DE69937217T2

DE69937217T2 - Vorrichtung mit einer Induktivität

Info

Publication number: DE69937217T2
Application number: DE69937217T
Authority: DE
Inventors: Bradley Paul Chatham Barber; Nathan Scotch Plains Belk; David John Summit Bishop; Peter Ledel Millburn Gammel
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 1998-09-12
Filing date: 1999-08-31
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2019-09-01
Also published as: DE69937217D1; US6101371A; EP0986106A1; JP2000150251A; EP0986106B1; JP4880501B2; JP2007201488A

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mikromaschinell hergestellte Induktoren, die für die monolithische Integration in integrierte Schaltungen geeignet sind, und Schaltungen, die selbige beinhalten.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Passive HF-Komponenten, wie z. B. Induktoren, werden in einer Vielfalt von wichtigen Anwendungen in Mikrowellenschaltungen und Schaltungen für drahtlose Telekommunikation verwendet. Erläuternde Anwendungen für Niedrigverlustinduktoren umfassen eine reaktive Impedanzanpassung, um parasitäre Kapazität aufzuheben, und werden als frequenzbestimmende Elemente in Filtern und Oszillatoren verwendet.
Um die Kosten zu reduzieren und die Zuverlässigkeit zu verbessern, ist es wünschenswert, monolithisch integrierte Implementierungen solcher Mikrowellen- und Telekommunikationsschaltungen in einem größtmöglichen Umfang zu schaffen. Momentan ist ein weithin anerkanntes Ziel in der Telekommunikation die Herstellung einer "Einzelchip"-Funkvorrichtung. Während viele der Komponenten/Schaltungen einer Funkvorrichtung jetzt leicht monolithisch in eine solche einzelne integrierte Schaltung (IC) integriert werden können, bleibt die monolithische Integration von linearen passiven Niedrigverlust-HF-Komponenten problematisch.
Die Schwierigkeiten bei der monolithischen Integration von Niedrigverlustkomponenten auf herkömmlichen Siliziumsubstraten sind gut bekannt. Erstens sind auf leitfähigen Siliziumsubstraten hergestellte Induktoren, die für das Bilden von Transistoren geeignet sind, auf Grund der Interaktionen des skalaren Potentials des Induktors mit dem Substrat hohen elektrischen Verlusten unterworfen. Eine zweite Schwierigkeit beinhaltet das induktive Koppeln mit dem Sub strat, wobei auf Grund eines von dem Induktor erzeugten Vektorpotentials Ströme in dem Substrat induziert werden. Solche induzierten Ströme verschlechtern die Induktorleistungsfähigkeit. Drittens erhöhen die dielektrischen Eigenschaften von Silizium die parasitäre Kapazität, wodurch die maximale Betriebsfrequenz solcher Induktoren gesenkt wird. Und viertens sind relativ dicke Metallschichten erforderlich, um Verluste in der Induktorstruktur selber zu reduzieren.
Infolge der oben beschriebenen mit monolithischer Integration verbundenen Probleme werden Induktoren typischerweise "off chip", d. h. getrennt von dem Chip, hergestellt und entweder als Teil eines Multichip-Moduls (MCM) montiert oder auf Plattenebene als diskrete Komponenten implementiert. Beide derartigen Ansätze beinhalten mehr Montageschritte und höhere Kosten als eine monolithisch implementierte Vorrichtung. Außerdem können die parasitäre Induktivität und die parasitäre Kapazität von MCMs oder Implementierungen auf Plattenebene und der entsprechende Mangel an Reproduzierbarkeit solcher parasitären Kräfte erfordern, dass zusätzliche Funktionalität (d. h. Schaltungen) von dem Chip weg genommen wird. Oszillatoren mit variabler Frequenz (VFOs) zum Beispiel verwenden aus solchen Gründen typischerweise diskrete "off chip"-Induktoren und Kondensatoren.
In letzter Zeit wurde Technik für mikroelektromechanische Systeme (MEMS) verwendet, um die Probleme anzugehen, die der monolithischen Integration von passiven HF-Niedrigverlust-Komponenten inhärent sind. Unter Verwendung von MEMS kann die Funktionalität eines Induktors und insbesondere eines Niedrigverlustinduktors durch verschiedene Implementierungen von Mikron-dimensionierten elektromechanischen Strukturen realisiert werden. Auf MEM basierende Induktoren gehen die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei monolithischer Integration durch das Erhöhen des effektiven Abstands zwischen dem Substrat und dem Induktor an. Obwohl einige der bis jetzt vorgeschlagenen auf MEMS basierenden integrierbaren Niedrigverlustinduktoren die oben beschriebenen Schwierigkeiten bei der "Standard"-Integration effektiv angehen, weisen sie leider andere wie unten beschriebene Probleme auf.
In einem ersten auf MEMS basierenden Induktor wird das Siliziumsubstrat un ter einer Mikron-dimensionierten Induktorschleife in einem elektrochemischen Prozess chemisch modifiziert oder selektiv entfernt, wie z. B. durch Nassätzung (üblicherweise als "mikromaschinelle Volumenverarbeitung" bezeichnet). Obwohl mit der Nähe zwischen der Induktorspule und dem Substrat verbundene Schwierigkeiten dadurch verringert werden, verkomplizieren die zusätzlich erforderlichen Verarbeitungsschritte, insbesondere die erforderliche "Rückseiten"-Verarbeitung der Siliziumscheibe, die Scheibenbehandlung und erhöhen nachteilhafterweise die Produktionskosten. Siehe Von Arx et al., "On-Chip Coils with Integrated Cores for Remote Inductive Powering of Integrated Microsystems," Digest of Tech. Papers, 1997 Int'1. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '97), Chicago, Ill., Juni 16-19, 1997, Seiten 999-1002; Ziaie, et al., "A Generic MicroMachined Silicon Platform for Low-Power, Low Loss Miniature Transceivers," Digest of Tech. Papers, 1997 Int'1. Conf. Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '97), Chicago, Ill., Juni 16-19, 1997, Seiten 257-260.
In einem anderen Lösungsansatz wird eine ferromagnetische Dünnschicht unter der Schleife als ein Kern niedergeschlagen. Ein solcher Lösungsansatz beinhaltet eine zusätzliche Dünnschichtverarbeitung, die sich als CMOS-inkompatibel erweisen kann. Außerdem ist eine solche Implementierung nicht anwendbar für eine Vorrichtung, die bei HF-Frequenzen arbeitet.
In noch einem dritten Lösungsansatz wird ein auf MEMS basierender Induktor an schwenkbaren Polysiliziumplatten über einem Siliziumsubstrat aufgehängt. Zwei oder vier schwenkbare mikromaschinell hergestellte Polysiliziumplatten sind symmetrisch um einen Rahmen angeordnet, der ein Spiralenelement (d. h. die Induktorspule) hält. Ein erster Rand jeder Platte ist schwenkbar an dem Trägerrahmen befestigt. Ein entfernter zweiter Rand jeder von mindestens zwei dieser Platten ("die angetriebenen Platten") ist schwenkbar an Betätigungselementen, wie z. B. "Scratch"-Treibern, die auf der Substratoberfläche angeordnet sind, befestigt. Die angetriebenen Platten befinden sich auf entgegengesetzten Seiten des Träherrahmens. Wenn eine Spannung an die Betätigungselemente angelegt wird, bewegen sie sich zueinander hin, wodurch sie die zweiten Ränder jeder angetriebenen Platte zueinander hin zwingen. Da die angetriebenen Platten an ihrem ersten Ende schwenkbar an entgegengesetzten Seiten des Rahmens befestigt sind, heben sich die ersten Enden der angetriebenen Platten, wenn sich die zweiten Ränder zueinander hin bewegen. Wenn sich die ersten Enden der Platten heben, heben sich in Abhängigkeit davon auch der Rahmen und das Spiralenelement. Siehe Fan et al., "Universal MEMS Platforms for Passive RF Components: Suspended Inductors and Variable Capacitors," IEEE Proc. Eleventh Annual Int'1. Conf. MEMS, Jan. 25-29, 1998, Heidelberg, Deutschland, Seiten 29-33.
Der oben beschriebene aufgehängte Induktor leidet hinsichtlich der monolithischen Integration an mehreren Nachteilen. Erstens muss der Induktor nach der Herstellung aufgestellt werden (nachstehend als "aktiv aufgestellt" bezeichnet), was zu vielen gleichen Nachteilen wie bei MCMs führt. Mit anderen Worten muss, nachdem die verschiedenen Platten und Strukturen, die den Induktor bilden, hergestellt wurden, ein separater Schritt auf dem arbeitenden Induktor ausgeführt werden, wobei die Betätigungselemente mit Energie versorgt werden, um den Induktor aufzuhängen. Zweitens muss, da die Induktivität der letzten Vorrichtung an dem Spalt zwischen der Induktorspule und dem Substrat hängt, entweder der Spalt, die Induktivität oder die Schaltungsleistungsfähigkeit während dieses aktiven Aufstellungsschritts überwacht werden. In einem handelsüblichen Prozess, in dem ein auf MEMS basierender Induktor monolithisch in eine Siliziumscheibe integriert wird, sind solche separaten Betätigungs- und Überwachungsschritte unpraktisch und typischerweise unakzeptabel. Außerdem wird in dem entsprechend dem Stand der Technik aufgehängten Induktor die elektrische Verbindung zu der Induktorspule nachteilhafterweise durch schwenkbare Gelenke mit unvollständiger Metallisierung hergestellt.
Somit würde die Technik von einem auf MEMS basierenden Induktor profitieren, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet und leicht in verschiedene Schaltungen, wie zum Beispiel Schaltungen für drahtlose Telekommunikation, monolithisch integrierbar ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung bezieht sich auf einen Gegenstand nach Anspruch 1, einen Oszillator mit variabler Frequenz nach Anspruch 20 und ein Verfahren zum Herstellen eines Induktors nach Anspruch 21.
Gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein mikromaschinell hergestellter sich passiv selbst aufstellender Niedrigverlust-Induktor offenbart. In einigen Ausführungsformen wird der Induktor unter Verwendung von MEMS-Technik hergestellt und verwendet vorteilhafterweise Materialien, die mit Silizium-IC-Herstellung und insbesondere mit CMOS-Produktion kompatibel sind, so dass das Induktor monolithisch auf einem CMOS Chip integriert ist.
In einer ersten Ausführungsform besteht der Induktor aus einer leitfähigen Schleife oder Spirale mit einer oder mehrfachen Drehungen, die über einem Substrat, wie z. B. Silizium, von mindestens zwei leitfähigen Trägern aufgehängt ist, die eine Einrichtung für passive Selbstaufstellung aufweisen. In einer Ausführungsform weist die Einrichtung für passive Selbstaufstellung eine Schicht mit einem hohen Maß an intrinsischer Spannung auf, die in den leitfähigen Trägern enthalten ist.
Die unter Spannung stehende Schicht wird auf der Oberseite der Strukturschicht (z. B. Polysilizium) der leitfähigen Träger niedergeschlagen. Wenn die Träger und andere Merkmale des Induktors während des Herstellungsprozesses durch das Entfernen bestimmter Opferschichten "freigegeben" werden, zieht sich die unter Spannung stehende Schicht zusammen, um die Restspannung zu reduzieren. Folglich wird eine nach oben gerichtete Kraft auf das freie Ende der Träger aufgebracht, an denen die leitfähige Schleife hängt. Folglich heben sich die Träger und die Schleife nach oben hin von dem Substrat weg.
In einer anderen Ausführungsform eines Induktors gemäß den vorliegenden Lehren wird ein planares Spiralglied entlang seiner Mittellinie nach Art eines "Tacos" "gefaltet". Das Spiralglied tritt im Wesentlichen nur entlang der Faltlinie mit dem Substrat in Kontakt. Das Spiralglied selbst weist die Einrichtung für passive Selbstaufstellung auf. in einer Ausführungsform weist eine solche Einrichtung die oben beschriebene unter Spannung stehende Schicht auf. Wenn die Spule während der Herstellung freigegeben wird, zieht sich die unter Spannung stehende Schicht zusammen, was dazu führt, dass sich der nicht unter Spannung stehende Umfang des Induktors hebt, wodurch die bekannte "Taco"-Form gebildet wird.
In einer dritten Ausführungsform halten schwenkbare Strukturen, die die Einrichtung für passive Selbstaufstellung aufweisen, eine Induktorschleife in einer in Bezug auf das Substrat im Wesentlichen orthogonalen Ausrichtung. Eine solche orthogonale Ausrichtung führt im Vergleich zu den ersten zwei Ausführungsformen zu Verbesserungen in der Induktorleistungsfähigkeit.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 beschreibt einen ersten MEMS-implementierten Induktor gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2a-2h beschreiben erläuternde Schritte bei der Herstellung des Induktors aus 1.
3 beschreibt einen zweiten MEMS-implementierten Induktor gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4a beschreibt einen dritten MEMS-implementierten Induktor gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4b-4c beschreiben die passive Aufstellung einer schwenkbaren Platte, wie sie in dem Induktor aus 4a verwendet wird.
5a beschreibt einen vierten MEMS-implementierten Induktor gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5b beschreibt einen fünften MEMS-implementierten Induktor gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6a beschreibt eine typische Implementierung eines Transistors auf einem Substrat.
6b beschreibt eine Modifizierung der Schaltung aus 6a.
7a beschreibt eine herkömmliche Reihen-IC-Schaltung.
7b beschreibt eine herkömmliche Parallel-LC-Schaltung.
8a beschreibt ein erläuterndes Sperrfilter, das den vorliegenden Induktor umfasst.
8b beschreibt ein erläuterndes Passfilter, das den vorliegenden Induktor umfasst.
8c beschreibt ein erläuterndes Bandpassfilter, das den vorliegenden Induktor umfasst.
9 ist eine vereinfachte konzeptuelle Darstellung eines herkömmlichen Negativwiderstandsoszillators mit einem Anschluss;
10 beschreibt ein Modell, in dem eine Last L und eine Eingabevorrichtung IN durch frequenzabhängige Impedanzen Z_L und Z_IN modelliert sind.
11 beschreibt einen herkömmlichen verstärkerbasierten Oszillator.
12 beschreibt eine einfache Colpitts-Oszillatorkonfiguration.
13 beschreibt eine einfache Clapp-Oszillatorkonfiguration.
14 beschreibt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines herkömmlichen Sender-Empfängers.
15 beschreibt eine Implementierung eines solchen Sender-Empfängers auf Plattenebene.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 beschreibt einen ersten Induktor 102 gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der erläuternde Induktor 102 weist eine leitfähige Schleife 104, leitfähige Träger 110 und 114, die eine Einrichtung für passive Selbstaufstellung umfassen, und drei elektrische Kontakte 118, 120 und 122 auf, die wie gezeigt in Beziehung zueinander stehen. Ein erstes Ende 106 der Schleife 104 hängt an dem leitfähigen Träger 110 und ein zweites Ende 108 der Schleife 104 hängt an dem leitfähigen Träger 114. Die leitfähigen Träger 110 und 114 schaffen eine elektrische Verbindung zu der Schleife 104 und dienen auch der physischen Trennung der Schleife 104 von dem Substrat 100.
Zu Messzwecken ist ein erstes Ende 112 des leitfähigen Trägers 110 elektrisch mit dem Massekontakt 118 verbunden. Ein erstes Ende 116 des leitfähigen Trägers 114 ist elektrisch mit dem Signalkontakt 122 verbunden. Ein zweiter Massekontakt 120 ist elektrisch mit dem Kontakt 118 verbunden. Die Massekontakte 118 und 120 sind in flankierender Beziehung zu dem Signalkontakt 122 angeordnet, was die bekannte Masse-Signal-Masse-Anordnung schafft. Eine solche Anordnung schafft das Führen zu einem Signal mit einer relativ hohen Frequenz (z. B. höher als etwa 10 GHz), das an den Signalkontakt 122 geliefert wird.
Die Technik für die Herstellung des oben beschriebenen Induktors ist von einer Vielfalt von Quellen im Handel erhältlich, wie zum Beispiel von dem MEMS Microelectronics Center of North Carolina (MCNC). Eine der von MCNC angebotenen Techniken ist ein Prozess einer mikromaschinellen Herstellung einer Drei-Polysiliziumschichten-Oberfläche. Die erste niedergeschlagene Polysiliziumschicht, bezeichnet als "POLY0", ist nicht-freigebbar und wird typischerweise für das in ein Muster Bringen von Adresselektroden und lokaler elektrischer Verdrahtungsanordnung auf einem Substrat, wie z. B. einer Siliziumscheibe, verwendet. Die oberen Polysiliziumschichten, bezeichnet als "POLY1" und "POLY2", sind freigebbar und können so verwendet werden, um mechanische Strukturen zu bilden. Die POLY1- und/oder die POLY2-Schicht werden durch das Wegätzen von Opferoxidschichten freigegeben, die während der Herstellung zwischen den Polysiliziumschichten niedergeschlagen werden.
Die Polysiliziumschichten POLY0, POLY1 und POLY2 haben nominelle Dicken von 0,5, 2 bzw. 1,5 Mikron. Die Polysilizium- und Oxidschichten werden individuell in ein Muster gebracht und unerwünschtes Material von jeder Schicht wird durch reaktive Ionenätzung entfernt, bevor die nächste Schicht hinzugefügt wird. Wahlweise kann eine Metallschicht, nominell 0,6-1,3 Mikron dick, auf der POLY2-Schicht niedergeschlagen werden. Sowohl der MCNC-Drei-Schichten-Prozess als auch andere MEMS-Herstellungsprozesse sind dem Fachmann jetzt wohl bekannt.
Ein erläuterndes Herstellungsverfahren für den Induktor 102 auf der Basis des oben beschriebenen MCNC-Drei-Schichten-Prozesses ist untenstehend beschrieben und in den 2a-2h dargestellt. Der Klarheit der Darstellung halber wird nur die Herstellung von einem der Träger gezeigt. Bestimmte Materialschichten, die bei der Verwendung des MCNC-Prozesses niedergeschlagen werden, werden nicht genutzt, wenn die vorliegende Struktur gebildet wird. In dem Umfang, dass solche unnötigen Schichten während der Herstellung auf der vorliegenden Struktur niedergeschlagen werden und in späteren lithographischen Schritten vollständig entfernt werden. Solche ungenutzten Schichten werden der Klarheit der Darstellung halber weggelassen. In der folgenden Beschreibung und den begleitenden Figuren werden die MCNC-Bezeichnungen für die verschiedenen Polysiliziumschichten verwendet.
Wie in 2a dargestellt ist, wird eine erste Schicht POLY0 aus Polysilizium auf einer isolierenden Schicht IN, wie z. B. Siliziumnitrid, niedergeschlagen. Die Schicht POLY0 wird dann unter Verwendung einer geeigneten Maske in ein Muster gebracht. Die in ein Muster gebrachte Schicht POLY0_p, die als ein "Anker" für einen leitfähigen Träger dient, ist in 2b gezeigt.
Anschließend wird eine Schicht OX aus Oxid über der Schicht IN und der Schicht POLY0_p niedergeschlagen, wie in 2c dargestellt. Als Nächstes wird die Schicht OX aus Oxid wie in 2d gezeigt in ein Muster gebracht.
In 2e wird eine Schicht POLY2 aus Polysilizium auf den in ein Muster gebrachten Schichten OX_p und POLYO_p niedergeschlagen.
Die Schleife (d. h. die in Fig. 104 gezeigte Schleife) und die Träger (d. h. die in 1 gezeigten Träger 110 und 114) werden von der Schicht POLY2 gebildet. Somit wird die Schicht POLY2 unter Verwendung einer geeignet konfigurierten Maske in ein derartig strukturiertes Muster gebracht. Die in ein Muster gebrachte Schicht POLY2_p ist in 2f dargestellt.
Nachdem die Schicht POLY2 in ein Muster gebracht wurde, wird eine Schicht M aus Metall auf der Schicht POLY2_p niedergeschlagen und dann in ein Muster gebracht. Das Metall wird sowohl über den Trägern als auch über der Schleife niedergeschlagen und schafft eine leitfähige Oberfläche. 2g stellt die in ein Muster gebrachte Schicht M auf der in ein Muster gebrachten Schicht POLY2_p dar. Letztendlich wird die Schicht OX aus Oxid geätzt, wie z. B. mit HF, wodurch die in ein Muster gebrachte Schicht POLY2_p wie in 2h beschrieben freigegeben wird.
In einigen Ausführungsformen werden, im Gegensatz zu einer einzelnen Schicht, überall auf dem Induktor 102 zwei Schichten aus Metall niedergeschlagen, um den elektrischen Widerstand im Vergleich zu einer einzelnen Schicht zu reduzieren. In noch anderen Ausführungsformen werden drei oder mehr Metallschichten verwendet, um den elektrischen Widerstand weiter zu reduzieren. Jedes einer Vielfalt von Metallen kann für einen solchen Zweck geeignet verwendet werden, einschließlich zum Beispiel Aluminium, Kupfer, Silber oder Gold. Wie dem Fachmann bekannt ist, wird Gold typischerweise nicht in Verbindung mit CMOS-Prozessen verwendet. Somit sollten in solchen Ausführungsformen wie den später in dieser Spezifikation beschriebenen, in denen der vorliegende Induktor in einem CMOS-Chip enthalten ist, die anderen oben aufgelisteten Metalle Gold vorgezogen werden.
Jetzt wieder mit Bezug auf 2h verzieht sich die in ein Muster gebrachte Schicht POLY2_p, wenn sie freigegeben wird, so dass sich das nicht-verankerte Ende (wo die Induktorschleife ist) nach oben hin von der auf dem Substrat angeordneten Schicht IN wegbewegt. Ein solches Verziehen ergibt sich aus der Integrierung der oben erwähnten Einrichtung für passive Selbstaufstellung.
In einer Ausführungsform weist die Einrichtung für passive Selbstaufstellung eine Schicht aus einem Material auf, das niedergeschlagen wird, um ein hohes Maß an intrinsischer Spannung zu haben ("unter Spannung stehende Schicht"). Die unter Spannung stehende Schicht wird über der Strukturschicht (z. B. dem Polysilizium) der zu verziehenden Struktur niedergeschlagen. Zum Beispiel wird die unter Spannung stehende Schicht in dem oben beschriebenen Verfahren auf der Oberseite der in ein Muster gebrachten Schicht POLY2_p niedergeschlagen, wie unten detaillierter beschrieben wird.
In dem erläuternden Verfahren wurde Metall auf der POLY2 Schicht niedergeschlagen, um eine leitfähige Oberfläche zu schaffen. Dieses Metall ist (für Nicht-CMOS Anwendungen) typischerweise Gold. Gold haftet jedoch nicht gut an Polysilizium. Somit wird vor dem Niederschlagen von Gold auf der POLY2-Schicht oft eine dünne Haftschicht niedergeschlagen. In einer Ausführungsform ist das Material, das als eine Haftschicht dient, vorteilhafterweise die Einrichtung für passive Selbstaufstellung. In einer solchen Ausführungsform wird Chrom vorteilhaft als die Haftschicht/Einrichtung für passive Selbstaufstellung verwendet. Mit der niedergeschlagenen Chromschicht ist eine hohe intrinsische Spannung verbunden. Wenn die Opferoxidschicht weggeätzt wird, um die in ein Muster gebrachte Schicht POLY2_p freizugeben, zieht sich die Chromschicht zusammen, um die Spannung zu minimieren. Auf ein solches Zusammenziehen hin wird eine nach oben gerichtete Kraft auf das unverankerte Ende der in ein Muster gebrachten Schicht POLY2_p aufgebracht, was bewirkt, dass sie sich in eine "Aufwärts"-Richtung verzieht. Folglich wird in dem Induktor 102 die Schleife 104 auf Grund des Verziehens der Träger 110 und 114 von dem Substrat 100 weg in die Betriebsposition bewegt. Siehe U.S. 5994159 . Andere Materialien, die dazu fähig sind, eine geeignet hohe intrinsische Spannung zu entwickeln, können statt Chrom verwendet werden.
In einer (nicht gezeigten) alternativen Ausführungsform wird die in ein Muster gebrachte Schicht POLY2_p mit Druckspannung hergestellt und wird eine überlagernde Schicht (z. B. Metall) mit niedriger Spannung niedergeschlagen. Auf die Freigabe hin dehnt sich die POLY2_p Schicht aus, was das gleiche nach oben gerichtete Verziehen bewirkt.
In dem oben beschriebenen erläuternden Herstellungsverfahren wird die POLY1-Schicht des MCNC-Prozesses nicht verwendet; es wird vorzugsweise die POLY2-Schicht verwendet. Es gibt mehrere Gründe dafür. Erstens ist, da die POLY2-Schicht mit 1,5 Mikron dünner ist als die POLY1-Schicht (2 Mikron), POLY2 empfänglicher für das "sich Verziehen", wie es für das Heben der Träger 110 und 114 und der Schleife 104 nach oben hin und weg von dem Substrat wünschenswert ist. Zweitens wird, um die erforderliche Leitfähigkeit auf die Träger und die Schleife aufzubringen, vorteilhafterweise Metall auf der Strukturschicht (z. B. Polysilizium) niedergeschlagen, die diese Strukturen aufweist. In dem MCNC-Prozess kann Metall nicht auf der POLY1-Schicht niedergeschlagen werden, aber kann auf der POLY2-Schicht niedergeschlagen werden.
Auch wenn das oben beschriebene Verfahren die Drei-Polysiliziumschichten-MEMS-Herstellungstechnik von MCNC genutzt hat, sollte zu verstehen sein, dass der Induktor 102 unter Verwendung anderer Prozesse zur maschinellen Herstellung von Oberflächen hergestellt werden kann.
3 beschreibt einen zweiten Induktor 202 gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der erläuternde Induktor 202 weist eine leitfähige Spirale 204, die eine Einrichtung für passive Selbstaufstellung aufweist, und vier elektrische Kontakte oder Kontaktflächen 218, 220, 222 und 224 auf, die wie gezeigt zueinander in Beziehung stehen. Ein erstes Ende 206 der Spirale 204 ist elektrisch mit dem Signalkontakt 222 verbunden und ein zweites Ende 208 der Spirale 204 ist elektrisch mit dem Rückführkontakt 224 verbunden. In der erläuterten Ausführungsform wird ein leitfähiges Substrat als eine Rückführung zu den Massen 218 und 220 verwendet. Der erste und der zweite Massekontakt 218 und 220 sind elektrisch miteinander verbunden und in flankierender Beziehung zu dem Signalkontakt 222 angeordnet, wodurch eine Masse-Signal-Masse-Anordnung geschaffen wird. Die Kontaktflächen 218-224 werden auf einer (nicht gezeigten) auf dem Substrat 200 angeordneten zugrunde liegenden elektrisch isolierenden Schicht so niedergeschlagen, dass die Kontaktflächen 222 und 224 den Induktor 202 verankern.
Ein Teil der Spirale 204, der in Ausrichtung mit dem Durchmesser A-A ist, liegt auf dem zugrunde liegenden Substrat 200 auf, aber ist nicht damit verankert. Die Spirale 204 ist entlang dem Durchmesser A-A "gefaltet" und teilt dabei die Spirale in zwei Teile, von denen sich jeder nach oben hin von dem Substrat 200 weg biegt. Der Induktor 202 kann durch das Anwenden der oben beschriebenen mikromaschinellen Herstellungsverfahren für Oberflächen, die je nach den Anforderungen der Unterschiede in der Struktur ausgebildet sind, hergestellt werden.
In einer Ausführungsform weist die Einrichtung für passive Selbstaufstellung eine unter Spannung stehende Schicht auf, wie sie in Verbindung mit der vorherigen Ausführungsform beschrieben ist. Für den Induktor 202 wird die unter Spannung stehende Schicht über der Strukturschicht (z. B. Polysilizium) der Spirale 204 niedergeschlagen. Um die "Faltung" des Induktors 202 zu fördern, werden Vertiefungen in der Schicht OX (d. h. der OXIDE1-Schicht des MCNC-3-Schichten-Prozesses) entlang der Achse A-A vorteilhaft in ein Muster gebracht. Solche Vertiefungen, die in der POLY2-Schicht, die die Induktorspule bildet, wiederholt sind, schwächen die Spirale, was die Faltung entlang der Achse A-A beim Verziehen der Spirale erleichtert. Da der Induktor 202 an der zugrunde liegenden Schicht (d. h. einer auf der Oberseite des Substrats angeordneten isolierenden Schicht) entlang der Achse A-A an den Kontaktflächen 222 und 224 verankert ist, verzieht sich die Spirale 204 auf jeder Seite der Achse A-A nach oben hin, was die bekannte "Taco"-Form bildet.
Es gibt auf Grund der Nähe und der relativen Ausrichtung des Schleifen/Spiralenelements zu einem solchen Substrat einen Grad an Interaktion (z. B. elektrische Verluste, induktive Kopplung, parasitäre Kapazitäten) zwischen dem Induktor 102/202 und seinem entsprechenden Substrat. Eine solche Interaktion ist in einem Induktor 302 gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf im Grunde genommen vernachlässigbare Niveaus reduziert. Der Induktor 302 ist in 4 dargestellt.
Die Spule 304 des Induktors 302 ist in orthogonaler Beziehung zu dem Substrat 300 angeordnet. Leitfähige Träger 310 und 314 halten die Spirale 304 in einer aufrechten Außer-Ebenen-Ausrichtung des Substrats angeordnet. Die leitfähigen Träger 310 und 314 sind an entsprechenden leitfähigen schwenkbaren Platten 332a und 332b befestigt. Die schwenkbaren Platten sind durch Gelenke 338 drehbar an dem Substrat 300 befestigt. Die Bildung solcher schwenkbarer Platten ist in der Technik bekannt. Siehe zum Beispiel Pister et al., "Microfabricated Hinges," v. 33, Sensors and Actuators A, Seiten 249-256, 1992. Siehe auch US 592 3798 des Begünstigten.
Die schwenkbaren Platten 332a/332b haben eine V-förmige Aussparung 334, die ein V-förmiges Angriffsglied 342 aufnimmt, das an einem ersten Ende von leitfähigen passiven Betätigungselementen 340a und 340b hängt. In der vorliegenden Ausführungsform weist die Einrichtung für passive Selbstaufstellung die oben erwähnte V-förmige Aussparung 334, das V-förmige Angriffsglied 342 und die passiven Betätigungselemente 340a und 340b auf. Kontakte 350, 352 und 354, die in der bekannten Masse-Signal-Masse-Anordnung angeordnet sind, schaffen durch die passiven Betätigungselemente, schwenkbaren Platten und leitfähigen Träger eine elektrische Verbindung mit der Spirale 304. Ein Segment 305, das an dem inneren Ende der Spirale 304 hängt, schafft einen Rückführpfad durch den Träger 314, die schwenkbare Platte 332b und das passive Betätigungselement 340b zu den Massekontakten 350 und 354.
Nach ihrer Bildung liegen die Spirale 304, die leitfähigen Träger 310/314, die schwenkbaren Platten 332a/332b und die passiven Betätigungselemente 340a/340b flach auf der Oberfläche des Substrats 300 (oder auf einer auf dem Substrat angeordneten isolierenden Schicht). In diesem Zustand vor der Aufstellung liegt ein Teil des V-förmigen Angriffsglieds 342 des Betätigungselements 340a unter der V-förmigen Aussparung 334 der schwenkbaren Platte 332a (Siehe 5). Auf ähnliche Weise liegt ein Teil des V-förmigen Angriffsglieds 342 des Betätigungselements 340b unter der V-förmigen Aussparung 334 der schwenkbaren Platte 332b.
Die passiven Betätigungselemente 340a und 340b weisen eine unter Spannung stehende Schicht auf, die auf die zuvor beschriebene Art implementiert sein kann. Wenn die verschiedenen Strukturelemente des Induktors 302 während der letzten Herstellungsschritte freigegeben werden, zieht sich die unter Spannung stehende Schicht zusammen, um die Spannung zu minimieren, was bewirkt, dass sich die passiven Betätigungselemente 340a/340b nach oben hin und von dem Substrat 300 weg heben. Ein maximaler Abstand zwischen dem Substrat 300 und den passiven Betätigungselementen kommt an dem ersten Ende zustande, an dem das V-förmige Angriffsglied 342 angeordnet ist, und ein Minimum (kein Abstand) kommt an einem zweiten Ende zustande, an dem die passiven Betätigungselemente 340a/340b an dem Substrat (oder an überlagernden Schichten) verankert sind.
4b und 4c beschreiben den passiven Aufstellungsprozess für den in 4 dargestellten erläuternden Induktor. 4b und 4c zeigen der Klarheit der Darstellung halber nur eine einzige schwenkbare Platte und ein passives Betätigungselement.
4b beschreibt die schwenkbare Platte 332a und das passive Betätigungselement 340a, wie sie auf dem Substrat 300 liegen. Wenn eine umgebende (nicht gezeigte) Oxidschicht freigegeben wird und das passive Betätigungselement 340a beginnt, sich zu heben, gleiten die Ränder 436a/436b der V-förmigen Aussparung 334 in der schwenkbaren Platte 332a über die Ränder 444a/444b des V-förmigen Angriffsglieds 342. Wenn ein solcher Gleitangriff auftritt, wird die schwenkbare Platte 332a um ihre Gelenke 338 nach oben und weg von dem Substrat 300 gedreht. Mit kontinuierlicher nach oben gerichteter Kraft konvergieren der Scheitel 343 des V-förmigem Angriffsglieds 342 und der Scheitel 335 der V-förmigen Aussparung 334 in eine Endposition, wie in 4c dargestellt. In der Endposition ist die schwenkbare Platte 332a im Wesentlichen orthogonal zu dem Substrat 300, nachdem sie etwa neunzig Grad aus der Ebene heraus um die Gelenke 338 gedreht wurde. Ein Anschlag 344 hindert die schwenkbare Platte 332a daran, "umzukippen" und in Richtung des Substrats 300 auf das passive Betätigungselement 340a zu fallen. Siehe US 599 4159 des vorliegenden Übertragungsempfängers.
Wie gut bekannt ist, ist die Leistungsfähigkeit von Induktoren, wie z. B. den erläuternden Induktoren 102, 202 und 302, durch geometrische Gesichtspunkte und natürlich die Nähe der Induktorschleife/-spirale zu dem Substrat vorgegeben. Bezüglich der geometrischen Gesichtspunkte weist in dem erläuternden Induktor 102 die Schleife 104 eine einzige (oder richtiger, eine teilweise) Drehung auf. In anderen Ausführungsformen kann die Schleife zusätzliche Drehungen aufweisen, um mehr Induktivität zu liefern. Zum Beispiel weist die Spirale 204 in dem erläuternden Induktor 202 drei Drehungen auf. Es sollte zu verstehen sein, dass die drei erläuternden Induktoren 102, 202 und 302 als eine Schleife (d. h. eine teilweise Drehung bis hin zu einer vollen Drehung) oder einer Spirale (mehr als eine Drehung) hergestellt werden können.
Andere Attribute sind gleich, ein Spiralen-Induktor (d. h. mehrfache Drehungen) hat eine größere Induktivität als ein Schleifen-Induktor (d. h. eine einzelne Drehung). Ein Spiralen-Induktor erfordert nachteilhafterweise einen Rückführpfad unter den mehrfachen Drehungen. Ein solcher Rückführpfad wird von einem leitfähigen Substrat in der in 2 beschriebenen Ausführungsform und von dem Segment 305 in der in 4a gezeigten Ausführungsform geschaffen. Der oben beschriebene Nachteil wird in einer vierten und einer fünften Ausführungsform des vorliegenden Induktors, die in den Draufsichten in 5a bzw. 5b dargestellt sind, vermieden.
5a ein beschreibt eine Draufsicht auf einen Induktor 402. Der Induktor 402 weist eine Mäanderlinie 404, leitfähige Träger 410 und 414, die eine Einrichtung für passive Selbstaufstellung umfassen, und drei elektrische Kontakte 418, 420 und 422 auf, die wie gezeigt zueinander in Beziehung stehen. Ein erstes Ende 406 der Mäanderlinie 404 hängt an dem leitfähigen Träger 410 und ein zweites Ende 408 der Mäanderlinie 404 hängt an dem leitfähigen Träger 414. Die leitfähigen Träger 410 und 414 schaffen eine elektrische Verbindung mit der Mäanderlinie 404 und dienen auch der physischen Trennung der Mäanderlinie von einem zugrunde liegenden Substrat 400. Der leitfähige Träger 410 ist mit dem Massekontakt 418 verankert und elektrisch verbunden. Der Massekontakt 418 ist elektrisch mit dem Massekontakt 420 verbunden, was eine Masse-Signal-Masse-Anordnung schafft. Der leitfähige Träger 414 ist mit dem Signalkontakt 422 verankert und elektrisch verbunden.
5b beschreibt einen Induktor 502. Der Induktor 502 weist zwei Schleifen 504a und 504b, leitfähige Träger 510a, 510b und 514, die eine Einrichtung für passive Selbstaufstellung aufweisen, und drei elektrische Kontakte 518, 520 und 522 auf, die wie gezeigt in Beziehung zueinander stehen. Ein erstes Ende 506a der Schleife 504a hängt an dem leitfähigen Träger 510a und ein erstes Ende 506b der Schleife 504b hängt an dem leitfähigen Träger 510b. Ein zweites Ende 508a der Schleife 504a und ein zweites Ende 508b der Schleife 504b hängen an dem leitfähigen Träger 514. Der leitfähige Träger 510a ist mit dem Massekontakt 518 verankert und elektrisch verbunden. Der leitfähige Träger 510b ist mit dem Massekontakt 520 verankert und elektrisch verbunden. Und der leitfähige Träger 514 ist mit dem Signalkontakt 522 verankert und elektrisch verbunden.
Die Windungen der Mäanderlinie 404 erhöhen die Induktivität des Induktors 402 relativ zu einem Induktor mit einer nicht-gewundenen Schleife, wie z. B. dem in 1 beschriebenen erläuternden Induktor 102. Die interagierenden Felder der Schleifen 504a und 504b erhöhen die Induktivität des Induktors 502 relativ zu der einzelnen Schleife des in 1 dargestellten erläuternden Induktors 102. Folglich besitzen die erläuternden Induktoren 402 und 502 vorteilhafterweise die höhere Induktivität eines "Spiralen"-Induktors, aber erfordern keinen Rückführpfad.
Wie nachstehend in dieser Beschreibung und den Ansprüchen verwendet, soll der Ausdruck "Schleife" ein Induktorelement umfassen, das als eine Schleife (Teil- oder Einzeldrehung), eine Spirale (Mehrfachdrehungen), eine Mäanderli nie und eine zweifache Schleife konfiguriert ist, wie diese Begriffe oben definiert/beschrieben sind.
Andere relevante geometrische Gesichtspunkte beinhalten zum Beispiel die Beabstandung zwischen den Drehungen, den Schleifendurchmesser, die "Draht"-Größe und Ähnliches. Die Leistungsfähigkeit der verschiedenen Ausführungsformen des vorliegenden Induktors kann unter Verwendung handelsüblicher elektromagnetischer Simulationssoftware, wie z. B. SERENADE^TM, das von der Ansoft Corporation of Pittsburg, Pennsylvanien, erhältlich ist, oder MOMENTUM^TM, das von der Hewlett Packard Company of Palo Alto, Kalifornien erhältlich ist, simuliert werden.
Also kann im Gegensatz zu Induktoren des Standes der Technik der vorliegende Induktor unter Verwendung von kommerzieller Herstellungstechnik vorteilhaft monolithisch in eine Anzahl von wichtigen Schaltungen integriert werden, wodurch ein gewerblich realisierbares Verfahren für das Schaffen einer Einzelchipversion solcher Schaltungen bereitgestellt wird. Erläuternde Anwendungen umfassen viele sehr grundlegende Schaltungen, einschließlich zum Beispiel reaktiver Impedanzanpassungsschaltungen, Schwingkreisschaltungen und Filter. Der vorliegende Induktor kann auch in komplexere Vorrichtungen, wie z. B. Oszillatoren mit variabler Frequenz (VFOs) und Sender-Empfänger, die solche Schaltungen nutzen, integriert werden. Im Rest dieser Spezifikation sind mehrere verbesserte Vorrichtungen beschrieben, die einen monolithisch integrierten Induktor gemäß den vorliegenden Lehren nutzen.
Vor der Beschreibung solcher verbesserten Vorrichtungen wird Bezug auf im Handel erhältliche Methodologien für das monolithische Integrieren von MEMS-Strukturen, wie z. B. der vorliegenden Induktoren, mit CMOS-Verarbeitung genommen. Solche Methodologien sind allgemein leicht dafür anpassbar, die Anforderungen einer besonderen MEMS-Anwendung zu erfüllen.
Ein solcher Prozess ist der von Analog Devices, Inc. of Norwood, Massachusetts, erhältliche "BiMOSIIe^®"-Prozess. Der BiMOSIIe^®-Prozess integriert einen mikromaschinellen Prozess für Oberflächen, der für das Bilden von MEMS-Strukturen mit einem CMOS-Prozess geeignet ist, der für das Bilden von Vor richtungen geeignet ist, die für analoge Anwendungen nützlich sind. Der BiMOSIIe^®-Prozess nutzt nominell eine einzelne Polysiliziumstrukturschicht und eine zugehörige Opferschicht (um die Polysiliziumstrukturschicht freizugeben). Zusätzliche Polysiliziumschichten können in diesem oder in anderen Prozessen verwendet werden, um je nach Bedarf mehr Funktionalität zu liefern. Information, die den BiMOSIIe^®-Prozess betrifft, wird auf den MCNC-Serverseiten von Analog Devices unter http://imems.mcnc.org bereitgestellt. Siehe auch das U.S.-Patent mit der Nr. 5 326 726 an Tsang et al. mit dem Titel "Method for Fabricating Monolithic Chip Containing Integrated Circuitry and Suspended Microstructure;" und das U.S.-Patent mit der Nr. 5 620 931 an Tsang et al. mit dem Titel "Methods for Fabricating Monolithic Device Containing Circuitry and Suspended Microstructure".
Außerdem werden Verfahren für das monolithische Integrieren einer MEMS-Struktur in einen CMOS-Chip von der University of California bei Berkley und den Sandia National Labs von Albuquerque, New Mexico angeboten.
6a stellt einen Teil einer Schaltung 600a dar, die eine typische Implementierung eines Transistors T1 auf einem Substrat aufweist. Ein erster Kondensator C1 und ein zweiter Kondensator C2 sind repräsentativ für parasitäre Kapazitäten, die auf Grund der Schaltungsanordnung erzeugt werden, die erforderlich ist, um den Transistor T1 auf einem Substrat zu implementieren. Ein Teil des HF-Signals SRF geht an solche parasitären Kapazitäten, wie von dem Signalverlust SL₁ und SL₂ dargestellt, verloren. Wie in der Technik bekannt ist, kann ein solcher Signalverlust durch die Aufnahme von Impedanzanpassungselementen in die Schaltung 600a wesentlich reduziert werden.
6b beschreibt eine Modifizierung gemäß den vorliegenden Lehren der in 6a gezeigten Schaltung, wobei die vorliegenden MEMS-implementierten Induktoren hinzugefügt sind, um eine reaktive Impedanzanpassung zu schaffen. Die Impedanzanpassungschaltung 600b umfasst sich passiv selbst aufstellende Induktoren L1 und L2, die gemäß den vorliegenden Lehren hergestellt und konfiguriert sind. Parasitäre Kapazitäten C1 und C2 werden auf Grund der induktiven Reaktanz der Induktoren L1 und L2 im Wesentlichen aufgehoben. Folglich werden Verbesserungen in der Energieübertragung und der Schaltungsrausch leistungsfähigkeit realisiert.
In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der vorliegende Induktor verwendet, um eine verbesserte LC-Schaltung zu bilden, die manchmal als eine "Schwingkreis"-Schaltung bezeichnet wird. Eine LC-Schaltung besteht aus einem Induktor und einem Kondensator, die entweder in Reihe oder parallel geschaltet sind. Es ist eine Eigenschaft einer LC-Schaltung, unabhängig davon, ob es sich um eine Reihen- oder eine Parallelschaltung handelt, dass, wenn die Impedanz Z_L (oder die Reaktanz X_L) des Induktors und die Impedanz Z_c (Reaktanz X_C) des Kondensators gleich sind, die Schaltung in Resonanz ist. Induktive Impedanz kann ausgedrückt werden als: ZL = jXL = 2πjfL, [1]wobei:

Z_L: die Impedanz in Ohm ist;
j: der J-Operator = (–1)^0,5 ist;
X_L: die induktive Reaktanz in Ohm ist;
f: die Frequenz in Hertz ist; und
L: die Induktivität in Henry ist.

Kapazitive Impedanz kann ausgedrückt werden als: Zc = jXC = 1/(2πjfC), [2]wobei:

Z_c: die Impedanz in Ohm ist;
j: der J-Operator = (–1)^0,5 ist;
X_C: die kapazitive Reaktanz in Ohm ist;
f: die Frequenz in Hertz ist; und
C: die Kapazität in Farad ist.

Das Potential für Resonanz macht IC-Schaltungen äußerst nützlich und wichtig. Reihen- und Parallelresonanz-LC-Schaltungen werden vorteilhaft zum Beispiel als Hochfrequenz- und Energieversorgungsfilter in Zwischenfrequenztransformatoren von Radio- und Fernsehempfängern sowohl in Treiber- und Energiestufen von Sendern als auch in den Oszillatorstufen von Sendern, Empfängern und Frequenzmessgerätschaft verwendet.
7a beschreibt eine herkömmliche Reihen-LC-Schaltung 750S und 7b beschreibt eine herkömmliche Parallel-LC-Schaltung 750P. Die Schaltung 750S weist eine Signalquelle G3, einen Kondensator C3, einen Induktor L3 und einen Widerstand R3 auf, die wie gezeigt in Reihe geschaltet sind. Die Schaltung 750P weist die gleichen Elemente (d. h. eine Signalquelle G4, einen Kondensator C4, einen Induktor L4 und einen Widerstand R4) auf, die aber in einer parallelen Konfiguration geschaltet sind. Die Widerstände R3 und R4 sind keine tatsächlichen Schaltungselemente, aber sind enthalten, um den inhärenten Widerstand der Schaltungskomponenten, insbesondere des Induktors, zu berücksichtigen.
Die IC-Schaltungen aus 7a und 7b können entweder als feste IC-Schaltungen oder als variable IC-Schaltungen implementiert sein. In festen LC-Schaltungen gibt es keine Fähigkeit, die Induktivität des Induktors oder die Kapazität des Kondensators zu variieren. Solche festen Schaltungen haben deshalb eine feste Resonanz. Eine variable LC-Schaltung mit einer anpassbaren Resonanzfrequenz kann unter Verwendung eines festen Induktors und eines variablen Kondensators implementiert sein.
Eine monolithisch integrierbare CMOS-kompatible feste LC-Schaltung gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen auf MEMS basierenden festen Induktor, wie z. B. die erläuternden Induktoren 102, 202 oder 302, und einen Kondensator, wie z. B. einen Oxidkondensator oder einen mikromaschinell hergestellten Kondensator auf, die beide in der Technik bekannt sind. Eine monolithisch integrierbare CMOS-kompatible variable LC-Schaltung gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist einen auf MEMS basierenden festen Induktor und einen variablen Kondensator oder Varaktor, wie z. B. einen in der Technik gut bekannten Diodenvaraktor, oder einen auf MEMS basierenden variablen Kondensator auf, wie in US 624 2989 beschrieben ist.
Es ist wohl bekannt, dass LC-Schaltungen in einer Vielfalt von Filteranwendungen kombiniert werden können. 8a beschreibt ein erläuterndes Sperrfilter NF gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Sperrfilter NF weist einen Quer-Resonator (LC-Schaltung) LC1 auf, der die Signalleitung S1 zur Masse G parallel schaltet. Der Quer-Resonator LC1 weist einen sich passiv selbst aufstellende Induktor L5 gemäß den vorliegenden Lehren und einen Kondensator C5 auf. Das Sperrfilter NF unterdrückt die Signalübertragung auf der Resonanzfrequenz des Resonators LC1 und lässt im Wesentlichen alle anderen Frequenzen durch. 8b beschreibt ein Durchlassfilter PF gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Querfilter HF weist einen Reihenresonator (LC-Schaltung) LC2 auf. Die Reihe LC2 weist einen sich passiv selbst aufstellenden Induktor L6 gemäß den vorliegenden Lehren und einen Kondensator C6 auf. Der Durchlassfilter PF lässt ein Signal auf der Resonanzfrequenz des Resonators LC2 durch, und unterdrückt im Wesentlichen alle andere Frequenzen.
8c beschreibt ein Bandpassfilter BPF gemäß einer erläuternden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bandpassfilter BPF weist zwei Längsresonatoren LC3 und LC4 und einen Quer-Resonator LC5 auf, die wie gezeigt zueinander in Beziehung stehen. Die Resonatoren LC3, LC4 und LC5 weisen sowohl entsprechende sich passiv selbst aufstellende Induktoren L7, L8 und L9 als auch entsprechende Kondensatoren C7, C8 und C9 auf. Die Werte der Induktoren L7, L8 und L9 und der Kondensatoren C7, C8 und C9 sind passend so ausgewählt, dass das Filter BPF-Signale mit einer Frequenz innerhalb eines gewünschten Bands oder Bereichs durchlässt und Signale mit Frequenzen außerhalb des Bandes "stoppt".
Bei Bedarf können die in den Resonatoren LC1-LC5 verwendeten Kondensatoren fest oder variabel sein. Wenn variable Kondensatoren verwendet werden, dann kann die Frequenzkennlinie der Resonatoren und somit der Filter durch eine angelegte Steuerspannung geändert werden. Ein solches abstimmbares Filter ist besonders vorteilhaft für die Verwendung in einem Entzerrer für Hochfrequenzverstärker. Ein solcher Entzerrer kann in einer Rückkopplungskonfigu ration verwendet werden, um das Spektrum des Verstärkers auf eine erwünschte Funktion zuzuschneiden. Es sollte anerkannt werden, dass eine große Vielfalt von anderen Anordnungen, die den vorliegenden Induktor umfassen, geeignet verwendet werden können, um eine Filterfunktion zu liefern.
Wie zuvor erwähnt, sind LC-Schaltungen wichtige Elemente von komplizierteren Vorrichtungen, einschließlich zum Beispiel VFOs. In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die zuvor beschriebenen CMOS-kompatiblen monolithisch integrierbaren LC-Schaltungen verwendet werden, um einen monolithisch integrierbaren VFO zu bilden. Anstatt spezielle VFG-Layouts darzustellen, sind untenstehend allgemeine Layouts, die für die Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, beschrieben. Bei der Anwendung der hierin vorgelegten Richtlinien und gut verstandenen Prinzipien der Oszillatorkonstruktion wird der Fachmann VFOs gemäß den vorliegenden Lehren auf eine große Vielfalt von Weisen je nach der Eignung für eine besondere Anwendung konfigurieren können.
Die vorliegenden VFOs sind HF-Oszillatoren. Ein Oszillator ist eine Vorrichtung oder eine Schaltung, die Gleichstromenergie in HF-Energie umwandelt. Die vorliegenden Festkörperoszillatoren umfassen eine nichtlineare aktive Vorrichtung, wie z. B. eine Diode oder einen Transistor, die vorgespannt ist, um in einem instabilen "Negativwiderstands"-Arbeitsbereich zu sein. Die Phrase "Negativwiderstand" wird verwendet, um einen Prozess zu beschreiben, in dem Energie auf eine Weise in die Resonanzstruktur gekoppelt wird, die es ermöglicht, dass die Resonanzstruktur HF-Schwingungen aufrechterhält, und ist eine Anforderung für das Erzeugen von Netto-HF-Energie.
Die Schwingungsfrequenz des Oszillators wird sowohl von der Last und den Anschlussschaltungen als auch von einem frequenzselektiven Netzwerk bestimmt, das oft als eine Resonanzstruktur implementiert wird, die in der vorliegenden Erfindung den vorliegenden auf MEMS basierenden Induktor aufweist. Die Kapazität kann von einem Kondensator in einer LC-Schaltung, die den auf MEMS basierenden Induktor aufweist, oder von anderen in dem Oszillator enthaltenen Strukturen (z. B. Kondensatoren in einer Verstärkungsvorrichtung) erhalten werden. Außerdem haben die meisten Ausführungsformen des vorlie genden auf MEMS basierenden Induktors auf Grund von dessen Struktur eine damit verbundene Kapazität, die in Verbindung mit anderen kapazitiven Strukturen in dem Oszillator einen geeigneten Betrieb der Resonanzstruktur schafft. Durch das Aufnehmen eines variablen Kondensators in den Oszillator wird ein Oszillator mit variabler Frequenz (VFO) erhalten.
In einer Ausführungsform nutzt ein verbesserter VFO gemäß den vorliegenden Lehren den vorliegenden Induktor in der gut bekannten Konfiguration eines Negativwiderstandsoszillators mit einem Anschluss. Ein Negativwiderstandsoszillator mit einem Anschluss ist konzeptuell in 9 dargestellt. Ein solcher Oszillator kann so konzeptualisiert sein, dass er eine Last L und eine Negativwiderstandseingabevorrichtung IN aufweist. Typischerweise ist die Negativwiderstandsvorrichtung eine Gunn- oder IMPATT-Diode, die vorgespannt ist, um einen Negativwiderstand zu schaffen. Gemäß den vorliegenden Lehren weist die Last eine Resonanzstruktur, wie z. B. eine LC-Schaltung auf, die den vorliegenden sich passiv selbst aufstellenden Induktor aufweist.
Die Last L und die Eingabevorrichtung IN können von frequenzabhängigen Impedanzen Z_L und Z_IN modelliert sein, wie in 10 dargestellt ist, wobei: ZL = RL + jXL, und [3] ZIN = RIN + jXIN [4]wobei:

Z_L: die Impedanz der Last ist;
R_L: der Widerstand der Last ist;
j: der J-Operator = (–1)^0,5 ist;
X_L: die Reaktanz der Last ist; und
Z_In, R_IN, j und X_IN: die entsprechenden Größen für die Eingabevorrichtung IN sind.

Es ist gut bekannt, dass für das Auftreten von Schwingung die folgenden Gleichungen erfüllt sein müssen: RL + RIN = 0, und [5] XL + XIN = 0. [6]
Für eine passive Last ist R_L > 0, so dass der Ausdruck [5] R_IN < 0 impliziert. Der Negativwiderstand R_IN ist die Energiequelle für den Oszillator. Der Ausdruck [6] stellt die Schwingungsfrequenz folgendermaßen ein. Wenn die Last L eine variable Kapazität aufweist: XL = XL (4) + XC; [7]wobei:

X_C: die kapazitive Reaktanz ist; und
XL⁽⁴⁾: die induktive Reaktanz ist.

XC = –1/(ωC); und [8]

XL = ωL; [9]

ω: die Frequenz ist;
C: die Kapazität ist; und
L: die Induktivität ist.

Dann ist die Frequenz der Schwingung ω_o gegeben durch: ωo = 1/[C(XL (4) + XIN)], [10]
Wenn sich die Größe der von der Kapazität C bestimmten Funktion X ändert, tut das auch die Frequenz ω_o des Oszillators.
Wie dem Fachmann gut bekannt ist, erfordert die Oszillatorkonstruktion die Be rücksichtigung von anderen Faktoren außer den oben beschriebenen, wie zum Beispiel die Wahl eines Betriebspunkts für einen stabilen Betrieb und eine maximale Ausgangsleistung, Frequenzhub, Großsignaleffekte und eine Rauschkennlinie. Solche Faktoren sind vom Fachmann gut zu verstehen und werden hierin nicht beschrieben.
Eine andere üblicherweise verwendete Oszillatorstruktur implementiert die Funktion des Negativwiderstands unter Verwendung einer Verstärkungsvorrichtung. 11 beschreibt einen herkömmlichen verstärkerbasierten VFO. Ein solcher Oszillator weist eine frequenzabhängige Struktur oder eine Resonanzstruktur RS und eine Verstärkungsvorrichtung A auf. Der Energieausgabeanschluss kann auf jeder Seite der Verstärkungsvorrichtung A sein, die üblicherweise als ein Transistor implementiert ist.
In einem verbesserten verstärkerbasierten VFO gemäß den vorliegenden Lehren weist die Resonanzstruktur eine LC-Schaltung auf, die den vorliegenden sich passiv selbst aufstellenden Induktor aufweist. In einem solchen VFO ist der Verstärker so implementiert, dass er an einem Eingang betriebsfähig ist, das-HF Signal in der Resonanzstruktur zu überwachen, und ferner betriebsfähig ist, an einem Ausgang ein verstärktes Signal auf eine Weise in die Resonanzstruktur zu injizieren, die am besten geeignet ist, um Schwingungen in der Resonanzstruktur aufrechtzuerhalten. Der Fachmann wird eine Verstärkungsvorrichtung konstruieren können, die dafür geeignet ist, die oben beschriebenen Funktionen zu liefern.
Hinsichtlich der üblicherweise verwendeten Transistorimplementierung der Verstärkungsvorrichtung A hängt die Konfiguration des Transistors in dem Oszillator großteils von den Details des Transistors ab. Insbesondere werden für FETs typischerweise Source- oder Gate-Schaltungen verwendet. Für bipolare Transistoren sind Emitter- und Basis-Schaltungen typischer.
Zwei gut bekannte Konfigurationen eines transistorbasierten Negativwiderstandoszillators mit einem Anschluss, die beide für die Verwendung in Verbindung mit der vorliegenden Erfindung geeignet sind, weisen den Colpitts-Oszillator, dargestellt in einer sehr grundlegenden Ausführungsform in 12, und den Clapp-Oszillator, dargestellt in einer sehr grundlegenden Ausführungsform in 13, auf. Beide Oszillatoren werden gezeigt, wie sie bipolare Transistoren als ihr Verstärkungselement in einer Basisschaltung nutzen.
In der in 12 dargestellten Ausführungsform weist der Colpitts-Oszillator zwei variable Kondensatoren VC1 und VC2, einen Transistor T2 und einen Induktor L5 auf, die wie gezeigt elektrisch verbunden sind. Während beide Kondensatoren als variable Kondensatoren gezeigt sind, ist in anderen Ausführungsformen eines Colpitts-Oszillators der VC2 durch einen festen Kondensator ersetzt. In der in 13 beschriebenen Ausführungsform weist der Clapp-Oszillator zwei feste Kondensatoren C5 und C6, einen variablen Kondensator VC3, einen Induktor L6 und einen Transistor T3 auf, die wie gezeigt elektrisch verbunden sind. Verbesserte Versionen des grundlegenden Colpitts- und Clapp-Oszillators umfassen die hierin beschriebenen sich passiv selbst aufstellenden Induktoren.
Während die eher grundlegenden Ausführungsformen der Colpitts- und Clapp-Konfiguration typischerweise den Kleinsignalparameter S des Transistors verwenden, sollte zu verstehen sein, dass für eine optimierte Oszillatorkonstruktion volle Simulation, einschließlich die Großsignalantwort, notwendig ist.
Die oben beschriebenen CMOS-kompatiblen, monolithisch integrierbaren Induktoren, LC-Schaltungen und VFOs können verwendet werden, um eine Ein-Chip-Implementierung eines Sender-Empfängers zu schaffen. 15 stellt ein vereinfachtes Blockdiagramm eines herkömmlichen Sender-Empfängers 800 dar. Der Sender-Empfänger 800 weist einen Empfänger 802 und einen Sender 840 auf. Der erläuternde Empfänger 802 besteht aus einer Antenne 806, einem HF-Bandpassfilter 808, einem Verstärker 812, einem ersten Abwärtswandler 816, einem ersten Zwischenfrequenzbandpassfilter 822, einem ersten Zwischenfrequenzverstärker 826, einem zweiten Abwärtswandler 828, einem zweiten Zwischenfrequenzbandpassfilter 834, einem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 836 und einem Demodulator 838, die wie gezeigt in Beziehung zueinander stehen. Der Empfänger 802 arbeitet folgendermaßen.
Das Signal 804, das eine Mehrzahl von modulierten HF-Trägersignalen mit un terschiedlichen Frequenzen innerhalb eines ersten Frequenzbands aufweist, wird von der Antenne 806 empfangen. Zusätzlich zu dem Empfang des Signals 804 empfängt die Antenne 806 eine Mehrzahl von unerwünschten Signalen, die einen äußerst breiten Bereich von Frequenzen außerhalb des ersten Frequenzbands abdecken. Das Signal 804 und die unerwünschten Signale werden an das HF-Bandpassfilter 808 weitergeleitet, das ein Ausgabesignal 810 liefert, das im Wesentlichen nur die Signale mit Frequenzen innerhalb des ersten Frequenzbands enthält. Das Signal 810 wird in dem rauscharmen Verstärker 812 verstärkt, der ein verstärktes Signal 814 erzeugt. Das Signal 814 wird einem ersten Abwärtswandler 816 zugeführt.
Der erste Abwärtswandler 816 besteht aus einem lokalen Oszillator 818 und einem Mischer 820. Der erste Abwärtswandler 816 ist betriebsfähig, das verstärkte Signal 814 "abwärtszuwandeln", so dass ein erwünschtes der modulierten HF-Trägersignale mit der Frequenz f_c innerhalb des Durchlassbands des Filters 822 ist. Genauer erzeugt der lokale Oszillator 818 eine Frequenz f_o, die mit dem einen HF-Trägersignal auf der Frequenz F_c multipliziert wird, wodurch ein Signal mit der Frequenz ±(f_o – f_c) = f_i-f erzeugt wird, das als die erste Zwischenfrequenz bekannt ist.
Nach der Abwärtswandlung gelangt das Signal zu dem ersten Zwischenfrequenzbandpassfilter 822. Das Filter 822 liefert typischerweise eine extreme Dämpfung außerhalb seines Durchlassbands. Das gefilterte Signal wird dann an den ersten Zwischenfrequenzverstärker 826 geliefert. Da der erläuternde Empfänger 802 in der gut bekannten Doppel-Superheterodyn-Anordnung implementiert ist, weist er einen zweiten Abwärtswandler 828 auf, der das verstärkte Signal von dem Verstärker 826 empfängt. Der zweite Abwärtswandler 828 erzeugt ein zweites Zwischenfrequenzsignal mit einer etwas niedrigeren Frequenz als die von dem ersten Abwärtswandler 816 erzeugte. Das abwärtsgewandelte Signal von dem zweiten Abwärtswandler 828 gelangt zu dem zweiten Zwischenfrequenzbandpassfilter 834 und dann zu dem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 836. Wie der erste Abwärtswandler 816 weist der zweite Abwärtswandler 828 einen lokalen Oszillator 830 und einen Mischer 832 auf. Das Signal von dem zweiten Zwischenfrequenzverstärker 836 wird für Informationswiedergewinnung an den Demodulator 838 weitergegeben. In anderen Emp fängerarchitekturen kann die zweite Abwärtswandlung weggelassen werden.
Der erläuternde Sender 840 weist einen Modulator 844, einen lokalen Oszillator 846, einen Aufwärtswandler 852, ein Bandpassfilter 858, einen Aufwärtswandler 860, ein Bandpassfilter 866, einen Verstärker 868 und eine Antenne 870 auf, die wie gezeigt zueinander in Beziehung stehen. Die Nachricht 842 wird über den Modulator 844 auf ein von dem lokalen Oszillator 846 erzeugtes Trägersignal 848 moduliert. Das modulierte Ausgangssignal 850 wird über den Aufwärtswandler 852 auf eine Zwischenfrequenz (IF) verschoben, die mindestens zweimal so hoch ist wie die höchste Ausgangsfrequenz des Signals 850. Der Aufwärtswandler 852 besteht aus einem lokalen Oszillator 854 und einem Mischer 856.
Das IF-Signal, das den Mischer 856 verlässt, wird in dem Bandpassfilter 858 gefiltert und dann von dem Aufwärtswandler 860 in die erwünschte Ausgangsfrequenz aufwärtsgewandelt. Der Aufwärtswandler 860 weist einen lokalen Oszillator 862 und einen Mischer 864 auf. Das aufwärtsgewandelte Signal, das den Mischer 864 verlässt, wird in dem Filter 866 gefiltert und dann in dem Verstärker 868 auf den erwünschten Energiepegel verstärkt. Das verstärkte Signal wird dann zur Übertragung an die Antenne 870 geliefert.
In herkömmlichen Sender-Empfängern nutzen die verschiedenen Filter piezoelektrische Keramik, Kristalle oder akustische Oberflächenwellen, um ihre Filterfunktion zu schaffen. Momentan können auf Keramik und auf Kristall basierende Filter nicht monolithisch in einen Wafer integriert werden. Außerdem nutzen Oszillatoren typischerweise herkömmliche Induktoren, die nicht monolithisch mit Siliziumelektronik integriert werden können. Somit kann der herkömmliche Sender-Empfänger aus 15 nicht als ein einzelner Chip implementiert werden. Eher wird ein solcher Sender-Empfänger unter Verwendung mehrerer diskreter Komponenten realisiert. 16 stellt eine erläuternde Implementierung 900 des Empfängers 802 des Sender-Empfängers 800 auf Leiterplattenebene dar.
Wie in 16 dargestellt, sind das HF Bandpassfilter 808, das erste Zwischenfrequenzbandpassfilter 822 und das zweite Zwischenfrequenzbandpassfilter 834 auf drei verschiedenen Chips auf einer Leiterplatte 902 implementiert. Insbesondere befindet sich das Filter 808, eine auf Keramik basierende Vorrichtung, auf einem Chip 904 und befindet sich das Filter 822, eine auf akustischer Oberflächenwelle basierende Vorrichtung, auf einem Chip 910 und befindet sich das Filter 834, eine auf Kristall basierende Vorrichtung, auf einem Chip 912. Die lokalen Oszillatoren 818 und 830 sind auf einem Chip 908 implementiert, während sich die auf Transistoren basierende Elektronik, als CMOS implementiert, auf einem Chip 906 befindet.
Folglich sind in der erläuternden Implementierung 900 auf Leiterplattenebene aus 16 fünf Chips erforderlich, um den Empfänger zu realisieren. Die doppelte Anzahl für die vollständige Implementierung des Sender-Empfängers. Zusätzlich zu den zusätzlichen Herstellungsschritten und der relativ großen Masse einer solchen herkömmlichen Implementierung leidet ein solches Layout nachteilhafterweise auch unter relativen langen Signalpfaden.
Gemäß den vorliegenden Lehren wird ein Sender-Empfänger durch das monolithische Integrieren der verschiedenen Filter und Oszillatoren mit der Transistorelektronik auf so wenig wie einem einzelnen CMOS-Chip implementiert. Auf MEMS basierende Filter oder andere Dünnschichtresonatoren, die für die Verwendung in Verbindung mit einem verbesserten Sender-Empfänger gemäß den vorliegenden Lehren geeignet sind, können gemäß den Lehren von US 5963857 konstruiert und hergestellt werden. Darüber hinaus sind dem Fachmann andere auf MEMS basierende Filter und Verfahren für das Herstellen solcher Filter bekannt. Solche Filter können geeignet für das Herstellen des vorliegenden Sender-Empfängers verwendet werden. Die monolithische Integration solcher Oszillatoren wird durch das Aufnehmen der oben beschriebenen vorliegenden auf MEMS basierenden LC-Schaltungen in solche Oszillatoren erleichtert. Man beachte, dass Antennen außerhalb des Chips angeordnet sind.

Claims

Gegenstand, aufweisend einen sich passiv selbst aufstellenden Induktor (102, 202, 302, 402), wobei der Induktor aufweist: ein Substrat (100, 200, 300, 400); eine leitfähige Schleife (104, 204, 304, 404), die physisch dafür ausgebildet ist, ein elektrisches Signal zu empfangen, wobei mindestens ein Teil der Schleife von dem Substrat (100, 200, 300, 400) beabstandet ist; und gekennzeichnet durch eine Einrichtung (M) für passive Selbstaufstellung, die arbeitsfähig ist, während der Bildung des Induktors den Abstand zwischen dem Teil der Schleife (104, 204, 304, 404) und des Substrats (100, 200, 300, 400) zu schaffen.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei die Einrichtung (M) für passive Selbstaufstellung eine unter Spannung stehende Schicht aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 2, ferner aufweisend zwei leitfähige Träger (110, 114, 310, 314, 410, 414), von denen jeder die unter Spannung stehende Schicht (M) aufweist, wobei ein erstes Ende der leitfähigen Schleife an einem ersten Ende eines der leitfähigen Träger hängt und ein zweites Ende der leitfähigen Schleife an einem ersten Ende des anderen der zwei leitfähigen Träger hängt und wobei ferner das erste Ende von jedem der zwei leitfähigen Träger von dem Substrat beabstandet ist.
Gegenstand nach Anspruch 3, wobei die leitfähige Schleife und die zwei leitfähigen Träger mit Metall beschichtetes Polysilizium aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 2, wobei die leitfähige Schleife (104, 204, 304, 404) die unter Spannung stehende Schicht (M) aufweist und wobei ferner eine Mittellinie der leitfähigen Schleife auf dem Substrat aufliegt und Teile der Schleife, die nicht entlang der Mittellinie liegen, von dem Substrat be abstandet sind.
Gegenstand nach Anspruch 2, ferner aufweisend: einen leitfähigen Träger (310, 314), der die leitfähige Schleife in einer Außer-Ebenen-Ausrichtung relativ zu dem Substrat trägt; und eine schwenkbare Platte (332), die drehbar zum Substrat gehalten wird, wobei der leitfähige Träger an der schwenkbaren Platte hängt; und wobei die Einrichtung für passive Selbstaufstellung ferner aufweist: eine Aussparung (334) in der schwenkbaren Platte; ein Angriffsglied (324), das an einem ersten Ende eines passiven Betätigungselements (340) hängt, wobei das passive Betätigungselement die unter Spannung stehende Schicht (M) aufweist, wobei die Aussparung das Angriffsglied aufnimmt; wobei das passive Betätigungselement und das Angriffsglied arbeitsfähig sind, die schwenkbare Platte in die Außer-Ebenen-Ausrichtung anzuheben und sie dort zu halten.
Gegenstand nach Anspruch 3, 5 oder 6, wobei die leitfähige Schleife mehrere Drehungen aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand eine erste LC-Schaltung mit einem Kondensator aufweist, der elektrisch mit dem sich passiv selbst aufstellenden Induktor verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 8, wobei die LC-Schaltung CMOS-kompatibel ist.
Gegenstand nach Anspruch 8, wobei der Kondensator ein variabler Kondensator ist.
Gegenstand nach Anspruch 8, wobei der Gegenstand ein Filter ist, wobei das Filter die erste IC-Schaltung aufweist, wobei die erste LC-Schaltung elektrisch mit einer Signalleitung und einer Masseleitung verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 8, wobei der Gegenstand ein Filter ist, wobei das Filter die erste IC-Schaltung aufweist, wobei die erste LC-Schaltung mit einer Signalleitung elektrisch in Reihe geschaltet ist.
Gegenstand nach Anspruch 1, wobei der Gegenstand einen ersten Oszillator aufweist, der eine Vorrichtung mit negativem Widerstand aufweist, die elektrisch mit einer Resonanzstruktur verbunden ist, die den sich passiv selbst aufstellenden Induktor aufweist.
Gegenstand nach Anspruch 13, wobei der Gegenstand ein erster Oszillator mit variabler Frequenz ist, wobei die Resonanzstruktur ferner einen variablen Kondensator aufweist, der elektrisch mit dem sich passiv selbst aufstellenden Induktor verbunden ist.
Gegenstand nach Anspruch 14, wobei die Vorrichtung mit negativem Widerstand ein Transistor ist.
Gegenstand nach Anspruch 14, wobei der Gegenstand einen Sender-Empfänger aufweist, wobei der Sender-Empfänger einen Empfänger und einen Sender aufweist, wobei der Empfänger aufweist: ein HF-Bandpassfilter, das ein erstes Signal von einer ersten Antenne empfängt, wobei das erste Signal aus einer ersten Mehrzahl von modulierten HF-Trägersignalen mit verschiedenen Frequenzen innerhalb eines ersten Frequenzbands und einer zweiten Mehrzahl von unerwünschten Signalen, die einen äußerst breiten Bereich von Frequenzen außerhalb des ersten Frequenzbands abdecken, besteht; wobei das HF-Bandpassfilter betriebsfähig ist, ein zweites Signal zu liefern, das im Wesentlichen nur die Signale mit Frequenzen innerhalb des ersten Frequenzbands aufweist; einen ersten rauscharmen Verstärker für das Verstärken des zweiten Signals; einen ersten Abwärtswandler, der betriebsfähig ist, das verstärkte zweite Signal in ein abwärtsgewandeltes Signal abwärtszuwandeln, wobei der Abwärtswandler den ersten Oszillator mit variabler Frequenz und einen ersten Mischer aufweist; ein erstes Zwischenfrequenzbandpassfilter, das das abwärtsgewandelte Signal von dem ersten Abwärtswandler empfängt und ein Signal liefert, das eines der modulierten HF-Trägerssignale aufweist; einen ersten Zwischenfrequenzverstärker für das Empfangen des einen modulierten HF-Trägersignals und für dessen Verstärken; und einen Demodulator für das Empfangen des verstärkten modulierten HF-Trägersignals und für dessen Demodulieren.
Gegenstand nach Anspruch 16, wobei der Sender aufweist: einen zweiten Oszillator mit variabler Frequenz für das Erzeugen eines Trägersignals; einen Modulator für das Modulieren einer Nachricht auf das Trägersignal; einen Aufwärtswandler, der einen dritten Oszillator mit variabler Frequenz und einen zweiten Mischer aufweist, wobei der Aufwärtswandler betriebsfähig ist, das modulierte Trägersignal in ein Zwischenfrequenz(ZF)-moduliertes Trägersignal aufwärtszuwandeln; ein Bandpassfilter für das Filtern des ZF-modulierten Trägersignals; einen Aufwärtswandler, der einen vierten Oszillator mit variabler Frequenz und einen dritten Mischer aufweist, wobei der Aufwärtswandler betriebsfähig ist, das gefilterte ZF-modulierte Trägersignal auf eine erwünschte Ausgangsfrequenz aufwärtszuwandeln; ein Filter für das Filtern des aufwärtsgewandelten modulierten Trägersignals; und einen Verstärker für das Verstärken des gefilterten aufwärtsgewandelten modulierten Trägersignals auf einen erwünschten Leistungspegel; wobei der zweite, dritte und vierte Oszillator mit variabler Frequenz eine entsprechende zweite, dritte und vierte CMOS-kompatible LC-Schaltung mit einem entsprechenden zweiten, dritten und vierten sich passiv selbst anordnenden Induktor aufweisen.
Gegenstand nach Anspruch 17, wobei die Filter Dünnschichtresonatoren sind.
Gegenstand nach Anspruch 18, wobei der Sender-Empfänger in einem einzelnen CMOS-Chip implementiert ist.
Oszillator mit variabler Frequenz, wobei der Oszillator mit variabler Frequenz aufweist; ein frequenzselektives Netzwerk, das einen sich passiv selbst aufstellenden Induktor umfasst, wobei der Induktor aufweist: ein Substrat (100, 200, 300, 400); eine leitfähige Schleife (104, 204, 304, 404), die physisch dafür ausgebildet ist, ein elektrisches Signal zu empfangen, wobei mindestens ein Teil der Schleife von dem Substrat beabstandet ist; und gekennzeichnet durch eine Einrichtung (M) für passive Selbstaufstellung, die arbeitsfähig ist, während der Bildung des Induktors den Abstand zwischen dem Teil der Schleife und dem Substrat zu schaffen; einen Transistor, der elektrisch mit der Last verbunden ist; und ein Anschlussnetzwerk, das elektrisch mit dem Transistor verbunden ist.
Verfahren für das Herstellen eines Induktors, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Niederschlagen eines Opfermaterials (OX_p); Niederschlagen einer Strukturschicht (POLY 2) auf dem Opfermaterial (OX_p) in ein Muster Bringen der Strukturschicht in eine Konfiguration, die mindestens einen Teil einer Schleife aufweist; gekennzeichnet durch das Niederschlagen eines unter Spannung stehenden Materials (M) auf einem Teil der konfigurierten Strukturschicht; und Entfernen des Opfermaterials (OX_p), wobei sich, wenn das Opfermaterial entfernt wird, das unter Spannung stehende Material (M) zusammenzieht, um Spannung abzubauen, was bewirkt, dass der Teil der konfigurierten Strukturschicht sich nach oben hin verzieht, was die Schleife von einem Substrat weg bewegt.