RF MEMS开关是一种运用薄膜梁的机械运动,来实现通断状态的微机电开关,主要应用频段在射频范围内,可作为基本器件构成MEMS可变电容器和MEMS开关移相器。就目前的研究看来,束缚MEMS开关的发展和市场应用的关键问题是开关的可靠性,特别是开关介质层的电荷注入问题,即开关在工作过程中,介质层会产生电荷注入,影响开关的正常工作。本文旨在分析MEMS开关的电荷注入机理,同时针对影响开关电荷注入的电场分布和驱动电压等主要因素进行优化设计,从而减小开关的电荷注入效应。本文涵盖的主要研究内容如下:1.对MEMS电容开关失效时的两种临界状态:粘附失效和屏蔽失效进行受力分析,推导开关失效临界状态时的电荷注入量,根据电荷注入的机理来估算MEMS电容开关到达失效临界状态的时间,即开关寿命,并通过仿真得到电荷注入产生的电流密度和开关寿命随各物理量的变化趋势。从仿真的结果可以得到电流密度随着电场强度的增加而呈指数上升趋势,开关寿命随着梁弹性系数的增加而呈指数下降趋势,因此,可以通过减小电介质层的电场强度以及开关梁的弹性系数,来减小MEMS电容开关的电荷注入效应。2.通过将信号线和驱动电极分离,可以得到侧下拉电极结构及中空电极结构的MEMS电容开关,以降低介质层的电场强度。通过HFSS对两种结构的开关进行仿真,传统结构开关的介质层电场强度为1.07×10~8V/m,侧下拉电极结构开关的介质层电场强度为1.19×10~7V/m,中空电极开关的介质层电场强度为4.58×10~6~1.38×10~7V/m,可以看出两种结构的开关都可以有效地减小开关介质层的电场强度。在射频特性上:侧下拉电极结构的MEMS电容开关up态的插入损耗会略微增大,开关down态的隔离度变化不大,但是开关的谐振频率会增大。中空电极结构的MEMS电容开关up态的插入损耗变化不大,但是由于其电容接触区的面积减小,导致电容减小,开关谐振频率会随之增大,开关down态隔离度随之减小。3.利用单层石墨烯薄膜,设计了金-石墨烯-金的结构来制备开关梁,以减小开关梁的残余应力,从而降低其弹性系数。设计开关梁的加工工艺流程,并根据实际加工过程中发现的问题,来优化开关的加工工艺流程。对加工完成的开关梁进行了进行应力测试、表面形貌测试和伏安特性测试。测试得到的金-石墨烯-金的残余应力为52.58MPa,弹性系数为35.33N/m。采用复合梁的开关寿命为1.11×10~6s。