DE69433173T2

DE69433173T2 - Vorrichtung, die ein Eingangssignal beeinflusst

Info

Publication number: DE69433173T2
Application number: DE69433173T
Authority: DE
Inventors: Bradley M. Kanack
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1993-07-27
Filing date: 1994-07-27
Publication date: 2004-06-03
Anticipated expiration: 2014-07-28
Also published as: KR950004554A; EP0637042A2; KR100344159B1; JPH0821967A; CN1115067A; TW266327B; US5526172A; CA2128769A1; EP0637042A3; DE69433173D1; EP0637042B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine mikrominiaturisierte, monolithische, einstellbare elektrische Vorrichtung und insbesondere eine solche Vorrichtung, die aus einem "Grundbaustein" gebildet ist, der einen räumlichen Lichtmodulator auf der Grundlage verformbarer Spiegel ("SLM": spatial light modulator (engl.)) umfasst, der als ein Kondensator oder Schalter arbeitet.
STAND DER TECHNIK
Ein räumlicher Lichtmodulator (SLM) besteht aus einer Anordnung von kleinen Spiegeln oder Reflektoren, wovon jeder in der Lage ist, als ein selektives, Licht reflektierendes Bildelement zu wirken. Jedes Bildelement bzw. Pixel reflektiert einfallendes Licht längs eines Pfads, der von der Stellung oder Orientierung seines Spiegels abhängt. Typisch ist jeder Bildelement-Spiegel (z. B. durch Auslenken oder Verformen) zwischen einer ersten Normalstellung oder -orientierung und einer oder mehreren zweiten Stellungen oder Orientierungen beweglich. In nur einer Stellung, entweder in der Normalstellung oder in einer der zweiten Stellungen, lenkt jedes Bildelement das einfallende Licht längs eines ausgewählten Pfads zu einem primären Licht empfangenden Ort, beispielsweise in ein optisches System, und von dort auf eine Anzeigefläche oder auf lichtempfindliches Papier. Bei allen anderen Bildelement-Spiegelpositionen wird das einfallende Licht nicht längs des ausgewählten Pfads zum primären Ort, sondern vielmehr entweder zu einem sekundären Ort oder zu einer "Lichtsenke", die das Licht absorbiert oder ausschaltet, gelenkt, weshalb es den Licht empfangenden Ort nicht erreicht.
Es könnte eine Bildelement-Anordnung benutzt werden, um einfallendes Licht in einem Muster zum sekundären Ort zu reflektieren. Eine Bildelement-Anordnung könnte die Form einer quadratischen oder einer anderen orthogonalen Matrix annehmen. In diesem Fall könnte die Stellung jedes Bildelement-Spiegels, die durch zugeordnete Adressierungseinrichtungen individuell steuerbar ist, in einer rasterierten Abbildung verändert werden, um eine Bilddarstellung zu erhalten; siehe die gemeinsam übertragenen US-Patente 5 079 544, 5 061 049, 4 728 185 und 3 600 798. Siehe außerdem die US-Patente 4 356 730, 4 229 732, 3 896 338 und 3 886 310. Eine Bildelement-Anordnung könnte auch andere Formen annehmen, beispielsweise jene einer Rechteckmatrix, deren Länge viel größer als ihre Breite ist. In diesem letzteren Fall könnten die Stellungen der Bildelement-Spiegel, die durch die ihnen zugeordneten Adressierungseinrichtungen bestimmt sind, individuell, selektiv verändert werden, so dass das reflektierte Licht eine Zeile von Zeichen nahezu gleichzeitig auf ein lichtempfindliches Papier druckt; siehe die gemeinsam übertragenen US-Patente 5 101 236 und 5 041 851. In beiden Fällen sowie in weiteren Anwendungsumgebungen ermöglichen entsprechende Anordnungen und Konfigurationen von Bildelementen/Spiegeln räumlichen Lichtmodulatoren, Licht in amplitudendominanten oder phasendominanten Modi zu modulieren.
Es gibt wenigstens vier Arten von räumlichen Lichtmodulatoren: elektrooptische, magnetooptische, Flüssigkristall- und auslenkbare (oder verformbare) Spiegel. Die letztere Art, oftmals als DMD, auslenkbare (oder verformbare) Spiegelvorrichtung oder digitale Mikrospiegelvorrichtung (Digital Micromirror Device (engl.)) bezeichnet, umfasst eine mikromechanische Anordnung von elektronisch adressierbaren Spiegelelementen. Die Spiegelelemente sind Reflektoren, von denen jeder individuell beweglich (z. B. auslenkbar oder verformbar) ist, etwa durch Drehen, Verformen oder eine kolbenartige Auf- und Abwärtsbewegung in selektiv reflektierende Konfigurationen. Wie weiter oben angemerkt worden ist, bildet jeder Spiegel ein Bildelement, das zu einer mechanischen Bewegung (Auslenkung oder Verformung) in Reaktion auf ein elektrisches Eingangssignal in der Lage ist. Licht, das auf jeden Spiegel fällt, könnte durch Reflexion von jedem selektiv be wegten oder positionierten Spiegel gezielt in seiner Richtung und/oder Phase moduliert werden. Bisher haben räumliche Lichtmodulatoren mit digitalen Mikrospiegelvorrichtungen (DMD-SLMs) bei der optischen Korrelation (z. B. Van-der-Lugt-angepasste-Filter-Korrelatoren), bei der Spektralanalyse, der optischen Kreuzschienen-Umschaltung, dem Auslöschen von Frequenzen, bei hochauflösenden Anzeigen (z. B. Fernsehen), der Anzeige und der Anzeigeprojektion, der Xerographie und bei neuronalen Netzwerken Anwendung gefunden.
Es gibt verschiedene Spezies der Art "DMD-SLM", einschließlich des Ausleger- und Torsionsarm-Typs vom elastomeren Typ und des Membran-Typs. Eine vierte Spezies von DMD-SLMs, die strukturell mit den beiden Armtypen, operational jedoch mit den Elastomer- und Membrantypen verwandt ist, ist der so genannte Biegeträger-Typ. Ein Adressieren – d. h. ein selektives Bewegen – der Bildelemente der DMD-SLMs ist durch das Einspeisen eines Elektronenstrahls, auf optischem Wege oder, wie derzeit bevorzugt wird, mittels monolithischer, integrierter Dünnschicht- oder Hybridschaltungen, die MOS-, CMOS- und funktional ähnliche Vorrichtungen umfassen, erzielt worden.
Insbesondere ist festgestellt worden, dass es zweckmäßig ist, unter Verwendung herkömmlicher MOS/CMOS-Verfahrenstechniken zur Herstellung von Adressierschaltungen in oder auf einem Substrat (typisch Silicium) integrierte Adressierschaltungen monolithisch mit den Bildelementen herzustellen, wobei die Bildelemente über dem Substrat mit Zwischenraum angeordnet sind. Die Adressierschaltungen können flächenhaft und von ihren entsprechenden Bildelementen bedeckt sein, um das Eindringen von Licht in das Innere zu beschränken, wodurch die Lichtbeugung durch die Adressierschaltungen und das Substrat verringert wird. Die Adressierschaltungen könnten die Bildelementpositionen auf analoge, bistabile (binäre) oder Tri-State-Art beeinflussen.
Ausleger- und Torsionsarm-Typen von DMD-SLMs umfassen jeweils einen verhältnismäßig dicken Spiegel (wegen der Steifheit und einer geringen Nachgiebigkeit) oder ein reflektierendes Metallorgan, der bzw. das typisch an seinen Kanten durch ein oder zwei verhältnismäßig dünne (wegen einer starken Nach giebigkeit) Auslegerarme (oder Federn) oder Torsionsarme (oder Federn) gehalten wird, mit denen er bzw. es einteilig ausgebildet ist. Jeder Spiegel wird konstruktiv durch seine Auslegerarme gehalten und ist durch ein Abstandsstück oder durch einen Tragpfosten, mit dem die Arme verbunden sind oder an dem sie befestigt sind, von seiner zugeordneten Adressierschaltung und von einer Steuer- oder Adressierungselektrode getrennt, die ein Teil der Adressierschaltung ist oder von dieser gesteuert wird.
Bei Abwesenheit einer auslenkenden Kraft, die auf jeden Spiegel oder jedes Metallelement einwirkt, wird der Spiegel durch seinen Arm bzw. seine Arme in seiner normalen Position gehalten. Wenn die Steuer- oder Adressierungselektrode stromdurchflossen ist, dadurch, dass die Adressierschaltung eine Spannung an diese anlegt, bewegt das sich ergebende elektrische Feld einen Abschnitt des Spiegels längs der Feldlinien zur Elektrode ausgerichtet. Eine solche Bewegung resultiert aus der Coulomb-Kraft oder elektrostatischen Anziehung des Abschnitts des Spiegels zur Elektrode (oder weniger typisch einer Abstoßung von der Elektrode). Ein einseitiges Biegen oder ein Torsionsbiegen tritt bevorzugt an den dünnen Armen auf. Ein derartiges Biegen speichert potentielle Energie in den Armen, die mit dem ausgelenkten Spiegel verbunden sind. Die gespeicherte potentielle Energie, die das Bestreben hat, den Spiegel in seine normale Position zurückzubewegen, wird wirksam, um eine solches Zurückbewegen zu erzielen, wenn die Steuer- oder Adressierungselektrode ihn nicht länger anzieht (oder zurückstößt).
Wenn die Adressierschaltung und ihre Steuer- oder Adressierungselektrode in oder auf dem Substrat ausgebildet sind, könnte ein ebnender organischer Photoresist durch Schleudern auf das Substrat aufgebracht werden. Auf der glatten Oberfläche des Photoresists wird eine dünne Metallschicht, etwa aus Aluminium, gebildet und die Schicht wird bemustert, um Vorläufer der Spiegel und der ihnen zugeordneten Arme zu bilden. Die Dicke des Spiegel-Vorläufers, jedoch nicht des Arm-Vorläufers, könnte durch gezieltes Ablagern, Maskieren, Ätzen und verwandte MOS/CMOS-ähnliche Verfahren vergrößert werden. Der Photoresist wird unter dem Spiegel- und unter dem Arm-Vorläufer entfernt, um einen Luftschacht oder Luftspalt zwischen jedem Spiegel einerseits und seinen Adressierungselektroden und dem Substrat andererseits zu bilden.
Während der Auslenkung bewegen sich die angezogenen Spiegelabschnitte in die Luftspalte hinein und aus diesen heraus. Die Richtung, die von dem reflektierten, einfallenden Licht genommen wird, hängt von der Stellung oder Orientierung jedes Spiegels und folglich vom Erregungszustand der zugeordneten Steuer- oder Adressierungselektrode ab. Bei diesem Typ von DMD-SLM sind und bleiben die dicken Spiegel verhältnismäßig eben, wobei ihre Stellungen oder Orientierungen in Bezug auf das einfallende Licht und den Licht empfangenden Ort gezielt verändert werden, um den Weg des reflektierten Lichts zu bestimmen.
Ein früher DMD-SLM-Typ, der elastomere Typ, enthält eine metallisierte, verhältnismäßig dicke Elastomerschicht. Ein späterer, verwandter DMD-SLM-Typ umfasst eine verhältnismäßig dünne, metallisierte Polymermembran, die über ein Abstandshaltergitter oder eine andere Trägerstruktur gespannt ist. Die nicht verformte ebene Elastomerschicht trennt die Metallschicht darauf von der darunter liegenden Adressiereinrichtung. Das Abstandshaltergitter bewirkte einen Luftspalt oder einen Zwischenraum zwischen den als Gitter dargestellten Segmenten der normalerweise nicht verformten und ebenen Membran und den entsprechenden darunter liegenden Adressiereinrichtungen. Jedes Segment der Metallschicht auf dem Elastomer und der Membran bildet ein Bildelement. Das Ansprechen einer Steuer- oder Adressierungselektrode, die jeder Metallschicht jedes Metallschichtsegments zugeordnet ist, zieht das Metallschichtsegment elektrostatisch an (oder stößt es ab), so dass sich das zugeordnete, normalerweise ebene Elastomer- oder Membransegment aus seiner üblichen, nicht verformten, ebenen Konfiguration krummlinig und in Richtung auf die Elektrode zu (oder von der Elektrode weg) verformt, woraufhin das krummlinig verformte Metallsegment als ein sphärischer, parabolischer oder anders gewölbter Miniaturspiegel wirksam wird.
Durch das Verformen speichern das Elastomer und die Membran potentielle Energie. Das Ausschalten der Steuer- oder Adressierungselektrode ermöglicht der in dem Elastomer und dem Membransegment gespeicherten potentiellen Energie, dieses in seine normale, ebene Konfiguration rückspringen zu lassen. Auffallendes Licht, das von jedem Miniaturspiegel reflektiert wird, könnte in einen verhältnismäßig schmalen Kegel konzentriert werden, der rotationssymmetrisch ist. Jedem Bildelement könnte deshalb eine Schlierenblende zugeordnet sein, die eine einzige mittige Verdunkelung mit einer solchen Position und Größe aufweist, dass das von den ebenen oder unmodulierten Pixelspiegeln reflektierte Licht geblockt wird. Die modulierten, gewölbten oder verformten Bildelement-Spiegel lenken einen kreisförmigen Lichtfleck auf die Ebene der Blende; der Fleck ist auf die mittige Verdunkelung der Blende zentriert, jedoch größer als diese und durchläuft deshalb eine ausgewählte Richtung und erreicht einen ausgewählten Ort.
Wie DMD-SLMs vom Armtyp sind jüngst auch DMD-SLMs vom Membrantyp durch Bilden einer hybriden integrierten Baueinheit hergestellt worden, die eine Anordnung von verhältnismäßig dicken, voneinander getrennten, ebenen Bildelement-Spiegeln mit geringer Nachgiebigkeit umfasst, wovon jeder von verhältnismäßig dünnen Elementen mit großer Nachgiebigkeit gehalten wird. Die Elemente könnten wie in der Vergangenheit metallisierte Segmente einer Polymermembran oder voneinander getrennte metallisierte Polymermembranen sein. Typischer sind die Elemente Segmente einer nachgiebigen Metallmembran oder dünner, dehnbarer und stark nachgiebiger Vorsprünge, die mit ihren Spiegeln verbunden oder einteilig ausgebildet sind. Die Metallvorsprünge (oder Metallmembran, was der Fall sein könnte) ordnen die Spiegel mit einem ersten Zwischenraum über einem Silicium- oder einem anderen Substrat an, in oder auf dem Adressierschaltungen ausgebildet sind. Die tiefer liegenden Adressierschaltungen sind durch Luftspalte von ihren zugeordneten Bildelement-Spiegeln getrennt, wenn sich die Letzteren in ihren normalen Positionen befinden. Wenn eine Adressierschaltung entsprechend stromdurchflossen ist, dann wird ihr Bildelement-Spiegel durch die elektrostatische oder Coulomb-Anziehung zum Substrat hin verlagert oder ausgelenkt. Wenn die Spiegel und die Metallmembran oder die Metallvorsprünge ähnlich dünn sind, verformt sich der verlagerte Spiegel krummlinig. Wenn die Spiegel erheblich dicker als die umgebende Metallmembran oder die Metallvorsprünge sind, bleibt jeder verlagerte Spiegel im Wesentlichen eben, während sich die Metallvorsprünge (oder die Metallmembran) sofort dehnen und verformen, um den Spiegeln zu ermöglichen, in einer kolbenartigen Art und Weise nach oben und nach unten ausgelenkt zu werden. Das resultierende Auslenkmuster der krummlinigen oder quer verlagerten Spiegel erzeugt ein entsprechendes Amplituden- oder Phasenmodulationsmuster für das reflektierte Licht.
Ein DMD-SLM vom Biegeträger-Typ weist einen verhältnismäßig dicken, ebenen Spiegel auf, der von mehreren verhältnismäßig dünnen Ausleger-Torsions-Armen gehalten wird. Bei einem beispielhaften Biegeträger-Typ eines DMD-SLM ist der Spiegel ein Rechteck oder ein Quadrat, und jeder Arm erstreckt sich teilweise längs einer entsprechenden Seite des Spiegels von einem Abstandsstück oder Tragpfosten zu einer Ecke des Arms. Bei diesem Typ von SLM erstrecken sich die Arme parallel zu den Spiegelseiten, während sich bei Ausleger- und Torsions-Arm-SLMs die Arme typisch im Allgemeinen senkrecht zu den Seiten des Spiegels oder im spitzen Winkel von diesen weg erstrecken.
Wenn ein Spiegel einer Biegeträger-Vorrichtung von seiner Steuer- oder Adressierungselektrode angezogen wird, erfährt der Arm primär ein einseitiges Biegen und sekundär ein Torsionsbiegen, wodurch eine kolbenartige Bewegung oder Auslenkung des ebenen Spiegels mit einem sehr leichten Schwenken des ebenen Spiegels um eine Achse parallel zur Richtung der kolbenartigen Auslenkung und senkrecht zu dem Spiegel bewirkt wird.
Weitere allgemeine Informationen zu SLMs könnten aus einem Aufsatz von Larry J. Hornbeck mit dem Titel "Deformable-Mirror Spatial Light Modulators", vorgestellt während der SPIE Critical Review Series, Spatial Light Modulators and Applications III, in San Diego, CA, am 7.–8. August 1989 und erschienen in: Bd. 1150, Nr. 6, S. 86–102 der entsprechenden Veröffentlichung, entnommen werden.
Alle DMD-SLMs umfassen eine Anordnung von individuell beweglichen (auslenkbaren oder verformbaren) Spiegeln, Bildelementen oder Licht reflektierenden Oberflächen. Wie in dem gemeinsam übertragenen US-Patent 5 061 049 erörtert ist, ist erkannt worden, dass DMDs außerdem nämlich Luftspalt-Kondensatoren umfassen. Diese Tatsache, d. h. dass ein Spiegel eines DMD-SLMs und ein entsprechender Abschnitt des Substrats des DMD-SLMs die zwei Platten eines Luftspalt-Kondensators bilden, ist auch im US-Patent 5 172 262 erwähnt, das einen elektrostatisch auslenkbaren Arm-SLM offenbart. Offensichtlich ist jedoch der kapazitive Charakter der DMD-SLMs in erster Linie für die Analyse der Funktionsweise der DMDs betrachtet worden. Das bedeutet, obwohl die optischen Eigenschaften von DMD-SLMs genutzt worden sind und weiterhin genutzt werden, sind sehr wenige Untersuchungen zur Nutzung des inhärenten elektrischen oder nicht Licht reflektierenden Charakters dieser Vorrichtungen durchgeführt worden.
Es wird ferner auf das US-Patent 4 617 608 verwiesen, das einen einstellbaren Kondensator offenbart. Der Kondensator umfasst einen ersten Körper mit einer ersten Elektrode, die auf einer Oberfläche davon ausgebildet ist, einen zweiten Körper, der über dem ersten Körper angebracht ist, wobei der zweite Körper einen in diesem ausgebildeten Hohlraum, der über der ersten Elektrode angeordnet ist und der eine der ersten Elektrode gegenüberliegende Oberfläche und eine zweite Elektrode, die auf der Oberfläche des Hohlraums gegenüber der ersten Elektrode ausgebildet ist, aufweist, wobei wenigstens einer der Körper biegsam ist, so das der Körper verformt und der Spalt zwischen den Elektroden verändert werden kann, während der Spalt im nicht verformten Zustand nicht größer als 30 μm ist.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer mikrominiaturisierten, monolithischen, einstellbaren elektrischen Vorrichtung, wie etwa eines Kondensators oder eines Schalters, der einen DMD qua oder Schalter umfasst, sowie verschiedener Apparate, die eine derartige Vorrichtung umfassen oder enthalten. Apparate, die einstellbare DMD-Vorrichtungen verwenden, wie etwa Kondensatoren und Schalter, umfassen Übertragungsleitungen (wie etwa Mikrostreifenleiter mit einstellbarer Impedanz), einstellbare Impedanzanpassungs-, Transformations- und Filternetzwerke, frequenzagile oder eine einstellbare Impedanz aufweisende Antennen (einschließlich Patch-, Spiral- und Schlitzantennen), die bezüglich der Abstrahlungsmuster, Frequenz und Wellenlänge abstimmbar sind, frequenzagile oder eine einstellbare Impedanz aufweisende Koppler (einschließlich symmetrischer, asymmetrischer und ringförmiger Hybride), einstellbare FIN-Leitungen, die Wellenleitern zugeordnet sind, Wellenleiter an sich, Schalter für Lichtwellenleiter und elektrische Übertragungsleitungen, Schaltbetriebs-Controller, um beispielsweise Hochfrequenzoszillatoren abzustimmen, zu kompensieren oder zu steuern, oder Echtzeit-Verzögerungsnetzwerke für Antennen mit phasengesteuerter Anordnung. Auf Grund der Funktionsweise der DMDs könnten verschiedene Apparate, in denen von DMDs abgeleitete Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung enthalten sind, digital oder selektiv einstellbar oder abstimmbar sein.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Anbetracht der oben genannten sowie weiteren Aufgaben sieht ein Aspekt der vorliegenden Erfindung eine mikrominiaturisierte, monolithische, einstellbare elektrische Vorrichtung zur Beeinflussung eines Eingangssignals mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vor.
Die Befestigungsvorrichtung könnte eine metallische oder elastomere Membran sein oder bilden und könnte einteilig mit der das Eingangssignal anlegenden Vorrichtung ausgebildet sein. Außerdem könnte die Befestigungsvorrichtung einen Torsionsarm oder einen Auslegerarm umfassen oder könnte ein Biegesystem sein, das aus mehreren kombinierten Ausleger- und Torsionsarmen hergestellt ist. Das Auslenken des Elements könnte drehend oder kolbenartig erfolgen.
Auch könnte die Befestigungsvorrichtung ein isolierendes Abstandsstück oder einen leitfähigen Pfosten enthalten, um den Arm oder die Membran zu halten, der bzw. die darin einen Schacht ausgebildet hat, der sich unter dem Element befindet. Das Abstandsstück oder der Pfosten ist vorzugsweise monolithisch mit den übrigen Elementen ausgebildet. Das Element bewegt sich in den Schacht und aus dem Schacht heraus, wenn es zum Substrat und vom Substrat weg ausgelenkt wird.
In einer Ausführungsform ist die Steuerelektrode ein Bereich des Substrats selbst und das Steuersignal wird zwischen dem Substratbereich und dem Element angelegt. Die Vorrichtung zum Anlegen des Eingangssignals umfasst einen leitfähigen Eingabepfad und einen leitfähigen Ausgabepfad, die einander gegenüberliegend mit dem Element verbunden sind, so dass das Eingangssignal das Element durchläuft. Insbesondere könnte das Steuersignal zwischen dem Substratbereich und einem der leitfähigen Pfade, die mit dem Element verbunden sind, angelegt werden. In dieser Ausführungsform könnte der Substratbereich geerdet und der Kondensator wirksam im Nebenschluss zum Eingangssignal betrieben werden.
In einer weiteren Ausführungsform trägt eine elektrisch isolierende, dielektrische Schicht auf dem Substrat die Steuerelektrode und isoliert sie vom Substrat. Das Steuersignal wird zwischen der Steuerelektrode und dem Element angelegt. Die Vorrichtung zum Anlegen des Eingangssignals umfasst einen leitfähigen Eingangspfad, der mit dem Element verbunden ist, und einen leitfähigen Ausgangspfad, der von dem Element in Richtung seiner Auslenkung beabstandet angeordnet ist. Der Ausgangspfad wird auf dem Substrat und von diesem isoliert getragen, so dass das Eingangssignal durch das Element an den Ausgangspfad angelegt wird, der als eine Platte des Kondensators wirksam wird. Das Steuersignal könnte zwischen der Steuerelektrode und dem leitfähigen Eingangspfad angelegt werden. In dieser Ausführungsform könnte der Kondensator wirksam in Reihe mit dem Eingangssignal geschaltet sein.
Typisch ist das Eingangssignal zeitlich veränderlich, während das Steuersignal eine Frequenz aufweist, die im Wesentlichen niedriger als jene des Eingangssignals ist. Vorzugsweise ist das Steuersignal im Wesentlichen nicht zeitlich veränderlich. Allerdings ist die Frequenz des Eingangssignals vorzugsweise hoch genug in Bezug auf die Resonanzfrequenz des Elements, so dass das Element nicht in Reaktion darauf ausgelenkt werden kann und im Wesentlichen hinsichtlich des Eingangssignals "blind" ist, soweit die Auslenkung betroffen ist. Im Gegensatz dazu ist die Frequenz des Steuersignals niedrig genug, so dass der Arm gleichzeitig zu diesem ausgelenkt wird. Außerdem sind das Eingangssignal und das Steuersignal vorzugsweise überlagert.
Der Betrag, die Frequenz, der Modus und weitere Merkmale der Bewegung des Elements könnten gezielt eingestellt werden. Ein Einstellen könnte beispielsweise durch ein gezieltes Beseitigen von Material von dem Element (um seine Masse und seine Fläche zu verringern oder um seine Nachgiebigkeit zu verändern) erreicht werden. Ein solches Beseitigen könnte unter Verwendung konzentrierter Lichtenergie beispielsweise von einem Laser-Trimmer ausgeführt werden.
Der Kondensator der vorliegenden Erfindung könnte als ein Element oder als ein Teil in irgendeiner der Vorrichtungen, die in dem Abschnitt aufgeführt sind, der dieser Zusammenfassung vorhergeht, enthalten sein, so dass die Impedanz und die mit der Impedanz zusammenhängenden Eigenschaften der Vorrichtungen gezielt verändert werden könnten.
Unter einem breiter gefassten Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine mikrominiaturisierte, monolithische, einstellbare elektrische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Eingangssignals in Reaktion auf ein Steuersignal vor. Die Vorrichtung weist die Merkmale des Anspruchs 54 auf.
In bevorzugten Ausführungsformen des breiter gefassten Aspekts erzeugt das Anlegen des Steuersignals an das Element ein darauf einwirkendes elektrostatisches Feld. Das Feld bewegt das Element aus der ersten Position heraus.
Eine besondere Vorrichtung, die sich aus den breiter gefassten Aspekten der Erfindung ergibt, ist eine einstellbarer Kondensator, bei dem das bewegliche Element eine Platte des Kondensators ist, wobei die Bewegung des Elements die Kapazität des Kondensators verändert. Es könnten sowohl das Eingangssignal als auch das Steuersignal an das Element angelegt werden. Der Pfad, der von dem Eingangssignal genommen wird, könnte parallel oder in Reihe zu der veränderbaren Kapazität sein. Vorzugsweise erfolgt die Bewegung des Kondensators auf das Substrat zu, um die Kapazität von einem Minimalwert ausgehend zu erhöhen, obwohl die Bewegung auch vom Substrat weg erfolgen könnte, um die Kapazität von einem Maximalwert ausgehend zu verringern.
Eine weitere besondere Vorrichtung, die sich aus den breiter gefassten Aspekten der Erfindung ergibt, ist ein Wellenleiter. Bei dem Wellenleiter bildet das bewegliche Element in seiner ersten Position einen koplanaren Abschnitt der inneren Oberfläche des Wellenleiters. Die Bewegung des Elements aus der ersten Position heraus erfolgt vom Substrat und von der Wellenleiterwand weg. Eine derartige Bewegung verringert wirksam den Querschnitt des Wellenleiters längs einer Linie, die im Allgemeinen parallel zur Linie der Bewegung des Elements ist.
Das Eingangssignal könnte zeitlich veränderlich sein und das Element könnte in Bezug auf die Zeit unterschiedlich ausgelenkt werden. Die Frequenz der Auslenkung des Elements ist in bevorzugten Ausführungsformen unabhängig von der Frequenz des Eingangssignals, wobei sie vorzugsweise niedriger als die Frequenz des Eingangssignals ist. Wenn das Element mit einer Frequenz ausgelenkt wird, die im Wesentlichen der Frequenz des Eingangssignals gleich ist, ergibt sich ein nichtlinearer Kondensator. Die Auslenkung könnte um oder in Bezug auf eine erste, normale Position des Elements erfolgen, die durch das Steuersignal eingestellt wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine verallgemeinerte seitliche Schnittansicht eines einstellbaren elektrischen Kondensators gemäß den Prinzipien der vorliegenden Endung, wobei der Kondensator aus einem elastomeren DMD-SLM-Typ gebildet ist;
2 ist eine verallgemeinerte seitliche Schnittansicht zweier Typen einstellbarer elektrischer Kondensatoren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, wobei die Kondensatoren aus zwei DMD-SLMs vom Membran-Typ gebildet sind;
3 ist eine schematische Darstellung eines DMD-SLMs, der als einstellbarer Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird und elektrisch so angeschlossen ist, dass er als Nebenschluss- oder Parallelkapazität wirksam wird;
4 ist eine schematische Darstellung eines DMD-SLMs, der als einstellbarer Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet wird und elektrisch so angeschlossen ist, dass er als Serienkapazität wirksam wird;
5 ist eine graphische Darstellung eines Steuersignals und eines Eingangssignals, die an die einstellbaren Kondensatoren der 3 und 4 angelegt werden, gegen die Zeit;
6 ist eine verallgemeinerte Draufsicht auf einen Teil eines Membrantyps eines einstellbaren Kondensators, ähnlich demjenigen, der auf der linken Seite in 2 sowie in den 4, 7–9 und 18-25 gezeigt ist, der eine Struktur enthält, um als einstellbarer Serienkondensator gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung betrieben zu werden, wie mit Bezug auf 4 beschrieben wird;
7 ist eine verallgemeinerte seitliche Schnittansicht eines Membrantyps eines einstellbaren Kondensators, die im Allgemeinen längs der Linie 7-7 in 8 genommen ist, wobei der einstellbare Kondensator jenen, die in den 2–4, 6, 9 und 18-25 gezeigt sind, ähnlich ist, wobei er Abstandsstücke verwendet, die eher jenen, die in den 2–4 gezeigt sind, als den Pfosten, die in den 9 und 18 gezeigt sind, ähnlich sind, wobei der Kondensator Vorrichtungen aufweist, um zu gewährleisten, dass ein erheblicher Teil des Kondensators eher eben bleibt als sich wie in den 2–4, 6, 20 und 25(b) krummlinig zu verformen;
8 ist eine verallgemeinerte Draufsicht auf den in 7 gezeigten Membrantyp des einstellbaren Kondensators, wobei Teile des Kondensators weggebrochen worden sind, um seine Elementarbestandteile besser zu veranschaulichen;
9 umfasst eine verallgemeinerte seitliche Schnittansicht eines Membrantyps eines DMD-SLMs, der einstellbare Kondensatoren in einer An und Weise benutzt, die jener der Verwendung der in den 2 und 7 gezeigten DMD-SLMs ähnlich ist, wobei ihre Membran eher durch Pfosten als durch die Abstandsstücke der 2 und 7 gehalten wird und die verformte Membran durch geeignete Vorrichtungen eben gehalten wird;
10 ist eine verallgemeinerte seitliche Schnittansicht eines Auslegerarm-Typs von DMD-SLM, der als einstellbarer elektrischer Kondensator verwendet wird;
11 ist eine verallgemeinerte, seitliche Schnittansicht eines Auslegerarm-Typs von DMD-SLM, der als einstellbarer Kondensator in einer Art und Weise verwendet wird, die der Verwendung des in 10 gezeigten DMD-SLMs ähnlich ist, wobei seine Arme und Drehgelenke eher durch leitfähige Pfosten als durch die in 10 gezeigten Abstandsstücke gestützt werden;
12 ist eine verallgemeinerte, seitliche Schnittansicht eines Auslegerarm-Typs eines einstellbaren Kondensators ähnlich jenen, die in den 10 und 11 gezeigt sind, wobei er isolierende Abstandsstücke verwendet, die eher jenen, die in 7 gezeigt sind, als den in den 3 und 4 gezeigten Pfosten ähnlich sind;
13 umfasst verallgemeinerte Draufsichten von zwei verschiedenen Auslegerarm-Typen von DMD-SLM, die als einstellbare Kondensatoren verwendet werden, wobei die Ansichten der 10 und 12 im Allgemeinen längs der Linie 10,12-10,12 in 13 genommen sind;
14 umfasst verallgemeinerte Draufsichten von vier verschiedenen Torsionsarm-Typen von DMD-SLM, die als einstellbare Kondensatoren verwendet werden;
15 umfasst eine verallgemeinerte Draufsicht auf einen Biegeträger-Typ von DMD-SLM, der als ein einstellbarer Kondensator verwendet wird, wobei die Ansichten der 16 und 17 im Allgemeinen längs der Linie 16,17-16,17 in 15 genommen sind;
die 16 und 17 sind verallgemeinerte, seitliche Schnittansichten eines Biegeträger-Typs von DMD-SLM, die im Allgemeinen längs der Linie 16,17-16,17 in 15 genommen sind, wobei sie jeweils einen einstellbaren Kondensator gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, der ein Element in einer normalen Position (16) hat, wobei sich das Element in einer Position befindet, die sich aus seiner Anziehung zur Steuerelektrode (17) ergibt;
die 18(a) und 18(b) sind jeweils eine seitliche Schnittansicht und ein Grundriss eines Membran-Typs von DMD-SLM, der als Schalter für eine Übertragungsleitung verwendet wird;
19 ist eine seitliche Schnittansicht eines Membran-Typs von DMD-SLM, der als einstellbarer Kondensator verwendet wird und sowohl einen leitfähigen Pfosten (des in 9 gezeigten Typs) als auch ein isolierendes Abstandsstück (des in 7 gezeigten Typs) benutzt, um die Membran zu stützen;
20 zeigt jeweils eine seitliche Schnittansicht und Grundrisse mehrerer Membrantypen von DMD-SLMs, die als Streifenleitungen mit einstellbarer Impedanz verwendet werden;
21 zeigt verallgemeinerte Grundrisse von vier abstimmbaren, frequenzagilen Kopplern, die jeweils mehrere DMD-SLMs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwenden;
22 zeigt allgemein eine Perspektivansicht einer frequenzagilen und musteragilen Patch-Antenne, die mehrere DMD-SLMs gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung enthält;
23 zeigt eine veralgemeinerte seitliche Schnittansicht und einen Grundriss einer FIN-Leitung, die Anordnungen von DMD-SLMs enthält, die als einstellbare Kondensatoren zum Abstimmen der FIN-Leitung betrieben werden;
24 ist eine veralgemeinerte Perspektivansicht einer Anordnung von einstellbaren Kondensatoren, die gemäß der vorliegenden Erfindung DMD-SLMs umfassen, wobei die Anordnung bei einem Wellenleiter-Mikrostreifenleiter-Übergang verwendet wird; und
25 ist eine perspektivische und vergrößerte Seitenansicht eines Teils davon, wobei beide Ansichten die Verwendung mehrerer DMD-SLMs veranschaulichen, die als bewegbare Elemente betrieben werden, um die elektrischen Eigenschaften eines Wellenleiters zu verändern, in den die Elemente eingebaut sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft mikrominiaturisierte, monolithische Vorrichtungen 40, 50, 60, 70, 80 und 160 der jeweils in den 2–4 und 6–9, den 10–13, 14, den 15–17, 8 und 19 gezeigten Typen. Die Vorrichtungen 40, 50, 60 und 70 sind einstellbare elektrische Kondensatoren; die Vorrichtung 80 ist ein elektrischer oder optischer Schalter. Die Vorrichtungen 40, 50, 60, 70 und 80 sind aus elementaren DMD-SLMs 40', 50', 60', 70' und 80' gebildet, die wie weiter unten beschrieben modifiziert oder verwendet werden und elektrisch auf sehr vielfältige Weise betrieben werden, beispielsweise so, wie allgemein in den 3 und 4 veranschaulicht ist. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem die Verwendung der Kondensatoren 40, 50, 60, 70, 80 und 160 in Apparaten, wie in den 20–25 veranschaulicht ist.
Die 2–17 sind verallgemeinerte Darstellungen einer Auswahl von elementaren DMD-SLMs 40', 50', 60' und 70', deren Strukturen als Grundbausteine für die veränderbaren Kondensatoren 40, 50, 60 und 70 der vorliegenden Erfindung dienen. 1 zeigt einen elementaren DMD-SLM 30' eines Typs, der nicht vorteilhaft so beschaffen ist, dass er als ein einstellbarer Kondensator 30 gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden könnte, der jedoch bei Bedarf entsprechend angepasst werden könnte. 1 wird jedenfalls zur Veranschaulichung einiger Prinzipien der vorliegenden Erfindung verwendet, die in den 2-25 verkörpert sind.
1 zeigt einen Elastomertyp eines elementaren DMD-SLMs 30', der eine verhältnismäßig dicke Elastomerschicht 31 aufweist, die eine verformbare, verhältnismäßig dünne, abgelagerte Metallschicht oder Membran 32 trägt. Wenn die DMD 30' als solche verwendet wird, ist die Metallschicht 32 stark Licht reflektierend. Die Schichtmembranen 31 und 32 sind auf einem Silicium- oder einem anderen geeigneten Substrat 33 über einer Adressierschaltung, die nur allgemein als 35 angegeben ist, mittels üblichen Verfahrenstechniken für integrierte Hybrid/MOS-/CMOS-Schaltungen usw. abgelagert. Die Schaltung 35 könnte in und/oder auf dem Substrat 33 ausgebildet sein und umfasst beabstandet angeordnete Steuer- oder Adressierungselektroden 36a. Wie in den übrigen DMD-SLMs 40', 50', 60' und 70' könnten die Steuerelektroden 36a, obwohl sie als auf der oberen Oberfläche des Substrats 33 angeordnet dargestellt sind, in dem Substrat 33 als unabhängige leitfähige Pfade oder als entsprechend dotierte Regionen "vergraben" oder integriert sein. Die elastomere Schicht 31 besitzt eine normale oder erste Dicke T, welche die Metallschicht oder Membran 32 in einem normalen, ersten Abstand D von der Oberseite des Substrats 33 entfernt und in einem Abstand d über den Steuerelektroden 36a, die dadurch gestützt werden, hält (wobei D und d gleich sind, wenn die Elektroden 36a vergraben sind). In Abhängigkeit sowohl von den Materialien der Schichten und der Membranen 31 und 32, des Substrats 33 und der Steuerelektroden 36a als auch von der An der Adressierschaltung 35 könnten die Elektroden 36a durch eine elektrisch isolierende Schicht 37 elektrisch isoliert vom Substrat 33 angeordnet sein, wobei die isolierende Schicht ein Oxid des Materials des Substrats 33 oder ein anderes Oxid oder isolierendes Material sein könnte.
Wenn eine Steuerelektrode 36a stromführend ist, so dass sie und das unmittelbar darüber liegende Segment 38 der Metallschicht oder Membran 32 hinreichend große Potentiale entgegengesetzter Polarität aufgeprägt haben, ganz gleich, ob dies mittels der Adressierschaltung 35, die auf die Steuerelektrode 36a einwirkt, oder anderweitig erreicht wird, könnte die elektrostatische Kraft zwischen dem Segment 38 und der Elektrode 36a das Segment 38 in Richtung der Elektrode 36a anziehen (oder von der Elektrode 36a abstoßen). Durch diese Anziehung (oder Abstoßung) wird das Segment 38 zur Elektrode 36a hin (oder von der Elektrode 36a weg) bewegt oder krummlinig ausgelenkt, wodurch sich die Dicke des dazwischenliegenden Materials der elastomeren Schicht 31 auf D und d, wie in 1 gezeigt ist, erhöht (oder verringert). Als eine andere Möglichkeit könnten Potentiale der gleichen Polarität sowohl an die Steuerelektrode 36a als auch an das darüber liegende Segment 38 angelegt werden, um eine elektrostatische Abstoßungskraft dazwischen zu erzeugen, welche die Abstände D und d eher vergrößern als verringern wird.
Folglich wird in Abhängigkeit vom Zustand, stromführend oder abgeschaltet, der Steuerelektroden 36a und von der Polarität sowohl der Elektroden 36a als auch ihres zugeordneten Segments 38 die Dicke des Elastomers 31 über der Elektrode 36a vermindert (oder vergrößert) und zwischen benachbarten Elektroden 36a vergrößert oder vermindert. Wenn die Elektroden 36a abgeschaltet sind, befinden sich die Schichten oder Membranen 31 und 32 in ihren normalen, ersten Positionen. Die erste Position der Metallschicht oder Membran 32 ist durch eine gestrichelte Linie 39 angegeben. Wenn die Membranen 31 und 32 durch ein anziehendes elektrostatisches Feld aus der ersten Position 39 heraus verformt werden, wird in ihnen potentielle Energie gespeichert. Die gespeicherte potentielle Energie hat das Bestreben, die Membranen 31 und 32 in ihre normalen, ersten, im Allgemeinen ebenen Positionen 39 zurückzubringen. Wenn eine stromführende Elektrode 36a abgeschaltet wird, bringt die in dem Segment 38 und den unmittelbar umgebenden Abschnitten der Membranen 31 und 32 diese zur normalen Planheit zurück.
Die Oberlächenveränderungen der Metallschicht 32, die durch einen gezielten Stromfluss durch die Steuerelektroden 36a bewirkt werden, könnten verwendet werden, um einfallendes Licht in der Amplitude oder Phase zu modulieren, wenn die elementare DMD 30' als solche verwendet wird.
Obwohl ein Aufprägen von Spannungen mit der gleichen Polarität auf die Elektroden 36a und ihre zugeordneten Segmente 38 bewirkt, dass sich die Segmente 38 aus ihren ersten Positionen 39 entweder auf die Steuerelektroden 36a zu oder von diesen weg bewegen, wird der Rest der Beschreibung den Schwerpunkt auf aufgeprägte Spannungen verschiedener Polaritäten legen, welche die Bewegung der Segmente 38 der Membranen 32 (oder ihrer funktionalen Gegenstücke) in Richtung der Elektroden 36a bewirken. Ferner könnte, wie deutlich werden wird, wenn einem Element, etwa einem Segment 38, eine Spannung aufgeprägt wird, eine anziehende Spannung entgegengesetzter Polarität entweder (a) auf dem entsprechenden anderen Element, hier einer Steuerelektrode 36a, induziert werden oder (b) direkt über eine unabhängige Einrichtung (wie etwa die Adressierschaltung 35) direkt an das andere Element angelegt oder diesem aufgeprägt werden. Die Spannungen – anziehend oder abstoßend – an jedem Segment 38 und seiner Elektrode 36a könnten entsprechend durch die Adressierschaltung 35 bewirkt werden.
In 1 könnten eine Ausgangselektrode 36b und ein entsprechendes überlagerndes Segment 38 der Metallschicht 32 als die Platten eines einstellbaren Kondensators 30 mit parallelen Platten angesehen werden. Insbesondere ist das Segment 38 die bewegliche Platte oder das bewegliche Element, und die Elektrode 36b ist die unbewegliche Platte. Die Elektrode 36b könnte an ihre entsprechende Steuerelektrode 36a auf dem Substrat 33 angrenzen, wie in 1 gezeigt ist, wobei die Elektrode 36b hinter der Elektrode 36a in der Ebene der Figur ist. Das Dielektrikum zwischen den gegeneinander beweglichen Kondensatorplatten 36b und 38 ist das Elastomer 31. Alternativ könnte die Funktion der Elektrode 36b vom Substrat 33 erfüllt werden, wenn es leitfähig genug ist, oder von einer leitfähigen Region, die darin ausgebildet ist, wenn das Substrat 33 nicht leitfähig genug ist. Wie weiter unten beschrieben ist, könnte die Elektrode 36b fehlen und die Steuerelektrode 35a könnte ihre Funktion übernehmen. Da der Abstand zwischen den Kondensatorplatten 36b, 38 einstellbar ist, ist der Kondensator 30 einstellbar. Bisher ist davon ausgegangen worden, dass die elektrischen Steuersignale, die an die Steuerelektroden 36a und die Segmente 38 der Metallmembran 32 zum Einstellen der Kapazität des Kondensators 30 angelegt werden, unabhängig von irgendeinem elektrischen Eingangssignal und ohne dieses zu beeinflussen angelegt werden könnten, wobei dieses elektrische Eingangssignal nur durch den Kondensator 30 (d. h. den Kondensator 36b, 38) beeinflusst werden soll und umgekehrt. Techniken, um auf diese Weise die Signale an die einstellbaren Kondensatoren 40, 50, 60 und 70 anzulegen, sind weiter unten beschrieben. Es genügt, hier anzumerken, dass dann, wenn jedes Segment 38 der Metallmembran 32 als bewegliche Platte eines einstellbaren Parallelplattenkondensators unabhängig von seinen benachbarten einstellbaren Kondensatoren 30 betrieben wird, nebeneinander liegende Segmente 38 elektrisch isoliert sein sollten, beispielsweise dadurch, dass die Metallschicht 32 in Bereichen davon, die über den Zwischenräumen zwischen jedem Elektrodenpaar 36a und 36b liegen, unterbrochen ist. Wenn sich die Elektrodenpaare 36a, 36b in einer Anordnung davon befinden, könnte eine entsprechende Anordnung von einstellbaren Kondensatoren 30 durch ein Raster von Trennungsflächen (nicht gezeigt) in der Metallschicht 32 gebildet sein. Ferner sollte beachtet werden, dass die einzelnen Segmente 38 der Metallschicht 32 der Anordnung einstellbarer Kondensatoren 30 im makroskopischen Sinne als eine "Oberfläche" aufweisend betrachtet werden könnten, die verteilte veränderbare Kondensatoren besitzt, wie später beschrieben wird, wobei diese "Oberfläche" einen Teil der Oberfläche einer Vielzahl von Apparaten, wie etwa einer Übertragungsleitung, eines Kopplers, einer Antenne, einer FIN-Leitung oder eines Wellenleiters, bilden könnte.
Folglich veranschaulicht 1 den elementaren DMD-SLM 30', der früher verwendet worden ist, um Licht zu modulieren, in der Funktion eines einstellbaren Kondensators 30, und, wie bisher, als eine Vorrichtung mit einem Element (dem Segment 38), das in Bezug auf ein ortfestes Element (die Elektroden 36 und/oder das Substrat 33) relativ beweglich ist.
Wie weiterhin aus 1 ersichtlich ist, bilden, wenn die elektrischen Steuersignale an die Steuerelektroden 36a und das Segment 38 angelegt sind, das Segment oder die bewegliche Kondensatorplatte 38 auf der linken Seite und ihre Ausgangselektrode oder unbewegliche Kondensatorplatte 36b einen Kondensator 30, der von weiteren, angrenzenden Kondensatoren 30 unabhängig ist. Von einem Eingangsleiter 38i, der elektrisch mit einem Ende des Segments 38 verbunden ist, könnte ein Eingangssignal an das Segment 38 angelegt werden. Wenn der Kondensator 30 (oder 36b, 38) das Eingangssignal auf dem Leiter 38i, zu dem er parallel ist, beeinflussen soll, könnte ein Ausgangsleiter 38_OP , der mit dem anderen, gegenüberliegenden Ende des Segments 38 elektrisch verbunden ist, vorgesehen sein. Das Eingangssignal wird, wenn es das Segment 38 durchquert, durch den Kondensator 30 (oder 36b, 38) in einer Art und Weise beeinflusst, die durch die Kapazität des Kondensators 30 bestimmt ist, die durch den Abstand zwischen dem Segment 38 und der Elektrode 36b (und letztlich durch die Polaritäten der Spannungen und den Spannungsunterschied zwischen dem Segment 38 und der Steuerelektrode 36a) bestimmt ist Diese Funktion des Kondensators 30, die in 1(a) schematisch dargestellt ist, könnte ein Erden der Elektrode 36b erfordern, wie unter 36g gezeigt ist. Die Funktion der Elektrode 36b könnte vom Substrat 33 oder von einer leitfähigen Region erfüllt werden, die im Substrat 33 ausgebildet ist, das gegebenenfalls geerdet sein könnte.
Wenn der Kondensator 30 (36b, 38) seriell auf ein Eingangssignal auf dem Leiter 38i einwirken soll, wird ein Ausgangsleiter 36_OS , der mit der Elektrode 36b elektrisch verbunden ist, vorgesehen (der Leiter 38_OP und die Erdung 36g könnten weggelassen werden). In 1(b) ist diese Funktion des Kondensators 30 schematisch dargestellt.
2 veranschaulicht nebeneinander liegende DMDs 40' vom Membrantyp, die jeweils als eine einstellbare Kapazität 40 verwendet werden. Ein möglicher Typ der DMD 40', der etwas ungünstig mittels MOS-, CMOS- und anderen Verfahren herzustellen ist, ist rechts gezeigt, wobei er eine Variante von 1 umfasst, die eine dünne Polymermembran 41 besitzt, die mit einer dünnen, verformbaren Membranschicht aus Metall 42 bedeckt ist. In einer stärker bevorzugten Form enthält die DMD 40' nur eine dünne, verformbare, selbsttragende dünne Metallschicht oder -membran 42, wie auf der linken Seite der 2 gezeigt ist; die Polymermembran 41 ist weggelassen. Die Metallschicht oder -membran 42 (und die Polymermembran 41, falls vorhanden) wird über einem Substrat 43, ähnlich dem Substrat 33, durch Abstandsstücke 44 gehalten. In typischen DMDs 40' dieses Typs liegen die Abstandsstücke 44 auf einem orthogonalen Raster. Eine Adressierschaltung, die allgemein unter 45 gezeigt ist und eine Steuerelektrode 46a enthält, ist der Metallmembran 42 jeder Fläche unterschichtet, die durch das Raster der Abstandsstücke 44 definiert ist. Die Adressierschaltungen 45 und ihre Elektroden 46a könnten ihren Gegenstücken 35 und 36a von 1 ähnlich sein. Um eine Unübersichtlichkeit zu vermeiden, sind die Ausgangselektroden 46b, die den Elektroden 36b physikalisch ähnlich sind, nicht gezeigt. Wo es erforderlich ist, könnten die Elektroden 46a, 46b durch eine Isolierschicht 47 ähnlich der Schicht 37 in 1 vom Substrat 43 elektrisch isoliert sein. Das Segment 48 jeder Metallschicht 42, das direkt auf seinen Elektroden 46a und 46b liegt, könnte durch Anlegen einer entsprechenden Potentialdifferenz zwischen dem Segment 48 und der Elektrode 46a zu solchen Elektroden 46a und 46b hin angezogen (oder von diesen weg abgestoßen) werden. Dieses Anziehen (oder Abstoßen) bewegt das Segment 48 oder lenkt es krummlinig aus, wobei gleichzeitig die Metallmembran 42 aus ihrer ersten Position oder normalen, ebenen Konfiguration heraus, die durch die gestrichelte Linie 49 angegeben ist, verformt wird.
Wie die elementare DMD 30' so könnte auch die elementare DMD 40' als ein einstellbarer Kondensator 40 angesehen und verwendet werden. Das Dielektrikum zwischen der unbeweglichen Platte, der Elektrode 46b, und der beweglichen Platte, der Metallmembran 42, könnte eher Luft oder ein anderes zweckdienliches Medium als das Elastomer 31 sein. Wie bei dem Kondensator 30 sollten dann, wenn die einzelnen Segmente 48 der Metallmembran 42 als unabhängig bewegliche Platten von unabhängigen, einstellbaren Kondensatoren 40 betrieben werden sollen, die Segmente 48 voneinander elektrisch isoliert sein, etwa durch Ausbilden eines Musters von Trennungsflächen (nicht gezeigt) in der Metallschicht 42, das mit dem Muster der Abstandsstücke 44 deckungsgleich ist.
Wie an einer früheren Stelle angemerkt worden ist, sind in einigen elementaren DMDs 40' des Standes der Technik die Abstandsstücke 44 in einem Raster, so dass ein Stromfluss durch eine Steuerelektrode 46a zu einer Konfiguration des entsprechenden Segments 48 der Membran 42 in einer sphärischen oder ander weitig gekrümmten Art und Weise führt. Es ist nicht notwendig, diese gekrümmte Konfiguration zu erhalten, wenn die Segmente 48 so beschaffen sind, dass sie als bewegliche oder auslenkbare Platten von einstellbaren Luftspalt-Kondensatoren wirksam werden. In der Tat könnte das Erzeugen der gekrümmten Konfiguration die Analyse der Kapazität des sich ergebenden Kondensators 40 (46b, 48) eher schwierig machen und, was wichtiger ist, erfordern, dass die Potentialdifferenz über jedem Segment 48 und seiner entsprechenden Steuerelektrode 46a übermäßig hoch sein muss. Wie weiter unten ausführlicher erörtert ist, verwendet jeder Kondensator 40 vorzugsweise ein Paar paralleler Abstandsstücke 44 und nicht ein Kästchen-Raster davon. Auf diese Weise wird jedes Segment 48 der Membran 42 nur an zwei einander diametral gegenüber liegenden Seiten davon, nicht vollständig rings um den Umfang des Segments 48 unterstützt. Folglich sind niedrigere Spannungen erforderlich, um eine bestimmte Auslenkung des Segments 48 der Membran 42 und daher einen bestimmten Kapazitätswert zu erzielen. Trennungsflächen in der Membran 42, um die einzelnen Kondensatoren 40 unabhängig voneinander zu machen, könnten mit den Abstandsstücken 44 deckungsgleich sein.
Mit Bezug auf die 3-5 wird nun die Funktionsweise der elementaren DMD 40' des linken Teils der 2 beschrieben, die als ein einstellbarer Kondensator 40 verwendet wird. Wie deutlich werden wird, sind die durch diese Figuren veranschaulichten Prinzipien auf andere elementare DMDs übertragbar. Die folgende Beschreibung geht davon aus, dass die Membran 42 von ihren benachbarten Membranen 42 in der Anordnung elementarer DMDs 40' elektrisch unabhängig ist, so dass jeder Kondensator 40 in der Kondensatoranordnung unabhängig von seinen benachbarten Kondensatoren 40 ist. Ob eine solche Unabhängigkeit durch Ausbilden der zuvor erwähnten Trennungsflächen (nicht gezeigt) in der Metallschicht 42 oder anderweitig erzielt wird, etwa durch einen entsprechenden Stromfluss durch die Elektroden 46 oder durch Techniken der elektrischen Isolierung, ist für die vorliegende Erfindung unerheblich.
In 3 ist die normale Position der Membran 42 dargestellt, während ihre Position während der Anziehung oder Auslenkung in Richtung der Elektrode 46a durch eine gestrichelte Linie 100 dargestellt ist. (Die Linie 100 würde nach oben gekrümmt sein, wenn die Membran 42 von der Steuerelektrode 46a und der Ausgangselektrode 46b weggestoßen würde.) 3 veranschaulicht den Kondensator 40 in einer Parallel- oder Nebenschlußschaltung (siehe auch 1(a)), und das Bezugszeichen 40P wird verwendet, um den auf diese Weise angeschlossenen Kondensator 40 zu bezeichnen. Wie weiter unten erläutert wird, braucht in der Ausführungsform von 3 die isolierende Schicht 47 von 2 nicht erforderlich zu sein. Insbesondere, wie deutlich werden wird, ist die unbewegliche Platte des Kondensators 40P, hier entweder das Substrat 43 oder die Elektrode 46b, die sich auf solchem Substrat 43 befindet, geerdet, wie unter 101 gezeigt ist, so dass es eine Kondensator-Masse-Verbindung zwischen Masse und der beweglichen oder auslenkbaren Membran 42 des Kondensators 40P gibt. Von einer Steuersignalquelle 104 wird ein veränderbares Steuersignal 102 an die Membran 42 angelegt, wie durch den Pfad 106 zwischen der Quelle 104 und einem Eingang 108 angegeben ist, der schematisch als in 110 mit der Schicht 42 verbunden dargestellt ist. Die Quelle 104 könnte ebenfalls in 112 mit Masse verbunden sein.
Das veränderbare Steuersignal 102 könnte eine "Niederfrequenzspannung" V_C sein, die eine Gleichspannung sein könnte, deren Höhe und/oder relative Einschaltdauer veränderbar ist bzw. sind. So wie "Niederfrequenzspannung" hier verwendet wird, ist eine Spannung gemeint, die eine Frequenz aufweist, die in Bezug auf die Resonanzfrequenz des beweglichen Abschnitts der Membran 42, der zwischen den Abstandsstücken 44 gehalten wird, d. h. das Segment 48, hinreichend niedrig ist, so dass die Membran 42 eines Kondensators 40P, an welche das Steuersignal 102 angelegt wird, im Stande ist, sich nahezu unverzögert zu bewegen oder im Wesentlichen gleichzeitig damit ausgelenkt zu werden. Falls das Signal 102 eine Gleichspannung ist (Frequenz = 0), bleibt die Membran 42 unbeweglich und der veränderbare Kondensator 40P unverändert. Wenn das Steuersignal 102 zeitlich veränderlich ist und sich die Membran 42 im Gleichlauf dazu bewegt, ist der Kondensator zeitlich 40P zeitlich veränderlich.
Insbesondere wird dann, wenn eine Steuerspannung 102 zwischen der Membran 42 und entweder dem darunter liegenden Abschnitt des Substrats 43 (der als eine Steuerelektrode wirkt) oder der Steuerelektrode 46a anliegt, ein elektrostatisches Feld im Zwischenraum zwischen der Membran 42 und dem Substrat 43 oder der Elektrode 46a erzeugt. Falls das Steuersignal 102 eine Gleichspannung ist, wie in 5 gezeigt ist, ist das resultierende elektrostatische Feld nicht zeitlich veränderlich, was dazu führt, dass die Membran 42 aus ihrer normalen, ersten Position in Abhängigkeit von der Höhe der Spannung zum Substrat 43 oder zur Elektrode 46a hin (oder weg) bewegt oder ausgelenkt wird. Eine solche Bewegung oder Auslenkung verringert (oder vergrößert) den Abstand zwischen der Membran 42 und dem Substrat 43 oder der Elektrode 46a. Da die Kapazität eines Parallelplattenkondensators umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den Platten 42, 43 oder 42, 46a davon ist, führt diese Verringerung (oder Vergrößerung) des Abstands zu einer Vergrößerung (oder Verringerung) der Kapazität des Kondensators 40P. Ein Aufheben des Steuersignals 102 ermöglicht der mechanischen Energie, die in der Membran 42 gespeichert ist (infolge ihrer Verformung und Auslenkung), die Membran 42 in ihre normale, ebene Position zurückzubringen, die die minimale (oder maximale) Kapazität des Kondensators 40P darstellt, wenn die Entfernung zwischen den Platten 42 und 43 oder 42 und 46a davon maximal (oder minimal) ist. Folglich ist die Kapazität des Kondensators 40P vom Steuersignal 102 abhängig. Wenn die Polarität der Spannungen an der Membran 42 und an dem Substrat 43 oder an der Elektrode 46a gleich ist, bewegt ein zunehmender Spannungsunterschied die Membran 42 aus ihrer Position maximaler Kapazität heraus in eine Position, in welcher der Kondensator 40P eine niedrigere Kapazität hat.
Was die Bestimmung der Resonanzfrequenz und anderer mechanischer Eigenschaften der Membran 42 anbelangt – Eigenschaften, wie etwa, ohne Einschränkung, die Größe, die Konfiguration der Flächen und die Masse der Membran 42, die Verformbarkeit und die Dicke der Membran 42; die Dicke und der Elastizitätsmodul und/oder die Federkonstante der Membran 42 und die An und Stärke der Stützung der Membran 42, so gibt es einen Bereich von Frequenzen, begin nend mit null (wobei die Frequenz null die Gleichspannung ist), der ermöglichen wird, dass sich die Membran 42 im Wesentlichen gleichzeitig mitbewegt oder ausgelenkt wird. Das bisher Gesagte ist allgemein für eine niederfrequente Spannung mit praktisch beliebiger Wellenform richtig. Fachleute werden in der Lage sein, leicht zu bestimmen, was eine "niederfrequente" Steuerspannung 102 für eine gegebene Membran darstellt. In bevorzugten Ausführungsformen ist das Steuersignal 102 entweder eine Gleichspannung, deren Amplitude gezielt veränderbar ist, oder eine Gleichspannung mit einer konstanten Amplitude, deren relative Einschaltdauer (Ein/Aus-Zeit) gezielt veränderbar ist. Diese Typen von Steuersignalen 102 führen dazu, dass der Kondensator 40P praktisch als ein veränderbarer linearer Kondensator arbeitet. Wenn die Steuerspannung 102 mit einer hinreichend niedrigen Frequenz zeitlich veränderlich ist, um der Membran 42 zu ermöglichen, gleichzeitig dazu ausgelenkt und "nicht ausgelenkt" zu werden, arbeitet der Kondensator 40P praktisch als ein einstellbarer Kondensator.
Der einstellbare Kondensator 40P soll auf ein Eingangssignal 114 einwirken. Das Eingangssignal 114, eine zeitlich veränderliche Spannung, hat in Bezug auf das Steuersignal 102 vorzugsweise eine "hohe Frequenz". Hierbei bedeutet "hochfrequentes" Eingangssignal 114 ein Signal mit einer Frequenz, die so hoch ist, dass in Anbetracht der mechanischen und übrigen Eigenschaften der Membran 42, die die Resonanzfrequenz bestimmen, wie weiter oben beschrieben worden ist, die Membran 42 in Reaktion darauf nicht wesentlich bewegt oder ausgelenkt werden kann. Das heißt vereinfacht ausgedrückt: Die mechanische Trägheit der Membran 42 ist zu groß und die zeitlichen Veränderungen im Eingangssignal 114 sind zu schnell, als dass die Membran 42 darauf reagieren würde. Im Wesentlichen kann die Membran 42 das hochfrequente Eingangssignal 114 nicht "wahrnehmen".
Das Eingangssignal 114, vorzugsweise in Form einer hochfrequenten Spannung V, wie weiter oben erörtert worden ist, wird von einer Quelle 116 über einen Pfad 118 an einen Eingang 108 und an die Membran 42 angelegt. Ein Ausgang 120 ist in 122 mit der Membran 42 verbunden. Die Quelle 116 ist in 112 geerdet.
Das Steuersignal 102 und das Eingangssignal 114 könnten am Eingang 108 überlagert und gleichzeitig an der Membran 42 anliegend sein, wie in 5 gezeigt ist.
Unter der Annahme, dass das Signal des Ausgangs 120 an eine (nicht gezeigte) Anwendungsschaltung, von der es verwertet wird, angelegt wird oder anderweitig verwertet wird, stellt die niederfrequente Steuerspannung 102 die Entfernung zwischen dem Segment 48 der Membran 42 und dem Substrat 43 oder der Ausgangselektrode 46b ein, wodurch die Erdkapazität des Kondensators 40P, dessen Platten die Membran 42 (bewegliche Platte) und das Substrat 43 oder die Elektrode 46b (unbewegliche Platte) sind, eingestellt wird. Die eingestellte Erdkapazität beeinflusst die Impedanz des Pfads 118-108-42-120 und folglich das Eingangssignal 114. Das Eingangssignal 114 hat keine Wirkung auf die Auslenkung der Membran 42 und folglich keine Wirkung auf die Kapazität des Kondensators 40P, wie an früherer Stelle erläutert worden ist. Das überlagerte Signal könnte erfasst, demoduliert oder bei Notwendigkeit hinter dem Ausgang 120 gefiltert werden, um Komponenten, die das niederfrequente Steuersignal 102 repräsentieren, davon zu entfernen.
Die Stärke oder die relative Einschaltdauer des Steuersignals 102 könnte gezielt verändert werden, um gezielt die Kapazität des Kondensators 40P und die Impedanz des Eingangs 108 zu verändern. Diese Veränderungen könnten "manuell" oder "automatisch" erfolgen. Eine automatische Veränderung könnte bewerkstelligt werden, indem die Steuerspannung 102 in Reaktion auf eine Rückkopplung, die mit dem Wert des Signals am Ausgang 120 oder mit einem woanders abgeleiteten Signal, beispielsweise von einer Anwendungsschaltung, die mit dem Ausgangs 120 verbunden ist, in Beziehung stehen könnte, verändert wird. Folglich könnte eine Rückkopplung vom Ausgang 122 oder von der Anwendungsschaltung automatisch ein Einstellen des Kondensators 40P bewirken, um Signale am Ausgang 122 oder in der Anwendungsschaltung zu erzielen oder aufrechtzuerhalten (oder zielgerichtet zu beeinflussen). Das manuelle und automati sche Einstellen des Steuersignals 102 wird durch das Bezugszeichen 123 angezeigt, das an dem Steuerungspfeil der Signalquelle 104 angebracht ist.
Veränderungen der Kapazität des Kondensators 40P in 3 könnten durch das Wirken der Adressierschaltung 45 erzielt werden. Die Adressierschaltung 45 könnte beispielsweise die Impedanz des Pfads zur Masse 101 des Substrats 43 oder der Elektrode 46b beeinflussen, diesen schaffen oder unterbrechen, wodurch der Betrag der Auslenkung, der von der Membran 42 für eine gegebene Steuerspannung V_C erreicht wird, beeinflusst wird. Die Beeinflussung der Impedanz des Pfads zur Masse 101 könnte zur Folge haben, dass die Adressierschaltung 45 eine Impedanz oder elektrische Signale zu dem Pfad addiert oder von diesem subtrahiert, wie von Fachleuten nachzuvollziehen sein wird.
In alternativen Ausführungsformen könnte die Frequenz des Eingangssignals 114 derart sein, dass sich die Membran 42 in Reaktion darauf bewegt. Dies führt dazu, dass der Kondensator 40P als ein nichtlinearer Kondensator arbeitet, dessen Kapazität C(t) sich mit der Frequenz des Eingangssignals 114 V(t) verändert.
4 zeigt eine Serienschaltung eines veränderbaren Kondensators 40, demzufolge mit 40S bezeichnet, wobei Bezugszeichen, die jenen ähnlich sind, die in 3 benutzt worden sind, verwendet werden, um ähnliche Elemente zu bezeichnen. In 4 ist der einstellbare Kondensator 40S der vorliegenden Erfindung in Reihe mit dem Eingangssignal 114. In 4 ist ein Ausgang 124 mit der unbeweglichen Kondensatorplatte, d. h. der Ausgangselektrode 46b (oder einem anderen Leiter), verbunden, wie unter 128 gezeigt ist, wobei die Elektrode 46b auf gleiche Weise wie die Elektrode 46b in 3 ausgebildet sein könnte. Anders als in der Situation von 3, wo die Elektrode 46b (falls vorhanden) oder das Substrat 43 als unbewegliche Platte des Kondensators 40P wirksam wird und nur während des Ladens des Kondensators 40P Strom führt, muss die unbewegliche Platte 46b des Kondensators 405, die als die Ausgangselektrode 46b umfassend gezeigt ist, ständig Strom zum Ausgang 124 leiten. Dieses erforderliche Leiten von Strom verlangt, dass die Ausgangselektrode 46b durch die Isolierschicht 47 vom Substrat 43 isoliert ist. Statt der einzelnen Steuerelektrode 46a von 3 sind in 4 zur Veranschaulichung zwei Steuerelektroden 46a auf der Schicht 47 angeordnet dargestellt. Selbstverständlich könnten sich zwei oder mehr Ausgangselektroden 46b und zwei oder mehr Steuerelektroden 46a auf der Schicht 47 befinden, wobei diese Elektroden 46a, 46b überlappend, gefingert ineinandergreifend oder anders räumlich in Zusammenhang gebracht sein können, wenn dies erforderlich oder erwünscht ist.
Die Kapazität des Kondensators 40S in 4 wird durch das Steuersignal 102 eingestellt, vorzugsweise eine niederfrequente Spannung (wie oben definiert), die an die Membran 42 angelegt wird, um ein elektrisches Feld zwischen der Membran 42 und den Steuerelektroden 46a zu erzeugen, die in 130 geerdet sind. Der Betrag der Auslenkung der Membran 42 bestimmt die Veränderung der Kapazität des Kondensators 40S. Das Eingangssignal 114, vorzugsweise eine hochfrequente Spannung (wie oben definiert), wird durch die Kapazität beeinflusst, hat jedoch keine Wirkung auf die Auslenkung der Membran 42 oder folglich auf die Größe des Kondensators 405. Das Eingangssignal 114 wird nämlich an einen Pfad 108-42-46b-124 angelegt, dessen Impedanz von dem Wert, der von dem Kondensator 40S angenommen wird, und der Frequenz des Signals 114 abhängt. Wie bei dem Kondensator 40P könnte die Adressierschaltung 45 die Steuerelektroden 46a oder die Ausgangselektrode 46b beeinflussen, und in diesem Fall werden entsprechende Verbindungen (nicht gezeigt) zwischen diesen Elementen 45, 46a und 46b hergestellt. Sowohl eine geeignete Streckenführung dieser Verbindungen und der verschiedenen Pfade 101, 106, 108, 118, 120, 124 und 130 sowie geeignete Positionen der verschiedenen Verbindungen 110, 122 und 128 als auch die Verfahren, um diese zu erzielen, könnten jene sein, die durch geeignete Verfahren des Standes der Technik zur Herstellung von MOS-, CMOS- oder anderen hybriden, integrierten, monolithischen, mikrominiaturisierten Schaltungen oder Modifikationen davon, die Fachleuten bekannt sind, verkörpert sind. Das Gleiche gilt selbstverständlich in Bezug auf die Ausführungsformen, die hier in weiteren Figuren gezeigt sind.
Eine besondere Ausführungsform des in 4 verallgemeinert dargestellten Kondensators 40S ist in 6 gezeigt, wobei es in dieser Figur Bezugszeichen gibt, die jenen, die für entsprechende Elemente in 4 verwendet worden sind, gleich oder ähnlich sind. In 6 umfassen die Elektroden 46a mehrere leitfähige Finger 132, die mit einem Buselement 134 verbunden oder einteilig ausgebildet sind. Das Buselement 134 ist seinerseits an einer Stelle mit der Masse 130 verbunden, die nur schematisch dargestellt ist. Genauso umfasst die Elektrode 46b mehrere leitfähige Finger 136, die mit einem Buselement 138 verbunden oder einteilig ausgebildet sind, wobei eine völlige Gleichheit mit der Verbindung 128 vorausgesetzt wird. Die Finger 132 und 136 könnten, wie gezeigt ist, überlappend oder ineinandergreifend mit der Schicht 47 sein, die sie vom Substrat 43 isoliert, wobei Spalte 140 dazwischen die Finger 132 von den Fingern 136 elektrisch isolieren. In 6 ist ein einzelner Kondensator 40S einer Reihenanordnung von Kondensatoren 40S gezeigt. Es könnte Spalten von Kondensatoren 40S geben, so dass eine orthogonale oder andere Anordnung von einstellbaren Kondensatoren 40S vorliegt.
Typische elementare DMDs 30' usw., die als solche verwendet werden, haben Abmessungen von wenigstens etwa 10–12 μm² und von höchstens etwa 25 μm². Es sollte in Erinnerung gebracht werden, dass dann, wenn eine DMD als solche verwendet wird, eine äußerst kurze Reaktionszeit – eine schnelle Auslehkung, die nahezu gleichzeitig mit dem Anlegen eines Steuersignals erfolgt- ein äußerst wichtiges Erfordernis ist. Für ein gegebenes Steuersignal ist eine kurze Reaktionszeit in erster Linie von den Masse/Trägheits-Eigenschaften der auslenkbaren Membran 32, 42 usw. der DMD 30', 40' usw. abhängig, so dass Wert auf sehr dünne Membranen gelegt wird, die folglich eine geringe Masse haben. Wie weiter oben angemerkt worden ist, ist es jedoch erforderlich, wenn eine DMD wie etwa die DMD 40 als Kondensator verwendet wird, etwa als 40P oder 40S, dass die Membran 42 kinetisch unempfindlich gegen das Eingangssignal 114 ist. Außerdem verändert sich die Kapazität eines Parallelplattenkondensators wie die Fläche seiner Platten. Aus dem bisher Gesagten geht hervor, dass Membranen 42 mit einer größeren Ausdehnung und/oder einer größeren Masse als in einer elementa ren DMD 40' vorhanden bei einstellbaren Kondensatoren 40P und 40S erstrebenswert sind. In der Tat scheint es, dass die Membranen 42 in einstellbaren Kondensatoren des hier betroffenen Typs in der Größenordnung von ungefähr 5 mm² sein sollten oder ihre Fläche ungefähr 40 000 bis 250 000 mal größer als jene auslenkbarer Elemente von DMDs, die als solche verwendet werden, sein sollte. Diese Flächenerweiterung bringt selbstverständlich eine Erhöhung hinsichtlich der Masse/Trägheit mit sich.
Die 7 und 8 stellen eine Variante 40a des in den 2–4 gezeigten einstellbaren Kondensators 40 dar. Bei dieser Modifikation 40a haben die Abstandsstücke 44 ein Querschnittsprofil, das für jenes repräsentativ ist, das erzielt wird, wenn ein Schacht oder Volumen 142, in welchen oder in welches sich jedes Segment 48 der Membran 42 verformt, mit einem Verfahren wie etwa einem isotropen Plasmaätzen in Sauerstoff, der einige Prozent Fluor enthält, gebildet wird. Außerdem sind zur Veranschaulichung in der Membran 42 zwischen den Segmenten 48 Trennungsflächen 144 mit Kanten ausgebildet worden, die den Segmenten 48 diametral gegenüberliegen und auf gegenüberliegenden Abstandsstücken 44 gehalten werden. In 7 trägt jedes Segment 48 der Membran 42 ein verhältnismäßig dickes, im Wesentlichen einteilig ausgebildetes Element 145, das aus der Ablagerung oder Formierung von Metall auf der Metallmembran 42 gemäß MOS-, CMOS oder äquivalenten Techniken resultieren könnte. Das Element 145 steuert eine beträchtliche Masse zu dem verformbaren System 42-145 bei und weist im Vergleich zu dem Rand 146 der Membran 42 eine geringe Nachgiebigkeit auf. Die Membran 42, das Element 145, die Abstandsstücke 44 und die übrigen Elemente, die weiter oben beschrieben worden sind, könnten auf eine Art ähnlich oder gleich jener ausgebildet sein, wie sie zur Herstellung von DMD-SLMs Anwendung findet. Dieses Bilden könnte abwechselndes und/oder wiederholtes Katodenzerstäubungsbeschichten von Metallen (etwa von Aluminium oder einer Aluminiumlegierung), Plasmaätzen, Plasmaabscheiden von Oxiden und weitere Schritte, die im Abschnitt 4 des weiter obenerwähnten Artikels von Hornbeck und in dem gemeinsam übertragenen US-Patent 5 061 049 beschrieben sind, umfassen.
Als eine Folge der Anwesenheit des Elements 145, das praktisch das Segment 48 abgrenzt, ermöglicht die Anziehung oder Auslenkung des Segments 48 der Membran 42 und des einteilig mit ihm ausgebildeten Elements 145 zur Steuerelektrode 46a dem Segment 48 im Allgemeinen eben zu bleiben, wobei eine Verformung auf den Rand 146 der Membran 42 beschränkt ist, die das Segment 48 und das Element 145 umgibt und die diese an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten hält. Das vorerwähnte Abstützungsschema, Abstützung nur an zwei diametral gegenüberliegenden Seiten jedes Segments 48 der Membran 42, ist in 8 genauer gezeigt. Dieser Typ von Abstützung führt zu einer nicht krummlinigen Verformung der Membran 42, die nur einander gegenüberliegende Abschnitte des Rands 146 der Membran 42 und nicht das Segment 48 oder das Element 145 beteiligt. Eine solche Verformung ist in 7 durch die gestrichelte Linie 148 dargestellt. Offensichtlich könnte die Mehrfachelektrode 46a, 46b, deren Struktur in 4 schematisch dargestellt ist, in den Ausführungsformen der 7 und 8 umgesetzt werden, wenn dies angestrebt wird, obwohl die Elektrode 46b in den 7 und 8 nicht sichtbar ist. In den 7 und 8 könnte die unbewegliche Platte des Kondensators 40a wie in den übrigen Figuren das Substrat 43 oder die Ausgangselektrode 46b umfassen. Der Kondensator 40a könnte wie in 3 bzw. 4 parallel oder seriell zu dem Eingangssignal 114 geschaltet sein.
9 veranschaulicht einen alternativen einstellbaren Kondensator 40 auf der Grundlage von elementaren DMDs 40' vom Membrantyp, ähnlich jenen, die in den 7 und 8 gezeigt sind. In der Darstellung von 9 sind die Photoresist-Abstandsstücke 44 durch metallische Tragpfosten 150 ersetzt, die mit so genannten "buried hinge"-Verfahren, die in dem zuvor erwähnten '049er Patent und in dem Artikel von Hornbeck offenbart sind und MOS-, CMOS- oder andere Verfahren umfassen, die ein wiederholtes/abwechselndes Metallzerstäuben, Plasmaoxidabscheiden, Plasmaätzen und andere bekannte Schritte einschließen, hergestellt werden könnten. Die Pfosten 150 wirken ähnlich wie der Eingang 108 und die Verbindung 110 auf die Membran 42 in den 3 und 4.
In 9 sind Teile der Adressierschaltung 45, wie etwa eine Elektrode 152 und die Steuerelektrode 46a als auf dem Oxid 47 angeordnet gezeigt, das auf dem Substrat 43 abgelagert ist. Sowohl die Elektrode 152 und die Steuerelektrode 46a als auch die Elektrode 46b (die, falls sie vorhanden ist, in 9 nicht sichtbar ist), die als die unbewegliche Platte des einstellbaren Kondensators 40 wirksam sein könnte, könnten vorzugsweise unter der oberen Oberfläche des Substrats 43 eingelassen sein und/oder eine entsprechend dotierte Region davon umfassen. Die Elektrode wird ähnlich wie der Pfad 118 in den 3 und 4 wirksam. Die Elektrode 152, die mit der Membran 42 und ihrem Element 145 elektrisch verbunden ist, könnte verwendet werden, um der Membran 42 und dem Element 145 jedes Kondensators 40 eine Spannung aufzudrücken, die in Verbindung mit der Spannung, Masse oder dergleichen an der Steuerelektrode 46a (oder am Substrat 43, falls die Elektrode 46a nicht vorhanden ist) zur Steuerung des Betrags der Auslenkung beiträgt, welche die Membran 42 und das Element 145 des Kondensators 40 erfahren. Dazu könnte die Spannung über den Tragpfosten 150, der mit der Elektrode 152 in Kontakt ist, an die Membran 42 angelegt werden. Jede Membran 42 wird diametral gegenüberliegend von zwei Pfosten 150 gestützt. Wie in den 7 und 8 tritt auf Grund des Vorhandenseins der Ränder 146 mit starker Nachgiebigkeit und der mittig angeordneten Elemente 145 mit geringer Nachgiebigkeit eine kolbenartige Verformung der Membran 42 auf, da die Elemente 145 im Allgemeinen parallel zur Ebene des Substrats 43 sind. Eine solche Verformung ist durch die unterbrochenen Linien 148 dargestellt.
Wie nachzuvollziehen sein wird, werden die Elektroden 46a und 152 durch die Adressierschaltung 45 gesteuert, mit Strom versorgt und abgeschaltet. Wenn die Elektrode 46b nicht vorhanden ist, kann der Kondensator 40 von 9 wie in 3 dargestellt verwendet werden. Wenn die Elektrode 46b vorhanden ist, kann der Kondensator 40 von 9 wie in 4 verwendet werden.
10 zeigt einen verallgemeinerten elementaren DMD-SLM 50' vom Auslegerarm-Typ, der als veränderbarer Kondensator 50 verwendet wird. Elemente, die jenen, die in anderen Figuren gezeigt sind, ähnlich sind, tragen das gleiche oder ein ähnliches Bezugszeichen.
Das Element oder Segment 58 in 10 umfasst einen Abschnitt starker Nachgiebigkeit aus einer verhältnismäßig dünnen, tiefer liegenden Metallschicht 51, auf welche eine verhältnismäßig dicke, maskenbemusterte Metallschicht 52 aufgebracht ist, die ein Element 58 mit geringer Nachgiebigkeit aufweist. In der DMD 50' fehlt die dicke Schicht 52 an ausgewählten Stellen, wie unter 54 gezeigt ist, und lässt nur die dünne Schicht 51 als Auslegerarm 56 wirksam werden. Bei der DMD 50' wirkt der verbleibende Abschnitt der dicken Schicht 52, d. h. das Element 58, als Licht reflektierendes Bildelement oder Spiegel, dessen Steife und geringe Nachgiebigkeit das einseitige Biegen des Arms 56 einschränkt. Bei dem Kondensator 50 ist das Element 58 einschließlich der darunter liegenden dünnen Schicht 51 als die bewegliche Platte des einstellbaren Luftspalt-Kondensators 50 wirksam.
Unter anderem könnten die Länge, die Breite, die Dicke und das Material des Arms 56 sowie die Größe und die Masse des Elements 58 jeweils eingestellt werden, um einen angestrebten Betrag der Auslenkung des Elements 58 in Reaktion auf ein elektrisches Feld zwischen dem Element 58 und der Steuerelektrode 46a zu bewirken. Eben diese Parameter könnten auch so eingestellt sein, dass das Element 58 in Reaktion auf das niederfrequente Steuersignal 102 und synchron zu diesem, jedoch nicht in Reaktion auf das hochfrequente Eingangssignal 114 ausgelenkt wird. Obwohl die Arme 56 und die bewegliche Kondensatorplatte oder die Elemente 58 in 10 als von isolierenden Abstandsstücken 44, die rechtwinklige Querschnitte aufweisen, gehalten dargestellt sind, könnten Abstandsstücke des in 7 gezeigten Typs, siehe 12, wie auch Tragpfosten 150, wie sie in 9 gezeigt sind, verwendet werden, siehe 11. Wie in anderen Figuren könnte die Ausgangselektrode 46b, die als unbewegliche Kondensatorplatte dient, vorhanden sein, braucht es aber nicht. Außerdem könnten die Kondensatoren 50 der 10–12 auf die gleiche Art und Weise, wie in den 3 und 4 gezeigt ist, betrieben werden.
In der Draufsicht der 13(a) und (b) sind die Kondensatoren 50 der 10 oder 12 als sowohl die Steuerelektrode 46a als auch die Ausgangselektrode 46b aufweisend dargestellt. Die verhältnismäßig großflächige Ausgangselektrode 46b (in 10 oder 12 nicht sichtbar) versetzt diese Kondensatoren 50 in die Lage, verhältnismäßig große Kapazitäten zu erreichen, die sich mit der Fläche ihrer Platten 46b, 58 ändern. Die Ausgangselektrode 46b so groß wie möglich zu machen ist selbstverständlich eine Technik, die bei allen der hier dargestellten Ausführungsformen verwendet werden kann, um die Kapazität der spannungsveränderbaren Kondensatoren zu maximieren. Da die beweglichen Kondensatorplatten 58 in 13 in Bezug auf ihre Symmetrieachsen asymmetrisch ausgelenkt werden, ist die Anordnung der Steuerelektrode 46a und der Ausgangselektrode 46b irgendwo darunter ausreichend, um ihre Auslenkung zu bewerkstelligen und um die Kapazität des Kondensators 50 zu verändern.
In 14 sind vier Draufsichten auf DMD-SLMs 60 des Torsionsarm-Typs dargestellt (wovon keiner im Seitenriss gezeigt ist). Die Torsionsarm-Kondensatoren 60 könnten den Auslegerarm-Kondensatoren 50 von 13 ähnlich sein. In den 14(a)–(c) sind die Torsionsarme 62 auf ähnliche Weise wie die Auslegerarme 56 der 10–13 gebildet. Die Torsionsarme 62 stützen die beweglichen Elemente 58 symmetrisch zu einer Drehachse 64 der Elemente 58. Das hat zur Konsequenz, dass (1) die Ausgangselektrode 46b im Vergleich zu den Ausgangselektroden 46b von 13 eine kleinere Fläche in Bezug auf die Fläche des Elements 58 hat und (2) die Steuerelektrode 46a und die Ausgangselektrode 46b in Bezug auf die Torsionsarme 62 und die Drehachse 64 asymmetrisch angeordnet sein müssen. Die erste Konsequenz folgt aus der Tatsache, dass gleiche Flächen der Steuerelektrode 46a auf beiden Seiten der Achse 64 die Steuerelektrode 46a unfähig machen würden, das Element 58 auszulenken, da auf beiden Seiten der Achse 64 gleiche Kräfte auf das Element 58 wirken würden. Die zweite Konsequenz folgt aus der Tatsache, dass bei einer Auslenkung des Elements 58 um die Achse 64 bei einer symmetrisch angeordneten Ausgangselektrode 46b eine Hälfte des Kondensators 50 eine Zunahme der Kapazität erfahren würde, während die andere Hälfte eine gleich große Abnahme der Kapazität erfahren würde und der Nettowert der Kapazitätsänderungen null wäre. Es sollte beachtet werden, dass 14 (und auch 13) die Arme 62 (und 56) als von Abstandsstücken 44 gehalten darstellt. Diese Abstandsstücke 44 könnten selbstverständlich durch die Pfosten 150 der 9 und 11 ersetzt werden.
In 14(d) sind der Torsionsarm 62 und die Achse 64 in Bezug auf das Element 58 asymmetrisch, und praktisch jede Platzierung der Elektroden 46a und 46b wirkt sich im Erhalt eines nutzbaren einstellbaren Kondensators 60 aus. Folglich ist der Kondensator 60 von 14(d) den Auslegerarmkondensatoren 50 der 10–13 funktionell sehr ähnlich.
Eine Analyse der Kapazitätsänderungen bei verschiedenen Beträgen der Auslenkung ist bei den Kondensatoren 30, 40 (mit Ausnahme der Kondensatoren 40 der 7–9), 50 und 60 etwas kompliziert. Dies ist durch die nichtlinearen, kurvenförmigen Veränderungen, die in den Membranen 42 der Kondensatoren 40 stattfinden, und das Auftreten der sich verringernden wirksamen Fläche durch die Elemente 58 der Kondensatoren 50 und 60 in den 10–14 bedingt. Die von den Kondensatoren 30 der 7–9 gezeigte Auslenkung, die weiter oben als kolbenartig beschrieben worden ist, führt dazu, dass ihre Elemente 58 beide flach und im Wesentlichen parallel zu ihrer unbeweglichen Platte (dem Substrat 43 oder der Ausgangselektrode 46b) bleiben, wodurch eine Analyse weniger kompliziert wird. Diesen Vorteil weist der Kondensator 70 der 15–17 ebenfalls auf.
In den 15–17 hat der Kondensator 70 ein bewegliches Element 58 ähnlich jenen, die in den 10–13 gezeigt sind. Das Element 58 wird durch Arme 72 gestützt, die kombinierte Ausleger- und Torsionsarme sind. Insbesondere wird ein Auslegerabschnitt 74 an einem Ende durch ein Abstandsstück 44 (oder einen Tragpfosten 150) gestützt und ist an seinem anderen Ende mit einem Ende eines Torsionsabschnitts 76 verbunden. Das andere Ende des Torsionsabschnitts 76 ist mit dem Element 58, im Besonderen mit der dünnen Schicht 51 davon, verbunden. Die Dicke, das Material, die Länge und die Breite der Abschnitte 74 und 76 sind so gewählt, dass die Verformungsmodi der Abschnitte 74 und 76 sowohl einer einseitigen Biegung als auch einer Torsion entsprechen. Die Anziehung des Elements 58 in Richtung der Steuerelektrode 46a bewirkt eine kolbenartige Auslenkung des Elements 58, da sich die Auslegerabschnitte 74 nach unten biegen und die Torsionsabschnitte 76 geringfügig um die Achsen 78 verdrehen, die im Allgemeinen senkrecht zu der zugeordneten Seite der Platte 58 und dem zugeordneten Auslegerabschnitt 74 sind. Die vorerwähnten Verformungen der Abschnitte 74, 76 bewirken eine geringfügige Drehung des Elements 58 in der Ebene der 15, wobei die Drehung einen zu vernachlässigenden Einfluss auf die Kapazität zwischen dem Element 58 und irgendeiner darunter liegenden Ausgangselektrode 46b hat. In 15 sind die Elektroden 46a und 46b längs der Leitungen ihrer Gegenstücke in 6 gruppiert; in den 16 und 17 sind die Elektroden 46a und 46b nicht gefingert und die Elektrode 46b ist nicht sichtbar (falls sie vorhanden ist).
In den 18, denen sich nun zugewandt wird, ist eine Vorrichtung 80 gezeigt, die auf einem DMD-artigen SLM 80' beruht. Die Vorrichtung 80 ist eher ein Schalter als ein Kondensator, der in den früheren Figuren gezeigt ist. Der Schalter 80 umfasst eine dünne Metallmembran 82 mit hoher Nachgiebigkeit die von Metallpfosten 84, mit denen sie elektrisch verbunden ist, die den Pfosten 150 in den 9 und 11 ähnlich sind, über einem Substrat 83 gehalten wird. In und/oder auf dem Substrat 83 ist eine Adressierschaltung 85 ausgebildet. Ein entsprechend aufgebauter Abschnitt des Substrats 86a dient als Steuerelektrode, die durch die Adressiereinheit 85 gezielt angesprochen wird. Bei Bedarf könnte eine gesonderte Steuerelektrode 86a, die der Elektrode 46a in früheren Figuren ähnlich ist, verwendet werden. Auf einer dielektrischen Schicht 87, die auf dem Substrat 83 ausgebildet ist, befinden sich zwei getrennte Ausgangselektroden 86b. Ein auslenkbares Element 88 bildet einen mittigen Abschnitt der Membran.
Das auslenkbare Element 88 wird durch die Pfosten 84 über schmaleren Rändern 90 gehalten, die durch zielgerichtetes Beseitigen der Membran 82 gebildet sind. Die Ränder 90 sind auf Grund ihrer Schmalheit nachgiebiger als das Element 88. Wenn es erforderlich ist, das Element 88 weniger nachgiebig zu machen und/oder wenn angestrebt wird, dass die Konfiguration des Elements 88 während der Auslenkung eben oder nahezu eben ist, könnte das Element 88 dicker als die Ränder 90 gemacht werden. Beispielsweise könnte mittels MOS-, CMOS- oder anderen Ablagerungsschritten eine dicke Metallschicht 92 (in 18a durchsichtig dargestellt) auf dem Element 88 positioniert werden. Die dicke Metallschicht 92 nimmt die gleiche Funktion wie das in 9 gezeigte Element 145 war. Wenn die Schicht 92 nicht vorhanden ist, wird die Membran 82 zu einer krummlinigen Verformung, ähnlich den Membranen in den 2–4 und 6 neigen, obwohl diese Tendenz in gewissem Maße dadurch verbessert ist, dass die Breite des Elements 88 größer als die Breite der Ränder 90 ist. Das Vorhandensein der Schicht 92 und/oder der Breitenunterschied des Elements 88 und der Ränder 90 wird zu einer kolbenartigen oder nahezu kolbenartigen Verformung des in den 7 und 9 gezeigten Typs führen.
Auf der dielektrischen Schicht 83 befinden sich mit den Pfosten 84 elektrisch verbundene Leiter 94, die dem gleichen Zweck wie die Elektroden 152 in den 9 und 11 dienen. Diese Leiter 94 werden von der Adressierschaltung 85 oder von einer anderen Schaltungsanordnung angesprochen, um an die Membran 82 und folglich an das Element 88 ein gewähltes Potential in Bezug auf die Steuerelektrode 86a anzulegen.
Das an dem Element 88 anliegende Potential tritt mit dem an der Steuerelektrode 86a anliegenden Potential in Wechselwirkung und bewegt das Element 88 aus seiner ersten Position. Die Bewegung des Elements 88 aus seiner ersten Position heraus führt statt zu einem Einstellen des Wertes der Kapazität der Vorrichtung 80, wie in den anderen Ausführungsformen, zu einem Bewegen des Elements 88 in eine zweite Position, die in 9(a) durch die gestrichelte Linie 96 angegeben ist. In dieser zweiten Position ist das Element 88 mit beiden Ausgangselektroden 86b im Eingriff, so dass diese mit dem Element 88 elektrisch verbunden sind. Das Element 88 und dementsprechend die Ausgangselektroden 86b bilden einen Schalter 86b, 88, der "geöffnet" ist, wenn das Element 88 in der ersten Position ist, und "geschlossen" ist, wenn das Element 88 in seiner zweiten Position 96 ist. Die Ausgangselektroden 86b könnten mit entsprechenden Über tragungsleitungen verbunden sein oder die Endabschnitte dieser bilden. Die Übertragungsleitungen 98 könnten sich auf der dielektrischen Schicht 87 befinden.
Die Vorrichtung oder der Schalter 80 von 18, wie oben beschrieben, könnte verwendet werden, um die Übertragungsleitungen 98 gezielt zu schalten. Ähnlich könnte eine gezielte fingerartige Positionierung des Elements 88 verwendet werden, um einen Lichtweg zu blockieren oder freizugeben, der sich senkrecht zur Bewegungsrichtung des Elements 88 zwischen seiner ersten und zweiten Position erstreckt. Diese gezielte Bewegung des Elements 88 wird durch die Potentiale gesteuert, die von der Adressierschaltung 85 oder von anderen Einrichtungen an das Element 88 und an die Steuerelektrode 86a angelegt werden. Folglich könnte der Schalter 80 als ein elektrischer oder optischer Schalter dienen. Die Leitungen 98, 98 könnten durch Endschalter 80, zwischen denen sich seriell/parallel geschaltete einstellbare Kondensatoren gemäß den früheren Figuren zum Einstellen der Impedanz zwischen den Leitungen 98, 98 befinden, selektiv verbunden werden.
Der Schalter 80 könnte verwendet werden, um Mikrowellen- und Millimeterwellen-HF-Signale, die auf den Übertragungsleitungen 98 anliegen, zu schalten. Dazu könnte das Substrat 83, in den früheren Ausführungsformen typisch Silicium, GaAs oder ein anderes geeignetes Material sein. Selbstverständlich könnte auch GaAs für die verschiedenen Substrate der an früherer Stelle beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden, wenn hochfrequente Eingangssignale an den Kondensatoren davon angelegt werden. Die Streukapazität und weitere Kapazitäten sowie der Parasitärwiderstand und weitere Widerstände des Schalters 80 könnten so eingestellt und gewählt werden, dass ausgewählte Ziele erreicht werden, wie etwa eine auf ein Minimum reduzierte Streukapazität und eine auf ein Minimum reduzierte Isolierung, wenn der Schalter 80 "geöffnet" ist, und einen auf ein Minimum reduzierten Parasitärwiderstand und einen auf ein Minimum reduzierten Einfügungsverlust, wenn der Schalter 80 "geschlossen" ist. Das Material, die Form und die übrigen Parameter der Membran 82 könnten ebenfalls so einge stellt oder gewählt werden, dass eine Impedanzanpassung zwischen den Übertragungsleitungen 98 erzielt wird, wenn der Schalter 80 "geschlossen" ist. Ein Verfahren, das eingesetzt werden könnte, um sowohl den Schalter 80 als auch die an früherer Stelle beschriebenen Kondensatoren "abzustimmen", ist das gezielte Beseitigen von kleinen Abschnitten der Ränder 90 eines ansonsten vollständigen Schalters 80 (oder der Membranen oder Arme der Kondensatoren). Ein derartiges gezieltes Beseitigen könnte mit einem Energiestrahl geeigneter Form und Stärke bewerkstelligt werden, etwa mit jenem, der von einem abgleichbaren Laser oder einer ähnlichen Vorrichtung erzeugt wird. Die Dicke der Ränder 90 (und der Membranen und Arme) könnte außerdem eingestellt oder ausgewählt werden, um eine angestrebte Nachgiebigkeit zu erzielen, so dass die Höhe der Spannung, die erforderlich ist, um den Schalter 80 zu "schließen" (oder um die Kapazität einzustellen) minimiert oder anderweitig ausgewählt wird.
Der Schalter 80 könnte so konfiguriert sein, dass anstelle der einzigen Schalterstellung, die veranschaulicht und beschrieben ist, mehrere Schalterstellungen verwirklicht werden. Beispielsweise könnte dann, wenn sich die Membran 82 eher krummlinig als planar verformt, ein erster Betrag der Auslenkung oder Verformung der Membran 82 ermöglichen, zwei eng beabstandet angeordnete Elektroden ähnlich den Elektroden 86b zu überbrücken und miteinander zu verbinden, während ein zweiter, größerer Betrag der Auslenkung dazu führen könnte, dass die Membran 82 außerdem zwei weitere, den Elektroden 86b ebenfalls ähnliche Elektroden überbrückt, die weiter auseinander sind. Das vorerwähnte Schema mehrerer Schalterstellungen könnte auch unter Verwendung zweier oder mehrerer Schalter 80 umgesetzt werden, wovon jeder wahlweise entsprechende Paare von Übertragungsleitungen 98, 98 miteinander verbindet. Die Schalter 80 könnten so elektrisch verbunden sein, dass ein erstes Steuersignal einen davon schließt, während ein zweites, größeres Eingangssignal zwei davon schließt usw. Eine entsprechende Zusammenstellung mehrerer Schalter 80, die entsprechende Übertragungsleitungen 98 oder Verzögerungsleitungen steuern, könnte außerdem eine digitale Auswahl der Leitungen ermöglichen. Zwei oder mehr Schalter 80 könnten in Reihe geschaltet sein, um die Isolation zu verstärken, während dann, wenn die Schalter 80 parallel geschaltet sind, der Einfügungsverlust verringert wird.
19 zeigt eine Vorrichtung 160, die als einstellbarer Kondensator dient. Der einstellbare Kondensator 160 von 19 kombiniert bestimmte konstruktive Merkmale verschiedener an früherer Stelle beschriebener Kondensatoren. Beispielsweise wird eine verformbare Membran 162, ähnlich jener, die in den 2–4, 6 und 18 zu finden ist, zwischen einem leitfähigen Pfosten 164, ähnlich dem in den 9, 11 und 18 gezeigten Pfosten, und einem isolierenden Abstandsstück 166, ähnlich jenem, das in den 2–4, 6–8, 10, 12, 16 und 17 gezeigt ist, gehalten. Der Kondensator könnte in Reihe mit einem Eingangssignal längs der Leitungen des Kondensators 405, wie in 4 gezeigt ist, wirken und dazu auch eine Ausgangselektrode 168 unter der Membran 162 einschließen, die sich auf einem Substrat 170 befindet, das im Grunde genommen die übrigen Elemente trägt. Die Ausgangselektrode 168 könnte mit einem nicht leitenden Oxid 172 bedeckt sein, das die maximale Kapazität "einstellt" und einen mechanischen Eingriff sowie einen Kurzschluss zwischen der Membran 162 und der Ausgangselektrode 168 verhindert, wenn die erstere aus ihrer ersten, normalen Position heraus verformt oder ausgelenkt wird.
In dem Kondensator 160 von 19 könnten Steuersignale, die von einer Adressierschaltung erzeugt werden, die nur allgemein unter 174 gezeigt ist, über einen Leiter 176, der mit dem Pfosten 164 elektrisch verbunden ist, an diesen angelegt werden. Der Posten ist mit der Membran 162 elektrisch verbunden, so dass Signale auf dem Leiter 176 an die Membran 162 angelegt werden. Die Ausgangselektrode 168 dient außerdem als Steuerelektrode 178, so dass das niederfrequente Potential zwischen der Membran 162 und der Elektrode 168/178 die Kapazität des Kondensators 160 einstellt. Auch werden hochfrequente Eingangssignale an den Leiter 176 angelegt, wo sie durch den Kondensator 160 gezielt beeinflusst werden. Wie bei anderen Ausführungsformen könnten die Adressierschaltung 174 oder andere Einrichtungen die Steuersignale und die Eingangssignale erzeugen oder modifizieren.
Der Kondensator 160 könnte mit Hochfrequenz-, Millimeterwellen- oder Mikrowellen-Eingangssignalen verwendet werden. Um eine solche Anwendung zu ermöglichen könnte das Substrat 170 wiederum GaAs oder in anderes geeignetes Material sein. Wie klar sein sollte, könnte der Kondensator 160 ähnlich dem Kondensator 40P von 3 parallel zu dem Eingangssignal betrieben werden, indem die isolierenden Zwischenräume 166 durch einen Pfosten ähnlich dem Pfosten 164 ersetzt werden und das Substrat 170 geerdet wird oder darauf eine geerdete Elektrode unter der Membran 162 vorgesehen wird. Parallele und serielle Kombinationen von mehreren Kondensatoren 160 (und von den an früherer Stelle beschriebenen Kondensatoren) könnten verwendet werden, um digital wählbare Kapazitätsbereiche zu erhalten. Derartige Kombinationen von Kondensatoren 160 könnten in einstellbaren Filtern und Impedanzanpassungsnetzwerken Anwendung finden und könnten benutzt werden, um die Durchlassband- oder Sperrbereichsfrequenzen von Kommunikations- oder Radarsystemen einzustellen. Kombinationen des Kondensators 160 könnten außerdem verwendet werden, um Hochfrequenzoszillatoren abzustimmen und um im Zusammenwirken mit einer Rückkopplungsschleife ihre Drift, die durch Alterung oder andere Effekte hervorgerufen ist, zu kompensieren.
20 zeigt Übertragungsleitungen 180 mit einstellbarer Impedanz, die unter 182 nur allgemein gezeigte einstellbare Kondensatoren einschließen, welche die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpern. Die Kondensatoren 182 könnten in irgendeiner der vorher beschriebenen Ausführungsformen auftreten und sind als dem Kondensator 40S in 3 ähnlich dargestellt, wobei verschiedene Elemente, wie etwa die Elektroden 46 und die Steuer- und Eingangssignaleinrichtungen, in 20 nicht gezeigt sind. Die Übertragungsleitungen 180 schließen eine zusammenhängende Metallmembran 184 ein, die über einem Substrat 186 periodisch durch voneinander getrennte Abstandsstücke 188 und eine Masseebene 190 gestützt wird. Die Abstandsstücke sind isolierend und teilen praktisch die zusammenhängende Membran 184 in getrennte, verformbare oder auslenkbare Elemente 192, wovon jedes an zwei diametral einander gegenüberliegenden Seiten über einem Abschnitt 186' des Substrats 186 gehalten wird und in einem der Kondensatoren 182 vorhanden ist. Folglich umfasst jeder Kondensator 182 praktisch eine bewegliche Platte oder ein bewegliches Element 192, das eine unbewegliche Platte oder einen zugeordneten Substratabschnitt 186' überlagert. Die zusammenhängende Membran 182 dient dazu, nebeneinander liegende Kondensatoren 182 elektrisch miteinander zu verbinden, wodurch sie wie der Ausgang und die Verbindungen 120 und 122 in 3 wirksam werden. Die im Allgemeinen mit 194 bezeichneten Adressierschaltungen sind auf und in dem Substrat 186 ausgebildet und erzeugen selektiv entsprechende elektrische Felder zwischen der unbeweglichen Platte 186' und der beweglichen Platte 192 jedes Kondensators 182, um die Kapazität davon gezielt und unabhängig einzustellen.
Die Breite jedes Elements 192 könnte unveränderlich sein oder könnte von jener der benachbarten Elemente 192 verschieden sein, wie in den 20(b) und 20(c) gezeigt ist. Dementsprechend könnte die wirksame Fläche und folglich die Kapazität jedes Kondensators 182 verschieden sein. Jedes Element 192 ist digital bewegbar oder verformbar, d. h. jedes Element 192 ist entweder in seiner ersten Position, die in 20(a) mit durchgehenden Linien gezeigt ist, oder in einer vollkommen ausgelenkten zweiten Position, die mit gestrichelten Linien 196 dargestellt ist. Außerdem könnte jedes Element 192 in analoger Weise bewegbar sein, d. h. um einen Betrag proportional zum Steuersignal 102. Folglich könnte jeder Kondensator 182 einen einzigen minimalen, maximalen oder dazwischenliegenden Kapazitätswert in Bezug auf die entsprechenden Kapazitäten der übrigen Kondensatoren haben. In 20(b) wird die Größenänderung der Elemente 192 mit sanften Übergängen erreicht, während in 20(c) die Übergänge gestuft sind.
Vorzugsweise ist die Induktivität pro Längeneinheit jedes Elements 192 groß. Dies könnte erzielt werden, indem die Elemente 192 als lange, schmale Strukturen ausgebildet werden, wie am besten in 20(c) dargestellt ist. Obwohl dies in 20 nicht speziell gezeigt ist, könnte eine große Induktivität pro Längeneinheit auch erzielt werden, indem der Abstand zwischen benachbarten Abstandsstücken 188 vergrößert oder die Größe der Elemente 192 verringert wird.
Durch ein gezieltes Einstellen der Erdkapazität jedes Kondensators 182 könnte die Gesamtkapazität der Übertragungsleitungen 180 wie angestrebt verändert werden. Wenn die Übertragungsleitungen 180 verwendet werden, um Signale zu übertragen, die Wellenlängen und Frequenzen haben, die den Dimensionen der Elemente 192 vergleichbar sind, und wenn die Übertragungsleitungen 180 in anderen Resonanz erzeugenden oder gekoppelten Vorrichtungen oder Topologien enthalten sind, könnten die Impedanzanpassung und das Betriebsverhalten über weite, nahezu unbegrenzte Bereiche gewählt werden.
Kondensatoren, wie etwa die Kondensatoren 182 in 20, könnten in verschiedenste abstimmbare oder frequenzagile Koppler 200 integriert sein, die in 21 allgemein veranschaulicht sind, wobei gleiche Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in 20 tragen. In den 21(b)–25 sind die Vorrichtungen oder Kondensatoren 182 und 80 im Allgemeinen als rechtwinklige Flächen gezeigt, wobei beabsichtigt ist, nur ihre Lage zu übermitteln, da die genaue Struktur in vorhergehenden Figuren dargestellt ist.
21(a) ist ein abstimmbarer Zweigleitungskoppler, dessen Zweige jeweils wie bei den Übertragungsleitungen 180 eine einzige Reihe von Kondensatoren 182 aufweisen. Die 21(b)–21(d) zeigen einen abstimmbaren Zweigleitungskoppler, einen abstimmbaren ringförmigen Hybridkoppler bzw. einen abstimmbaren asymmetrischen Koppler, die in den Zweigen jeweils Anordnungen von Kondensatoren 182 aufweisen. Die Betriebs- und Koppelfrequenz jedes Kopplers 200 ändert sich, wenn sein Wellenwiderstand durch ein gezieltes Einstellen der Kapazität der Kondensatoren 182 verändert wird. Typisch haben die Elemente 192 der Kondensatoren 182, die in den Kopplern 200 verwendet werden, eher gleich bleibende als unterschiedliche Größen, wie in 20. Wie bei den frequenzagilen Übertragungsleitungen 180 könnte das Substrat, auf dem die Koppler 200 ausgebildet sind, auf die Erfordernisse der Eingangssignale, mit denen sie verwendet werden, zugeschnitten sein. Wenn die Eingangssignale beispielsweise Mikrowellen- oder Millimeterwellen-Signale sind, könnten die Substrate 186 GaAs oder ein anderes geeignetes Material sein, wobei die Adressierschaltungen 194 ebenfalls dementsprechend in oder auf den Substraten 186 ausgebildet werden. Außerdem könnten, wenn Verlustbetrachtungen dies verlangen, die Elemente 192 der Kondensatoren 182 wie auch die Elemente der an früherer Stelle beschriebenen Vorrichtungen gemäß der vorliegenden Erfindung mit Gold oder einem anderen geeigneten Material bedeckt oder darin eingeschlossen sein, um Hochfrequenzverluste zu verringern. Das Gold könnte auf jede zweckentsprechende An und Weise, etwa durch Bedampfen oder galvanisch aufgebracht werden.
Die Kondensatoren 182 und Anordnungen davon, die jenen, die in den Übertragungsleitungen 180 und den Kopplern 200 der 20 und 21 verwendet werden, ähnlich oder gleich sind, könnten in abstrahlende und absorbierende Strukturen, wie etwa Antennen aller Typen, integriert werden. Frequenzagile und musteragile Antennen, die die Kondensatoren 182u. a. der vorliegenden Erfindung anwenden könnten, umfassen Patch-, Spiral-, Schlitz-, Mikrostreifenleiter-Antennen (z. B. einen Patch-Strahler, der von einem Hybridkoppler des in 21(a) oder 21(b) gezeigten Typs gespeist wird) aller Formen, einschließlich quadratischer, scheibenartiger, rechteckiger, elliptischer, fünfeckiger, ringartiger, dreieckiger und halbkreisartiger Form, und Anordnungen aller Typen, einschließlich Mikrostreifen-Antennenanordnungen, und phasengesteuerte Anordnungen und gekoppelte Strukturen aller Typen. 22 zeigt nur einen Teil einer frequenzagilen und musteragilen Patch-Antenne 210, die eine Anordnung von Kondensatoren 182 gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert. Die Integration derartiger Kondensatoren 182 in weitere Antennen wird Fachleuten nach dem Konsultieren dieser genauen Beschreibung offensichtlich sein.
Wenn die Kondensatoren 182 in eine Antenne integriert sind, wie etwa in jene, die in 22 unter 210 gezeigt ist, könnte das Substrat 186 aus Quarz oder einem anderen für Antennen geeigneten Material hergestellt sein. Außerdem könnten in Abhängigkeit von den Frequenzen der gesendeten oder empfangenen Eingangssignale die Elemente 192 der Kondensatoranordnung 182 mit einem Metall mit geringem ohmschen Verlust wie etwa Gold bedeckt oder darin eingeschlossen sein. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist jeder Kondensator 182, der die An tenne 210 bildet, einzeln und unabhängig adressierbar, um die Impedanz jedes derartigen Kondensators 182 für eine gegebene Frequenz des Eingangssignals 114 einzustellen. Wie erwähnt worden ist, wird durch das Einstellen der Kapazität sowohl die Impedanz der Antenne 210 als auch ihr Abstrahlungs/Dämpfungsmuster und die Wellenlänge festgelegt. Auf diese An und Weise könnte die Antenne 210 auf ein spezielles Abstrahlungsmuster und auf einen speziellen Frequenzbereich abgestimmt werden.
Wie offensichtlich sein sollte, könnten Anordnungen von Kondensatoren 182 in eine breite Vielfalt von weiteren elektrischen Vorrichtungen, einschließlich solchen Vorrichtungen, die für Millimeterwellen- und Mikrowellenfrequenzen besonders nützlich sind, wie etwa FIN-Leitungen, Wellenleiter oder Mikrostreifenleiterübergänge, Resonatorfilter, Resonatoren und Filter, integriert sein. 23 zeigt zwei Ansichten eines Abschnitts einer FIN-Leitung 220, die eine Anordnung von Kondensatoren 182 enthält, während 24 eine Anordnung von Kondensatoren 182 zeigt, in einen Wellenleiter-Mikrostreifenleiter-Übergang 230 integriert sind. Der Wellenleiter 232 könnte eine Wellenkeil- oder FIN-Leitung 236 enthalten, die in der FIN-Leitung 220 von 23 ähnlich sein könnte, während der Mikrostreifen 234 der Übertragungsleitung 180 von 20 ähnlich sein könnte und einen Koppler enthalten oder von einem Koppler gespeist sein könnte, wie etwa den bzw. dem in 21 gezeigten Koppler 200.
Eine weitere Verwendung von Anordnungen gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung, die stärker mit dem Schalter 80 von 18 als mit den Kondensatoren 182 im Zusammenhang steht, ist ihre Integration in einige oder alle der inneren Oberflächen der Wände eines Wellenleiters 240, wie in 25 allgemein gezeigt ist. In dieser Ausführungsform verkleinert (oder vergrößert) die Bewegung der Elemente 88 der Vorrichtung oder des Schalters 80, wobei die Elemente 80 als ein Teil der Innenfläche des Wellenleiters 240 dienen, selektiv den Querschnitt des Wellenleiters 240, wodurch sich seine elektrischen Kenndaten ändern. Wenn sich der Querschnitt des Wellenleiters 242 verkleinert, werden die Ele mente 88 durch Potentiale gleicher Polarität an den Elementen 88 und der Steuerelektrode 86a von der Steuerelektrode 86a zurückgestoßen.
Fachleuten wird klar sein, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen in und an den obenbeschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden könnten.

Claims

Mikrominiaturisierte, monolithische, einstellbare elektrische Vorrichtung zum Beeinflussen eines Eingangssignals, enthaltend: einen einstellbaren Kondensator (40; 40a, 50; 60; 70) mit: einem elektrisch leitfähigen Substrat (43); einem von dem Substrat (43) beabstandeten, elektrisch leitfähigen Element (48; 58), wobei ein Bereich des Substrats und ein Abschnitt des Elements als Platten eines Kondensators wirken und elektrisch voneinander isoliert sind; einer Befestigungsvorrichtung (42; 44; 51; 150) mit einer mit dem Element (48; 58) einstöckigen, nachgiebigen Einrichtung zum Befestigen des Elements (48; 58) für eine Auslenkung seines Abschnitts zu dem Substratbereich hin und von ihm weg und zum Speichern von Energie beim Auslenken des Abschnitts des Elements aus einer normalen Position, wobei die gespeicherte Energie bestrebt ist, den ausgelenkten Abschnitt des Elements in die normale Position zurückzubringen; einer Adressierschaltung mit einer Steuerelektrode (46a), die dem Substratbereich zugeordnet ist und ein teilweise durch den Abschnitt des Elements begrenztes elektrisches Feld erzeugt, wobei das elektrische Feld den Abschnitt des Elements um einen Betrag auslenkt, der durch die Größe des elektrischen Feldes bestimmt wird, zur selektiven Auslenkung des Abschnitts des Elements aus seiner normalen Position, um die Kapazität des Kondensators zu verändern; und einer Eingangsquelle (116) zum Anlegen eines zeitlich sich ändernden Eingangssignals (114) an den Kondensator.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der: das elektrische Feld teilweise durch den Abschnitt des Elements begrenzt ist, wobei das elektrische Feld den Abschnitt des Elements relativ zum Substrat (43) um einen Betrag auslenkt, der seiner Größe proportional ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei der: das elektrische Feld durch eine Spannung (102) erzeugt wird, die eine solche Frequenz hat, daß der Abschnitt des Elements im wesentlichen synchron mit ihr ausgelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei der: die Spannung sich im wesentlichen nicht mit der Zeit ändert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei der: das durch das felderzeugende Mittel erzeugte Auslenkungsfeld teilweise durch den Bereich des Substrats begrenzt ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei der: die Spannung (102) zwischen dem Substrat (43) und dem Element (48; 58) angelegt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: das Eingangssignal (114) eine Spannung mit einer Frequenz ist, die im Verhältnis zur Resonanzfrequenz des Elements (48; 58) hoch genug ist, so daß der Abschnitt des Elements nicht im Ansprechen darauf ausgelenkt werden kann.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder Anspruch 7, wenn abhängig von Anspruch 6, bei der: die Eingangsspannung (114) der Auslenkungsspannung (102) überlagert ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Steuerelektrode (46a), die Befestigungsvorrichtung (42; 44; 51; 150) und das Element (48; 58) monolithisch mit dem Substrat (43) gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die nachgiebige Einrichtung eine Membran ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der: die Membran ein Elastomer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der: die Membran ein leitfähiges Metall ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die nachgiebige Einrichtung eine Feder ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Befestigungsvorrichtung einstöckig mit dem zeitlich sich verändernden Eingang gebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: das Element (48; 58) ein eine geringe Nachgiebigkeit aufweisendes, allgemein starres Teil (145; 52) enthält, das auf der Befestigungsvorrichtung (42; 51) liegt, wobei das Element umgebende Teile (146) der Befestigungsvorrichtung eine hohe Nachgiebigkeit haben.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: das Element (48; 58) und die Befestigungsvorrichtung (42; 51) elektrischleitfähig und einstöckig sind und das Element (48; 58) wesentlich dicker als die Befestigungsvorrichtung (42; 51) ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Befestigungsvorrichtung außerdem einen Träger (150) in Form eines leitfähigen Pfostens auf dem und isoliert von dem Substrat (43) enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der: der Pfosten (150) einen Abschnitt einer Begrenzung eines Schachtes (142) definiert, in den und aus dem der Abschnitt des Elements sich bewegt, wenn er zu dem Substrat (43) hin und von ihm weg ausgelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17 oder Anspruch 18, bei der: das Element (48; 58) und die Befestigungsvorrichtung (42; 51) elektrisch leitfähig sind, wobei der Pfosten (150) über die Befestigungsvorrichtung mit dem Element (48; 58) elektrisch zusammenhängend ist, und der Pfosten (150) von dem Substrat (43) elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der: der Pfosten (150) durch eine Isolierschicht (47) auf dem Substrat (43) elektrisch isoliert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 20, bei der: die Isolierschicht (47) einen Abschnitt einer Begrenzung eines Schachts (142) definiert, in die und aus der der Abschnitt des Elements sich bewegt, wenn er zu dem Substrat (43) hin und von ihm weg ausgelenkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 20 oder Anspruch 21, bei der: die Isolierschicht (47) ein Photoresist ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Adressierschaltung den Abschnitt des Elements im Verhältnis zur Zeit auslenkt, wobei die Frequenz einer solchen Auslenkung unabhängig von der Frequenz des Eingangssignals (114) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 23, bei der: die Frequenz der Auslenkung kleiner als die Frequenz des Eingangssignals (114) ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 22, bei der: die Adressierschaltung den Abschnitt des Elements im Verhältnis zur Zeit auslenkt, wobei die Frequenz einer solchen Auslenkung im wesentlichen gleich der Frequenz des Eingangssignals (114) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, bei der: die felderzeugende Auslenkvorrichtung der zeitlich sich verändernde Eingang ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der der Bereich des Substrats und der Abschnitt des Elements, die als die Platten des Kondensators wirken, enthalten: einen von einem Abschnitt des Elements beabstandeten, elektrisch leitfähigen Bereich, wobei der Bereich und der Abschnitt des Elements als die jeweiligen Platten eines Parallelplattenkondensators wirken.
Vorrichtung nach Anspruch 27, bei der die Steuerelektrode (46a) und der elektrisch leitfähige Bereich enthalten: jeweilige ineinandergreifende, gefingerte Segmente (132, 136), die alle im allgemeinen gemäß der Auslenkung des Abschnitts des Elements ausgerichtet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 28, bei der: die Segmente (132, 136) voneinander und von dem Substrat (43) isoliert sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Auslenkung des Abschnitts des Elements eine Drehung des Elements um eine Achse (64) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 30, bei der: die Achse (64) eine Symmetrieachse des Elements ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: das Element (48) bei der Auslenkung seines Abschnittes zum Substrat (43) hin und von ihm weg sich wie ein Kolben bewegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die außerdem enthält: Mittel zum Anlegen eines Steuersignals zwischen den Substratbereich und das Element (48; 58), und einen leitfähigen Eingangspfad (108) und einen leitfähigen Ausgangspfad (120), die beide elektrisch zusammenhängend mit dem Element (48; 58) sind, so daß das Eingangssignal (114) durch den Abschnitt des Elements hindurchgeht.
Vorrichtung nach Anspruch 33, bei der: das Mittel zum Anlegen eines Steuersignals enthält: den Substratbereich, und einen der leitfähigen Pfade (108, 120), die elektrisch mit dem Element zusammenhängen.
Vorrichtung nach Anspruch 34, bei der: der Substratbereich an Masse liegt.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die außerdem enthält: eine elektrisch isolierende, dielektrische Schicht (47) auf dem Substrat (43) zum Tragen der Steuerelektrode (46a) auf und zu ihrer Isolierung von dem Substrat (43).
Vorrichtung nach Anspruch 36, die außerdem enthält: Mittel (45) zum Anlegen des Steuersignals zwischen die Steuerelektrode (46a) und das Element (48; 58) und bei der der zeitlich sich verändernde Eingang enthält: einen mit dem Element (48; 58) elektrisch zusammenhängenden, leitfähigen Eingangspfad (108) und einen entlang der Auslenkungsrichtung des Abschnitts des Elements von dem Element (48; 58) beabstandeten, leitfähigen Ausgangspfad (46b, 124), wobei der Ausgangspfad (46b, 124) auf dem Substrat (43) gestützt und von ihm isoliert ist, so daß das Eingangssignal (114) durch den Abschnitt des Elements, der als eine Platte des Kondensators wirkt, an den Ausgangspfad (46b, 124), der als die andere Platte des Kondensators wirkt, angelegt wird.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: das Substrat (43) ein Material enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Halbleitern, Keramik, Aluminiumoxiden, Diamant und Quarz besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 36 oder Anspruch 37, bei der: das Substrat (43) ein Halbleiter ist und die dielektrische Schicht (47) aus einem Material gefertigt ist, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem isolierenden Oxid, einem isolierenden Nitrid und einem Polymer besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 39, bei der: das isolierende Oxid ein Siliziumoxid, das isolierende Nitrid ein Siliziumnitrid, und das Polymer ein Epoxydharz oder ein Acrylat ist.
Vorrichtung nach Anspruch 38, bei der: der Halbleiter Silizium oder Galliumarsenid ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: ausgewählte Kenndaten der Befestigungsvorrichtung veränderbar sind, so daß die Bewegung des Abschnitts des Elements, und dadurch die Kapazität des Kondensators, die beide durch das Anlegen eines ausgewählten Steuersignals (102) an die Steuerelektrode (46a) beeinflußt werden, einstellbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 42, bei der: die Änderung der Kenndaten der Befestigungsvorrichtung durch selektive Entfernung eines Teils der Befestigungsvorrichtung erreichbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 43, bei der: die selektive Materialentfernung durch selektive Anwendung von konzentrierter Strahlungsenergie auf die Befestigungsvorrichtung erreichbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der: die Steuerelektrode (46a) ein Teilbereich des Substrats (43) ist.
Übertragungsleitung, die eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Einstellung ihrer Impedanz enthält.
Übertragungsleitung nach Anspruch 46 vom Variable-Impedanz-, Mikrostreifen-Typ.
Impedanzanpassungsnetzwerk, das eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung seiner Impedanz enthält.
Filternetzwerk, das eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung seiner Impedanz enthält.
Antenne, die eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung ihrer Impedanz und ihrer Frequenzcharakteristik enthält.
Koppler, der eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung seiner Impedanz enthält.
Wellenleiter mit wenigstens einer Oberfläche, die eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung seiner Impedanz enthält.
FIN-Leitung, enthaltend eine oder mehrere Vorrichtungen nach einem der Ansprüche 1 bis 45 zur Einstellung ihrer Impedanz.
Mikrominiaturisierte, monolithische, einstellbare elektrische Vorrichtung zum Beeinflussen eines elektrischen, zeitlich sich verändernden Eingangssignals (114) im Ansprechen auf ein Steuersignal (102), enthaltend: einen einstellbaren Kondensator mit: einem elektrisch leitfähigen Substrat (43; 83), einem vom Substrat (43; 83) elektrisch isolierten, elektrisch leitfähigen, bewegbaren Element (48; 58; 88), das in einer ersten normalen Position das Eingangssignal (114) auf eine erste An beeinflußt und das das Eingangssignal (114) auf eine zweite An beeinflußt, wenn es sich nicht in der ersten Position befindet; einer Befestigungsvorrichtung (42; 44; 51; 150; 82, 84), die eine mit dem Element (48; 58; 88) einstöckige, nachgiebige Einrichtung zur Befestigung des Elements (48; 58; 88) an einer von dem Substrat (43; 83) beabstandeten Stelle zur Bewegung des Elements (48; 58; 88) zu dem Substrat (43; 83) hin und von ihm weg und zum Speichern von Energie, wenn das Element (48; 58; 88) sich aus der ersten Position wegbewegt, enthält, wobei die gespeicherte Energie das Element (48; 58; 88) zu der ersten Position hin vorspannt; einer Eingangsquelle (116) zum Anlegen des Eingangssignals (114) an die Vorrichtung; einer Steuerschaltung (45; 85) zum selektiven Anlegen eines Steuersignals (102) an das Element (48; 58; 88) zum selektiven Bewegen des Elements (48; 58; 88) aus der normalen Position heraus, um die Art, in der das Element (48; 58; 88) das Eingangssignal (114) beeinflußt, selektiv zu verändern.
Vorrichtung nach Anspruch 54, bei der: das Anlegen des Steuersignals (102) an das bewegbare Element (48; 58; 88) ein darauf wirkendes elektrostatisches Feld erzeugt, das das Element (48; 58; 88) relativ zu dem Substrat (43; 83) aus der ersten Position heraus bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 55, bei der: das Element (48; 58) eine Platte des Kondensators ist, wobei eine Bewegung des Elements (48; 58) durch das elektrostatische Feld die Kapazität des Kondensators verändert und das Eingangssignal (114) und das Steuersignal (102) beide an das Element (48; 58) angelegt werden.
Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der: der von dem Eingangssignal (114) genommene Pfad parallel zu der veränderbaren Kapazität des Kondensators ist.
Vorrichtung nach Anspruch 56, bei der: der von dem Eingangssignal (114) genommene Pfad mit der veränderbaren Kapazität des Kondensators in Serie ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 55 bis 58, bei der: das elektrostatische Feld das Element (48; 58; 88) zu dem Substrat (43; 83) hinbewegt.
Wellenleiter, der die Vorrichtung nach Anspruch 54 enthält, bei dem: das bewegbare Element (88) in der ersten Position einen coplanaren Abschnitt der inneren Oberfläche des Wellenleiters (240) bildet, und eine Bewegung des Elements (88) aus der ersten Position heraus von der Wand wegführt, um den Querschnitt des Wellenleiters (240) entlang einer allgemein zu der Bewegungsrichtung des Elements (88) parallelen Richtung wirksam zu verkleinern.