电磁驱动的微电子机械开关制造技术

本公开涉及电磁驱动的微电子机械开关。微机电开关使用静电引力将梁朝着触点拉开，并且电磁斥力拉开，从而使触点脱离并排斥梁。静电引力由栅极电极产生。电磁排斥产生于梁与位于与触点相同侧的磁性线圈之间。磁线圈产生磁场，其在梁中感应出排斥磁线圈的电流。栅极电极和磁性线圈可以共面或在不同的平面中。取决于配置，电路也可以操作线圈形结构作为栅极电极和磁性线圈。

【技术实现步骤摘要】
电磁驱动的微电子机械开关
公开的实施方案涉及用于微机电系统(MEMS)的开关。
技术介绍
开关用于建立或断开电路中的连接。典型的MEMS开关包括耦合到信号源的悬臂式梁(beam)。梁的游离端被致动以打开和关闭开关。当开关闭合时，来自信号源的信号通过梁，当开关打开时，信号路径断开。通常，当没有力施加到悬臂式梁时，开关具有默认打开状态。施加静电力来关闭开关。
技术实现思路
微机电开关使用静电引力将梁朝着触点拉开，并且电磁斥力拉开，从而使触点脱离并排斥梁。静电引力由栅极电极产生。电磁排斥产生于梁与位于与触点相同侧的磁性线圈之间。磁线圈产生磁场，其在梁中感应出排斥磁线圈的电流。栅极电极和磁性线圈可以共面或在不同的平面中。取决于配置，电路也可以操作线圈形结构作为栅极电极和磁性线圈。在一个实施方案中，提供MEMS开关，包括：梁；在所述梁下面的栅极电极；和线圈，在所述梁下面并配置为在所述梁中感应电流。在另一实施方案中，MEMS开关包括：梁；和在所述梁下面的线圈，其中线圈被配置为在梁中感应电流。在另一实施方案中，提供控制MEMS开关的方法。该方法包括：使用在微制造的悬臂式梁下面的栅极电极，静电吸引所述微制造的悬臂式梁朝向下面的电触点。通过使用位于所述梁下面的线圈产生第一磁场从而在所述梁中感应电流，使微制造的悬臂式磁场从所述下面的电触点磁性排斥。附图说明将参考以下附图来描述本申请的各个方面和实施例。应该理解的是，附图不一定按比例绘制。出现在多个图中的项目在它们出现的所有图中用相同的参考数字表示。图1A是根据一个实施例的处于打开状态的微机电系统(MEMS)开关的左侧正视图；图1B是处于闭合状态的图1A的MEMS开关的左侧正视图；图2是根据非限制性实施例的图1A的MEMS开关的操作流程图；图3是图1A的MEMS开关的线圈和梁的示意电路图。图4A是根据另一实施例的MEMS开关的顶部左侧透视图，其中线圈位于栅极电极上方；图4B是根据另一实施例的MEMS开关的顶部左侧透视图，其中多个线圈被定位为邻近栅极电极；图5A-5C示出了根据本申请的可选非限制性实施例的MEMS开关的线圈和栅极的可选配置；图6是根据另一实施例的MEMS开关的左上侧透视图；图7是图6的MEMS开关的线圈和栅极配置的示意性电路图；图8A是在时间t＝0时图6的MEMS开关的线圈和栅极配置的示意性电路图；图8B是在时间t>0时图6的MEMS开关的线圈和栅极配置的示意图。具体实施方式本申请的多个方面提供了至少部分地使用电磁力来致动的微机电系统(MEMS)开关。例如，开关可以使用电磁力打开，而不管开关闭合的方式如何。本专利技术人已经认识到，具有仅用静电力驱动的悬臂式梁MEMS开关-通过施加静电力闭合开关并且通过去除静电力打开开关-可以具有各种缺点。首先，尽管在试图打开开关时除去了静电力，但由于静摩擦，梁的自由端可能仍然与下面的电触点接触，使得开关保持闭合状态。此外，悬臂式梁可以长时间保持在弯曲位置时软化。通过去除静电力而打开的MEMS开关依靠悬臂式梁的的恢复性弹簧状态以使梁返回到非变形状态，从而打开开关。由于将开关长时间保持在闭合、变形(或弯曲)的状态，导致材料软化可能会对梁返回其未弯曲状态的能力产生负面影响，这种现象有时被称为蠕变力。因此，交换机可能无法正常打开。鉴于以上所述，本申请的各方面提供了MEMS开关，其使用电磁力来操作以选择性地将悬臂式梁从接触垫排开。通过在梁下面放置电磁性线圈，可以产生电磁力并用于选择性地启动梁，即使它粘在触点上或梁变形了。这确保了在长时间处于关闭状态之后可以关闭开关。使用电磁力驱动MEMS开关可以与其他致动技术结合使用。例如，静电技术可以与电磁技术结合。作为一个例子，可以使用静电力将MEMS开关闭合并保持在闭合状态，然后可以通过去除静电力和施加排斥电磁力来打开MEMS开关。因此，开关的激活和去激活可以通过单独的(或“不同的”)机制来实现。其他操作场景也是可能的。本申请的多个方面提供了一种MEMS开关，其具有位于悬臂式微加工梁的自由端下方的致动结构，致动结构被成形为线圈并且可用作电磁线圈和电气板。线圈结构可以连接到电路，该电路当被配置成一种状态时将线圈作为电磁线圈来操作以产生电磁力。当以另一种状态配置时，电路可以将线圈作为导电板来操作，以产生静电力。因此，根据本申请的一些方面，可以在MEMS开关中提供组合的电磁/静电致动结构。应该认识到，虽然这里将一些实施例描述为涉及悬臂式梁MEMS开关，但是本公开不限于此，各种其他MEMS开关配置可以利用本文所述的一个或多个方面，例如使用电磁斥力来选择性地致动MEMS开关。因此，可以采用悬臂式梁、跷跷板式或其他MEMS开关。图1A示出了悬臂式梁MEMS开关的非限制性示例，该开关具有用于产生排斥力以打开开关的电磁线圈。在图1A中示出MEMS开关100处于打开状态。操作的打开状态可以表示开关的“关闭”状态，但应该理解，该术语不是限制性的。MEMS开关100包括悬臂式梁9，该悬臂式梁9通过锚7安装到基板11上。悬臂式梁9具有自由端8，该自由端8通过间隙G与下面的基板隔开。电触点25设置在悬臂式梁9的自由端8，在面向基板11的梁的下侧。电触点13、栅极电极15和线圈17安装在基板11上(或制造在基板11上)，在梁9下方。还提供了一个射频(RF)信号源27，并且可以以任何合适的方式连接到悬臂式梁9以向梁提供RF信号，如下面进一步描述的。基板11可以由任何合适的材料形成。在一些实施方案中，基板11由诸如玻璃、塑料或聚合物的绝缘材料形成。在一些实施方案中，基板11可以是半导体基板，例如硅基板或绝缘体上硅(SOI)基板。悬臂式梁9可以由任何合适的材料形成。在一个实施方案中，梁9由诸如金属或金属合金的导电材料形成。因此，在本专利技术的至少一些实施例中，梁9本身可以表示能够传导来自RF信号源27的RF信号的电极。在另一实施方案中，梁9由绝缘材料形成，例如塑料或聚合物材料，并且具有安装到其上或形成在其中的电极。当梁的材料本身不导电时，任何这样的电极都可以允许梁的静电和/或电磁致动。如前所述，悬臂式梁可能充当弹簧。梁9的材料可能部分被选中以提供所需的类似弹簧的行为。例如，梁9的弹簧常数可能在200-6000N/m之间。悬臂式梁9可以有任何合适的形状和尺寸。在一些实施方案中，悬臂式梁9沿其长度L1具有均匀的厚度T1。在其他实施方案中，悬臂式梁9可以在一端渐缩。在一个实施方案中，梁9的长度L1大于其宽度(在图1A中进入和离开页面的方向)。例如，梁的尺寸可以是长度L1在100-700μm之间，宽度在50-500μm之间，并且厚度T1在1-15μm之间，尽管这些尺寸中的任何一个的其他范围都是可能的。间隙G可以具有任何合适的尺寸。应该意识到，间隙是可变的，因为它在开关断开时存在，但在开关闭合时不存在。当悬臂式梁处于中性(未偏转)状态时，间隙G可以是0.5μm、5μm、50μm、100μm、200μm、0.5μm和200μm之间的任何值或另一适当距离。尽管图1A示出了具有单悬臂式梁9的MEMS开关的示例，但是替代实施例包括多个梁或“指”。下面结合图4A-4B进一步描述示例。所采用的梁的数量不是限制性的，因为本申请的各个方面可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微机电系统(MEMS)开关，包括：梁；在所述梁下面的栅极电极；和线圈，在所述梁下面并配置为在所述梁中感应电流。

【技术特征摘要】
2017.07.17 US 15/652,1811.一种微机电系统(MEMS)开关，包括：梁；在所述梁下面的栅极电极；和线圈，在所述梁下面并配置为在所述梁中感应电流。2.权利要求1所述的MEMS开关，还包括配置为驱动所述线圈产生磁场的第一源和配置为驱动所述栅极电极的第二源。3.权利要求1所述的MEMS开关，其中所述线圈由电导率大于10,000S/m的导电材料形成。4.权利要求1所述的MEMS开关，其中所述线圈围绕所述栅极电极。5.权利要求1所述的MEMS开关，其中所述线圈紧挨着在所述梁下面的基板上的栅极电极。6.权利要求1所述的MEMS开关，其中所述线圈是多层线圈，包括位于在所述下面的基板的多个水平处的导电迹线。7.微机电系统(MEMS)开关，包括：梁；和线圈，在所述梁下面并配置为在所述梁中感应电流。8.权利要求7所述的MEMS开关，其中所述线圈耦合到可配置为将所述线圈操作为电极或线圈的电路。9.权利要求8所述的MEMS开关，其中所述电路包括耦合到所述线圈并具有1nF-100μF之间的电容的电容器。10.权利要求9所述的MEMS开关，其中所述电容器至少部分地为所述电路供...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·F·李，P·J·布雷纳恩，
申请(专利权)人：亚德诺半导体集团，
类型：发明
国别省市：百慕大群岛,BM