DE60222468T2 - Mems-einrichtung mit dreischichtigem biegebalken und diesbezügliche verfahren - Google Patents

Mems-einrichtung mit dreischichtigem biegebalken und diesbezügliche verfahren Download PDF

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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein mikro-elektromechanische Systeme (MEMS-Einrichtungen) gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 und aus WO 03/042 721 bekannt.
  • Stand der Technik
  • US 6 232 847 B1 lehrt einen einpoligen, doppelten mikromechanischen System-(MEMS)-Regelschalter. An einem Substrat sind zwei unabhängige, unterbrochene Signalleitungen vorgesehen, und zwei komplementäre Kontaktelektroden sind an dem Ausleger A des Schalters angeordnet. Die zwei unterbrochenen Signalleitungen sind brückenartig verbunden, wenn der Schalter geschlossen ist.
  • EP 1 150 318 A1 offenbart einen Mikroschalter mit einem flexiblen Balkenelement, das die obere Elektrode bildet. Eine untere Elektrode ist an dem Substrat vorgesehen.
  • US 5 702 569 lehrt ein Verfahren zur Bildung eines elastischen Elements als Träger für einen Spiegel.
  • US 6 229 683 B1 betrifft einen elektrostatisch betriebenen Hochspannungsschalter, der ein bewegliches Verbundelement aufweist, das eine Elektrodenschicht und eine Vorspannschicht umfasst. Die Elektrodenschicht, die unter der Vorspannschicht angeordnet ist, kann aus einer Elektrode bestehen, die mindestens einen Teil eines Isolierpalts um Verbundkontakte der Elektrodenschicht umgibt.
  • Ein elektrostatischer MEMS-Schalter ist ein Schalter, der durch eine elektrostatische Ladung betätigt und unter Verwendung von mikro-elektromechanischen System-(MEMS)-Techniken hergestellt wird. Ein MEMS-Schalter kann einen elektrischen, mechanischen oder optischen Signalfluss steuern. MEMS-Schalter finden Anwendung bei der Telekommunikation, beispielsweise als DSL-Schaltermatrizen und Mobiltelefone, automatisierten Testgeräten (ATE), und bei anderen Systemen, die kostengünstige Schalter oder kostengünstige Anordnungen hoher Dichte erforderlich machen.
  • Wie für Fachleute ersichtlich können viele Arten von MEMS-Schaltern und zugehörigen Vorrichtungen im Wege von entweder Bulk- oder Oberflächen-Mikrobearbeitungstechniken hergestellt werden. Massen-Mikrobearbeitung umfasst die Oberflächengestaltung einer oder mehrerer Seiten eines Substrats zur Bildung von gewünschten dreidimensionalen Strukturen und Einrichtungen in dem gleichen Substratmaterial. Das Substrat besteht aus einem Material, das ohne weiteres in Bulkform erhältlich ist, und ist somit üblicherweise Silicium oder Glas. Nass- und/oder Trockenätztechniken werden in Verbindung mit Ätzmasken und Ätzstops zur Bildung von Mikrostrukturen verwendet. Das Ätzen wird typischerweise an der Vorderseite oder Rückseite des Substrats durchgeführt. Die Ätztechnik kann im Allgemeinen in ihrer Art entweder isotrop oder anisotrop sein. Isotropes Ätzen ist gegenüber der Kristallorientierung der Ebenen des Materials, das geätzt wird, unempfindlich (beispielsweise das Ätzen von Silicium unter Verwendung von Salpetersäure als Ätzmittel). Anisotrope Ätzmittel, wie beispielsweise Kaliumhydroxid (KOH), Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH) und Ethylendiaminbrenzcatechin (EDP), greifen selektiv unterschiedliche kristallografische Ausrichtungen mit unterschiedlichen Raten an und können somit verwendet werden, um verhältnismäßig genaue Seitenwände in Ätzgrübchen, die geschaffen werden, zu bilden. Ätzmasken und Ätzstops werden zur Verhinderung verwendet, dass vorbestimmte Bereiche des Substrats geätzt werden.
  • Andererseits umfasst die Oberflächen-Mikrobearbeitung im Allgemeinen die Bildung von dreidimensionalen Strukturen durch Abscheidung einer Anzahl unterschiedlicher dünner Filme auf der Oberseite eines Siliciumwafers, jedoch ohne Oberflächengestaltung des Wafers selbst. Die Filme dienen üblicherweise entweder als strukturelle oder als Opferschichten. Strukturelle Schichten bestehen häufig aus Polysilicium, Siliciumnitrid, Siliciumdioxid, Siliciumcarbid oder Aluminium. Opferschichten bestehen häufig aus Polysilicium, Photoresistmaterial, Polyimid, Metallen oder verschiedenen Arten von Oxiden, wie beispielsweise PSG (Phosphosilicatglas) und LTO (Niedertemperatur-Oxid). Auf einander folgende Abscheidungs-, Ätz- und Musterbildungsverfahren werden durchgeführt, um die gewünschte Mikrostruktur zu erreichen. Bei einem typischen Oberflächenmikrobearbeitungsverfahren wird auf einem Siliciumsubstrat eine Isolationsschicht aufgebracht, und wird eine Opferschicht auf dem beschichteten Substrat abgeschieden. In der Opferschicht werden Fenster geöffnet, und eine strukturelle Schicht wird dann abgeschieden und geätzt. Die Opferschicht wird dann selektiv geätzt, um eine freistehende, bewegliche Mikrostruktur, wie beispielsweise einen Balken oder einen Ausleger der Mikrostruktur, zu bilden. Die Mikrostruktur wird üblicherweise an dem Siliciumsubstrat verankert und kann so gestaltet sein, dass sie in Reaktion auf eine Eingabe von einer geeigneten Betätigungseinrichtung aus bewegt werden kann.
  • Viele gegenwärtige Gestaltungen von MEMS-Schaltern machen von einem freikragenden Balken (oder Platte) oder einer mehrfach abgestützten Balkengeometrie für die Schaltstruktur Gebrauch. In dem Fall von freikragenden Balken weisen diese MEMS-Schalter einen beweglichen Eimaterial-Balken auf, der eine strukturelle Schicht eines dielektrischen Materials und eine Metallschicht umfasst. Typischerweise ist das dielektrische Material an einem Ende mit Hinblick auf das Substrat befestigt und schafft eine strukturelle Abstützung für den Balken. Die Metallschicht ist an der Unterseite des dielektrischen Materials befestigt und bildet eine bewegliche Elektrode und einen beweglichen Kontakt. Die Metallschicht kann Teil der Verankerung bilden. Der bewegliche Balken wird in einer Richtung zu dem Substrat hin durch das Anlegen einer Spannungsdifferenz an der Elektrode und einer weiteren Elektrode, die an der Oberfläche des Substrats befestigt ist, betätigt. Das Anlegen der Spannungsdifferenz an den beiden Elektroden schafft ein elektrostatisches Feld, das den Balken in Richtung zu dem Substrat hin zieht. Der Balken und das Substrat weisen jeweils einen Kontakt auf, der durch einen Luftspalt getrennt ist, wenn keine Spannung angelegt ist, wobei sich der Schalter in der "offenen" Position befindet. Wenn die Spannungsdifferenz angelegt wird, wird der Balken zu dem Substrat hingezogen, und schaffen die Kontakte eine elektrische Verbindung, wobei sich der Schalter in der "geschlossenen" Position befindet.
  • Eines der Probleme, das gegenwärtige MEMS-Schalter mit einem Bimaterial-Balken betrifft, besteht in der Kräuselung oder anderen Formen einer statischen Verschiebung oder Deformation des Balkens. Die statische Deformation kann durch eine Fehlanpassung der Beanspruchung oder einen Beanspruchungsgradienten innerhalb der Filme verursacht werden. Bei irgendeiner Gleichgewichtstemperatur könnten die Wirkungen der Fehlanpassung ausgeglichen werden, um eine flache Bimaterial-Struktur zu erreichen, jedoch legt dies die temperaturabhängigen Wirkungen nicht fest. Die Fehlanpassung könnte durch spezifische Verfahren (d.h. Abscheidungs-Raten, -Drücke, -Verfahren etc.), durch Materialauswahl und durch geometrische Parameter, wie beispielsweise die Dicke, ausgeglichen werden. Diese Bimaterial-Struktur von Metall und dielektrischem Material führt eine große Veränderung der Funktion über der Temperatur ein, weil das Metall typischerweise eine höhere thermische Ausdehnungsrate als das dielektrische Material aufweist. Wegen der unterschiedlichen Zustände der statischen Beanspruchung in den beiden Materialien kann der Schalter mit einem höheren Grad der Veränderbarkeit deformiert werden. Häufig resultiert der Ausfall eines Schalters auf der Deformation des Balkens. Der Ausfall eines Schalters ergibt sich, wenn der elektrische Kontakt zwischen den beweglichen und stationären Kontakten infolge der statischen Deformation oder wegen der als eine Funktion der Temperatur eingeführten Deformation nicht hergestellt wird. Eine zweite Art eines Ausfalls wird beobachtet, wenn der bewegliche Kontakt und der stationäre Kontakt vorzeitig geschlossen werden, was zu einem "Kurzen" führt. Wegen der Deformation des Balkens wird die Betätigungsspannung in Abhängigkeit davon erhöht oder herabgesetzt, ob der Balken von dem Substrat weg bzw. zu dem Substrat hin gebogen wird. Wegen dieser Veränderlichkeit ist die zur Verfügung stehende Spannung möglicherweise nicht geeignet, die gewünschte Kontaktkraft und somit den gewünschten Kontaktwiderstand zu erreichen.
  • Einige gegenwärtige Gestaltungen von MEMS-Schaltern, die den Bimaterial-Balken aufweisen, verbinden die Metallschicht für die bewegliche Elektrode nit der Oberseite des dielektrischen Materials. Die Metallschicht für den sich bewegenden Kontakt muss sich noch an der Unterseite des dielektrischen Materials befinden. Diese Gestaltung dient dazu, eine Isolation zwischen der beweglichen Elektrode und der stationären Elektrode des Substrats zu schaffen; jedoch erfordert diese Gestaltung eine höhere Spannung für die Betätigung, weil der Spaltabstand zwischen der Metallschicht und der an der Oberfläche des Substrats befestigten Elektrode größer ist. Dieser wirksame Spalt ist jetzt die Summe des Spalts zwischen der stationären Elektrode und dem dielektrischen Material und der Dicke des dielektrischen Materials. Somit macht eine solche Gestaltung einen größeren Energieverbrauch erforderlich und schafft Probleme in Hinblick auf die dielektrische Ladung.
  • Daher ist es erwünscht, einen Balken zur Verbesserung der Ausbeute, der Leistung über der Temperatur, der Betätigung und der Qualität von MEMS-Schaltern zur Verfügung zu stellen. Es ist auch erwünscht, die Deformation des Balkens zur Verbesserung der Zuverlässigkeit herabzusetzen. Des Weiteren ist es erwünscht, den Stromverbrauch des Schalters herabzusetzen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gemäß einer dritten Ausführungsform ist ein mikroskalierter, elektrostatisch betätigter Schalter mit einer beweglichen, dreischichtigen Mikrokomponente geschaffen. Der Schalter weist ein Substrat einschließlich einer stationären Elektrode und eines daran angebrachten stationären Kontakts und eine elastische, strukturelle Schicht einschließlich eines ersten Endes, welches mit Bezug auf das Substrat fixiert ist, und eines zweiten Endes, das über dem Substrat aufgehängt ist, auf. Der Schalter weist ferner eine bewegliche Elektrode auf, die an der strukturellen Schicht befestigt ist, wodurch die bewegliche Elektrode von der stationären Elektrode durch einen Spalt getrennt ist.
  • Des Weiteren weist der Schalter eine Elektrodenverbindung auf, die an der strukturellen Schicht zur elektrischen Verbindung mit der beweglichen Elektrode gebildet ist. Die bewegliche Elektrode ist in der Nähe des mindestens einen Endes angeordnet, und die bewegliche Elektrode überdeckt im Wesentlichen einen Bereich der unteren Oberfläche, der den beweglichen Kontakt umgibt.
  • Entsprechend ist es eine Aufgabe, neue MEMS-Schaltereinrichtungen und Verfahren wie hier offenbart zu schaffen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung, die oben angegeben ist, wird insgesamt oder teilweise mittels der neuen MEMS-Einrichtung mit einem dreischichtigen Balken und der hier beschriebenen zugehörigen Verfahren gelöst, weitere Aufgaben werden im Laufe der Beschreibung bei Betrachtung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die nachfolgend bestmöglich beschrieben sind.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung werden jetzt unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert, in denen zeigen:
  • 1 im Schnitt eine Seitenansicht eines MEMS-Schalters in einer "offenen" Position;
  • 2 im Schnitt eine Seitenansicht eines MEMS-Schalters in einer "geschlossenen" Position;
  • 3 im Schnitt eine Vorderansicht der stationären Elektrode, der strukturellen Schicht, der beweglichen Elektrode und der Elektrodenverbindung eines MEMS-Schalters;
  • 4 eine Draufsicht auf einen MEMS-Schalter;
  • 5 von oben eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalter;
  • 6 von unten eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters mit Kontakthöckern;
  • 7 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters, wobei die Breite der Elektrodenverbindung größer als die Breite der Kontaktverbindung ist;
  • 8 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters, wobei sich die Elektrodenverbindung in der Nähe der Kontaktverbindung erstreckt;
  • 9 von oben eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters, wobei die Elektrodenverbindung wesentlich breiter ist und sich in der Nähe der Kontaktverbindung erstreckt;
  • 10 von der Seite eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit einer Isolationszone mit einer verringerten Breite zwischen der Elektrodenverbindung und der Kontaktverbindung;
  • 12 von oben eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters, wobei die Elektrodenverbindung wesentlich breiter als die Kontaktverbindung ist und die strukturelle Schicht in der Nähe des Ankers schmal ist;
  • 13 von unten eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters, wobei die Elektrodenverbindung wesentlich breiter als die Kontaktverbindung ist und die strukturelle Schicht in der Nähe des Ankers schmal ist;
  • 14 von oben eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit Nachgiebigkeitsschnitten.
  • 15 von der Seite eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit Nachgiebigkeitsschnitten.
  • 16 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit einer gefalteten Balkengeometrie;
  • 17 von oben eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit zwei freikragenden Balken;
  • 18 von unten eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit zwei freikragenden Balken;
  • 19 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit zwei freikragenden Balken;
  • 20 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit zwei freikragenden Balken;
  • 21 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit Kontaktwegen an der unteren Seite der strukturellen Schicht;
  • 22 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit Kontaktwegen an der unteren Seite der strukturellen Schicht;
  • 23 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters mit Kontaktwegen an der unteren und der oberen Seite der strukturellen Schicht;
  • 24 von unten eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines MEMS- Schalters mit Kontaktwegen an der unteren und der oberen Seite der strukturellen Schicht;
  • 25 im Schnitt eine Seitenansicht eines MEMS-Schalters mit einer Kontaktverbindung, die im Wesentlichen gleich dem beweglichen Kontakt und der beweglichen Elektrode bemessen ist und mit dem beweglichen Kontakt und der beweglichen Elektrode fluchtet;
  • 26 von oben eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters mit einer Kontaktverbindung, die im Wesentlichen gleich dem beweglichen Kontakt bemessen ist und mit dem beweglichen Kontakt und der beweglichen Elektrode fluchtet; und
  • 27 von unten eine perspektivische Ansicht eines MEMS-Schalters mit einer Kontaktverbindung, die im Wesentlichen gleich dem beweglichen Kontakt und der beweglichen Elektrode bemessen ist und mit dem beweglichen Kontakt und der beweglichen Elektrode fluchtet.
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Für die Zwecke der nachfolgenden Beschreibung ist einzusehen, dass sich dann, wenn eine Komponente, beispielsweise eine Schicht oder ein Substrat hier als "an" einer weiteren Komponente niedergeschlagen oder gebildet bezeichnet wird, diese Komponente direkt an der anderen Komponente befinden kann oder dass alternativ Hilfskomponenten von (beispielsweise eine oder mehrere Puffer- oder Übergangsschichten, Zwischenschichten, Elektroden oder Kontakte) ebenfalls vorhanden sein können. Des Weiteren ist es verständlich, dass die Ausdrücke "angeordnet an" und "gebildet an" hier austauschbar verwendet werden, um zu beschreiben, wie eine gegebene Komponente mit Bezug auf eine weitere Komponente angeordnet ist. Daher ist es verständlich, dass die Ausdrücke "angeordnet an" und "gebildet an" zu keinerlei Einschränkungen bezüglich besonderer Verfahren des Materialtransports, der Abscheidung oder der Herstellung führen.
  • Kontakte, Verbindungen, leitfähige Bahnen und Elektroden aus verschiedenen Metallen können durch Sputtern, CVD oder Verdampfung gebildet sein. Wenn Gold, Nickel oder PERMALLOYTM (NixFey) als Metallelement verwendet wird, kann ein galvanisches Verfahren durchgeführt werden, um das Material zu einer gewünschten Oberfläche zu transportieren. Die bei der galvanischen Behandlung verschiedener Metalle verwendeten chemischen Lösungen sind im Allgemeinen bekannt. Einige Metalle, beispielsweise Gold, können eine geeignete dazwischen liegende Haftschicht erforderlich machen, um ein Abschälen zu verhindern. Beispiele von oft verwendeten Haftmaterialien umfassen Chrom, Titan oder eine Legierung wie beispielsweise Titan-Wolfram (TiW). Einige Metallkombinationen können eine Diffusionssperrschicht erforderlich machen, um zu verhindern, dass eine Chromhaftschicht durch Gold hindurch diffundiert. Beispiele von Diffusionssperrschichten zwischen Gold und Chrom umfassen Platin oder Nickel.
  • Herkömmliche lithografische Techniken können in Übereinstimmung mit der Mikrobearbeitung gemäß der unten beschriebenen Erfindung verwendet werden. Entsprechend werden grundlegende lithografische Verfahrensschritte wie beispielsweise Photoresistaufbringung, optische Belichtung und die Verwendung von Entwicklern hier nicht im Detail beschrieben.
  • Gleichfalls können im Allgemeinen bekannte Ätzverfahren verwendet werden, um Material oder Materialbereiche selektiv zu entfernen. Eine abgebildete Photoresistschicht wird üblicherweise als Maskierungsschablone verwendet. Ein Muster kann direkt in die Masse eines Substrats oder in einen dünnen Film oder eine dünne Schicht geätzt werden, die dann als Maske für die nachfolgenden Ätzschritte verwendet wird.
  • Der Typ des Ätzverfahrens, der bei einem besonderen Herstellungsschritt (beispielsweise nass, trocken, isotrop, anisotrop, abhängig von anisotroper Ausrichtung) verwendet wird, die Ätzgeschwindigkeit und der Typ des verwendeten Ätzmittels hängen von der Zusammensetzung des zu entfernenden Materials, der Zusammensetzung irgendeiner zu verwendenden Maskierung- oder Ätzstop-Schicht und dem Profil des zu bildenden Ätzbereichs ab. Beispielsweise kann ein Polyätzmittel (HF:HNO3:CH3COOH) im Allgemeinen für das isotrope Nassätzen verwendet werden. Hydroxide von Alkalimetall (beispielsweise KOH), einfaches Ammoniumhydroxid (NH4OH), quaternäres (tetramethyl) Ammoniumhydroxid ((CH3)4NOH, im Handel auch bekannt als TMAH) und Ethylendiamin gemischt mit Brenzcatechin in Wasser (EDP) können zum anisotropen Nassätzen zur Herstellung von V-förmigen oder eingezogenen Nuten, Rinnen oder Hohlräumen verwen det werden. Siliciumnitrid wird üblicherweise als Maskierungsmaterial gegen das Ätzen durch KOH verwendet und kann somit in Verbindung mit dem selektiven Ätzen von Silicium verwendet werden. Siliciumdioxid wird durch KOH langsam geätzt und kann somit als Maskierungsschicht verwendet werden, wenn die Ätzzeit kurz ist. Während KOH nicht-dotiertes Silicium ätzt, kann stark dotiertes (P++) Silicium als Ätzstop gegen KOH und die anderen Alkaliätzmittel und EDP verwendet werden. Siliciumoxid und Siliciumnitrid können als Masken gegen TMAH und EDP verwendet werden. Das zur Bildung von Kontakten und Verbindungen erfindungsgemäß verwendete bevorzugte Metall ist Gold und seine Legierungen.
  • Allgemein bekannte Nassätzmittel können zum Ätzen von Materialien, wie beispielsweise Kupfer, Gold, Siliciumdioxid, und sekundären Materialien, wie beispielsweise Haft- und Sperrschichtmaterialien, verwendet werden. Beispielsweise kann Gold mit einer wässrigen Lösung von Kl3 in einem Temperaturbereich von 20 bis 50°C verwendet werden. Als weiteres Beispiel kann Chrom (eine übliche Haftschicht) bei 25°C in einer Lösung von Cerammoniumnitrat, Salpetersäure und H2O nassgeätzt werden. Des Weiteren kann beispielsweise Kupfer bei 25°C in einer verdünnten Lösung von Salpetersäure geätzt werden. Ein übliches Verfahren des Ätzens von Siliciumdioxid ist ein solches mit verschiedenen wässrigen Lösungen von HF oder Lösungen von HF, die mit Ammoniumfluorid gepuffert sind.
  • Es ist zu ersichtlich, dass elektrochemisches Ätzen in einer Hydroxidlösung statt eines zeitlich abgestimmten Nassätzens durchgeführt werden kann. Beispielsweise kann, wenn ein Siliciumwafer des p-Typs als Substrat verwendet wird, ein Ätzstop durch Epitaxie einer Siliciumendschicht des n-Typs zur Bildung einer p-n-Flächendiode geschaffen werden. Eine Spannung wird zwischen der Schicht des n-Typs und einer Elektrode, die sich in der Lösung befindet, angelegt, um die p-n-Verbindung einer Sperr-Vorspannung zu unteerziehen. Als Folge wird die Masse des Siliciums des p-Typs durch eine Maske auf die p-n-Verbindung herunter geätzt, wobei an der Schicht des n-Typs angehalten wird. Des Weiteren sind fotovoltaische und galvanische Ätzstop-Techniken ebenfalls geeignet.
  • Trockenätztechniken, wie beispielsweise Plasma-Phasen-Ätzen und reaktives Ionenätzen (RIE), können ebenfalls verwendet werden, um Silicium und seine Oxide und Nitride sowie verschiedene Metalle zu entfernen. Tiefes reaktives Ionenätzen (DRIE) kann verwendet werden, um tiefe, vertikale Rinnen in Masseschichten anisotrop zu ätzen. Siliciumdioxid wird üblicherweise als Ätzstop gegen DRIE verwendet, und somit können Strukturen, die eine Siliciumdioxidschicht enthalten, wie beispielsweise Silicium-Isolator-(SOI)-Wafer, gemäß den erfindungsgemäßen Verfahren als Ausgangsubstrate für die Herstellung von Mikrostrukturen verwendet werden. Beispielsweise kann bei einem Trockenätzverfahren Siliciumdioxid bei chemischen Vorgängen verwendet werden, die CF4 + O2, CHF3, C2F6 oder C3F8 umfassen. Als weiteres Beispiel kann Gold mit C2Cl2F4 oder C4Cl2 F4 + O2 trockengeätzt werden.
  • Ein alternatives Musterbildungsverfahren zum Ätzen ist das Abhebeverfahren, wie es den Fachmann bekannt ist. In diesem Fall werden herkömmliche photolithografische Techniken für das negative Bild des gewünschten Musters verwendet. Dieses Verfahren wird typischerweise zum Versehen von Metallen mit Mustern verwendet, die als durchgehender Film oder durchgehende Filme abgeschieden werden, wenn Haftschichten und Diffusionssperrschichten benötigt werden. Das Metall wird auf den Bereichen abgeschieden, auf denen es mit einem Muster zu versehen ist, und auf der Oberseite der Photoresistmaske (negatives Bild). Das Photoresist und das Metall auf der Oberseite werden so entfernt, dass das gewünschte Muster des Metalls zurückbleibt.
  • Wie hier verwendet ist der Ausdruck "Einrichtung" so zu interpretieren, dass er eine mit dem Ausdruck "Komponente" austauschbare Bedeutung hat.
  • Wie hier verwendet ist der Ausdruck "leitfähig" im Allgemeinen so verwendet, dass er sowohl leitender als auch halbleitende Materialien umfasst.
  • Es werden jetzt Beispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
  • Unter Bezugnahme auf 1–4 sind unterschiedliche Ansichten eines MEMS-Schalters, im Allgemeinen mit 100 bezeichnet, mit einem dreischichtigen Träger dargestellt. Unter Bezugnahme speziell auf 1 ist im Schnitt eine Seitenansicht eines MEMS-Schalters 100 in einer "offenen" Position dargestellt. Der MEMS-Schalter 100 weist ein Substrat 102 auf. Zu den nicht-einschränkenden Beispielen von Materialien, die das Substrat 102 umfassen kann, gehören Silicium (in Einkristall-, polykristalliner oder amorpher Form), Siliciumoxinitrid, Glas, Quarz, Saphir, Zinkoxid, Aluminiumdioxid, Siliciumdioxid eine Verbindung der verschiedenen Verbindungen der Gruppe III-V in entweder binärer, ternärer oder quaternärer Form (beispielsweise GaAs, InP, GaN, AlN, AlGaN, InGaAs usw.). Wenn für die Zusammensetzung des Substrats 102 ein leitfähiges oder halbleitfähiges Material gewählt wird, kann eine nicht-leitfähige, dielektrische Schicht auf der oberen Oberfläche des Substrats 102 oder mindestens auf Bereichen der oberen Oberfläche abgeschieden werden, wo elektrische Kontakte oder leitfähige Bereiche gewünscht sind.
  • Das Substrat 102 weist einen ersten stationären Kontakt 104, einen zweiten stationären Kontakt (nicht dargestellt) und eine stationäre Elektrode 106 auf, die an einer Oberfläche desselben gebildet sind. Der erste stationäre Kontakt 104, der zweite stationäre Kontakt und die stationäre Elektrode 106 können ein leitfähiges Material, beispielsweise ein Metall, umfassen. Alternativ können der erste stationäre Kontakt 104, der zweite stationäre Kontakt und die stationäre Elektrode 106 unterschiedliche leitfähige Materialien, wie beispielsweise eine Gold-Nickel-Legierung (AuNi5) bzw. Aluminium und andere geeignete leitfähige Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, umfassen. Die Leitfähigkeit der stationären Elektrode 106 kann viel niedriger als die Leitfähigkeit des ersten stationären Kontakts 104 und des zweiten stationären Kontakts sein. Vorzugsweise umfassen der erste stationäre Kontakt 104 und der zweite stationäre Kontakt ein Material sehr hoher Leitfähigkeit wie beispielsweise Kupfer. Vorzugsweise liegt die Breite des ersten stationären Kontakts 104 und des zweiten stationären Kontakts im Bereich von 7 μm bis 100 μm und deren Länge im Bereich von 15 μm bis 75 μm. Die stationäre Elektrode 106 kann einen breiten Bereich von Abmessungen in Abhängigkeit von den geforderten Betätigungsspannungen, dem geforderten Kontaktwiderstand und anderen funktionellen Parametern aufweisen. Vorzugsweise liegt die Breite der stationären Elektrode 106 im Bereich von 25 μm bis 250 μm, und liegt die Länge im Bereich von 100 μm bis 500 μm. Alternativ können die Abmessungen des ersten stationären Kontakts 104, des zweiten stationären Kontakts und der stationären Elektrode 106 jede für die Herstellbarkeit des und die funktionellen Anforderungen an den MEMS-Schalter(s) 100 geeignete Abmessungen sein.
  • Der MEMS-Schalter 100 umfasst des Weiteren einen beweglichen, dreischichtigen Balken, allgemein mit 108 bezeichnet, der über dem ersten stationären Kontakt 104, dem zweiten stationären Kontakt und der stationären Elektrode 106 aufgehängt ist. Der Balken 108 ist an einem Ende an einer Halterung 110 fest befestigt. Der Balken 108 erstreckt sich im Wesentlichen parallel zu der oberen Oberfläche des Substrats 102, wenn sich der MEMS-Schalter 100 in der "offenen" Position befindet. Der Balken 108 umfasst im Allgemeinen eine dielektrische strukturelle Schicht 112, die zwischen zwei elektrisch leitfähigen Schichten sandwichartig angeordnet ist, die weiter unten detaillierter beschrieben werden. Die strukturelle Schicht 112 umfasst ein biegbares Material, vorzugsweise Siliciumoxid (SiO2, da es gesputtert, galvanisch aufgebracht, aufgesponnen oder anderweitig abgelagert worden ist), damit sie sich in Richtung zu dem Substrat 102 für den Betrieb in der "geschlossenen" Position verbiegt. Die strukturelle Schicht 112 schafft eine elektrische Isolation und wünschenswerte mechanische Eigenschaften einschließlich Elastizitätseigenschaften. Alternativ kann die strukturelle Schicht 112 Siliciumnitrid (SixNy), Siliciumoxinitrid, Aluminiumoxid oder Aluminiumoxid (AlxOy), Polymere, CVD-Diamant, ihre Legierungen oder alle anderen geeigneten nachgiebigen Materialien, die dem Fachmann bekannt sind, umfassen.
  • Der Balken 108 weist ferner eine bewegliche Elektrode 114 auf, die an der Unterseite 116 der strukturellen Schicht 112 befestigt ist. Die bewegliche Elektrode 114 bildet eine zweite Schicht des Balkens 108. Die bewegliche Elektrode 114 ist oberhalb der stationären Elektrode 106 angeordnet und von der stationären Elektrode 106 durch einen Luftspalt verschoben. Der Balken 108. wird in einer Richtung zu dem Substrat 102 hin durch das Anlegen einer Spannungsdifferenz zwischen der stationären Elektrode 106 und der beweglichen Elektrode 114 bewegt. Das Anlegen der Spannungsdifferenz an der stationären Elektrode 106 und der beweglichen Elektrode 114 schafft ein elektrostatisches Feld, das bewirkt, dass sich der Balken 108 zu dem Substrat 102 hin verbiegt. Die Arbeitsweise des MEMS-Schalters 100 wird weiter unten detaillierter beschrieben.
  • Die bewegliche Elektrode 114 kann im Wesentlichen in der gleichen Weise wie die stationäre Elektrode 106 bemessen sein. Die maximale elektrostatische Kopplung, dadurch die Betätigungskraft, wird durch die gegenseitige Abstimmung der Abmessungen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 hergestellt. Diese Überlegung lässt jeden Beitrag von den randseitigen Feldwirkungen am Rand der jeweiligen Elektroden unberücksichtigt. Die Nachteile der gegenseitigen Abstimmung der Abmessungen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 können dadurch überwunden werden, dass ihre jeweiligen Abmessungen nicht aufeinander abgestimmt werden. Durch Ausbildung der Erstreckung der stationären Elektrode 106 größer als die beweglichen Elektrode 114 haben die Toleranzen des Herstellungsverfahrens und die Toleranzen der Herstellungsausrichtung eine minimierte Wirkung auf die Betätigungsreaktion. Eine zweite Überlegung ist die Intensivierung des elektrischen Feldes zwischen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106, das durch die engste Nähe der Ränder dieser beiden Elektroden vergrößert wird. Wegen Probleme des Durchschlags durch das Dielektrikum oder Gas ist es erwünscht, die Ränder dieser zwei Elektroden weit auseinander zu bewegen. Eine dritte Überlegung ist das Abschirmen, wodurch die stationäre Elektrode 106 die bewegliche Elektrode 114 gegen Ladung oder andere elektrische Potentiale auf dem Substrat 102 abschirmen kann.
  • Die bewegliche Elektrode 114 und die stationäre Elektrode 106 können gleiche Materialien umfassen, beispielsweise Gold, sodass das Herstellungsverfahren durch die Minimierung der Anzahl der für die Herstellung benötigten unterschiedlichen Materialien vereinfacht ist. Die bewegliche Elektrode 114 und die stationäre Elektrode 106 können Leiter (Gold, Platin, Aluminium, Palladium, Kupfer, Wolfram, Nickel und andere dem Fachmann bekannte Materialien), leitfähige Oxide (Indiumzinnoxid) und Halbleiter mit geringem Widerstand (Silicium, Polysilicium und andere dem Fachmann bekannte Materialien) umfassen. Die bewegliche Elektrode 114 umfasst ein leitfähiges Material, das Haftschichten (Cr, Ti, TiW usw.) zwischen der beweglichen Elektrode 114 und dem strukturellen Material 112 aufweist. Die bewegliche Elektrode 114 umfasst ein leitfähiges Material und eine Haftschicht, Diffusionsperrschichten zur Verhinderung einer Diffusion der Haft schicht durch das Elektrodenmaterial hindurch, des Leitermaterials durch die Haftschicht hindurch oder in das strukturelle Material hinein aufweist. Die bewegliche Elektrode 114 und die stationäre Elektrode 106 können auch unterschiedliche Materialien aus Gründen der Berücksichtigung eines Durchschlags oder einer Bogenbildung, aus Gründen der Berücksichtigung einer "statischen Reibung" während der chemischen Nassbearbeitung oder aus Gründen von Kompatibilitätsproblemen des Herstellungsverfahrens umfassen.
  • Der Balken 108 weist ferner einen elektrisch leitfähigen, beweglichen Kontakt 118 auf, der an der Unterseite 116 der strukturellen Schicht 112 befestigt und über dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt (nicht dargestellt) aufgehängt ist. Der bewegliche Kontakt 118 ist in dieser Weise angeordnet, damit er eine Verbindung zwischen dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt schafft, wenn sich der Balken 108 in der "geschlossenen" Position befindet, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt geschaffen wird. Der bewegliche Kontakt 118 ist durch einen Luftspalt von dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt verschoben, wenn der MEMS-Schalter 100 in der "offenen" Position arbeitet. Wenn der MEMS-Schalter 100 zu der "geschlossenen" Position bewegt, wird stehen der bewegliche Kontakt 118, der erste stationäre Kontakt 104 und der zweite stationäre Kontakt in elektrischer Verbindung. Der bewegliche Kontakt 118 ist kleiner bemessen als der erste stationäre Kontakt 104 und der zweite stationäre Kontakt, um einen Kontakt zu erleichtern, wenn die Verfahrensveränderlichkeit und die Ausrichtungsveränderlichkeit in Betracht gezogen werden. Der erste stationäre Kontakt 104 und der zweite stationäre Kontakt müssen in geeigneter Weise so bemessen sein, dass der bewegliche Kontakt 118 bei Betätigung stets einen Kontakt mit dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt schafft. Eine zweite Überlegung, die die Größe des beweglichen Kontakts 118, des ersten stationären Kontakts 104 und des zweiten stationären Kontakts bestimmt, ist die parasitäre Reaktion des Schalters 100. Die parasitäre Betätigungsreaktion (oder "selbst-Betätigung") wird durch elektrische Felder, die durch Potentialdifferenzen zwischen der beweglichen Elektrode 118 und der stationären Elektrode 106 hervorgerufen werden, oder durch Ladungs-(oder Potential-)-Differenzen zwischen der ersten stationären Elektrode 106 und dem zweiten stationären Kontakt und dem Balken 108 erzeugt, die elektrische Felder und eine Kraft an dem beweglichen Kontakt 118 hervorrufen. Die Abmessungen des beweglichen Kontakts 118 stehen mit den Abmessungen der beweglichen Elektrode 114 in Zusammenhang, um ein besonderes Verhältnis der parasitären Betätigungsspannung zu der Betätigungsspannung zu erreichen.
  • Bei dieser Ausführungsform ist der bewegliche Kontakt 118 aus dem gleichen leitfähigen Material wie die bewegliche Elektrode 114 hergestellt, weil sie aus der gleichen Schicht gebildet sind. Der bewegliche Kontakt 118 und die bewegliche Elektrode 114 können Leiter (beispielsweise Gold, Platin, Aluminium, Palladium, Kupfer, Wolfram, Nickel und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien), leitfähige Oxide (beispielsweise Indiumzinnoxid und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) und Halbleiter mit geringem Widerstand (Silicium, Polysilicium und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) umfassen. Der bewegliche Kontakt 118 umfasst ein leitfähiges Material, das Haftschichten (Cr, Ti, TiW und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) zwischen dem beweglichen Kontakt 118 und der strukturellen Schicht 112 aufweist. Der bewegliche Kontakt 118 umfasst ein leitfähiges Material und eine Haftschicht, die Diffusionsperrschichten zur Verhinderung einer Diffusion der Haftschicht durch das Elektrodenmaterial hindurch, des Leitermaterials durch die Haftschicht hindurch oder in das strukturelle Material hinein aufweist. Das Herstellungsverfahren ist dadurch vereinfacht, dass der bewegliche Kontakt 118 und die bewegliche Elektrode 114 aus dem gleichen Material hergestellt sind, das während der gleichen photolithografischen Schritte abgeschieden und mit einem Muster versehen wird. Dies ist kein notwendiges Erfordernis für die Arbeit des Schalters wegen der Anforderungen, dass die Materialien für den beweglichen Kontakt 118 und die bewegliche Elektrode 114 unterschiedlich sind. Vorzugsweise umfasst die bewegliche Elektrode 114 ein Material mit guten Leitfähigkeitseigenschaften und anderen erwünschten Eigenschaften von dem Fachmann bekannten geeigneten Kontakten. Vorzugsweise umfasst der bewegliche Kontakt 118 ein Material mit geringem Widerstand, geringer Härte, geringer Oxidation, geringem Verschleiß und anderen wünschenswerten Eigenschaften geeigneter Kontakte, die dem Fachmann bekannt sind.
  • Der Balken 108 weist des Weiteren eine Elektrodenverbindung 120 auf, die an der Oberseite 122 der strukturellen Schicht 112 befestigt ist. Die Elektrodenverbindung 120 bildet eine dritte Schicht an dem Balken 108. Wie dargestellt ist die Elektrodenverbindung 120 an einer der beweglichen Elektrode 114 gegenüberliegenden Seite der strukturellen Schicht 112 befestigt. Die Elektrodenverbindung 120 ist im Wesentlichen in gleicher Weise bemessen wie die bewegliche Elektrode 114. Bei dieser Ausführungsform weist die Elektrodenverbindung 120 die gleichen Abmessungen wie die bewegliche Elektrode 114 auf, und fluchtet sie mit der beweglichen Elektrode 114. Alternativ kann die Elektrodenverbindung 120 unterschiedliche Abmessungen und eine unterschiedliche Erstreckung gegenüber der beweglichen Elektrode 114 aufweisen. Vorzugsweise weist die Elektrodenverbindung 120 die gleichen Abmessungen wie die bewegliche Elektrode 114 auf, und fluchtet sie mit der beweglichen Elektrode 114, um eine herstellbare Flachheit zu erreichen, die über der Temperatur aufrechterhalten bleibt. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Elektrodenverbindung 120 ein leitfähiges Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dem gleichen Elastizitätsmodul, der gleichen verbleibenden Filmbeanspruchung und anderen elektrischen/mechanischen Eigenschaften wie die bewegliche Elektrode 114. Die Elektrodenverbindung 120 und die bewegliche Elektrode 114 können Leiter (beispielsweise Gold, Platin, Aluminium, Palladium, Kupfer, Wolfram, Nickel und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien), leitfähige Oxide (beispielsweise Indiumzinnoxid und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) und Halbleiter mit geringem Widerstand (beispielsweise Silicium, Polysilicium und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) umfassen. Alternativ umfasst die Elektrodenverbindung 120 ein leitfähiges Material, das sich von dem leitfähigen Material unterscheidet, aus dem die bewegliche Elektrode 114 besteht.
  • Eine Haftschicht kann zwischen der Elektrodenverbindung 120 und der strukturellen Schicht 112 angeordnet sein. Die Haftschicht kann Diffusionsperrschichten zur Verhinderung von Diffusionen der Haftschicht durch das Material der leitfähigen Elektrode hindurch, des Leitermaterials durch die Haftschicht hindurch oder in das strukturelle Material hinein aufweisen.
  • Die Elektrodenverbindung 120 ist elektrisch mit der beweglichen Elektrode 114 über einen Verbindungsweg 124 verbunden. Der Verbindungsweg 124 umfasst ein leitfähiges Material, das durch die strukturelle Schicht 112 gebildet ist, zur elektrischen Verbindung der beweglichen Elektrode 114 und der Elektrodenverbindung 120. Der Verbindungsweg 124 umfasst das gleiche leitfähige Material wie die Elektrodenverbindung 120 und die bewegliche Elektrode 114. Alternativ kann der Verbindungsweg 124 ein anderes leitfähiges Material als die Elektrodenverbindung 120 und die bewegliche Elektrode 114 umfassen.
  • Der Balken 108 weist ferner eine Kontaktverbindung 126 auf, die an der Oberseite 122 der strukturellen Schicht 112 befestigt ist. Wie dargestellt ist die Kontaktverbindung 126 an einer dem beweglichen Kontakt 118 gegenüberliegenden Seite der strukturellen Schicht 112 befestigt. Die Kontaktverbindung 126 ist im Wesentlichen so bemessen wie der bewegliche Kontakt 118. Die Kontaktverbindung 128 und der bewegliche Kontakt 118 fluchten miteinander und weisen die gleichen Abmessungen auf. Alternativ kann die Kontaktverbindung 126 andere Abmessungen und eine andere Erstreckung als der bewegliche Kontakt 118 aufweisen. Es ist beabsichtigt, die geometrische Äquivalenz durch Behandlung der mechanischen Form aufrechtzuerhalten. Die Kontaktverbindung 126 und der bewegliche Kontakt 118 sollen eine geometrische und thermomechanische Äquivalenz gemeinsam haben. Diese Äquivalenz schafft einen Balken, der eine herstellbare Flachheit erreichen kann, die über der Temperatur und anderen Umgebungsbedingungen, wie beispielsweise der Matrizenbefestigung, der Abdichtungsverfahren für den Packungsdeckel oder dem Rückflussverfahren für das Lötmittel, aufrechterhalten wird. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Kontaktverbindung 126 ein leitfähiges Material mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten, dem gleichen Elastizitätsmodul, der gleichen verbleibenden Filmbeanspruchung und anderen gewünschten, dem Fachmann bekannten elektrischen/mechanischen Eigenschaften wie der bewegliche Kontakt 118. Die Kontaktverbindung 126 und der bewegliche Kontakt 118 können Leiter (beispielsweise Gold, Platin, Aluminium, Palladium, Kupfer, Wolfram, Nickel und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien), leitfähige Oxide (beispielsweise Indiumzinnoxid und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) und Halbleiter mit geringem Widerstand (Silicium. Polysilicium und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) umfassen. Die Kontaktverbindung 126 umfasst ein leitfähiges Material, das eine Haftschicht (beispielsweise Cr, Ti, TiW und andere dem Fachmann bekannte geeignete Materialien) zwischen der Kontaktverbindung 126 und dem strukturellen Material 112 aufweist. Die Kontaktverbindung 126 umfasst ein leitfähiges Material und eine Haftschicht, die Diffusionsperrschichten zur Verhinderung einer Diffusion der Haftschicht durch das Elektrodenmaterial hindurch, des Leitermaterials durch die Haftschicht hindurch oder in das strukturelle Material hinein aufweist. Alternativ kann die Kontaktverbindung 126 ein leitfähiges Material umfassen, das sich von dem leitfähigen Material, aus dem der bewegliche Kontakt 118 besteht, unterscheidet. Diese alternative Ausführungsform macht es erforderlich, dass der Verbindungskontakt so zu gestalten ist, dass er eine Abmessung derart aufweist, dass er geometrisch und thermomechanisch die Unterschiedlichkeit der Materialeigenschaften ausgleicht. Die Kontaktverbindung 126 ist an dem beweglichen Kontakt 118 über einen zweiten Verbindungsweg 128 elektrisch angeschlossen. Der zweite Verbindungsweg 128 umfasst ein leitfähiges Material, das durch die strukturelle Schicht 112 gebildet ist, für einen elektrischen Kontakt des beweglichen Kontakts 118 und der Kontaktverbindung 126. Der zweite Verbindungsweg 128 umfasst das gleiche leitfähige Material wie die Kontaktverbindung 126 und der bewegliche Kontakt 118. Der zweite Verbindungsweg 128 kann ein gegenüber der Kontaktverbindung 126 und dem beweglichen Kontakt 118 anderes leitfähiges Material umfassen. Beispielsweise kann der zweite Verbindungsweg 128 Wolfram oder Aluminium umfassen, während die Kontaktverbindung 126 und der bewegliche Kontakt 118 beispielsweise Gold umfassen können. Bei dieser Ausführungsform umfasst der zweite Verbindungsweg 128 das gleiche Material wie der Verbindungsweg 124, die Verbindungselektrode 120 und die Kontaktverbindung 126. Alternativ kann der zweite Verbindungsweg 128 andere Materialien als der Verbindungsweg 124, die Verbindungselektrode 120 oder die Kontaktverbindung 126 umfassen.
  • Der MEMS-Schalter 100 wird durch das Anlegen einer Potentialspannungsdifferenz zwischen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 betätigt. Die angelegte der Potentialspannungsdifferenz bewirkt, dass sich der Balken 108 in Richtung zu dem Substrat 102 hin verbiegt, bis der bewegliche Kontakt 118 den ersten stationären Kontakt 104 und den zweiten stationären Kontakt berührt, wodurch eine elektrische Verbindung zwischen dem beweglichen Kontakt 118 und dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt gebildet wird. In 2 ist im Schnitt eine Seitenansicht des MEMS-Schalters 100 in einer "geschlossenen" Position dargestellt. Wie dargestellt berührt in der "geschlossenen" Position der bewegliche Kontakt 118 den ersten stationären Kontakt 104 und den zweiten stationären Kontakt. Wie nachfolgend beschrieben sind die Komponenten des MEMS-Schalters 100 so bemessen, dass die bewegliche Elektrode 114 die stationäre Elektrode 106 in der "geschlossenen" Position nicht berührt, wodurch ein Kurzschluss zwischen den Komponenten 106 und 114 verhindert ist. Des Weiteren sind die Komponenten des MEMS-Schalters 100 so bemessen, dass der erste stationäre Kontakt 104 und der zweite stationäre Kontakt den beweglichen Kontakt 118 in der "geschlossenen" Position berühren. Der MEMS-Schalter 100 wird zu einer "offenen" Position durch ausreichende Verringerung oder Beseitigung der Spannungsdifferenz zurückgestellt, die an der stationären Elektrode 106 und der beweglichen Elektrode 114 angelegt ist. Dies verringert seinerseits die Anziehungskraft zwischen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 derart, dass die Nachgiebigkeit der strukturellen Schicht 112 es möglich macht, dass die strukturelle Schicht 112 zu einer Position im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Substrats 102 zurückkehrt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 schafft eine Spannungsquelle 130 die Spannungsdifferenz zwischen der stationären Elektrode 106 und der beweglichen Elektrode 114. Die Spannungsquelle ist hierauf 0 Volt eingestellt. Die stationäre Elektrode 106 ist an der Spannungsquelle über eine leitfähige Leitung 132 direkt angeschlossen. Die bewegliche Elektrode 114 ist an der Spannungsquelle 130 über den Verbindungsweg 124, die Elektrodenverbindung 120 und eine zweite leitfähige Leitung 134 elektrisch angeschlossen. Die leitfähige Leitung 134 schafft eine Verbindung zwischen der Spannungsquelle 130 und der Elektrodenverbindung 120. Der Verbindungsweg 124 schafft eine Verbindung zwischen der Elektrodenverbindung 120 und der beweglichen Elektrode 114. Daher wird beim Anlegen einer Spannung mittels der Spannungsquelle 130 eine Spannungsdifferenz zwischen der stationären Elektrode 106 der beweglichen Elektrode 114 geschaffen. Dies stellt eine elektrostatische Kopplung zwischen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 über den Luftspalt her. Alternativ kann der Spalt zwischen der beweglichen Elektrode 114 und der stationären Elektrode 106 jedes dem Fachmann bekannte geeignete Isoliergas oder Isolierfluid sein.
  • Der erste stationäre Kontakt 104, der zweite stationäre Kontakt, die stationäre Elektrode 106, der bewegliche Kontakt 110, die bewegliche Elektrode 112, die Elektrodenverbindung 120, die Kontaktverbindung 126 und die Verbindungswege 124 und 128 umfassen bei dieser Ausführungsform ein Metall. Vorzugsweise sind die bewegliche Elektrode 114 und die Elektrodenverbindung 120 aus dem gleichen Material hergestellt und in gleicher Weise bemessen, um zwei Funktionen durchzuführen. in erster Linie schafft es ein mechanisches Gleichgewicht an beiden Seiten der strukturellen Schicht 112. Das mechanische Gleichgewicht wird auf Grund der elastischen Symmetrie geschaffen, weil die Filme in derselben Weise abgeschieden sind, um ein symmetrisches Beanspruchungsfeld zu erzeugen, und weil die Wärmeausdehnungseigenschaften symmetrisch sind. Die elastische Symmetrie wird durch Verwendung des gleichen Materials und durch Verwendung der gleichen Abmessungen aufrechterhalten. Das symmetrische Beanspruchungsfeld wird durch Abscheiden der gleichen Materialien unter Verwendung des gleichen Verfahrens und dergleichen Dicke geschaffen. Die symmetrischen Wärmeausdehnungseigenschaften minimieren jegliche Veränderung des Schaltbetriebs in Hinblick auf die Temperatur, weil sich das gleiche Material auf jeder Seite der strukturellen Schicht 112 befindet. Dies bedeutet, dass jegliche durch den MEMS-Schalter 100 gezeigte funktionelle Veränderung in erster Linie von der Verfahrensänderung abhängt, die durch die geeignete Optimierung der Gestaltung des Verfahrens minimiert werden kann. In zweiter Linie wird, weil der bewegliche Kontakt 118 und die Kontaktverbindung 126 aus dem gleichen Material hergestellt und in gleicher Weise bemessen sind, die den Strom tragende Kapazität des Kontakts unterstützt. Es wird bevorzugt, dass der Balken 108 die gleiche Art von Metall aufweist, das mittels desselben Verfahrens abgeschieden, in derselben Geometrie mit einem Musterversehen und zu derselben Dicke abgeschieden ist, jedoch könnte die Verwendung unterschiedlicher Materialien mit der geeigneten Gestaltung und Charakterisierung vorgesehen werden. Um sich die Probleme der Kontakthaftung, des Kaltschweißens oder des Heißschweißens anzusprechen, könnten der erste stationäre Kontakt 104, der zweite stationäre Kontakt, die stationäre Elektrode 106, die bewegliche Elektrode 114, der bewegliche Kontakt 118, die Elektrodenverbindung 120, die Kontaktverbindung 126 und die Verbindungswege 124 und 128 solche aus unterschiedlichen Materialien oder unterschiedlichen Legierungen der gleichen Materialien sein. Die Materialauswahl minimiert den Kontaktwiderstand und Fehler wie beispielsweise die statische Reibung.
  • In der "offenen" Position ist der bewegliche Kontakt 118 von dem ersten stationären Kontakt 104 und dem zweiten stationären Kontakt um einen Spaltsabstand a 136 wie in 1 dargestellt getrennt. Die bewegliche Elektrode 114 ist von der stationären Elektrode 106 um einen Spaltabstand b 138 getrennt. Bei dieser Ausführungsform ist der Abstand a 136 kleiner als der Abstand b 138. Wenn der Abstand a 136 kleiner als der Abstand b 138 ist, ist der Betrieb des MEMS-Schalters 100 zuverlässiger, weil der bewegliche Kontakt 118 und der stationäre Kontakt 104 einen Kontakt zuerst bilden, wodurch die Möglichkeit für eine Kurzschließung zwischen der stationären Elektrode 106 und der beweglichen Elektrode 114 verringert ist. Die Länge des Balkens 108 ist mit einer Strecke c 140 bezeichnet. Das Zentrum des beweglichen Kontakts 118 befindet sich in einem Abstand d 142 von der Halterung 110 und in einem Abstand e 144 von dem Ende des Balkens 108, das heißt dem distalen Ende der Halterung 110. Der Rand der Elektrodenverbindung 120, das distale Ende der Halterung 110, befindet sich in einem Abstand f 146 von der Halterung 110. Der Rand der Elektrodenverbindung 120 in der Nähe der Halterung 110 befindet sich in einem Abstand g 148 von der Halterung 110. Bei dieser Ausführungsform misst der Abstand a 136 nominell 1,5 Mikron; der Abstand b 138 misst vorzugsweise 2 Mikron; der Abstand c 140 misst vorzugsweise 155 Mikron; der Abstand d 142 misst vorzugsweise 135 Mikron; der Abstand e 144 misst vorzugsweise 20 Mikron; der Abstand f 146 misst vorzugsweise 105 Mikron; und der Abstand g 148 misst 10 Mikron. Die Abstände a 136, b 138, c 140, d 142, e 144, f 146 und 148 sorgen für eine erwünschte funktionelle Leistung, jedoch können andere Abmessungen gewählt werden, um andere funktionelle Eigenschaften, die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit, zu optimieren.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist dort im Schnitt eine Vorderansicht der stationären Elektrode 106, der strukturellen Schicht 112, der beweglichen Elektrode 114 und der Elektrodenverbindung 120 des MEMS-Schalters 100 dargestellt. Die Breite der Elektrodenverbindung 120 ist durch eine Strecke b 300 angegeben. Die Breite der beweglichen Elektrode 114 ist durch eine Strecke a 300 angegeben. Die Breite der Elektrodenverbindung 120 ist durch eine Strecke b 302 angegeben. Vorzugsweise sind die bewegliche Elektrode 114 und die Elektrodenverbindung 120 gleich breit. Alternativ können die bewegliche Elektrode 114 und die Elektrodenverbindung 120 unterschiedlich breit sein. Die Breite der stationären Elektrode 106 ist durch eine Strecke c 304 angegeben. Die Breite der strukturellen Schicht 112 ist durch eine Strecke d 306 angegeben. Die Dicke der beweglichen Elektrode 114, der Elektrodenverbindung 120 und der stationären Elektrode 106 sind durch Strecken e 308, f 310 bzw. g 312 angegeben. Die Dicke der strukturellen Schicht 112 ist durch eine Strecke h 314 angegeben. Der erste stationäre Kontakt 104 und die stationäre Elektrode 106 können größer als die bewegliche Elektrode 114 bzw. der bewegliche Kontakt 118 bemessen sein, um die Abschirmung des MEMS-Schalters 100 gegenüber parasitären Spannungen zu erleichtern. Bei dieser Ausführungsform misst die Strecke a 300 vorzugsweise 75 Mikron; misst die Strecke b 302 vorzugsweise 75 Mikron; misst die Strecke c 304 vorzugsweise 95 Mikron; misst die Strecke d 306 vorzugsweise 85 Mikron; misst die Strecke e 308 vorzugsweise 0,5 Mikron; misst die Strecke f 310 vorzugsweise 0,5 Mikron; misst die Strecke g 312 vorzugsweise zwischen 0,3 und 0,5 Mikron; und misst die Strecke h 314 vorzugsweise 2 Mikron. Die Strecken a 300, b 302, c 304, d 306, e 308, f 310, g 312 und h 314 schaffen eine erwünschte funktionelle Leistung, jedoch können andere Abmessungen gewählt werden, um andere funktionelle Eigenschaften, die Herstellbarkeit und Zuverlässigkeit, zu optimieren.
  • Unter Bezugnahme auf 4 ist dort eine Draufsicht auf einen MEMS-Schalter 100 dargestellt. Wie dargestellt sind die Elektrodenverbindung 120 und die Kontaktverbindung 126 im Allgemeinen rechteckig gestaltet. Des Weiteren sind die Elektrodenverbindung 120 und die Kontaktverbindung 126 rechteckig gestaltet, wobei die äußeren Ecken zur Eliminierung scharfer Ecken abgerundet sind. In dem Fall, bei dem die Elektrodenverbindung 120 und die Kontaktverbindung 126 so gestaltet sind, dass sie innere wiedereintretende Ecken aufweisen, können diese inneren Ecken zur Eliminierung scharfer Ecken abgerundet sein. Die scharfen Ecken sind abgerundet, um die Intensivierung der elektrischen Felder herabzusetzen, die durch die Potentialdifferenzen zwischen Leitern erzeugt werden. Bei dieser Ausführungsform ist die bewegliche Elektrode 114 in der gleichen Weise bemessen wie die Elektrodenverbindung 120. Alternativ kann die Elektrodenverbindung 120 eine solche einer anderen Gestalt sein, die im Wesentlichen auf die Gestalt der beweglichen Elektrode 114 abgestimmt ist. Des Weiteren ist die Gestalt der Kontaktverbindung 126 im Wesentlichen auf die Gestalt des beweglichen Kontakts 118 abgestimmt. Der erste und der zweite Verbindungsweg 124 und 128 sind mittels unterbrochener Linien dargestellt. Der erste und der zweite Verbindungsweg 124 und 128 sind als rechteckig dargestellt, sie können jedoch alternativ solche irgendeiner Geometrie sein, die für Wege geeignet ist, einschließlich kreisförmig, elliptisch oder rechteckig mit abgerundeten Ecken. Die Breite der Elektrodenverbindung 120 ist im Wesentlichen gleich der Breite der Kontaktverbindung 126. Bei dieser Ausführungsform misst die Breite der Elektrodenverbindung 120 und der Kontaktverbindung 126 75 Mikron.
  • Unter Bezugnahme auf 5 und 6 sind unterschiedliche Ansichten eines weiteren MEMS-Schalters, im Allgemeinen mit 500 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 5 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf einen MEMS-Schalter 500 dargestellt. Der MEMS-Schalter 500 weist einen Balken, im Allgemeinen mit 502 bezeichnet, mit einer strukturellen Schicht 504 auf, die an einem Ende 506 an einer Halterung (nicht dargestellt) befestigt ist. Der Balken 502 weist des Weiteren eine Elektrodenverbindung 508 und eine Kontaktverbindung 510 auf, die an der Oberseite der strukturellen Schicht 504 befestigt sind. Eine bewegliche Elektrode (in 6 dargestellt) und eine Kontaktelektrode (in 6 dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 504 mit der Elektrodenverbindung 508 bzw. der Kontaktverbindung 510 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Die Elektrodenverbindung 508 und die Kontaktverbindung 510 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 504 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Unter Bezugnahme jetzt auf 6 weist der MEMS-Schalter 500 des Weiteren eine stationäre Elektrode 512 und stationäre Kontakte 514 und 516 auf, die an einer Oberfläche 518 eines Substrats 520 (in 5 dargestellt) befestigt sind. Der Balken 502 weist des Weiteren einen beweglichen Kontakt 522 auf, der an der Unterseite der strukturellen Schicht 504 befestigt ist. Der bewegliche Kontakt 522 berührt die Kontakte 514 und 516, wenn der MEMS-Schalter 500 in einer "geschlossenen" Position arbeitet. Auf diese Weise sind in einer "geschlossenen" Position die stationären Kontakte 514 und 516 über den beweglichen Kontakt 522 oder über die Kontaktverbindung 510 elektrisch angeschlossen. Der bewegliche Kontakt 522 weist des Weiteren einen ersten und einen zweiten Satz von Kontakthöckern, im Allgemeinen mit 526 bzw. 528 bezeichnet, auf. Die Kontakthöcker 526 und 528 umfassen ein leitfähiges Material zur Ermöglichung einer elektrischen Verbindung zwischen den stationären Kontakten 514 und 516 in der "geschlossenen" Position. Die Kontakthöcker 526 und 528 verkleinern den Spaltabstand zwischen dem beweglichen Kontakt 522 und den stationären Kontakten 514 und 516, wodurch die Möglichkeit einer Kurzschließung zwischen der stationären Elektrode 512 und der beweglichen Elektrode 524 verringert wird. Die Kontakthöcker 526 und 528 sorgen für einen zuverlässigen Kontakt mit den stationären Kontakten 514 und 516. Ohne vorstehende Höcker 526 und 528 könnte es eine Störung zwischen dem beweglichen Kontakt 522 und der Oberfläche 518 und zwischen den stationären Kontakten 514 und 516 geben. Die Kontakthöcker 526 und 528 sorgen für eine Gestaltungsflexibilität, um die Anforderungen an den Kontaktwiderstand und die Stromkapazität zu erfüllen. Dies kann durch eine Gestaltung im Wege einer Optimierung der nachfolgend angegebenen Variablen erreicht werden: Kontakthöckergeometrie (beispielsweise kreisförmig, quadratisch, elliptisch, rechteckig, halbkugelförmig oder andere Gestalten), Kontakthöckerabmessungen (vorzugsweise 5 Mikron), Anzahl der Kontakthöcker (drei bei dieser Ausführungsform) und geometrisches Muster der Kontakthöcker (beispielsweise rechteckiges Muster oder dreitägiges Muster, elliptisches Muster, sternförmiges Muster und andere Muster). Bei dieser Ausführungsform sind kreiszylindrische Kontakthöcker in einer dreieckigen Gruppierung von drei Kontakthöckern dargestellt, wobei ein Kontakthöcker den zwei weiteren vorausgeht. Des Weiteren können die Kontakthöcker 526 und 528 als eine Makrodefinition von Kontaktunebenheiten betrachtet werden, die normalerweise durch die Oberflächenrauhigkeit der Kontaktflächen bestimmt sind. Der Kontaktwiderstand und die Stromkapazität sind durch die Anzahl von mikroskopischen Unebenheiten bestimmt, sodass die makroskopische Definition von Unebenheiten noch dazu gedacht ist, den Gestaltungsraum zu vergrößern.
  • Unter Bezugnahme auf 7 ist eine Ansicht von oben auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters 700 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 700 weist eine Elektrodenverbindung 702 und eine Kontaktverbindung 704 auf. Die Elektrodenverbindung 702 und die Kontaktverbindung 704 sind an der oberen Oberfläche einer strukturellen Schicht 706 befestigt. Die strukturelle Schicht 706 ist an einem Ende mit einer Halterung 708 verbunden. In einer Konfiguration analog zu derjenigen der zuvor beschriebenen Ausführungsformen umfasst der MEMS-Schalter 700 auch eine bewegliche Elektrode und einen beweglichen Kontakt (nicht dargestellt), die an der Unterseite der strukturellen Schicht 706 befestigt sind. Vorzugsweise sind die Elektrodenverbindung 702 und die Kontaktverbindung 704 im Wesentlichen in gleicher Weise bemessen wie die bewegliche Elektrode bzw. der bewegliche Kontakt, die jeweils bei dieser Ausführungsform vorgesehen sind. Die Elektrodenverbindung 702 und die Kontaktverbindung 704 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 706 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen. Des Weiteren weist der MEMS-Schalter 700 eine stationäre Elektrode (nicht dargestellt) und einen ersten und einen zweiten stationären Kontakt (nicht dargestellt) auf, die mit einem Substrat (nicht dargestellt) verbunden sind. Die stationäre Elektrode und der erste und der zweite stationäre Kontakt sind im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie die Elektrodenverbindung 702 bzw. die Kontaktverbindung 704, wie oben beschrieben.
  • Die Breite der Elektrodenverbindung 702 ist durch eine Strecke a 710 angegeben. Die Breite der Kontaktverbindung 704 ist durch eine Strecke b 712 angegeben. Vorzugsweise misst die Strecke a 710 75 Mikron, und misst die Strecke b 712 15 Mikron. Die Breite der Elektrodenverbindung 702 ist größer als die Breite der Kontaktverbindung 704. Somit ist die Breite der Kontaktverbindung 704 und ihres entsprechenden beweglichen Kontakts mit Hinblick auf die Elektrodenverbindung 702 bzw. ihre bewegliche Elektrode kleiner als bei den oben angegebenen Ausführungsformen. Diese Verkleinerung des Verhältnisses zwischen der Kontaktverbindung 704 und der Elektrodenverbindung 702 kann das Potential für eine parasitäre Spannung herabsetzen, die eine unerwünschte Betätigung des MEMS-Schalters 700 hervorruft. Eine parasitäre Spannung zwischen dem beweglichen Kontakt und dem ersten und dem zweiten stationären Kontakt kann eine elektrostatische Kraft schaffen, die den MEMS-Schalter zu dem Substrat hin zieht. Durch Verkleinerung der Größe des Kontakts wird die parasitäre Spannung herabgesetzt, wodurch die unerwünschte Anziehungskraft zwischen den Kontakten verringert wird. Daher ist die Breite der beweglichen Elektrode größer als die Breite des beweglichen Kontakts. Die Unterschiedlichkeit der Breite der beweglichen Elektrode und des beweglichen Kontakts ist von Vorteil bei der Verbesserung der Isolierung des sich bewegenden Kontakts gegenüber dem Betätigungsbereich des MEMS-Schalters 700, um so das Auftreten einer unerwünschten parasitären Betätigung als Folge beispielsweise einer Spannungsspitze zu verhindern. Da die Fläche der beweglichen Elektrode kleiner gehalten ist, ist der elektrostatische Druck (d.h. die elektrostatische Kraft je Einheitsfläche) an dem Kontakt minimiert, während sie an dem Betätigungselement maximiert ist. Wie oben angegeben verbessert die Herstellung des beweglichen Kontakts und der Kontaktverbindung mit einer schmaleren Breite als diejenigen der beweglichen Elektrode und der Elektrodenverbindung das Verhältnis der Betätigungsspannung zu der parasitären Betätigungsspannung. Der MEMS-Schalter 700 entkoppelt die Breite der beweglichen Elektrode und der Elektrodenverbindung und die Breite des beweglichen Kontakts und der Kontaktverbindung. Durch das Entkoppeln der Breiten wird die elektrostatische Kraft für die Betätigung von der parasitären Betätigung in Folge der parasitären Betätigungsspannung entkoppelt. Da die elektrostatische Betätigungskraft von der schädlichen Betätigungskraft entkuppelt ist, kann die Breite der beweglichen Elektrode vergrößert werden, um die Betätigungskraft zu erhöhen, wobei des Weiteren die parasitäre Betätigung verringert wird. Dies geschieht, weil, wenn die Breite der beweglichen Elektrode zunimmt, die Betätigungsspannung konstant bleibt, jedoch die Steifigkeit aus der Sicht der parasitären Betätigung erhöht worden ist, wodurch die parasitäre Betätigungsspannung erhöht wird.
  • Unter Bezugnahme auf 8 ist eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters 800 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 800 weist eine Elektrodenverbindung 802 und eine Kontaktverbindung 804 auf. Die Elektrodenverbindung 802 und die Kontaktverbindung 804 sind an der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht 806 befestigt. Die strukturelle Schicht 806 ist an einem Ende mit einer Halterung 808 verbunden. Die Elektrodenverbindung 802 und die Kontaktverbindung 804 sind im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie eine bewegliche Elektrode (nicht dargestellt) bzw. ein beweglicher Kontakt (nicht dargestellt). Die bewegliche Elektrode und der bewegliche Kontakt sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 806 befestigt. Die Elektrodenverbindung 802 und die Kontaktverbindung 804 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 806 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen. Des Weiteren weist der MEMS-Schalter eine stationäre Elektrode (nicht dargestellt) und einen ersten und einen zweiten stationären Kontakt (nicht dargestellt) auf, die mit einem Substrat (nicht dargestellt) verbunden sind. Die stationäre Elektrode und der erste und der zweite stationäre Kontakt sind im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie die Elektrodenverbindung 802 und die Kontaktverbindung 804 wie oben beschrieben.
  • Die Breite der Elektrodenverbindung 802 ist durch eine Strecke a 810 angegeben. Die Breite der Kontaktverbindung 804 ist durch eine Strecke b 812 angegeben. Die Elektrodenverbindung 802 erstreckt sich bei dieser Ausführungsform derart, dass sie die Kontaktverbindung 804 teilweise umgibt, während sie gegenüber der Kontaktverbindung 804 elektrisch isoliert bleibt. Folglich werden das Zentrum des elektrostatischen Drucks der stationären Elektrode, die bewegliche Elektrode und die Elektrodenverbindung 804 zu einer Position weiter von dem Anker 808 weg bewegt. Auf diese Weise wird während des Betriebs das Zentrum der Anziehungskraft zwischen der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode zu einer Position weiter von dem Anker 808 weg bewegt. Weil sich das Zentrum der Kraft in einem größeren Abstand von dem Schwenkpunkt des Balkens, d.h. von dem Anker 808, befindet, ist eine geringere Kraft erforderlich, um den Balken zu einer "geschlossenen" Position zu verbiegen. Somit ist eine geringere Energie erforderlich. Auf diese Weise unterstützt diese Anordnung die Verhinderung einer unerwünschten Betätigung, die sich aus parasitären Spannungen ergibt. Diese unerwünschte Betätigung wird minimiert, weil das Verhältnis der Betätigungsspannung zu der parasitären Betätigungsspannung verbessert (d.h. kleiner gemacht) ist. In diesem Fall kann die Betätigungsspannung für eine festgelegte parasitäre Betätigungsspannung herabgesetzt oder für eine zunehmende parasitäre Betätigungsspannung festgelegt werden. Der Erstreckung der Elektrodenverbindung 802, um die Kontaktverbindung 804 teilweise zu umgeben, minimiert die verfügbare Fläche des Oxids, die ansonsten zur Verfügung stünde, um eine freie Ladung zu speichern, die die Funktionalität stören könnte.
    zzzzzzz
  • Unter Bezugnahme auf 9 und 10 sind unterschiedliche Ansichten eines weiteren MEMS-Schalters, im Allgemeinen mit 900 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 9 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf den MEMS-Schalter 900 dargestellt. Der MEMS-Schalter 900 weist einen Balken, allgemeinen mit 902 bezeichnet, auf, der an einem Ende 904 einer Halterung (nicht dargestellt) befestigt ist. Der Balken 902 ist an der Halterung über eine strukturelle Schicht 906 befestigt. Der Balken 902 weist des Weiteren eine Elektrodenverbindung 908 und eine Kontaktverbindung 910 auf, die an der Oberseite der strukturellen Schicht 906 befestigt sind. Eine bewegliche Elektrode 912 (in 10 dargestellt) und eine Kontaktelektrode 914 (in 10 dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 906 befestigt und mit Elektrodenverbindung 908 bzw. der Kontaktverbindung 910 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie diese. Die Elektrodenverbindung 908 und die Kontaktverbindung 910 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 906 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Der MEMS-Schalter 900 weist des Weiteren eine stationäre Elektrode 916 und eine erste und eine zweite Kontaktelektrode 918 bzw. 920 auf, die an einer Oberfläche 922 eines Substrats 924 gebildet sind. Die stationäre Elektrode 916 und die Kontaktverbindung 918 fluchten mit der Elektrodenverbindung 908 bzw. der Kontaktverbindung 910 und sind im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie diese. Das Ende 904 des Balkens 902 ist an dem Substrat 924 befestigt. Wie dargestellt umgibt die Elektrodenverbindung 908 teilweise die Kontaktverbindung 910. Wie oben beschrieben verringert die Anordnung der Elektrodenverbindung, der beweglichen Elektrode und der stationären Elektrode weiter von dem Anker weg die zur Bewegung des MEMS-Schalters zu einer "geschlossenen" Position notwendige Energie. Des Weiteren unterstützt diese Konfiguration die Verhinderung einer unerwünschten Betätigung, die sich aus parasitären Spannungen ergibt. Wie bei dieser Ausführungsform dargestellt sind die Elektrodenverbindung 908, die bewegliche Elektrode 912 und die stationäre Elektrode 916 in Hinblick auf den Kontakt im Vergleich zu den hier vorausgehend beschriebenen Ausführungsformen breiter.
  • Die bewegliche Elektrode 912 weist einen ersten und einen zweiten vorstehenden Höcker 926 bzw. 928 auf, die ein nicht-leitfähiges Material umfassen. Die vorstehenden Höcker 926 und 928 dienen zur Verhinderung einer Kurzschließung zwischen der beweglichen Elektrode 912 und der stationären Elektrode 916. Wenn der Balken 902 in Richtung zu der stationären Elektrode 916 während des Betriebs vergebogen wird, ist die bewegliche Elektrode 912 an einer Kontaktierung der stationären Elektrode 916 gehindert, weil die vorstehenden Höcker 926 und 928 von der beweglichen Elektrode 912 in der Richtung der stationären Elektrode 916 vorstehen. Der bewegliche Kontakt 914 weist ferner einen ersten und einen zweiten Kontakthöcker 930 und 932 auf, die ein leitfähiges Material umfassen. Der erste und der zweite Kontakthöcker 930 und 932 erstrecken sich über die vorstehenden Höcker 926 und 928 hinaus, um den ersten und den zweiten stationären Kontakt 918 bzw. 920 vor den vorstehenden Höckern 926 und 928 während einer Betätigung zum "Schließen" des MEMS-Schalters 900 zu kontaktieren. Bei dieser Ausführungsform besitzen die Kontakthöcker 930 und 932 eine gleiche Erstreckung wie die vorstehenden Höcker 926 und 928 wegen des vereinfachten Prozessablaufs. Die optimale Anordnung der vorstehenden Höcker 926 und 928 ist eine solche, dass eine maximale Übersteuerungsspannung (die zwischen der stationären Elektrode 916 und der beweglichen Elektrode 912 angelegt wird) ohne Kurzschließung der Betätigungselektroden, jedoch unter Maximierung der Kontaktkraft (d.h. Minimierung des Kontaktwiderstands) ausgehalten werden kann. Dies impliziert, dass die vorstehenden Höcker 926 und 928 in einem gewissen Abstand hinter den Kontakthöckern 930 und 932 (näher bei dem befestigten Ende 904 des Balkens 902) angeordnet sind. Bei dieser Konfiguration stellen die Kontakthöcker 930 und 932 einen Kontakt mit dem stationären Kontakt 918 her, bevor die vorstehenden Höcker 926 und 928 einen Kontakt mit der stationären Elektrode 916 herstellen. Wenn die Kontakthöcker 930 und 932 einen Kontakt herstellen, kann die Betätigungsspannung weiter erhöht werden, um die Kontaktkraft zu vergrößern und den Kontaktwiderstand herabzusetzen. Der Kontaktwiderstand in dem weiter ab, bis die vorstehenden Höcker 926 und 928 einen Kontakt mit der stationären Elektrode 916 herstellen. Zu diesem Zeitpunkt beginnen der Kontaktwiderstand und die Möglichkeit der Kurzschließung sich zu vergrößern bzw. zuzunehmen. Auf diese Weise ist den vorstehenden Höckern 926 und 928 ihre Fähigkeit nicht entzogen worden, eine wesentliche Kontaktkraft zu entwickeln und den Kontaktwiderstand zu minimieren. Vorzugsweise sind die vorstehenden Höcker über der Breite des Balkens derart angeordnet, dass dann, wenn die Breite des Balkens zunimmt, die Anzahl der vorstehenden Höcker proportional zunimmt, um die Schalterisolierung aufrechtzuerhalten. Ein anderes Schlüsselelement der Anordnung der vorstehenden Höcker ist die Minimierung der durch die vorstehenden Höcker eingenommenen Gesamtfläche, weil sie die elektrostatische Kraft beeinträchtigen, die erzeugt werden kann.
  • Unter Bezugnahme auf 11 ist dort eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungsform eines MEMS-Schalters 1100 gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 1100 weist eine Elektrodenverbindung 1102 und eine Kontaktverbindung 1104 auf, die an der oberen Oberfläche einer strukturellen Schicht 1106 befestigt sind. Die strukturelle Schicht 1106 ist an einem Ende 1108 mit einer Halterung 1110 verbunden. Die Elektrodenverbindung 1102 und die Kontaktverbindung 1104 sind im Wesentlichen in der gleichen Weise bemessen wie eine bewegliche Elektrode (nicht dargestellt) bzw. ein beweglicher Kontakt (nicht dargestellt), die fluchtend an der unteren Seite der strukturellen Schicht 1106 befestigt sind. Die Elektrodenverbindung 1102 und die Kontaktverbindung 1104 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1106 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen. Die Breite der Elektrodenverbindung 1102 ist durch eine Strecke a 1112 angegeben. Die Breite der Kontaktverbindung 1104 ist durch eine Strecke b 1114 angegeben. Die strukturelle Schicht 1106 weist eine eingeengte Isolations zone 1116 zur Verbesserung des Kontakts auf, der durch Betätigung des MEMS-Schalters 1100 geschaffen wird. Der Kontakt wird verbessert durch Anlegen einer Übersteuerungsspannung an der Elektrodenverbindung 1102 und der stationären Elektrode (nicht dargestellt). Die Übersteuerungsspannung wird zwischen der beweglichen Elektrode (nicht dargestellt) und der stationären Elektrode (nicht dargestellt) angelegt, wodurch sie einfach eine Erstreckung der Betätigungsspannung ist. Die Betätigungsspannung ist die Mindestspannung, die erforderlich ist, um zu bewirken, dass sich der bewegliche Kontakt (nicht dargestellt) an den stationären Kontakten "schließt" und eine elektrische Verbindung herstellt. Die Übersteuerungsspannung ist die Spannung, die die Betätigungsspannung übersteigt, und ist die Spannung, die einen Beitrag zur Vergrößerung der Kontaktkräfte leistet. Die durch die Übersteuerungsspannung entwickelten Kräfte werden zwischen dem befestigten Ende 1110 des Balkens 1108 und dem Kontakt des beweglichen Kontakts und der stationären Kontakte aufgeteilt, was bedeutet, dass die Kräfte ziehen, um einen steiferen Balken zu deformieren, weil er an zwei Enden abgestützt ist. Die Gesamtsteifigkeit des Balkens ist durch Hinzufügung der eingeengten Isolationszone 1116 herabgesetzt. Die Übersteuerungsspannung kann ohne Beeinträchtigung der Betätigungsspannung herabgesetzt werden, indem die Isolationszone 1116 im Verhältnis zu der Kontaktfläche schmaler gemacht wird. Die schmale Isolationszone 1116 verringert die Kraft, die zur Durchbiegung des beweglichen Kontakts (nicht dargestellt) in Kontakt mit dem stationären Kontakt (nicht dargestellt) notwendig ist. Die Gestaltung der schmalen Isolationszone muss die Erfordernisse zu einer parasitären Betätigung und die kontaktbrechenden Kräfte aufrechterhalten. Wenn die Übersteuerungs- und Betätigungsspannung zwischen der beweglichen Elektrode und der stationären Elektrode ausreichend herabgesetzt wird, sollte der Schalter zu einer "offenen" Position zurückkehren. Dies bedeutet, dass die elastische Beanspruchungsenergie, die in dem deformierten Balken gespeichert ist, groß genug sein muss, um die Energie der Haftung zwischen dem beweglichen Kontakt und den stationären Kontakten zu überwinden.
  • Unter Bezugnahme auf 12 und 13 sind unterschiedliche Ansichten eines weiteren MEMS-Schalters, allgemein mit 1200 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 12 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf einen MEMS-Schalter 1200 dargestellt. Der MEMS-Schalter 1200 weist einen Balken, allgemein mit 1202 bezeichnet, auf, der an einem Ende 1204 an einer Halterung (nicht dargestellt) befestigt ist. Der Balken 1202 ist an der Halterung über eine strukturelle Schicht 1206 befestigt. Der Balken 1202 weist ferner eine Elektrodenverbindung 1208 und eine Kontaktverbindung 1210 auf, die an der Oberseite der strukturellen Schicht 1206 befestigt sind. Eine bewegliche Elektrode (in 13 dargestellt) und ein beweglicher Kontakt (in 13 dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 1206 mit der Elektrodenverbindung 1208 bzw. der Kontaktverbindung 1210 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Die Elektrodenverbindung 1208 und die Kontaktverbindung 1210 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1208 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Der MEMS-Schalter 1200 weist ferner eine stationäre Elektrode 1212 und einen ersten und einen zweiten stationären. Kontakt 1214 und 1216 auf, die an einer Oberfläche 1218 eines Substrats 1220 befestigt sind. Die stationäre Elektrode 1212 fluchtet mit der Elektrodenverbindung 1208 bzw. der Kontaktverbindung 1210 und ist im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Gemäß Darstellung umgibt die Elektrodenverbindung 1208 die Kontaktverbindung 1210 teilweise. Die strukturelle Schicht 1206 weist eine eingeengte Anker-Zone, die an dem Ende 1204 angeordnet ist, zur Herabsetzung der Betätigungskraft auf, die erforderlich ist, um den MEMS-Schalter 1200 zu "schließen". Die Betätigungskraft ist herabgesetzt, weil die örtliche Querschnittfläche der strukturellen Schicht 1206, die in der Richtung der stationären Elektrode 1212 gebogen werden muss, verkleinert ist. Der Kontakt wird durch Anlegen einer Übersteuerungsspannung an der Elektrodenverbindung 1202 und der stationären Elektrode verbessert.
  • Bei dieser Ausführungsform ist die Breite der strukturellen Schicht 1200 von der Breite der Elektrodenverbindung 1208 oder der beweglichen Elektrode (nicht dargestellt) abgekoppelt. Wenn die Breite der strukturellen Schicht 1206 und die Breite der beweglichen Elektrode im Wesentlichen die gleichen sind, skaliert die Betätigungsspannung unabhängig von der Breite der strukturellen Schicht. Dies bedeutet, dass die Betätigungsspannung für jede Breite konstant ist, die Kontaktkraft und die kontaktbrechende Kraft ansteigen. Die Skalierbarkeit dieser Ausführungsform ist auf eine zunehmende Kontaktkraft/kontaktbrechende Kraft beschränkt, nicht jedoch auf eine Herabsetzung der Betätigungsspannung oder der Fähigkeit, den Schalter zu übersteuern. Durch Abkoppeln der Breite der strukturellen Schicht 1206 von der Elektrodenverbindung 1208 und der beweglichen Elektrode (nicht dargestellt) nimmt die Skalierbarkeit der Gestaltung zu, weil die Betätigungsspannung minimiert werden kann; die Fähigkeit zur Übersteuerung, um hohe Kontaktkräfte zu erreichen, kann maximiert werden, und die Entwicklung der Kontaktkraft kann maximiert werden. Wenn die Breite der strukturellen Schicht 1206, der Elektrodenverbindung 1208 und der beweglichen Elektrode zunimmt, während die Breite des befestigten Endes 1204 konstant gehalten wird, nimmt die Betätigungsspannung ab, nimmt die Kontaktkraft zu, nimmt der Kontaktwiderstand ab, und nimmt das Ausmaß der Übersteuerung zu. Das Ausmaß der Fähigkeit der Übersteuerung ist durch die Differenz zwischen der Betätigungsspannung und der maximalen Spannung bestimmt, die zwischen den Betätigungselektroden angelegt wird. Die Fähigkeit zur Übersteuerung (die Spannungsdifferenz) nimmt zu, wenn die Differenz zwischen der Betätigungsspannung und der maximalen Spannung zunimmt.
  • Unter Bezugnahme auf 13 weist der MEMS-Schalter 1200 ferner einen beweglichen Kontakt 1300 und eine bewegliche Elektrode 1302 auf. Die bewegliche Elektrode 1302 weist einen ersten vorstehenden Höcker 1304 und einen zweiten vorstehenden Höcker (nicht dargestellt) wie oben beschrieben auf. Der bewegliche Kontakt 1300 weist einen ersten und einen zweiten Kontakthöcker 1306 und 1308 wie oben beschrieben auf. Der erste vorstehende Höcker 1304 und der zweite vorstehende Höcker sind hinter den Kontakthöckern 1306 und 1308 aus den oben beschriebenen Gründen konfiguriert.
  • Unter Bezugnahme auf 14 und 15 sind unterschiedliche Ansichten eines weiteren MEMS-Schalters, allgemein mit 1400 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 14 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf den MEMS-Schalter 1400 dargestellt. Der MEMS-Schalter 1400 weist einen Balken, allgemein mit 1402 bezeichnet, mit einer strukturellen Schicht 1404 auf, die an einem Ende 1406 an einer Halterung (nicht dargestellt) befestigt ist. Der Balken 1402 weist ferner eine Elektrodenverbindung 1408 und eine Kontaktverbindung 1410 auf, die an der Oberseite der strukturellen Schicht 1404 befestigt sind. Eine bewegliche Elektrode (in 15 dargestellt) und eine Kontaktelektrode (in 15 dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 1404 mit der Elektrodenverbindung 1408 bzw. der Kontaktverbindung 1410 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Die Elektrodenverbindung 1408 und die Kontaktverbindung 1410 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1404 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Der MEMS-Schalter 1400 weist ferner eine stationäre Elektrode 1412 und einen stationären Kontakt 1414 auf, die an der Oberfläche 1416 (in 14 dargestellt) eines Substrats 1418 (in 14 dargestellt) gebildet sind. Die stationäre Elektrode 1412 und der erste und der zweite stationäre Kontakt, allgemein mit 1414 bezeichnet, fluchten mit der Elektrodenverbindung 1408 bzw. der Kontaktverbindung 1410 und sind im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Wie dargestellt umgibt die Elektrodenverbindung 1408 die Kontaktverbindung 1410 teilweise.
  • Der Balken 1402 weist ferner eine bewegliche Elektrode 1420 und einen beweglichen Kontakt 1422 auf. Die bewegliche Elektrode 1420 weist vorstehende Höcker 1424, 1426, 1428 und 1430 auf, die im Allgemeinen an Bereichen der Ecken der Oberfläche der beweglichen Elektrode 1420 angeordnet sind, die sich am weitesten von dem Ende 1406 entfernt befinden. Die vorstehenden Höcker 1424, 1426, 1428 und 1430 umfassen ein nicht-leitfähiges Material. Der bewegliche Kontakt 1422 weist Kontakthöcker auf, die ein leitfähiges Material umfassen. Bei dieser Ausführungsform sind die vorstehenden Höcker 1424, 1426, 1428 und 1430 distal zu dem Kontakthöcker 1422. Die vorstehenden Höcker 1424, 1426, 1428 und 1430 sind dazu bestimmt, einen Kontakt herzustellen, bevor der Kontakthöcker 1422 einen Kontakt herstellt. Wenn die vorstehenden Höcker 1424, 1426, 1428 und 1430 einen Kontakt herstellen, ist die Betätigungsspannung erhöht, um eine weitere Deformation des Balkens 1402 zu bewirken, was eine Verschwenkung an den vorstehenden Höckern 1424, 1426, 1428 und 1430 umfasst. Die Spannung wird erhöht, bis die Kontakthöcker einen Kontakt mit dem stationären Kontakt 1414 herstellen.
  • Unter Bezugnahme auf 14 weist der Balken 1402 ferner Nachgiebigkeitsschlitze 1432, 1434 und 1436 auf, um die Nachgiebigkeit des Balkens 1402 zu vergrößern. Wenn die Betätigungsspannung erhöht wird, um einen Kontakt zwischen den Kontakthöckern des beweglichen Kontakts 1422 und des stationären Kontakts 1414 herzustellen, vergrößern die Nachgiebigkeitsschlitze 1432, 1434 und 1436 die Deformierbarkeit des Balkens 1402. Der bewegliche Kontakt 1422 ist in der Nähe der Nachgiebigkeitsschlitze angeordnet oder an diesen zentriert, um die Flexibilität örtlich dort zu vergrößern, wo der Kontakt herzustellen ist. Diese Ausführungsform kann das Verhältnis der Betätigungsspannung zu der parasitären Spannung durch Verlängerung der Betätigungselektrode weit über den beweglichen Kontakt hinaus verbessern. Das grundsätzliche Prinzip besteht darin, das Zentrum des elektrostatischen Drucks der Betätigungselektroden weiter distal von dem elektrostatischen Druck des beweglichen Kontakts wegzubewegen. Dies setzt die Betätigungsspannung herab, während die parasitäre Betätigungsspannung erhöht wird. Des Weiteren unterstützt diese Ausführungsform die Unterbrechung des Kontakts wegen der Verschwenkung um die vorstehenden Höcker.
  • Unter Bezugnahme auf 16 ist eine Draufsicht auf einen MEMS-Schalter, allgemein mit 1600 bezeichnet, mit einer gefalteten Balkengeometrie gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 1600 weist einen Arm 1602 auf, der an zwei gefalteten Balken 1604 und 1606 befestigt ist. Die gefalteten Balken 1604 und 1606 sind an einem Ende 1608 eines Auslegers 1602 befestigt. Die Aufgabe der gefalteten Balken 1604 und 1606 ist es, den Ausleger 1602 an einer Halterung 1610 zu befestigen und den Arm 1602 über einem Substrat (nicht dargestellt) aufzuhängen. Der Auslegerarm 1602 ist mittels der gefalteten Balken 1604 und 1606 derart aufgehängt, dass sich eine Kontaktverbindung in der Nähe der Halterung 1610 befindet. Dieses Falten des Arms 1602 schafft einen Balken mit einer langen wirksamen Länge, um die Betätigungsspannung herabzusetzen. Die Kontaktverbindung befindet sich in der Nähe der Halterung, um einen kurzen Abstand zum Zentrum des elektrostatischen Drucks der parasitären Betätigung mit der Wirkung einer Vergrößerung des elektrostatischen Drucks zu schaffen. Der Arm 1602 und die gefalteten Balken 1604 und 1606 sind über eine strukturelle Schicht 1612 miteinander verbunden, die eine nachgiebige Struktur für den Arm 1602 und die gefalteten Balken 1604 und 1606 schafft. Der Arm 1602 und die gefalteten Balken 1604 und 1606 weisen eine Elektrodenverbindung 1614 auf, die sich im Wesentlichen oberhalb der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht 1612 erstreckt. Der Arm 1602 weist ferner eine Kontaktverbindung 1616 auf, die an einem Ende 1618 distal von dem Ende 1608 befestigt ist. Eine bewegliche Elektrode (nicht dargestellt) und eine Kontaktelektrode (nicht dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 1612 mit der Elektrodenverbindung 1614 bzw. der Kontaktverbindung 1616 fluchtend angeordnet und in der gleichen Weise wie diese bemessen. Die Elektrodenverbindung 1614 und die Kontaktverbindung 1616 sind an der beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1612 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen. Der Hauptvorteil dieser Ausführungsform besteht darin, eine hohe parasitäre Betätigungsspannung und eine niedrige Betätigungsspannung zu schaffen. Dies wird durch das Aufhängen des Auslegerarms 1602 von den gefalteten Balken 1604 und 1606 und durch Anordnung des Kontakts in der Nähe der Halterung 1610 erreicht. Durch Anlegen der Betätigungsspannung zwischen der stationären Elektrode und der beweglichen Elektrode (nicht dargestellt) werden die gefalteten Balken 1604 und 1606 in Richtung zu dem Substrat (nicht dargestellt) gezogen. Wenn die gefalteten Arme 1604 und 1606 in Richtung zu dem Substrat gezogen werden, deformiert sich der Auslegerarm 1602 in Abhängigkeit von der Gestaltung entweder in Richtung zu dem Substrat hin oder von diesem weg. Das Verhalten führt zu einem virtuellen Schwenkpunkt, der dadurch bestimmt, ob sich der Auslegerarm 1602 in Richtung zu dem Substrat hin oder von diesem weg deformiert. Die Örtlichkeit des virtuellen Schwenkpunkts ist durch die relative Länge des Auslegerarms 1602, die Geometrie und die Gestaltung der stationären Elektrode an dem Substrat und die Steifigkeit des Auslegerarms 1602 gegenüber der Steifigkeit der gefalteten Balken 1604 und 1606 bestimmt. Beispielsweise kann die stationäre Elektrode in ihrer Erstreckung auf den Flächenbereich direkt unter dem Auslegerarm 1602 und den Bereich beschränkt sein, an dem das distale Ende 1608 die gefalteten Balken 1604 und 1606 verbindet. Der virtuelle Schwenkpunkt ist derart positioniert, dass eine niedrige Betätigungsspannung und eine hohe parasitäre Spannung realisiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 17 und 18 sind unterschiedliche Ansichten eines MEMS-Schalters, allgemein mit 1700 bezeichnet, mit dualen Betätigungselektroden gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 17 ist eine perspektivische Ansicht von oben auf den MEMS-Schalter 1700 dargestellt. Der MEMS-Schalter 1700 weist eine Kontaktverbindung 1702 an der oberen Seite eines zentralen Bereichs 1704 einer strukturellen Schicht 1706 auf. Der zentrale Bereich 1704 der strukturellen Schicht 1706 ist an einem ersten Beugungselement 1708 und einem zweiten Beugungselement 1710 befestigt. Ein erster Bereich 1712 und ein zweiter Bereich 1714 der strukturellen Schicht 1706 sind mit dem ersten Beugungselement 1708 bzw. dem zweiten Beugungselement 1710 verbunden. Der erste Bereich 1712 und der zweite Bereich 1714 sind mit Halterungen (nicht dargestellt) verbunden.
  • Der MEMS-Schalter 1700 weist ferner eine erste Elektrodenverbindung 1716 und eine zweite Elektrodenverbindung 1718 auf, die an der Oberseite des ersten Bereichs 1712 und des zweiten Bereichs 1714 befestigt sind. Eine erste bewegliche Elektrode (in 18 dargestellt), eine zweite bewegliche Elektrode (in 18 dargestellt) und ein beweglicher Kontakt (in 18 dargestellt) sind an der Unterseite der strukturellen Schicht 1704 mit der ersten Elektrodenverbindung 1716, der zweiten Elektrodenverbindung 1718 bzw. der Kontaktverbindung 1702 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen. Die erste Elektrodenverbindung 1716, die zweite Elektrodenverbindung 1780 und die Kontaktverbindung 1702 sind an den der ersten beweglichen Elektrode, der zweiten beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1706 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Der MEMS-Schalter 1700 weist ferner ein Substrat der 1720 mit einer ersten stationären Elektrode 1722, einer zweiten stationären Elektrode 1724 und einem stationären Kontakt (in 18 dargestellt) auf, die an einer Fläche 1726 dessel ben befestigt sind. Die erste stationäre Elektrode 1722, die zweite stationäre Elektrode 1724 und der stationäre Kontakt sind mit der ersten beweglichen Elektrode, der zweiten beweglichen Elektrode und der Kontaktelektrode fluchtend angeordnet und im Wesentlichen in der gleichen Weise wie diese bemessen.
  • Unter Bezugnahme auf 18 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite der strukturellen Schicht 1706 des MEMS-Schalters 1700 dargestellt. Wie oben erörtert sind eine erste bewegliche Elektrode 1800, eine zweite bewegliche Elektrode 1802 und ein beweglicher Kontakt 1804 an der Unterseite der strukturellen Schicht 1706 befestigt. Das Substrat 1720 ist in 18 nicht dargestellt, um die Anordnung der ersten stationären Elektrode 1722, der zweiten stationären Elektrode 1724, eines ersten stationären Kontakts 1806 und eines zweiten stationären Kontakts 1808 in Hinblick auf die erste bewegliche Elektrode 1800, die zweite bewegliche Elektrode 1802, einen ersten beweglichen Kontakt 1804 und einem zweiten beweglichen Kontakt 1806 darzustellen. Der bewegliche Kontakt 1804 weist einen Kontakthöcker 1808 auf, der ein leitfähiges Material wie oben beschrieben umfasst. Diese Ausführungsform weist den Vorteil eines verbesserten Verhältnisses der Betätigungsspannung zu der parasitären Betätigungsspannung auf. Zwei einfache Auslegerbalkenschalter sind wie oben beschrieben vorgesehen. Der bewegliche Kontakt und die Kontaktverbindung sind zwischen zwei Strukturen 1712 und 1714 über Beugungselemente 1708 und 1710 aufgehängt. Die Beugungselemente 1708 und 1710 isolieren den Kontakt gegenüber restlichen Filmbeanspruchungen in den Materialien, die der Schalter 1700 umfasst.
  • Während des Betriebs wird die Betätigungsspannung zwischen den stationären Elektroden 1722 und 1724 und den beweglichen Elektrode 1800 bzw. 1802 angelegt. Die Betätigungsspannung erzeugt eine Verbiegung in den Auslegerbereichen 1712 und 1714 der Struktur 1706. Die Betätigungsspannung weist eine solche Größe auf, die verursacht, dass der bewegliche Kontakt 1804 einen Kontakt mit dem stationären Kontakt herstellt. Im Prinzip werden die zwei Strukturen 1712 und 1714 bewegt, um einen Kontakt herzustellen, jedoch bleibt die Betätigungsspannung die gleiche wie bei der Betätigung einer einzelnen Struktur. Der Vorteil wird erreicht, weil die parasitäre Spannung die zwei Elemente überwinden muss, was das Verhältnis von Betätigungsspannung zu parasitärer Spannung erheblich verbessert. Die Beugungselemente 1708 und 1710 sind Inder angegebenen Richtung von dem Ende der Struktur 1712 zu dem Ende der Struktur 1714 hin nachgiebig. Die Beugungselemente 1708 und 1710 weisen eine begrenzte Nachgiebigkeit in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat auf, weil dies die parasitäre Betätigung negativ beeinflussen würde.
  • Unter Bezugnahme auf 19 ist eine Ansicht eines weiteren MEMS-Schalters, allgemein mit 1900 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 1900 weist eine Aufhängung 1902 auf, die an einem Substrat 1904 mittels einer ersten Halterung 1906 und einer zweiten Halterung 1908 befestigt ist. Die Aufhängung 1902 hängt einen beweglichen Kontakt (nicht dargestellt) oberhalb einer Fläche 1910 des Substrats 1904 auf. Die Aufhängung 1902 für den gefalteten Balken weist eine strukturelle Schicht 1912 auf, die sich von einem ersten Ende 1914 aus zu dem zweiten Ende 1916 hin erstreckt. Das erste Ende 1914 und das zweite Ende 1916 sind mit der ersten Halterung 1906 bzw. der zweiten Halterung 1908 verbunden. Die strukturelle Schicht 1912 bildet eine erste gefaltete Aufhängung 1918 und eine zweite gefaltete Aufhängung 1920, die an einem ersten Bereich 1922 der strukturellen Schicht 1912 befestigt sind.
  • Die Aufhängung 1902 weist ferner eine Kontaktverbindung 1924 auf, die an der Oberseite des ersten Bereichs 1922 befestigt ist. Die Aufhängung 1902 weist einen zweiten Bereich 1926 auf, der zwischen dem ersten Ende 1914 und der ersten gefalteten Aufhängung 1918 befestigt ist. Die Aufhängung 1902 weist ferner einen dritten Bereich 1928 auf, der zwischen dem zweiten Ende 1916 und der zweiten gefalteten Aufhängung 1920 befestigt ist. Eine erste Elektrodenverbindung 1930 und eine zweite Elektrodenverbindung 1922 sind an den Oberseitenflächen des zweiten Bereichs 1926 bzw. des dritten Bereichs 1928 befestigt. Eine erste bewegliche Elektrode (nicht dargestellt), eine zweite bewegliche Elektrode (nicht dargestellt) und ein beweglicher Kontakt (nicht dargestellt) sind an der Unterseite des zweiten Bereichs 1926, des dritten Bereich 1928 bzw. des ersten Bereichs 1922 der strukturellen Schicht 1912 mit der ersten Elektrodenverbindung 1930, der zweiten Elektrodenverbindung 1932 bzw. der Kontaktverbindung 1924 fluchtend verbunden und in der gleichen Weise wie diese bemessen.
  • Die erste Elektrodenverbindung 1930, die zweite Elektrodenverbindung 1932 und die Kontaktverbindung 1924 sind an der ersten beweglichen Elektrode, der zweiten beweglichen Elektrode bzw. dem beweglichen Kontakt über die strukturelle Schicht 1912 über Verbindungswege wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen. Diese Ausführungsform weist zwei Auslegerbalkenschalter wie oben beschrieben auf. Der bewegliche Kontakt und die Kontaktverbindung sind zwischen den zwei Auslegerbbalkenstrukturen wie durch Bereiche 1926 und 1928 angegeben über Beugeelemente 1918 und 1920 aufgehängt. Die Beugeelemente 1918 und 1920 isolieren den Kontakt gegenüber den verbleibenden Filmbeanspruchungen in den Materialien, die der Schalter 1900 umfasst. Während des Betriebs wird die Betätigungsspannung zwischen den stationären Elektroden (nicht dargestellt) und den beweglichen Elektroden (nicht dargestellt) angelegt. Die Betätigungsspannung erzeugt eine Verbiegung der Bereiche 1926 und 1928 der Struktur 1902. Die Betätigungsspannung weist eine solche Größe auf, die verursacht, dass die bewegliche Elektrode einen Kontakt mit dem stationären Kontakt herstellt. Im Prinzip werden die betätigten Bereiche 1926 und 1928 bewegt, um einen Kontakt herzustellen, jedoch bleibt die Betätigungsspannung die gleiche wie bei der Betätigung eines einzelnen Bereichs 1926 oder Bereichs 1928. Die parasitäre Betätigungsspannung muss die zwei Elemente überwinden, was das Verhältnis der Betätigungsspannung zu der parasitären Spannung erheblich verbessert. Die Beugungselemente 1918 und 1920 sind so gestaltet, dass sie in der angegebenen Richtung von dem ersten Ende 1914 zu dem zweiten Ende 1916 hin nachgiebig sind. Die Beugungselemente 1918 und 1920 weisen eine begrenzte Nachgiebigkeit in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat auf, weil dies die parasitäre Betätigung negativ beeinflussen würde.
  • Unter Bezugnahme auf 20 ist eine Ansicht eines weiteren MEMS-Schalters, allgemein mit 2000 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Der MEMS-Schalter 2000 weist eine Aufhängung 2002 auf, die an einem Substrat 2004 über eine erste Halterung 2006 und eine zweite Halterung 2008 befestigt ist. Die Aufhängung 2002 hängt ein Paar bewegliche Kontakte (nicht dargestellt) über einer Fläche 2010 des Substrats 2004 auf. Die Aufhängung 2002 für den gefalteten Balken weist eine strukturelle Schicht 2012 auf, die sich von einem ersten Ende 2014 zu einem zweiten Ende 2016 hin erstreckt. Das erste Ende 2014 und das zweite Ende 2016 sind mit der ersten Halterung 2006 bzw. der zweiten Halterung 2008 verbunden.
  • Die Aufhängung 2002 weist einen ersten Bereich 2024 auf, der zwischen dem ersten Ende 2014 und der gefalteten Aufhängung 2018 befestigt ist. Die Aufhängung 2002 weist ferner einen zweiten Bereich 2024 auf, der zwischen dem zweiten Ende 2016 und der gefalteten Aufhängung 2018 befestigt ist. Die Aufhängung 2002 weist eine erste Kontaktverbindung 2026 auf, die an der Oberseite des ersten Bereichs 2022 befestigt ist. Die Aufhängung 2002 weist eine zweite Kontaktverbindung 2028 auf, die an der Oberseite des zweiten Bereichs 2024 befestigt ist. Die Aufhängung 2002 weist eine dritte Kontaktverbindung auf, die an der Oberseite des Beugeelements 2018 befestigt ist und die erste und die zweite Kontaktverbindung 2026 und 2028 verbindet. Eine erste Elektrodenverbindung 2032 und eine zweite Elektrodenverbindung 2034 sind an den Oberseitenflächen des ersten Bereichs 2022 bzw. des zweiten Bereichs 2024 befestigt. Eine erste bewegliche Elektrode (nicht dargestellt), eine zweite bewegliche Elektrode (nicht dargestellt) und bewegliche Kontakte (nicht dargestellt) sind an der Unterseite des ersten Bereichs 2022, des zweiten Bereichs 2024 bzw. des Beugeelements 2018 der strukturellen Schicht 2012 mit der ersten Elektrodenverbindung 2032, der zweiten Elektrodenverbindung 2034 und den Kontaktverbindungen 2026, 2028 bzw. 2030 fluchtend angeordnet und im Wesentlichen wie diese bemessen. Die erste Elektrodenverbindung 2032, die zweite Elektrodenverbindung 2034 und die Kontaktverbindungen 2026, 2028 und 2030 sind an der ersten beweglichen Elektrode, der zweiten beweglichen Elektrode bzw. den beweglichen Kontakten über die strukturelle Schicht 2012 über Verbindungswege (nicht dargestellt) wie oben beschrieben elektrisch angeschlossen.
  • Diese Ausführungsform weist zwei Auslegerbalkenschalter wie oben bei anderen Ausführungsformen beschrieben auf. Die beweglichen Kontakte und die Kontaktverbindungen 2026 und 2028 sind über zwei Auslegerbbalkenstrukturen wie durch Bereiche 2022 und 2024 angegeben über das Beugeelement 2018 aufgehängt. Das Beugeelement 1918 und 1920 isoliert die Bereiche 2022 und 2024 gegenüber den verbleibenden Filmbeanspruchungen in den Materialien, die der Schalter 2000 umfasst. Während des Betriebs wird die Betätigungsspannung zwischen den stationären Elektroden und den beweglichen Elektroden angelegt. Die Betätigungsspannung erzeugt eine Verbiegung in den zwei Auslegerbereichen 2022 und 2024 der Struktur 2002. Die Betätigungsspannung weist eine solche Größe auf, die verursacht, dass Kontakthöcker (nicht dargestellt) an den beweglichen Kontakten einen Kontakt mit den stationären Kontakten herstellen. Wenn der Kontakt hergestellt ist, steht der Kontakthöcker des ersten beweglichen Kontakts mit dem zweiten beweglichen Kontakt über dessen Kontakthöcker zu dem zweiten stationären Kontakt an dem Substrat 2004 in elektrischer Verbindung. Die elektrische Verbindung läuft über die Kontaktverbindungen 2026, 2028 und 2030. Im Prinzip werden die zwei betätigten Bereiche 2022 und 2024 bewegt, um einen Kontakt herzustellen, jedoch bleibt die Betätigungsspannung die gleiche wie bei der Betätigung eines einzelnen Bereichs. Die parasitäre Aufhängung 2002 Betätigungsspannung muss die zwei Bereiche 2022 und 2024 überwinden, was das Verhältnis der Betätigungsspannung zu der parasitären Betätigungsspannung erheblich verbessert. Das Beugeelement 2018 ist so gestaltet, dass es in der angegebenen Richtung von dem ersten Ende 2014 zu dem zweiten Ende 2016 hin nachgiebig ist. Das Beugeelement 2018 weist eine begrenzte Nachgiebigkeit in der Richtung rechtwinklig zu dem Substrat 2004 auf, weil dies die parasitäre Betätigung negativ beeinflussen würde.
  • Unter Bezugnahme auf 21 und 22 sind unterschiedliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters, allgemein mit 2100 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 21 ist eine Draufsicht auf den Balken des MEMS-Schalters 2100 mit einer Elektrodenverbindung 2102 und einer Kontaktverbindung 2104 vorgesehen. Die Elektrodenverbindung 2102 und die Kontaktverbindung 2104 sind an der oberen Fläche einer strukturellen Schicht 2106 befestigt. Die strukturelle Schicht 2106 ist an einem Ende mit einer Halterung 2108 verbunden.
  • Unter Bezugnahme jetzt auf 22 ist eine Ansicht der Unterseite des Balkens des MEMS-Schalters 2100 vorgesehen. Der MEMS-Schalter 2100 weist einen beweglichen Kontakt 2110, eine bewegliche Elektrode 2112 und einen ersten und einen zweiten Kontaktweg 2114 und 2116 auf, die an der Unterseite des Balkens des MEMS-Schalters 2100 befestigt sind. Der MEMS-Schalter 2100 weist einen einzelnen stationären Kontakt (nicht dargestellt) zur Kontaktierung des beweglichen Kontakts 2110 auf, wenn sich der MEMS-Schalter 2100 in einer "geschlossenen" Position befindet. Der erste und der zweite Kontaktweg 2114 und 2116 umfassen ein leitfähiges Material und sind mit einem beweglichen Kontakt 2110 verbunden. Der erste und der zweite Kontaktweg 2114 und 2116 erstrecken sich durch einen Anker 1208 hindurch und können an einer geeigneten elektrischen Einrichtung (nicht dargestellt) zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und dem stationären Kontakt elektrisch angeschlossen sein, wenn sich der MEMS-Schalter 2100 in einer geschlossenen Position befindet.
  • Unter Bezugnahme auf 23 und 24 sind unterschiedliche Ansichten einer weiteren Ausführungsform eines MEMS-Schalters, allgemein mit 2300 bezeichnet, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 23 ist eine Draufsicht auf den Balken des MEMS-Schalters 2300 mit einer Elektrodenverbindung 2302, einer Kontaktverbindung 2304 und einem ersten und einem zweiten Kontaktweg 2306 und 2608 vorgesehen. Die Bauteile 2302, 2304, 2306 und 2308 sind an der oberen Oberfläche der strukturellen Schicht 2310 befestigt. Die strukturelle Schicht 2310 ist an einem Ende mit einer Halterung 2312 verbunden. Der MEMS-Schalter 2300 weist einen einzelnen stationären Kontakt (nicht dargestellt) zur Kontaktierung eines beweglichen Kontakt 2314 (in 24 dargestellt) auf, wenn sich der MEMS-Schalter 2300 in einer "geschlossenen" Position befindet. Der erste und der zweite Kontakt 2306 und 2308 umfassen ein leitfähiges Material und sind mit einer Kontaktverbindung 2304 verbunden. Der erste und der zweite Kontaktweg 2306 und 2308 erstrecken sich durch einen Anker 2312 und können an einer geeigneten elektrischen Einrichtung (nicht dargestellt) zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und dem stationären Kontakt elektrisch angeschlossen sein, wenn sich der MEMS-Schalter 2300 in einer "geschlossenen" Position befindet.
  • Unter Bezugnahme auf 24 ist eine Ansicht der Unterseite des Balkens des MEMS-Schalters 2300 vorgesehen. Der MEMS-Schalter 2300 weist eine bewegli che Elektrode 2316 und einen dritten und einen vierten Kontaktweg 2318 und 2320 auf, die an der Unterseite des Balkens des MEMS-Schalters 2300 befestigt sind. Der dritte und der vierte Kontaktweg 2318 und 2320 umfassen ein leitfähiges Material und sind mit einem beweglichen Kontakt 2314 verbunden. Der erste und der zweite Kontaktweg 2114 und 2116 erstrecken sich durch einen Anker 1208 und können an der elektrischen Einrichtung (nicht dargestellt) zur Schaffung einer elektrischen Verbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und dem stationären Kontakt elektrisch angeschlossen sein, wenn sich der MEMS-Schalter 2300 in einer geschlossenen Position befindet. Die Kontaktverbindung 2304 ist mit dem beweglichen Kontakt 2314 über Wege (nicht dargestellt) durch die strukturelle Schicht 2310 wie oben beschrieben verbunden. Die elektrische Verbindung zwischen dem stationären Kontakt und den elektrischen Einrichtungen (nicht dargestellt) läuft über die Kontaktwege 2306, 2308, 2318 und 2320. Die mehrfachen Wege zum Führen von Strom vergrößern die Kapazität der Führung von Strom über den Schalter, während die Betätigungsleistung und die Isolationsleistung aufrechterhalten bleiben. Die Elektrodenverbindung 2302, die Kontaktverbindung 2304 und der erste und der zweite Kontaktweg 2306 und 2308 sind geometrisch, thermisch und mechanisch an die bewegliche Elektrode 2316, den beweglichen Kontakt 2314 und die Kontaktwege 2318 bzw. 2320 angepasst.
  • Unter Bezugnahme auf 25 bis 27 sind unterschiedliche Ansichten eines MEMS-Schalters, allgemein mit 2500 bezeichnet, mit einem dreischichtigen Balken gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Unter besonderer Bezugnahme auf 25 ist im Schnitt eine Seitenansicht des MEMS-Schalters 2500 in einer "offenen" Position dargestellt. Der MEMS-Schalter 2500 weist ein Substrat 2502 auf. Das Substrat 2502 weist einen einzelnen stationären Kontakt 2504 und eine stationäre Elektrode 2506 auf, die an einer Oberfläche desselben gebildet sind. Der MEMS-Schalter 2500 weist ferner eine bewegliche Elektrode 2508 und einen beweglichen Kontakt 2510 auf, die an der Unterseite einer strukturellen Schicht 2512 befestigt sind. Die strukturelle Schicht 2512 ist an einem Ende an einem Anker 2514 befestigt.
  • Der MEMS-Schalter 2500 weist ferner eine Kontaktverbindung 2516 auf, die sich im Wesentlichen entlang der Länge der strukturellen Schicht 2512 erstreckt. Die Kontaktverbindung 2516 erstreckt sich hinter den Anker 2514 für eine elektrische Verbindung zu einer elektrischen Einrichtung, die zur Zusammenwirkung mit dem MEMS-Schalter 2500 geeignet ist. Die Kontaktverbindung 2516 ist mit dem beweglichen Kontakt 2510 über die strukturelle Schicht 2512 über einen ersten Verbindungsweg 2518 verbunden. Wenn sich der MEMS-Schalter 2500 in einer "geschlossenen" Position befindet, ist eine elektrische Verbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und dem stationären Kontakt 2504 über die bewegliche Elektrode 2510, den ersten Verbindungsweg 2518 und die Kontaktverbindung 2516 geschaffen.
  • Der MEMS-Schalter 2500 weist ferner eine erste Elektrodenverbindung 2520 und eine zweite Elektrodenverbindung (nicht dargestellt) auf, die an der Oberseite der strukturellen Schicht 2512 befestigt und in der Nähe der Kontaktverbindung 2516 angeordnet sind. Die erste Elektrodenverbindung 2520 und die zweite Elektrodenverbindung sind mit der beweglichen Elektrode 2508 über einen zweiten Verbindungsweg 2522 und einen dritten Verbindungsweg (nicht dargestellt) verbunden. Die erste Elektrodenverbindung 2520 und die zweite Elektrodenverbindung erstrecken sich über den Anker 2514 hinaus zum Anschluss an einer Spannungsquelle 2524.
  • Die Kontaktverbindung 2516 weist einen Elektrodenbereich 2526 und einen Kontaktbereich 2528 auf, die im Wesentlichen so gestaltet sind, dass an die Gestalt und die Abmessungen der beweglichen Elektrode 2508 (in 27 dargestellt) bzw. des beweglichen Kontakts 2510 angepasst sind, die fluchtend an der Unterseite der strukturellen Schicht 2512 vorgesehen sind. Die Kontaktverbindung 2516 weist einen ersten und einen zweiten Verbindungsweg 2530 und 2532 zum Verbinden des Elektrodenbereichs 2526 und eines Kontaktbereichs 2528 miteinander und mit der elektrischen Einrichtung auf.
  • Unter Bezugnahme auf 28 ist eine perspektivische Ansicht des MEMS-Schalters 2500 von oben dargestellt. Wie dargestellt ist eine zweite Elektrodenverbindung 2600 an der mit Bezug auf die erste Elektrodenverbindung 2520 anderen Seite des zweiten Verbindungswegs 2530 angeordnet. Des Weiteren sind der Elektrodenbereich 2526 und der Kontaktbereich 2528 mit einer Gestalt und einer Abmessung in gleicher Weise wie die bewegliche Elektrode 2508 bzw. der bewegliche Kontakt 2510 dargestellt (in 25 und 27 dargestellt). Der MEMS-Schalter 2500 maximiert das Material auf dem elektrischen Verbindungsweg durch Verwendung des größten Teils der Fläche an der Oberseite der strukturellen Schicht 2512 für die Kapazität der Führung von Strom. Ein kleiner Anteil der zur Verfügung stehenden Fläche an der Oberseite wird für eine Elektrodenverbindung zu der beweglichen Elektrode 2508 verwendet. Die elektrische Verbindung läuft von dem stationären Kontakt 2504 zu dem beweglichen Kontakt 2510, über einen Weg über die strukturelle Schicht 2512, zu dem Kontaktbereich 2528 über den ersten Kontaktweg 2530, über den Elektrodenbereich 2526 und über einen zweiten Kontaktweg zu einer elektrischen Einrichtung (nicht dargestellt). Die vergrößerte Querschnittsfläche dieses Wegs verringert den Widerstand und vergrößert die Kapazität der Führung von Strom bei dieser Ausführungsform. Der erste und der zweite Verbindungsweg 2530 und 2532 sind kleiner bemessen als der Elektrodenbereich 2526 und der Kontaktbereich 2528, um die Fehlanpassung der Materialien an der Oberseite und der Unterseite der strukturellen Schicht 2512 zu begrenzen. Das Festlegen der Abmessungen wird in einer Weise durchgeführt, dass der Widerstand oder die Kapazität für Strom nicht begrenzt werden. Die verkleinerte Querschnittsfläche des ersten Kontakts 2530 gegenüber der Querschnittsfläche des Kontaktbereichs 2528 befasst sich mit einer lokalisierten Selbsterhitzung, die einen Beitrag zu der Kontaktkraft leisten kann. Die elektrische Verbindung zwischen den Verbindungswegen (2504, 2510, 2528, 2530 und 2532) und der beweglichen Elektrode 2508 wird durch die Dicke der strukturellen Schicht 2512 aufrechterhalten.
  • Die Schaltergestaltung kann in einem geeigneten Verfahren hergestellt werden, um die Produktion eines einzelnen Schalters wie in 1 bis 24 dargestellt oder die Produktion von Schaltern zu ermöglichen, die verschiedene Anordnungen aufweisen.
  • Es selbstverständlich, dass verschiedene Details der Erfindung verändert werden können, ohne den Umfang der Erfindung zu verlassen. Die oben beschriebenen Schalterausführungsformen können bei Auslegerbalken, doppelt abgestützten Balken, Platten oder den Fachleuten bekannten anderen Schaltergeometrien bekannter Art Anwendung finden. Des Weiteren dient die vorstehende Beschreibung ausschließlich dem Zweck der Erläuterung und nicht dem Zweck eine Einschränkung – die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.

Claims (17)

  1. Mikroskalierter elektrostatisch betätigter Schalter mit einer beweglichen dreischichtigen Mikrokomponente, wobei der Schalter (100; 800; 900) aufweist: a) ein Substrat (924) einschließlich einer stationären Elektrode (916) und eines daran angebrachten stationären Kontakts (918, 920); b) eine elastische strukturelle Schicht (808; 904) einschließlich von zumindest einem Ende (808; 904), welches bezügliche dem Substrat (924) fixiert ist, einem über dem Substrat (924) aufgehängten Bodenoberfläche und einer der Bodenoberfläche gegenüberliegenden oberen Oberfläche; c) einer beweglichen Elektrode (912), die an der Bodenoberfläche der elastischen strukturellen Schicht (808; 904) angebracht ist, wobei die bewegliche Elektrode (912) von der stationären Elektrode (916) durch einen ersten Zwischenraum getrennt ist; und wobei die bewegliche Elektrode (912) neben dem zum einen Ende (808; 904) positioniert ist; d) eine Elektrodenverbindung (802; 908), die an der oberen Oberfläche der elastischen strukturellen Schicht (808; 904) angebracht ist und mit der beweglichen Elektrode (912) zur elektrischen Kommunikation verbunden ist; e) einen beweglichen Kontakt (914, 930, 932), der an der Bodenoberfläche der elastischen strukturellen Schicht (808; 904) angebracht ist, wodurch der bewegliche Kontakt (914, 930, 932) von dem stationären Kontakt (918, 920) durch einen zweiten Zwischenraum getrennt ist; und f) eine Kontaktverbindung (804; 910), welche auf der oberen Oberfläche der elastischen strukturellen Schicht (808; 904) gebildet ist und mit dem beweglichen Kontakt (914, 930, 932) zur elektrischen Kommunikation verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die bewegliche Elektrode (912) im Wesentlichen einen Bereich der Bodenoberfläche überdeckt, welcher den beweglichen Kontakt (914, 930, 932) umgibt.
  2. Schalter nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Elektrode (912) und die Elektrodenverbindung (802; 908) im Wesentlichen gleiche jeweilige Koeffizienten der thermischen Ausdehnung aufweisen.
  3. Schalter nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Kontakt (914, 930, 932) und die Kontaktverbindung (804; 910) im Wesentlichen gleiche jeweilige Koeffizienten der thermischen Ausdehnung aufweisen.
  4. Schalter nach Anspruch 1, wobei die stationäre Elektrode (916) ein metallisches Material aufweist.
  5. Schalter nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Elektrode (912) im Wesentlichen die Bodenoberfläche der elastischen strukturellen Schicht bedeckt.
  6. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenverbindung (802; 908) im Wesentlichen die obere Oberfläche der elastischen strukturellen Schicht bedeckt.
  7. Schalter nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Elektrode (912) und die Elektrodenverbindung (802; 908) im Wesentlichen gleich dimensioniert sind und miteinander auf gegenüberliegenden Oberflächen der elastischen strukturellen Schicht ausgerichtet sind.
  8. Schalter nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Kontakt (914, 930, 932) und die Kontaktverbindung (804; 910) im Wesentlichen gleich dimensioniert sind und miteinander auf gegenüberliegenden Oberflächen der strukturellen elastischen Schicht ausgerichtet sind.
  9. Schalter nach Anspruch 1, wobei die elastische strukturelle Schicht (808; 904) ein zweites Ende aufweist, dass frei bezüglich des Substrats (924) aufgehängt ist.
  10. Schalter nach Anspruch 1, wobei die bewegliche Elektrode (912) ein Metallmaterial aufweist.
  11. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenverbindung (802; 908) im Wesentlichen einen Bereich einer zweiten Oberfläche der elastischen strukturellen Schicht überdeckt.
  12. Schalter nach Anspruch 1, wobei die elastische strukturelle Schicht (808; 904) ein nichtleitendes Material aufweist.
  13. Schalter nach Anspruch 1, wobei die elastische strukturelle Schicht (808; 904) weiterhin einen verengten Bereich aufweist, welcher die Elektrodenverbindung (802; 908) die bewegliche Elektrode (912) mit der Kontaktverbindung (804; 910) und den beweglichen Kontakt (914, 930, 932) verbindet.
  14. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Kontaktverbindung (804; 910) weiterhin eine Kontaktroute aufweist, die sich zu dem zumindest einen Ende (808; 904) zum Anschließen an eine elektrische Vorrichtung erstreckt.
  15. Schalter nach Anspruch 1, wobei die Kontaktverbindung (804; 910) weiterhin zumindest eine erste und zweite Kontaktroute aufweist, welche sich zu dem zumindest einen Ende (808; 904) zum Anschließen an eine elektrische Vorrichtung erstreckt, wobei die Kontaktrouten sich auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenverbindung (802; 908) erstrecken.
  16. Schalter nach Anspruch 1, wobei der bewegliche Kontakt (914, 930, 932) weiterhin eine Kontaktroute aufweist, welche sich zu dem zumindest einen Ende zum Anschließen an eine elektrische Vorrichtung erstreckt.
  17. Schalter nach Anspruch 16, wobei die Kontaktverbindung weiterhin einen Kontakt aufweist der sich zu dem zumindest einen Ende zum Verbinden mit der elektrischen Vorrichtung erstreckt.
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