[发明专利]集成式机电致动器

说明书

本发明涉及一种集成式机电致动器以及一种用于制造此类集成式机电致动器的方法。

背景技术

随着微电子应用中的功率和能源约束变得越来越具有挑战性，人们不断寻求备选且更具功率效率的切换和计算方法。半导体行业中使用的典型切换器件是CMOS晶体管。为了克服CMOS器件中与功率相关的瓶颈，研究了以根本不同的传输机制（例如隧道）工作的新型切换器件。然而，将高接通电流、非常低的截止电流、突然切换、高速度以及小占用空间的期望特性组合在可容易地与CMOS器件对接的器件中是一项具有挑战性的任务。诸如纳米机电开关（NEM开关）之类的机械开关是很有前景的器件，可满足这些类型的条件。电极之间具有窄间隙的纳米机电开关通过静电致动来控制。响应于静电力，接触电极可以弯曲以接触另一个电极，因此使开关闭合。在设计和操作纳米机电开关中，针对静电致动和电接触分离控制窄间隙是一个主要问题。NEM开关必须满足高切换速度和低致动电压这两个要求。通常，为了获得在1伏范围内的致动电压和接近1纳秒的切换速度，提供的电极之间的间隙必须在大约10纳米的范围内。然而，为了限定和控制10纳米的大小，即使当应用最新光刻技术时，调整电极之间的间隔也很困难。

发明内容

本发明提供了一种集成式机电致动器，包括：

致动器电极之间的静电致动器间隙，

接触电极之间的电接触间隙，

其中在所述致动器电极与所述接触电极之间提供具有倾斜角的倾斜。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述电接触间隙的厚度等于牺牲层的厚度g₀。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述静电致动器间隙的间隙g_A取决于所述电接触间隙的厚度和所述倾斜角α，如下所示：

g_A=g₀·cos(α)。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述机电致动器是面内（in-plane）致动器。

在根据本发明的集成式机电致动器的另一可能实施例中，所述机电致动器是面外（out-of-plane）致动器。

在根据本发明的集成式机电致动器的另一可能实施例中，所述机电致动器是垂直致动器。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述接触间隙的厚度在5-50纳米的范围内。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述倾斜角在15-60度的范围内。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述机电致动器包括至少一个机电开关。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个实施例中，在所述机电开关的已致动切换状态下，所述接触间隙闭合，以及在所述机电开关的未致动切换状态下，所述接触间隙未闭合。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个实施例中，在所述机电开关的已致动切换状态下，固定到接触电极的结构化接触梁弯曲或移动以响应由所述结构化接触梁与致动器电极之间的电场产生的静电力。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述结构化接触梁包括：挠性部分，其固定到所述接触电极；以及刚性部分，其连接到所述挠性部分并在其远端具有电接触表面，所述电接触表面通过所述电接触间隙而与另一接触电极的电接触表面分隔开。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个实施例中，所述结构化接触梁的所述挠性部分包括在0.1至10牛/米的范围内的弹性常数。

在根据本发明的集成式机电致动器的一个可能实施例中，所述机电致动器包括：

输入电极，其用于施加输入电压，

输出电极，其用于提供输出电压，

第一供给电压（supply voltage）电极，第一结构化接触梁固定到该第一供给电压电极，

第二供给电压电极，第二结构化接触梁固定到该第二供给电压电极，

其中如果施加于所述输入电极的输入电压对应于所述第一供给电压，则固定到所述第二供给电压电极的所述第二结构化接触梁弯曲或移动以响应由所述第二结构化接触梁与所述输入电极之间的电场产生的静电力，以便在所述第二供给电压电极和所述输出电极之间提供接触，

其中如果提供给所述输入电极的输入电压对应于所述第二供给电压，则固定到所述第一供给电压电极的第一结构化接触梁弯曲或移动以响应由所述第一结构化接触梁与所述输入电极之间的电场产生的静电力，以便在所述第一供给电压电极和所述输出电极之间提供接触。