Entwicklung hochleistungsfahiger ohmscher MEMS-Schalter auf Basis eines neuartigen Aktorkonzeptes

Whrend sich Halbleiterschalter seit Erfindung des Transistors anwendungsbergreifend zum Standard fr das Schalten elektrischer Signale etabliert haben, stellen neue Anwendungskonzepte immer hhere Anforderungen, die sich nicht oder nur eingeschrnkt mittels elektronischer Schalter bedienen lassen. Insbesondere im Bereich der Telekommunikationstechnik liegt das Augenmerk daher schon lange auf ohmschen MEMS-Schaltern, welche konzeptbedingt u. a. berragende Sperr- sowie Durchlasseigenschaften ermglichen. Bedingt durch Defizite, vorwiegend in den Bereichen Zuverlssigkeit, Baugre sowie Schaltzeit, konnten MEMS-Schalter bis heute jedoch nicht ihr volles Potential ausspielen und sind lediglich in wenigen Nischenanwendungen zu finden.
Im Rahmen dieser Dissertation wurden daher neuartige ohmsche MEMS-Schalter entwickelt, welche die vorherrschenden Probleme existierender Schalter in mehrerlei Hinsicht beheben. Die Grundlage bildet ein hocheffizientes Aktorkonzept, das durch einen kombinierten piezoelektrisch-elektrostatischen Antrieb sowie die gezielte Ausnutzung von mechanischen Versteifungseffekten selbst bei starker Miniaturisierung hervorragende Schaltereigenschaften ermglicht. So verfgen die lediglich 0,05 mm bis 0,12 mm groen und vollstndig in siliziumbasierter Oberflchenmikromechanik realisierten Schalter je nach Design ber sehr geringe Durchgangswiderstnde von 0,32 Ohm bis unter 0,12 Ohm. Darber hinaus zeichnen sie sich im Sperrzustand durch hohe Kontaktabstnde von 4 m bis 9 m aus und weisen niedrige Schaltzeiten von designabhngig 1,5 s bis 5,6 s auf. Ferner zeigen die Schalter selbst unter extremen Bedingungen wie dem lastbehafteten Schalten hoher DC-Signalleistungen eine hohe Zuverlssigkeit im Bereich mehrerer 1e7 bis 1e8 Zyklen. Insgesamt setzen sich die Schaltereigenschaften damit deutlich vom Stand der Technik ab und zeigen eine Gesamtleistungsfhigkeit, wie sie aktuell von keinem anderen MEMS-Schalter erreicht wird.