CN102906837A - Mems可变电容器及其驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本文公开了一种MEMS可变电容器及其驱动方法，该MEMS可变电容器包括：第一电极，浮置在第一电极的上部上方的第二电极，在第二电极的侧面处分离开的固定电极，以及设置在第二电极和固定电极之间、连接至第二电极并且通过施加到固定电极的电压来与固定电极物理接触的漂移电极。
Description
技术领域
本发明涉及MEMS可变电容器及其驱动方法。
背景技术
在移动通信系统中，RF(射频)块被设计为支持若干个频带，具体地，在与频带直接相关的滤波器中所使用的电容器必须使用对于每个频带具有不同电容值的可变电容器(也称为可变电抗)。
此外，RF块的部件中的压控振荡器(VCO)可以通过对施加到可变电容器的电压进行调节来改变电容值，从而改变谐振频率。
因此，可变电容器是RF块的可调滤波器或压控振荡器中的非常重要的器件。
发明内容
技术问题
由于电极之间的间距不改变，所以本发明解决了以下挑战：能够防止由高RF信号的功率所导致的可变电容器的自激。
问题的解决方案
本公开提供一种MEMS可变电容器，包括：第一电极；浮置在第一电极的上部上方的第二电极；在第二电极的侧面处分离开的固定电极；以及设置在第二电极和固定电极之间、连接至第二电极并且通过施加到固定电极的电压来与固定电极物理接触的漂移电极。
通过改变施加到第一电极的电压来改变第一电极和第二电极之间的间距。
第一电极和固定电极被形成在衬底的上部处，第二电极和漂移电极连接至固定到衬底上的弹簧以使得第二电极浮置在第一电极的上部上方。
此外，形成覆盖第一电极的用于防止与第二电极短路的第一绝缘膜，并且在固定电极上形成有用于防止与漂移电极短路的第二绝缘膜。
固定电极和漂移电极中的每个都是一对电极或四个电极。
此外，第一电极连接至第一电源，固定电极连接至第二电源，而漂移电极连接至地。
施加到固定电极的电压是通过用于防止RF信号流动的电阻器来施加的。
在衬底和固定电极之间形成有SiC层，并且通过该SiC层来施加提供到固定电极的电压。
在本发明中，提供了MEMS可变电容器的驱动方法，包括：制作MEMS可变电容器，该MEMS可变电容器包括第一电极，浮置在第一电极的上部上方的第二电极，在第二电极的侧面处分离开的固定电极，以及设置在第二电极和固定电极之间、连接至第二电极并且通过施加到固定电极的电压来与固定电极物理接触的漂移电极；通过对第一电极施加电压来保持第一电极和第二电极之间的间距；以及通过对固定电极施加电压来使漂移电极贴至固定电极。
施加到第一电极的电压低于吸合电压。
施加到固定电极的电压高于吸合电压。
在通过对固定电极施加电压使漂移电极贴至固定电极的步骤之后，还包括使RF信号从第一电极流到第二电极或从第二电极流到第一电极的步骤。
发明的有利效果
本发明的MEMS可变电容器具有实现带有不同电容值的可变电感器的效果，因为它可以改变施加到第二电极的电压从而对第一电极和第二电极之间的间距进行不同的调节。
并且，本发明的MEMS可变电容器具有即使所施加的RF信号的功率发生变化也不改变电容的效果，因为第一电极和第二电极之间的间距没有改变。
而且，本发明的MEMS可变电容器具有不会通过高RF信号的功率而使可变电容器自激励的效果，因为第一电极和第二电极之间的间距不改变。
此外，本发明的MEMS可变电容器通过改变施加到第二电极的电压并且因此调节第一电极和第二电极之间的间距，可以克服电容器的调谐范围随着所施加的RF信号的功率的增大而减小的缺点。
附图说明
图1是根据本发明的MEMS可变电容器的示意性截面图；
图2是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的实施方式的示意性俯视图；
图3是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的实施方式的示意性立体图；
图4a至4c是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的驱动方法的概念视图；
图5a至图5c是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的驱动方法的平面视图；
图6是用于描述在根据本发明的MEMS可变电容器上形成用于防止RF信号流目的的电阻器的状态的示意性概念视图；以及
图7是用于描述形成应用于本发明的用于防止RF信号流目的的电阻器的一个示例的示意性部分截面图。
具体实施方式
用于执行本发明的最佳模式
下面将参考附图来描述本发明的实施方式。
图1是根据本发明的MEMS可变电容器的示意性截面图。
根据本发明的MEMS可变电容器在结构上包括：第一电极101；浮置在第一电极101的上部上方的第二电极201；在第二电极102的侧面处分离开的固定电极201；以及设置在第二电极102和固定电极201之间、连接至第二电极101并且通过施加到固定电极201的电压来与固定电极201物理接触的漂移电极111。
此处，第二电极102被限定为：以与第一电极101的上部表面分离开给定间距的状态浮置在第一电极101的上部上方。
参考图1，在第一电极101形成有第一绝缘膜130，并且将第一绝缘膜130和第二电极102之间的间距表示为“a”，所以第二电极102以给定的间距远离第一电极101的上部表面。
并且，可以将第一电极101定义为下电极，而可以将第二电极102定义为上电极。
这样的MEMS可变电容器能够改变施加到第一电极101的电压，因此对第一电极101和第二电极102之间的间距进行不同的调节，从而实现具有多个电容值的可变电容器。
并且，通过施加到固定电极201的电压使漂移电极111物理接触至固定电极201来防止第二电极102的运动，以使第一电极101和第二电极102之间的间距保持不变。
此时，当施加从第一电极101到第二电极102的RF信号时，该RF信号通过由第一组成的电容器。
这里，可以将RF信号从第二电极102施加到第一电极101。
因此，由于第一电极101和第二电极102之间的间距(a)不改变，即使所施加的RF信号的功率改变，电容也不发生变化，这也是本发明的MEMS可变电容器吸引人之处。
并且，本发明的第一电极101和第二电极102之间的间距不改变的MEMS可变电容器具有以下优点：在高RF信号功率的情况下，可变电容器不自激。
而且，本发明的MEMS可变电容器改变施加到第一电极101的电压以调节第一电极101和第二电极102之间的间距，具有能克服电容器的调谐范围随着所施加的RF信号的功率的增大而减小的缺点的吸引力。
一方面，如图1所示，作为通过MEMS(微电子机械系统)技术来实现的MEMS可变电容器，在衬底500上部形成有第一电极101和固定电极201，并且第二电极102和漂移电极111连接至固定在衬底500上的弹簧(未示出)，第二电极102可以浮置在第一电极101的上部。
衬底500可以例如放置在玻璃板或硅板上。
并且，在第一电极101上形成的第一绝缘膜130防止与第二电极102短路，在固定电极201上形成的第二绝缘膜131防止与漂移电极111短路。
此外，如图1所示，在第一电极101和第二电极102的两侧的每一侧分别形成有‘201’和‘202’固定电极。
而且，在第一电极101和‘201’固定电极之间形成‘111’漂移电极，在第二电极102和‘202’固定电极之间形成‘112’漂移电极。
即，可以应用一对固定电极201、202以及一对漂移电极111、112。
此时，当对第一电极101施加电压时，可以将‘111’、‘112’漂移电极与第二电极102以及‘201’和‘202’固定电极分离开。
用于本发明的模式
图2是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的实施方式的示意性俯视图，图3是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的实施方式的示意性立体图。
在本实施方式的MEMS可变电容器中，第二电极102连接至四个漂移电极111、112、113、114，对于四个漂移电极111、112、113、114，形成有四个固定电极(未使用附图标记来列出)。
这里，图2是MEMS可变电容器的俯视图，示出了面向四个漂移电极111、112、113、114的第二绝缘膜131、132、133、134，其中，四个固定电极被第二绝缘膜131、132、133、134掩盖。
并且，四个漂移电极111、112、113、114中的每个的两个端部都连接至第二电极102。
因此，通过施加到第一电极(未示出，但设置在第二电极102的下部)的电压，四个漂移电极111、112、113、114分别物理接合至四个固定电极(未示出附图标记)中的每个，从而防止第二电极102的运动。
这时，四个漂移电极111、112、113、114中的每个接合至形成于四个固定电极中的每个上的第二绝缘膜131、132、133、134。
此外，如图3所示，第二电极102中的四个漂移电极111、112、113、114连接至弹簧151，弹簧151附接至图2中的衬底500，从而浮置在未示出的第一电极之上，第一电极与第二电极102之间保持给定的间距。
并且，在本发明中为了使第二电极102牢固地浮置在第一电极上，弹簧151可以由四个弹簧组成。
而且，第二电极102可以以多边形的形式来实现，并且弹簧151可以连接至第二电极102的每个边。
图4a和4c是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的驱动方法的概念视图。
为了驱动MEMS可变电容器，将第一电源310连接至第一电极101，将第二电源320连接至固定电极201，将漂移电极111连接至地。
这里，如图4a，在固定电极为两个的情况下，将‘201’固定电极与‘202’固定电极共同地连接至第二电源320是有利的。
当然，在固定电极为四个的情况下，也将它们全部共同连接至第二电源320。
在如此电连接的MEMS可变电容器的驱动方法中，当首先第一电源310给第一电极101施加电压时，第二电极102从图1中的初始状态向第一电极101移动，并且如图4b所示，第一电极101和第二电极102之间的间距变小。
即，由于在第一电极101和第二电极102之间施加有电压，所以在第一电极101和第二电极102之间产生静电力，并且第一电极101和第二电极102之间的间隙距离改变，从而实现具有所期望的电容值的电容器。
此时，基于从第一电源310施加到第一电极101的电压来确定第一电极101和第二电极102之间的间距。
这里，如果相等地维持第一电极101和第二电极102之间的电压，就可以恒定地保持第一电极101和第二电极102之间的间距，因此电容保持不变。
从第一电源310施加到第一电极101的电压必须低于使第二电极102接合至第一电极101的吸合电压。
即，如果从第一电源310施加到第一电极101的电压超过吸合电压，则使得第二电极102物理接合至第一电极101。
此后，通过从第二电源320施加电压到固定电极201，在固定电极201和漂移电极111之间各处产生静电力，将漂移电极111接合至固定电极201上(图4c)。
这时，固定电极201上形成有第二绝缘膜131，因而在固定电极201和漂移电极111的粘合状态下不应该发生短路。
如果从第二电源320施加到固定电极201的电压刚好高于吸合电压，那么漂移电极111接合至固定电极201。
如图4c所述，在漂移电极111接合至固定电极201之后，还可以进行以下步骤：使RF信号从第一电极101流到第二电极102或者从第二电极102流到第一电极101。
图5a至5c是用于描述根据本发明的MEMS可变电容器的驱动方法的示意性俯视图。
在MEMS可变电容器的俯视图中，没有示出第一电极，因为它被设置在第二电极的下部，并且没有示出固定电极，因为它被第二绝缘膜131、132、133、134所包围。
此时，如上所述，在还没有对MEMS可变电容器的第一电极(未示出附图标记)和固定电极(未示出附图标记)施加电压的初始状态中，如图5所示，第一电极(未示出附图标记)和第二电极102保持初始状态的间距，并且固定电极和漂移电极111、112、113、114是分离开的。
此后，通过对第一电极(未示出附图标记)施加电压，从而维持第一电极(未示出附图标记)与第二电极102之间的间距，获得期望的电容。(图5b)
接下来，对固定电极(未示出附图标记)施加电压，如图5c，以使漂移电极111、112、113、114接合至固定电极。
图6是用于描述在根据本发明的MEMS可变电容器中形成用于防止RF信号流的电阻器的状态的示意性概念图，图7是用于描述形成适用于本发明的用于防止RF信号流的电阻器的一个示例的示意性部分截面图。
在根据本发明的MEMS可变电容器中，RF信号从第一电极101流到第二电极102或者从第二电极102流到第一电极101，并且通过由第一电极101、空气层和第二电极102组成的可变电容器。
此时，RF信号可能流入沿第二电极102的侧向设置的漂移电极111中，从而这样的RF信号的泄露可能使RF信号特征失真。
因此，在本发明的MEMS可变电容器中，在固定电极201和第二电源320之间形成用于防止RF信号流动的电阻器R是有利的。
即，如图6所示，设计成通过用于防止RF信号流动的电阻器R来施加从第二电压源320施加到固定电极201的电压。
这种用于防止RF信号流动的电阻器R例如是如图7的一种结构，其中，在衬底500上有SiC层510，在SiC层510上形成有固定电极201，然后SiC层510连接至第二电源320。
尽管仅关于具体示例对本发明做了详细的描述，但是本领域的技术人员很清楚，在本发明的范围内可以做出各种修改和变化。并且，很显然，这样的修改和变化从属于所附权利要求。
工业实用性
本发明可以实现克服电容器的调谐范围随着所施加的RF信号的功率的增大而减小的缺点的MEMS可变电容器，从而改善了使用MEMS可变电容器的RF装置的特性。
Claims (15)
1.一种MEMS可变电容器，其特征在于：
第一电极；
浮置在所述第一电极的上部上方的第二电极；
在所述第二电极的侧面处分离开的固定电极；以及
漂移电极，其被设置在所述第二电极和所述固定电极之间、连接至所述第二电极并且通过施加到所述固定电极的电压来与所述固定电极物理接触。
2.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述可变电容器改变施加到所述第一电极的电压，以改变所述第一电极与所述第二电极之间的间距。
3.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述第一电极与所述固定电极被形成在衬底的上部，并且
所述第二电极和所述漂移电极连接至固定到所述衬底上的弹簧，以使得所述第二电极浮置在所述第一电极的上部上方。
4.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述第一电极上形成有用于防止与所述第二电极短路的第一绝缘膜，所述固定电极上形成有用于防止与所述漂移电极短路的第二绝缘膜。
5.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述固定电极和所述漂移电极中的每个都是一对电极或四个电极。
6.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述第一电极连接至第一电源，所述固定电极连接至第二电源，而所述漂移电极连接至地。
7.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：施加到所述固定电极的所述电压是通过用于防止RF信号流动的电阻器来施加的。
8.根据权利要求3所述的MEMS可变电容器，其特征在于：在所述衬底与所述固定电极之间形成有SiC层，并且通过所述SiC层来施加提供到所述固定电极的电压。
9.根据权利要求1所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述漂移电极的两个端部都连接至所述第二电极。
10.根据权利要求3所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述第二电极为多边形形状。
11.根据权利要求10所述的MEMS可变电容器，其特征在于：所述弹簧连接至所述第二电极的每个边。
12.一种MEMS可变电容器的驱动方法，其特征在于：
制备MEMS可变电容器，所述MEMS可变电容器包括：
第一电极；
浮置在所述第一电极的上部上方的第二电极；
在所述第二电极的侧面处分离开的固定电极；以及
漂移电极，其被设置在所述第二电极和所述固定电极之间、连接至所述第二电极并且通过施加到所述固定电极的电压来与所述固定电极物理接触；
通过对所述第一电极施加电压来维持所述第一电极和所述第二电极之间的间距；以及
通过对所述固定电极施加电压来使所述漂移电极贴至所述固定电极。
13.根据权利要求12所述的MEMS可变电容器的驱动方法，其特征在于：施加到所述第一电极的电压低于吸合电压。
14.根据权利要求12所述的MEMS可变电容器的驱动方法，其特征在于：施加到所述固定电极的电压高于吸合电压。
15.根据权利要求12所述的MEMS可变电容器的驱动方法，其特征在于：在通过对所述固定电极施加电压来使所述漂移电极贴至所述固定电极的步骤之后，还进行步骤：使RF信号从所述第一电极流到所述第二电极或者从所述第二电极流到所述第一电极。
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