Realization of micromachined-electromechanical devices for wireless communication applications

Abstract

Realization of Micromachined-Electromechanical Devices for WirelessCommunication ApplicationsEmre HEVESÖzetKomünikasyon teknolojisi günden güne ilerledikçe, düşük maliyetli, düşük güç tüketen, çokfonksiyonlu ve yüksek hızlı bilgi transferi sağlayan komünikasyon sistemlerine olan ihtiyaçoldukça fazla artmaktadır. Bütün bu temel gereksinimler, şu anki teknolojiye önemli zorluklardoğurmakta, yeni tasarımlar ve gelişmiş mimarilere olan ihtiyacı ortaya çıkarmaktadır.Yeniden yapılandırılabilme, spektrum verimliliği, güvenlik, küçülme ve maliyet düşürme gibizorluklar ancak düşük enerjili, ucuz, uyumlu ve yüksek performanslı RF (yüksek frekans)aygıtlarından oluşan alıcı/verici devreleri tarafından karşılanabilir.Büyük bant genişliği sağlaması, kırmık dışı pasif elemanları ortadan kaldırması, ara bağlantıkayıplarını yok denecek kadar düşürmesi ve varolan IC (tümdevre) prosesi ile uyumludüzlemsel fabrikasyon metotlarıyla ideale çok yakın anahtar yapıları ve rezonans devrelerineimkan kılma potansiyeli ile mikroişleme ve Mikro-Elektro-Mekanik Sistemler (MEMS), dahaönce sözü geçen problemlerin üstesinden gelmek için kullanılmaya başlandı. Bugüne kadarRF MEMS teknolojisi, çok düşük güç tüketimli kırmık üstü anahtar yapılarının, yüksek kalitefaktörüne sahip endüktörlerin, kapasitörlerin ve varaktörlerin , yüksek derecede kararlıosilatörlerin ve yüksek performanslı filtrelerin gerçeklenebileceğini kanıtlamıştır. Bu tür RFve mikrodalga yapılarının gerçeklenebiliyor olması, tasarımcılara uzun süredir umduklarıözgün, basit fakat güçlü ,yeniden yapılandırılabilir sistemleri yaratabilmelerini sağlamaktadır.Bu tezde, kablosuz iletişim uygulamaları için, kapasitif anahtar yapılar, paralel plaka değişkenkapasitörler, mikroişlenmiş endüktörler ve rezonatörler gibi RF MEMS yapılarınıngerçeklenmesi verilmektedir. Her yapının tasarım ve fabrikasyon süreci ayrıntılı bir şekildeişlenmektedir. Buna ek olarak bazı alıcı/verici bloklarının RF MEMS yapılarının entegreedilme sonucundaki performans gelişimi de gösterilmektedir. Ayrıca RF MEMS yapılarınınperformanslarını kısıtlayan bazı fabrikasyon problemleri de tartışılmaktadır.

Realization of Micromachined-Electromechanical Devices for WirelessCommunication ApplicationsEmre HEVESAbstractAs the communication technology evolves day by day, the demands for low cost, low power,multifunctional and higher-speed data communication circuits are increasing enormously. Allthese essential requirements enforce significant challenges on the current technology andillustrate the need for new designs and advanced architectures. The challenges ofreconfigurability, spectrum efficiency, security, miniaturization and cost minimization canonly be met by ensuring that the transceiver/receiver is comprised of low-energy, low-cost,adaptive and high performance RF devices.With the potential to enable wide operational bandwidths, eliminate off-chip passivecomponents, make interconnect losses negligible, and produce almost ideal switches andresonators in the context of a planar fabrication process compatible with existing ICprocesses, micromachining and Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) has emerged toovercome the aforementioned problems of communication circuits. Up to date RF MEMStechnology prove that on-chip switches with zero standby power consumption, low switchingpower and low actuation voltage; high quality inductors, capacitors and varactors; highlystable (quartz-like) oscillators and high performance filters operating in the tens of MHz toseveral GHz frequency range can be realized. The availability of such RF and microwavecomponents will provide designers with the elements they have long hoped for to create noveland simple, but powerful, reconfigurable systems.In this thesis, realization of RF MEMS components such as capacitive switches, parallel platevariable capacitors, micromachined inductors and resonators for wireless communicationapplications are presented. The design and fabrication of each component are given in detail.The performance improvement of some blocks by integrating RF MEMS devices isdemonstrated. Also the fabrication process problems limiting the performance parameters ofRF MEMS components are addressed.