CN102034648B - 开关装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及开关结构和方法，具体而言，提供了一种装置，例如开关结构(100)，其包括触头(102)和构造成可在第一位置和第二位置之间变形的导电元件(104)，在第一位置上，导电元件与触头分开，而在第二位置上，导电元件接触触头。导电元件基本可由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成。例如，金属材料可构造成在经受金属材料的屈服强度的至少约25％的应力和低于或等于金属材料的熔化温度的约一半的温度时展现小于10-13s-1的最大的稳态塑性应变率。触头和导电元件可为微机电装置或纳机电装置的一部分。还提供了相关联的方法。

Description

开关装置
技术领域
本发明的实施例一般涉及用于切换电流的装置，且更具体地涉及微机电开关装置。
背景技术
断路器是设计成保护电气设备不受电路中的故障导致的损害的影响的电气装置。传统上，许多常规的断路器包括大体积(宏)机电开关。不幸的是，这些常规的断路器尺寸较大，且可必须使用较大的力来促动切换机构。另外，这些断路器的开关一般以相对低的速度操作。此外，这些断路器可构造起来复杂，并且从而制造昂贵。另外，当常规断路器中的切换机构的触头在物理上分开时，有时可在触头之间形成电弧，该电弧允许电流继续流过开关，直到电路中的电流停止为止。而且，与电弧相关联的能量可严重地损害触头，以及/或者对人员造成烧伤危险。
作为慢机电开关的备选方案，相对快速的固态开关已经用于高速切换应用中。这些固态开关通过电压或偏压的受控制的应用来在导电(conducting)状态和非导电(non-conducting)状态之间切换。但是，因为当固态开关切换到非导电状态中时，它们不在触头之间产生物理间隙，所以当名义上不导电时，它们会经受泄漏电流。此外，由于内部阻抗的原因，在导电状态中操作的固态开关会经受电压降。电压降和泄漏电流两者在正常的操作环境下会促成功率耗散和过热的产生，这对开关性能和寿命可能是有害的。而且，至少部分由于与固态开关相关联的固有泄漏电流的原因，固态开关不可能在断路器应用中使用。
基于微机电系统(MEMS)的切换装置可对以上针对某些电流切换应用所描述的宏机电开关和固态开关提供有用的备选方案。基于MEMS的开关往往在设置成传导电流时具有低电阻，且在设置成中断通过其中的电流时具有低的(或没有)泄漏。另外，期望基于MEMS的开关比宏机电开关展现更快的响应时间。
发明内容
在第一个方面，提供了一种诸如开关结构的装置。该装置包括触头和构造成可在第一位置和第二位置之间变形的导电元件，在第一位置上，导电元件与触头分开，而在第二位置上，导电元件接触触头，并且有可能与该触头建立电连通。例如，导电元件可包括悬臂、两端固定梁(fixed-fixed beam)、扭转元件和/或隔膜。导电元件还可包括电极，该电极构造成被充电以便施加构造成将导电元件推向第二位置的静电力。
具体地，本申请提供一种开关装置，包括触头；以及基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的导电元件，所述导电元件构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在所述第一位置上，所述导电元件与所述触头分开，而在所述第二位置上，所述导电元件接触所述触头，其中，所述金属材料构造成在经受所述金属材料的屈服强度的至少25%的应力和低于或等于所述金属材料的熔化温度的一半的温度时展现小于10-12s-1的最大的稳态塑性应变率。
本申请还提供一种开关装置，包括触头；以及导电元件，其基本由至少镍和钨的合金形成，并且构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在所述第一位置上，所述导电元件与所述触头分开，而在所述第二位置上，所述导电元件接触所述触头，其中，所述至少镍和钨的合金构造成在经受所述合金的屈服强度的至少25%的应力和低于或等于所述至少镍和钨的合金的熔化温度的约一半的温度时展现小于10-12s-1的最大的稳态塑性应变率。
触头和导电元件(以及电极)可为微机电装置或纳机电装置的一部分。例如，导电元件具有大于或等于约103m-1的表面积对体积比率。触头和导电元件中的各个可设置在基底上，该基底可包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
导电元件可构造成在变形期间将足够的能量存储到其中，以促使导电元件在没有外力的情况下呈现第一位置。另外，导电元件可构造成当导电元件基本占据第一位置时，与触头分开变化小于约40%的间距，并且由施加的力推向第二位置，并且在没有施加的力的情况下，基本返回到第一位置。在一些实施例中，导电元件可构造成在占据第二位置时，经历至少约100MPa的应力达至少约10000秒的累计时间。
导电元件基本可由构造成在例如高于约40℃的温度下抑制取决于时间的变形的金属材料形成。例如，金属材料可构造成在经历金属材料的屈服强度的至少约25%的应力和低于或等于金属材料的熔化温度约一半的温度时，展现小于10-12s-1的最大程度的稳态塑性应变率。在一些实施例中，金属材料可包括至少镍和钨的合金，例如，包含至少65原子百分比的镍和至少1原子百分比的钨的合金。镍和钨的合金可具有小于或等于约1μm的平均晶粒度(grain size)。在其它实施例中，金属材料可包括非晶态金属。在又另外的实施例中，金属材料可具有至少700℃的熔化温度。在再其它的实施例中，金属材料可为无磁性的。
装置还可包括具有在不同电势处的第一侧和第二侧的电路。触头和导电元件可分别连接到电路的第一侧和第二侧中的一个和另一个上，从而使得导电元件在第一位置和第二位置之间的变形起这样的作用：例如在低于金属材料的熔化温度的30%的环境温度下传递和中断通过其中的电流。第一侧可包括构造成供应带有至少1mA的幅度和小于或等于约1kHz的振荡频率的电流的功率源。在一些实施例中，装置可包括基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的第二导电元件。第二导电元件可构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在第一位置上，导电元件与第二触头分开，而在第二位置上，导电元件接触第二触头。导电元件和第二导电元件可作为设置在基底上的电路的一部分串联和并联排列。
在另一方面，提供了一种方法，包括提供基底，以及在基底上形成触头。导电元件可形成于基底上，导电元件基本由至少镍和钨的合金形成(例如通过电镀)，并且构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在第一位置上，导电元件与触头分开，而在第二位置上，导电元件接触触头。电极也可形成于基底上，电极构造成建立足够将导电元件推到第二位置中的静电力。然后可使导电元件暴露于至少300℃的温度。另外，触头和导电元件可封闭在基底和保护盖之间。
触头和导电元件可分别连接到电路的相对的侧上，当相对的侧脱开时，相对的侧处在不同的电势处。导电元件可选择性地在第一位置和第二位置之间变形，以便分别传递和中断通过其中的电流，例如，带有至少1mA的幅度和小于或等于约1kHz的振荡频率的电流。在一些实施例中，导电元件可选择性地在至少40℃且低于250℃的使用温度下变形，以便分别传递和中断通过其中的电流。在一些实施例中，在使导电元件在第一位置和第二位置之间选择性地变形以便分别传递和中断通过其中的电流之前，导电元件可暴露于高于使用温度的过程温度(process temperature)。
附图说明
在参照附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和其它特征、方面及优点，在附图中，相同标号在整个图中表示相同部件，其中：
图1是根据一个实例实施例构造的开关结构的示意性透视图；
图2是图1的开关结构的示意性侧视图；
图3是图1的开关结构的示意性分裂的(fragmentary)透视图；
图4是处于打开位置上的图1的开关结构的示意性侧视图；
图5是处于闭合位置上的图1的开关结构的示意性侧视图；以及
图6A-E是表示用于制造根据一个实例实施例构造的开关结构的过程的示意性侧视图。
部件列表
100  开关结构
102  触头
104  悬臂梁
106  锚定件(anchor)
108  基底
110  电极
112  门电压源
114  电路
116  第一侧
118  第二侧
120  功率源
122  电气负载
202  触头
204  梁
208  基底
210  电极
230  二氧化硅
232  粘附层
234  晶种层(seed layer)
236  金属层
238  光刻胶(Photoresist)
具体实施方式
下面参照附图对本发明的实例实施例进行详细描述，在附图中，相同参考标号在所有图中表示相同部件。这些实施例中的一些可处理上述和其它需要。
参看图1-3，其中显示了根据一个实例实施例构造的开关结构100的多个示意图。开关结构100可包括触头102，该触头102例如可为至少部分由导电材料(例如金属)形成的衬垫(pad)。开关结构100还可包括至少部分由导电材料(例如金属)形成的导电元件，例如悬臂梁104。在一些实施例中，导电元件还可包括其它特征，诸如例如，梁104和/或触头衬垫上的保护性(以及可能是非导电性的)涂层，例如，该涂层设置在意在接触触头102的梁的一部分上(在下面进一步论述)。梁104可由锚定件106支承，该锚定件106可与梁结合，并且可起将梁连接到下面的支承结构(例如基底108)上的作用。触头102也可由基底108支承。
将触头102和梁104设置在基底108上可有利于通过传统的微细加工技术(例如，电镀、汽相淀积、光刻法、湿法和/或干法蚀刻等)来生产开关结构100。沿着这些线路，开关结构100可组成微机电或纳机电装置或微机电系统(MEMS)的一部分。例如，触头102和梁104可具有大约几个或几十微米和/或纳米的尺寸。在一个实施例中，梁104可具有大于或等于108m-1的表面积对体积比率，而在另一个实施例中，该比率可更接近103m-1。涉及用于制造开关结构100的可行的方法的细节将在下面进行进一步论述。
基底108还可包括或支承传统的半导体装置和/或构件诸如例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFETs)和用来提供到其上和在其间的电连接的图案化的(patterned)导电层(未显示)。这种图案化的导电层还可提供到触头102和梁104的电连接(例如通过锚定件106到后者的连接)，在图1和2中示意性地显示了这些连接，并且在下面对其进行描述。像开关结构100的特征一样，可使用传统的微细加工技术来加工半导体装置和导电层。在一个实施例中，基底108可为已经处理成以便包括一个或多个MOSFET的半导体晶片，其中，开关结构100和其它电路形成于晶片的表面上。开关结构100可设置在MOSFETs中的一个之上(例如，垂直于晶片的表面的线将与MOSFET和开关结构两者相交)，并且可与MOSFET一起操作(在下面进一步论述)。
参看图1-5，梁104可构造成可选择性地在第一非接触位置或“打开”位置(例如图4)和第二接触位置或“闭合”位置(例如图5)之间运动，在第一非接触位置或“打开”位置上，梁与触头102分开间距d，在第二接触位置或“闭合”位置上，梁接触触头，并且与触头建立电连通。例如，梁104可构造成当在接触位置和非接触位置之间运动时经历变形，从而使得梁在自然状态下设置(即在缺少外部施加的力的情况下)在非接触位置上，并且可变形成以便占据接触位置，同时将机械能存储在其中。在其它实施例中，梁104的无形变构造可为接触位置。
开关结构100还可包括电极110。当电极110恰当地充电，使得电极和梁104之间存在势差时，静电力将起将梁拉向电极(且还拉向触头102)的作用。通过恰当地选择待施加给电极110的电压，可通过所产生的足以使梁从非接触(即打开或非导电)位置运动到接触(即闭合或导电)位置的静电力使梁104变形。因此，电极110可相对于开关结构100起“门”的作用，其中，施加给电极的电压(称为“门电压”)起控制开关结构的打开/闭合的作用。电极110可与门电压源112连通，该门电压源可将选择性门电压VG施加给电极。
触头102和梁104可充当电路114的一部分。例如，电路114可具有第一侧116和第二侧118，当彼此脱开时，第一侧116和第二侧118相对于彼此在不同的电势处(因为其中仅一侧连接到功率源120上)。触头102和梁104可分别连接到电路114的侧部116、118中的任何一个上，从而使得梁在第一位置和第二位置之间的变形起分别传递和中断通过其中的电流的作用。梁104可以一定频率(均匀或不均匀的)重复地运动成与触头102接触和不接触，频率由其内使用了开关结构100的应用确定。当触头102和梁104彼此分开时，触头和梁之间将存在势差和电压差，而且这个电压差称为“关态电压(stand-offvoltage)”。
在一个实施例中，梁104可与功率源120连通(例如通过锚定件106)，并且触头102可与呈现例如负载阻抗RL的电气负载122连通。功率源120可在不同的时间操作为电压源和电流源。因而，梁104可充当电气开关，从而允许当梁在接触位置中时，负载电流(例如带有大于或等于约1mA的幅度和小于或等于约1kHz的振荡频率)自功率源120起流过梁和触头102且流到电气负载122，而否则当梁在非接触位置上时，中断电气路径，并且抑制电流从功率源流到负载。以上指出的电流和切换频率可用于相对较高的功率分配应用中。在其它实施例中，例如在这样的应用中(即，在其中，开关结构100将用于发送信号的环境(signaling context)(通常在相对较低的功率下操作)，功率源120可提供具有100mA或更小(以及低到1μΑ的范围)的幅度且带有大于1kHz的振荡频率的电流。
上述开关结构100可用作包括其它开关结构(无论在设计上类似的还是不同的)的电路的一部分，以便增大整个电路的电流和电压容量。例如，开关结构可串联和并联排列，以便在开关结构打开时有利于关态电压的均匀分配，以及在开关结构闭合时有利于电流的均匀分配。
在开关结构100的操作期间，梁104可经受促使梁在第一位置和第二位置(即与触头102接触和不接触)之间变形的外部施加的力，例如上文所述由电极110产生的静电力。在从室温到40℃或高于40℃(但是通常低于基本形成梁的(多种)材料的熔化温度的50%或甚至30%)的环境温度(使用温度)下，可施加这些力，并且开关结构100可操作。另外，对于在其中期望开关结构100拥有大约几年的有用的寿命的应用(例如，相对较高的功率分配应用)而言，梁104可保持与触头102接触至少104秒的累计时间，并且在一些情况下接触多于106秒或者甚至108秒。更进一步，当变形成以便接触触头102时，梁104可经历相对高的应力，应力的幅度取决于开关结构100的几何形状和基本形成梁的材料。
作为以上的一个实例，开关结构100可包括由镍(Ni)－12原子百分比的钨(W)(nickel(Ni)-12atomic percent tungsten(W))形成的悬臂梁104，长度L为约100μm，纵横比(长度L比厚度t)为约25比1，距触头102的间距d为约5μm，其中，触头与梁的自由端相对地定位，并且与梁重叠达距离Lo。对于这种几何形状而言，当梁变形成以便接触触头102时，梁104和/或锚定件106的大部分中可存在大于100MPa以及差不多600MPa或更大的应力。如之前所提到的那样，在一些应用中，梁104和/或锚定件106可能需要承受这个应力达在使用状态下为差不多104秒或大于104秒的时间而不失效。期望这些应力与可存在于应力集中区域周围(例如在几何形状不规则处和表面不平处周围)的高度局部化且通常是瞬时的应力分开。
为了恰当地操作包括悬臂梁(或其它可变形的接触结构)和相关联的触头的开关结构(例如开关结构100)，通常意在，梁如由促使梁接触触头的外力的存在或不存在(例如，与电极110相关联的门电压和对应的静电力的存在或不存在)规定的那样呈现接触位置或非接触位置。但是，许多研究人员已经观察到，包括金属的微米级悬臂梁(或其它可变形的接触结构)的开关结构往往会发生故障，从而使得开关结构的行为不是所预期的那样。这些故障一般是由于与表面粘附有关的问题造成的。具体而言，考虑到微米级梁(或其它可变形的接触结构)中存在大的表面积对体积比率，与消除自由表面(在其中，梁接触相关联的触头衬垫)相关联的能量减少相对于在变形期间存储在梁中的机械能而言可为不是微不足道的或者甚至更高。因而，理论证明，悬臂梁和相关联的触头在外力去掉(其在其它情况下促使悬臂梁和相关联的触头接触)之后还保持粘附，因为梁的内部应变能不足以使梁与触头分开。
与主流理论相反，申请人已经观察到，包括金属的小型悬臂梁的开关结构的失效通常不是由于梁和相关联的接触的粘附引起的，而是主要是由于梁的无变形的构造的变化引起的。也就是说，当施加外力促使梁与相关联的触头接触时，梁会经历取决于时间的塑性变形，也称为“蠕变”。与取决于时间的塑性变形结合，在一些情况下已经观察到梁响应于重复加载而经历疲劳。疲劳看来随着取决于时间的塑性变形而变化，从而疲劳最大程度地沿着梁和锚定件发生在应力集中部位处。
当梁经历取决于时间的塑性变形时，梁的无变形构造(即梁在不存在外部载荷时所呈现的形状)从带有设置在非接触位置上的梁的构造朝向其中梁设置在接触位置上的构造运动。类似地，最初与处于接触位置时的梁相关联机械应变能减小，在一些情况下减小到将近零。最后，由于梁和相关联的触头之间的粘附的原因(但是此失效机理是次要的)，并且由于与在接触位置上的梁相关联的机构应变能的减少的原因，开关结构可失效。与开关结构相关联的取决于时间的塑性变形令人惊讶，因为这些装置通常在低于形成梁的金属材料的熔化温度的50%或者甚至30%的环境温度下操作。
鉴于申请人的发现，例如在从室温到40℃或高于40℃并且小于基本形成梁的材料的熔化温度(或者，如果梁由多种独立的金属材料形成，则是与构成梁的主要部分的金属中的一种相关联的最小熔化温度)的50%的温度下，梁104基本可由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成。另外，金属材料可具有至少700℃的熔化温度。构造成抑制取决于时间的变形的材料(“抗蠕变材料”)为例如在经受持续的载荷/应力时展现相对小的稳态塑性应变率的材料。注意，构成“小”塑性应变率的因素可取决于在其中可能发生蠕变的环境。为了本申请的目的，抗蠕变材料一般是这样的材料：对于达材料的屈服强度的约25%的应力和低于蠕变材料的熔化温度的一半的温度而言，该材料的稳态塑性应变率小于或等于约10-12s-1。另外，可认为梁104是“基本由”这样的金属材料组成，即，该金属材料构造成在梁的机械行为一般或主要由组分金属材料的机械行为确定时抑制取决于时间的变形。
当在低于材料的熔化温度的约一半至三分之一的温度下使用时，各种各样的化学复合物(chemical compound)可充当抗蠕变金属材料，而且可以各种各样的方式来合成这些材料，以便产生各种各样的可操作的微结构。例如，由于熔化温度的升高可产生抗蠕变性，对于给定的操作条件而言，熔化温度的升高将减缓基于扩散的恢复过程。备选地，抗蠕变性可为微结构处理的结果。例如，结晶材料可形成为带有小晶粒度，从而限制与位错运动有关的蠕变。备选地，可将添加剂添加到材料中，添加剂可溶解在晶格中，从而导致固溶强化(solid solutionstrengthening)，以及/或者添加剂例如可通过在晶界处和/或晶格内沉淀出来而形成另一种相。添加剂可充当用来阻碍位错运动、抑制扩散的离散颗粒，以及/或者充当用于晶格中的空隙的陷阱(trap)。在一些实施例中，氧化物和/或碳化物可用作添加剂。一般而言，抗蠕变材料的实例可包括超级合金(superalloy)，包括基于镍和/或基于钴(Co)的超级合金、Ni－W合金、Ni－锰(Mn)合金、包含少量Ni和/或Co的金(“硬金”)、W、金属间化合物、带有细晶粒的材料、经受固溶强化和/或第二相强化的材料，以及具有其中抑制塑性变形的晶体结构(例如六角形结构)的材料，或者带有低的堆垛层错能量的材料。
申请人已经观察到，通过基本由具有相对高的熔化温度的抗蠕变材料形成梁104，可避免使用期间的显著的蠕变，从而使得梁和触头102之间的间距d可在达1年以及在一些情况下超过20年(一些应用的要求)的使用时间里保持适当恒定，例如在其初始值的20-40%内。换句话说，对于其中梁104由施加的力以自非接触位置(在其中，梁与触头102隔开距离d)起且朝向接触位置的方式推动并且然后去除施加的力的各个实例而言，梁基本将返回到非接触位置，从而使得梁与触头分开距离d，其中d的值变化小于40%，以及在一些情况下变化小于20%。
金属的抗蠕变材料可包括至少Ni和W的合金。申请人已经发现，包括至少65原子百分比的Ni和至少1原子百分比的W的合金往往展现合金的增强的抗蠕变性。申请人已经观察到展现这种抗蠕变性的合金的一个具体实例是Ni－4原子百分比W。但是，如上所述，期望主要包含Ni和少至约1原子百分比的W的合金显示改进的抗蠕变性，抑制蠕变的程度将与W含量成比例。
Ni和W的合金可(例如，当在直流电情况下进行电镀时)具有小于或等于约1μm的平均晶粒度，而且在一些情况低至至大约10nm的大小。例如，可例如在直流电的情况下对96原子百分比的Ni和4原子百分比的W的合金进行电镀，以产生具有约10-100nm的平均晶粒度的Ni－W材料膜。Ni－W膜随后可暴露于升高的温度，例如在300-450℃处退火30分钟，以便进一步增强材料的抗蠕变性。一般而言，申请人已经发现，使Ni－W膜在相对低的温度(但是该温度比在使用状态期间将经历的温度(对于较高的功率分配应用而言，该温度往往低于或等于约250℃)更高)下退火起限制由退火的Ni－W膜形成的结构所经历的取决于时间的变形的程度的作用。
如上所述，与基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的上述开关结构100的生产相关联的过程温度是适度的，通常低于450℃。这与由硅形成的导体所需的温度相反，当采用传统的掺杂步骤时，该温度通常高于900℃。与开关结构100相关联的较低的处理温度可有利于开关结构与温度敏感的构件(例如诸如MOSFET)的结合。
金属的抗蠕变材料可包括非晶态金属。非晶态金属的实例包括至少Ni、W以及铁(Fe)的合金，其中，合金包含大于或等于约80原子百分比的Ni、在约1和20原子百分比之间的W，以及小于或等于约1原子百分比的Fe。这些材料的特征在于它们缺乏长程原子序(long-range atomic order)，并且一般认为这些材料相对抗塑性变形。通过混合通常带有各种各样的原子大小的许多不同的元素从而使得组分原子在从液态冷却的期间本身不能协调成均衡的晶态，形成许多非晶态合金。非晶态金属的其它实例包括但不限于55原子百分比的钯(Pd)、22.5原子百分比的铅，以及22.5原子百分比的锑；41.2原子百分比的锆(Zr)、13.8原子百分比的钛(Ti)、12.5原子百分比的铜(Cu)、10原子百分比的Ni，以及22.5原子百分比的铍；以及基于Zr、Pd、Fe、Ti、Cu或镁的非晶态合金。
金属的抗蠕变材料可为无磁性的。例如，梁104可由铝、铂、银和/或Cu形成。由无磁性的材料形成梁104可有利于在期望开关结构在存在强磁场的情况下操作的环境中(例如在磁共振成像应用中)使用开关结构100。
如以上提到的那样，可使用传统的微细加工技术在基底上加工上述开关结构，例如图1的开关结构100。例如，参看图6A-E，在其中显示了用于生产根据实例实施例构造的开关结构的加工过程的示意图。首先，基底208可设有设置在其上的电极210和触头202。然后可通过例如汽相淀积来使二氧化硅230淀积，并且使其图案化，以便封装电极210和触头202(图6A)。然后可通过电镀使薄的粘附层232(例如钛)、晶种层234(例如金)以及金属层236(例如Ni－4原子百分比W)淀积(图6B)。然后可使用传统的光刻法来施加光刻胶238，并且使其图案化(图6C)，在此之后，可对金属层236、晶种层234以及粘附层232进行蚀刻，以形成梁204，并且随后去除光刻胶(图6D)。最后，可去除支承梁204且封装电极210和触头202的二氧化硅230。之后，梁204还可在例如约300-450℃的温度下由保护性盖封闭。
虽然已经在本文中对本发明的仅某些特征进行了描述和说明，但是本领域技术人员将想到许多修改和变化。例如，虽然图1的开关结构100的导电元件已经由悬臂梁例示，但是其它可变形的触头结构也是可行的，包括例如两端固定梁、扭转元件和/或隔膜。另外，虽然以上描述包括具有构造成抑制取决于时间的变形的整体式金属层的梁，但是其它实施例可包括基本由多个金属材料层形成的梁，其中，各个(大部分)层构造成抑制取决于时间的变形。因此，要理解的是，权利要求意在覆盖落在本发明的真实精神内的所有这些修改和变化。

Claims (40)

1.一种开关装置，包括
触头；以及
基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的导电元件，所述导电元件构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在所述第一位置上，所述导电元件与所述触头分开，而在所述第二位置上，所述导电元件接触所述触头，其中，所述金属材料构造成在经受所述金属材料的屈服强度的至少25%的应力和低于或等于所述金属材料的熔化温度的一半的温度时展现小于10-12s-1的最大的稳态塑性应变率。
2.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，当在所述第二位置上时，所述导电元件与所述触头建立电连通。
3.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件包括选自悬臂、两端固定梁、扭转元件以及隔膜组成的组的结构。
4.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括电极，所述电极构造成被充电以便施加构造成将所述导电元件推向所述第二位置的静电力。
5.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述触头和所述导电元件是微机电装置或纳机电装置的一部分。
6.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件具有大于或等于103m-1的表面积对体积比率。
7.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在变形期间将足够的能量存储到其中，以促使所述导电元件在没有外力的情况下呈现所述第一位置。
8.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述金属材料包括非晶态金属。
9.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述金属材料具有至少700℃的熔化温度。
10.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述金属材料构造成在高于40℃的温度下抑制取决于时间的变形。
11.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述金属材料为无磁性的。
12.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成当所述导电元件基本占据所述第一位置时，与所述触头分开变化小于40%的间距，并且由施加的力推向所述第二位置，并且在没有施加的力的情况下，基本返回到所述第一位置。
13.根据权利要求12所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在占据所述第二位置时，经历至少100MPa的应力达至少10000秒的累计时间。
14.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括基底，其中，所述触头和所述导电元件中的各个设置在所述基底上。
15.根据权利要求14所述的开关装置，其特征在于，所述基底包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
16.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述金属材料包括至少镍和钨的合金。
17.根据权利要求16所述的开关装置，其特征在于，所述镍和钨的合金包括至少65原子百分比的镍和至少1原子百分比的钨。
18.根据权利要求16所述的开关装置，其特征在于，所述镍和钨的合金具有小于或等于1μm的平均晶粒度。
19.根据权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括具有在不同电势处的第一侧和第二侧的电路，其中，所述触头和导电元件分别连接到所述电路的所述第一侧和所述第二侧中的一个和另一个上，从而使得所述导电元件在所述第一位置和所述第二位置之间的变形起分别传递和中断通过其中的电流的作用。
20.根据权利要求19所述的开关装置，其特征在于，所述第一侧包括构造成供应带有至少1mA的幅度和小于或等于1kHz的振荡频率的电流的功率源。
21.根据权利要求19所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的第二导电元件，所述第二导电元件构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在第一位置上，所述导电元件与第二触头分开，而在第二位置上，所述导电元件接触所述第二触头，其中，所述导电元件和所述第二导电元件作为设置在基底上的电路的一部分串联和并联排列。
22.根据权利要求19所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在所述第一位置和所述第二位置之间变形，以在低于所述金属材料的熔化温度的30%的环境温度下分别传递和中断通过其中的电流。
23.一种开关装置，包括
触头；以及
导电元件，其基本由至少镍和钨的合金形成，并且构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在所述第一位置上，所述导电元件与所述触头分开，而在所述第二位置上，所述导电元件接触所述触头，其中，所述至少镍和钨的合金构造成在经受所述合金的屈服强度的至少25%的应力和低于或等于所述至少镍和钨的合金的熔化温度的约一半的温度时展现小于10- 12s-1的最大的稳态塑性应变率。
24.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，当在所述第二位置上时，所述导电元件与所述触头建立电连通。
25.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件包括选自悬臂、两端固定梁、扭转元件以及隔膜组成的组的结构。
26.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括电极，所述电极构造成被充电以便施加构造成将所述导电元件推向所述第二位置的静电力。
27.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述触头和所述导电元件是微机电装置或纳机电装置的一部分。
28.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件具有大于或等于103m-1的表面积对体积比率。
29.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在变形期间将足够的能量存储到其中，以促使所述导电元件在没有外力的情况下呈现所述第一位置。
30.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述至少镍和钨的合金构造成在高于40℃的温度下抑制取决于时间的变形。
31.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述至少镍和钨的合金包括至少65原子百分比的镍和至少1原子百分比的钨。
32.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述至少镍和钨的合金具有小于或等于1μm的平均晶粒度。
33.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成当所述导电元件占据所述第一位置时，与所述触头分开变化小于40%的间距，并且由施加的力推向所述第二位置，并且在没有施加的力的情况下，基本返回到所述第一位置。
34.根据权利要求33所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在占据所述第二位置时，经历至少100MPa的应力达至少10000秒的累计时间。
35.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括基底，其中，所述触头和所述导电元件中的各个设置在所述基底上。
36.根据权利要求35所述的开关装置，其特征在于，所述基底包括金属氧化物半导体场效应晶体管。
37.根据权利要求23所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括具有在不同电势处的第一侧和第二侧的电路，其中，所述触头和导电元件分别连接到所述电路的所述第一侧和所述第二侧中的一个和另一个上，从而使得所述导电元件在所述第一位置和所述第二位置之间的变形起分别传递和中断通过其中的电流的作用。
38.根据权利要求37所述的开关装置，其特征在于，所述第一侧包括构造成供应带有至少1mA的幅度和小于或等于1kHz的振荡频率的电流的功率源。
39.根据权利要求37所述的开关装置，其特征在于，所述装置还包括基本由构造成抑制取决于时间的变形的金属材料形成的第二导电元件，所述第二导电元件构造成可在第一位置和第二位置之间变形，在所述第一位置上，所述导电元件与第二触头分开，而在第二位置上，所述导电元件接触所述第二触头，其中，所述导电元件和所述第二导电元件作为设置在基底上的电路的一部分串联和并联排列。
40.根据权利要求37所述的开关装置，其特征在于，所述导电元件构造成在所述第一位置和所述第二位置之间变形，以在低于所述至少镍和钨的合金的熔化温度的30%的环境温度下分别传递和中断通过其中的电流。
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