Reliability and failure analysis of RF-MEMS switches for space applications

Lo scopo di questa tesi è caratterizzare da un punto di vista elettrico ed affidabilistico diversi tipi di RF-MEMS switches al fine di analizzare punti di forza e debolezze di questa nuova tecnologia. Le caratterizzazioni elettriche sono state effettuate utilizzando due differenti set-up di misura. Il primo, composto da un network analyzer e da un generatore di tensione, è stato utilizzato per valutare le performance RF dei dispositivi ed estrarre le migliori tensioni di attuazione e disattuazione. Il secondo, basato sul generatore interno di segnale del network analyzer e da un oscilloscopio digitale è stato utilizzato per misurare i tempi di attuazione e disattuazione. Il cycling stress, uno dei metodi più comunemente utilizzati per valutare l’affidabilità di tali siwtch, è stato effettuato su diverse tipologie di dispositivi al fine di valutare quale fosse l’impatto di parametri come la forma delle struttura sospesa o la tensione di attuazione sull’affidabilità. Si è inoltre studiato l’effetto di un’attuazione continua su dispositivi privi di dielettrico, paragonando quattro diversi tipi di layout e studiando il cambiamento dei principali parametri elettrici durante lo stress e durante la fase di recupero. Altri 2 problemi critici che si sono affrontati in questa tesi sono la sensibilità ad eventi EOS/ESD di switch RF-MEMS sia attuati che disattuati e gli effetti di irragiamenti con protoni o raggi X. Test EOS/ESD sono stati condotti tra i pad RF-OUT e GND senza una tensione applicata (quindi con la membrana sospesa sollevata), e tra RF-OUT e GND a differenti tensioni (membrana a contatto e parzialmente piegata). Gli stessi dispositivi sono stati inoltre in regime HBM per vedere se esiste una correlazione tra i test condotti con TLP e lo Human Body Model. Per quanto riguarda gli irragiamenti, si è studiato l’effetto di protoni con energia pari a 2MeV e raggi X a 10KeV durante lo stress incrementando la dose e durante la fase di annealing a temperatura ambiente.