(57)【要約】本発明は、一般に、ＭＥＭＳデバイスでのスイッチング要素の移動回数を減少させることによって、ＭＥＭＳデバイスの寿命を増加させるための方法に関する。サイクル間でグランド状態に戻るのではなく、両方のサイクルが同じキャパシタンスを必要とする場合、スイッチング要素は同じ状態に留まることができる。例えば、第１サイクルおよび第２サイクルの両方でＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素が高キャパシタンス状態にある場合、スイッチング要素は、グランド状態に戻るのではなく、第１サイクルと第２サイクルの間の所定場所に留まることができる。キャパシタンスの極性が連続サイクルで異なる場合、スイッチング要素は所定場所に留まり、極性は切換え可能である。スイッチング要素がサイクル間の所定場所に留まるため、スイッチング要素は、同じ有限の運動回数を有するとき、より長い寿命を有することになる。
2015521792.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デジタル可変キャパシタを動作させる方法であって、
デジタル可変キャパシタは、それぞれスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有し、
該方法は、第１スイッチングプロセスと第２スイッチングプロセスとを含み、
第１スイッチングプロセスは、複数のＭＥＭＳデバイスのうちの第１ＭＥＭＳデバイスを第１キャパシタンス状態に切り替えることを含み、この切り替えは、第１バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、電気的に接地されている第１位置から第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第２位置へ移動させることを含み、
第１スイッチングプロセスはまた、複数のＭＥＭＳデバイスのうちの第２ＭＥＭＳデバイスを第２キャパシタンス状態に切り替えることを含み、この切り替えは、第２バイアスを第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、電気的に接地されている第３位置からＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第４位置へ移動させることを含み、第２ＭＥＭＳデバイスの切り替えは、第１ＭＥＭＳデバイスの切り替えと同時に起こるものであり、
第２スイッチングプロセスは、第１ＭＥＭＳデバイスをグランド状態に切り替えることを含み、この切り替えは、第１バイアスを除去して、スイッチング要素が第１位置に戻るのを許容することを含み、
第２スイッチングプロセスはまた、第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極への第２バイアスを維持し、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を第３位置に維持するとともに、第１ＭＥＭＳデバイスが第１位置に戻ることを含む、方法。
【請求項２】
第１キャパシタンス状態および第２キャパシタンス状態は同じである請求項１記載の方法。
【請求項３】
第１バイアスおよび第２バイアスは同じ極性を有する請求項２記載の方法。
【請求項４】
第１バイアスおよび第２バイアスは反対極性を有する請求項２記載の方法。
【請求項５】
第１キャパシタンス状態および第２キャパシタンス状態は異なる請求項１記載の方法。
【請求項６】
第１バイアスおよび第２バイアスは同じ極性を有する請求項５記載の方法。
【請求項７】
第１バイアスおよび第２バイアスは反対極性を有する請求項５記載の方法。
【請求項８】
第１スイッチングプロセスはさらに、第３ＭＥＭＳデバイスを電気的に接地されている第５位置に維持することを含み、この維持することは、第１ＭＥＭＳデバイスの切り替えおよび第２ＭＥＭＳデバイスの切り替えと同時に起こるものである、請求項１記載の方法。
【請求項９】
第２スイッチングプロセスはさらに、第３バイアスを第３ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第３ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第５位置から第３ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第６位置へ移動させることによって、第３ＭＥＭＳデバイスを第３キャパシタンス状態に切り替えることを含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
第３キャパシタンス状態および第１キャパシタンス状態は異なる請求項９記載の方法。
【請求項１１】
第２キャパシタンス状態および第３キャパシタンス状態は同じである請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
第２バイアスおよび第３バイアスは反対極性を有する請求項１１記載の方法。
【請求項１３】
デジタル可変キャパシタを動作させる方法であって、
デジタル可変キャパシタは、それぞれスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有し、
該方法は、第１バイアスを第１電極に印加して、各スイッチング要素を、ＲＦ電極に近接した第１位置に移動させることと、
第２バイアスを第２電極に印加して、各スイッチング要素を、ＲＦ電極から離隔した第２位置に移動させることと、
第３バイアスを第１電極に印加して、全部より少ない数のスイッチング要素を、ＲＦ電極に近接した第１位置に移動させることとを含む、方法。
【請求項１４】
第１バイアスは、第３バイアスより大きい請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
デジタル可変キャパシタは、全てのスイッチング要素が第１位置にある場合は第１キャパシタンスを有し、全てのスイッチング要素が第２位置にある場合は第２キャパシタンスを有し、第３バイアスが印加された場合は第３キャパシタンスを有し、
第１キャパシタンスは、第２キャパシタンスおよび第３キャパシタンスより大きい請求項１４記載の方法。
【請求項１６】
第２バイアスを印加する場合、第１バイアスを除去することをさらに含む請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
第３バイアスを印加する場合、第２バイアスを除去することをさらに含む請求項１６記載の方法。
【請求項１８】
デジタル可変キャパシタを動作させる方法であって、
デジタル可変キャパシタは、それぞれ第１電極、第２電極およびスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有し、
該方法は、第１バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に近接した第１位置に移動させることと、
第１バイアスを除去して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素が、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極から第１距離だけ離隔した第２位置に移動するのを許容することと、
第２バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第３位置に移動させることと、
第３バイアスを第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に近接した第１位置に移動させることと、
第２電極への第２バイアスを維持し、スイッチング要素を第３位置に維持するとともに、第３バイアスが第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加されることとを含む、方法。
【請求項１９】
第１バイアスおよび第３バイアスは同じ極性を有する請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
第１バイアスおよび第３バイアスは反対極性を有する請求項１８記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般に、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの寿命改善に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＥＭＳ技術を利用したデジタル可変キャパシタ（ＤＶＣ）は、ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を高キャパシタンス状態と低キャパシタンス状態の間で移動させることによって動作する。高キャパシタンス状態において、スイッチング要素はＲＦ電極に近接した位置にある。低キャパシタンス状態において、スイッチング要素は、ＲＦ電極から離隔した他の電極、より詳細には、ＲＦ電極上に配置された絶縁層から遠くにある他の電極に近接した位置にある。スイッチング要素は、グランド(ground)に移動することもでき、これによりスイッチング要素は、ＲＦ電極にも他の電極にも近接していない。
【０００３】
ＭＥＭＳデバイスの寿命期間では、スイッチング要素は、種々の状態（即ち、高キャパシタンス、低キャパシタンス、グランド）の間で循環する。あるサイクルでは、スイッチング要素は、グランド状態から高または低キャパシタンスの状態へ移動する。このサイクルが完了して、次のサイクルの前に、スイッチング要素はグランド状態に戻る。そして、新しいサイクルが始まると、スイッチング要素は、高または低キャパシタンスの状態へ移動し、あるいはグランド状態に留まる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スイッチング要素の構造的完全性に起因して、ＭＥＭＳデバイスが故障する前にスイッチング要素が移動できる回数は有限である。スイッチング要素の各移動とともに、ＭＥＭＳデバイスは故障により近くなる。先行技術において、ＤＶＣでのＭＥＭＳデバイスの寿命を増加させるためのニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、一般に、ＭＥＭＳデバイスでのスイッチング要素の移動回数を減少させることによって、ＭＥＭＳデバイスの寿命を増加させるための方法に関する。サイクル間でグランド状態に戻るのではなく、両方のサイクルが同じキャパシタンスを必要とする場合、スイッチング要素は同じ状態に留まることができる。例えば、第１サイクルおよび第２サイクルの両方でＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素が高キャパシタンス状態にある場合、スイッチング要素は、グランド状態に戻るのではなく、第１サイクルと第２サイクルの間の所定場所に留まることができる。キャパシタンスの極性が連続サイクルで異なる場合、スイッチング要素は所定場所に留まり、極性は切換え可能である。スイッチング要素がサイクル間の所定場所に留まるため、スイッチング要素は、同じ有限の運動回数を有するとき、より長い寿命を有することになる。
【０００６】
一実施形態において、ＤＶＣを動作させる方法が開示される。ＤＶＣは、それぞれスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有する。該方法は、第１スイッチングプロセスと第２スイッチングプロセスとを含む。第１スイッチングプロセスは、複数のＭＥＭＳデバイスのうちの第１ＭＥＭＳデバイスを第１キャパシタンス状態に切り替えることを含む。この切り替えは、第１バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、電気的に接地されている第１位置から第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第２位置へ移動させることを含む。第１スイッチングプロセスはまた、複数のＭＥＭＳデバイスのうちの第２ＭＥＭＳデバイスを第２キャパシタンス状態に切り替えることを含む。この切り替えは、第２バイアスを第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、電気的に接地されている第３位置から第２ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第４位置へ移動させることを含む。第２ＭＥＭＳデバイスの切り替えは、第１ＭＥＭＳデバイスの切り替えと同時に起こる。第２スイッチングプロセスは、第１ＭＥＭＳデバイスをグランド状態に切り替えることを含む。この切り替えは、第１バイアスを除去して、スイッチング要素が第１位置に戻るのを許容することを含む。第２スイッチングプロセスはまた、第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極への第２バイアスを維持し、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を第３位置に維持するとともに、第１ＭＥＭＳデバイスが第１位置に戻ることを含む。
【０００７】
他の実施形態において、ＤＶＣを動作させる方法が開示される。ＤＶＣは、それぞれスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有する。該方法は、第１バイアスを第１電極に印加して、各スイッチング要素を、ＲＦ電極に近接した第１位置に移動させることと、第２バイアスを第２電極に印加して、各スイッチング要素を、ＲＦ電極から離隔した第２位置に移動させることと、第３バイアスを第１電極に印加して、全部より少ない数のスイッチング要素を、ＲＦ電極に近接した第１位置に移動させることとを含む。
【０００８】
他の実施形態において、ＤＶＣを動作させる方法が開示される。ＤＶＣは、それぞれ第１電極、第２電極およびスイッチング要素を有する複数のＭＥＭＳデバイスを有する。該方法は、該方法は、第１バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に近接した第１位置に移動させることと、第１バイアスを除去して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素が、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極から第１距離だけ離隔した第２位置に移動するのを許容することと、第２バイアスを第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に印加して、第１ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第２電極に近接した第３位置に移動させることと、第３バイアスを第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加して、第２ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素を、第１ＭＥＭＳデバイスの第１電極に近接した第１位置に移動させることと、第２電極への第２バイアスを維持し、スイッチング要素を第３位置に維持するとともに、第３バイアスが第２ＭＥＭＳデバイスの第１電極に印加されることとを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の上記特徴、特に簡略に要約した本発明の説明が詳細に理解できる方法は、実施形態を参照して、添付図面に示したものの幾つかを有してもよい。しかしながら、添付図面は、その範囲の限定と考えるべきではなく、本発明にとって同様に有効な他の実施形態を認めることができることに留意すべきである。
【００１０】
【図１Ａ】一実施形態に係るグランド状態にあるＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１Ｂ】一実施形態に係る低キャパシタンス状態にある図１ＡのＭＥＭＳデバイスを示す。
【図１Ｃ】一実施形態に係る高キャパシタンス状態にある図１Ａおよび図１ＢのＭＥＭＳデバイスを示す。
【図２】ＭＥＭＳスイッチング制御のブロック図である。
【００１１】
理解を促進するために、可能であれば、同一の参照符号を使用し、図面にとって共通である同一要素を指定している。一実施形態に開示された要素が、特別の記述なしで他の実施形態に有益に利用できることは想定される。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、一般に、ＭＥＭＳデバイスでのスイッチング要素の移動回数を減少させることによって、ＭＥＭＳデバイスの寿命を増加させるための方法に関する。サイクル間でグランド状態に戻るのではなく、両方のサイクルが同じキャパシタンスを必要とする場合、スイッチング要素は同じ状態に留まることができる。例えば、第１サイクルおよび第２サイクルの両方でＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素が高キャパシタンス状態にある場合、スイッチング要素は、グランド状態に戻るのではなく、第１サイクルと第２サイクルの間の所定場所に留まることができる。キャパシタンスの極性が連続サイクルで異なる場合、スイッチング要素は所定場所に留まり、極性は切換え可能である。スイッチング要素がサイクル間の所定場所に留まるため、スイッチング要素は、同じ有限の運動回数を有するとき、より長い寿命を有することになる。
【００１３】
図１Ａは、一実施形態に係るグランド状態にあるＭＥＭＳデバイス１００を示す。ＭＥＭＳデバイスは、複数の電極１０４Ａ〜１０４Ｅが内部に形成された基板１０２を含む。２つの電極１０４Ｂ，１０４Ｄは、スイッチング要素１０８を電極１０４Ｃに向けて引き込むために使用されるため、「プルイン（引き込み）」電極と称される。電極１０４ＣはＲＦ電極である。電極１０４Ａ，１０４Ｅは、導電性材料１１０が充填されたビアを経由してスイッチング要素１０８とのグランド接続を提供する。電気絶縁層１０６が電極１０４Ｂ〜１０４Ｄの上に形成される。一実施形態において、絶縁層１０６は、二酸化シリコン、窒化シリコンまたはこれらの組合せを含んでもよい。
【００１４】
スイッチング要素１０８は、導電性材料、例えば、窒化チタンなどを含んでもよい。一実施形態において、窒化チタンは、電気絶縁材料の薄い層でコートしてもよい。スイッチング要素１０８は、１つ又はそれ以上のポスト１１６で接続された下部層１１２および上部層１１４を有するように示している。スイッチング要素１０８は、他の配置も有することが想定されることは理解すべきである。さらに、スイッチング要素１０８の下部層１１２および上部層１１４の両方は、電気絶縁材料の薄い層を上に有する窒化チタンを含むことが想定されるが、他の材料も想定されることは理解すべきである。スイッチング要素１０８は、空洞１１８の内部に配置され、空洞１１８内で低キャパシタンス状態、高キャパシタンス状態およびグランド状態の間を移動可能である。
【００１５】
スイッチング要素の上方には、時々「プルアップ（引き上げ）」電極または「プルオフ（引き離し）」電極と称される他の電極１２０が存在する。電気絶縁材料の薄い層１２２が電極１２０と空洞１１８との間に配置され、その結果、層１２２が空洞１１８の境界を示す。空洞１１８は、空洞１１８を封入するキャップ層１２４で封止される。
【００１６】
図１Ｂは、一実施形態に係る低キャパシタンス状態にあるＭＥＭＳデバイス１００を示す。図１Ｂにおいて、電極１２０は、スイッチング要素１０８を引き上げて、スイッチング要素１０８が空洞１１８内にある限り、ＲＦ電極１０４Ｃから遠く離れた絶縁層１２２と接触させるために使用される。スイッチング要素１０８は、バイアスをプルアップ電極１２０に印加することによって引き上げられ、絶縁層１２２と接触する。
【００１７】
図１Ｃは、一実施形態に係る高キャパシタンス状態にあるＭＥＭＳデバイス１００を示す。スイッチング要素１０８は、バイアスをプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加することによって引き下げられ、絶縁層１０６と接触してＲＦ電極１０４Ｃに近接する。
【００１８】
スイッチング要素１０８が低キャパシタンス状態であるとき、絶縁層１２２がプルアップ電極１２０とスイッチング要素１０８との間で厚さｔであり、スイッチング要素１０８がＲＦ電極１０４Ｃから２ｄだけ離隔している場合、下記式が成立すれば、プルアップ電極１２０への電圧Ｖｔｏｐは、ＲＦ電極１０４Ｃに印加される電圧ＶＲＦより大きい静電引き上げ力を供給するであろう。
【００１９】
【数１】
2015521792.tif 000003
【００２０】
ここで、εｒは１より大きくなる上部酸化物の比誘電率である。もしｔ＝ｄ／２である場合、カンチレバーを引き戻すには、電極１２０の面積（Ａｔｏｐ）＝ＲＦ電極１０４Ｃの面積（ＡＲＦ）であれば、ＶＲＦはＶｔｏｐの少なくとも１６倍である必要があろう。多くの場合、プルアップ面積もより大きくなり、空洞１１８の天井全体を覆い、スイッチング要素１０８の大部分を覆うからである。その場合、スイッチング要素１０８を引き下げるのに必要なＲＦ電圧はさらに増加するであろう。
【００２１】
ＭＥＭＳ  ＤＶＣは、完全オン（即ち、全てのＭＥＭＳデバイスが高キャパシタンス状態。Ｃｍａｘ）または完全オフ（即ち、全てのＭＥＭＳデバイスが低キャパシタンス状態。Ｃｍｉｎ）に動作する多数の小型の固定キャパシタを使用する。種々のキャパシタンスレベルが、これらのＭＥＭＳデバイスの組合せを二進法重み付けの手法で用いることによって得られる。ＭＥＭＳデバイスの最小集合(collection)は最下位ビット（ＬＳＢ）であり、スイッチの最大集合は最上位ビット（ＭＳＢ）である。生成可能である２ｎ個の全体レベルのキャパシタンスが存在し、ここでｎは総ビット数である。
【００２２】
キャパシタアレイの１つのキャパシタンス状態から次への遷移は、幾つかまたは全てのビットを変化させることを含む。動作中、全てのビットが遷移の際に変化するとは限らない。換言すると、第１サイクルにおいて、ＭＥＭＳデバイスの幾つかが高キャパシタンス状態になり、他のデバイスは低キャパシタンス状態またはグランド状態である。第２サイクルにおいて、高キャパシタンス状態であったＭＥＭＳデバイスの幾つかが再び高キャパシタンス状態になり、他のＭＥＭＳデバイスは異なる状態になる。デジタルロジックは、サイクル２に移動する場合、第１サイクルにおける特定ビットがそのままか、あるいは状態（即ち、低キャパシタンス状態または高キャパシタンス状態）を変化させるかの経過を追う。サイクル２で所望の状態に達成するのに必要なビットを変化させるだけで、非変化ビットは静止したままであり、ライフサイクルを累積しない。統計的には、この技術革新は、ＭＥＭＳデバイスの寿命の間に、ビットサイクルの全体回数を状態変化の全体回数の１／２に減少させるようになる。
【００２３】
この概念を実践するために２つの要素、即ち、ＭＥＭＳデバイスをビット単位で制御することと、ＭＥＭＳデバイスのスイッチングを制御する有限状態機械（ＦＳＭ）とが存在する。ＭＥＭＳスイッチング制御ＦＳＭについて４つの要因が存在する。１つの要因は、ＦＳＭがまさに第１キャパシタンス値コマンドについて負極性に設定する初期条件である。第２の要因は、特殊なケースであり（例えば、パワーオフまたはスタンバイのモード）であり、ＦＳＭがＭＥＭＳデバイスの全てをグランド状態にリセットし、その結果、ＭＥＭＳデバイスは自由状態になる。第３の要因は、ＤＶＣ動作中に生じ、これによりキャパシタンス値（しばしばビット値と称される）が２つの連続サイクルで同じである場合、ＦＳＭはそのデータを維持することになる（即ち、ＦＳＭは現在状態を保つことになる）。第４の要因は、ＤＶＣ動作中に生じ、これによりキャパシタンス値がｎ＋２サイクルで同じ値に再び変化する場合、ＭＥＭＳ電極の極性が反転することになる。
【００２４】
図２は、ＭＥＭＳスイッチング制御ＦＳＭを示すブロック図である。Ｄｉは、バンプ／パッドからの入力信号である。入力信号は、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄまたはプルオフ電極１２０に入る。Ｄｏは、ＭＥＭＳデバイス１００のためにデータビットを駆動する出力信号である。出力信号はＲＦ電極１０４Ｃからである。ＳＤは、先行(look-ahead)スイッチング決定ブロックである。決定ブロックは、前回のキャパシタンス値（即ち、ＭＥＭＳデバイス１００がサイクル１の最後にある状態）および該キャパシタンス値（即ち、ＭＥＭＳデバイス１００がサイクル２にある状態）の両方に基づいた決定を基礎としている。決定ブロックは、データを保持する（即ち、ＭＥＭＳデバイス１００のスイッチング要素１０８を同じ場所に維持する）か、あるいはデータを切り替える（即ち、スイッチング要素１０８を移動させる）かを決定する。
【００２５】
「極性」は、現サイクル（即ち、サイクル１）および次に来るサイクル（即ち、サイクル２）に基づいたデータの極性を切り替えるブロックである。「極性設定」ブロックは、極性（即ち、負または正）の初期値を決定するブロックである。「データ」ブロックは、ＭＥＭＳデバイス１００のデータドライバである。スタンバイ（即ち、ＳＴＢＹ）モードの際、データはグランド（即ち、ＧＮＤ）にリセットされ、その結果、ＭＥＭＳデバイス１００は自由状態になる。
【００２６】
以下、幾つかの例を説明し、スイッチング制御ＦＳＭを用いたＭＥＭＳデバイスの動作を説明する。
【００２７】
（例１）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態にある。高キャパシタンス状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄは、これに印加された負のバイアスを有し、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００はグランドまたはスタンバイ状態になる。グランドまたはスタンバイ状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄおよびプルオフ電極１２０の両方は、グランド電位になる。サイクル３において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。従来、サイクル間で、スイッチング要素１０８は、高キャパシタンス状態からグランド状態へ移動する。そして、次のサイクルが開始すると、スイッチング要素１０８は移動する（キャパシタンスが該サイクルにとって必要であると仮定）。従って、例１において、スイッチング要素１０８が高キャパシタンス状態であり、サイクル３およびサイクル４の両方で同じ極性であっても、スイッチング要素１０８は、従来の動作ではサイクル間でグランド状態へ移動する。ここで、しかしながら、スイッチング制御ＦＳＭは、サイクル３とサイクル４の間でスイッチング要素１０８を所定場所に保持することになる。理由は、スイッチング要素１０８は、両方のサイクルで同じ場所になるからである。スイッチング要素１０８をサイクル間で移動させないことによって、スイッチング要素は、ＲＦ電極１０４Ｃから離れて移動し、そしてＲＦ電極１０４Ｃに近接した位置に戻るのを回避している。こうしてスイッチング制御ＦＳＭは、スイッチング要素１０８の２つの移動を節約して、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命を増加させることになる。
【００２８】
（例２）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態にある。低キャパシタンス状態において、プルオフ電極１２０は、これに印加された負のバイアスを有し、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００はグランドまたはスタンバイ状態になる。グランドまたはスタンバイ状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄおよびプルオフ電極１２０の両方は、グランド電位になる。サイクル３において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。従来、サイクル間で、スイッチング要素１０８は、低キャパシタンス状態からグランド状態へ移動する。そして、次のサイクルが開始すると、スイッチング要素１０８は移動する（キャパシタンスが該サイクルにとって必要であると仮定）。従って、例２において、スイッチング要素１０８が低キャパシタンス状態であり、サイクル３およびサイクル４の両方で同じ極性であっても、スイッチング要素１０８は、従来、サイクル間でグランド状態へ移動する。ここで、しかしながら、スイッチング制御ＦＳＭは、サイクル３とサイクル４の間でスイッチング要素１０８を所定場所に保持することになる。理由は、スイッチング要素１０８は、両方のサイクルで同じ場所になるからである。スイッチング要素１０８をサイクル間で移動させないことによって、スイッチング要素は、プルオフ電極１２０から離れて移動し、そしてプルオフ電極１２０に近接した位置に戻るのを回避している。こうしてスイッチング制御ＦＳＭは、スイッチング要素１０８の２つの移動を節約して、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命を増加させることになる。
【００２９】
（例３）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態にある。高キャパシタンス状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄは、これに印加された負のバイアスを有し、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００はグランドまたはスタンバイ状態になる。グランドまたはスタンバイ状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄおよびプルオフ電極１２０の両方は、グランド電位になる。サイクル３において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、負バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。スイッチング要素１０８は、各サイクルで移動する必要があるため、スイッチング制御ＦＳＭは、従来のスイッチングと同様に動作することになり、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命増加はないことになる。
【００３０】
（例４）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態にある。低キャパシタンス状態において、プルオフ電極１２０は、これに印加された負のバイアスを有し、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００はグランドまたはスタンバイ状態になる。グランドまたはスタンバイ状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄおよびプルオフ電極１２０の両方は、グランド電位になる。サイクル３において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、負バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。スイッチング要素１０８は、各サイクルで移動する必要があるため、スイッチング制御ＦＳＭは、従来のスイッチングと同様に動作することになり、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命増加はないことになる。
【００３１】
（例５）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態にある。高キャパシタンス状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄは、これに印加された負のバイアスを有し、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、負バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル３において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。スイッチング要素１０８は、各サイクルで移動する必要があるため、スイッチング制御ＦＳＭは、従来のスイッチングと同様に動作することになり、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命増加はないことになる。
【００３２】
（例６）
サイクル１において、ＭＥＭＳデバイス１００は低キャパシタンス状態にある。低キャパシタンス状態において、プルオフ電極１２０は、これに印加された負のバイアスを有し、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル２において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態である。高キャパシタンス状態において、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄは、これに印加された負のバイアスを有し、プルオフ電極１２０はグランド電位である。サイクル３において、低キャパシタンス状態になるとともに、負バイアスがプルオフ電極１２０に印加され、プルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄはグランド電位である。サイクル４において、ＭＥＭＳデバイス１００は高キャパシタンス状態になるとともに、正バイアスがプルイン電極１０４Ｂ，１０４Ｄに印加され、プルオフ電極１２０はグランド電位である。スイッチング要素１０８は、各サイクルで移動する必要があるため、スイッチング制御ＦＳＭは、従来のスイッチングと同様に動作することになり、ＭＥＭＳデバイス１００の寿命増加はないことになる。
【００３３】
上記の例は、単一のＭＥＭＳデバイスを参照して説明した。しかしながら、ここで説明する実施形態は、複数のＭＥＭＳデバイスを利用するＤＶＣに応用可能である。ＤＶＣの動作において、幾つかのＭＥＭＳデバイスは高キャパシタンス状態になり、他のデバイスは低キャパシタンス状態またはグランド状態になる。さらに、ＭＥＭＳデバイスの幾つかは、プルオフ電極またはプルイン電極に印加される正バイアスを有するとともに、他のデバイスは、プルオフ電極またはプルイン電極に印加される負バイアスを有する。こうして上記の例は、多数のＭＥＭＳデバイスを有するＤＶＣ内の個々のＭＥＭＳデバイスに適用できる。
【００３４】
各ＭＥＭＳデバイスは、ＤＶＣ内で個別に制御可能である。従って、各ＭＥＭＳデバイスは、異なるキャパシタンス状態で動作でき、ＭＥＭＳデバイスのプルイン電極およびプルオフ電極は、電極に印加されるバイアスの極性が正または負となるように動作できる。換言すると、単一のＭＥＭＳデバイスが、正または負のバイアスをプルイン電極に印加することによって、高キャパシタンス状態で動作可能であり、その極性は、異なるサイクルで高キャパシタンス状態について異なってもよい。同様に、ＭＥＭＳデバイスは、正または負のバイアスをプルオフ電極に印加することによって、低キャパシタンス状態で動作可能であり、その極性は、異なるサイクルで低キャパシタンス状態について異なってもよい。
【００３５】
さらに、全部より少ない数のＭＥＭＳデバイスを移動させることによって、ＤＶＣは、種々のキャパシタンスレベルで動作可能である。例えば、複数のＭＥＭＳデバイスが共通のプルイン電極、共通のＲＦ電極および共通のプルオフ電極を共有する場合、プルイン電極またはプルオフ電極へのバイアスを変化させることは、移動するスイッチング要素の数を変更することになる。印加されるバイアスが大きいほど、極性には関係なく、より多くのスイッチング要素が移動するようになる。印加されるバイアスが小さければ、移動するスイッチング要素がより少なくなる。
【００３６】
同じキャパシタンス状態が連続サイクルでＭＥＭＳデバイスに適用されることを認識することによって、ＭＥＭＳデバイスのスイッチング要素は、グランド位置に移動することなく、サイクル間で同じ場所に留まることができる。スイッチング要素は、サイクル間で移動しないため、スイッチング要素は、２回の移動（即ち、グランド位置への移動およびキャパシタンス状態位置への再移動）を保護した。これらの保護した移動は、ＭＥＭＳデバイスの寿命を２回の移動だけ増加させる。        こうした手法をＤＶＣ内のＭＥＭＳデバイスの全てに適用することは、数百万回の移動を節約して、ＤＶＣの寿命を延ばすことができる。
【００３７】
上述したものは本発明の実施形態を対象しているが、本発明の他および追加の実施形態が、その基本範囲から逸脱することなく考案でき、その範囲は下記の請求項によって決定される。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【国際調査報告】
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