专利名称：静电射频微电机械系统开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种微型开关。更具体地说，本发明涉及一种射频微电机械系统(RF MEMS)微型开关，该开关使用静电力来驱动自身。
背景技术：
通常，使用用于高频信号的频率分离器(F/S’s)、场效应晶体管(FETs)、PIN二极管开关等等来控制电信号，例如用于关闭、存储和切换电子系统中的电路。
但是，上述器件相关的缺点包括F/S中的频率分离程度低，在半导体开关中的插入损失高、隔离性低、能量消耗大等。现在，使用了用于高频信号的微型开关来弥补这样的不足。
基于开关联接方法，用于高频信号的微型开关分为电阻联接(RC)开关和电容联接(CC)开关。
基于其铰接部件的结构特征，微型开关还划分为悬臂型和桥型。基于高频信号的开关方法，微型开关也可划分为分流型和串联型。
微型开关的操作原则是利用静电力、静磁力、压电元件的振动等作为开关信号端子触头部分的能量源来使微型开关结构的铰接部件动作。基于驱动的方法，微型开关可分为静电致动型和压电致动型。
上述传统的分流型微型开关具有这样的结构，其中信号端子同时作为产生静电力的电极，并且当开关处于断开状态时，输入信号端子和输出信号端子相互连接。而且，当开关在接通状态时，信号端子和接地端子短路，从而使输入信号的输出被切断。分流型微型开关的结构简单，但是开关的隔离度和通断率低。
上述传统的串联型微型开关是一种继电器开关，该继电器开关将输入和输出信号端子完全与产生静电力的上下电极分开，其中，当该开关处于断开状态时，输入和输出信号端子完全断开，以便切断输入信号的输出。另外，当开关处于接通状态时，输入和输出信号端子相连，以便将输入信号输出。串联型微型开关的隔离度和通断率高，但是该开关的不足在于结构复杂、加工非常困难、结构容易变形。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的实施例的一个特征是提供一种串联型微型开关，该开关的通断率和隔离度高，结构简单，并且容易以非常简单的加工过程制造。
为了提供这些和其它特征，提供了一种微型开关，该开关包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区两侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；两个下电极，形成在移动区上；以及两个上电极，在两个下电极上方的预定距离形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，两个上电极导致导电层和电介质薄膜向上移动，并且与第一和第二电导体电容联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
优选地，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
优选地，下电极分别在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体和上电极的支柱。
为了提供本发明实施例的另一特征，提供了一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；一个下电极，形成在移动区上；以及一个上电极，在下电极上方的预定距离形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，该上电极导致导电层和电介质薄膜向上移动，并且与第一和第二电导体电容联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
优选地，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
优选地，下电极在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体和上电极的支柱，以及将信号施加到电导体上的信号端子。
在又一本发明的实施例中，提供了一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；以及压电层，形成在移动区上，通过供送预定的电压，使导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。
优选地，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
优选地，压电层在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体的支柱，将信号施加到电导体上的信号端子，以及将电压施加到压电层的压电电极端子。
另外，在本发明的再一实施例中，提供了一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在导电层的上方的预定距离形成；两个下电极，形成在移动区上；以及两个上电极，在两个下电极上方的预定距离形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，两个上电极导致导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。
优选地，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
优选地，下电极分别在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体和上电极的支柱、以及将信号施加到电导体上的信号端子。
另外，在本发明的另一实施例中，提供了一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在导电层的上方的预定距离形成；一个下电极，形成在移动区上；以及一个上电极，在下电板上方的预定距离形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，该上电极导致导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
下电极分别在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体和上电极的支柱、以及将信号施加到电导体上的信号端子。
另外，在本发明的另一实施例中，提供了一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧的铰接部分能上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；以及压电层，形成在移动区上，通过供送预定的电压，使导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。
位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
压电层在导电层和铰接部分之间形成，并且还包括分别支承电导体的支柱，将信号施加到电导体上的信号端子，以及将电压施加到压电层的压电电极端子。
在本发明的所有实施例中，导电层、电导体、下电极、上电极、支柱、信号端子和压电电极端子中的任何一个由包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
通过参照附图详细描述本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员将会明白本发明的上述和其它特征和优点，其中图1是平面图，示出了根据本发明第一实施例的微型开关；图2是图1中的微型开关处于断开状态下的第一侧横截面图；图3是图1中的微型开关处于接通状态下的第一侧横截面图；图4是图1中的微型开关处于断开状态下的第二侧横截面图；图5是图1中的微型开关处于接通状态下的第二侧横截面图；图6是图1中的微型开关的透视图；图7A至7E示出用于形成根据本发明一实施例的微型开关的加工过程；图8是根据本发明另一实施例的微型开关的透视图；图9是根据本发明又一实施例的微型开关的透视图。
具体实施例方式
2002年8月20目提交的、名称为“静电射频微电机械开关”的韩国专利申请No.2002-49319的全部内容在此引入作为参考。
下文将参照附图，对本发明的优选实施例进行描述。
图1为根据本发明第一实施例的微型开关的平面图，图6为图1中的微型开关的透视图。
图2和图4为横截面图，示出了图1中的微型开关处于断开状态时相互垂直的侧面，图3和5为横截面图，示出了图1中的微型开关处于接通状态时相互垂直的侧面。
如图1至5所示，根据本发明第一实施例的微型开关是电容联接结构的桥型静电开关。
电介质层2形成在基底1上。电介质层2的中心部分的两侧蚀刻形成蚀刻区11。如图2所示，电介质层2的中心部分的两侧上的蚀刻区11在电介质层2的中心部分的下面相互连通。将位于电介质层2以下的部分基底1有选择地蚀刻以扩大蚀刻区11，如图4和5所示。电介质层2的中心部分形成移动区12，由于在该移动区12的两侧在下面和上面存在蚀刻区11，所以能容易地上下移动。形成铰接部分的部分电介质层2被蚀刻，以允许移动区12平稳地向上和向下移动。
导电层3形成在电介质层2的移动区12的表面的预定中心部分，并且电介质薄膜3’形成在导电层3的表面上。
第一和第二电导体9a和9b设置在导电层3上方预定距离设置处，并彼此分开。第一和第二电导体9a和9b相互分离，但是当导电层3向上移动时，这两个电导体通过电介质薄膜3’相互连接。
同时，如图4和5所示，在形成在移动区12和导电层3的每一侧上的铰接部分之间，下电极4分别设置在电介质层2的移动区12的两端上。
另外如图4和5所示，上部电极10分别设置在下电极4上方间隔有预定距离的位置，这样如果将预定的直流电压施加在下电极4和上电极10之间，则产生静电力，导致下电极4向上电极10移动。
如图2所示，第一和第二电导体9a和9b分别由支柱7a和7b支承。
另外，如图4和5所示上电极10由上电极支柱6支承，上电极支柱6与上电极端子5连接。
如图3和5所示，在具有上述结构的微型开关中，如果固定在移动区12的两侧的下电极4借助于下电极4和上电极10之间产生的静电力向上移动，那么移动区12中心部分的电介质薄膜3’与第一和第二电导体9a和9b连接。这时，导电层3与第一电导体9a和第二电导体9b之间的电容增加，因此第一电导体9a和第二电导体9b之间的电信号流动。
根据本发明第二实施例的微型开关是一种电容联接结构的悬臂开关，将参照图8对其进行描述。
如图8所示，根据本发明第二实施例的电容联接结构的静电悬臂开关在导电层3的一侧，具有单个下电极4、单个上电极10和只在移动区12一端形成的单个上电极端子5。在图8中未示出设置在上电极端子5和上电极10之间、用于支承上电极的单个上电极支柱，该支柱对应于图4和5中示出的第一实施例的上电极支柱6中的一个。在第二实施例中只位于导电层3一侧的下电极4、上电极10、上电极支柱和上电极端子5在第一实施例中位于导电层3的两侧。
另外，铰接部分形成在与形成有下电极4、上电极10、上电极支柱和上电极端子5的一侧相对的导电层3的一侧上，因此使下电极4能相对于该铰接部分向上移动。
具有第二实施例结构的微型开关的其它元件和操作与本发明的第一实施例相同。
根据本发明第三实施例的微型开关是一种电容联接结构的压电悬臂开关，将参照图9对其进行描述。
如图9所示，根据本发明第三实施例的电容联接结构压电悬臂开关具有如下结构，将上电极10、下电极4、上电极支柱6和上电极端子5从在第二实施例的结构中出现结构中去除，同时形成压电薄膜12来代替下电极4，形成压电层12的压电电极端子13a、13b，从而将电压施加在压电层12上。
在根据本发明第三实施例的如图9所示的微型开关中，由于将预定的电压通过压电电极端子13a、13b施加在压电层12上，其中所述压电层12固定于移动区12的铰接部分和导电层3之间，所以电介质薄膜3’向上移动以接触第一电导体9a和第二电导体9b。因此，在导电层3与第一和第二电导体9a、9b之间的电容增大，并且电信号在第一和第二电导体9a、9b之间流动。
根据本发明微型开关的第四实施例是一种电阻联接结构的桥型开关，该开关的结构是将电介质薄膜3’从第一实施例的结构中出现的导电层3的上表面上去除。
在具有第四实施例的结构的微型开关中，如果固定在移动区12两端的下电极4借助于下电极4和上电极10之间的静电力向上移动，则在移动区12的中心部分处的导电层3与第一和第二电导体9a和9b连接。这时，导电层3与第一和第二电导体9a和9b之间的电阻减小，因此在第一和第二电导体9a和9b之间的电信号流动。
根据本发明的微型开关的第五实施例是一种电阻联接结构的悬臂开关，该开关的结构为将导电层3上的电介质薄膜3’从上述本发明第二实施例的结构中去除。第五实施例的微型开关的其余元件与本发明第三实施例中的相同。
根据本发明的微型开关的第六实施例是一种电阻联接结构的压电悬臂开关，该开关的结构是将电介质薄膜3’从上述本发明第三实施例的结构中去除。
上述具有第六实施例结构的微型开关的操作与本发明第三实施例的操作相同。
现在参照图7A至7E描述根据本发明第一实施例的微型开关的加工。
如图7A所示，将电介质层2形成在基底1的上表面上。图7A示出了蚀刻区11，以便有助于理解根据本发明的微型开关的三维结构，但是蚀刻区11是在加工的最后步骤中形成的，那时电介质层2的中心部分具有形成于其中的多个密集制成的通孔(未示出)。
如图7B所示，将导电层3形成在电介质层2的中心部分，并且将电介质薄膜3’形成在导电层3上。导电层3可由Au、Ag、Cu、Pt和Rd中的一种或其合适的结合物制成，这些材料具有优良的导电性能。
另外，将电极端子5、下电极4和信号端子8a、8b相对制在导电层3的两侧的电介质层2上。
接着，如图7C所示，形成用于支柱7a和7b以及上电极支柱6的图案，所述支柱7a、7b分别用于支承第一和第二电导体。
随后如图7D所示，形成用于第一电导体9a、第二电导体9b和上电极10的图案。
在最终的步骤中，如图7E所示，利用干蚀刻方法形成蚀刻区11，在所述干蚀刻方法中，在电介质层2的中心部分密集制成多个通孔。这时，使蚀刻区11在电介质层2的中心部分下面相互连接。
在上述实施例中，如图7D和7E所示，上电极10为矩形形状，并且用于支承上电极10的上电极支柱6位于上电极10的外部端部，如图4和5所示。但是上电极10的形状可以多样变化，并且用于支承上电极10的上电极支柱6的位置也可变化。
根据本发明的微型开关结构简单，通断率和隔离度高，并且可以非常简单的加工过程制造。
本发明的优选实施例在这里已经公开，虽然应用了具体的术语，但可将其理解为非特殊的描述性意义，而不是处于限定的目的。因此，本领域的普通技术人员将会了解，可在不脱离本发明后附权利要求所限定的精神和范围的情况下，对本发明的形式和细节作出多种改动。
权利要求
1.一种微型开关，该开关包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区两侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离处形成；两个下电极，形成在移动区上；以及两个上电极，在两个下电极上方的预定距离处形成，当在下电极内产生静电力时，该两个上电极导致导电层和电介质薄膜向上移动，并且与第一和第二电导体电容联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
2.如权利要求1所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
3.如权利要求1所述的微型开关，其中，下电极分别在导电层和铰接部分之间形成。
4.如权利要求1所述的微型开关，还包括分别支承电导体和上电极的支柱，以及将信号施加到电导体上的信号端子。
5.如权利要求4所述的微型开关，其中，导电层、电导体、下电极、上电极、支柱和信号端子中的任何一个由从包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
6.一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离处形成；一个下电极，形成在移动区上；以及一个上电极，在下电极上方的预定距离处形成，当在下电极内产生静电力时，该上电极导致导电层和电介质薄膜向上移动，并且与第一和第二电导体电容联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
7.如权利要求6所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
8.如权利要求6所述的微型开关，其中，下电极在导电层和铰接部分之间形成。
9.如权利要求6所述的微型开关，还包括分别支承电导体和上电极的支柱，以及将信号施加到电导体上的信号端子。
10.如权利要求9所述的微型开关，其中，导电层、电导体、下电极、上电极、支柱和信号端子中的任何一个由从包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
11.一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离处形成；以及压电层，形成在移动区上，通过所提供的预定电压，使导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便与电流在第一和第二电导体之间流动。
12.如权利要求11所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
13.如权利要求11所述的微型开关，其中，压电层在导电层和铰接部分之间形成。
14.如权利要求11所述的微型开关，还包括分别支承电导体的支柱，将信号施加到电导体上的信号端子，以及将电压施加到压电层的压电电极端子。
15.如权利要求14所述的微型开关，其中，导电层、电导体、支柱、信号端子和压电电极端子中的任何一个由包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
16.一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在导电层的上方的预定距离处形成；两个下电极，形成在移动区上；以及两个上电极，在两个下电极上方的预定距离处形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，该两个上电极导致导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。
17.如权利要求16所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
18.如权利要求16所述的微型开关，其中，下电极分别在导电层的两侧形成于导电层和铰接部分之间。
19.如权利要求16所述的微型开关，还包括分别支承电导体的支柱、以及将信号施加到电导体上的信号端子。
20.如权利要求16所述的微型开关，其中，导电层、电导体、下电极、上电极、支柱和信号端子中的任何一个由包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
21.一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在导电层上方的预定距离处形成；一个下电极，形成在移动区上；以及一个上电极，在下电极上方的预定距离处形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，该上电极导致导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流信号在第一和第二电导体之间流动。
22.如权利要求21所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
23.如权利要求21所述的微型开关，其中，下电极分别在导电层和铰接部分之间形成。
24.如权利要求21所述的微型开关，还包括分别支承电导体和上电极的支柱、以及将信号施加到电导体上的信号端子。
25.如权利要求24所述的微型开关，其中，导电层、电导体、下电极、上电极、支柱和信号端子中的任何一个由包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
26.一种微型开关，包括基底；形成在该基底上的电介质层，该电介质层具有由电介质层的预定部分形成的移动区，该移动区借助于形成在移动区一侧上的铰接部分上下移动；导电层，形成在移动区的预定部分上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；以及压电层，形成在移动区上，通过所提供的预定电压，使导电层向上移动，并且与第一和第二电导体电阻联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。
27.如权利要求26所述的微型开关，其中，位于移动区以下的部分基底，除了形成有铰接部分的围绕移动区的部分电介质层，以及在围绕移动区的电介质层部分以下的部分基底被选择性蚀刻，从而提供允许移动区上下运动的蚀刻区。
28.如权利要求26所述的微型开关，其中，压电层在导电层和铰接部分之间形成。
29.如权利要求26所述的微型开关，其中，还包括分别支承电导体的支柱，将信号施加到电导体上的信号端子，以及将电压施加到压电层的压电电极端子。
30.如权利要求29所述的微型开关，其中，导电层、电导体、支柱、信号端子和压电电极端子中的任何一个由包括Au、Ag、Cu、Pt和Rd的组群中选取的一种或多于一种的结合材料制成。
全文摘要
一种微型开关，包括形成在基底上的电介质层，该电介质层具有移动区；导电层，形成在移动区的预定部分上；电介质薄膜，形成在导电层上；第一和第二电导体，在电介质薄膜的上方的预定距离形成；一个或两个下电极，形成在移动区上；以及一个或两个上电极，在下电极上方的预定距离形成，当在上电极和下电极之间产生静电力时，两个上电极导致导电层和电介质薄膜向上移动，并且使第一和第二电导体电容联接，以便使电流在第一和第二电导体之间流动。这种微型开关的通断率和隔离度高，结构简单，并且可以以非常简单的加工过程制造。
文档编号H01H59/00GK1485873SQ03154570
公开日2004年3月31日 申请日期2003年8月19日 优先权日2002年8月20日
发明者宋寅相, 金永一, 李文喆, 沈东河, 弘荣泽, 朴仙姬, 南光佑 申请人:三星电子株式会社