[发明专利]使用具有相变材料的MEMS的可调谐电容器和开关

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS，开发MEMS用于例如移动通信应用(例如开关、可调谐电容器、可调谐滤波器、移相器、多路复用器、电压控制振荡器，以及可调谐匹配网络)。相变层的体积变化用于MEMS器件的双稳态致动。MEMS器件包括至少可弯曲悬臂、相变层和电极。给出了实现该器件的工艺和使用方法。

现有技术的一个例子是电容RF MEMS开关，电容RF MEMS开关可以获得相对大的电容的改变，这是由于电极之间的距离或面积的改变。然而，这些要求控制致动器且响应很慢。另一例子是使用铁电体或顺电材料的可调谐电容器。这些材料的介电常数可以通过施加电场来调谐。尽管这些对电场具有快速响应，但调谐比率相对较小。

背景技术

US 6,954,348 B1公开了可调谐电容器的多种实施例。一个实施例是以具有一对固定电容器电极的可调谐电容器的形式，固定电容器电极固定且布置在衬底上垂直维度上的相同距离。调谐元件通过提升系统悬挂在衬底上方，提升系统在垂直高度上调整调谐元件的运动。改变可调谐电容器的电容是通过在垂直维度上移动调谐元件来实现的。

我们注意到US 6,954,348 B1描述了可调谐MEMS电容器的多种结构。

然而，例如在图4c和4d中，使用了至少两个不同的材料用于提供预应力条件以弯曲梁。可调谐MEMS机械地移动梁用于调谐是公知的。此外，在该专利中没有提到用于移动梁的材料或方法(电的、热的...)。因此，梁具有受限的可调谐性和受限的精确性。

WO0161848 A1公开了一种用于收音机的集成可调谐谐振器的装置和用于生产所述装置的方法。具体地，涉及一种利用具有高Q(品质因数)值的微机械可调谐电容器来实现的RF谐振器以及一种用于制造该RF谐振器的方法。在装置的一个特别的实施例中，第一导电层形成第一电容器电极；和/或电极用于在可移动微机械结构上产生静电力；以及在电感器线圈和电容器电极之间的互联线。它体现了谐振器电路的线性、功耗、占据空间和可靠性的重大改进。

US2004012299 A1公开了一种可变电容的组件(assembly)以及一种操作组件的方法。在该组件中，至少一个第一和一个第二导电区的可变覆盖范围或可变距离形成了可变电容器。第一导电区配置在衬底上或衬底中，所述第二导电区配置在第一微机械致动器的致动元件上或致动动元件中。致动器布置在衬底上使得它可以执行致动元件的移动，第二区沿衬底的表面布置在相对于第一区的不同位置，在该位置上第二区与第一区至少部分地重叠。此外，提供了保持装置，保持装置能将不同位置上的致动元件拉或推至衬底或衬底上的机械制动(stop)，并且将其保持在这些位置上。该组件用于实现可变电容，可变电容表现在根据其相应设置的外部影响的抵抗力方面的高稳定性。

WO2007084070公开了一种具有高的导热性或导电性的热控开关。微系统技术制造方法对于包括形成在键合晶片叠层中的密封腔的开关是非常重要的，其中上部晶片包括薄膜组件，薄膜装配适应于与间隙布置在容纳结构中。适应于随温度改变体积的热致动材料，优选地是相变材料(例如石蜡)，填充空腔的一部分。在下部晶片与薄膜组件的刚性部分之间提供高传导性转移结构的导体材料填充空腔的另一部分。在温度改变时，放置薄膜组件并在间隙上架桥，提供了从下部晶片至容纳结构的高传导性接触。

US6624730 B1公开了一种形成在硅衬底晶片上的微继电器(relay)器件，用于在电路中接通和断开电流路径。一对导电闭锁梁的近端附着在衬底上的端子。梁的近端具有互补的形状，互补的形状可释放地适配在一起以闭锁梁并接通电路。一对形状记忆合金致动器选择地工作以改变形状，使一个梁在闭锁远端的方向上弯曲，或者使另一梁释放远端并且断开电路。微继电器在其两个位置上是双稳态的，并且仅在断开或接通它时提供给致动器功率。

形状记忆合金具有的缺点是必须为了致动而将它们保持在要求的温度上。这要求待机功率。精巧的设计可以允许双稳态，例如双金属致动器，可选择地也使用滞后效应等。

相变材料本身是公知的。相变材料在晶体相位转变期间极大地改变其体积。例如，如图1所示，当相位从非晶体相位变化到晶体相位时，在130-200℃范围的温度下典型的相变材料例如Ag_5.5In_6.5Sb₅₉Te₂₉、Ge₂Sb₂Te₅和Ge₄Sb₁Te₅的体积减小大约5-9％。