MEMS 器件的静电阻尼制造技术

本发明专利技术一般性地涉及用于使MEMS DVC器件中的板电极或切换元件阻尼的方法及装置。布置在波形控制器和MEMS DVC的电极之间的电阻器使得在板电极移动期间电压增大而同时电容减小。由于电压增大以及电容减小，抵抗板电极远离电极移动的静电力增大，这转而抑制了板电极的移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
技术介绍

本专利技术的实施例一般性地涉及一种用于使微机电系统(MEMS)数字可变电容器(DVC)器件中的板电极阻尼的方法及装置。相关技术描述DVC器件用静电力操作。在这种机制中，当电压V被施加到板或切换电极和控制电极之间时，力作用在可移动MEMS元件上。静电力与(V/gap)2成比例。机械平衡反力来自于弹簧悬挂系统并且通常与位移成线性比例。其结果是，随着电压V的增大，MEMS器件朝控制电极移动一定距离δ。该移动减小了间隙，这继而进一步增大静电力。对于小的电压，初始位置和电极之间的平衡位置被找到。然而，当电压超过某一阈值水平(即，拉近电压)时，器件移位使得静电力比机械平衡反力上升得更快并且器件朝控制电极迅速嵌入(snaps-in)(即，移动)直到接触。如图1中示意性所示的，一些DVC器件在可移动的MEMS器件(即，图1中的板)之上(即，上拉或拉离或PU电极)和之下(即，下拉或拉近或PD电极)具有控制电极。此外在可移动的MEMS器件之下存在RF电极。在操作期间，MEMS器件被上拉或下拉至接触以向RF电极提供稳定的最小或最大电容。如此，从可移动元件至RF电极(位于可移动元件之下)的电容能够从当被拉至底部时的高电容Cmax(如图2所示)变化至当被拉至顶部时的低电容Cmin(如图3所示)。施加到PD电极的电压(Vbottom)和PU电极的电压(Vtop)通常通过波形控制器控制(如图4所示)，以确保DVC器件的长寿命的稳定性能。可移动元件通常DC接地。可变电容器(即Cpd,Cpu)分别表现为MEMSDVC器件的下拉和上拉的电极的电容。图5所示为当从Cmax状态切换到Cmin状态时的控制电压和MEMS动态响应。通过控制电压Vbottom＝HV及Vtop＝0V，MEMSDVC器件最初落在底部上。在t＝t0时，底部电压被释放(Vbottom＝0V)并且顶部电压Vtop慢慢地从0斜升到HV。一旦器件从底部电极被释放，在顶部控制电压正斜升时所述器件自由地铃振(ring)。所述铃振消失的速度取决于的MEMS器件的Q，其与腔内压力(压膜阻尼)和MEMS器件自身内部的损耗相关。当电压已到达所需的拉近电压水平时，器件在t＝t1时拉近至顶部电极。电压持续斜升并且在t＝t2时到达它的最终值。在控制电压的斜率增大的同时，MEMS器件将更快切换到其他状态，如图6所示。在这种情况下，MEMS元件将撞击拉动电极而自由移动的MEMS元件的瞬时铃振还没有消失，并且根据冲击的实际时间，MEMS元件会以相当高的速度冲击接触面，使得接触界面遭受机械损伤，这可能导致早期的寿命故障。因此，本领域中需要一种MEMSDVC器件，其中所述MEMSDVC器件的板电极在状态转换期间具有更少的铃振/振动。
技术实现思路
本专利技术一般性地涉及用于使MEMSDVC器件中的板电极或切换元件阻尼的方法及装置。布置在波形控制器和MEMSDVC的电极之间的电阻器使得在板电极移动期间电压增大而同时电容减小。由于电压增大以及电容减小，抵抗板电极远离电极移动的静电力增大，这转而抑制了板电极的移动。在一个实施例中，器件包括MEMS器件，波形控制器和第一电阻器。MEMS器件包括：板电极；第一电极；布置在所述第一电极之上的第一介电层；与第一电极相对布置的第二电极；和第二介电层，其被布置在所述第二电极之上使得板电极能够在与第一介电层接触的第一位置、与第二介电层接触的第二位置、以及与第一介电层和第二介电层两者间隔的第三位置之间移动。波形控制器耦合到第一电极和第二电极。第一电阻器耦合在第一电极和波形控制器之间。在另一个实施例中，一种操作MEMS器件的方法包括将施加到MEMS器件的第一电极的电压降低到零，其中所述MEMS器件包括第一电极、第二电极和能够从被布置为与第一电极相邻的第一位置和被布置为与第二电极相邻的第二位置移动的板电极。所述方法还包括：降低第一电极的电容；在降低第一电极的电容的同时向第二电极施加电压；增大施加到第二电极的电压；使板电极从第一位置移动到第二位置；在移动期间增大第二电极的电容；和在移动期间减小第一电极的电容。在另一个实施例中，一种操作MEMS器件的方法包括将施加到MEMS器件的第一电极的电压降低到零，其中所述MEMS器件包括第一电极、第二电极和能够从被布置为与第一电极相邻的第一位置和被布置为与第二电极相邻的第二位置移动的板电极。所述方法还包括：通过第一电阻器释放(discharging)施加到第一电极的电压；在释放电压的同时向第二电极施加电压；增大第二电极的电容；和减小第一电极的电容，其中在增大施加到第二电极的电压的同时发生所述增大和减小。附图说明参照实施例能够详细地理解本专利技术的上述特征和获得上面简要总结的本专利技术的更具体的描述，在附图中图示了所述实施例中的一些。然而，应指出的是，附图仅图示了本专利技术的典型实施例，并且因此不应被认为限制了本专利技术的范围，这是因为本专利技术可以允许其他等同有效的实施例。图1是处于自由站立态中的MEMSDVC的示意性横截面图。图2是在Cmax状态中的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。图3是在Cmin状态中的图1的MEMSDVC的示意性横截面图。图4是驱动MEMSDVC器件的波形控制器的示意图。图5示出了图示MEMSDVC器件在从Cmax状态切换到的Cmin状态时的动态特性的图表。图6示出了图示在以比图5中示出的速度更快的速度从Cmax状态切换到Cmin状态时的动态特性的图表。图7是根据一个实施例的、耦合到MEMSDVC的波形控制器的示意图。图8示出了图示具有静电阻尼的MEMSDVC拉近的图表。图9示出了图示当拉近比图8中所示更快发生时，具有静电阻尼的MEMSDVC拉近的图表。图10示出了图示具有和没有静电阻尼的MEMSDVC的冲击速度比较图表。为了便于理解，在可能的地方使用相同的附图标记来表示附图共有的相同的元素。可以设想的是，在一个实施例中公开的元素在没有特别说明的情况下可以有益地被用到其他实施例。具体实施方式本专利技术一般性地涉及用于使MEMSDVC器件中的板电极或开关元件阻尼的方法及装置。布置在波形控制器和MEMSDVC的电极之间的电阻器使得在板电极移动的时间期间电压增大而同时电容减小。由于电压增大以及电容减小，抵抗板电极远离电极移动的静电力增大，这转而抑制了板电极的移本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种器件，包括：MEMS器件，包括：板电极；第一电极；布置在所述第一电极之上的第一介电层；与所述第一电极相对布置的第二电极；以及第二介电层，其被布置在所述第二电极之上使得所述板电极能够在与所述第一介电层接触的第一位置、与所述第二介电层接触的第二位置、以及与所述第一介电层和所述第二介电层两者间隔的第三位置之间移动；耦合到所述第一电极和所述第二电极的波形控制器；以及耦合在所述第一电极和所述波形控制器之间的第一电阻器。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.22 US 61/826,0631.一种器件，包括：
MEMS器件，包括：
板电极；
第一电极；
布置在所述第一电极之上的第一介电层；
与所述第一电极相对布置的第二电极；以及
第二介电层，其被布置在所述第二电极之上使得所述板电极能够在
与所述第一介电层接触的第一位置、与所述第二介电层接触的第二位置、
以及与所述第一介电层和所述第二介电层两者间隔的第三位置之间移动；
耦合到所述第一电极和所述第二电极的波形控制器；以及
耦合在所述第一电极和所述波形控制器之间的第一电阻器。
2.根据权利要求1所述的器件，还包括第二电阻器，其耦合在所述第二
电极和所述波形控制器之间。
3.根据权利要求2所述的器件，其中所述第二电阻器的电阻乘以所述
第二电极的电容大于所述板电极的动态响应时间。
4.根据权利要求2所述的器件，其中所述第一电阻器的电阻乘以所述
第一电极的电容大于所述板电极的动态响应时间。
5.根据权利要求4所述的器件，其中所述第二电阻器的电阻乘以所述
第二电极的电容大于所述板电极的动态响应时间。
6.根据权利要求1所述的器件，其中所述第一电阻器的电阻乘以所述
第一电极的电容大于所述板电极的动态响应时间。
7.一种操作MEMS器件的方法，包括：
将施加到MEMS器件的第一电极的电压降低到零，其中所述MEMS
器件包括所述第一电极、第二电极和能够从被布置为与所述第一电极相邻
的第一位置和被布置为与所述第二电极相邻的第二位置移动的板电极；
降低所述第一电极的电容；
向所述第二电极施加电压，其中该电压
在降低所述第一电极的电容的同时；或
在所述第一电极的电容已减小之后
被施加到所述第二电极；
增大施加到所述第二电极的电压；
使所述板电极从所述第一位置移动到所述第二位置；
在所述移动期间增大所述第二电极的电容；和
在所述移动期间减小所述第一电极的电容。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述板电极在所述移动期间振动。
9.根据权利要求8所述的方法，其中随着所述板电极从所述第一位置
移动到所述第二位置，所述振动减小。
10.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯托·彼得勒斯·范·卡普恩，阿奈兹·乌纳穆诺，
申请(专利权)人：卡文迪什动力有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US