CN102362330B

CN102362330B - 具有柔性膜和改进型电致动装置的mems结构

Info

Publication number: CN102362330B
Application number: CN201080012592.9A
Authority: CN
Inventors: K·塞古尼; N·罗尔菲林
Original assignee: Delfmems SAS
Current assignee: Delfmems SAS
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2014-09-03
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: WO2010105827A1; CA2755052A1; KR20120006008A; JP2012521062A; CN102362330A; IL215099A0; IL215099A; AU2010225137A1; EP2230679B1; BRPI1006447A2; UA102728C2; EP2230679A1; JP5563057B2; SG173814A1; US20110315529A1; DK2230679T3; US8593239B2; AU2010225137B2; ES2388126T3; RU2011139816A

Abstract

一种MEMS结构包括：柔性膜(6)，具有限定纵向(X)的主纵轴(5a)；至少一个支柱(3、3’)，位于柔性膜(6)下面；电降低致动装置(7)，适用于使柔性膜(6)向下弯曲到向下强制状态；电升高致动装置(8)，适用于使柔性膜(6)向上弯曲到向上强制状态。电降低致动装置(7)或者电升高致动装置(8)包括在膜(6)的一部分下面延伸并且适用于在纵向(X)在所述至少一个支柱(3)的两侧上同时对膜(6)施加拉力的致动区(7c或8c)。

Description

具有柔性膜和改进型电致动装置的MEMS结构

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)技术领域，并且更具体地说，涉及一种具有柔性膜和用于弯曲所述膜的改进型电致动装置的新颖MEMS结构。该新颖MEMS结构可以用于各种应用中，并且特别是可以有利地用于例如制造MEMS开关(电阻接触开关或者电容接触开关)，更特别是射频(RF)开关，或者可以有利地用于例如制造光学MEMS结构，还被称为微光学机电系统(MOMES)。

现有技术

现在，微机电系统(MEMS)结构广泛用于制造RF开关(电阻接触开关或者电容接触开关)或者光学开关。更特别的是，这些MEMS结构可以用于电信系统，用于制造例如相控阵天线、移相器、可切换调谐部件等等。

MEMS结构通常包括可以在至少两个位置之间运动的微机械开关装置和适于产生作用于机械开关装置的力以使机械开关装置在它们的至少两个位置之间运动的电致动装置。

不同的致动技术可以用于实现MEMS结构的电致动装置。这些电致动装置可以是静电的、电磁的、压电的或者热电致动装置。然而，静电致动是迄今广泛使用的技术，因为它能实现较短的开关时间(通常不到200μs)并且实际上达到0功耗，并且与传统的CMOS处理流程完全技术兼容。此外，在RF MEMS开关设计中，不同的致动技术可以被结合(例如，静电电压支持器可以与热致动耦合)。

MEMS结构的微机械开关装置可以包括像例如可移动刚性杆的可移动刚性元件或者柔性膜。

例如，在美国专利2005/0001701中或者欧洲专利申请EP-A-1489639中描述了包括可移动刚性元件的MEMS结构。

然而，与使用可移动刚性开关元件相比，使用柔性膜可以有利地实现较短的开关时间。

柔性膜可以被固定(clamped)在基底的两端，以形成桥。下面的公布：美国专利申请2004/0050674、美国专利申请2004/0091203、欧洲专利申请EP-A-1343189、PCT专利申请WO-A-2004/076341中，描述了包括利用这种固定-固定式(clamped-clamped)柔性膜构成的开关元件的MEMS结构。

该柔性膜还可以仅在一端固定在基底上，以形成悬臂。例如美国专利5,638,946公开了包括由这种悬臂柔性膜构成的开关元件的MEMS结构。

柔性膜还可以自由支承在基底上，正如例如欧洲专利申请EP-A-1705676所公开的。有利的是，这种自由柔性膜承受比固定-固定式柔性膜或者悬臂膜小的机械应力，并因此有利地延长了MEMS结构的寿命。

在欧洲专利申请EP-A-1705676的图1和图2所示实施例中，柔性膜被自由支承在两个支柱上，并且适用于两种状态：向上强制状态(图2所示的)和静止状态(图1所示的)。为了将膜弯曲到其向上强制状态，MEMS结构包括适用于弯曲柔性膜的电升高致动装置，用于使膜的功能部分升高。在该特定实施例中，膜的功能部分是该膜位于两个支柱之间的部分。更特别的是，这些电升高致动装置由两个位于该膜下面、介于该膜的每端与最近支柱之间、并且当对该电极施加致动电压时适用于在膜的两端施加静电拉力的外部电极构成。在向上强制状态下，这些拉力与该支柱上的杠杆作用组合使得向上弯曲该膜。当该电极上的致动电压为0时，由于膜的韧性(stiffness)，膜返回图1的静止位置。

发明内容

需要有一种具有用于膜的至少两种强制状态的MEMS结构，即，一种MEMS结构，其中柔性膜可以具有向上强制状态和向下强制状态，并且如果需要还具有位于向上强制状态与向下强制状态中间的静止状态。

这种MEMS结构可以由例如欧洲专利申请的图1和2所示的实施例通过添加适用于向下弯曲该柔性膜以使膜的功能部分降低到低于膜的水平静止位置的电降低致动装置获得。这些电降低致动装置可以由例如位于膜的下面、在支承膜的两个支柱之间的附加内部电极构成。当对电极施加致动电压时，所述内部电极适用于对膜的功能部分施加静电拉力。

但是对于这样的两种强制状态的MEMS结构，为了能够使膜在向上强制状态与向下强制状态之间运动，而不发生故障，并且如果需要以高速运动，需要：

-使用韧性膜和大的膜变形，以获得该膜的机械恢复力，它足够大以便使膜弯回到其静止位置，

-采用高致动电压，因为处于其向上强制状态的膜与降低致动电极之间的，或者处于其向下强制状态的膜与升高致动电极之间的大间隙；此外，膜的韧性越大，致动电压就必须越高。

尤其是对于小型化制约和制造成本，致动电压的这种升高是有害的，因为特别是由于增加了DC/DC转换器产生能量消耗并且导致MEMS结构更加难以设计。

因此，本发明的目的是建议一种具有柔性膜的新颖MEMS结构，该柔性膜至少可以在向上强制状态与向下强制状态之间致动，并且为了在不损害MEMS结构的效率的情况下，降低致动电压和/或者膜的韧性而已经被改进。在本发明的范围内，该MEMS结构可以包括EP-A-1705675所描述类型的非锚定的(anchorless)且自由支承的柔性膜或者固定-固定式柔性膜或者柔性悬臂膜。

利用权利要求1所述的新颖MEMS结构，可以实现该目的。该新颖MEMS结构包括：

-柔性膜，具有限定纵向(X)的主纵轴；

-至少一个支柱，位于柔性膜下面；

-电降低致动装置，适用于使柔性膜向下弯曲到向下强制状态；

-电升高致动装置，适用于使柔性膜向上弯曲到向上强制状态，

并且其中电降低致动装置或者电升高致动装置包括在膜的一部分下面延伸并且适用于在纵向(X)在所述至少一个支柱(3)的两侧上同时对膜(6)施加拉力的致动区。

在纵向在该支柱的两侧上的电降低致动装置或者电升高致动装置的该延伸改善了膜从一种强制状态到另一种强制状态的致动。

在本发明范围内，该柔性膜在静止时可以被所述至少一个支柱支承，或者与所述至少一个支柱间隔开(即，在静止时不被所述至少一个支柱支承)。

附图说明

阅读了本发明的下列几个实施例的详细描述后，本发明的其他特征和优点更加显而易见。利用非穷举的非限制性例子，参考附图，进行该详细描述，附图中：

图1是本发明的电容性RF MEMS开关的剖视图(图4中的面I-I)，柔性膜处于其静止位置，

图2是图1的开关的剖视图，柔性膜处于其向下强制状态，

图3是图1的开关的剖视图，柔性膜处于其向上强制状态，

图4是图1至3的电容性RF MEMS开关的俯视图，

图4A、5至7是本发明的电容性RF MEMS开关的其他例子的俯视图，示出了膜区和致动区的其他适当几何结构，

图8至12是本发明的MEMS结构的其他例子的俯视图，示出了膜区和致动区的其他适当几何结构，

图13是本发明的改进型MEMS结构的俯视图和两个截面图。

具体实施方式

图1至4示出根据本发明优选实施例形成的电容性RF MEMS开关。然而，为了清楚起见，必须强调，本发明的范围并不局限于电容性RF MEMS开关，并且包括含有可以在向上强制状态与向下强制状态之间致动的柔性膜的任何MEMS结构。例如还可以为了制造电阻接触RF MEMS开关或者微光机电系统(MEMS)实施本发明。

图1至4所示的电容性RF MEMS开关具有一种现在要详细描述并且利用传统的表面微加工工艺技术可以制造的新颖结构。

参考图1至3，RF MEMS开关包括形成该开关的基底的晶片1(例如，由硅制成)。薄介质层2作为钝化层沉积在所述晶片1的表面上。在介质层2上，该开关包括：

-两个侧面支柱3、3’，它们在纵向X间隔开，每个支柱3、3’在图1的横向延伸(请参见图4-横向Y垂直于纵向X)，

-一个中心支柱4，在横向Y延伸，所述中心支柱4位于两个侧面支柱3、3’之间，并且优选地位于支柱3、3’之间的中心

对于电容性开关配置，与侧面支柱3和3’不同，中心支柱4的上表面被薄介质层5覆盖。

两个侧面支柱3，3’和中心支柱4形成共面波导(CPW)，这两个侧面支柱3、3’对应于地线。中心支柱4形成信号线，用于在共面波导(CPW)内传播RF电信号。在另一种变型中，RF信号线也可以利用微带波导实现。

侧面支柱3、3’和中心支柱4例如由诸如金或者金合金的金属制成。层2和5的介质材料可以是具有非常低电导率的任何材料，特别是聚合物。例如，介质层5可以由氮化硅、Ta₂O₅、AlN、Al₂O₃制成。

RF MEMS开关进一步包括由纵轴6a的薄柔性膜6构成的开关元件(图4)。所述柔性膜6位于支柱3、3’、4上方。膜6的纵轴6a平行于上述纵向X而垂直于上述横向Y。膜6的两端6b、6c未固定在基底1上，并因此该膜静止时被支柱3、3’自由支承(图1)。在图1的变型中，柔性膜6与中心支柱4间隔开，并由此静止时不被所述中心支柱4支承。

然而，在另一种变型中，柔性开关膜6静止时可以被中心支柱4支承。

柔性膜6由例如诸如铝、金或者任何导电合金制成。

图4示出膜6的几何结构的例子。膜6的其他适当几何结构示于图5至7，并且将在下面做详细描述。

参考图4的特定实施例，膜6包括被支柱3、3’支承并且基本上在两个侧面支柱3、3’之间延伸的主中心柔性部分60。在此，所述中心柔性部分60被称为膜6的“功能部分”，并且利用支柱3、3’上的杠杆作用，可以在纵向(即，在纵向X)被向上或者向下弯曲。功能部分60形成宽度I1、长度L1的矩形，并且包括两个更大宽度I2的矩形部分60a和60b。矩形部分60a位于侧面支柱3和中心支柱4之间，而矩形部分60b位于侧面支柱3’与中心支柱4之间。

膜6的功能部分60在两端伸出基本上为U形的两个延伸部61。在此，延伸部61都被称为膜6的“非功能部分”。这些“非功能部分”构成在固定-固定式或者悬臂MEMS结构中通常不出现的致动区。

膜6的每个非功能部分61都包括形成U形的底的中心非功能部分61a和两个侧面非功能部分61b。每个侧面非功能部分61b都形成长度L3(在纵向X测量的尺寸)和宽度为I3(在横向Y测量的尺寸)的矩形。在横向Y，U形非功能部分61的两个侧面非功能部分61b位于膜6的功能部分60的每侧。为了清楚起见，在图4上，阴影线示出膜6的四个侧面非功能部分61b。

当膜6处于图1的静止位置时，在纵向X，每个中心非功能部分61a都位于支柱3、3’外侧；在横向Y，膜6的每个侧面非功能部分61b都位于相应侧面支柱3或3’的外侧，并且在纵向X，在相应侧面支柱3或3’的两侧上延伸。此外，以膜6的每个侧面非功能部分61b是柔性的并且能够独立于该膜的主柔性功能部分60在纵向(即，纵向X)被弯曲的方式，空间62被设置在膜6的主柔性功能部分60与每个侧面非功能部分61b之间。

正如欧洲专利申请1705676已经描述的那样，MEMS开关还优选包括设置在每个侧面支柱3、3’上方并且形成膜6的中心部分60通过其被自由定位的通道的挡块3a(在EP1705676中被称为“桥部分”)。这些挡块仅在图1中示出，并且为了清楚起见，在图2和3中未示出。这些挡块用于使膜6保持在侧面支柱3和3’上，而在正常使用开关期间，不妨碍膜6相对于侧面支柱3自由运动。这些挡块可以由任何其他等效装置代替。

RF MEMS开关进一步包括：静电降低致动装置7，用于在纵向将膜6向下弯曲到图3的向下强制状态；以及静电升高致动装置8，用于在纵向将膜6向上弯曲到图2的向上强制状态。

静电降低致动装置7由两个位于膜6的功能部分60下面的内部电极7a、7b形成。内部电极7a在侧面支柱3与中心支柱4之间延伸。内部电极7b在中心支柱4与侧面支柱3’之间延伸。更具体地说，参考图4，两个内部电极7a、7b限定两个内部降低致动区7c(利用虚线表示)。当膜6处于静止时(图1和图4)，每个内部降低致动区7c都位于膜6的功能部分60的矩形部分60a、60b的下面。

静电升高致动装置8由两个基本上与膜6的非功能部分61具有相同U形的外部电极8a、8b形成。参考图4，两个外部电极8a、8b限定两个升高致动区8c(利用虚线表示)。当膜6处于静止时(图1和图4)，每个升高致动区8c都位于膜6的非功能部分61的下面。更具体地说，每个升高致动区8c都包括位于该膜的侧面非功能部分61b的下面并因此而在纵向X在侧面支柱3或3’的两侧延伸的侧面部分。

当该开关是RF电容性开关时，每个电极7a、7b、8a、8b的上表面都被介质层9覆盖(图1)，以避免在膜6与各电极之间发生电阻接触。介质层9可以由氮化硅、Ta₂O₅、AlN、Al₂O₃制成。这样介质层9可以被能够避免膜6与这些电极之间的电阻接触的任何其他等效装置代替。在另一种变型中，介质层9可以被消除；在这种变型中，MEMS开关包括用于防止膜接触致动电极7a、7b、8a、8b的对接装置。

静止状态

当未对电极7a、7b、8a和8b施加致动电压时，开关的膜6处于图1所示的静止位置(静止状态)。在该静止状态，膜6基本上是平面的，并且被支柱3、3’支承，膜6与基底1之间存在预定间隙g。在另一种变型中，在静止时，膜可能被弯曲。

向下强制状态

当对内部电极7a、7b施加致动电压时，静电拉力在致动区7c内被产生，并且下拉膜6的功能部分60。这些拉力使膜6在纵向弯曲为图2的向下强制状态。在该向下强制状态下，因为支柱3和3’上的杠杆作用，基底1与膜6的每端6b、6c之间的间隙Gint高，并且特别是，比静止状态下的间隙g高。

从向下强制状态到向上强制状态-拉链作用

为了使膜6从图2的向下强制状态移动到图3的向上强制状态，未对电极7a和7b施加致动电压，而同时对电极8a、8b施加致动电压。静电力在升高致动区8c内被产生，并且下拉膜6的非功能部分61。更具体地说，在纵向X，在每个侧面支柱3或3’的两侧上，静电下拉力同时被施加到膜6的每个非功能部分61。

在另一种变型中，为了使膜6从向下强制状态移动到向上强制状态，在第一步，可以对电极8a、8b施加致动电压，同时保持电极7a、7b上的致动电压。然后，在第二步，预定持续时间之后(例如，对应于开关的开关时间的持续时间)，不对电极7a和7b施加致动电压。

参考图2，在向下强制状态，在侧面支柱3、3’之间的区域中，在基底1与膜6之间测量的间隙G’小于基底1与膜6的每端6b、6c之间测量的间隙Gint。因此，在向下强制状态下，膜6的每个侧面非功能部分61b的内端61d(图4)比所述侧面非功能部分61b的对侧外端61e更靠近升高致动区8c。在膜6开始从向下强制状态执行开关运动时，因此对于预定致动电压，致动区8c中施加的静电拉力大于每个侧面非功能部分61b的内端61d(图4)上施加的静电拉力，而小于所述侧面非功能部分61b的对侧外端61e上施加的静电拉力。因此，膜的非功能部分61向下弯曲，并且从侧面非功能部分61b的内端61d到侧面非功能部分61b和中心非功能部分61a的外端61e，逐步贴紧致动区8c。在此，非功能部分61b的逐步贴紧(stick against)现象被称为“拉链作用(zipping effect)”。由于该拉链作用和侧面支柱3、3’上的杠杆作用，膜6因此在纵向向上弯曲到图3的向上强制状态。

如已经强调的，向下强制状态下的间隙Gint高，并且尤其比静止位置的间隙g高。对于从向下强制状态到向上强制状态的过渡，该高间隙Gint可能存在问题。如果该开关的膜6仅包括中心非功能部分61a，而不包括侧面非功能部分61b，并且如果电极8a、8b不包括位于该侧面非功能部分61b下面的延伸部，则仅对膜的远离(间隙Gint)电极8a、8b的中心非功能部分61a施加静电拉力。不能实现上述拉链作用，并且不利的是，这种布局(没有侧面非功能部分61b)要求更高的致动电压。

相反，利用本发明，由于在向下强制状态下，膜6的每个侧面非功能部分61b的内端61d靠近升高致动区8c，所以有利的是，利用低致动电压，并且特别是，利用非常有利地低于膜不包括侧面非功能部分61b时要求的致动电压的致动电压，可以开始并且获得上述拉链作用。有利的是，利用较低的致动电压，实现使膜6从向下强制状态到向上强制状态的切换。

此外，在向下强制状态下，膜6贴在MEMS结构的基底上的风险高。所谓静摩擦现象众所周知，并且可能是因为：

-介质充电，膜6可以承受静电力，使得即使向下状态的电降低致动装置被切断，膜仍保持向下状态。

-毛细作用：当在向下状态下，膜6的移动部分与基底6之间的间隙非常低，并且湿度高时(通常＞30％RH)，出现这种现象。

-表面附着力(范德瓦耳斯力)：在电阻接触MEMS开关中的金属/金属接触的情况下，发生这种现象。

-在电阻接触MEMS开关中的金属/金属接触的情况下，膜的部分融化可能发生，从而使膜光焊接(light welding)在金属触点上。

对于其中开关的膜6仅包括中心非功能部分61a，而不包括侧面非功能部分61b，并且其中电极8a、8b不包括位于该侧面非功能部分61b下面的任何延伸部的布局，当膜6静摩擦现象发生时，开关发生故障的风险高。

相比较，在本发明中，当对电极8a、8b施加致动电压时，因为上述间隙G’低，并且由于上述拉链作用，静电力被增加到膜的机械恢复力，并且开关的总拖出力被增强。因此，在不损害开关的效率的情况下，采用较低的致动电压有利。对于本发明的开关，因为开关的拖出力被增强，所以更容易解决静摩擦现象。

本发明的MEMS结构，特别是RF MEMS结构的大拖出力的另一个优点是，当对RF线施加电位时，热开关能力，即，膜的开关能力。

为了将侧面非功能部分61b的效率提高到最高，通过局部减小侧面非功能部分61b与基底1之间的间隙，可以修改MEMS结构，如图13所示。参考图13，有利的是，侧面非功能部分61b与基底1之间的间隙g2比膜6的功能部分60与基底之间的间隙g1小。利用部分牺牲蚀刻厚度的步骤，可以实现这种间隙减小。供选择，中心非功能部分61a与基底1之间的间隙也可以有利地小于膜6的功能部分60与基底之间的间隙g1。

更具体地说，为了提高侧面非功能部分61b的效率，通过减小侧面非功能部分61b的韧性，可以修改MEMS结构。这是通过减小侧面非功能部分61b的厚度，即通过制造其中非功能部分61b的厚度小于膜6的功能部分60的厚度实现的。这种厚度减小改善了MEMS结构的致动，因为它减小了侧面非功能部分61b的韧性，从而增强了拉链作用期间致动的传播。

为了改善包括(各)侧面非功能部分61b的本发明的任何MEMS结构，可以实践这两种改善(间隙减小和厚度减小)，并且特别是可以为了改善图5至图12的实施例，可以实践这两种改善。

图4A和5至7示出膜6的几何结构的另外3个例子。

图4A示出其中右侧和左侧侧面非功能部分61b接合在一起的另一种变型。

在图5所示的实施例中，膜6包括在两个侧面支柱3之间延伸的中心功能部分60。该中心功能部分60形成长度为L1、宽度为I1的矩形。膜6的中心功能部分60在每端6b、6c上延伸具有宽度为I2的矩形的非功能部分61a(I2≥I1)。

膜6的中心功能部分60还在侧面延伸四个延伸部61，这四个延伸部61具有L形状并且形成长度为L3、宽度为I3的四个侧面非功能部分61b。在横向Y，这两个侧面非功能部分61b位于膜6的功能部分60的每侧上。在横向Y，每个侧面非功能部分61b都位于支柱3或3’的外侧，并且在纵向X，在支柱3或3’的两侧延伸。

两个内部电极7a、7b限定两个基本上为U形的内部降低致动区7c(利用虚线表示)。当膜6处于静止(图1和图4)时，每个内部降低致动区7c的诸部分都在膜的侧面非功能部分61b下面延伸，并因此在纵向X，在侧面支柱3或者3’的两侧延伸。

两个外部电极8a、8b限定两个升高致动区8c(利用虚线表示)。当膜6处于静止(图1和图4)时，每个升高驱动区8c都位于膜6的中心非功能部分61a的下面。

当膜6处于向上强制状态时，因为膜6弯曲(图2)，所以膜6的每个侧面非功能部分61b的端61d(图5)比所述侧面非功能部分61b的对侧端61e更靠近降低致动区7c。

为了使图5的膜6从向上强制状态切换到向下强制状态，不对电极8a和8b施加致动电压，而同时对电极7a、7b施加致动电压。静电力在降低致动区7c内被产生，并且下拉膜6的延伸部61。更具体地说，在纵向X，同时在每个侧面支柱3或3’的两侧上，对膜6的每个侧面非功能部分61b施加静电下拉力，并且在膜6的侧面非功能部分61b上，有利地获得拉链作用(与上面对图4所示膜描述的拉链作用相同)。由于该拉链作用，有利地降低使膜从向上强制状态切换到向下强制状态所需的致动电压。

在另一种变型中，为了使膜6从向上强制状态移动到向下强制状态，在第一步，可以对电极7a、7b施加致动电压，同时保持电极8a、8b上的致动电压。然后，在第二步，在预定持续时间之后(例如，对应于开关的开关时间的持续时间)，不对电极8a和8b施加致动电压。

对于图5的变型，利用静止时基底1与每个侧面非功能部分61b之间的比静止时膜6的每个中心非功能部分61a与基底1之间的间隙g1小的间隙g2，获得上述与间隙减小有关的改善。

对于图5的变型，利用每个侧面非功能部分61b的比膜的中心非功能部分61a的厚度小的厚度，获得上述与厚度减小有关的改善。

图6示出其中膜6支承在4个支柱3、3’上的本发明的另一个实施例。在纵向X，升高致动区8c(利用虚线表示)在支承支柱3或3’的两侧(长度L3)上的膜6下面延伸。在膜6从向下强制状态到向上强制状态的转换运动期间，在位于升高致动区8c上方的膜6的长度为L3的两个区域中，获得拉链作用。

图7示出本发明的另一个实施例，其中在纵向X方向，在支承支柱3或3’的两侧(长度为L3)上，升高致动区8c(利用虚线表示)在膜的下面延伸，并且在纵向X，在支承支柱3或3’的两侧(长度为L’3)上，降低致动区7c(利用虚线表示)在膜的下面延伸。膜6包括4个与图4的实施例的侧面非功能部分类似的侧面非功能部分61b。在该实施例中，与上面对图4的实施例所做的描述相同，在膜6从向下强制状态到向上强制状态的转换运动期间，在这些侧面非功能部分61b中获得拉链作用。在膜6从向上强制状态到向下强制状态的转换运动中，在位于降低致动区7c上方的膜6的长度为L’3的两个区域中，获得拉链作用。

本发明并不局限于具有自由支承在支柱上的膜6的MEMS结构，也可以用包括利用电致动装置和一个或者几个支柱上的杠杆作用可以在纵向向下弯曲到向下强制状态，然后可以在纵向弯曲到向上强制状态的膜的MEMS实施。

图8至12示出本发明的其他实施例。在图8至12中，黑点C表示膜处于向下状态时开关膜6的功能部分60的接触区。

在图8和9所示的实施例中，膜6形成固定在基底1的一端6b的悬梁，并且在静止状态下，被一个支柱3支承。

更具体地说，在图8所示的实施例中，开关膜6的接触区C位于支柱3与膜的固定端6b之间。膜6包括两个侧面非功能部分61b。每个侧面非功能部分61b在横向Y都位于支柱3的外侧，而在纵向X，在支柱3的两侧延伸。在膜的纵向X，有一个电升高致动区8c在膜6的下面和在支柱3的两侧延伸(在侧面非功能部分61b的下面)。有两个电降低致动区7c。

更具体地说，在图9的实施例中，支柱3位于开关膜6的接触区C与膜的固定端6b之间。膜6包括两个侧面非功能部分61b。每个侧面非功能部分61b在横向Y都位于支柱3的外侧，而在纵向X，它们沿支柱3的两侧延伸。有一个降低致动区7c和一个电升高致动区8c。在膜的纵向X，电升高致动区8c在膜6的下面并在支柱3的两侧延伸(在侧面非功能部分61b下面)。

在图10至12的实施例中，膜6是位于支柱3、3’上方的固定-固定式膜。更具体地说，膜6利用被固定在基底上的臂63保持在两端6b、6c。在静止时，膜6可以被也可以不被两个支柱3、3’支承。

Claims

1.一种MEMS结构，包括：柔性膜(6)，具有限定纵向(X)的主纵轴(6a)；至少一个支柱(3、3’)，位于柔性膜(6)下面；电降低致动装置(7)，适用于使柔性膜(6)向下弯曲到向下强制状态；电升高致动装置(8)，适用于使柔性膜(6)向上弯曲到向上强制状态，并且其中电降低致动装置(7)或者电升高致动装置(8)包括在膜(6)的一部分下面延伸并且适用于在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3)的两侧上同时对膜(6)施加拉力的致动区(7c或8c)，

其中膜(6)包括：柔性功能部分(60)，位于所述至少一个支柱(3、3’)上方并且适用于利用所述至少一个支柱(3、3’)上的杠杆作用，被向下或者向上弯曲；以及至少一个柔性侧面非功能部分(61b)，在横向(Y)位于所述至少一个支柱(3、3’)的外侧，而在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3或3’)的两侧上延伸，并且其中电降低致动装置(7)的致动区(7c)或者电升高致动装置(8)的致动区(8c)在所述至少一个侧面非功能部分(61b)下面延伸并且适用于在纵向(X)上同时在所述至少一个支柱(3、3’)的两侧上对膜(6)的所述至少一个侧面非功能部分(61b)施加拉力。

2.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中膜(6)包括在横向(Y)上位于膜(6)的功能部分(60)的每侧上的至少两个侧面柔性非功能部分(61b)。

3.根据权利要求1或者2所述的MEMS结构，进一步包括基底(1)，其中在纵向(X)上，在至少一端，膜(6)的功能部分(60)被延伸中心非功能部分(61a)，其中所述中心非功能部分(61a)在横向上被延伸至少侧面非功能部分(61b)，该侧面非功能部分(61b)在横向(Y)上位于所述至少一个支柱(3、3’)的外侧，而在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3或3’)的两侧延伸，并且其中静止时在基底(1)与所述侧面非功能部分(61b)之间的间隙(g2)小于静止时在膜的功能部分(60)与基底(1)之间的间隙(g1)。

4.根据权利要求3所述的MEMS结构，其中膜(6)的功能部分(60)在纵向(X)上在至少一端上被延伸中心非功能部分(61a)，其中所述中心非功能部分(61a)在横向上被延伸至少侧面非功能部分(61b)，该侧面非功能部分(61b)在横向(Y)上位于所述至少一个支柱(3、3’)的外侧而在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3或3’)的两侧上延伸，并且侧面非功能部分(61b)的厚度小于膜的功能部分(60)的厚度。

5.根据权利要求1或者2所述的MEMS结构，进一步包括基底(1)，其中在纵向(X)上，在至少一端，膜(6)的功能部分(60)被延伸中心非功能部分(61a)，其中膜(6)的功能部分(60)在横向上被延伸至少侧面非功能部分(61b)，该侧面非功能部分(61b)在横向(Y)上位于所述至少一个支柱(3、3’)的外侧，而在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3或3’)的两侧延伸，并且其中静止时在基底(1)与所述侧面非功能部分(61b)之间的间隙(g2)小于静止时在膜的中心非功能部分(61a)与基底(1)之间的间隙(g1)。

6.根据权利要求5所述的MEMS结构，其中膜(6)的功能部分(60)在纵向(X)上在至少一端上被延伸中心非功能部分(61a)，其中膜(6)的功能部分(60)在横向上被延伸至少侧面非功能部分(61b)，该侧面非功能部分(61b)在横向(Y)上位于所述至少一个支柱(3、3’)的外侧，而在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3或3’)的两侧延伸，并且其中侧面非功能部分(61b)的厚度小于膜的中心非功能部分(61a)的厚度。

7.根据权利要求6所述的MEMS结构，其中电降低致动装置(7)包括在膜(6)的一部分下面延伸，并且适用于在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3、3’)的两侧上同时对膜(6)的所述一部分施加拉力的致动区(7c)，而电升高致动装置(8)包括在膜(6)的另一部分下面延伸，并且适用于在纵向(X)上在所述至少一个支柱(3、3’)的两侧上对膜(6)的所述另一部分施加拉力的致动区(8c)。

8.根据权利要求7所述的MEMS结构，其中膜(6)位于在纵向(X)上间隔开的至少两个支柱(3、3’)上方，并且其中对于每个支柱(3、3’)，电升高致动装置(7)或者电降低致动装置(8)包括在膜(6)的一部分下面延伸，并且适用于在纵向(X)上在相应支柱(3或3’)的两侧上同时对膜(6)的所述一部分施加拉力的致动区(7c或8c)。

9.根据权利要求8所述的MEMS结构，其中膜(6)是两端(6b、6c)未固定在基底(1)上，而是在静止时至少被所述至少一个支柱支承的自由膜。

10.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中膜(6)是一端(6a)固定在基底(1)上的悬臂膜。

11.根据权利要求1所述的MEMS结构，其中膜(6)是在两端(6b、6c)固定在基底(1)上的固定-固定式膜(6)。