本发明专利技术一般涉及能够热切换的RF?MEMS装置。RF?MEMS装置通过利用一或多个弹簧机构能够热切换。在某些实施例中，可以使用在MEMS装置的悬臂的位移中的特定点转为啮合的两组或两组以上弹簧。弹簧允许显著增加给定拉入下落电压的释放电压。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例一般涉及微机械可变电容器的领域，特别是涉及在存在残余RF电压时释放数字电容器的行为。在此描述的专利技术可适用于任何微机械结构，其中需要最小化闭锁电压和启动电压之间的差。通过本专利技术，在制造出的装置中，由于电容接点上的下降电压，悬臂的弹簧系数可以设计成大于下落接点上的静电吸引，而打开装置所需要的电压不变。
技术介绍
微机械致动器是基于在外力存在时会偏转或移动的简单原理。这些致动器的偏转通常遵循力和偏转度之间的线性关系。这种关系的坡度通过所使用的材料、开关和/或支腿的几何形状以及如何锚固开关和/或支腿来限定(普遍意义上为胡克定律)。 弹力=F弹黃=K*X (I)其中，K是弹黃系数，X是位移。外力通常不遵循外力大小和开关的位置之间的线性关系。因为在静电的情形下，力将随相对于控制电极的位置的平方增加。这种情形在达到临界位移时引起“迅速移动”现象。静电力Fe由下式给出SnA7 ⑵其中，A是下拉电极与微机电系统(MEMS)装置之间的重叠面积，Z是开始位置，ε。是自由空间的介电常数，V是所应用的控制电压。力平衡是在所有力的总和为零时限定的，这种情形产生了对静电MEMS的典型迅速移动行为。一旦接触悬臂，悬臂与拉入电极之间的间隔就大幅减小，根据等式2，静电力大大增加。为了允许分离悬臂，必须大幅减小控制电压。图IA展示具有线性弹簧的静电驱动的MEMS装置的作用于MEMS装置的力与位移。注意，为了更好的展示图表上的各个点，图中的纵坐标具有对数刻度。标记为Fasg的曲线展示了随着位移线性变化的弹簧的机械力与位移。标记为F@V1、F@V2、F@V3的曲线是在不同外加电压V1、V2、V3下作用于MEMS装置的静电力，其中V3 > V2 > VI。通过获得机械力曲线与静电力曲线的交点而获得在各个外加电压下的MEMS位移。例如，当施加电压Vl时，MEMS装置位移到点pi。当外加电压增加到V2时，MEMS装置位移到点P2，当电压增加到V3时，MEMS装置位移到点p3。此时，当电压再增加时，因静电力总是大于机械力，所以静电力曲线与机械力曲线不再有交点。因此，装置迅速移动并且位移到点p4。当电压接着从V3降低到V2时，在位移的位置p4处的静电力F0V2仍大于机械力F弹黃，以致装置保持在点P4处位移。一旦电压降低到VI，位移的位置p4处的静电力FOVl就与机械力Fasg—样大。电压的任何进一步的降低将导致在点pi处与机械力曲线仅有一个交点，而且装置将从点P4迅速返回到点pi。图IB展示具有线性弹簧的MEMS装置的MEMS位移与外加电压。此图中所展示的是与图IA中所展示的点相同的点。在外加电压的向上扫频期间，位移遵循标记为“拉入”的曲线。在5V的外加电压下，MEMS装置位移到点pi。然后随着电压增加到15V，装置位移到点P2。当电压增加到25V时，MEMS装置位移到点p3。电压的任何进一步的增加将导致装置迅速移动至完全位移且最后在点p4上。接着降低电压，并且位移遵循标记为“释放”的曲线。当电压降低到5V时，位移保持于间隙的100%处(点p4’)。任何进一步的降低使装置迅速向下返回到点pi。因此，拉入电压是25V，并且释放电压是5V。图IB展示释放电压(装置在此电压下从位置P4’迅速移动到位置pi)与下落电压(装置在此电压下从位置p3迅速移动到位置p4)之间 的大差异。释放电压与下落电压之间的大差异在涉及到热切换时产生电容RF MEMS的问题。将热切换定义为最大RF电压,所述最大RF电压可能存在于(例如)MEMS悬臂开关与下落电极之间，为此悬臂的弹簧系数在控制电压设为零时能够分离接点。因此，需要能够热切换的RF MEMS0
技术实现思路
本专利技术大体涉及能够热切换的RF MEMS装置。RF MEMS装置通过利用一或多个弹簧机构能够热切换。在某些实施例中，可以使用在MEMS装置的悬臂的位移中的特定点转为啮合的两组或两组以上弹簧。弹簧允许显著增加给定下落电压的释放电压。在一个实施例中，揭示了一种MEMS装置。装置包括衬底、耦接于衬底且从衬底处垂直延伸的第一支柱和耦接于第一支柱的第一悬臂。装置还包括在与第一支柱间隔的位置处耦接于衬底的第二支柱。第二支柱从衬底处垂直延伸。装置还包括耦接于第二支柱的第二悬臂、在第一支柱与第二支柱之间的位置中耦接于衬底的拉入电极和在拉入电极与第二支柱之间的位置中耦接于衬底的接点电极。在另一个实施例中，揭示了一种操作MEMS装置的方法。方法包括以下步骤将电压应用到拉入电极。方法还包括以下步骤当施加电压时，将第一悬臂移动第一距离并与第二悬臂接触。方法还包括以下步骤当施加电压时，将第一悬臂和第二悬臂移动第二距离以使得第一悬臂接触接点电极，并且第二悬臂与接点电极间隔开。方法还包括以下步骤改变应用到拉入电极的电压且将第一悬臂与接点电极间隔开。在另一个实施例中，揭示了一种MEMS装置。MEMS装置包括衬底、耦接于衬底且从衬底处垂直延伸的支柱和耦接于支柱的悬臂，悬臂具有第一部分和从第一部分延伸的第二部分。MEMS装置还包括在与第一支柱间隔的位置处耦接于衬底的接点柱。接点柱从衬底处垂直延伸。MEMS装置还包括在支柱与接点柱之间的位置中耦接于衬底的拉入电极。MEMS装置还包括在拉入电极与接点柱之间的位置中耦接于衬底的接点电极。第一部分可从与接点电极间隔的位置移动到与接点电极接触的位置，而且第二部分可从与接点柱间隔的位置移动到与接点柱接触的位置。在另一个实施例中，揭示了一种操作MEMS装置的方法。方法包括以下步骤将电压应用到拉入电极。方法还包括以下步骤当施加电压时，将悬臂移动第一距离以使得悬臂的第一部分与接点电极间隔，并且悬臂的第二部分与接点柱接触。方法还包括以下步骤当施加电压时，将悬臂移动第二距离以使得第一部分接触接点电极，同时第二部分保持与接点柱接触。方法还包括以下步骤改变应用到拉入电极的电压且将悬臂与接点电极和接点柱间隔开。在另一个实施例中，装置包括具有在衬底中形成的一或多个电极的衬底、布置在衬底和一或多个电极上方的电绝缘层以及耦接于电绝缘层的一或多个下落结构。微机电装置还包括耦接于电绝缘层的MEMS元件。MEMS元件可从第一位置移动到与电绝缘层间隔的第二位置。MEMS元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分在MEMS元件处于第一位置中时接触电绝缘层，而且所述第二部分在MEMS元件处于第二位置中时接触一或多个下落结构。在另一个实施例中，装置包括具有在衬底中形成的一或多个电极的衬底、布置在衬底和一或多个电极上方的电绝缘层以及耦接于电绝缘层的一或多个弹簧元件，所述一或多个弹簧元件可从第一位置移动到第二位置。装置还包括耦接于电绝缘层的MEMS元件。MEMS元件可从第三位置移动到与电绝缘层间隔的第四位置。MEMS元件包括第一部分和第二部分，所述第一部分在处于第三位置中时接触电绝缘层，且所述第二部分接触一或多个弹簧元件并将一或多个弹簧元件从第一位置移动到第二位置。在另一个实施例中，方法包括以下步骤在具有绝缘层、一或多个下落结构及布置在绝缘层和一或多个下落结构上方的第一牺牲层的衬底上方形成MEMS元件。形成MEMS元件的步骤包括以下步骤在第一牺牲层上方形成第一结构层，在第一结构层上方形成第二牺牲层，移除第二牺牲层的至少本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：理查德·L·奈普，罗伯图斯·P·范坎彭，阿纳特兹·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：
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