纳米尺寸机械开关设计文献综述

 2022-10-27 10:10
  1. 文献综述(或调研报告):

经过对相关文献的查阅和整理,可以得到以下分析和总结:

  1. 有几种驱动NEMS开关的方法,包括磁、压电、热和静电。光刻和蚀刻工艺的进步使静电驱动所需的纳米级电极间隙的形成能够与CMOS电压电平兼容。另外,静电驱动的NEMS开关是简单的结构,不需要并入额外的传导层。因此选择静电驱动的NEMS开关的方案。 [1]
  2. 实现NEMS开关的的多种结构
        1. 横向驱动的三端子结构 [1]

栅极和源极端子之间的电压差导致相反电荷的累积,使得在悬臂梁和栅极之间产生有吸引力的静电力。该力使梁弯向栅电极,梁中的弹性力抵消了静电力,并防止了梁的坍塌,此时漏极和源极端之间没有电流流动。

当驱动电压增加时,静电力会增加,直到它超过悬臂梁的最大的恢复力,此时梁就会坍塌到漏极端。这导致漏极和源极端子之间的电流突然跳变。

        1. 纵向驱动的结构 [8]

a中使用的横向驱动较之纵向驱动有几个关键的优点。[1]

  1. 通过一个单一的光刻步骤,开关本身和所有相关的电气终端都可以被定义。这个特性对于保持多端开关的对称性很重要。
  2. 横向驱动的横梁可以使设计人员更容易根据应用需求调整开关的形状和尺寸,并且采用简单的制造过程。当一个系统不同部分的开关需要多个驱动电压及速度要求并且这些要求不可能在单一开关中实现时,这种灵活性就会得到体现。
  3. 横向驱动开关的制造使涂层材料的自对准沉积在悬臂梁和电极的侧壁上,从而使开关的机械性能与它的电特性分离。
  4. 由于横向驱动的开关更加顺应平面内的运动,因此横向驱动开关的横向尺寸与垂直驱动开关的横向尺寸相比,必然更小,因此与垂直驱动开关相比,可能会产生较小的区域占用。
  5. 减小的开关尺寸可以使封装过程更容易实施。
        1. 具有平板驱动电极的纳米机械开关 [4]

平板电极用于驱动。 固定电极粘合在基底上,而悬臂梁充当可移动电极。 梁上的接触点被静电力驱动到固定触点,直到它们相互接触,继电器打开。 当施加到电极上的电压被移除时,由于梁的刚度,接触点会回到其原始位置。 悬臂梁也用作导电线。

        1. 具有梳齿驱动电极的纳米机械开关 [4]

作为对前面平板驱动电极的纳米机械开关的改进,梳状驱动器可以提供线性静电驱动力F,为:

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