(57)【要約】  隙間閉止アクチュエータ（GCA）装置（200）が提供される。GCA装置は、少なくとも一つの装置駆動櫛状構造（202a、202b）、GCA装置の出力を定める少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛構造（216a、216b）、ならびに装置駆動櫛状構造およびI／O櫛状構造と相互嵌合する少なくとも一つの装置トラス櫛状構造（204）を有し、トラス櫛状構造は、トラス櫛状構造と装置駆動櫛状構造の間に印加される第1のバイアス電圧（VBIAS）に基づいて、第1の移動軸（205）に沿って、複数の相互嵌合位置の間を移動するように構成される。また、GCA装置は、ブレーキ部（203）を有し、これは、装置トラス櫛状構造と選択的物理的に嵌合するように構成され、第1の移動軸に沿った装置トラス櫛状構造の位置が固定される。
2013520156.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間閉止アクチュエータ（GCA）装置であって、
少なくとも一つの装置駆動櫛状構造と、
当該GCA装置の出力を定める、少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛状構造と、
前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造であって、前記装置トラス櫛状構造と前記装置駆動櫛状構造の間に印加された第1のバイアス電圧に基づいて、複数の相互嵌合位置の間で、第1の移動軸に沿って移動するように構成された、装置トラス櫛状構造と、
前記装置トラス櫛状構造と選択的、物理的に嵌合するように構成され、前記第1の移動軸に沿って、前記装置トラス櫛状構造の位置を固定するブレーキ部と、
を有するGCA装置。
【請求項２】
前記ブレーキ部は、
少なくとも一つのブレーキ駆動櫛状構造と、
前記ブレーキ駆動櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つのブレーキトラス櫛状構造であって、前記装置トラス櫛状構造の前記嵌合のためのブレーキ位置と、前記装置トラス櫛状構造と少なくとも部分的に嵌合されていない1または2以上のリリース位置との間を、第2の移動軸に沿って移動するように構成された、ブレーキトラス櫛状構造と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のGCA装置。
【請求項３】
リリース位置の少なくとも一つは、第2のバイアス電圧に応じて、前記装置トラス櫛状構造に完全に非嵌合となるように構成されることを特徴とする請求項2に記載のGCA装置。
【請求項４】
前記第2の移動軸は、前記第1の移動軸を実質的に横断することを特徴とする請求項2に記載のGCA装置。
【請求項５】
前記ブレーキ部は、さらに、複数のブレーキ嵌合特徴部を有し、
前記装置トラス櫛状構造は、前記ブレーキ嵌合特徴部と対応する形状および寸法を有する少なくとも一つのトラス嵌合特徴部を有することを特徴とする請求項1に記載のGCA装置。
【請求項６】
前記複数のブレーキ嵌合特徴部は、正弦波パターン、矩形パターン、三角波パターン、および鋸歯パターンの少なくとも一つで配置されることを特徴とする請求項5に記載のGCA装置。
【請求項７】
前記I／O櫛状構造と前記装置トラス櫛状構造の指間隔の最小値は、前記装置駆動櫛状構造と前記装置トラス櫛状構造の指間隔の最小値よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載のGCA装置。
【請求項８】
前記トラス櫛状構造は、少なくとも一つの導電層を有し、
前記導電層は、前記装置駆動櫛状構造、前記I／O櫛状構造、および前記ブレーキ部を電気的に分離する、複数の不連続部を有することを特徴とする請求項1に記載のMEMS装置。
【請求項９】
小型電気機械（MEMS）装置を製造する方法であって、
層のスタックを有する基板を提供するステップであって、前記スタックは、少なくとも一つのベース層、該ベース層上の少なくとも一つのリリース層、および該リリース層上の少なくとも一つの構造層を有するステップと、
前記構造層上に、少なくとも一つの導電層を成膜するステップと、
前記導電層、前記構造層、および前記リリース層に、複数のボイドを形成するステップであって、前記複数のボイドは、少なくとも一つの装置駆動櫛状構造、少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛構造、前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造、ならびにブレーキ部を定めるステップと、
を有し、
前記形成するステップは、さらに、前記複数のボイドを選択するステップを有し、
複数の相互嵌合位置の間を、第1の移動軸に沿って選択的に移動する前記装置トラス櫛状構造がさらに構成され、前記装置トラス櫛状構造と物理的に嵌合する、選択的移動用の前記ブレーキ部がさらに構成されることを特徴とする方法。
【請求項１０】
複数の隙間閉止アクチュエータ（GCA）装置を有するシステムであって、
前記複数のGCA装置の各々は、
少なくとも一つの装置駆動櫛状構造と、
出力を定める少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛構造と、
前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造であって、前記装置トラス櫛状構造と前記装置駆動櫛状構造の間に印加される第1のバイアス電圧に基づいて、複数の相互嵌合位置の間を、第1の移動軸に沿って移動するように構成された、装置トラス櫛状構造と、
前記装置トラス櫛状構造と選択的物理的に嵌合するように構成されたブレーキ部であって、前記第1の移動軸に沿った前記装置トラス櫛状構造の位置が固定される、ブレーキ部と、
前記GCA装置に、少なくとも前記第1のバイアス電圧を提供するように構成された制御素子と、
を有することを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、小型電気機械システム（MEMS）およびそれを形成する方法に関し、特に超低電力MEMS装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、電気通信装置は、スイッチ、キャパシタ、およびインダクタを含む電子素子の組み合わせを有する。ある電気通信装置は、別個の素子の組み合わせを利用して構成されるが、他の電気通信装置は、これらの電子素子の1または2以上の集積回路を含むように構成される。例えば、これらの電子素子は、金属酸化物半導体（MOS）トランジスタ、ダイオード、キャパシタ、PINダイオード、および／またはバイポーラ接合トランジスタ（BJT）の組み合わせを介して提供される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電気通信装置の機能性が向上するにつれ、集積回路に必要となる電子素子の数が著しく増加している。その結果、一般に、集積回路の各世代には、前世代に比べて極めて多くの電力が必要となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例では、超低電力小型電気機械システム（MEMS）装置を製作する方法および装置が提供される。本発明の第1の実施例では、隙間閉止アクチュエータ（GCA）装置が提供される。GCA装置は、少なくとも一つの装置駆動櫛状構造と、当該GCA装置の出力を定める、少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛状構造と、前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造とを有する。装置トラス櫛状構造は、前記トラス櫛状構造と前記装置駆動櫛状構造の間に印加された第1のバイアス電圧に基づいて、複数の相互嵌合位置の間で、第1の移動軸に沿って移動するように構成される。また、当該GCA装置は、前記装置トラス櫛状構造と選択的、物理的に嵌合するように構成された、前記第1の移動軸に沿って、前記装置トラス櫛状構造の位置を固定するブレーキ部を有する。
【０００５】
本発明の第2の実施例では、小型電気機械（MEMS）装置を製造する方法が提供される。当該方法は、層のスタックを有する基板を提供するステップを有し、前記スタックは、少なくとも一つのベース層、該ベース層上の少なくとも一つのリリース層、および該リリース層上の少なくとも一つの構造層を有する。また、当該方法は、前記構造層上に、少なくとも一つの導電層を成膜するステップを有する。また、当該方法は、前記導電層、前記構造層、および前記リリース層に、複数のボイドを形成し、複数のパターン化領域を定めるステップを有する。パターン化領域は、少なくとも一つの装置駆動櫛状構造、少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛構造、前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造、ならびにブレーキ部を定める。当該方法において、前記形成するステップは、さらに、前記複数のボイドを選択するステップを有し、複数の相互嵌合位置の間を、第1の移動軸に沿って選択的に移動する前記装置トラス櫛状構造がさらに構成され、前記装置トラス櫛状構造と物理的に嵌合する、選択的移動用の前記ブレーキ部がさらに構成される。
【０００６】
本発明の第3の実施例では、システムが提供される。当該システムは、複数のGCA装置を含む。前記複数のGCA装置の各々は、少なくとも一つの装置駆動櫛状構造と、出力を定める少なくとも一つの入力／出力（I／O）櫛構造と、前記装置駆動櫛状構造および前記I／O櫛状構造と相互嵌合する、少なくとも一つの装置トラス櫛状構造とを有し、前記装置トラス櫛状構造は、前記装置トラス櫛状構造と前記装置駆動櫛状構造の間に印加される第1のバイアス電圧に基づいて、複数の相互嵌合位置の間を、第1の移動軸に沿って移動するように構成される。また、GCA装置の各々は、ブレーキ部を有し、該ブレーキ部は、前記装置トラス櫛状構造と選択的物理的に嵌合するように構成され、前記第1の移動軸に沿った前記装置トラス櫛状構造の位置が固定される。当該システムは、さらに、前記GCA装置に、第1および第2のバイアス電圧を提供するように構成された制御素子を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の一実施例によるMEMS水平装置の駆動部を示した図である。
【図２】一例としてのMEMS櫛状装置の上面図である。この装置は、本発明の実施例による、フィルタバンクにおける1または2以上の種類の装置として使用するように適合される。
【図３Ａ】本発明の各種実施例による製作プロセスの各種段階での、図2の装置の3−3線での部分断面図である。
【図３Ｂ】本発明の各種実施例による製作プロセスの各種段階での、図2の装置の3−3線での部分断面図である。
【図３Ｃ】本発明の各種実施例による製作プロセスの各種段階での、図2の装置の3−3線での部分断面図である。
【図４】本発明の実施例による水平GCAスイッチ装置としての使用に適合されたMEMS櫛状装置の一例の上面図である。
【図５】本発明の実施例による水平GCAバラクター（varactor）装置としての使用に適合されたMEMS櫛状装置の一例の上面図である。
【図６】本発明の実施例によるMEMS櫛状装置を含むシステムの概略的な図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
添付図面を参照して、本発明について説明する。図において、同様のまたは等価な素子には、同様の参照符号が使用される。図には、スケールは示されておらず、これらは単に、本発明の一例を示すために提供される。以下、示された用途の一例を参照して、本発明のいくつかの態様について説明する。本発明の完全な理解のため、多くの特定の詳細、関係、および方法が示されていることを理解する必要がある。しかしながら、本発明が1または2以上の特定の詳細を必要とせず、または他の方法とともに実施され得ることは、当業者には容易に認識できる。他の例では、本発明が不明りょうになることを避けるため、良く知られた構造または操作は、詳しく示されていない。本発明は、動作または事象の示された順番に限定されるものではない。いくつかの動作は、他の動作もしくは事象と異なる順番で、および／または他の動作もしくは事象と同時に生じても良い。また、本発明による方法の実施に、示された全ての動作または事象が必ずしも必要ではない。
【０００９】
前述のように、従来の集積回路（IC）開発の課題の一つは、各世代のICに必要な電力量の増大である。一般に、この課題は、MOS、PINダイオード、およびBJT装置が、通常、活性信号に応答して作動することに起因する。すなわち、装置に対して信号が活性的に提供されなければ、これは通常機能しない。例えば、相補型MOS装置において、MOSトランジスタがスイッチとして使用される場合、通常、スイッチの閉止（すなわち電流の流れの許容）には、MOSトランジスタのゲート電極に電圧を印加する必要がある。また、スイッチを閉止位置に維持するため、電圧を維持する必要がある。その結果、MOSトランジスタの閉状態の維持のため、多量の電力が使用される。PINダイオードおよびBJT装置も、同様の態様で作動する。MOS、PINダイオード、およびBJT装置の使用に関する追加の課題は、これらの装置は、通常、電気通信用途において、限られた特性しか提供されないことである。一般に、半導体（solid  state）素子は、活性ではないときでも、信号の経路を提供する。その結果、そのような装置では、信号の絶縁が低下することが一般的であり、これにより、ノイズおよび干渉が大きくなってしまう。従って、IC含有電気通信において、電力要求を抑制して信号絶縁の問題に対処するため、小型電気機械システム（MEMS）技術を利用して、電気通信装置を製作することが提案されている。MEMS装置では、一般に装置の作動は、機械的動きに基づいており、このためICにおいて物理的に別個の部材に対してMEMSスイッチを設計することにより、改善された絶縁性が得られる。
【００１０】
しかしながら、従来のMEMSスイッチおよびキャパシタ装置を含む電気通信ICは、通常、製作が難しい。特に、従来のMEMS系スイッチおよび従来のMEMS系キャパシタは、通常、大きく異なる形状を有するため、同じ基板上に両方のタイプの装置を連続的に形成するには、より複雑なプロセスおよび設計が必要となる。通常、これは、製造技術において、プロセスマージンが小さくなり、全体の開発および製造コストの上昇につながる。さらに、そのようなMEMS系スイッチおよびキャパシタにおいて、MOS、PINダイオード、およびBJT装置よりも電力消費を少なくできたとしても、これによる消費電力の差異はほとんどない。特に、MOS、PINダイオードまたはBJT装置対応物のようなMEMS系装置には、通常、作動のための活性信号が必要となる。従って、絶縁性が改善されたとしても、通常、消費電力はあまり抑制されない。
【００１１】
従来のMEMS装置の各種限界を克服するため、本発明の実施例では、超低電力MEMS装置を有するICを提供するシステムおよび方法が提供される。本発明の各種実施例では、これらのMEMS装置は、共通の形状を有するように設計され、全体の複雑性が抑制され、そのようなMEMS装置を含むICを製作するコストが低減される。特に、本発明の各種実施例では、共通の形状を有するMEMS水平隙間閉止アクチュエータ（GCA）装置を用いて、スイッチ装置、調整可能キャパシタ、および他の装置が形成される。また、そのようなMEMS装置に超低電力作動を提供するため、装置にはブレーキ部が提供され、これらのMEMS装置の稼働位置が機械的に固定され、活性信号を維持する必要がなくなる。従って、本発明の一実施例によるMEMS装置では、従来のMEMS、MOS、PINダイオード、およびBJT装置に比べて、有意に少ない電力が使用される。
【００１２】
本願において、MEMS装置に対して使用される「水平GCA装置」と言う用語は、MEMS装置における部材の作動および相互作用が、支持基板に対して平行な方向に限られるGCA MEMS装置を意味する。すなわち、水平GCA装置の動作は、実質的に横方向の動きとなる。そのため、水平MEMS装置は、従来のICまたはMEMS装置において通常必要となる複数のマスク（3以上）ではなく、1または2以上のマスクを用いて製作することが可能となる。これにより、電気通信ICのようなMEMS系装置の設計および製作に関する全体の複雑性が抑制される。また、本発明の各種実施例による水平MEMS GCA装置は、スイッチおよび調整可能キャパシタ（すなわちバラクター）のような各種タイプの装置が提供されるように、容易に変更することができ、そのような装置の動作または製造に大きな影響を及ぼすこともない。以下、図1、2、および3A−3Cを参照して、本発明の各種実施例による水平GCA装置の基本動作および製造方法について、説明する。
【００１３】
図1には、本発明の実施例によるMEMS水平GCA装置の駆動部100を示す。駆動部100は、駆動櫛状構造102を有し、この駆動櫛状構造102は、固定位置を有し、長手軸103に沿って延伸する。駆動部100は、トラス（truss）櫛状構造104を有し、この構造は、軸103と実質的に平行に延伸し、駆動櫛状構造102の軸103に実質的に平行な移動軸105に沿ったX方向に沿って、弾性的に移動することができる。例えば、図1に示すように、トラス櫛状構造104は、固定端112に接続された少なくとも一つの復元もしくは弾性部材110を含み、あるいはこれに取り付けられる。弾性部材110は、外力が印加されない場合、トラス櫛状構造104を元の位置に戻す。駆動櫛状構造102は、1または2以上の駆動指106を有し、これらの指は、トラス櫛状構造104に向かって延伸する。同様に、トラス櫛状構造104は、1または2以上のトラス指108を有し、これらのトラス指108は、駆動櫛状構造102に向かって延伸する。
【００１４】
図1に示すように、駆動櫛状構造102およびトラス櫛状構造104は、相互嵌合されるように配置される。本願において、櫛状構造に対して使用される相互嵌合と言う用語は、そのような櫛状構造から延びる指同士が実質的に平行になり、少なくとも部分的に重なり合うような、櫛状構造の配置を意味する。
【００１５】
図1に示す実施例では、指106、108の各々は、それぞれ、aおよびbの幅および高さを有し、重なり部は、lである。複数組の指を有する櫛状構造は、同じ寸法関係（幅、高さ、重なり部）を有するように構成されても良い。ただし、本発明は、これに限られるものではなく、単一のGCA装置内においても、寸法関係は変化しても良い。また、図1に示した部分、および図1に示した寸法関係は、駆動部100の導電性部分のみである。櫛状構造が、さらに、Z方向に延伸する非導電性または半導体材料を有する構造部分を含み、図1に示した導電性部分の構造的支持が提供されることは、当業者には認識できる。そのような構造は、以下、図3を参照してより詳しく説明される。
【００１６】
図1に示した駆動部100は、隣接する相互嵌合指同士間の静電引力の原理で作動する。すなわち、通常、トラス櫛状構造104の動きは、駆動櫛状構造102とトラス櫛状構造104の間の電圧差によって生じる。装置100の場合、櫛状構造102と104に印加される電圧は、それぞれ、指106および106においても観測される。得られる電圧差の結果、指106と指108の間に引力が生じる。指106と指108の間に発生した静電力が十分に大きく、トラス櫛状構造104に加わる他の力（弾性部材110のバネ定数など）を超える場合、静電力によって、トラス櫛状構造104に、第1の相互嵌合位置（ゼロ電圧差でのレスト位置）と、第2の相互嵌合位置（非ゼロ電圧差での位置）との間で、移動軸105の中での動きが生じる。一旦電圧差がゼロまで減少すると、弾性部材110により、トラス櫛状構造104の位置は、第1の相互嵌合位置まで復元される。
【００１７】
図1に示すように、トラス櫛状構造104の各指108は、駆動櫛状構造102の2つの指106の間に配置される。従って、櫛状構造102と104の間に電圧差が生じた際には、指108の両側に、静電的な力が生じる。このため、トラス櫛状構造104の動きは、電圧差に応じた一つの方向にのみ生じ、指108は、指106に対して、X軸に沿った第1の方向における静電力が、X軸における反対方向の静電力よりも大きくなるように配置される。これは、電圧差がゼロになった際に、X軸に沿った第1の方向（x0）における指間隔（すなわち、相互嵌合櫛状構造の指同士の間の間隔）と、X軸に沿った反対方向（y0）における指間隔とが異なるように構成することにより行われる。静電力の大きさは、指間の距離に反比例するので、トラス櫛状構造の動きは、x0およびy0のうちの小さい方に対応した方向となる。以下に示す本発明の一実施例では、x0およびｙ0の小さい方を定めるため、x0が使用される。
【００１８】
図1に示した駆動部は、MEMS装置に水平作動用の制御機構を提供し、これは、駆動櫛状構造とトラス櫛状構造の間の電圧差を調節することにより、正確に制御することができる。これにより、（第1と第2の電圧差の間の変化による）2つの位置の切り替えに、および（電圧範囲での連続的な電圧調整による）相互嵌合位置の範囲にわたる連続的な調整に、同じ一般的な構成を用いることが可能になる。その結果、図1における駆動位置を、装置の切り替え用に、または調整可能な装置の動作用に、使用することができる。
【００１９】
前述の駆動部は、如何なる装置に結合されても良い。各種装置用のそのような駆動部は、製造のロバスト性、および装置の信頼性において、部分的な改善のみを提供する。一般に、MEMSおよび他の種類の装置の製作に使用されるIC製作技術のロバスト性は、各種特徴物の種類、および各層における寸法の変化を抑制することにより向上する。本発明の各種実施例では、この特性が利用される。特に、本発明の別の態様では、櫛状構造系反応部とともに、櫛状構造の駆動部が使用され、フィルタ用の装置機能が提供される。従って、以下の図2には、本発明各種実施例における、各種装置を提供するために使用され得る一つの構造が示されている。
【００２０】
図2には、MEMS装置200の一例の上面図を示す。これは、本発明の実施例による1または2以上の種類のMEMS系装置の使用に適合される。図2に示すように、装置200は、前述の図1に関して示した駆動部100と同様の駆動部201を有する。すなわち、駆動部201は、装置駆動櫛状構造202aおよび202b（まとめて202）、装置トラス櫛状構造204、駆動指206、およびトラス指208を有する。
【００２１】
また、装置トラス櫛状構造204は、固定端212aおよび212b（まとめて212）を有する弾性部210を有する。図2に示す一実施例では、弾性部210は、弾性または可撓性リード構造211を有し、この構造は、装置トラス櫛状構造204を固定端212に機械的に結合する。従って、装置トラス櫛状構造204の2つの端部に、リーフバネ構造が効果的に形成される。
作動時には、（指206と208の間に電圧差が生じることにより、）装置トラス櫛状構造204に力が加えられ、リード構造211が変形し、装置トラス櫛状構造204は、第1の相互嵌合位置から、少なくとも第2の相互嵌合位置まで、移動軸205に沿って移動する。一旦力が負荷されなくなると、リード構造211の復元力を利用して、装置トラス櫛状構造204の位置が、第1の相互嵌合位置まで戻る。本発明の各種実施例では、装置トラス櫛状構造204の移動軸205に沿った動きによって、指206と208の間の空間、および指218と210の間の空間が相互に変化する。従って、バイアス電圧を用いて、指206と208の間の間隔を調節することにより、指218と220の間の間隔が制御される。
【００２２】
また、図2に示すように、本発明の各種実施例によるMEMS水平GCA装置は、駆動部201に加えて、反応部214を有する。反応部214は、固定位置を有する入力／出力櫛状構造216a、216b（合わせて216）を有する。また、入力／出力櫛状構造216は、そこから延伸する1または2以上の検知指218を有する。反応部214と相互作用するため、装置トラス櫛状構造204は、そこから延伸し、検知指218と相互嵌合する1または2以上の追加トラス指220を有する。従って、装置トラス櫛状構造204は、（指208および指220を介して）駆動指206および検知指218の双方と相互嵌合する。その結果、装置トラス櫛状構造204は、駆動指201および反応部214の双方と結合し、双方の一部となる。
【００２３】
また、駆動部201および反応部214に加えて、本発明の各種実施例によるMEMS水平GCA装置は、装置トラス櫛状構造204の横の位置を固定する、少なくとも一つのブレーキ部230を有する。図2に示すように、ブレーキ部230は、図1を参照して示した駆動部100と同様に構成される。すなわち、ブレーキ部230は、ブレーキ駆動櫛状構造233a、233b（合わせて233）、ブレーキトラス櫛状構造234、ブレーキ駆動指236、およびブレーキトラス指238を有する。また、ブレーキトラス櫛状構造234は、ブレーキ固定端242を有するブレーキ弾性部240を有する。図2に示した一実施例では、ブレーキ弾性部240は、弾性または可撓性のブレーキリード構造244を有し、この構造は、ブレーキトラス櫛状構造234をブレーキ固定端242に機械的に結合する。従って、ブレーキ部230には、リーフバネ構造が有効に形成される。また、図2に示すように、ブレーキ部230は、ブレーキトラス櫛状構造234の移動軸246が装置トラス櫛状構造204の移動軸205に対して、実質的に垂直になるように配置される。
【００２４】
本発明の各種実施例では、移動軸246に沿ったブレーキトラス櫛状構造234の動きにより、指236と238の間の間隔が変化する。従って、ブレーキバイアス電圧（VBREAK）を用いた指236と238の間の間隔の調整を利用して、ブレーキ位置からリリース位置に、ブレーキ櫛状構造を移動させることができる。
【００２５】
ブレーキ部230および装置トラス櫛状構造204は、一連の嵌合特徴部を介して、機械的に適合するように構成される。例えば、図2に示すように、装置トラス櫛状構造204は、ブレーキトラス櫛状構造234に向かって延伸する、トラス嵌合特徴部228を有する。ブレーキトラス櫛状構造234は、装置トラス櫛状構造204および嵌合特徴部228に向かって延伸する、ブレーキ嵌合特徴部248を有する。従って、ブレーキトラス櫛状構造234がブレーキ位置にあるとき、ブレーキ嵌合特徴部248は、トラス嵌合特徴部228と物理的に嵌合され、装置トラス櫛状構造204のさらなる移動が抑制される。
【００２６】
図2に示すように、ブレーキ嵌合特徴部248およびトラス嵌合特徴部228は、対応する鋸歯パターンを提供するように構成され、これらのパターンは、移動軸205に沿った装置トラス櫛状構造204の位置に関わらず、適合する。しかしながら、本発明の各種実施例は、これに限られるものではない。むしろ、ブレーキ嵌合特徴部248およびトラス嵌合特徴部228は、対応するパターンを利用するように構成され、これらのパターンは、両者の間に十分な摩擦力を提供し、弾性部210の復元力を抑制し、一旦VBIASが印加されなくなると、装置トラス櫛状構造204が移動する。そのようなパターンの他の例は、正弦波パターン、正方形状または矩形状パターン、および三角波パターンである。
【００２７】
作動の際には、装置200は、以下に示すように、移動軸205に沿って、装置トラス櫛状構造204の位置を調節するように作動する。ある実施例では、最初に、（指236と238の間に、電圧差VBREAKが発生し、リード構造244が変形することにより）ブレーキトラス櫛状構造234に力が負荷され、ブレーキトラス櫛状構造234は、ブレーキ移動軸244に沿って、ブレーキ位置からリリース位置まで移動する。すなわち、ブレーキトラス櫛状構造234は、ブレーキ固定端242に向かって移動し、ブレーキ嵌合特徴部248とトラス嵌合特徴部228とが分離される。次に、（指206と208の間に電圧差VBIASが発生し、リード構造211が変形することにより）装置トラス櫛状構造204に力が負荷され、装置トラス櫛状構造204は、移動軸205に沿って（固定端212bに向かって）、第1の方向に、異なる嵌合位置まで移動する。あるいは、装置トラス櫛状構造204に対する力が低下し（指206と208の間のより小さなまたはゼロ電圧差の発生により、リード構造211の変形が戻り）、装置トラス櫛状構造204は、移動軸205に沿って反対方向に、異なる相互嵌合位置まで移動する。
【００２８】
一旦、装置トラス櫛状構造204の所望の相互嵌合位置が得られると、指236と238の間の電圧差VBREAKの除去により、ブレーキトラス櫛状構造234への力が除去される。一旦、ブレーキトラス櫛状構造234に力が負荷されなくなると、ブレーキリード構造244は、復元力を印加し、ブレーキ装置トラス櫛状構造234の位置がブレーキ位置に戻る。ブレーキ位置では、ブレーキ嵌合特徴部248およびトラス嵌合特徴部228が、機械的に嵌合され、装置トラス櫛状構造204は、移動軸205に沿った位置に保持される。その後、指206と208の間の電圧差を除去することにより、装置トラス櫛状構造204への力が除去される。しかしながら、ブレーキ嵌合特徴部248およびトラス嵌合特徴部228は、物理的に嵌合しており、リード構造211の復元力よりも大きな摩擦力が提供されるため、装置トラス櫛状構造204の位置は、最初に印加されたVBIASに対応した位置に固定され続ける。
【００２９】
他の実施例では、トラス嵌合特徴部228およびブレーキ嵌合特徴部248は、移動軸205に沿った一方向または両方向において、ブレーキトラス櫛状構造234に力を加える必要がなくなるように設計される。例えば、図2に示すように、トラス嵌合特徴部228およびブレーキ嵌合特徴部248の鋸歯パターンにより、固定端212bに向かう方向において、装置トラス櫛状構造204の動きが可能になる。移動可能な装置トラス櫛状構造204の位置を復元するため、または固定端212aに向かう方向における位置を調整するため、ブレーキ部230は、前述のように、VBREAKを用いてリリースされても良い。別の実施例では、正弦波パターンまたは三角波パターンにより、両方向の動きが可能になる。これらのいかなる実施例においても、指206と208の間の静電力は、十分に大きく、弾性部210の復元力、およびトラス嵌合特徴部228とブレーキ嵌合特徴部248の間の摩擦力の両方を超える必要がある。
【００３０】
部材202−212と233−244の作動および構成は、図1の部材102−112のものと実質的に同様である。従って、図2における部材202−212および233−244の作動および構成の記載は、図1におけるもので十分である。
【００３１】
図2に示す実施例においても、指206、208、218、220、236、および238は、同様に寸法化され、同様の重なり部を有する。しかしながら、装置200は、複数組の指を含む櫛状構造を含むように構成され、これらの指は、駆動部、反応部、およびブレーキ部において同じ寸法関係を有しても良い。ただし、本発明は、これに限られるものではない。むしろ、寸法関係は、これらの各部分において、異なっても良い。また、寸法関係は、各部内で変化しても良い。また、駆動部、反応部、およびブレーキ部の全体の寸法および配置は、本発明の各種実施例において、変化しても良い。例えば、図2では、部分201、204、および230は、装置トラス櫛状構造204に対して特定の順番で示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。むしろ、部分201、204、および230は、装置トラス櫛状構造204に対して、他の順番で配置され得る。別の例では、ブレーキ部230は、固定端212b、駆動部201、および反応部214によって定められる周囲の外側に配置されるように示されているが、本発明は、これに限られるものではない。本発明のある実施例では、ブレーキ部は、この周囲内に収まるように寸法化され、配置され得る。そのような構成は、トラス嵌合特徴部228のより短い方の長さによって、これらの特徴部の剛性が向上するため、有意である。従って、同様の不具合または時間に対する位置のズレ（疲労または非弾性変形による）が、実質的に抑制される。
【００３２】
また、図1に関して示したように、櫛状構造202、204、216、233、234は、さらに、導電性部分、および非導電性材料と半導体材料を含む構造部を有し、導電性部分用の構造的支持が提供される。これらの位置間の関係は、以下、図3を参照して詳しく示されている。
【００３３】
前述のように、移動軸205に沿った装置トラス櫛状構造204の動きは、駆動部201における電圧差によって生じる。特に、装置駆動櫛状構造202と装置トラス櫛状構造204にわたる電圧印加により、指206と208の間に電圧差が生じる。電位差により、指206と208の間の指間隔（x0_DRV）に変化が生じ、これは、移動軸205に沿った装置トラス櫛状構造204の動きに反映される。装置トラス櫛状構造204のこの動きの結果、指220が指218に対して移動する。従って、装置駆動櫛状構造202と装置トラス櫛状構造204の間の電圧差に基づいて、指218と220の間の指間隔（x0_REACT）が変化する。本発明のある実施例では、ストッパ207を用いて、装置トラス櫛状構造204の移動量が制限され、x0_REACTおよび／またはx0_DRVのいずれかがゼロになることが抑制される。ブレーキ部230に同様のストッパを用いて、ブレーキトラス櫛状構造234の移動量が制限される。
【００３４】
図2に示す構造は、各種ICおよび／またはMEMS製作技術を用いて製作される。これは、図3A−3Cに示されている。図3A−3Cには、本発明の各種実施例による製作プロセスの各段階中の、図2における装置200の切断線3−3での部分断面図を示す。切断線4−4においても同様の断面が観察されることに留意する必要がある。
【００３５】
装置200の製作は、図2における構造を形成するために使用される各種層の形成から開始される。図3Aに示すように、これは、少なくとも一つのベース層302、ベース層302の上に形成された少なくとも一つのリリース層304、リリース層304の上に形成された少なくとも一つの構造層306、ならびに構造層306の上部に形成された、下側導電層308および上側導電層309を含む。上側導電層309は、1または2以上の金属層であっても良い。下側導電層308は、1または2以上の接着層を有し、上側導電層309と構造層306の間の密着性を高めても良い。しかしながら、ある実施例では、下側導電層308は、省略しても良い。層304−309の材料は、各種方法でベース層302の上に形成され、この方法には、形成される層の種類および組成に応じて、熱酸化法、物理／化学気相成膜法、スパッタ法、および／または電気めっきプロセスが含まれる。
【００３６】
本発明の各種実施例では、構造層306の組成は、非導電性となるように選定される。また、リリース層304の組成は、少なくとも一つの除去プロセスを用いて、これがベース層302、構造層306、および導電層308、309に対して、選択的に除去できるように選定される。例えば、本発明のある実施例では、層302−306は、シリコンオンインシュレータ（SOI）基板を用いて提供される。そのような基板では、2つのシリコン層の間に挟まれた層を含むシリコン酸化物によって、シリコン含有ベース層302と構造層306の間に、リリース層304が提供される。実質的にシリコン含有材料を除去することなく、材料を含むシリコン酸化物を除去する際に、各種タイプのエッチングプロセスが容易に利用できることは、当業者には理解される。ただし、本発明は、SOI基板に限定されるものではない。本発明の他の実施例では、リリース層304および構造層306は、ベース層302を提供するシリコン基板上に形成されても良い。さらに別の実施例では、非シリコン含有材料を用いて、層302−306が形成される。
【００３７】
一旦層302−309が形成されると、装置200の構造の構成が開始される。通常、図3Bに示す装置200用の構造は、導電層308、309、構造層306、およびリリース層304にボイドを形成することにより形成される。このステップは、各種方法で実施されても良い。例えば、図3Bに示すように、層309の上に、装置200の構造に対応したマスクパターンを有するマスク層310を形成しても良い。例えば、図3Bに示すマスク層310の一部は、リード構造211、固定端212b、指206、および指208の部分用のマスクパターンを示す。一旦、マスク層310にマスクパターンが形成されると、各種ドライおよび／またはウェットエッチングプロセスを用いて、導電層308、309、および構造層306にマスクパターンが転写される。
【００３８】
図3Bに示した一例としてのマスクパターンは、導電層308、309、および構造層306に、同じ被転写パターンを提供するが、本発明の各種実施例は、これに限られるものではない。本発明のある実施例では、2つのマスキングステップが実施される。例えば、導電層308のエッチング用の、第1のマスクパターンが提供される。その後、構造層306のエッチング用の、第2のマスクパターンが提供される。
【００３９】
一旦マスクパターンが構造層306に転写されると、リリース層304の部分は、除去され、装置トラス櫛状構造204の少なくとも一部が「開放（リリース）」される。これは、装置200に、等方性選択的除去プロセスを提供することにより行われる。等方性プロセスは、リリース層304の露出部分を除去するとともに、構造層306の開口の近傍で、構造層306の下側のリリース層304の部分を除去する（すなわちボイドの形成）（すなわちこれらの構造の下側の除去）。構造層304の特徴物の横方向の寸法が十分に小さい場合（図3A乃至Cに示されたリード構造211、指206、および指208）、そのような特徴物の下側のリリース層304の全ての部分が除去される。従って、このプロセスは、そのような特徴物の独立部を残し、または「リリース」する。その後、これらの特徴物は、装置200の他の部分に接続されている部分のみが、他の層との接続を介して残される。例えば、図3Cに示すように、リード構造211、指206、および指208に対応する、構造層306の下側のリリース層304の位置が除去される。これらの特徴物は、図2に示すように、構造層306および／または導電層308の他の部分を介して、未だ装置200に取り付けられている。ある一構成例では、そのような構造は、SOI基板およびフッ化水素（HF）酸系エッチングを使用することにより実現される。まず、エッチングプロセスを用いて、図3Bに示すボイドが形成される。その後、HF酸系エッチングプロセスを用いて、層を含むシリコン酸化物の部分が選択的に除去され、下側が除去され、装置200の選択特徴物の下側にボイドが形成され、図3Cに示す構造が得られる。
【００４０】
本発明の各種実施例は、上述の一例としての製造プロセスに限られない。例えば、本発明のある実施例では、構造層306をエッチングし、リリース層304を除去した後、原子層エピタキシャル（ALE）プロセスを用いて、導電層308、309が形成されても良い。そのような実施例では、ALEプロセスの使用により、導電層の配置および厚さの正確な制御が可能となる。その結果、水平GCA装置の活性部の寸法が高精度で構成されるようになり、装置制御が改善される。
【００４１】
前述のように、装置200は、特に、x0_DRVに対して、x0_REACTを変化させることにより、各種タイプの装置を提供するように容易に変更できる。例えば、装置200は、図4および5に示すように、x0_DRVとx0_REACTの差異に応じて、それぞれ、スイッチまたは調整可能なキャパシタとして作動させることができる。
【００４２】
図4には、本発明の実施例による水平GCAスイッチ装置としての使用に適合された、一例としてのMEMS櫛状装置400の上面図を示す。装置200と同様に、装置400は、駆動部401、反応部414、ブレーキ部430、および図2の装置200と同様の他の部材を有する。従って、図4の部材401−448の一般的な作動の説明は、前述の部材201−248の説明で十分である。
【００４３】
前述のように、装置400は、装置200および本発明の各種実施例による他の水平GCA装置と比べて、設計、製造、および作動原理に大きな変更なく、スイッチとして作動するように構成される。すなわち、装置トラス櫛状構造404は、第1の入力／出力櫛状構造416aを、第2の入力／出力櫛状構造416bに電気的に結合するように構成される。これは、指406と408の間の指間隔が減少した際に、指418と420が接触し、スイッチが閉になり、入力櫛416aと出力櫛416bの間に電流が流れるような、指418と420の間の指間隔の構成を提供することにより行われる。換言すれば、x0_REACT≦x0_DRVのとき、スイッチが提供される。その結果、装置駆動櫛状構造402に対する電圧差により、装置トラス櫛状構造404が少なくとも最小量だけ移動した際に、指420と418の間の隙間が閉止される。
【００４４】
装置400をスイッチとして作動させるには、指418と420の接触が可能となるような、装置駆動櫛状構造402および入力／出力櫛状構造416の寸法化に加えて、図2における装置200の追加の変更が必要となり得る。例えば、図4に示すように、入力信号は、電圧源（VSOURCE）によって提供される電圧であり、このため、信号用と参照用（例えばアース）の、2つの入力ポートが必要となる。装置400では、これは、参照部を、装置トラス櫛状構造404に固定端412aに接続し、入力信号を入力櫛状構造416aに接続することにより提供される。次に、出力櫛416bと固定端412aの間の電圧差を測定することにより、スイッチの出力電圧（VSWITCH）が測定される。
【００４５】
前述のMEMS構造は、非導電層によって支持された導電層を有する。従って、装置400を適当なスイッチとして作動させるためのいくつかの理由から、導電層には、いくつかの不連続部が必要となる。まず、指418と420の間に電圧差が生じた際に、装置トラス櫛状構造404は、指418と420の間に生じた静電力によって動かされる。第2に、指418と420が接触した際に、入力／出力櫛416aでの信号は、アース、または固定端412aのような他の参照点に短絡することなく、入力／出力櫛416bに到達する必要がある。最後に、指418と420が接触した際に、入力／出力櫛416での信号は、駆動部401の作動とは干渉しない必要がある。同様に、ブレーキ部430およびトラス嵌合特徴部428の作動も、駆動部401または装置400の出力の作動と干渉しない必要がある。特に、指406と408の間の電圧差は、指406と408に印加される電圧差のみによって制御され、入力／出力櫛416での電圧、またはブレーキ部430における電圧には影響されない必要がある。
【００４６】
従って、装置400のそのような問題を避けるため、装置トラス櫛状構造404上または内の導電層は、不連続部422、424、426のような不連続部を有するように構成される。不連続部422−426は、装置トラス櫛状構造404において、固定端412a、トラス嵌合特徴部428、指420、指428を電気的に分離する。従って、装置400のある部分におけるいかなる電圧も、装置400の別の部分の作動には影響しない。
【００４７】
本発明のある実施例では、スイッチ装置400は、以下のように作動する。入力櫛416aと固定端412aの間に、VSOURCEのような入力信号が印加される。スイッチを閉にするため、最初、指436と438の間に、電圧差VBREAKが生じ、ブレーキトラス櫛状構造434がリリース位置まで移動し、装置トラス櫛状構造404の移動が可能となる。その後、指406四408の間に、電圧差が生じる。例えば、装置櫛状構造402（これらは、指406と電気的に結合されている）と固定端412b（これらは、指408と電気的に結合されている）の間に、電圧VBIASが印加される。VBIASの値は、装置トラス櫛状構造404の移動軸405に沿った動きにより、指420が十分に移動して指418と接触し、スイッチが閉となるように選定される。例えば、VBIASは、リード構造411の復元力よりも大きな静電力を形成するように選定される。一旦、装置トラス櫛状構造404の所望の動きが得られると、VBREAKは、減少し、ブレーキトラス櫛状構造434は、ブレーキ位置に移動し、装置トラス櫛状構造404の位置が固定される。その後、VBIASが抑制される。しかしながら、装置トラス櫛状構造404に作用するブレーキ部430は、追加の電力を消費せずに、スイッチを閉止位置に維持する。
【００４８】
スイッチを開にするため、まず、指436と438の間に電圧差VBREAKが生じ、ブレーキトラス櫛状構造434がリリース位置まで移動し、装置トラス櫛状構造404の移動が可能となる。さらに、装置駆動櫛状構造402（これらは指406と電気的に結合されている）と固定端412b（これらは指408と電気的に結合されている）との間に、VBIASが印加される。その結果、弾性部410の復元力により、装置トラス櫛状構造404の位置が元に戻り、指418と420が分離し、スイッチが開となる。その後、VBREAKが低下し、ブレーキトラス櫛状構造434は、ブレーキ位置まで移動し、装置トラス櫛状構造404の位置が固定される。従って、装置トラス櫛状構造404に作用するブレーキ部430は、追加のVBREAKおよびVBIASが装置400に印加されるまで、スイッチを開位置に維持する。
【００４９】
他の実施例では、図2を参照して前述したように、トラス嵌合特徴部428およびブレーキ嵌合特徴部448は、ブレーキトラス櫛状構造434に力を印加しなくても、スイッチ装置400が閉止されるように設計される。例えば、図4に示すように、トラス嵌合特徴部428およびブレーキ嵌合特徴部448の鋸歯パターンにより、装置トラス櫛状構造404が固定端412bの方に向かう動きが可能になる。従って、弾性部410の復元力、およびトラス嵌合特徴部428とブレーキ嵌合特徴部448の間の摩擦力の双方を超えるのに十分なVBIASを用いて、指406と408の間に静電力を印加することにより、装置トラス櫛状構造404は、指418と420が接触する位置に固定され、VBREAKを印加する必要はない。その後、スイッチ装置400を開にするため、前述のように、VBREAKを用いてブレーキ部430がリリースされる。別の例では、装置400に対して、正弦波パターンまたは三角波パターンを用いることにより、両方向への動きが可能になる。そのような実施例では、スイッチは、前述のように、VBREAKを用いて開にされ、あるいは指418と420を分離させるため、負のVBIASを印加することにより、開にされる。
【００５０】
本発明のある実施例では、トラス嵌合特徴部428、ブレーキ嵌合特徴部448、および指418、420の位置および配置は、嵌合特徴部428、448により、指418および420と電気的に接触するように設計される。しかしながら、製造時のばらつきのため、図4の配置では、指418と420の間の電気的接触が悪く、あるいは接触が得られない場合がある。従って、本発明のある実施例では、指418または指420は、指418と420のうちの少なくとも一つが、接触の際に変形するように配置される。その結果、製造時のばらつきにより、トラス嵌合特徴部428、ブレーキ嵌合特徴部448、指418、指420の寸法および間隔が変化しても、指418および420の一方の他方に対する変形により、良好な電気的接触が確保される。そのような実施例では、これは、いくつかの方法で行われる。例えば、指418と420の少なくとも一つは、他方の指418、420に対して非平行な、少なくとも一つの部分を有しても良い。別の実施例では、指418と420の少なくとも一つは、指418と420の他方に向かって延伸する接触突起を有しても良い。しかしながら、本発明は、これに限られるものではなく、指418および420の他の構成を提供して、両者の間に良好な電気的接触を確保しても良い。
【００５１】
前述のように、装置200は、構成、製造、および作動原理に関して大きな変更をすることなく、調整可能なキャパシタまたはバラクターのような、別の種類の装置としての機能を提供するように構成することもできる。
【００５２】
以下、図5を参照して、これについて説明する。図5には、一例としてのMEMS櫛状装置500の上面図を示す。この装置は、本発明の実施例によるフィルタバンク用の水平GCAバラクターとして使用されるように適合される。前述のように、装置500は、駆動部501、反応部514、ブレーキ部530、および図2と同様の他の部材を有する。従って、図5における部材501−548の一般的な作動に関する記載は、部材201−248に関する前述の記載で十分である。
【００５３】
前述のように、装置500は、バラクターとして作動するように構成される。特に、装置トラス櫛状構造504は、指518により提供される第1のキャパシタ板と、指520により提供される第2のキャパシタ板の間の隙間の調整に基づいて、調整可能なキャパシタを提供するように構成される。従って、装置500は、櫛状構造516aと装置トラス櫛状構造504の間に、容量COUT1の第1のキャパシタを形成し、櫛状構造516bと装置トラス櫛状構造504の間に、容量COUT2の第2のキャパシタを形成する。
【００５４】
前述のように、装置500は、構成、製造、および作動原理に関して大きな変更をせずに、バラクターとして作動するように構成される。すなわち、装置トラス櫛状構造504は、指506と508の間の指間隔が減少した際に、指518と520の間の指間隔を調整するように構成される。しかしながら、バラクターの適切な作動を維持するため、指518と520は、接触させず、櫛状構造516aと櫛状構造516bの間に電流が流れないようにする必要がある。従って、本発明の各種実施例では、バラクター装置において、x0_REACT≧x0_DRVであり、指506と508が接触した場合であっても、指520と518の間に隙間が維持される。
【００５５】
本発明の各種実施例では、これらの第1および第2のキャパシタは、各種方法で接続され、直列または並列で容量が提供される。例えば、直列容量を提供する場合、容量は、櫛状構造516aと516bの間で測定される。一方、並列容量を提供する場合、容量は、櫛状構造516a、516bと、固定端512a（指520と電気的に結合されている場合）の間で測定される。
【００５６】
前述のように、MEMS構造は、非導電層によって支持された導電層を有する。従って、装置500において、バラクターとしての適切な作動のためのいくつかの理由から、導電層にいくつかの不連続部が必要となる。特に、指518と520の間に電圧差が生じると、装置トラス櫛状構造504は、指518と520の間に生じた静電力により動かされる。また、指506と508が接触した場合、装置駆動櫛状構造502における信号は、反応部514の作動と干渉しない必要がある。同様に、ブレーキ部530およびトラス嵌合特徴部528の作動は、駆動部501の作動または装置500の出力と干渉しない必要がある。特に、指506と508の間の電圧差は、指506と508に印加される電圧差のみにより制御され、入力／出力櫛516での電圧、またはブレーキ部530における電圧による影響を受けない必要がある。
【００５７】
従って、装置500におけるそのような問題を避けるため、装置トラス櫛状構造504上または内の導電層は、不連続部522、524、526のような不連続部を有するように構成される。不連続部522−526は、装置トラス櫛状構造504において、固定端512a、トラス嵌合特徴部528、指520、および指508から電気的に分離される。従って、装置500のある部分におけるいかなる電圧も、装置500の別の部分の作動に影響しない。
【００５８】
本発明のある実施例では、装置500は、以下のように作動する。回路（図示されていない）は、櫛状構造516a、516b、および固定端512a（前述のように、必要な場合）に結合される。容量値を提供するため、まず、指536と538の間に、電位差VBREAKが生じ、ブレーキトラス櫛状構造534がリリース位置まで動かされ、装置トラス櫛状構造504の移動が可能となる。その後、指506と508の間に電圧差VBIASが生じ、これらの指間に静電的な引力が生じる。例えば、装置駆動櫛状構造502と固定端512b（指508と電気的に結合されている）にわたってVBIASが印加され、指506と508の間に十分な静電引力が生じ、装置トラス櫛状構造504の動きが誘導され、その結果、指518の方に向かって指520が移動する。VBIASの値は、指518と520の間の空間に対応した隙間を提供するように選定され、その結果、容量値が提供される。例えば、容量を高めるため、VBIASは、少なくともリード構造511の復元力よりも大きな静電力が形成されるように選定され、装置トラス櫛状構造504の移動軸505に沿った動きが生じ、指518と520の間の間隔が減少する。一旦、装置トラス櫛状構造504に所望の動きが得られると、VBREAKが低下し、ブレーキトラス櫛状構造534がブレーキ位置に移動し、装置トラス櫛状構造504の位置が固定される。その後、VBIASが減少する。しかしながら、装置トラス櫛状構造504に作用するブレーキ部530は、指518と520の間の間隔、従って容量を維持し、追加の電力消費が抑制される。
【００５９】
その後、容量の変化のため、まず、指536と538の間に電圧差VBREAKが生じ、ブレーキトラス櫛状構造534がリリース位置に移動し、装置トラス櫛状構造504の移動が可能になる。次に、電圧差VBIASが提供される。もし、新たなVBIASが前のVBIASよりも小さい場合、生じる静電力が小さくなる。従って、リード構造511により印加される復元力が装置トラス櫛状構造504に作用し、指520と指518の間の隙間が大きくなり、これにより容量が低下する。もし、新たなVBIASが前のVBIASよりも大きい場合、得られる静電力はより大きくなる。従って、装置トラス櫛状構造504には、より大きな静電力が作用し、指520と518の間の隙間は更に減少し、これにより容量が大きくなる。一旦、装置トラス櫛状構造504に所望の動きが得られると、VBREAKが低下し、ブレーキトラス櫛状構造534は、ブレーキ位置に移動し、装置トラス櫛状構造504の位置が固定される。その後、VBIASは減少する。しかしながら、装置トラス櫛状構造504に作用するブレーキ部530は、指518と520の間の新たな間隔を維持し、さらには追加の電力を消費することなく、容量が維持される。
【００６０】
他の実施例では、図2を参照して前述したように、トラス嵌合特徴部528およびブレーキ嵌合特徴部548は、バラクター装置500が調整可能となるように構成され、ブレーキトラス櫛状構造534に力を印加する必要はない。例えば、図5に示すように、トラス嵌合特徴部528およびブレーキ嵌合特徴部548の鋸歯パターンにより、装置トラス櫛状構造504の固定端512bに向かう方向の動きが可能となる。従って、弾性部510の復元力、およびトラス嵌合特徴物528とブレーキ嵌合特徴部548の間の摩擦力の双方を超えるのに十分なVBIASを用いて、指506と508の間に静電力を印加することにより、装置トラス櫛状構造は、VBREAKを印加しなくても、指518と520が接触する位置に固定される。その後、小さな容量が必要な場合、前述のように、VBREAKを用いてブレーキ部530がリリースされ、装置500が再調整される。別の例では、装置500に対して正弦波パターンまたは三角波パターンを用いることにより、両方向における動きが可能となる。そのような実施例では、容量は、VBREAKを用いて調整され、前述のように、新たなVBIASを印加することにより、指518と520の位置が調整され、またはこれらの組み合わせが使用される。
【００６１】
前述のように、通常、本発明の各種実施例によるMEMS櫛状装置の作動には、VBREAKとVBIASの間で、ある調整が必要となる。本発明のある実施例では、VBREAKとVBIASは、前述のように、必要な時間に、手動で電圧を印加することにより印加される。しかしながら、本発明の他の実施例では、VBREAKとVBIASは、自動で印加されても良い。
【００６２】
以下、図6を参照して、これについて説明する。図6は、本発明の各種実施例によるMEMS櫛状装置を含むシステム600の概略図である。図6に示すように、システム600は、前述の図4を参照して示した、1または2以上の装置400を有する。また、システム600は、前述の図5を参照して示した、1または2以上の装置500を有しても良い。
【００６３】
本発明の各種実施例では、装置400および500の数および構成は、システムの種類に応じて変更することができる。例えば、システム600は、装置400および500の一方が含まれないようにして提供されても良い。別の例では、システム600は、装置400と500を組み合わせて構成され、フィルタなど、他の種類の装置が提供されても良い。しかしながら、本発明の各種実施例は、これに限られるものではなく、装置400および／または装置500のいかなる構成も使用できる。
【００６４】
前述のように、通常、VBREAKおよびVBIASの信号のタイミングで、装置400および／または500を適正に作動させる必要がある。その結果、そのような装置が多数存在すると、これらの装置の各々を正確に手動で作動させ、システム600を適正に作動させることは、難しくなる。従って、本発明のある実施例では、制御器602が提供され、VBREAKおよびVBIASの信号のタイミングが調整され、システム600における装置全体の作動が調整される。
【００６５】
制御器602は、各種方法で実施することができる。例えば、制御器602は、装置400および500と同じ基板に形成されたロジック回路として実施され得る。別の実施例では、制御器602は、1または2以上の別個のハードウェア装置として実施され、これには、これに限られるものではないが、アプリケーション用集積回路、プログラム化可能なロジックアレイ、および他のハードウェア装置が含まれる。いくつかの実施例では、2または3以上の特定の相互接続ハードウェアモジュール、またはモジュール間で通信される制御信号およびデータ信号に対応する装置において、あるいはアプリケーション用集積回路の一部として、機能が実施される。従って、制御器600は、本発明の各種実施例において、ソフトウェア、ファームウェア、および／またはハードウェアを用いて実施され得る。
【００６６】
以上、本発明の各種実施例において説明したが、これらは、一例として示されているに過ぎず、本発明を限定するものではないことに留意する必要がある。本発明の思想または範囲から逸脱しないで、本願の開示に対応して、示された実施例に対する多くの変更が可能である。従って、本発明の範囲および思想は、前述の実施例に限られない。むしろ、本発明の範囲は、請求項およびその均等物に基づいて定められる。
【００６７】
1または2以上の実施例に関して、本発明について説明したが、本願明細書および添付図面を読み、理解した当業者には、等価な変更および改変が可能である。また、いくつかの実施例の一つに関してのみ、本発明の特定の特徴について説明したが、そのような特徴は、他の実施例の1または2以上の他の特徴と組み合わされても良く、これは、所与のまたは特定の用途において、望ましく有意である場合がある。
【００６８】
特定の実施例の説明のため使用される技術用語は、本発明を限定することを意図するものではない。本願において使用される「一つの」と言う用語、および「その」という用語は、それ以外のことを示唆していることが明らかではない限り、複数のものを含むことを意味する。また、明細書および／または請求項のいずれかに使用される、「含む」、「持つ」と言う用語、およびこれらの変化形は、そのような用語が「有する」という用語と同様の態様で使用されることを意図する。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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