本發(fā)明屬于射頻電路及開關(guān)領(lǐng)域，涉及基于電潤濕原理的微流控技術(shù)及液體對高頻電磁場能量的吸收作用，具體涉及一種基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

近些年來，射頻電路在如物聯(lián)網(wǎng)、通訊系統(tǒng)等領(lǐng)域得到飛速發(fā)展。射頻開關(guān)作為射頻電路的控制部件也備受矚目，常用射頻開關(guān)主要包含晶體管開關(guān)和微機(jī)械開關(guān)兩大類。晶體管開關(guān)雖開關(guān)速度快，但存在導(dǎo)通電阻大、斷開電阻小、適用功率小等缺點；而微機(jī)械開關(guān)雖然電阻開關(guān)比性能較好，但存在開關(guān)速度慢、機(jī)械損耗大、接觸電阻大燈缺點。

利用液體金屬制作射頻開關(guān)的思路近來被廣泛關(guān)注，但可用液態(tài)金屬如水銀、銦鎵合金等存在毒性高、易氧化、材料兼容性差等問題。為此，使用水溶液等液體材料制作射頻開關(guān)變得極為有意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置及其制備方法，該裝置解決了現(xiàn)有技術(shù)存在傳統(tǒng)的二極管開關(guān)或微機(jī)械開關(guān)的制備困難、磨損損耗等問題，能夠通過電潤濕效應(yīng)控制液滴的位置，進(jìn)而控制射頻電路的通斷。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置，該裝置包含：下極板，上極板，置于所述的下極板和上極板之間的液滴。

其中，所述的下極板包含：依次設(shè)置的第一襯底、驅(qū)動電極層、介質(zhì)層、射頻電極層和第一疏水層。

其中，所述的上極板包含：依次設(shè)置的第二襯底、接地電極和第二疏水層。

其中，所述的液滴置于第一疏水層與第二疏水層之間。

所述的驅(qū)動電極層包含：n個電氣隔離的驅(qū)動電極；所述的射頻電極層包含m個電氣隔離的射頻電極；m和n為自然數(shù)，n≥2，m≥1，n≥m。

當(dāng)所述的液滴處于任意一個射頻電極正上方時，該射頻電極處于斷開狀態(tài)；當(dāng)液滴未處于某一個射頻電極正上方時，該射頻電極處于導(dǎo)通狀態(tài)。

所述的第一襯底和第二襯底均采用絕緣材料。

所述的介質(zhì)層為高介電常數(shù)材料，該高介電常數(shù)材料包含：CEP、SU-8及五氧化二鉭中的任意一種或兩種以上。

所述的第一疏水層和第二疏水層均采用疏水材料，該疏水材料包含：特氟龍、氟樹脂中的任意一種或兩種。

所述的接地電極采用導(dǎo)電透明材料。

所述的液滴為極性分子溶液。

所述的液滴包含：水、水溶液、乙醇中的任意一種或兩種以上。

本發(fā)明還提供了一種所述的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置的制備方法，該方法包含：

步驟1：制備下極板：在第一襯底表面形成薄膜，通過光刻刻蝕或剝離的方法形成驅(qū)動電極層，再依次制備介質(zhì)層、射頻電極層及第一疏水層；

步驟2，制備上極板：在第二襯底表面形成薄膜，通過光刻刻蝕或剝離的方法形成接地電極，再在接地電極上制備第二疏水層；

步驟3，將液滴放置在驅(qū)動電極上方，將上極板、下極板組裝形成所述的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置。

本發(fā)明提供的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置及其制備方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)存在傳統(tǒng)的二極管開關(guān)或微機(jī)械開關(guān)的制備困難、磨損損耗等問題，具有以下優(yōu)點：

（1）本發(fā)明采用水溶液等代替水銀或銦鎵合金等液態(tài)金屬，利用水溶液對電磁波吸收作用使射頻開關(guān)裝置工作，克服了毒性高、易氧化等缺點；

（2本發(fā)明的溶液吸收電磁能量不需要與射頻電極直接接觸，避免了電化學(xué)副產(chǎn)物或污染；

（3）本發(fā)明通過設(shè)計驅(qū)動電極、射頻電極及二者相對位置等方法對開關(guān)效果實現(xiàn)調(diào)控，簡單易行。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置的剖面圖。

圖2為本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置的俯視圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。

如圖1所示，為本發(fā)明基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置的剖面圖，該裝置包含：下極板100，上極板200，置于所述的下極板100和上極板200之間的液滴D。

其中，下極板100包含：依次設(shè)置的第一襯底105、驅(qū)動電極層104、介質(zhì)層103、射頻電極層102和第一疏水層101。

其中，上極板200包含：依次設(shè)置的第二襯底203、接地電極202和第二疏水層201。

其中，液滴D置于第一疏水層101與第二疏水層201之間。液滴D是指能夠用于電潤濕原理驅(qū)動的液滴，其為極性分子溶液，該極性分子溶液包含（但不限于）：水、水溶液或乙醇中的任意一種或兩種以上，液滴D應(yīng)保證其對高頻電磁能量的吸收效果。

驅(qū)動電極層104包含：n個電氣隔離的驅(qū)動電極；所述的射頻電極層（102）包含m個電氣隔離的射頻電極；m和n為自然數(shù)，n≥2，m≥1，n≥m。優(yōu)選地，射頻電極層102通過介質(zhì)層103進(jìn)行電隔絕。

上述驅(qū)動電極和射頻電極數(shù)量不一定相同，每個射頻電極對應(yīng)一個驅(qū)動電極，且驅(qū)動電極的數(shù)量不少于射頻電極數(shù)量，射頻電極最少有一個。當(dāng)射頻電極為一個時，為了實現(xiàn)斷開和導(dǎo)通兩種狀態(tài)至少需要兩個驅(qū)動電極。當(dāng)射頻電極的數(shù)量m大于1時，若不考慮射頻電極全部導(dǎo)通的情況時，驅(qū)動電極數(shù)量同樣為m；若考慮射頻電極全部導(dǎo)通的情況，應(yīng)至少有一個不對應(yīng)射頻電極的驅(qū)動電極，當(dāng)液滴位于該電極上方時，沒有任何一個射頻電極被液滴覆蓋，該數(shù)量關(guān)系從附圖2中可以表現(xiàn)出來。

上述射頻電極為射頻電路中的天線、導(dǎo)線或電極中的任意一種或兩種以上。當(dāng)液滴D處于任意一個射頻電極正上方時，該射頻電極處于斷開狀態(tài)；當(dāng)液滴D未處于某一個射頻電極正上方時，該射頻電極處于導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)液滴D處于某一個射頻電極上方時，其內(nèi)部的極性分子在高頻電磁場作用下振動，大量吸收電磁場能量并將其轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的內(nèi)能，進(jìn)而使得液滴D下方的該射頻電極中傳輸?shù)碾姶判盘柋淮蠓p，達(dá)到斷開的效果。

上述驅(qū)動電極和射頻電極可以是平面電極也可以是立體電極，以實現(xiàn)其功能為準(zhǔn)則。

第一襯底105和第二襯底203均采用絕緣材料。用作襯底的材料并不固定，只要絕緣即可。

介質(zhì)層103采用具有一定介電常數(shù)與抗擊穿能力的不導(dǎo)電物質(zhì)，優(yōu)選地，介質(zhì)層103采用高介電常數(shù)且抗擊穿能力強(qiáng)的物質(zhì)，更優(yōu)選地，該高介電常數(shù)材料包含：CEP（傳統(tǒng)脂環(huán)族環(huán)氧樹脂）、SU-8及五氧化二鉭中的任意一種或兩種以上。SU-8是一種負(fù)性、環(huán)氧樹脂型、近紫外線光刻膠。

第一疏水層101和第二疏水層201均采用疏水材料，優(yōu)選地，該疏水材料為能夠降低液滴表面張力的材料，更優(yōu)選地，疏水材料包含：特氟龍（Teflon）、氟樹脂中的任意一種或兩種。

接地電極202也是作為驅(qū)動電極，接地電極202和驅(qū)動電極層104上的驅(qū)動電極原則上可以由任何導(dǎo)電材料組成，但為了簡化芯片制作工藝，優(yōu)選地，采用與射頻電極一致的材料。

為了擴(kuò)展芯片功能集成，優(yōu)選地，接地電極202采用導(dǎo)電透明材料，導(dǎo)電透明材料包含：氧化銦錫（ITO）、摻鋁的氧化鋅（AZO）中的任意一種或兩種以上。

本發(fā)明的所有電極的大小、間隔及個數(shù)并不限定，本說明書僅以一定數(shù)目及規(guī)格的電極為例；說明書附圖只為原理性示意圖，并不精確反應(yīng)電極的位置及排布。

本發(fā)明的射頻開關(guān)裝置的工作原理，具體如下：

如圖2所示，為本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置的俯視圖，第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043上方分別為第1個射頻電極1021和第2個射頻電極1022，驅(qū)動電極層和射頻電極層之間通過介質(zhì)層103隔離。

當(dāng)?shù)?個驅(qū)動電極1042施加電壓，且第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043接地時，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動至第3個驅(qū)動電極1042上方，此時第1個射頻電極1021和第2個射頻電極1022處于導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)?shù)?個驅(qū)動電極1041施加電壓，且第3個驅(qū)動電極1042和第2個驅(qū)動電極1043接地時，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動至第1個驅(qū)動電極1041上方，第1個射頻電極1021處于斷開狀態(tài)，而第2個射頻電極1022處于導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)?shù)?個驅(qū)動電極1043施加電壓，且第1個驅(qū)動電極1041和第3個驅(qū)動電極1042接地時，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動至第2個驅(qū)動電極1043上方，第2個射頻電極1022處于斷開狀態(tài)，而第1個射頻電極1021處于導(dǎo)通狀態(tài)。

當(dāng)?shù)?個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043施加電壓，且第3個驅(qū)動電極1042接地時，液滴D在電潤濕作用下被驅(qū)動至第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043上方，第1個射頻電極1021和第2個射頻電極1022均處于斷開狀態(tài)。此時，液滴D有兩種情況，具體如下：

第一種情況：第3個驅(qū)動電極1042和液滴D足夠大，此時液滴D中部收縮兩側(cè)延展，同時覆蓋第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043，液滴D變形成為啞鈴狀而并不斷開；

第二種情況：第3個驅(qū)動電極1042和液滴D相對較小，則第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043通過電潤濕作用對液滴D施加朝向兩側(cè)的拉力，將其拉斷成兩個液滴，分別位于第1個驅(qū)動電極1041和第2個驅(qū)動電極1043的表面。

上述僅為本發(fā)明的原理性說明，允許在不影響其功能性的前提下對器件結(jié)構(gòu)及用途進(jìn)行改進(jìn)與拓展。

上述施加電壓是指在實施液滴操控時，對應(yīng)電極的電壓被置成不為0以使電潤濕驅(qū)動能夠發(fā)生。上述接地是指在實施液滴操控時，對應(yīng)電極的電壓被置成0或與0足夠接近。上述射頻電極導(dǎo)通是指對應(yīng)射頻電極能夠低損耗地將電信號由一端傳輸至另一端。上述射頻電極斷開是指對應(yīng)射頻電極無法將電信號由一端傳輸至另一端，或傳輸過程損耗極大，使得后端無法有效接收。

本發(fā)明還提供了一種基于電潤濕驅(qū)動原理及水溶液對電磁波吸收作用的射頻開關(guān)裝置的制備方法，該方法包含：

步驟1：制備下極板100：在第一襯底105表面形成薄膜，通過光刻刻蝕或剝離的方法形成驅(qū)動電極層104，再依次制備介質(zhì)層103、射頻電極層102及第一疏水層101；

步驟2，制備上極板200：在第二襯底203表面形成薄膜得到接地電極202，再在接地電極202上制備第二疏水層201；

步驟3，將液滴D放置在驅(qū)動電極上方，將上極板100、下極板200組裝形成所述的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置。

在步驟1中，在第一襯底105表面形成的薄膜為金屬薄膜，其通過采用旋涂、蒸發(fā)、濺射等工藝制備；介質(zhì)層103和第一疏水層101均通過旋涂、物理濺射、化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)等方法制備；射頻電極層102是通過旋涂、蒸發(fā)、濺射成膜等方法先制備金屬薄膜，再通過光刻刻蝕或剝離等方法得到。

在步驟2中，在第二襯底203表面形成的薄膜為金屬薄膜，其通過采用旋涂、蒸發(fā)、濺射等工藝制備；第二疏水層201通過旋涂、濺射等方法制備。

將本發(fā)明的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置與其他微流控及射頻器件相結(jié)合后，采用數(shù)字微流控操作方法即可自動化實現(xiàn)射頻電路的開關(guān)和操縱。

綜上所述，本發(fā)明提供的基于電潤濕驅(qū)動原理的射頻開關(guān)裝置及其制備方法，該裝置采用水溶液降低了毒性，而且通過電潤濕效應(yīng)控制液滴的位置，進(jìn)而控制射頻電路的通斷，具有設(shè)計新穎、控制簡單、自動化程度高等特點，極大地拓展了微流控及射頻開關(guān)等技術(shù)的應(yīng)用范圍。

盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本發(fā)明的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。