(57)【要約】      （修正有）【課題】サイズを小さくしかつ切換速度を速くしたマイクロメカニカル素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】マイクロメカニカル素子５は、２つの接触電極３a、３bを橋絡する可動電極である切替素子６と、この切替素子６を接触電極３a、３bに対して静電力により垂直方向に移動し、接触電極３a、３bに接触した状態と離れた状態の２つの安定した状態に保持するための切換電極２a、２bとを有し、切換電極２a、２bは接触電極３a、３bの間とその上方に配されて構成されている。【選択図】図２ａ
2010188517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を覆って一時的な層を形成するステップと、前記一時的な層の上に切替素子を形成するステップと、前記切替素子が分離し、かつ電極によって加えられる力により移動可能になるように前記一時的な層を取り除くステップとを有するマイクロメカニカル素子の製作方法。
【請求項２】
さらに、前記一時的な層を形成する前に前記基板を覆う金属電極を堆積させることを含む請求項１に記載のマイクロメカニカル素子の製作方法。
【請求項３】
さらに、前記一時的な層の上に保護層を形成するステップと、前記保護層によってカバーされていない前記一時的な層の部分をエッチングして空間を形成するステップと、前記一時的な層をエッチングした空間内に電気メッキによって前記切替素子を形成するステップと、前記電気メッキされた切替素子を自由にするために前記基板内にエッチングするステップとを含む請求項１又は２に記載のマイクロメカニカル素子の製作方法。
【請求項４】
さらに、前記切替素子を覆って第２の一時的な層を備えつけるステップと、前記第２の一時的な層の上に第２の金属電極を形成するステップと、前記切替素子が分離し、かつ前記第２の金属電極によって加えられる力により移動可能になるように前記第２の一時的な層を取り除くステップとを含む請求項１乃至３のいずれか１項に記載のマイクロメカニカル素子の製作方法。
【請求項５】
分離した切替素子と、前記切替素子に力を加えて前記切替素子を２つの安定した位置の間で移動させる切替手段とを有するマイクロメカニカル素子。
【請求項６】
前記切替手段は、前記切替素子に静電力を加える１またはそれ以上の電極、または前記切替素子に電磁力を加える１またはそれ以上のコイルを含んでなる請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項７】
前記マイクロメカニカル素子は１またはそれ以上の突起を有し、前記切替素子は前記突起と接する１またはそれ以上の凹みを有する請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項８】
前記突起の数は３つである請求項７に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項９】
前記マイクロメカニカル素子または前記切替素子のいずれかの表面にこれらの素子の間の粘着力を制御するためのコーティングが施されている請求項５乃至８のいずれか1項に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１０】
前記コーティングはポリマーまたはオイルである請求項９に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１１】
さらに、ピボットを有し、前記切替手段は前記切替素子を２つの安定した位置の間で傾けるように作用する請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１２】
請求項９に記載のマイクロメカニカル素子を有するロジックゲートであって、前記切替手段は加えられた電圧の特定の組合せに反応して前記切替素子を安定した位置の１つの方に傾けるように設計されたロジックゲート。
【請求項１３】
さらに、半導体材料から作られた基板を含み、該基板は、前記切替素子がそれぞれの安定した位置にあるときに、２つの接点間の前記半導体材料の異なった抵抗を生ずるように配列されたドーピング領域を有する請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１４】
さらに、前記切替素子の位置を検出するキャパシタンス回路を含む請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１５】
前記切替素子は磁性を有し、前記切替手段は電流を流して前記切替素子の磁界を生じさせるための導電体を含んでなる請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１６】
前記切替素子は磁性を有し、前記切替素子の位置は前記切替素子の磁界を検出することによって検出される請求項５に記載のマイクロメカニカル素子。
【請求項１７】
請求項５に記載のマイクロメカニカル素子を有する光スイッチであって、前記切替素子は光の反射された成分と透過させられた成分との間の建設的干渉を助長する第１の安定した位置と、光の反射された成分と透過させられた成分との間の相殺的干渉を助長する第２の安定した位置を有する光スイッチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はマイクロメカニカル素子に係り、特にマイクロメカニカル素子の設計および製造方法を改良することに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体電子コンポーネントのために開発された製造方法を用いたマイクロメカニカル素子の製造についての関心が増大している。製造方法が改良されると、マイクロメカニカル素子はより小さくなり、より迅速にスイッチを切替える能力が備えられる。これによって、マイクロメカニカル素子はマイクロスイッチ、加速度系、光学素子、キャパシタンススイッチ等に用いられるようになる。しかし、マイクロメカニカル素子が、半導体プロセッサおよびメモリチップに匹敵し得る論理素子または記憶素子として利用されるためには、そのサイズが１平方ミクロンの面積にまで縮小されなければならない。このようなサイズにマイクロメカニカル素子を縮小するには多くの問題がある。例えば、既存の多くのマイクロメカニカル素子は、片持ち梁状のアームを有し、アームはその形状を維持して所望の位置でのみ電極と接触するために十分堅くなければならない。さらに、片持ち梁状のアームの多くの例は、静電界または電磁界によって影響を受けていないときに休止位置まで戻るのに十分な復元力を持っていなければならない。これらを考慮すると、既存の片持ち梁状のアームの製造可能な厚みは制限される。静電エネルギが片持ち梁の機械的剛性に打ち勝つために使用されなければならないので、それらはまた切替速度をも制限する。
【０００３】
したがって、既存のマイクロメカニカル素子は、大きな静電切替電極を要求する厚い片持ち梁状のアームを持ち、これはマイクロメカニカル素子の最小のサイズおよび最大の切替速度を制限する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、既存の素子に対して小さいサイズと速い切替速度とを有するマイクロメカニカル素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によれば、分離している切替素子と、切替素子に力を加えて切替素子を２つの安定した位置の間で動かす切替手段とを有するマイクロメカニカル素子が提供される。
【０００６】
切替手段は静電力または電磁力を加える。
【０００７】
切替素子はその動きを規制する流体中に浮遊している。
【０００８】
マイクロメカニカル素子は、切替素子の対応する凹みに接する１またはそれ以上の突起を有する。突起の数は３つであることが好ましい。
【０００９】
マイクロメカニカル素子は、記憶素子を提供するために利用される。非揮発性の記憶素子が要求される場合、切替素子が安定した位置に留まることを粘着力が確保する。
【００１０】
これらの素子の間の粘着力を制御するため、マイクロメカニカル素子または切替素子の表面にコーティングが施される。コーティングは、好ましくはポリマーまたはオイルである。
【００１１】
マイクロメカニカル素子は光スイッチを提供するために利用される。切替素子は半透明材料から形成され、１つの安定した位置は光の反射された成分と透過させられた成分との間の建設的干渉を助長し、第２の安定した位置は光の反射された成分と透過させられた成分との間の相殺的干渉を助長する。その代わりに、切替素子の位置は、透明なマイクロメカニカル素子を通る光の伝播を変調するために使用され得る。光スイッチは、ディスプレイの画素として使用される。
【００１２】
本発明に従った光スイッチが提供するもう１つの器具は、反射性の切替素子および吸収性の表面か、または反射性の表面および吸収性の切替素子を有する。そして、安定した位置の１つにおいては、光は切替素子に入射し、他の安定した位置においては光は表面に入射し、したがって光は吸収または反射される。
【００１３】
マイクロメカニカル素子は、さらにピボットを有し、そして切替手段は切替素子を２つの安定した位置の間で傾けるように動作する。それぞれの安定した位置において別個の回路が完成され、切替手段はロジックゲートの要求に従って切替素子を傾けるように動作する。
【００１４】
代替的に、マイクロメカニカル素子は、切替素子が安定した位置の１つにあるときに切替素子がドーピングされた領域間を流れる電流を引き起こすように配置されたドーピングされた領域を伴なう半導体のベースをさらに有する。もう１つの代替は、切替素子の位置に反応するキャパシタンス回路の使用である。
【００１５】
上述したデバイスには、集積回路内で既存の半導体デバイスの代わりに使用され、小さく、切替が速く、耐熱性のある回路素子を提供できる利点がある。
【００１６】
また、本発明によれば、マイクロメカニカル素子を製造する方法が提供され、方法は、基板に金属電極を備えつけるステップと、電極を覆って一時的な層を備え付けるステップと、一時的な層の上に切替素子を形成するステップと、一時的な層を取り除き、これによって素子が分離し、電極によって力が加えられると動くようにするステップとを有する。
【００１７】
好ましくは電極、一時的な層または素子は、フォトリソグラフィ、化学析出、スパッタ蒸着法または金属蒸着法によって備えつけられるとよい。
【００１８】
方法は、一時的な層に保護層を備え付けるステップと、保護層によってカバーされていない一時的な層の部分をエッチングして空間部を形成するステップと、一時的な層にエッチングされた空間部に電気メッキによって切替素子を形成するステップと、基板をエッチングして電気メッキされた切替素子を自由にするステップとをさらに有し得る。
【００１９】
その代わりに、方法は、切替素子を覆ってさらなる一時的な層を備えつけるステップと、さらなる一時的な層の上に第２の金属電極を形成するステップと、第２の一時的な層を取り除くことによって素子が分離して第２の電極により力が加えられると動くようにするステップとをさらに有し得る。
【００２０】
上述した方法は、フォトリソグラフィ、化学析出、スパッタ蒸着法または金属蒸着法といった周知の製造技術を用いて本発明に従った素子を製造することを許容するので都合がよい。
【００２１】
本発明の実施例は、以下添付の図面を参照して説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１ａ】従来技術のマイクロメカニカル素子の非接触状態を示す図である。
【図１ｂ】従来技術のマイクロメカニカル素子の接触状態を示す図である。
【図２ａ】本発明に従ったマイクロメカニカル素子の製造中の状態を示す図である。
【図２ｂ】図２ａのマイクロメカニカル素子の非接触状態を示す図である。
【図２ｃ】図２ａおよび図２ｂのマイクロメカニカル素子の接触状態を示す図である。
【図３ａ】図２ａ、図２ｂおよび図２ｃのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【図３ｂ】図２ａ、図２ｂおよび図２ｃのマイクロメカニカル素子の第２の平面図であって、切替素子を示す図である。
【図４ａ】マイクロメカニカル素子の代替例を示す図である。
【図４ｂ】図４ａのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【図５ａ】ＡＮＤロジックゲートを提供するマイクロメカニカル素子を示す図である。
【図５ｂ】図５ａのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【図５ｃ】図５ａおよび図５ｂのマイクロメカニカル素子の真理表である。
【図６ａ】ＯＲロジックゲートを提供するマイクロメカニカル素子を示す図である。
【図６ｂ】図６ａのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【図６ｃ】図６ａおよび図６ｂのマイクロメカニカル素子の真理表である。
【図７ａ】ＮＯＴロジックゲートを提供するマイクロメカニカル素子を示す図である。
【図７ｂ】図７ａのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【図７ｃ】図７ａおよび図７ｂのマイクロメカニカル素子の真理表である。
【図８ａ】半導体スイッチを提供するマイクロメカニカル素子の製造中の状態を示す図である。
【図８ｂ】図８ａのマイクロメカニカル素子の第１の位置における状態を示す図である。
【図８ｃ】図８ａおよび図８ｂのマイクロメカニカル素子の第２の位置における状態を示す図である。
【図９ａ】光スイッチを提供するマイクロメカニカル素子の第１の位置における状態を示す図である。
【図９ｂ】図９ａのマイクロメカニカル素子の第２の位置における状態を示す図である。
【図１０ａ】光スイッチを提供する別のマイクロメカニカル素子の第１の位置における状態を示す図である。
【図１０ｂ】図１０ａのマイクロメカニカル素子の第２の位置における状態を示す図である。
【図１１ａ】マイクロメカニカル素子の他の実施例の製造の第１段階を示す図である。
【図１１ｂ】図１１ａのマイクロメカニカル素子の製造の第２段階を示す図である。
【図１１ｃ】図１１ａのマイクロメカニカル素子の製造の第３段階を示す図である。
【図１１ｄ】図１１ａのマイクロメカニカル素子の製造の第４段階を示す図である。
【図１１ｅ】図１１ａのマイクロメカニカル素子の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図１ａおよび図１ｂを参照すると、既存のマイクロメカニカル素子は、一般に表面上に配置された切替電極２および接触電極３を有する基板１を有する。切替電極２の影響の下に接触電極３に接触する片持ち梁アーム４もまた設けられている。切替電極２がオフにされると、片持ち梁アーム４の自然な弾性は片持ち梁状のアーム４と接触電極３との間の接触を分断する。
【００２４】
図１ｂから見てとれるように、薄い片持ち梁アーム４は切替電極２の静電による引き込みに耐えるために必要な剛性を欠き、落ち込んで切替電極２と接してしまう。これによってマイクロメカニカル素子の有用性は消滅してしまう。同様に、片持ち梁アーム４は、アーム４の表面と電極２および３との間の接触時における粘着力に打ち勝つのに十分な弾性がない。小さいマイクロメカニカル素子は必然的に小さく薄い片持ち梁アームを有するので、上述した問題は既存のマイクロメカニカル素子のサイズの最低限度を導き出している。
【００２５】
図２ａ、図２ｂおよび図２ｃを参照すると、本発明に従い、基板１と、切替電極２ａおよび２ｂと、接触電極３ａおよび３ｂと、切替素子６とを有するマイクロメカニカル素子５は上述した問題を解決する。
【００２６】
吸引する静電力は、切替電極２ａを介して切替素子６に加えられる。これによって分離した切替素子６は接触電極３ａおよび３ｂに向けて引きつけられ、図２ｂに示すような接触電極３ａおよび３ｂの間の回路が完成する。切替素子は概して機械的な拘束なく自由に動き、要求される固有の弾性は低減され、したがって小さく薄い切替素子６が用いられることが好ましい。
【００２７】
切替素子６は接触電極３ａおよび３ｂそれぞれの突起８ａおよび８ｂと接触する３つの凹み７を伴なって備えつけられる。突起８ａ、８ｂおよび凹み７は切替素子６の位置を安定させ、また、突起８ａおよび８ｂは切替素子６と接触電極３ａおよび３ｂとの間の接触面積を低減することによってこれらの間の粘着力を低減することを助ける。したがって、切替素子６と接触電極３ａ、３ｂとの間の接触を分断するのに要求される静電力は低減され、素子５を小さくすることができる。同様に、切替素子６に凹み７を形成したことによって切替素子６の上面に隆起部が形成されるので、切替素子６と切替電極２ｂ（または絶縁層９）との間の接触面積もまた低減され、同じような利点がもたらされる。
【００２８】
３つの突起／凹みの組を設けたことによって、製造時における不精密さによって生ずる突起８ａ、８ｂの高さまたは凹み７の深さの微小なばらつきにかかわらずそれぞれの突起／凹みの組が接触するので好ましい。
【００２９】
突起８ａ、８ｂおよび凹み７は必須ではなく、接触面積を制限する代替方法は単に素子６および接触電極３ａ、３ｂの表面粗さを使用される製造プロセスによってコントロールすることであってもよい。
【００３０】
マイクロメカニカル素子５は不揮発性記憶素子として使用され得る。切替素子６は２つの安定した位置を有し、１つはそれが切替電極２ｂ（または絶縁層９）に接触しているときの位置であり、他はそれが接触電極８ａ、８ｂに接触しているときの位置である。安定した位置において切替素子６によって経験される粘着力に起因して、切替素子６はマイクロメカニカル素子がオフにされてもいずれかの安定した位置に留まる。したがって、接触電極３ａ、３ｂ間の回路は開かれ、または閉じられたまま維持される。
【００３１】
代替的な実施形態において、切替素子６は開口を有し、マイクロメカニカル素子１は、その周囲を開口がスライドする支柱を有する。この配列は切替素子６の切替電極２ａ、２ｂ間での自由な動きを許容するが、横方向の位置については切替素子を保持する。切替素子６はまた、マイクロメカニカル素子５内に包囲電極（図示しない）を含ませることによって正しい横方向の位置に保たれ得る。包囲電極は切替素子６を横方向に取り囲み、素子６と同様の電荷に保たれ、これによって素子６は包囲電極の内側で平衡位置へとはね返される。製造技術が改良されると、このような保持機構は要求されなくなる。
【００３２】
切替素子６が突起８ａ、８ｂと接触し、したがって電極３ａ、３ｂと接触しているときに形成される回路を分断するため、吸引する静電力が切替電極２ｂを介して切替素子６に加えられる。切替素子６は接触電極３ａ、３ｂから離れるように動き、図２ｃに示すように切替電極２ｂに備えつけられた絶縁層９に接する。絶縁層９を備えつけることは必要ではなく、切替素子６は切替電極２ｂと接触したときに切替電極２ｂから電荷を受けるようにしてもよい。
【００３３】
この装置の小さいバージョンは、電極２ａを取り除き、電極２ｂに電極３ａ、３ｂに対して反対の電圧を加えることによって切替機能を提供するように作ることができることに注目すべきである。
【００３４】
図２ｂおよび図２ｃに図示し、また上述した休止位置において、切替電極２ａ、２ｂに電圧がかけられていなくても、粘着力が切替素子６をその位置に維持する。切替電極２ａ、２ｂによって切替素子６に加えられる静電力はこの粘着力に打ち勝って切替動作を行なう。
【００３５】
いくつかの用途において、オイルまたはポリマー等の液体の非常に薄い層を塗布することが、切替素子６と、突起８ａ、８ｂ、絶縁層９、または他の必要な表面との粘着を強化する表面張力効果をもたらすために利用される。
【００３６】
液体は、素子６の動きを制限するためにも使用される。切替素子６と突起８ａ、８ｂとの間の粘着力は、接触電極３ａ、３ｂの間の回路を分断するために打ち負かされる必要がある。そして、切替素子６は、切替電極２ｂへと移動する。しかしながら、素子６が突起８ａ、８ｂに近づいても電気的には接触させないように保つため十分な表面張力を有する液体が使用され、素子６は、それが切替電極２ｂに至るまでの全工程を移動する場合に比べて迅速に切替えられるようにすることもできる。実際には、液体は素子６に対し、突起８ａおよび８ｂからの距離に対するポテンシャルエネルギのもう１つの極小値を追加する。主な極小値は、金属素子が８ａおよび８ｂと金属接触しているときであり、新たな極小値は、素子６と、突起８ａ、８ｂとの間の間隔を埋める液体の表面張力によって作り出される。さらに、大きな分子またはコロイド性の粒子を含む液体を使用することによって、接点の非常に近くにいくつかの極小値を発生させることができ、素子６は毎回１つの粒子の直径の距離だけ移動する。たいていは、接点のごく近くに第２の安定した位置を生成すると、素子６をより迅速に、かつ少ないエネルギによって切り替えることが許容される。
【００３７】
図２ａ、図３ａおよび図３ｂを参照すると、マイクロメカニカル素子５はフォトリソグラフ、化学析出法、スパッタ蒸着法または金属蒸着法によっていくつかの段階において製作される。はじめに、接触電極３ａ、３ｂと、突起８ａ、８ｂを伴なう切替電極２ａとが、図３ａに示すような基板１に備えつけられる。そして、一時的な層１０がこれらの電極３ａ、３ｂ、２ａおよび突起８ａ、８ｂを覆って形成され、切替素子６は図３ｂに示すように一時的な層１０の上に形成される。そして、さらなる一時的な層１１が設けられ、その上に今度は絶縁層９および切替電極２ｂが形成される。
【００３８】
図４ａおよび図４ｂを参照すると、マイクロメカニカル素子１２は、代替的にピボット、この例においては２つのピボット１３を含む。そして、切替電極２ａ、２ｂに電圧を加えることによって、切替素子６は左または右に傾き、接触電極３ａまたは接触電極３ｂに接触する。これによって、接触電極３ａと中央のピボット１３との間の回路か、または接触電極３ｂと中央のピボット１３との間に回路が完成する。
【００３９】
切替電極２ａ、２ｂと、接触電極３ａ、３ｂとの異なった配列は、多様なロジックゲートを提供するために利用できるので高く評価される。
【００４０】
図５ａ、図５ｂおよび図５ｃを参照すると、中央のピボット１３の片側に２つの切替電極２ａ、２ｂを有し、反対側に接地電極１４を有することによって、ＡＮＤロジックゲートが提供されている。ピボット１３は、切替電極２ａ、２ｂに供給されるのと同じ正電圧において保持される電極を形成する。したがって、ピボット１３に加えられるのと同じ正電圧が、切替電極２ａ、２ｂのうち１つだけに加えられているときは、切替素子６を傾けて接触電極３ｂに接触させるのに十分な力が存在しない。これは中央のピボット１３に加えられる電圧が、切替電極２ａ、２ｂの両方に加えられたときにのみ起こる。この配列においては、重なり合った領域と、接地電極１４、切替素子６、切替電極２ａおよび２ｂのピボット１３からの距離とは、素子６と接地電極１４との間の吸引力が、素子６と切替電極２ａおよび２ｂの１つとの間の吸引力よりも小さくなるようなものでなければならない。電極２ａおよび２ｂの両方が、素子６と同様のそれらに加えられる電圧を有するときに、素子６は接地電極１４によって接触電極３ｂに引きつけられる。図５ｃの真理表において、１は正電圧であることが明確に定義され、また０はゼロボルトである。
【００４１】
図６ａ、図６ｂおよび図６ｃを参照すると、接地電極１４と切替素子６との間の吸引力が、素子６と切替電極２ａ、２ｂとの間の、切替電極の１つだけに電圧を加えたときの吸引力に打ち勝つのに十分であるように、切替電極２ａ、２ｂと切替素子６との間の重なり合った領域が調整されていることを除いてＡＮＤロジックゲートと同じ電極の配列を伴なうＯＲロジックゲートが提供されている。切替電極２ａ、２ｂのどちらにも電圧が加えられていないと、素子６と接地電極１４との間の吸引力は打ち勝たず、ピボット１３と接触電極３ｂとの間の回路は完成されない。
【００４２】
図７ａ、図７ｂおよび図７ｃを参照すると、出力部がピボット１３と接触電極３ａとの間にある配列によって、ＮＯＴロジックゲートが提供されている。切替電極２が正電圧であるときは、切替電極２と正電荷をチャージされた切替素子６との間の力は非常に小さく、このため片持ち梁は接地電極１４によって引きつけられて３ｂに接触する。しかし、切替電極２が接地電位に保たれているときは、切替電極２と素子６の正電圧との間の電圧差は、電極１４に起因するよりも大きいトルクをもたらす。
【００４３】
図８ａないし図８ｃを参照すると、他の例において、キャパシタンス検知回路を用いるか、または切替素子６がチャージされ、半導体が切替素子６の停止位置の１つの近くに配置されることにより切替素子の位置が検出されることによって、記憶要素が提供されている。
【００４４】
この例においては、基板１は絶縁層１６に隣接する２つのドーピングされた領域１５を持つ半導体を有し、絶縁層１６の上に切替素子６は停止する。２つの接点１７ａおよび１７ｂはドーピングされた領域１５に隣接している。
【００４５】
切替素子６が切替電極２ｂに接触すると、切替電極６はチャージされる。素子６が正電圧をチャージされ、半導体のドーピングがＮ型であると、「電子」は半導体１のドーピングされていない領域に引き込まれ、電極１７ａおよび１７ｂの間の抵抗は低減され、この抵抗の変化が検出される。チャージされた切替素子６が半導体に近づくと、抵抗はより低減される。素子６は半導体と切替電極２ｂとの間に電界を加えることによって２つの位置の間で切替えられる。これは非揮発性記憶素子として用いることができ、素子６は２つの安定した位置を有し、粘着力は素子６を切替電極２ｂまたは絶縁層１６のいずれかに貼りつける。
【００４６】
代替的なデバイスは、切替素子６の下に薄いドーピングされた層を有する。
【００４７】
図９ａおよび図９ｂを参照すると、マイクロメカニカル素子１８は、光スイッチを提供するために使用することができる。切替素子６は、一面に非常に薄い金属の層を有する酸化スズインジウムまたは二酸化シリコンといった半透明の伝導性材料から作られる。切替素子６が切替電極２ａに接触しているとき、光スイッチの上部に入り、切替素子６を通過し、切替電極２ｂによって反射される光波のための光路のつながりは、それが切替素子６の上部表面から反射する光波と相殺的干渉をするようになっている。この結果光スイッチでは非常に少量の光が反射される。素子６が切替電極２ｂと接触しているとき、２つの光線の間の光路長差はそれらが建設的干渉をし、素子が大きな量の光を反射するようになっている。このような光スイッチは非常に迅速に切替えることのできるディスプレイの画素として使用することができる。
【００４８】
透明な基板および切替電極２ｂを伴なうことによって、光スイッチは通過モードにおいても働くことができる。このような実施形態では、通過する光の量は素子６の位置に依存する。
【００４９】
図１０ａおよび図１０ｂは代替的な光スイッチであって、フリーフローティングの素子が流体１９内に浮遊しているものを示す。透明伝導材料のストリップ２０は、２つのスペーサ２５の間の光吸収層２１の上に配置されている。上部の透明伝導層２４は光がセルに至るまで通過することを許容する。１つのストリップ２０が正電圧を伴ない、隣接したストリップ２０が負電圧を伴なっているとき、横方向の電界が金属の反射素子２３を偏向させて図１０ａに示すように基板と平行に整列させる。上部電極２２は接地されている。ストリップ２０への交流電圧は、反射素子２３を１つの特有の電極によって引張ることなく整列させるために都合よく利用することができる。交流電圧は隣接するストリップ２０と相互に１８０°位相がずれていることが好ましい。反射素子２３は非反射基板２１をカバーし、光は反射素子から上部電極２２を負電気とし、底部のストリップ２０を正電気とすることによって、反射素子２３は図１０ｂに示すように非反射基板２１に対し直立して整列する。交流電圧は素子が上部または底部に引きつけられることを防ぐためにも使用することができる。そして非反射基板２１が現れ、光は反射されなくなる。
【００５０】
それぞれの光スイッチが画素を形成する場合、異なった色を与えられた画素は、その画素の上部に異なった色の表面コーティングを施すことによって製作することができる。光スイッチは、反射性の基板２１と、光吸収材料によってコーティングされた素子２３を伴なって製作することもできるので高く評価される。デバイスは、下層に吸収層を持たない透過性基板２１を伴なうことによって透過モードにおいて働くように製作することもできる。また、素子２３は磁性をもち、電線内の電流からの電磁力によって切替えられるようにしてもよい。
【００５１】
上述した全ての例において説明された切替は、静電力を必要としない代わりに電磁力による切替を用いて提供されてもよい。例えば、切替素子６は磁化された材料から形成され、電極２ａ、２ｂの位置の電線内の電流によって切替素子に力が加えられる。同様に、電極の位置はキャパシタンス検知回路の代わりに磁界検出器を用いることによって感知することができる。
【００５２】
図１１ａないし図１１ｅを参照すると、本発明のマイクロメカニカル素子を製作する代替的な方法が示されている。スペースを節約し、かつリソグラフィック工程の数を減らすため、素子は直立した設計によって製作することができる。すなわち、切替素子６および切替電極２ａ、２ｂはそれらの長手側を基板１に対して直立しておかれている。はじめに、パターン付けされた薄い金属層２６は、既存の半導体処理技術を用いて基板１に貼りつけられる。そして材料の厚い層２７が基板１の表面に析出させられる。この層２６は数ミクロンの厚みのポリマーであり得る。そして、例えば図１１ａに示すように上部層２８は貼りつけられ、パターンをつけられる。図１１ｂに示すように厚い層２７を貫通して垂直に下向きにエッチングするため、例えば反応性イオンエッチングのような異方性のエッチングが使用される。そして図１１ｃに示すように、金属がエッチングされた層を貫通して電気メッキされる。最後に、上部層２８および厚い層２７が取り除かれ、直立した金属部材および下部の薄い金属層のパターン２６が取り残される。そして、中央の素子が基板から自由になることを許容する基板１の下部をくりぬくエッチング２９がなされる。側部の電極は大きな面積をもつのでエッチングによって切り落とされない。図１１ｅは、切替素子６を２つの右側の接触電極３ｂへの接触から、２つの左側の接触電極３ａへの接触まで切替えることを許容する切替電極２ａ、２ｂをもつ構成の立面図である。図２ないし図６のデバイスはこの技術を使用しても製造することができる。
【符号の説明】
【００５３】
１  基板
２、２ａ、２ｂ  切替電極
３、３ａ、３ｂ  接触電極
４  アーム
５  マイクロメカニカル素子
６  切替素子
７  凹み
８ａ、８ｂ  突起
９  絶縁層
１０  一時的な層
１１  一時的な層
１２  マイクロメカニカル素子
１３  ピボット
１４  接地電極
１５  ドーピングされた領域
１６  絶縁層
１７ａ、１７ｂ  電極
１８  マイクロメカニカル素子
１９  流体
２１  基板
２３  金属反射素子
２４  伝導層
２５  スペーサ
２６  金属層
２７  層
２８  上部層
２９  エッチング
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１１ｄ】
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【図１１ｅ】
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