(57)【要約】【課題】マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）スイッチにおけるセルフアクチュエーションの発生を防ぐ機構を提供する。【解決手段】一実施形態はマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）スイッチを開示する。当該ＭＥＭＳスイッチは、基板と、基板上に実装された下部電極と、下部電極上に実装された上部電極と、基板上に実装されたアクチュエーション電極、およびアクチュエーション電極に接続されたレジスタを備える。当該レジスタは、スイッチが開いている場合に、アクチュエーション電極におけるセルフアクチュエーションの発生を防ぐために設けられる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＥＭＳスイッチであって、
基板と、
前記基板上に実装された下部電極と、
前記下部電極上に実装された上部電極と、
前記基板上に実装されたアクチュエーション電極と、
前記アクチュエーション電極に接続されたレジスタであって、前記アクチュエーション電極におけるセルフアクチュエーションの発生を防ぐためのレジスタと
を備えるスイッチ。
【請求項２】
前記アクチュエーション電極に接続されたコンデンサ
をさらに備え、
前記レジスタのインピーダンスは前記コンデンサのインピーダンスよりも大きい
請求項１に記載のスイッチ。
【請求項３】
前記レジスタのインピーダンスは２０ＫΩから７０ＫΩの範囲内にある
請求項２に記載のスイッチ。
【請求項４】
当該スイッチが閉じられている場合、前記レジスタは前記アクチュエーション電極における挿入損失の発生を防ぐ
請求項２に記載のスイッチ。
【請求項５】
前記レジスタと前記アクチュエーション電極はポリシリコン駆動電極によって集積化されている
請求項１に記載のスイッチ。
【請求項６】
前記駆動電極は、アクチュエーション電荷分布のために十分な伝導性を確保するべく高濃度ドーピングポリシリコンから形成される
請求項５に記載のスイッチ。
【請求項７】
ワイヤレス通信システムであって、
高圧ＲＦ信号を受信する受信機と、
前記高圧ＲＦ信号を送信する送信機と、
前記受信機および前記送信機に接続されたＭＥＭＳスイッチと
を備え、
前記スイッチは
アクチュエーション電極と、
前記アクチュエーション電極に接続されたレジスタであって、前記スイッチが開いている場合、前記アクチュエーション電極において前記高圧ＲＦ信号に起因してセルフアクチュエーションが生じるのを防ぐためのレジスタと
を有する
システム。
【請求項８】
前記スイッチはさらに前記アクチュエーション電極に接続されたコンデンサを有し、
前記レジスタのインピーダンスは前記コンデンサのインピーダンスより大きい
請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記スイッチが閉じられている場合、前記レジスタは前記アクチュエーション電極における挿入損失の発生を防ぐ
請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記スイッチに接続された電圧源制御器
をさらに備える請求項７に記載のシステム。
【請求項１１】
方法であって、
ＭＥＭＳスイッチの基板にアクチュエーション電極を実装することと、
ポリシリコン駆動電極で前記アクチュエーション電極を集積化して、前記アクチュエーション電極においてセルフアクチュエーションが発生するのを防ぐための、前記アクチュエーション電極に接続されるレジスタを形成することと
を含む方法。
【請求項１２】
前記基板上に下部電極を実装することと、
前記下部電極上に上部電極を実装することと
をさらに含む請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ワイヤレス通信システムであって、
高圧ＲＦ信号を受信する受信機と、
前記高圧ＲＦ信号を送信する送信機と、
前記受信機および前記送信機に接続されたＭＥＭＳスイッチであって、
アクチュエーション電極と、
前記アクチュエーション電極に接続されたレジスタであって、前記スイッチが開いている場合に、前記アクチュエーション電極における前記高圧ＲＦ信号に起因するセルフアクチュエーションの発生を防ぐためのレジスタと
を有するスイッチと、
前記スイッチに接続されたオムニ指向性アンテナと
を備えるシステム。
【請求項１４】
前記スイッチは前記アクチュエーション電極に接続されたコンデンサをさらに有する
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記レジスタのインピーダンスは前記コンデンサのインピーダンスよりも大きい
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
前記レジスタのインピーダンスは２０ＫΩから７０ＫΩの範囲内にある
請求項１４に記載のシステム。
【請求項１７】
前記スイッチが閉じられている場合、前記レジスタは前記アクチュエーション電極における挿入損失の発生を防ぐ
請求項１３に記載のシステム。
【請求項１８】
前記スイッチに接続された電圧源制御器
をさらに備える請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、広くはマイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）に関し、特にＭＥＭＳスイッチに関する。
【背景技術】
【０００２】
マイクロマシン技術（ＭＥＭＳ）デバイスはさまざまな分野で広く用いられており、市販されている製品の多くに利用されている。ＭＥＭＳデバイスの１つにＭＥＭＳ高周波（ＲＦ）スイッチがある。ＭＥＭＳ  ＲＦスイッチは通常、ＲＦスイッチアレイに設けられた１以上のＭＥＭＳスイッチを備える。ＭＥＭＳ  ＲＦスイッチは、電力特性が低く高周波で動作できることから、ワイヤレスデバイスでの使用に理想的なスイッチである。ＭＥＭＳ  ＲＦスイッチは、携帯電話、ワイヤレスコンピュータネットワーク、通信システムおよびレーダーシステムを初めとする分野での利用が期待されている。ＭＥＭＳ  ＲＦスイッチをワイヤレスデバイスで使用する場合、アンテナスイッチ、モードスイッチおよび送受信スイッチとして用いることができる。
【０００３】
しかし、ＭＥＭＳ  ＲＦスイッチには多くの問題点がある。一般のＭＥＭＳスイッチは、ＯＦＦ状態にある時に高圧ＲＦ信号が原因でスイッチ内のアクチュエーション電極がアクチュエーションするセルフアクチュエーションという問題を抱えている。このようにして、高圧ＲＦ信号により静電力が発生して、スイッチビームが下方向に引っ張られ不具合が生じてしまう。
【０００４】
ＭＥＭＳスイッチはまた、容量結合が原因でアクチュエーション電極／接地用コンデンサにおいて挿入損失（ＩＬ）が生じるという問題も持つ。このため、デバイスのＲＦ性能が（例えば０．３ｄＢから１ｄＢ以上）大幅に悪化してしまう。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
以下の詳細な説明および本発明の実施形態を図示した添付の図面により、本発明の実施形態を明らかにする。本発明の実施形態を図示しているが、図面は本発明を具体的な実施形態に限定するものと解釈されるべきではなく、説明が目的にすぎない。
【０００６】
【図１】一実施形態に係るワイヤレス通信システムを示す。
【０００７】
【図２】一実施形態に係るＲＦ  ＭＥＭＳスイッチを示す。
【０００８】
【図３】一実施形態における、抵抗値の関数としての電圧降下を示すグラフである。
【０００９】
【図４】別の実施形態に係るＲＦ  ＭＥＭＳスイッチを示す。
【００１０】
【図５】一実施形態における、アクチュエーション電極における挿入損失を、抵抗値の関数として示すグラフである。
【００１１】
【図６】一実施形態における、レジスタに起因するＲＣ遅延時間を示すグラフである。
【００１２】
【図７】一実施形態に係る、アクチュエーションレジスタが集積化されたＭＥＭＳスイッチを示す上面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ＭＥＭＳスイッチにおけるセルフアクチュエーションの発生を防ぐ機構を説明する。本明細書における「一実施形態」もしくは「ある実施形態」という記載は、当該実施形態に関して説明する具体的な特徴、構造または特性が、本発明の実施形態のうち少なくとも１つに含まれることを意味する。本明細書では何度も「一実施形態」という記載を使用しているが、必ずしもすべてが同じ実施形態を指すとは限らない。
【００１４】
以下では、本発明の実施形態を非常に詳細に説明する。しかしながら、以下に記載した具体的且つ詳細な記述に基づくことなく本発明を実施することができるのは当業者には明らかである。また、公知の構造やデバイスについては、本発明をあいまいにすることを避けるべく、詳細に図示せずブロック図で示している。
【００１５】
図１は、一実施形態に係るワイヤレス通信システム１００を示すブロック図である。システム１００は、信号送受信用のアンテナ１１０を備える。システム１００はさらに、電圧源制御器１２０、受信機１３０、送信機１４０およびアンテナ１１０に電気接続されたＭＥＭＳスイッチ１５０を備える。
【００１６】
電圧源制御器１２０はＭＥＭＳスイッチ１５０に電気接続されている。一実施形態によれば、電圧源制御器１２０はロジックを有する。当該ロジックは、選択的にスイッチ１５０をアクティブ化するべく、ＭＥＭＳスイッチ１５０内に設けられたアクチュエーション電極（不図示）に対して選択的に電圧を供給する。受信機１３０は、アンテナ１１０を介してシステム１００が受信した信号を処理する。送信機１４０は、システム１００から送信される信号を生成する。
【００１７】
システム１００は動作中、ワイヤレス信号を送受信する。この信号送受信を具体的に説明すると、電圧源制御器１２０が選択的にＭＥＭＳスイッチ１５０をアクティブ化することにより、スイッチ１５０と受信機１３０が接続されて受信信号がアンテナ１１０から受信機１３０に処理されるべく送られ、スイッチ１５０と送信機１４０が接続されて送信機１４０が生成した送信信号が送信されるべくアンテナ１１０に送られる。
【００１８】
図２は一実施形態に係るＲＦ  ＭＥＭＳスイッチ１５０を示す。図２に示すスイッチ１５０は「ＯＦＦ」状態にある。スイッチ１５０は、基板／誘電体２０５、基板２０５の上に積層された下部電極２１０、および下部電極２１０の上に実装された上部電極２１５および２２０を有する。電極２１５および２２０は、スイッチ１５０が送受信する高圧ＲＦ信号（Ｖｓ）を保持する。具体的に説明すると、電極２２０は、コンタクト領域２２５が閉じている場合に信号を送信する５０Ωの送信ラインである。
【００１９】
ＭＥＭＳスイッチ１５０はさらにアクチュエーション電極２３０も有する。アクチュエーション電極２３０は基板２０５の上に実装されており、電荷を帯びると（アクチュエーションされると）電極２１５から電極２２０に信号を送る。スイッチ１５０が「ＯＦＦ」状態にある時、アクチュエーション電極２３０に接続されたコンデンサ（Ｃａ）（例えば、アクチュエーションコンデンサと呼ぶ）およびコンタクト領域２２５にあるコンデンサ（Ｃｂ）（例えば、コンタクトコンデンサと呼ぶ）に対して、高圧ＲＦ信号から直接電圧Ｖｓが印加される。
【００２０】
このＲＦ信号は高周波信号であるが、該信号のＲＭＳ（二乗平均平方根）値が上部電極２１５を押し下げるのに必要なＤＣ力が発生させ、アクチュエーション電極２３０でセルフアクチュエーションが生じてしまうことがある。コンタクト領域２２５はＣｂを低減するべく最小限に抑えられることによって、高圧状態においてもコンタクト領域で必要な力が発生しないように構成することができる。
【００２１】
一実施形態によると、アクチュエーションが「ＯＦＦ」状態の時にはアクチュエーション電極２３０とグラウンドの間にレジスタ（Ｒａ）が接続される。このレジスタにより、アクチュエーション電極２３０におけるセルフアクチュエーションの発生を防ぐ。一実施形態によると、このレジスタの抵抗値は十分に高いので（例えば２０ＫΩ）、レジスタのインピーダンスは、ＲＦ信号に対応する場合のコンデンサＣａのインピーダンスに比べてかなり大きくなっている。従って、コンデンサＣａでのＲＦ電圧降下は小さいものとなる。大きな電圧降下が発生するのは、インピーダンスが高いレジスタＲａに移る。このように、アクチュエーション電極２３０において高電圧がほとんどまたはまったく存在しないので、スイッチ１５０でセルフアクチュエーションは発生しないか、少なくとも発生する可能性は低くなる。
【００２２】
図３は、ＲＦ信号が２ＧＨｚでＶｓのピークが３３．６Ｖである場合、一実施形態におけるコンデンサＣａおよびＣｂに対する電圧降下を、レジスタＲａ値の関数として示すグラフである。アクチュエーションコンデンサＣａに関して、その容量は数ピコファラッド（ｐＦ＝１兆分の１ファラッド）の範囲にある。負荷抵抗が５０Ωの場合に限り、コンデンサＣａにおいて大きな電圧降下（約２０Ｖ）が見られる。コンデンサＣａに対する電圧は、負荷抵抗が２０ＫΩから６０ＫΩの場合に大幅に低減される（１Ｖよりはるかに低くなる）。
【００２３】
図３に示した結果から、適切なアクチュエーションレジスタＲａを用いれば高圧ＲＦ信号に起因するセルフアクチュエーションを効果的に防ぐことができると分かる。ここで、コンタクト領域のコンデンサＣｂに対するＲＦ電圧も高くなると考えられる。しかし、上述したとおり、これによってセルフアクチュエーションが生じても、発生する力が小さくなるように重複領域を小さくすることによって対処できるとしてもよい。
【００２４】
図４は一実施形態に係るＲＦ  ＭＥＭＳスイッチ１５０を示す。図４に示すスイッチ１５０は「ＯＮ」状態にある。ＲＦ信号とＤＣグラウンドの間のインピーダンスが高くなっているので、信号接続／損失が最小限になっている。レジスタがなければ、ＲＦ信号はコンタクトを介して完全に通過してしまう。しかし、周波数が高くてもアクチュエーション電極Ｃａ’のインピーダンスが低くなっているので、ＲＦ信号はアクチュエーション電極Ｃａ’を介してグラウンドへと簡単に通過してしまう。このようなコンデンサ接続によって、ＲＦ信号の一部が失われ、ＲＦ挿入損失が増加するのでデバイスのＲＦ性能が落ちてしまう（例えば、コンタクトを介して通過する信号が減る）。アクチュエーション電極におけるこの挿入損失の量は、閉じたスイッチ（または並列接続されたスイッチ）の合計容量によって決まる。スイッチ数個が並列に用いられる場合、この損失量は多ければ数ｄＢになることもあり、Ｃａ’が大きくなる（合計Ｃａ’は１ピコファラッド以上になる）。
【００２５】
図５は、一実施形態におけるアクチュエーション電極２３０の挿入損失をレジスタＲａの抵抗値の関数として示すグラフである。図５に示すように、アクチュエーション抵抗が低い場合（例えば１００Ω未満）、挿入損失は非常に大きくなっている。Ｃａ’が大きくなるほど、挿入損失も大きくなると考えられる。抵抗が２０ＫΩ以上の範囲にある場合、挿入損失は大幅に減少（０．０２ｄＢ未満）している。以上より、アクチュエーション電極２３０に適切な高抵抗を付加することによって、挿入損失を最小限に抑えることができる。
【００２６】
図６は、一実施形態における、レジスタＲａに関するＲＣ遅延時間を示すグラフである。普通のＭＥＭＳスイッチの機械応答（例えばスイッチング速度）は１０マイクロ秒の範囲である。このため、レジスタに起因するアクチュエーション信号遅延時間は物理的なスイッチング速度よりもはるかに短くなる（例えば０．５マイクロ秒）。合計アクチュエーション容量Ｃａ’が６ｐＦの場合、高速アクチュエーションを実現するためにはアクチュエーションレジスタは７０ＫΩ以下とする。しかし、セルフアクチュエーションおよび挿入損失を最小限にとどめるために、アクチュエーションレジスタの抵抗は２０ＫΩ以上とされる。以上より、アクチュエーション抵抗の最適範囲は２０ＫΩから７０ＫΩとなる。
【００２７】
図７は、一実施形態に係るアクチュエーションレジスタが集積化されたＭＥＭＳスイッチ１５０を示す上面図である。一実施形態によれば、アクチュエーションレジスタ７５０と電極２３０がポリシリコン駆動電極によって集積化されている。このような実施形態に係る駆動電極は、アクチュエーション電荷分布のために高い伝導性を確保するべく高濃度ドーピングポリシリコンによって形成されている。
【００２８】
さらに、図７に示すとおり、適切な抵抗値を実現するべく、同じポリシリコン層の所定の領域が低濃度でドーピングされているとしてもよい。これ以外の実施形態においては、別の集積化方法を利用するとしてもよい。例えば、高伝導性ポリシリコン電極の代わりに任意の金属を用いるとしてもよい。また、ポリシリコンから成るレジスタの代わりに、任意の別のレジスタを用いてもよい。
【００２９】
以上の説明に基づき本発明について数多くの変形例を実施できるのは当業者には明らかである。また、説明のために挙げた上述の具体的な実施形態は本発明を限定するものではない。このため、さまざまな実施形態の詳細を述べたものの、これらは本願請求項の範囲を限定するものではなく、請求項は発明と認識される特徴のみを記載したものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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