CN102906846A - 机电开关装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机电开关装置（100、200），其包括第一开关部分（111、112、211、212）、第二开关部分（121、122、220）和致动器装置（130、230）。所述致动器装置（130、230）被配置为提供致动力，由此使所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）相对于彼此被致动，以从断开状态改变为连接状态。所述致动器装置（130、230）还被配置为至少当所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）处于连接状态时，提供具有调制的致动力。本发明还涉及一种操作机电开关装置（100、200）的方法。

Description

机电开关装置及其操作方法

技术领域

本发明涉及机电开关装置，例如微机电开关装置或纳机电开关装置，并涉及其操作方法。

背景技术

具有微米和纳米范围的尺寸的机电开关，也被称为微机电（MEM）和纳机电（NEM）开关，被认为是诸如晶体管和pin二极管的传统固态开关的有吸引力的备选者。这是因为其具有较小的功率要求且具有较理想的开关特性（低损耗、线性、快速切换）。与固态开关相比，通过机电开关执行的切换操作包括两个开关部分相对于彼此在断开（“打开”）位置与连接（“闭合”）位置之间的机械致动或运动，从而阻止或允许电流通过电路。

MEM开关以例如在用于电信系统的可重构孔径和相控阵列、用于卫星通信的开关网络以及用于无线应用（便携式单元和基站）的单极N掷开关中的例如RF（射频）应用为目标。最近，已开发了NEM开关，其受到用于逻辑应用的较理想且较低功率的开关元件的前景的驱动。这样的开关可提供如接近零泄露的属性，提供具有纳秒级的机械延迟的非常陡峭的亚阈值斜率，以及皮秒级的电气时间常数。

但是，机电开关技术的吸引力受到相对差的可靠性的限制。特别地，用于极大数目的开关操作循环的可靠电气开关证明是困难的。机电开关实际上已被商业化，用于切换事件的数目为中等（<10⁷）的应用，例如，雷达系统、无线通信以及仪器仪表中的RF应用。但是，大范围的应用要求较高数量级的开关操作循环。作为例子，逻辑应用可要求10¹²（例如，远程电子、汽车、空间应用）到10¹⁶（处理器）次循环。

结果，大量的研究关注于该主题，主要是通过优化用于开关装置的电接触的材料（例如，使用贵金属和导电氧化物）或通过开发高力驱动器（highforce actuator）（例如，与较简单的静电致动相对的压电致动的应用）。即使这样的构思已导致开关操作可靠性的某种改善，但其与涉及例如逻辑应用和苛刻RF应用的要求仍然相距很远。此外，这样的途径会要求更复杂的微机械结构和更低标准的材料，从而对这样的装置的制造成本有影响。

US7,486,163B2描述了一种包括固定电极和可动电极的机电开关结构。通过在两个电极间施加电压电位来致动可动电极。为了利用较低电压实现开关操作，建议调制电压电位。这是以这样的方式来完成的：将能量注射到机械系统中，直到该系统中有足够的能量来实现致动。此时，期望使该机械系统进入共振状态。出于该目的，施加反馈控制系统以使调制的频率适于机械系统的共振频率，因为该共振频率在开关结构的致动过程中变化。

上述涉及用于开关的致动的较低电压电位的施加，而没有提供改善的开关可靠性。而且，由于提供了反馈控制系统，开关具有相对复杂的设计。发明内容

根据本发明的第一方面，一种机电开关装置包括第一开关部分、第二开关部分和致动器装置。所述致动器装置被配置为提供致动力，由此使所述第一和第二开关部分相对于彼此被致动，以从断开状态改变为连接状态。所述致动器装置进一步被配置为至少当所述第一和第二开关部分处于连接状态时，提供具有调制的致动力（actuation force）。

当第一和第二开关部分处于连接状态时，对致动力的调制使得可以改善由机电开关装置提供的电连接。该效果还允许产生具有较低（平均）量值的致动力，这也降低了切换事件期间的机械压力。因此，可以提高该机电开关装置的耐用性且由此延长使用期限。此时，该机电开关装置可满足关于例如逻辑应用和苛刻RF应用的可靠性要求。而且，较低致动力的提供可分别与开关装置和致动器装置的较简单的结构有关。力调制可进一步降低或调节机电开关装置所固有的滞后行为。

根据一个优选实施例，所述致动器装置包括第一电极、第二电极和电源。所述致动器装置通过所述电源向所述第一和第二电极施加电压而提供所述致动力，由此产生所述第一和第二电极之间的静电吸引。可以以简单且空间节省的方式实现这样的静电致动。

根据另一个优选实施例，所述电源包括直流电压部件和交流电压部件。通过这两个部件，可以以简单有效的方式提供调制电压以及由此调制的静电致动力。

根据另一个优选实施例，所述致动器装置被配置为提供具有恒定频率的致动力调制。这特别地可以通过上述交流电压部件实现，这可提供稳定的调制频率。

根据另一个优选实施例，所述致动器装置被配置为以这样的方式提供对致动力的调制：调制幅度小于致动力的平均值的十分之一。以该方式，当机电开关装置的第一和第二开关部分处于连接状态时，可建立可靠的电接触。

根据另一个优选实施例，所述机电开关装置是微机电开关装置。这样的开关装置可以例如被用于射频应用。

根据另一个优选实施例，所述机电开关装置是纳机电开关装置。这样的开关装置可以例如被用于逻辑应用。

根据另一个优选实施例，所述机电开关装置的所述第一开关部分包括梁结构和设置在所述梁结构上的接触元件。所述第二开关部分至少包括另一接触元件。所述另一接触元件可被分别设置在载体或基板上。所述梁结构可被连接到锚结构，所述锚结构也被设置在相应的载体或基板上。

此外，根据本发明的另一方面，提出了一种操作机电开关装置的方法。在该方法中，提供致动力，由此使所述机电开关装置的第一开关部分和第二开关部分相对于彼此被致动，以从断开状态改变为连接状态。为了改善接触可靠性，至少当所述第一和第二开关部分处于连接状态时，向致动力提供调制。这进一步使得可以用相对低的致动力操作机电开关装置，在机电开关装置处于连接状态时，这对于机械应力发生是有利的。

根据一个优选实施例，通过间歇地提供具有预定切换频率的所述致动力，所述第一和第二开关部分在所述断开状态与所述连接状态之间切换。这里，致动力的调制频率超过开关频率，由此通过机电开关装置而允许可靠的电接触。调制频率可例如是切换频率的数倍。

附图说明

将参考附图详细解释本发明，在附图中：

图1示出了微机电开关的示意性俯视图；

图2示出了图1的开关的示意性侧视图；

图3示出了纳机电开关的示意性侧视图；

图4示出了示例滞后行为的图；

图5示出了包括两个纳机电开关的反相器（inverter）的电路图；以及

图6示出了利用原子力显微镜获得的测量曲线并示例出载荷力的调试对电导率的影响。

具体实施方式

下面，描述机电开关装置及其操作方法的例子。这里，考虑了在切换事件期间应用力调制，由此使得可以提高接触可靠性。为了示范该效果，利用原子力显微镜（AFM）在导电模式下进行实验，这将在以下结合图6来进行进一步说明。

力调制的应用特别地允许以较低的力建立较好的接触，从而可以分别减小作用在开关装置的接触元件或材料上的材料应力。以该方式，可改善接触元件的耐用性和使用期限。而且，可用简单的结构实现用于执行开关事件的开关装置和相应的致动器装置。

对于所示出的装置和结构的制造，指出可应用从半导体制造技术或从微机电系统（MEMS）的制造可知的通常方法、处理步骤和材料。这些处理步骤可例如包括溅射、沉积、掺杂、光刻、蚀刻和其他构图工艺，使得可以以小型化形式制造所述装置。

图1示出了微机电（MEM）开关100的示意性俯视图。在图2中示出了MEM开关100的示意性侧视图。MEM开关100（即，多个MEM开关100）可例如用于RF应用。实例是雷达系统、电信系统、无线通信和仪器仪表。

MEM开关100包括从支撑结构115延伸或连接到支撑结构115的平面或矩形的梁结构112，其中支撑结构115被设置在基板105的表面上。支撑结构115用作梁结构112的锚，其可以（从图2中示出的MEM开关100的断开或“打开”状态开始）朝向基板105移动或弯曲，由此使MEM开关100变为连接或“闭合”状态（未示出）。

为了致动梁结构112的这样的偏斜（deflection）运动，MEM开关100包括静电致动器130，其可以以简单且空间节省的方式被实现。致动器130包括两个平面电极131、132（“下拉电极”）。在此，电极132被设置在梁结构112的上表面上。另一个电极131被设置在电极132的下面的区域中的基板105的表面上。

致动器130还包括电源134、135（包括以下进一步描述的直流电压源134和交流电压源135）和用于控制电压施加的开关137，通过电源134、135，电压可被施加到两个电极131、132之间（参见图2）。开关137可例如是晶体管或另一机电开关装置。通过在两个电极131和132之间施加电位差，可在其间产生静电吸引力，从而梁结构112沿着朝向基板105（未示出）的方向被牵引。一旦对电极131、132的电压电位的施加完成或中止，就没有了吸引力，由此梁结构112可返回到如图2所示的其初始状态。

如图1和图2进一步示出的，设置在梁结构112上的上电极132可通过导体113而被连接到设置在支撑结构115上的接触区域114。致动器130的其他部件，即，电源134和135、开关137以及将这些部件连接到两个电极131、132的相应导体在图2中（仅）以等效电路图的形式被示出。

MEM开关100还包括“桥接”接触设置，其包括两个分隔的接触元件121、122以及另一个带状接触元件111，通过该元件111，两个分隔的接触元件121、122可彼此连接。在这里，接触元件111被设置在与支撑结构115相对的一端的区域中的梁结构112的下表面上。

MEM开关100的两个其他接触元件121、122被设置在接触元件111的区域中的基板105的表面上。每个接触元件121、122可具有基本上是三角形的部分以及带状部分。在这里，接触元件121、122以这样的方式被设置：它们的带状部分彼此相对，且另一接触元件111的端部与接触元件121、122的带状部分的每一个的一部分重叠（参见图1）。接触元件121、122可分别被连接到设置在基板105上的电路或集成电路（未示出），或者是设置在基板105上的电路或集成电路（未示出）的一部分。

关于用于MEM开关100的部件的适用材料，梁结构112可例如包括电介质或绝缘材料，例如氮化硅。这同样适用于锚结构115。导电结构113荷114、电极131和132以及接触元件111、121、122可包含合适的导电材料，例如金属材料。基板105可例如分别包括半导体或硅基板，或者可包括不同的材料，例如玻璃材料。此外，基板105可包括（至少）位于接触元件121、122的区域中的绝缘材料或层。本说明书被认为仅是示例性的。

关于通过在设置在锚115与接触元件111、121、122之间的两个电极131、132之间施加电位差而实现的MEM开关100的上述静电致动，梁结构112可以这样的方式被偏斜或弯曲：接触元件111朝向两个接触元件121、122移动并接触这两个接触元件121、122（未示出）。换句话说，MEM开关100从打开状态切换到闭合状态。在该位置，在两个分隔的接触元件121、122之间通过接触元件111建立电连接，这允许电流在两个接触元件121、122之间流动。

一旦取消或中止向电极131、132施加电压电位，就不再存在吸引致动力。结果，梁结构112返回到图2中示出的位置，其中接触元件111从接触元件121、122分开，从而阻止电流在接触元件121、122之间流动。换句话说，MEM开关100从闭合状态切换到打开状态。

每个切换事件都伴随着机械应力，所述机械应力特别地可影响接触元件111、121、122。对于存在大量开关循环的情况尤其如此。可通过降低为使MEM开关100闭合和使MEM开关100保持在闭合状态而施加的致动力来降低机械应力。但是，仅降低致动力导致电接触质量的降低。为了避免该问题，期望产生经调制的致动力。

出于该目的，MEM开关100的致动器装置130包括电源，该电源包括直流（DC）电压源134和交流（AC）电压源135（参见图2）。结果，由与AC电压叠加的DC电压组成的调制电压被施加到两个电极131、132。以该方式，可以以简单有效的方式提供作用在梁结构112上且具有周期性调制的所产生的致动力。在这里，调制具有恒定频率。

可考虑针对电压调制以及由此针对致动力调制的任何波形，例如，正弦波、锯齿波、矩形波等。此外，AC电压优选地产生有这样的振幅，该振幅小于DC电压的十分之一，从而致动力调制的幅度类似地小于致动力平均值的十分之一。作为例子，调制的幅度可以为致动力平均值的百分之几的量级。

提供具有调制的致动力使得可以改善MEM开关100的闭合状态下在接触元件111与其他接触元件121、122之间的电接触。在当调制幅度小于致动力的平均值的十分之一的情况下尤其如此。结果，通过DC电压源134仅提供相对低的DC电压，由此为致动力提供相对低的（平均）量值，这在作用于接触元件111、121、122上的机械应力方面是有利的。因此，可提高MEM开关100的耐用性并由此延长使用期限。在这里，MEM开关100可满足关于例如苛刻RF应用的可靠性要求。此外，还可以提供具有较）简单的结构（例如，弱DC电压源134，较小机械强度的移动部件等）的MEM开关100和致动器130。

根据MEM开关100的应用，可通过间歇地提供具有预定切换频率的致动力来执行MEM开关100的切换。该切换频率可例如取决于时钟信号或受到时钟信号驱动。关于这一点，致动力的调制频率可超过切换频率，由此允许MEM开关100的可靠接触行为。调制频率可例如是切换频率的数倍。作为例子，对于100Mhz的切换频率，调制频率可以是例如500Mhz。

提供具有调制的致动力并非仅限于MEM开关，而是也可应用于其他机电开关装置。特别地，可以考虑纳机电（NEM）开关装置。以下将更详细地描述实例。

图3示出了NEM开关200的示意性侧视图。NEM开关200（即，多个NEM开关200）可例如用于逻辑应用，例如微控制器、处理器等。NEM开关200具有与场效应晶体管（FET）可比的功能。因此，下面将各个电极或端子对应地标示为“源极”S、“栅极”G和“漏极”D，如也在图3中示出的。

NEM开关200包括梁结构212，其在以下也被称为悬臂梁212。悬臂梁212被设置在支撑结构215上，且可与支撑结构215整体地形成。支撑结构215被设置在基板205的表面上，且用作悬臂梁212的锚，其可以（从图3中示出的NEM开关200的断开或“打开”状态开始）朝向基板205移动或弯曲，由此使NEM开关100变为连接或“闭合”状态（未示出）。

悬臂梁212还包括尖端（tip）结构211，其位于悬臂梁212的与支撑结构215相对的端部。在尖端结构211的下方，接触元件220（也被称为漏极端子D）被设置在基板205的表面上。在NEM开关200的闭合状态下，尖端结构211碰触到并由此接触接触元件220。如果在源极S与漏极D之间存在相应的电压差，这使得电流（在以下也被称为漏极电流ID）可以经由悬臂梁212而在用作源极端子S的支撑件215与用作漏极端子D的接触元件220之间流动。

为了致动悬臂梁212的偏斜运动，NEM开关200被设置有静电致动器230。这里，悬臂梁212额外地用作致动器230的电极，其中致动器230包括另一电极231。该另一电极231（也被称为栅极端子G）被设置在悬臂梁212（或其一部分）下方的基板205的表面上，且位于锚215与接触元件220之间，其中在电极231与梁结构212之间设置空隙（“气隙”）。

致动器230的其他部件在图3中（仅）以等效电路图的形式示出。关于这一点，致动器230包括电源234、235（包括以下进一步描述的DC电压源234和AC电压源235），通过电源234、235，可在两个电极212、231之间施加电压。关于悬梁臂212，如图3所示，对用作源端子S的支撑结构215施加相应的电位。通过电源234、235施加的电压在以下也被称为栅极到源极电压VGS。致动器230还包括用于控制电压VGS的施加的开关237。开关237可以例如是晶体管或另一机电开关装置。

关于用于NEM开关200的部件的适用材料，悬臂梁212、尖端211和支撑结构215包括导电材料，例如掺杂的半导体材料或掺杂的硅。这同样适用于电极231和接触元件220。基板205可例如是半导体或硅基板，且可以包括进一步的（未示出的）结构、掺杂区域、层等。一个例子是电极231的区域中的绝缘层。本说明书被认为仅是示例性的。

通过在两个电极212、231之间施加电位差VGS，可在该两个电极之间产生静电吸引力，从而悬臂梁212沿朝向基板205的方向被牵引（未示出）。换句话说，NEM开关200从打开状态切换到闭合状态。在这种状态下，在尖端结构211与接触元件220之间建立电连接，允许漏极电流ID的流动。

一旦完成或中断对电极212、213的电压电位VGS的施加，就没有了吸引力，由此悬臂梁212可返回到如图3所示的其初始状态，其中尖端结构211从接触元件220分开，且漏极电流ID的流动被阻止。换句话说，NEM开关200从闭合状态切换到打开状态。

每个切换事件都伴随着机械应力，所述机械应力特别地可影响尖端结构211和接触元件220。对于存在大量开关循环的情况尤其如此。为了避免该问题，同样期望产生经调制的致动力。

出于该目的，NEM开关200的致动器装置230包括电源，该电源包括DC电压源234和AC电压源235。结果，调制电压VGS被施加到两个电极212、231，由此产生具有恒定频率的周期性调制的致动力。可考虑针对调制的任何波形，例如，正弦波、锯齿波、矩形波等。此外，优选地以这样的方式提供调制：调制幅度小于致动力的平均值的十分之一。作为例子，调制的幅度可以为致动力平均值的百分之几的量级。

提供具有调制的致动力允许改善NEM开关200的在闭合状态下尖端结构211与接触元件220之间的电接触。在当调制幅度小于致动力的平均值的十分之一的情况下尤其如此。结果，通过DC电压源234可仅仅提供相对低的DC电压，由此为致动力提供相对低的（平均）量值，这在作用于尖端结构211和接触元件220上的机械应力方面是有利的。以该方式，可提高NEM开关200的耐用性并由此延长使用期限，从而NEM开关200可例如被用于（苛刻的）逻辑应用。此外，还可以提供具有（较）简单的结构（例如，弱DC电压源234，较小机械强度的移动部件等）的NEM开关200和致动器230。

根据NEM开关200的应用，可通过间歇地提供具有预定切换频率的致动力来执行NEM开关200的切换。该切换频率可例如取决于时钟信号或受到时钟信号驱动。关于这一点，致动力的调制频率可超过切换频率，由此允许NEM开关200的可靠接触行为。调制频率可例如是切换频率的数倍。作为例子，对于100Mhz的切换频率，调制频率可以是例如500Mhz。

通过经调制的致动力提供改善的电接触，这在机电开关所固有的滞后行为方面是有利的。关于这一点，图4示出了漏极电流ID根据栅极到源极电压VGS的特性的示意图，示例出当操作NEM开关200时这样的滞后行为。需要指出的是，当操作图1和图2中示出的MEM开关100时，也可发生类似的行为。

如图4所示，从为零的电压VGS（即，NEM开关200的打开状态）开始，电压VGS稳定地增大，其中没有电流ID流过（“零关断电流”）。NEM开关200的闭合和由此电流ID向特定量值的快速增加（“零亚阈值摆幅”）出现在电压VGS2（“吸合电压（pull-in voltage）”）处。当电压VGS进一步增加时，电流ID（即，电流ID的量值）保持不变。换句话说，电压VGS的进一步增加可增加吸引力，但不会增加电流ID。随后，当电压VGS降低时，NEM开关200的打开和由此电流ID的下降并非发生在电压VGS2处，而是发生在较低电压VGS1（“释放电压（pull-outvoltage）”）处。

上述电压VGS的调制和由此致动力的调制可引起这样的滞后行为的降低。特别地，可实现电压VGS2的降低。

对于存储器基元（memory cell）形式的NEM开关200的应用，也可利用该滞后行为。这里，NEM开关200的两个开关状态（打开/闭合）代表存储器状态。为了操作，具有介于VGS1和VGS2之间的量值的基础电压VGS可被施加到NEM开关200。可通过将电压VGS暂时增加为超过电压VGS2且然后返回到介于VGS1和VGS2之间的基础电压，来执行对NEM开关200的编程。以该方式，NEM开关200被切换到闭合状态，这可通过检测到不同于零的漏极电流ID而被“读出”。可通过将电压VGS暂时降低为小于VGS1且然后返回到介于VGS1和VGS2之间的基础电压，来执行对该存储器状态的擦除。因此，NEM开关200被切换回到打开状态，这可通过检测到漏极电流ID为零而被再次“读出”。对于这样的存储器操作，也可通过应用对电压VGS的适当调制和由此对致动力的适当调制来调节滞后。

需要指出的是，也可以这样的方式设计NEM开关200：使得电压VGS1为负的且电压VGS2为正的。以该方式，上述具有介于VGS1和VGS2之间的量值的基础电压可以为零。关于这一点，也可实现通过经调制的致动力对滞后行为的调节。

图5示出了反相器的等效电路图，示例出NEM开关的应用的又一个例子。该反相器包括两个NEM开关201、202，其中每个开关201、202具有类似于图3的NEM开关200的结构。在图5中还示出了开关201、202的各个端子S、G和D。

反相器可以例如是C-NEM装置，即，互补纳机电反相器。在这里，例如，开关201可以是包括p型导电支持件215、梁212和尖端211的p-继电器（relay）。另一开关202可以是包括n型导电支持件215、梁212和尖端211的n-继电器。

两个开关201、202在漏极端子D处彼此连接。漏极端子D还连接到输出端子，通过该输出端子，输出信号或电压Vout被输出。连接到地电位241的负载电容240也被连接到开关201、202的漏极端子D。负载电容240可表示寄生反相器电容和外部负载电容的结合，其在切换反相器时被充电。

病情，对开关201的源极端子S施加电源电压VDD，且对开关202的源极端子S施加地电位241。输入端子被连接到开关201、202的栅极端子G，通过该输入端子，可对反相器施加输入信号或电压Vin。

通过所示出的反相器，电压VDD或地电位241可作为输入信号Vin而被施加。结果，反相的信号地241或VDD作为输出信号Vout而被输出。具体来说，对于VDD的输入，开关201保持打开（因为开关201的栅极G和源极S具有相同的电位）且开关202闭合（因为开关202的栅极G和源极S具有不同的电位），从而施加到开关202的源极S的地电位241被“传递”到输出端。反之亦然，对于地电位241的输入，开关201闭合（因为开关201的栅极G和源极S具有不同的电位），且开关202保持打开（因为开关202的栅极G和源极S具有相同的电位），从而施加到开关201的源极S的电压VDD被“传递”到输出端。

关于图5的反相器电路，可以考虑为开关201、202提供经调制的致动力以获得上述优点，特别是更可靠的接触行为。为了实现这一点，电源电压VDD可以是与小的AC电压分量叠加的DC电压。关于进一步的细节，参考以上描述。

为了示范力调制对接触质量的有益影响，对导电模式的AFM显微镜装置进行实验。在这里，相应的AFM尖端到样品界面可以模拟发生在NEM开关中的纳米级接触。

所应用的AFM显微镜包括具有硅化铂尖端的硅悬臂。该尖端接触设置在悬臂下方的样品或底电极。使用xyz扫描器和光学偏斜感测装置来维持实验期间的恒定DC载荷力。DC电压被施加在悬臂和底电极之间。使用悬臂基部下方的高频振动压电（dither piezo）来推动悬臂并由此提供AC力调制。

实验表明，随着DC载荷力增加，电接触质量改善，这从流过样品的电流增加可看出。并且，观察到接触质量随着AC力调制的增加而稳定改善。即使在低载荷力下，相对小的正弦力调制也导致显著改善的导电性。实验和模拟研究表明，AC力调制仅是DC载荷力的一部分。并且，检测到侧向力的同时减小以及由此摩擦和磨损的同时减小。

通过示例，图6示出了在这些实验中获得的以μA为单位的电流I根据以nN为单位的载荷力F的测量曲线250、251。在力调制的情况下测量到曲线250，而在没有力调制的情况下测量到曲线251。从对曲线250、251的比较可以得到结论：力调制改善了电流I的量值，并由此改善了接触质量。对于低载荷力的情况下尤其如此。

上述结合附图的实施例是示例性的。并且，可实现包括进一步修改的另外的实施例。作为例子，所提到的关于可能的材料、频率等的规格被认为仅是示例性的，其可被其他规格替代。此外，可实现具有与所示出的开关装置100、200不同的结构或几何形状的机电开关装置。这样的开关装置还可包括不同或其他结构和层。

作为例子，关于图1和图2的MEM开关100，替代在梁结构112上设置包括电极132、导体113和接触区域114的导电结构，可以简单地在梁结构112上设置延伸到锚结构115的平面电极。另一个可能的修改在于提供具有不同于图2中示出的矩形梁结构112的设计的梁结构。

此外，例如可以以这样的方式修改MEM开关100：与图3的NEM开关200可比地，在开关的闭合状态下，可以使电流经由梁结构112流动。为了该目的，例如，包括例如金属材料的相应导电结构可被设置在梁结构112上。此外，替代两个接触元件121、122，对于这样修改的MEM开关，可提供设置在基板105上且与前述导电结构接触的仅仅一个接触元件。

关于图3的NEM开关200的可能修改，例如，如果在开关的闭合状态下避免悬臂梁212和电极231之间的电连接，则可以省略尖端结构211。

此外，可以实现不同于使DC电压与AC电压叠加的致动力调制。作为例子，可通过对两个电极施加DC电压来提供（基础）致动力，其中通过另一个部件（例如，压电部件）提供相应静电吸引力的调制。例如关于图1和图2的MEM开关100，可以在梁结构112上设置相应的压电元件。

替代基于两个电极间的静电吸引而执行致动，可采用不同的致动机制。一个例子是例如在两个电磁体之间或在永磁体与电磁体之间的电磁吸引。在这里，可以仅基于电磁吸引（例如，利用由AC电压叠加的DC电压驱动电磁体）而提供经调制的致动力，或将（基础）电磁吸引与另一部件（例如压电部件）结合。

此外，关于上述开关100、200，为致动相应的开关100、200以从断开状态改变为连接状态而施加的致动力始终被提供有调制，即，在闭合状态以及之前的状态下都被提供有调制。但是，替代地，也可以仅提供致动力的暂时调制。特别地，可以仅在开关基本上处于连接状态时才施加调制。关于例如静电致动，这可例如通过初始地对两个电极施加DC电压且随后对DC电压增加或切换AC电压而实现。在这里，例如，可施加与相应开关的切换特性匹配的预定延迟时间。

此外，需要指出的是，可实现包括多个机电开关装置或机电开关装置阵列的众多系统，其中，根据上述途径和构思利用致动力来致动开关装置，由此允许以较低的力实现增强的接触可靠性。这样的系统可包括例如在用于电信系统、雷达系统、仪器仪表的相控阵列和可重构孔径、用于卫星通信的切换网络以及用于无线应用（便携式单元和基站）的单极N掷开关中的RF应用。另一个例子是逻辑应用，例如远程电子、汽车和空间应用。

尽管在此示例并描述了具体实施例，但本领域普通技术人员将理解，可以用各种备用的和/或等价的实施方式来替代所示出和描述的具体实施例，而不脱离本发明的范围。本说明书旨在涵盖在此讨论的具体实施例的任何变通或变化。因此，本发明旨在仅受权利要求书及其等价物的限定。参考标号列表

100MEM开关

105基板

111接触元件

112梁结构

113导体

114接触区域

115支撑结构

121,122接触元件

130致动器

131,132电极

134DC电压源

135AC电压源

137开关

200NEM开关

201P-继电器

202N-继电器

205基板

211尖端结构

212悬臂梁

215支撑结构

220接触元件

230致动器

231电极

234DC电压源

235AC电压源

237开关

240负载电容

241地

250测量曲线（具有力调制）251测量曲线（没有力调制）D漏极

I电流

ID漏极电流

F载荷力

G栅极

S源极

VDD电源电压

VGS，VGS1，VGS2栅极到源极电压Vin输入电压

Vout输出电压

Claims (14)

1.一种机电开关装置（100、200），包括：

第一开关部分（111、112、211、212）、第二开关部分（121、122、220）以及致动器装置（130、230），

其中，所述致动器装置（130、230）被配置为提供致动力，由此使所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）相对于彼此被致动，以从断开状态改变为连接状态，

且其中，所述致动器装置（130、230）还被配置为至少当所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）处于连接状态时，提供具有调制的致动力。

2.根据权利要求1所述的机电开关装置，

其中，所述致动器装置（130、230）包括第一电极（131、231）、第二电极（132、232）和电源（134、135、234、235），

且其中，所述致动器装置（130、230）通过经由所述电源（134、135、234、235）向所述第一和第二电极（131、132、212、231）施加电压而提供所述致动力，由此产生所述第一和第二电极（131、132、212、231）之间的静电吸引。

3.根据权利要求2所述的机电开关装置，

其中，所述电源包括直流电压部件（134、234）和交流电压部件（135、235）。

4.根据前述任一项权利要求所述的机电开关装置，

其中，所述致动器装置（130、230）被配置为提供具有恒定频率的致动力调制。

5.根据前述任一项权利要求所述的机电开关装置，

其中，所述致动器装置（130、230）被配置为以这样的方式提供所述致动力的所述调制：调制幅度小于所述致动力的平均值的十分之一。

6.根据前述任一项权利要求所述的机电开关装置，

其中，所述机电开关装置是微机电开关装置（100）。

7.根据前述权利要求1到5中任一项所述的机电开关装置，

其中，所述机电开关装置是纳机电开关装置（200）。

8.根据前述任一项权利要求所述的机电开关装置，

其中，所述第一开关部分包括梁结构（112、212）以及设置在所述梁结构（112、212）上的接触元件（111、211），且其中，所述第二开关部分至少包括另一接触元件（121、122、220）。

9.一种操作机电开关装置（100、200）的方法，

其中，提供致动力，由此使所述机电开关装置（100、200）的第一开关部分（111、112、211、212）和第二开关部分（121、122、220）相对于彼此被致动，以从断开状态改变为连接状态，

且其中，至少当所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）处于所述连接状态时，向所述致动力提供调制。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中，所述致动力的所述调制具有恒定频率。

11.根据权利要求9到10中任一项所述的方法，

其中，以这样的方式提供所述致动力的所述调制：调制幅度小于所述致动力的平均值的十分之一。

12.根据权利要求9到11中任一项所述的方法，

其中，通过间歇地提供具有预定的切换频率的所述致动力，所述第一和第二开关部分（111、112、121、122、211、212、220）在所述断开状态与所述连接状态之间切换，且其中，所述致动力的调制频率超过所述切换频率。

13.根据权利要求9到12中任一项所述的方法，

其中，通过对第一电极（131、231）和第二电极（132、212）施加电压而执行所述提供致动力，由此产生所述第一和第二电极（131、132、231、212）之间的静电吸引。

14.根据权利要求13所述的方法，

其中，通过施加与交流电压叠加的直流电压，对所述第一和第二电极（131、132、231、212）施加电压电位。

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