(57)【要約】本発明は複数のＭＥＭＳスイッチによって作動されるステップ状変化する超小型電子機械構造（ＭＥＭＳ）コンデンサに関し、ＭＥＭＳスイッチはステップ状変化するコンデンサ回路内に置くことができ、または、独立した回路によって作動することができる。ステップ状変化するコンデンサは、ステップ状変化するＭＥＭＳコンデンサ構造内に少なくとも１つの可変コンデンサを設けることによって容量の中間値的なステップで変化もする。【特許請求の範囲】
【請求項１】
超小型電子機械（ＭＥＭＳ）コンデンサであって、
回路内に並列にアレイ状配置される複数のＭＥＭＳコンデンサ、および、
前記第１の回路内の前記複数のＭＥＭＳコンデンサの少なくとも１つと直列に整列される少なくとも１つのスイッチを含むＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチを含む請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項３】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つの平行プレート・スイッチを含む請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項４】
前記少なくとも１つのスイッチが、
前記第１のＭＥＭＳコンデンサと直列である第１のスイッチであって、第１電圧の閉じしきい値を有するスイッチ、および、
第２のＭＥＭＳコンデンサと直列である第２のスイッチであって、前記第１電圧の閉じしきい値より高い第２電圧の閉じしきい値を有するスイッチをさらに含む請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項５】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有する請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項６】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項７】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項８】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項９】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１０】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１１】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１２】
超小型電子機械（ＭＥＭＳ）コンデンサであって、
第１の回路内に並列にアレイ配置される複数のＭＥＭＳコンデンサ、および、
第１の回路内の前記複数のＭＥＭＳコンデンサの少なくとも１つと直列に整列される少なくとも１つのスイッチを含み、前記少なくとも１つのスイッチの各々が第２の回路から作動されるＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチを含む請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つの平行プレート・スイッチを含む請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１５】
前記少なくとも１つのスイッチが、
第１のＭＥＭＳコンデンサに直列である第１のスイッチであって、第１電圧の閉じしきい値を有するスイッチ、および、
第２のＭＥＭＳコンデンサと直列である第２のスイッチであって、前記第１電圧の閉じしきい値より高い第２電圧の閉じしきい値を有するスイッチをさらに含む請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１６】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有する請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１７】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１８】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項１９】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２０】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２１】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２２】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項１２に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２３】
超小型電子機械（ＭＥＭＳ）コンデンサであって、
第１の回路内に並列にアレイ配置される複数のＭＥＭＳコンデンサ、および、
第１の回路内の前記複数のＭＥＭＳコンデンサの少なくとも１つと直列に整列される少なくとも１つのスイッチを含み、前記少なくとも１つのスイッチの各々が個々の独立した回路から作動されるＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２４】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチを含む請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２５】
前記少なくとも１つのスイッチが少なくとも１つの平行プレート・スイッチを含む請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２６】
前記少なくとも１つのスイッチが、
少なくとも第１のスイッチおよび第２のスイッチを含む独立した回路内の少なくとも２つのスイッチであって、
前記第１のスイッチが第１電圧の閉じしきい値を有し、前記２のスイッチが、前記第１電圧の閉じしきい値より高い第２電圧の閉じしきい値を有するスイッチをさらに含む請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２７】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有する請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２８】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項２９】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の線形的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項３０】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項３１】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の幾何的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項３２】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【請求項３３】
前記複数のコンデンサの少なくとも１つが可動チャージ・プレートを有し、前記複数のコンデンサが複数の指数的にステップ状に変化する容量を達成するように構成され、可動チャージ・プレートを有する前記複数のコンデンサの前記少なくとも１つが複数の中間値的にステップ状に変化する容量を達成するように構成される請求項２３に記載のＭＥＭＳコンデンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
発明の分野
本発明は一般に機械的にスイッチングされるコンデンサに関する。さらに詳細には、本発明は、コンデンサの付加的な部分を機械的にオンおよびオフにスイッチングすることによってステップ状に容量を変化させることができるコンデンサに関する。加えて、本ステップ・コンデンサは機械的に容量変化させることができる。
【０００２】
関連技術の説明
集積回路パッケージングの困難の１つは集積回路（ＩＣ）を備えたシリコン上に配置することができる選ばれた大型の通常は受動デバイスが、電界効果トランジスタなどの従来の能動的構成要素の集積化された組立てに対応していないことである。いくつかの構成要素はチップから離れて配置することができるが、それらの柔軟性は限られる。例えば、従来技術のオンチップ可変コンデンサは約２５％未満の調整範囲を有するバラクタ・ダイオード技術に基づく。さらに、コンピュータおよび手持ち用デバイスなどの超小型電子デバイスの高まる複雑さは、受動デバイスがさらに広い範囲で動作することに対する必要性を高くしている。１つの例は、コンピュータまたは手持ち用デバイス内の構成要素として使用することができるバラクタである。
【０００３】
図１は基本的構成要素を示す回路１０の模式図である。ここにはコンデンサ１２が含まれている。コンデンサ１２はバラクタとしても知られている可変コンデンサである。従来技術のバラクタ・ダイオード技術は低いプルイン効果（ｐｕｌｌ−ｉｎ ｅｆｆｅｃｔ）を持っている。加えて、従来技術の膜コンデンサはその臨界電圧（Ｖｃ）を超える電圧によって制限される容量調整範囲を有する。Ｖｃで膜がつぶれ、コンデンサは短絡する。加えて、従来技術のコンデンサのサスペンション特性（ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ）のために、柔軟な膜の中央部分は固定電極に向かってエッジ部分よりは近くに引き寄せられる。この現象は、膜が固定されている柔軟な膜のエッジ部分におけるより、柔軟な膜の中央においてより大きな局所容量を作り出す。
【０００４】
加えて、生産の視点からは、１つのコンデンサがいくつかの応用例に適用できるようには、広い範囲の容量のコンデンサが作られていない。
【０００５】
本発明の上記に列挙した長所および他の長所を持つ方法を得るために、上記に簡略に説明した本発明のさらに詳細な説明を添付の図面に示す本発明の特定の実施形態を参照する。図面において、同様の構造には同様の参照番号を与える。本発明の構造を最も明確に示すために、本明細書に含まれる図面は集積回路構造の線画的表示である。したがって、例えば顕微鏡写真における組立てられた構造の実際の外観は、異なって見えることがある一方で、それでも本発明の重要な構造を組み入れている。さらに、図面は本発明を理解するために必要な構造のみを示す。図面の明確さを維持するために、当技術分野で知られている付加的な構造は含まれていない。これらの図面は必ずしも縮尺に合わせて描かれず、したがって、本発明の範囲を限定するとは考えられない本発明の典型的な実施形態のみを示すことを理解すべきである。本発明は、添付の図面の使用を通じて、付加的な特殊性および詳細をもって述べられ、説明される。
【０００６】
発明の詳細な説明
本発明は、容量をステップ状に可変することができる超小型電子機械構造（ＭＥＭＳ）ステップ・コンデンサに関する。
【０００７】
図２ａは本発明の１つの実施形態を示し、ＭＥＭＳコンデンサ２２は固定チャージ・プレート２４、可動チャージ・プレート２６、および、それらの間の短絡を防止する誘電体層２８を含む。加えて、ＭＥＭＳコンデンサ２２は、可動チャージ・プレート２６と固定チャージ・プレート２４との間の容量を変化させるために、直流電位を使用して、可動チャージ・プレート２６を固定チャージ・プレート２４に向けて引き寄せる作動プレート３０を含む。典型的に、固定チャージ・プレート２４および作動プレート３０は基板３２上に配置される。ＭＥＭＳコンデンサ２２は第１のコンデンサ・タイプと呼ぶこともできる。可変コンデンサの他の実施形態を以下に述べる。
【０００８】
図２ｂは本発明の第２の実施形態を示し、ＭＥＭＳコンデンサ２３は固定チャージ・プレート２４、可動チャージ・プレート２６、および、それらの間の短絡を防止する誘電体層２８を含む。ＭＥＭＳコンデンサ２３は第１のコンデンサ・タイプで使用される作動プレート３０を含まない。したがって、可動チャージ・プレート２６は特定の直流作動電圧でつぶれ、誘電体層２８は固定チャージ・プレート２４に接近および／または接触する。ＭＥＭＳコンデンサ２３は第２のコンデンサ・タイプと呼ぶことができる。可変コンデンサの他の実施形態を以下に述べる。
【０００９】
図３ａは、ＭＥＭＳスイッチ３４が固定チャージ・プレート２４および柔軟なスイッチ・プレート３６を含む本発明の１つの実施形態を示している。本ＭＥＭＳスイッチ３４は、スイッチを閉じるために、柔軟なスイッチ・プレート３６を固定チャージ・プレート２４に向けて引き寄せるために直流電位を使用する作動プレート３０を含む。典型的に、固定チャージ・プレート２４および作動プレート３０は基板３２上に配置される。
【００１０】
図３ｂは、使用することができるＭＥＭＳスイッチ３５の他の実施形態を示す。ＭＥＭＳスイッチ３５は図２ｂに示すＭＥＭＳコンデンサ２２と同様の構造を備えた平行プレート・スイッチとしてもよいことが分かるであろう。基板３２は固定チャージ・プレート２４を支持する。固定チャージ・プレート２４の上方には、ＭＥＭＳスイッチ３４を閉じるために固定チャージ・プレート２４に向けて引き寄せることができる柔軟なスイッチ・プレート３６がある。
【００１１】
図４は図１の回路１０に見るコンデンサ１２の代わりに使用できるものを示す。第１の回路１８内に並列に配列された複数のコンデンサ１６を含むステップ・コンデンサ１４が示されている。加えて、複数のスイッチ２０がコンデンサ１６と直列に整列している。１つの実施形態において、ｎ個のＭＥＭＳコンデンサおよびｍ個のスイッチを備えた回路を作ることができ、ｍ＜ｎである。例えば、ｎ＝２の場合、ｍは１に等しくすることができる。したがって、その回路は２つのコンデンサおよび１つのみのスイッチを有し、スイッチは２つのＭＥＭＳコンデンサの１つのみと整列する。好ましくは、複数のスイッチは本明細書に述べるように少なくとも１つのＭＥＭＳスイッチを含むことである。
【００１２】
ステップ状に変化する容量を達成するために、ＭＥＭＳスイッチの表面積は、第１のＭＥＭＳコンデンサと直列である第１のスイッチが第１電圧の閉じしきい値を有し、第２のＭＥＭＳコンデンサと直列である第２のスイッチが第１電圧の閉じしきい値より高い第２電圧の閉じしきい値を有するように、徐々に変化させることができる。この方式は、容量の線形なステップ状の変化を第１の回路１８に印加された電圧に比例させて継続させることができる。例えば、複数のスイッチがＭＥＭＳスイッチ３４であれば、もう１つのスイッチを閉じることによって、電圧の１単位から電圧の２単位への定格電圧の上昇が、容量の１単位から容量の２単位への容量の増加を生じさせる。
【００１３】
本実施形態による定格電圧のステップ状増加の関数としての容量増加をプロットすると、図５に示すように正の傾きを有する。したがって、電圧を上げる方式に対する線形容量応答３８が達成される。この場合、ＭＥＭＳスイッチの相対表面積は線形に変化する。
【００１４】
本発明の他の実施形態は１、２、４、８などのように幾何的に増加する表面積を有するＭＥＭＳスイッチを含む。したがって、容量の増加はステップ状に変化する定格電圧の関数となるが、関数４０の傾きは、線形に増加するステップ状変化方式の傾きより小さい。同様に、本発明は１、１０、１，０００などのように指数的に増加する表面積を有することもでき、底が１０の指数目盛りを使用すれば、容量の増加がステップ状に変化するコンデンサ１４にかかる定格電圧のステップ状上昇の関数となるようにできるが、関数４２の傾きも線形増加ステップ状方式の傾きより小さい。
【００１５】
図６は、図１の回路１０に見るコンデンサ１２の代わりに使用することができるものの他の実施形態を示す。第１の回路１９において並列にアレイ配置された複数のコンデンサ１７を含むステップ・コンデンサ１５を示す。この実施形態において、コンデンサ１７はバラクタとスイッチの組み合わせである。この実施形態において、信号Ｖｓと直流作動電圧が一緒に印加される。コンデンサＣ１〜Ｃｎは、各々が異なった直流電圧でつぶれるように異なった表面積のものとすることができる。したがって、直流電圧をステップ状に変化させることによって、ステップ状に変化する総容量を達成することができる。したがって、ステップ状に増加する表面積を本明細書に述べるように得ることができる。詳細には、デジタルおよび事実上アナログの双方のバラクタ効果を達成するために、線形、幾何的、指数的、および、それらの組み合わせでステップ状に増加する表面積とすることができる。
【００１６】
上記の３つの方式のいずれか１つに従った容量のさらなる規定は、本明細書に述べるコンデンサのいずれか、または、全てに対する独立した調整によって達成することができる。図７は本発明の他の実施形態である。可変ステップ・コンデンサ４４にはコンデンサの第１の回路４６が設けられ、そこでは、好ましい容量を達成するために、本明細書に述べる第１のコンデンサ・タイプに従った個々のコンデンサ４８が複数のＭＥＭＳスイッチと組み合わされる。この実施形態において、複数の個々のコンデンサ４８の少なくとも１つは可動チャージ・プレートを有する。各コンデンサ４８はコンデンサ調整回路５２を有するように示されているが、個々のコンデンサ４８の１つと全てとの間の任意のコンデンサを、コンデンサ調整回路５２を使用して可変とすることができることは理解されるであろう。この実施形態において、容量増加方式は、複数の直流電圧：ＤＣ１〜ＤＣｎによって制御される。コンデンサＣ１〜Ｃｎの固有表面積は、本明細書に述べるように、線形的、幾何的、または、指数的な電圧閉鎖しきい値応答特性を有することができる。１つの実施形態において、線形的、幾何的、および、指数的な面積の差のうちの１つによって変化されるのは個々のコンデンサ４８である。
【００１７】
また、サイズを変化させることが容量の整数値的変化と同等であるとすると、コンデンサ調整回路５２などの回路を使用して変化させることは、整数値的増加に対して細かく決める中間値的または部分値的な変化と同等であると考えることができる。
【００１８】
第１の例において、可変ステップ・コンデンサ４４は、４つの定格第１コンデンサ、および、この４つの定格第１コンデンサの各々の表面積の５倍の表面積を有するｎ番目のコンデンサを有する。定格第１コンデンサとｎ番目のコンデンサとの組み合わせによって、１〜９の範囲にある整数値量の容量を達成することができる。容量のさらなる中間値の決定は、ステップ状変化された全体的な容量を変化させることが要求される各コンデンサ用のコンデンサ調整回路５２の使用によって、定格第１コンデンサのいずれか、または、各々およびｎ番目のコンデンサを変化させることによって本明細書に述べるように達成できる。
【００１９】
第２の例において、定格第１コンデンサの各々の表面積の１０倍の表面積を有する追加のコンデンサは、１〜１９の範囲にある整数値量の容量を達成するために５倍のコンデンサに加えて設けられる。さらに他のコンデンサは、５倍および１０倍のコンデンサに加えた、定格第１コンデンサの各々の表面積の２０倍の表面積を設けることができ、１〜１９の範囲にある整数値的大きさの容量を達成することができる。本明細書に述べるように、中間値的または部分値的な変更は、独立した調整回路５２によってコンデンサのいずれか、または、全てを変化させることによって達成することができる。他の非整数値的線形方式は、本発明の精神および範囲内で確立することができる。
【００２０】
容量のさらに大幅な制御が必要となることがある場合、各ＭＥＭＳスイッチ４８が、調整回路などのそれ自身のスイッチ回路５２を有することができる。図８はさらに大きな場合を含むこの実施形態を示す。この実施形態において、各ＭＥＭＳスイッチ４８の表面積は互いに実質的に等しく、そのいずれか、または、全ての閉じ動作は、ＭＥＭＳスイッチ４８を閉じるために十分な電圧を印加することを独立したスイッチ回路５２に指示することによって達成される。本明細書に述べるように、可変である個々のコンデンサ１６および４８の表面積は線形的、幾何的、または、指数的に変化させることができる。加えて、中間値的ステップに対して、コンデンサ調整回路５２を使用して容量の部分値的変更を達成することができる。
【００２１】
本発明によれば、所望の容量を達成するために様々なタイプのＭＥＭＳコンデンサを使用することができる。図９は参照番号６６によって指定される本発明の可変コンデンサの断面図である。図９には、固定チャージ・プレート７０が配置される基板６８を示す。可動チャージ・プレート７２は固定チャージ・プレート７０の上方に配置されている。可動チャージ・プレート７２は平坦部７４、サスペンション部７６、および、端部７８によって特徴づけられている。可動チャージ・プレート７２の平坦部７４には補強材８０が設けられている。補強材８０は可動チャージ・プレート７２の平坦部７４と同じ占有面積を占めている。
【００２２】
第１の分離距離８２は、作動力がかけられる前の固定チャージ・プレート７０と平坦部７４との間の本来の分離距離である。同様に、第２の分離距離８４は、印加された特定の作動力における調整コンデンサの分離距離として、平坦部７４と固定チャージ・プレート７０との間に観察される。
【００２３】
補強材８０は、可動チャージ・プレート７２の平坦部７４が曲がるのに抵抗できるいかなる材料でも作ることができる。好ましくは、補強材８０は窒化シリコン、すなわちＳｉｘＮｙで作られ、ｘおよびｙは化学量論的および固容体の双方の組み合わせを形成する値を有する。補強材８０もシリカ、チタニア、アルミナ、セリア、トリア、および、化学量論的および固容体の双方の組み合わせを形成する他の酸化物などの酸化物で作ることができる。加えて、補強材８０は、約３０％を超え、好ましくは約５０％を超え、さらに好ましくは約１００％を超える調整範囲を達成するための発明的構造を可能にするいかなる材料、好ましくは誘電体で作ることができる。
【００２４】
第２の分離距離８４は実質的に一定であると観察された。「実質的に一定」であることは、可動チャージ・プレート７２の平坦部７４の反りが最小に抑えられることを意味する。相対的な反りは、平坦部７４の長さ８８によって除された、平坦部７４のチャージ面８６に沿ったあらゆる点の他の点との垂直関係における偏向の相対的な測定値として定義される。図１０は相対的な反りの拡大詳細図であり、偏向差９０は、長さ９２によって除することによって相対的に定量化できる。本発明の相対的反りは約３０％〜約０．１％、好ましくは約１０％〜約０．５％、および、最も好ましくは約２％〜約１％の範囲とすることができる。
【００２５】
図９を参照すると、第１の分離距離８２は可動チャージ・プレート７２の端部７８から固定チャージ・プレート７０への測定値である。可動チャージ・プレート７２のサスペンション部７６は、第１の分離距離８２において最大値となり、第２の分離距離８４において最小値となる変化する距離で固定チャージ・プレート７０から分離されている。したがって、この部分における材料の除去はサスペンション部７６についての容量を好ましく低減する。
【００２６】
図１１は本発明をさらに説明する可変コンデンサ６６の平面図である。可動チャージ・プレート７２をさらに説明するために、補強材８０は除去されている。可動チャージ・プレート７２は、点線９４によって描かれる曲げ部で角度をつけて連結されている平坦部７４とサスペンション部７６、および端部７８を含むことが分かるであろう。端部７８とサスペンション部７６も点線９６によって描かれる曲げ部において角度をつけてつながっている。
【００２７】
図１１は、サスペンション部７６が、平坦部７４の部分除去サスペンション体を形成するために導通孔９８を形成させてもよいことを示す。可動チャージ・プレート７２のサスペンション部７６の除去面は、可変第１分離距離８２に存在するチャージ表面積を低減することによって可動チャージ・プレート７２のその部分に対する容量表面積を低減する。これによって、サスペンション部７６の除去面は、本発明の可変コンデンサの品質のより良好な制御を可能にする。加えて、サスペンション部７６が部分除去サスペンション体であれば、サスペンション部７６で曲げなければならない材料が少ないので、可動チャージ・プレート７２は曲げやすく、したがって、さらに簡単に調整可能となる。サスペンション部７６は固くすることもできることが理解される。サスペンション部７６が除去面を有する場合、固定チャージ・プレート７０は第１の表面積を有し、可動チャージ・プレート７２は、第１の表面積より小さい第２の表面積を有する。
【００２８】
好ましい実施形態において、本発明によるコンデンサは、穴のない表面チャージ・プレート部と部分除去サスペンション体とに分割される可動チャージ・プレートを有する。
【００２９】
図１２は、本発明の他の実施形態を示す他の可変コンデンサ１００の断面図である。図１２は、固定チャージ・プレート７０の上方に懸架され（サスペンションされ）、その上に可動チャージ・プレート１０４を乗せた柔軟な誘電体材料１０２が示されている。柔軟な誘電体材料１０２が間にあるため、可動チャージ・プレート１０４が固定チャージ・プレート７０と電気的導通を取ることができないことに注意が必要である。
【００３０】
この実施形態において、柔軟誘電体材料１０２は、サブ平坦部１０６、サブサスペンション部１０８、および、サブ端部１１０に分割される。補強材８０は柔軟誘電体材料１０２上に配置される。補強材８０は、可動チャージ・プレート１０４ならびにサブ平坦部１０６と実質的に同じ占有面積を有する。可動チャージ・プレート１０４は補強材とサブ平坦部１０６との間に挟まれている。補強材８０は、図１２でみると可動チャージ・プレート１０４を全体的に覆うように示してあるが、補強材８０は可動チャージ・プレート１０４より大きいか、これと同じか、あるいはこれより小さい占有面積であってもよいことは理解されるであろう。補強材８０が可動チャージ・プレート１０４より大きい場合、それは、約１．０１〜約２、好ましくは約１．１〜１．５の範囲で大きくすることができる。
【００３１】
可動チャージ・プレートの下の柔軟誘電体材料１０２に少なくとも１つの導通孔９８（図１２には図示しない）を形成するプロセスにおいて、少なくとも１つの導通孔９８は、柔軟誘電体材料１０２の総面積に比較して約１％〜約５０％、好ましくは約１０％〜約４０％の範囲にある面積とする。
【００３２】
図１３は本発明の他の実施形態である。この実施形態において、補強材８０は、（見えない）可動チャージ・プレート１１２を覆って重なっている。この実施形態において、補強材８０は可動チャージ・プレート１１２の平坦部１１４を覆い隠す。この実施形態において、可動チャージ・プレート１１２のサスペンション部１１６は、可動チャージ・プレート１１４の平坦部１１４と端部１１８との間で蛇行するサスペンション体の形のバネを形成する。この実施形態において、可動チャージ・プレート１１２の平坦部１１４の作動のために、さらに大きな柔軟性を達成することができる。
【００３３】
図１３は「Ｗ」および「Ｍ」の形状を持つサスペンション部１６を示す。これらの形状は１つの好ましい実施形態であり、より単純、または、より複雑な形状としてもよい。より単純な形状の１つの例を図１４に示す。図１４において、可動チャージ・プレート１２０の平坦部１１４と端部１１８との間に、「Ｕ」の形状と逆「Ｕ」の形状の双方の蛇行した接続部からなるサスペンション部１２２を備えた可動チャージ・プレート１２０を示す。より単純な形状の他の例は図１５に示す。図１５において、可動チャージ・プレート１２４は、可動チャージ・プレート１２４の平坦部１１４と端部１１８との間で曲がった「Ｓ」の形状および「Ｓ」の鏡像の形状の双方を有するサスペンション部１２６を含む。
【００３４】
図１３、１４、１５にそれぞれ示す蛇行するサスペンション部１１６、１２２、１２６は、それぞれ可動チャージ・プレート１１２、１２０、１２４の部分として提示されるが、蛇行するサスペンション部１１６、１２２、１２６は、柔軟な誘電体材料の一体化された部分にも適用することができることは理解されるであろう。柔軟な誘電体材料の一体化された部分は図１２に示す構造に対するものである。
【００３５】
代案となる実施形態において、柔軟な誘電体のサスペンション部を構成する蛇行する形態は、マルチ・チャンネルのオープン形状を作るために、可動チャージ・プレートの平坦部にわたって延長する連続的な蛇行する構造とすることができる。したがって、図１２が連続した蛇行する構造を示すことができる場合、それは１つの端部１１０で開始することができ、１つのサスペンション部１０８として連続し、平坦部１０６として連続し、それぞれ他のサスペンション部１０８および端部１１０として終了する。
【００３６】
異なる柔軟性の程度は、チャージ・プレートの材料にせよ柔軟な誘電体の材料にせよ、使用される特定の材料によって、および、蛇行する構造の寸法によって達成される。例えば、可動チャージ・プレート１１２のサスペンション部１１６は、可動チャージ・プレート１１２の長さ９２および／または幅１３２に関連させることもできる厚さ１２８および振幅１３０を有する。同様に、可動チャージ・プレート１２０のサスペンション部１２２は、可動チャージ・プレート１２０の長さ９２および／または幅１３２に関連させることもできる厚さ１２８および振幅１３０を有する。
【００３７】
図１６は、容量と静電作動の各機能が分離されている本発明の他の実施形態を示す。可変コンデンサ１３４は平坦部１３６および補強材８０を含む。サスペンション部などは示さないが、本明細書に述べるいずかの実施形態を含むことができる。固定チャージ・プレート１３８は基板１４０上で作動プレート１４２より上に上げておく。作動プレート１４２は下部基板１４４上に配置される。固定チャージ・プレート１３８と固定作動プレート１４２が実質的に同じ高さである構造を達成するためには、固定チャージ・プレート１３８の上昇は無視できるものにできるか、省くことができる。代案となるこの実施形態では、基板１４０と１４４は、同じ高さとし、単一のプロセス・ステップにおいて同じ材料の層から形成することができる。
【００３８】
可動チャージ・プレートの平坦部１３６は補強材８０に固着される。平坦部１３６および補強材８０はともに作動プレート１４２によって作動させられ、所望の容量のための好ましい分離距離１４６を確立する。作動プレート１４２は起電力を使用して、可動チャージ・プレートの平坦部１３６を再び所望の分離距離１４６に置く。
【００３９】
図１７は、図１６に示す実施形態と同様の本発明の他の実施形態を示す。可変コンデンサ１４８は、可動チャージ・プレート１５０が可動作動プレート１５２で複数に分離されているという追加の部分を有する。この実施形態によれば、好ましい容量の確立は固定作動プレート１４２と可動作動プレート１５２との間に起電力が印加された場合に行うことができる。この作動方式は、固定チャージ・プレート１３８と可動チャージ・プレート１５０との間に確立される容量に対する影響を低減する。したがって、確立された所望の容量は分離距離１４６にさらに直接に関連させることができる。
【００４０】
図１８は、容量と静電作動の各機能が分離される本発明のさらに他の実施形態を示す。固定チャージ・プレート１５４は基板１５６上で作動プレート１５８より上に上げることができる。作動プレート１５８は下部基板１６０上に配置される。固定チャージ・プレート１５４の上昇は固定チャージ・プレート１５４と固定作動プレート１５８が実質的に同じ高さである構造を達成するためには無視できるか、または、省くことができる。代案となるその実施形態について、基板１５６と１６０は同じ高さとすることができ、単一のプロセスにおいて同じ材料の層から形成することができる。
【００４１】
可動チャージ・プレートの平坦部１３６は補強材８０に固着される。平坦部１３６と補強材８０がともに、所望の容量のための好ましい分離距離１４６を確立するために作動プレート１５８によって作動される。作動プレート１５８は起電力を使用して、可動チャージ・プレートの平坦部１３６を再び所望の分離距離１４６にする。
【００４２】
図１９は、可動チャージ・プレート１６２が可動作動プレート１６４から隔離されるようにした、図１８に示す実施形態と同様の本発明の他の実施形態を示す。この実施形態によれば、好ましい容量の確立は固定作動プレート１６６と可動作動プレート１６４との間に起電力が印加された場合に行うことができる。この作動方式は、固定チャージ・プレート１６８と可動チャージ・プレート１６２との間に確立される容量に対する影響を低減する。したがって、確立された所望の容量は分離距離１４６にさらに直接に関連させることができる。
【００４３】
図１６、１７、１８、１９に述べる実施形態において、可動チャージ・プレートのサスペンションは、柔軟なおよび／または誘電体の挟み込みを含む本開示において述べるサスペンション部の実施形態によって行うことができることが理解されるであろう。加えて、本発明のこの実施形態のために他のサスペンション方式も使用することができる。
【００４４】
前述の各実施形態において、サスペンション部７６、１０８、１１６、１２２、１２６は可動チャージ・プレートをサスペンションするための手段の例である。前述の各実施形態において、固定チャージ・プレート７０、１３８は可動チャージ・プレートを動かすための手段の例である。
【００４５】
可変コンデンサは、図２０に示す発明的方法１７０にしたがって作成される。図９に示すように基板６８にくぼみ１７２が形成される。くぼみ７２は単一のエッチングで形成することができ、または、ダマシン構造の一部とすることもできる。固定チャージ・プレート７０は、化学的気相成長（ＣＶＤ）または物理的期相成長（ＰＶＤ）などの堆積方法によってくぼみ１７２に形成される。図２０に示す本方法は、くぼみ、および、固定チャージ・プレートの形成がフロー・ブロック１７４に示すように同時であるとすることができる。可動チャージ・プレート７２は、プロセス・フロー・ブロック１７６に示すように、固定チャージ・プレート７０の上方に形成される。可動チャージ・プレート７２は、臨時の材料を使用してくぼみ１７２を充填するステップ、可動チャージ・プレート７２を堆積するステップ、および、くぼみ１７２に充填されていた臨時の充填物材料をウエット・エッチングするステップといった方法によって形成される。補強材８０は、フロー・ブロック１７８に示すように、可動チャージ・プレート７２の一部分上に形成される。可動チャージ・プレート７２の少なくとも一部のパターニングがくぼみ１７２の充填物材料の除去に先立つ場合、本明細書に述べる複数の導通孔または蛇行するサスペンション部分のいずれか１つのパターニングは、充填物材料の除去を促進する。本発明的方法によれば、柔軟な誘電体材料１０２は固定チャージ・プレートにわたって形成することができる１７８。
【００４６】
図１２に示す可変コンデンサ１００は、可変コンデンサ６６と同様の方法で形成される。可動チャージ・プレート１０４の形成に先立って、柔軟な誘電体層１０２が、プロセス・フロー・ブロック１７６に示すように、くぼみ１７２を形成するために除去される充填物材料上に形成される。柔軟な誘電体層１０２が形成された後、パターニングが、くぼみ１７２に配置される充填物材料の除去に先立ち、または、これの後に続くことができる。柔軟な誘電体層１０２のパターニングがくぼみ１７２内の充填物材料の除去に先立つ場合、本明細書に述べる蛇行するサスペンション部分のいずれか１つのパターニングは充填物材料の除去を促進する。
【００４７】
図１６に示す可変コンデンサ１３４は、くぼみ１７２内に下部基板１４４を形成するステップおよび下部基板１４４上に固定作動プレート１４２を形成するステップによって形成される。上昇された基板１４０は、くぼみ１７２の一部に堆積またはエッチングのいずれかによって形成される。本明細書に述べる実施形態に従う（図示しない）柔軟な誘電体層の形成の間に、固定チャージ・プレート１３８は上昇された基板１４０上に形成され、除去される充填物材料がくぼみ１７２を充填する。固定チャージ・プレート１３８および固定作動プレート１４２が同じ高さである場合、それらは同じ金属層からパターン形成することができる。可変コンデンサ１４８は、可動作動プレート１５２を形成するために可動チャージ・プレート１５０がパターン形成されるという付加的制限が加えられた同じ方法によって形成される。
【００４８】
図１８に示す可変コンデンサ１７８は、くぼみ１７２内に下部基板１６０を形成するステップ、および、下部基板１６０上に固定作動プレート１５８を形成するステップによって形成される。上昇された基板１５６は、くぼみ１７２の一部に堆積またはエッチングのいずれかによって形成される。本明細書に述べる実施形態に従う（図示しない）柔軟誘電体層の形成の間に、固定チャージ・プレート１５４は上昇された基板１５６上に形成され、除去される充填物材料がくぼみ１７２を充填する。固定チャージ・プレート１５４および固定作動プレート１５８が同じ高さである場合、それらは同じ金属層からパターン形成することができる。可変コンデンサ１８０は、可動作動プレート１６４を形成するために可動チャージ・プレート１６２がパターン形成されるという付加的制限が加えられた同じ方法によって形成される。
【００４９】
本発明には際立った長所がある。１つの長所は、従来技術では達成不可能であった調整範囲が達成されることである。本明細書に開示される補強材の存在により、可動チャージ・プレートと固定チャージ・プレートとの間の臨界隙間が、従来技術において可能となっていたものより小さくできる。結果的に、可変コンデンサの調整範囲は１００％を超えるとすることができる。無線技術に適用されると、非限定的な例示において、本発明の可変コンデンサは、無線デバイスを９００ＭＨｚ、１．９ＧＨｚ、および、２．４ＧＨｚなどのマルチ・バンドで動作させることができる。したがって、トランシーバの設計は、様々な周波数に対して同じ可変コンデンサを使用できるように変更することができる。
【００５０】
他の長所は、好ましい容量の確立および制御がより予測可能となり、したがって、より高信頼となることである。補強材および部分除去サスペンション体の存在は、従来技術の可変コンデンサの端部の付近の変化しない容量を有意に低減する。さらに、本明細書に開示するように、作動と容量の分離がさらに大きな制御を可能にしている。
【００５１】
可変コンデンサのための蛇行するサスペンション体に加えて、ＭＥＭＳスイッチのための蛇行するサスペンション体も本明細書に述べるように採用することができる。
【００５２】
当業者には、付属の特許請求の範囲において表される本発明の原理および範囲から逸脱することなく、本発明の特性を説明するために述べられ、示された部分および方法段階の詳細、材料、および、配列における様々な他の改変を行えることがすぐに理解される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
基本的構成要素を示す回路の模式図である。
【図２ａ】
本発明の１つの実施形態によるＭＥＭＳコンデンサの断面図である。
【図２ｂ】
本発明の１つの実施形態によるＭＥＭＳコンデンサの断面図である。
【図３ａ】
本発明によるＭＥＭＳスイッチの断面図である。
【図３ｂ】
本発明によるＭＥＭＳスイッチの断面図である。
【図４】
発明的ステップ・コンデンサを示す回路区画の模式図である。
【図５】
スイッチ回路にかかる電圧の関数としてのステップ容量のプロット図である。
【図６】
本発明の１つの実施形態によるステップ状になった可変ＭＥＭＳコンデンサの模式図である。
【図７】
本発明の１つの実施形態によるステップ状になった可変ＭＥＭＳコンデンサの模式図である。
【図８】
本発明の１つの実施形態によるステップ状になった可変ＭＥＭＳコンデンサの模式図である。
【図９】
本発明による可変コンデンサの断面図である。
【図１０】
ＭＥＭＳデバイスの相対的な反りを示すための可変コンデンサの拡大断面図である。
【図１１】
図９に示す可変コンデンサの頂面切開図である。
【図１２】
可変コンデンサの他の実施形態の断面図である。
【図１３】
図９に示す可変コンデンサの代案となる実施形態の平面図である。
【図１４】
図９に示す可変コンデンサの代案となる実施形態の平面図である。
【図１５】
図９に示す可変コンデンサの代案となる実施形態の平面図である。
【図１６】
可変コンデンサの他の実施形態の断面図である。
【図１７】
図１６に示す可変コンデンサの代案となる実施形態の断面図である。
【図１８】
可変コンデンサの他の実施形態の断面図である。
【図１９】
図１８に示す可変コンデンサの代案となる実施形態の断面図である。
【図２０】
発明的方法を示すプロセスのフロー図である。
【図５】
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【図２０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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