[发明专利]控制微机械元件的装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用在电路中，特别地但不限于非易失存储器装置中控制微 机械元件的装置与方法。

背景技术

由于受高集成电路中使装置小型化以用于微电子应用的驱动，微机械结构 或元件在微电子产业中的诸如开关、电容器、继电器的应用上存在着巨大的潜 在需求。用于存储器装置的微机械元件例如悬臂是半导体芯片中固态存储器阵 列的主要竞争对手。

另外，许多不同应用，包括微型开关、电容电路、加速计和光学元件等都 采用了微机械结构。由于加工技术的进一步发展，微机械结构在尺寸上明显变 小，这样提高了它们作为逻辑元件或存储器元件以与半导体处理器及存储器芯 片竞争的潜力。

传统的半导体非易失存储器通过使用晶体管实现擦写，晶体管具有浮动栅 和控制门，所述浮动栅和控制门由绝缘体隔开。浮动栅上存储的电荷可表示一 个二进制值，该二进制值由装置被切换到ON时预定电压也即阈值电压是否被 超过来决定。

传统的固态存储器具有可采取或者ON状态或者OFF状态来表示信息存 储状态的存储单元，存储器晶体管内的电荷转移限定在由加载到存储器晶体管 上的前述阈值电压决定的ON和OFF状态期间的1比特信息。

微机械元件的价值主要在于其小尺寸及潜在的用途，比如作为微机械结构 为存储器应用中的电荷转移提供介质。需要提供具有良好的结构完整性的并且 在转换操作上也是可靠的微机械元件是令人向往的。微机械元件通常装在低压 纵长的空腔中，在空腔中其是可活动的并通过施加使元件分别与邻近电极接触 和脱离接触的启动电压来切换到ON和OFF状态。这种装置通常被视为一 个单元。

微机械接触开关／单元的性能所面临的关健问题之一就是在ON状态 下，电极和微机电元件在接触时容易彼此粘在一起，使得例如难以将它们分开 以便关掉单元。微机电系统（MEMS）领域的技术人员称这种现象为“静态 阻滞”，其由两个不同表面的原子和分子间的吸引造成。如果偏转由静电引起， 则需要加载高控电压来产生恢复力，同集成电路操作在约5V或3.3V电压 相比，高控电压通常高达约40V。

本发明的非易失存储器装置利用悬臂开关和电极之间的静态阻滞来将开 关保持在ON状态。举例来说，通常通过维持恒定的偏压电压来使悬臂式继 电器启动到ON状态。不过，为了使微机械结构从ON状态迅速切换到OFF 状态，大多数方法都是通过应用负脉冲来减小恒定偏压来激活OFF状态。因 此，为了达到OFF状态，就要加载比启动ON状态所需电压更低的电压。

尽管静态阻滞现象在微机电系统领域是个重大问题，但在诸如开关和存储 器的应用中，仍在继续研究努力以克服该现象。不过在本发明中，静态阻滞被 用于在切换操作过程中维持微机械元件和接触电极之间的粘附，以对结构进行 编程。本发明寻求在微机械元件中产生更大的可控的恢复力，以便重复、快速、 熟练地对它进行编程和反编程。

微机电开关的恢复力可以修改，例如通过使用多个控制电极使该微机电开 关与电极接触，或可选地通过使用特殊形状的结构元件来产生更强的恢复力。 但是通过具有不止一个驱动电极会增加使用这种开关的系统的成本和复杂性。

在其他解决方案中，电极布置在可动微机械元件的每一侧上作为实现切换 操作的装置。但这种方案有许多限制，如加载较高的电压，较大的空腔来容纳 机电元件，并且如果电极布置在结构的每一侧，则在其制作过程中必须使用额 外的掩模并因而增加了成本。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种设有电极装置的存储器元件，其容许快速 切换操作，可在微机械元件中产生更大的可控恢复力以便重复、快速、熟练地 对其编程和反编程，可加载低的切换电压，在结构的制作步骤中较少地实施掩 模以容许较小的空腔来容纳元件并节省制造成本。

因此，根据本发明的第一方面，提供了用于电路的非易失存储器装置，其 包括连接到基底的微机械元件，该微机械元件响应设置在基底上以控制微机械 元件在一或多个稳定状态间的运动的偏转装置。

优选地，所述或每种稳定状态可包括微机械元件具有接触状态、用于引起 微机械元件从接触状态受控地释放的亚稳状态以及其中微机械元件具有自由 端的状态。

最优选地，微机械元件可连接到基底以提供与基底的电接触。

有利地，偏转装置是可操作的以使元件沿远离接触位置的方向以快速释放 的模式偏转，并且正是偏转装置引起所述或每种稳定状态。