[发明专利]用于微机械装置的驱动控制方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于驱动和控制微机械装置的方法和装置，以及使用该方法和该装置的可变电容元件和可变电容开关，其中该微机械装置由彼此相对的第一电极和第二电极、以及设置在第一电极与第二电极之间的介电层构成。

背景技术

近来，通过利用微机械处理技术[也被称作MEMS(微机电系统)或MST(微系统技术)]的工艺而获得的微结构在微机械装置的无线通信电路中的应用受到关注(参见美国专利No.6391675、日本未经审查的专利公布No.2002-84148和No.2002-36197)。

微机械装置具有通过控制机械参数来改变电容或电开关的功能。因此，其材料很难影响诸如损耗之类的电气特性，所以微机械装置比使用半导体的开关或可变电容装置更容易获得优良的电性能。注意，微机械装置也被称作“微加工装置”、“微机械元件”、“MEMS机电元件”等。

此处参照图1描述利用微机械装置实现的可变电容装置(可变电容元件)的传统结构。

在图1中，可变电容装置由衬底21、下电极24、覆盖下电极24的介电膜26、支撑膜22以及由在衬底21上形成的支撑膜22支撑的上电极25。在介电膜26与上电极25之间存在空间KG。下电极24与上电极25之间的电容CP根据上电极25的位移而改变。

更具体地，当在下电极24与上电极25之间施加电压时，由于电极之间的静电吸引力而使上电极25被吸近下电极24，从而使空间KG减小，且电容CP值增大。施加在下电极24与上电极25之间的电压被称作“控制电压”或“控制电压VC”。如果控制电压VC足够大，则上电极25移位直到它直接接触介电膜26，这样一来，空间KG消失。电容CP因此而大大增加。根据美国专利No.6391675中的描述，这种可变电容装置被用作所谓的可变电容开关(电容开关)。

然而，由于电容CP相对于控制电压CV的改变量会表现出磁滞现象(hysteresis)，所以可再现性很差，以至不能精确地获得所期望的电容CP，因此实际上很难控制传统的可变电容装置。

图4A示出当控制电压VC缓慢变化时电容CP的变化。更具体地，控制电压VC从0V缓慢地增加至10V，然后降至0V并进一步降至-10V，接着再增加到0V。在这个周期中会发生磁滞现象，因此在相同控制电压VC处的电容CP的值在上升时间和下降时间是完全不同的。此外，在控制电压VC为0V时，电容CP会向(电容)较大侧偏移，所以具有相对于0V时的电容CP的固有值的偏移量，并且不能被复位(reset)。作为结果，例如，控制电压VC为0V时的电容CP大于4V时的电容CP。

发明内容

本发明的目的是在微机械装置的控制中抑制磁滞现象的发生，该微机械装置由彼此相对的第一电极和第二电极、以及设置在第一电极与第二电极之间的介电层构成，以实现比传统方法更容易和更准确的控制。

根据本发明方案的方法是一种用于微机械装置的驱动控制方法，该微机械装置由彼此相对的第一电极和第二电极、以及设置在第一电极与第二电极之间的介电层构成。该驱动控制方法包括如下步骤：在该第一电极与该第二电极之间施加控制电压，以对该第一电极和该第二电极施加用于使该第一电极或该第二电极移位的静电力；以及以预定周期或比该预定周期更短的周期切换控制电压的极性。

由于以预定周期或比该预定周期更短的周期切换控制电压的极性，例如以比某一特定的时间周期更短的时间周期进行切换，所以能够防止介电层充电，从而能够抑制磁滞现象在电容中产生。注意，如果切换是重复进行的，则其周期(时间周期)可以彼此不同。

用于切换控制电压极性的周期是短时间周期，在该短时间周期中，在介电层内没有发生因空间电荷转移而导致的极化。例如，该周期为100毫秒或更短。

另外，根据本发明另一方案的阻抗匹配电路包括可变电容元件，该可变电容元件为电容可变的微机械装置，该微机械装置具有彼此相对的第一电极和第二电极、以及设置在该第一电极与该第二电极之间的介电层。在该第一电极与该第二电极之间施加控制电压，以对该第一电极和该第二电极施加用于使该第一电极或该第二电极和该匹配阻抗移位的静电力，并且在通信电路的闲置周期(idle period)中切换控制电压的极性。

由于是在通信电路的闲置时间期间切换控制电压的极性，所以能够抑制在可变电容(可变电容元件)中空间电荷的产生。因此，消除了切换控制电压时电容波动的影响，从而不会对阻抗匹配电路的功能产生不良影响。