微机电系统开关技术方案

一种容易制造且表现出适当导通／截止（ＯＮ／ＯＦＦ）电容变化率的精细ＭＥＭＳ开关。该ＭＥＭＳ开关包括：基板（４６）；导电梁（４２），形成在基板的表面上；三层结构梁（Ｂ１、Ｂ２），形成在基板的表面上并且设置来与导电梁相对。该ＭＥＭＳ开关的特征在于，三层结构梁包括第一导电层（３８、４０）、第二导电层（３０、３２）和夹置在第一导电层和第二导电层之间的介电层（３４、３６），第一导电层与导电梁（４２）相对，导电梁（４２）和三层结构梁中至少一个由于静电力在平行于基板的平面上移位，使得导电梁（４２）和第一导电层（３８、４０）彼此接触，以及其中，当导电梁（４２）和第一导电层（３８、４０）彼此接触时，导电路径形成在导电梁（４２）和第二导电层（３０、３２）之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微机电系统(MEMS)开关，特别地涉及通过MEMS或纳米机电技术(NEMS)技术形成的MEMS开关。
技术介绍
由于希望比如MEMS开关的机电开关与GaAS FET开关或PIN型二极管开关相比具有更佳的性质，所以人们已经进行了广泛的研究以将MEMS开关应用到无线通信系统中。之前MEMS由于其低的损耗、好的隔离性、低的功耗、好的线性、微型化以及高度集成的能力而得到人们的关注。但是，存在的问题在于，由于其驱动电压高、操作速度低、可靠性不足等，而阻碍了将MEMS开关投入实际使用。通常，通过固定电极、相对于固定电极设置的移动电极、以及设置在移动电极和/或固定电极上的电介质，而构成了电容耦合型MEMS开关。由于在移动电极和固定电极之间施加电压，因此产生了静电力来将移动电极吸引到固定电极。因此，电极之间的距离改变了。当电极之间的距离改变时，电容即阻抗改变了，使得信号可以被导通/截止。由于在移动电极和固定电极之间形成了电介质，所以该耦合是电容性的而非电阻性的。为了获得低损耗的MEMS开关，有必要在MEMS开关导通时减小阻抗。为了获得足够的隔离，有必要增加电容变化率。该电容变化率可以通过如下的表达式估算Con/Coff＝(e0×e×Aoverlay/ddiel)/(e0×er×Aoverlay/dair)＝dair/ddiel，其中dair和ddiel表示空气间隙和电介质的厚度，er表示电介质的介电常数，以及Aoverlay表示移动电极的耦合区域的面积。电容性开关的一个问题是电极的表面粗糙度导致电容变化率减小。当彼此邻接的电极的表面具有波浪形状时，突起部分与突起部分相邻接，从而相对于表面整体而言电极之间的距离不能被足够地降低。因此，存在电容变化率降低的问题。所以，J.Park等人并非提出由(金属-电介质)制成的电极与由金属制成的电极相接触的结构，而是提出了由(金属-电介质-金属)制成的电极与由金属制成的电极相电阻性耦合的结构。根据该结构，即使金属层的表面精度不足，当形成电极时也可以将绝缘层沿着电极的表面形成。而且，金属层将沿着绝缘层形成。因此，在电极之间的实质距离可以降低，而不受表面精度影响。人们还提出了另一种MEMS开关，其使用单金属层并且组装来在平行于基板表面的平面上移位(专利文献1)。该MEMS开关由包括与固定电极相邻接设置的移动电极的至少一个空气桥构成。移动电极具有由带有电介质层的金属层制成的三层结构，其形成在耦合表面中。该电介质层例如是氧化硅膜、氮化硅膜等。该移动电极由静电力驱动，从而在与基板表面平行的平面上移位。在该结构中，因为移动电极在平行于基板表面的平面中被驱动，所以电极可以由单金属层形成。但是，接触则是基于金属一电介质耦合。而且，人们并非提出了移动电极本身被驱动的MEMS开关，而是提出了连接到移动电极的梁由设置在基板表面上的驱动电极所驱动的MEMS开关(专利文献2)。非专利文献J.Park等人，“Electroplated RF MEMS CapacitiveSwitches”，IEEE MEMS 2000专利文献1US专利No.6,218,911B1专利文献2JP-A-2003-71798
技术实现思路
本专利技术要解决的问题如上所述，在具有其中金属制成的移动电极与形成在固定电极上的介电层相接触的结构的电容耦合型MEMS开关中，当介电层或金属层的表面粗糙度粗糙时，电容耦合区域减小使得导通/截止电容变化率变低。因此，存在不能整体上获得足够的高频率特性的问题。另一方面，在非专利文献1中所公开的MEMS开关致力于解决该问题。即，提出了这样一种MEMS开关，其中通过将介电层夹置在两个金属层之间来形成固定电极，并且通过固定电极的上金属层和由金属层制成的移动电极之间的接触来实现导通/截止。在该结构中，由于金属-金属接触，所以可以防止由于表面粗糙所造成的电容降低。因此，可以实现好的接触。但是，在该MEMS开关中，存在如下问题。即，存在的问题是，用于通过电容耦合切换信号的电极区域和用于对移动电极施加静电力的电极区域必须彼此独立设置。由于用于切换开关的电极基于电阻耦合，所在该电极与移动电极相邻接时，该电极具有与移动电极相同的电势。因此，不会产生静电力。所以，需要另外的独立电极以驱动移动电极。这样的控制电极必须设置在开关体外侧，并且必须形成在下层侧或在上层侧，以能够施加比固定电极和移动电极之间的静电力更大的静电力。所以，设置控制电极变得非常困难，并且实现该控制电极也很困难。而且，该结构需要三种不同的金属层，即固定电极(信号线)、设置在固定电极上的上金属层(金属层)和移动电极(金属层)。制造这些金属层的开关主体的步骤很复杂。另外，存在的问题是，控制电极的布置使得结构更复杂。另一方面，在专利文献1中，对应于移动电极的梁被水平驱动，从而垂直于基板表面形成图案。因此，固定电极和移动电极由一个和相同的层形成。因此，移动电极和固定电极可以通过单个金属层的成膜步骤和构图步骤获得。制造工艺中的问题得到广泛地解决。该结构的特征在于，因为移动电极和固定可以通过单个金属层制造，所以可以使得制造变得容易。但是，在该结构中，使用静电力通过接触形成电容耦合。因此，如下的问题依然没有得到解决。即，当表面中的表面精确性恶化时，不能获得足够的导通电容。因此，不能够获得最终的导通/截止电容率。另一方面，专利文献2提出了这样一种技术，其中驱动电极固定地形成在硅基板上，并且以与控制电极相同的方式对该驱动电极施加电压，从而设置来将驱动电极置于其间的梁在平行于硅基板的方向上移位，从而允许移动接触来彼此邻接。在该示例中，移动接触形成来水平地移动。但是，驱动电极并不直接驱动移动接触，但是通过移动紧密地设置于该驱动电极且距其预定间隙的梁来驱动该移动接触。这里，驱动电极作为一个锚部分。当如此单独地提供驱动电极时，占据面积大规模地增加，从而阻止了MEMS开关更加微型化。鉴于该情形研发了本专利技术。本专利技术的目的是提供一种易于制造、微型化并能够获得足够导通/截止电容比的MEMS开关。解决问题的手段为了实现上述目的，根据本专利技术的MEMS开关是这样的MEMS开关，包括基板；导电梁，形成在基板的表面上；三层结构梁，形成在基板的表面上并且设置来与导电梁相对；其中，三层结构梁包括第一导电层、第二导电层和夹置在第一导电层和第二导电层之间的介电层，其中，第一导电层与导电梁相对，其中，导电梁和三层结构梁中至少一个由于静电力在平行于基板的平面上移位，使得导电梁和第一导电层彼此接触，以及其中，当导电梁和第一导电层彼此接触时，导电路径形成在导电梁和第二导电层之间。通过该构造，可以容易地通过金属-金属接触形成电容，而不依赖于表面粗糙度。即使当由于静电力使三层结构梁的第一导电层和导电梁被吸引而相互接触时，第二导电层可以提供更强的静电力，以由于该静电力而吸引导电梁，同时保持接触状态，而不会导致第一导电层和导电梁彼此分开。另外，这些三层结构梁或导电梁布置来在平行于基板的平面上移位。因此，该三层结构梁和导电梁可以由一层和相同层形成。即使当第二导电层形成得大于第一导电层时，也不用担心施加过多的引力应力，但是可以长时间地保持稳定的驱动。虽然需要独立的控制电极来通过静电力以保持金属-金属接触中的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＥＭＳ开关，包括：基板；导电梁，形成在所述基板的表面上；三层结构梁，形成在所述基板的表面上并且设置来与所述导电梁相对；其中，所述三层结构梁包括第一导电层、第二导电层和夹置在所述第一导电层和所述第二导电层 之间的介电层，其中，所述第一导电层与所述导电梁相对，其中，所述导电梁和所述三层结构梁中至少一个由于静电力在平行于所述基板的平面上移位，使得所述导电梁和第一导电层彼此接触，以及其中，当所述导电梁和所述第一导电层彼此接触 时，导电路径形成在所述导电梁和所述第二导电层之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2003-12-22 424254/2003;JP 2004-12-6 353010/20041.一种MEMS开关，包括基板；导电梁，形成在所述基板的表面上；三层结构梁，形成在所述基板的表面上并且设置来与所述导电梁相对；其中，所述三层结构梁包括第一导电层、第二导电层和夹置在所述第一导电层和所述第二导电层之间的介电层，其中，所述第一导电层与所述导电梁相对，其中，所述导电梁和所述三层结构梁中至少一个由于静电力在平行于所述基板的平面上移位，使得所述导电梁和第一导电层彼此接触，以及其中，当所述导电梁和所述第一导电层彼此接触时，导电路径形成在所述导电梁和所述第二导电层之间。2.根据权利要求1的MESM开关，其中，在所述介电层一侧的第二导电层的表面包括不规则部分。3.根据权利要求1或2的MESM开关，其中，所述第一导电层和第二导电层设置为平行。4.根据权利要求2的MESM开关，其中，至少一个突起部分形成在所述电介质侧表面中，以及其中，所述第一导电层设置在所述突起部分中。5.根据权利要求4的MESM开关，其中，所述第一导电层仅设置在所述突起部分中。6.根据权利要求1到5中任一个的MESM开关，其中，所述静电力施加在所述第二导电层和所述导电梁之间。7.根据权利要求6的MESM开关，其中，即使在所述导电梁和所述第一导电层彼此接触时，也施加了所述静电力。8.根据权利要求7的MESM开关，其中，在所述导电梁和所述第一导电梁彼此接触时所施加的静电力是至少足够大的力，以保持所述第一导电层和所述导电梁之间的接触。9.根据权利要求7或8的MESM开关，其中，在所述导电梁和所述第一导电梁彼此接触时所施加的静电力产生在未与所述第一导电层相...

【专利技术属性】
技术研发人员：桥村昭范，内藤康幸，中村邦彦，中西淑人，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]