Development of reliable RF-MEMS switches for antennas and space applications

Radio Frequency Micro Electro Mechanical (RF-MEMS) components are a contender for future low-power high-frequency wired reconfigurable networks and wireless communication systems. In many RF applications, a single MEM component can replace and outperform an entire solid-state circuit; in other applications, a judicious association of MEMS with active devices will result in smart communicating circuits and systems. These MEMdevices have the potential to surpass the limits of today’s equivalent implementations that use only traditional solid-state technology. However, the scarce maturity of this technology makes these devices suffering of severe reliability issues. The purpose of this thesis is to investigate the reliability of RF-MEMS switches, starting from common measurements tests, like cycling and DC characterization, to more particular stresses, like Electro Static Discharge (ESD) or Radiations for space applications qualification.

Gli switchMicro-Elettro Meccanici per Radio Frequenza (RF-MEMS) sono tra i dispositivi più promettenti per le future generazioni di network riconfigurabili ad alta frequenza e basso consumo di potenza. Vi sono applicazioni RF in cui un singolo dispositivo MEMS può sostituire e migliorare in termini di prestazioni un intero circuito a stato solido; in altri campi invece, un opportuno connubio fra tecnologia MEMS e dispositivi attivi può portare alla nascita di sistemi di comunicazioni estremamente brillanti e performanti. Infatti, i dispositivi MEMS hanno in loro le potenzialità per sorpassare i limiti delle attuali tecnologie impiegate basate su circuiti integrati. Tuttavia, la mancanza di maturità di una tecnologia così innovativa porta con sé inevitabili problemi affidabilistici. L’obbiettivo di questa tesi è di analizzare l’aspetto affidabilistico degli switch RF MEMS, cominciando da metodi comuni di caratterizzazione e stress, come la caratterizzazione DC e il Cycling stress, fino a test più specifici, come la robustezza a scariche elettrostatiche (ESD) o il monitoraggio di danni indotti da radiazione per la qualificazione dei dispositivi per missioni spaziali.