege-Mikrostreifenschalter bei Millimeterwellenfrequenzen darstellt.

Allgemein weist bei einer großen Anzahl an radial kombinierten Schaltereingangsabzweigungen 22-36 das radial kombinierte Feld 40 eine signifikante Fläche auf und trägt zu der dominierenden Tiefpassdämpfungscharakteristik des N-Wege-Schalters 20 bei Millimeterwellenfrequenzen bei. Durch ein Reduzieren der Größe des radial kombinierten Feldes 40 können die zugehörigen parasitären Impedanzen minimiert und das Frequenzansprechverhalten ausgedehnt werden. Die Breite des Ausgangs-50-&OHgr;-Mikrostreifenübertragungsleiters 38 – beispielsweise 70 &mgr;m bei einem 4-Mil-GaAs-Substrat – beschränkt letztlich, wie klein das radial kombinierte Feld 40 gemacht werden kann, wie allgemein in 9 veranschaulicht.

3 veranschaulicht eine Äquivafenzschaltung mit konzentrierten Elementen ("lumped element") des in 1 veranschaulichten radial kombinierten einpoligen N-Stufen-Mikrostreifenschalters 20. Wie gezeigt, kann der das radial kombinierte Feld 40 durch ein L-C-Tiefpassnetzwerk 41 dargestellt werden. Wenn die Nte Schaltereingangsabzweigung 36 eingeschaltet ist, und alle anderen N-1 Schaltereingangsabzweigungen 22-34 ausgeschaltet sind, kann der Durchschaltweg der Nten Schaltereingangsabzweigung 36 durch die in 4 veranschaulichte Äquivalenzschaltung dargestellt werden. Wie in 4 gezeigt, kann das Tiefpassansprechverhalten des Mikrostreifenschalters 20 durch ein einfaches Tiefpassfilternetzwerk gekennzeichnet werden, das aus einer seriellen Induktivität Lfeed und der effektiven Parallelkombination der Shunt-Kondensatoren Coff(N – 1)/2 und Cfeed gebildet ist. Bei Höchstleistungs-Schottky-pin-Dioden mit Grenzfrequenzen fc > 2 THz kann die Shunt-Kapazität Cfeed typischerweise ≥ 15% der effektiven Gesamtshunt-Kapazität betragen. Wenn das radial kombinierte Feld 40 einen großen Durchmesser aufweist, um einen typischen breiten Ausgangsmikrostreifenübertragungsleiter 39 mit 50 &OHgr; fest aufzunehmen, ist die Shunt-Kapazität Cfeed groß und die zugehörige serielle Induktivität Lfeed klein. Wenn die elektrischen und physikalischen Randbedingungen eine Reduzierung des Durchmessers des radial kombinierten Felds 40 erlauben, wird die Shunt-Kapazität des radial kombinierten Feldes 40 relativ kleiner; die Eingangs-Mikrostreifenübertragungsleiter 44 bekommen jedoch eine größere Induktivität. Folglich gewinnt man lediglich einen marginalen Vorteil durch ein Verändern der geometrischen Größe des radial kombinierten Feldes, da sich der Tiefpasspol, der durch die serielle Induktivität Lfeed und durch die Shunt-Kapazität Cfeed, bestimmt wird, nicht signifikant ändert. Folglich ist es vordem nicht bekannt, ein verbessertes Frequenz-Leistungsverhalten eines radial kombinierten Mikrostreifenschalters zu erhalten, indem einfach die Größe des radial kombinierten Feldes verändert wird.

Kurzbeschreibung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verschiedene Probleme im Stand der Technik zu lösen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen radial kombinierten einpoligen N-Stufen-Mikrostreifenschalter mit verbessertem Leistungsverhalten vorzusehen.

Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen radial kombinierten einpoligen N-Stufen-Mikrostreifenschalter mit verbesserten Einfügedämpfungen bei Millimeterwellenfrequenzen vorzusehen.

Kurz gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Mikrostreifenschalter, der N Schaltereingangsabzweigungen und einen Ausgangsanschluss umfasst, der aus einem Mikrostreifenübertragungsleiter gebildet ist. Jede Schaltereingangsabzweigung umfasst eine oder mehrere pin-Dioden. Die Schaltereingangsabzweigungen sowie der Ausgangsanschluss sind mit einem radial kombinierten Feld verbunden. Um die Einfügedämpfungen bei Millimeterwellenfrequenzen zu verbessern, ist das radial kombinierte Feld luftgelagert, um die parasitäre Shunt-Kapazität zur Ausdehnung des Tiefpassfrequenz-Ansprechverhaltens des Schalters zu verringern. Die Erfindung ist in Anspruch 1 spezifiziert und ein Verfahren zum Bilden des Schalters ist in Anspruch 6 spezifiziert.

Beschreibung der Zeichnungen

Diese und weitere Aufgaben der vorliegenden Erfindung sind leicht unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Zeichnungen verständlich.

1 ist ein schematisches Diagramm eines radial kombinierten N-Wege-Mikrostreifenschalters.

2a ist eine schematische Darstellung einer pin-Diode.

2b-2c veranschaulichen das Äquivalent einer GaAs-pin-Diode mit 2-&mgr;m-i-Region mit einer Grenzfrequenz von fc > 2 THz sowohl jeweils in dem eingeschalteten als auch in dem ausgeschalteten Zustand für eine in 2a veranschaulichte Diode mit bestimmter Größe.

3 ist ein schematisches Diagramm einer Äquivalenzschaltung für einen radial kombinierten N-Wege-Mikrostreifenschalter, wobei das radial kombinierte Feld als ein L-C-Tiefpassnetzwerk dargestellt ist.

4 ist ein schematisches Diagramm einer Äquivalenzschaltung des Durchschaltwegs der Nten Abzweigung für einen radial kombinierten N-Wege-Mikrostreifenschalter.

5a ist ein planares Diagramm eines radial kombinierten Mikrostreifenschalters gemäß der vorliegenden Erfindung.

5b ist ein Querschnittsdiagramm des in 5a veranschaulichten radial kombinierten Mikrostreifenschalters.

6a-6i veranschaulichen die Verfahrensschritte zum Herstellen eines Abschnitts des radial kombinierten Mikrostreifenschalters gemäß der vorliegenden Erfindung.

7 ist eine grafische Veranschaulichung des Einfügedämpfungs-, des Rückflussdämpfungs- und des Isolationsleistungsverhaltens als Funktion der Frequenz in GHz für einen konventionellen einpoligen Diodenmikrostreifenschalter.

8 veranschaulicht ähnlich zu 7 das Einfügedämpfungs-, das Rückflussdämpfungs- und das Isolationsleistungsverhalten des radial kombinierten Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung.

9 ist ein Layout in planarer Ansicht eines typischen einpoligen Acht-Stufen-Mikrostreifenschalters.

Detaillierte Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft einen radial kombinierten Mikrostreifenschalter mit reduzierter Einfügedämpfungscharakteristik bei Millimeterwellenfrequenzen. Für eine gegebene Größe eines radial kombinierten Feldes – bestimmt durch die Anzahl an Eingangsabzweigungen sowie den physikalischen und elektrischen Randbedingungen des Designs – werden die Streu-Shunt-Kapazitäten des Schalters durch ein Entfernen des hochdielektrischen Materials neben dem radial kombinierten Zentralfeld gemäß der vorliegenden Erfindung reduziert. In dem Fall der aus III-V-Halbleiterverbindungen gebildeten Mikrostreifenschalter, wie etwa GaAs, kann die Shunt-Kapazität um eine Größenordnung reduziert werden.

5a veranschaulicht eine planare Ansicht eines radial kombinierten einpoligen N-Wege-N-Stufen-Mikrostreifenschalters 60 gemäß der vorliegenden Erfindung. Der Mikrostreifenschalter 60 umfasst N Schaltereingangsabzweigungen 62, 64, 66, 68, 70, 71 und 72 und eine Ausgangsabzweigung 74, die einen Ausgangsanschluss definiert. Obwohl 5a 7 Schaltereingangsabzweigungen 62-72 und einen einzigen Ausgangsanschluss 74 veranschaulicht, versteht es sich für den Fachmann klarerweise, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auf nahezu eine beliebige Anzahl an Eingangsabzweigungen anwendbar sind. Jede der Schaltereingangsabzweigungen 62-72 umfasst einen Eingangs-Mikrostreifenübertragungsleiter 76, beispielsweise 50 &OHgr;, einen oder mehrere seriell gekoppelte pin-Dioden 78 und einen verbindenden Mikrostreifenübertragungsleiter 80. Jeder der verbindenden Mikrostreifenübertragungsleiter 80 ist radial mit einem Feld 84 verbunden. Die Ausgangsabzweigung 74, beispielsweise ein 50-&OHgr;-Mikrostreifenübertragungsleiter, ist ebenfalls mit dem radial kombinierten Feld 84 verbunden. Um die Shunt-Kapazität des Schalters 60 und folglich die Einsatzdämpfung des Mikrostreifenschalters 60 bei Millimeterwellenfrequenzen zu reduzieren, ist das radial kombinierte Feld 84 luftgelagert, wie es besser in 5b veranschaulicht ist.

Bezugnehmend auf 5b kann der radial kombinierte einpolige N-Stufen-Mikrostreifenschalter 60 gemäß der vorliegenden Erfindung auf einem geeigneten III-V-Substrat 86, wie etwa einen GaAs-Substrat, gebildet werden. Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Kavität 88 unter dem radial kombinierten Feld 84. Wie oben erläutert, wird durch eine Luftlagerung des radial kombinierten Feldes die Shunt-Kapazität und folglich die Einfügedämpfung des Schalters 60 bei Millimeterwellenfrequenzen stark reduziert. Die Oberseite 90 des Substrats 90 wird durch konventionelle Prozesstechniken prozessiert, um die in 5b veranschaulichte Struktur der Oberseite 90 zu bilden. Nachdem das konventionelle Oberseitenprozessieren des Mikrostreifenschalters abgeschlossen ist, kann der Wafer umgedreht gehaltert werden, um die radiale Kavität zu fertigen, wie in den 6a-6i veranschaulicht.

Die 6a-6i veranschaulichen die Prozessschritte zum Fertigen der Kavität 88 in dem Substrat 86. Wie es für den Fachmann offensichtlich ist, sind die Prozessierungsschritte mit einer konventionellen MMIC-Prozesstechnologie kompatibel. Bezugnehmend auf 6a wird das Substrat 86 mit der Vorderseite nach unten auf einen eine mechanische Unterstützung bietenden Wafer 92 gehaltert, wie etwa einem Siliziumwafer. Nachdem das Substrat 86 auf dem eine mechanische Unterstützung bietenden Wafer 92 befestigt ist, wird ein Fotolack 90 auf die Oberseite des Substrats 86 aufgeschleudert. Es wird eine Fotomaske 96 verwendet, um die Region für die Kavität 88 abzudecken. Der Fotolack 94 wird mittels der Maske 96 belichtet und entwickelt, um einen Bereich 98 des Substrats 86 freizulegen, der entfernt werden wird, um die Kavität 88 zu bilden. Nachfolgend kann, wie in 6c veranschaulicht, die Kavität 88 durch Ätzen, beispielsweise durch reaktives Ionenätzen ("RIE = Reactive Ion Eching") vollständig durch das Substrat 86 gebildet werden, um die Kavität 88 zu bilden. Wenn die Kavität 88 gebildet worden ist, dient ein planarisierender Fotolack 100, wie etwa AZ 9620, zum Bedecken der freigelegten Abschnitte 102 und 104 des Substrats 86 sowie der Kavität 88. Wie in 5b gezeigt, wird ein Rückseitenmetall 106 neben dem Substrat 86 abgeschieden. Vor dem Abscheiden des Rückseitenmetalls 106 wird eine zweite Maske 108 verwendet, um die Regionen für das Rückseitenmetall 106 zu definieren. Der planarisierende Fotolack 102 wird mittels der Maske 108 belichtet und entwickelt, um die in 6e veranschaulichte Struktur zu bilden. Nachfolgend wird in dem Schritt 6f das Rückseitenmetall, beispielsweise Ti-Au auf den freigelegten Bereichen 102 und 104 des Substrats 86 sowie auf der Oberseite des planarisierenden Fotolacks 100 abgeschieden. Das Rückseitenmetall 106 sowie die Metallisierung 108, welche die Kavität 88 bedeckt, wird mittels konventioneller Abhebe ("Lift-Off')-Techniken mittels Entwickeln des planarisierenden Fotolacks 100 entwickelt, der das Metall 108 von der Kavität 108 entfernt, wie allgemein in 6g gezeigt. Diese Metallisierung bildet die Rückseitenmetallebene des Mikrostreifenübertragungsmediums. Durchführungen von der Oberseiten- zur Unterseitenmasse werden durch den oben erwähnten selektiven Metallverdampfungsprozess gebildet.

Die 7 und 8 veranschaulichen das Einfügedämpfungs-, Rückflussdämpfungs- und Isolationsleistungsverhalten eines einpoligen 8-Stufen-(SP8T)-pin-Dioden-Mikrostreifenschalters ("SP8T = Single Pole 8 Throw"), der unter Verwendung einer konventionellen Konstruktion gefertigt wurde, sowie einen Mikrostreifenschalter, der gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigt wurde. Wie bei 77 GHz gezeigt, erreicht der konventionelle Mikroschalter/radial kombinierte Mikrostreifenschalter –9,1 dB Einfügedämpfung, 5 dB Rückflussdämpfung und 23 dB Isolation. Im Vergleich erreicht der gemäß der vorliegenden Erfindung gefertigte radial kombinierte Mikrostreifenschalter eine Lufteinfügedämpfung von 3,6 dB, 10 dB Rückflussdämpfung und ungefähr 17 dB Isolation. Demnach sollte es klar sein, dass der Mikroschalter gemäß der vorliegenden Erfindung die Einfügedämpfung um etwa 5,5 dB bei 77 GHz verbessert.

9 veranschaulicht ein typisches Layout eines radial kombinierten SP8T-pin-Dioden-Mikroschalters, das die physikalischen Größenrandbedingungen der radialen Topologie veranschaulicht. Wie gezeigt, besteht eine Beschränkung dahingehend, wie groß die Fläche des radialen Feldes aufgrund der physikalischen Größenrandbedingungen des radial kombinierten Feldes ausgelegt werden kann, die durch die Größe und die Anzahl der Schalterabzweigungen bedingt ist. Auch schränkt das elektrische Leistungsverhalten dahingehend ein, wie klein der zentrale Kombinierer sein kann, da sich die Abzweigungsisolation und die 50-&OHgr;-Ausgangsanpassung bei einer kleinen Kombinierer-Feldgeometrie verschlechtern.

Wie es sich für den Fachmann versteht, sind die Prinzipien der vorliegenden Erfindung auch auf koplanare Wellenleiter anwendbar, wie beispielsweise in "Micromachined Coplanar Waveguides in CMOS Technology" von V. Milanovic, M. Gaitan, E. Bowan und M. Zaghloul, iie. Microwave and Guided Wave Letters, Ausgabe 6, Nr. 10, Oktober 1996, Seiten 380-382 offenbart ist. Wie dort offenbart, wird ein aus CMOS-Technologie gebildeter koplanarer Wellenleiter mit einer V-förmigen Kavität neben einer Mikrostreifenstruktur gebildet. Die V-förmige Kavität wird durch einen ziemlich komplizierten Ätzprozess gebildet, der sowohl isotropes Ätzen als auch anisotropes Ätzen umfasst. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung sind dazu eingerichtet, auf den koplanaren Welleinleiter angewendet zu werden, um einen relativ einfachen Prozess zum Bilden der Kavität unter dem Mikrostreifen vorzusehen. Insbesondere kann der oben beschriebene Prozess gemäß der vorliegenden Erfindung dazu verwendet werden, einen koplanaren Wellenleiter zu fertigen. Es können jedoch Teile der zentralen Hauptleitung frei gelagert sein, während Teile des Substrats zur mechanischen Unterstützung belassen werden. Eine Draufsicht- und eine Querschnittszeichnung einer solchen CPW-Struktur ist in den 6h und 6i dargestellt.

Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung im Licht der obigen Lehre möglich. Somit sollte es klar sein, dass die Erfindung innerhalb des Geltungsbereichs der beigefügten Ansprüche auf andere Weise als spezifisch oben beschrieben ausgeführt werden kann.


Anspruch[de]
Radial kombinierter Mikrostreifenschalter, der als einpoliger N-Stufenschalter (60) konfiguriert ist, wobei der Schalter (60) umfasst:

– ein im allgemeinen planares Substrat (86);

– N-Schaltereingangsabzweigungen (62, 64...72) zum Empfangen von N-Eingangssignalen, wobei jede Schaltereingangsabzweigung (62, 64...72) einen Mikrostreifen-Übertragungsleiter (80) und eine seriell gekoppelte erste pin-Diode (78) umfasst;

– eine Schalterausgangsabzweigung (74);

– wobei die Schaltereingangs- und Schalterausgangsabzweigungen (62, 64...72; 74) im allgemeinen parallel auf der Ebene des Substrats (86) gebildet sind; und

– ein radial kombiniertes leitfähiges Feld (84) zum selektiven Koppeln der N Schaltereingangsabzweigungen (62, 64...72) an die Schalterausgangsabzweigung (74), wobei das radial kombinierte Feld (84) im allgemeinen parallel zu der Ebene des Substrats (86) gebildet ist;

dadurch gekennzeichnet, dass

– das radial kombinierte Feld (84) aus einer Metallschicht gebildet ist, die in direkten Kontakt mit einer Luftkavität (88) zum Reduzieren der Nebenschlusskapazität des Schalters (60) steht.
Mikrostreifenschalter (60) nach Anspruch 1, wobei eine oder mehrere der N Schaltereingangsabzweigungen (62, 64...72) eine seriell mit der ersten pin-Diode (78) verbundene zweite pin-Diode (78) umfasst. Mikrostreifen nach Anspruch 2, wobei eine oder mehrere der Schaltereingangsabzweigungen (62, 64...72) eine Mikrostreifen-Eingangsübertragungsleitung (80) umfassen, die seriell an ein Ende der seriell verbundenen ersten und zweiten pin-Diode (78) gekoppelt ist und Eingangsanschlüsse bildet. Radialer Mikrostreifen nach Anspruch 3, wobei eine oder mehrere der Schaltereingangsabzweigungen (62, 64...72) eine Verbindungs-Mikrostreifenübertragungsleitung umfasst, die zwischen einem gegenüberliegenden Ende der seriell verbundenen ersten und zweiten pin-Diode (78) und dem radial kombinierten Feld (84) gekoppelt ist. Radialer Mikrostreifen nach Anspruch 4, wobei der Ausgangsanschluss aus einer Mikrostreifenübertragungsleitung gebildet ist, die mit dem radial kombinierten Feld (84) verbunden ist. Verfahren zum Bilden eines radial kombinierten Mikrostreifenschalters, das die Schritte umfasst

(a) Vorsehen eines Substrats;

(b) Bilden einer Kavität bezüglich des Substrats;

(c) Bilden einer oder mehrerer Schaltereingangsabzweigungen auf dem Substrat, benachbart der Kavität;

(d) Bilden eines Ausgangsanschlusses auf dem Substrat, benachbart der Kavität; und

(e) Bilden eines Feldes über der Kavität aus einer Metallschicht in direkten Kontakt mit der Kavität, welche die eine oder die mehreren Schaltereingangsabzweigungen und den Ausgangsanschluss verbindet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei eine oder mehrere der Schaltereingangsabzweigungen eine oder mehrere pin-Dioden umfassen. Verfahren nach Anspruch 7, wobei eine oder mehrere der Schaltereingangsabzweigungen eine Mikrostreifen-Eingangsübertragungsleitung umfassen, die an die eine oder an eine der mehreren pin-Dioden gekoppelt ist, die einen Eingangsanschluss bilden. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die eine oder die mehreren Eingangsabzweigungen eine Verbindungs-Mikrostreifenübertragungsleitung umfassen, die zwischen die eine oder die mehreren pin-Dioden und dem Feld gekoppelt ist. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Ausgangsanschluss aus einer Mikrostreifen-Übertragungsleitung gebildet ist. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Kavität durch die Schritte gebildet wird:

(a) Anbringen eines Substrats auf einem eine mechanische Unterstützung bietenden Wafer;

(b) Aufbringen eines ersten Fotolackes auf das Substrat;

(c) Vorsehen einer ersten Maske, um eine zu entfernende Region auf dem Substrat zu definieren;

(d) Belichten und Entwickeln des ersten Fotolackes mittels der ersten Maske;

(e) Aufbringen eines zweiten Fotolackes;

(f) Bilden einer zweiten Maske, um Regionen für Metall auf dem Substrat zu definieren;

(g) Belichten und Entwickeln des zweiten Fotolackes;

(h) Bedampfen der Regionen auf dem Substrat mit Metall; und

(i) Entwickeln des zweiten Fotolackes, um die Kavität zu bilden.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Kavität durch Entfernen eines Abschnitts des Substrats gebildet wird.






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