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Technisches
Gebiet
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Diese
Erfindung betrifft mikroelektromechanische Vorrichtungen.
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Allgemeiner
Stand der Technik
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US 5,619,061 offenbart eine
mikromechanische Mikrowellenschaltungsvorrichtung. Die verwendeten
Schalter in dieser Vorrichtung umfassen sowohl Ohmsche als auch
kapazitive Verbindungen, elektrostatische und thermische Aktivierung,
leitfähige
dielektrische deformierbare Membrane, elektrische und mechanische
Rückstellkräfte, feste
und Trägerelementstromträger.
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Bekannte
mikroelektromechanische (MEM) Vorrichtungen basieren auf einem freitragenden
Balken, wie in 1 gezeigt. Der Balken 10 wirkt
als Platte eines Parallel-Platten-Kondensators. Eine Spannung, die
Aktuations- bzw. Betätigungsspannung,
die an den Balken 10 und eine Elektrode 12 auf dem
Substrat 14 angelegt wird, übt eine Anziehungskraft auf
den Balken 10 aus, die, wenn die Kraft groß genug
ist, die Steifheit des Balkens 10 überwindet und den Balken 10 zum
Biegen bringt, um eine zweite bzw. Zweit-Elektrode 16 zu
kontaktieren und damit einen durchgehenden Pfad aufzubauen. Während die
bekannte MEM-Vorrichtung als eine einfache Vorrichtung erscheint,
haben aktuelle Implementierungen eine Anzahl von Nachteilen.
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Beispielsweise
neigen sie dazu, zwischen der Balkenspitze 18 und der Zweitelektrode 16 hängen zu
bleiben, so dass, wenn sie als Ergebnis der Anlegung der Betätigungsspannung
einmal geschlossen sind, eine Entfernung der Spannung nicht zu einem Öffnen der
Vorrichtung führt.
Dies kann auftreten, wenn die Haftreibungskräfte die Federrückstellkräfte übersteigen.
Bei dieser Vorrichtung ist die Vorrichtungsöffnungsphase nicht elektrisch,
sondern mechanisch gesteuert, d.h. es liegt an „Mutter Natur", verkörpert in
den Rückstellkräften des
Balkens 10, um die Öffnung
zu bewirken.
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Es
gibt ebenfalls einen nachteiligen Kompromiss zwischen Betätigungsspannung
und Isolierung im Aus-Zustand. Das heißt, um eine geringe Betätigungsspannung
zu erhalten, sollte die Balken-zu-Substrattrennung klein sein, aber
im Gegenzug führt
eine geringe Balken-zu-Substrattrennung zu einer großen parasitären Kapazität im Aus-Zustand
und damit zu einer geringen RF-Isolierung im Aus-Zustand.
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Ferner
steht die maximale Frequenz, mit der der Balken ausgelenkt und entspannt
werden kann, d.h. ein-/ausgeschaltet werden kann, im Verhältnis zu
seiner Geometrie und den Materialeigenschaften, insbesondere in
seiner Länge,
Dicke, zu einem Kompressionsmodul und der Dichte. Deshalb kann es
bei einigen Anwendungen unmöglich
werden, hohe Schaltfrequenzen bei praktischen Balkengeometrien und/oder
Spannungen zu erreichen.
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Eines
der inneren Probleme der freitragenden Balkenvorrichtung besteht
darin, dass der Zustandswechsel des Balkens von offen nach geschlossen
das Ergebnis einer Instabilität
ist. Im Wesentlichen deformiert sich der Balken graduell und vorhersehbar
als Funktion der angelegten Betätigungsspannung
bis zu einem Schwellenwert. Über
diesem Schwellenwert tritt eine Instabilität auf, wodurch die Kontrolle
verloren wird, und der Balken schlägt auf die Bodenelektrode auf.
Eine Anzahl von ungewünschten
Bedingungen ergibt sich daraus, wie bspw. Anhaftung, d.h. der Schalter
bleibt geschlossen selbst nach Entfernen der Betätigungsspannung, sowie Kontaktverschlechterung,
die die nutzbare Lebensdauer der Vorrichtung negativ beeinflussen
wird.
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Offenbarung
der Erfindung
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Es
ist deshalb eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine mikroelektromechanische (MEM) Vorrichtung vorzusehen, die nur
eine geringe Betätigungsspannung
benötigt,
um ein Schalten zu bewirken.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine MEM-Vorrichtung vorzusehen,
die eine hohe Aus-Isolierung zeigt.
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Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine MEM-Vorrichtung vorzusehen,
bei der die Schaltaktion unabhängig
ist von der Steifheit des Balkens.
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Noch
weiter ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine MEM-Vorrichtung vorzusehen,
bei der die Haftreibung bzw. Anhaftung wesentlich reduziert ist.
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Bei
der Ausführung
der vorliegenden Aufgaben und anderer Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung, wird eine MEM-Vorrichtung bereitgestellt,
um eine kleine Betätigungsspannung,
eine geringe Einfügungsdämpfung (insertion loss),
eine hohe Isolierung und eine hohe Schaltfrequenz zu erreichen,
die nicht durch Anhaftung bzw. Haftreibung begrenzt sind. Die MEM-Vorrichtung
umfasst ein Substrat, mit einer darauf positionierten ersten Verbindungsleitung,
die durch einen ersten Spalt mit einer ersten Spaltbreite geteilt
bzw. getrennt ist, und einer zweiten Verbindungsleitung, die durch
einen zweiten Spalt mit einer zweiten Spaltbreite geteilt bzw. getrennt
ist und parallel zu der ersten Verbindungsleitung ist.
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Das
Substrat umfasst eine erste und eine zweite Hauptsteuerungselektrode,
wobei eine der ersten und der zweiten Hauptsteuerungselektrode auf
einer Seite von der ersten oder der zweiten Verbindungsleitung positioniert
ist und wobei die andere der ersten und der zweiten Hauptsteuerungselektrode
auf der anderen Seite der anderen der beiden Verbindungsleitungen
positioniert ist. Die MEM-Vorrichtung umfasst ferner einen flexiblen
freitragenden Balken mit einer oberen Fläche und einer unteren Fläche und
einer Balkenbreite, die etwas größer ist
als die erste und die zweite Spaltbreite an einem ersten und einem
zweiten Abschnitt entsprechend der ersten und der zweiten Verbindungsleitung.
Ein flexibler Anker ist an der unteren Fläche des Balkens in der Mitte des
Balkens angebracht und an einer Mitte des Substrats befestigt, um
den Balken orthogonal zu der ersten und der zweiten Verbindungsleitung
zu positionieren. Erste und zweite Sekundärsteuerungselektroden sind
an der unteren Fläche
des Balkens angebracht und gegenüber
der ersten und der zweiten Hauptsteuerungselektroden positioniert.
Erste und zweite Kontaktanschlussflächen sind an der unteren Fläche des
Balkens angebracht und gegenüber
der ersten und der zweiten Verbindungsleitung positioniert, wobei,
wenn eine Spannung an die erste oder die zweite Hauptsteuerungselektrode
und die entsprechende erste oder zweite Sekundärsteuerungselektrode angelegt
wird, der Balken in Richtung der ersten oder zweiten Hauptsteuerungselektrode
bewegt werden wird und damit die erste oder zweite Kontaktanschlussfläche zur Überlappung
des entsprechenden ersten oder zweiten Spalts bringt, um einen elektrischen
Kontakt zwischen der entsprechenden der ersten oder zweiten Verbindungsleitung herzustellen.
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Die
vorherigen Aufgaben und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung ergeben sich leicht aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung des besten Modus zur Ausführung der
Erfindung, wenn sie zusammen mit den begleitenden Zeichnungen betrachtet
wird.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Seitenansicht einer bekannten mikroelektromechanischen (MEM)
Vorrichtung;
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2 ist
eine Seitenansicht einer MEM-Vorrichtung, die entsprechend der Lehren
der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist; und
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3 ist
eine Draufsicht der MEM-Vorrichtung, die in 2 gezeigt
ist;
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4 ist
eine Seitenansicht einer alternativen MEM-Vorrichtung, die entsprechend
den Lehren der vorliegenden Erfindung ausgeführt ist;
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5 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, nach
dem Schritt des Aufbringens der TiW-Au-Schichten auf das Substrat entsprechend
einem ersten alternativen Prozess;
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6 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in 5 gezeigt
ist, nach dem Schritt des Ätzens der
Kontaktflächen
und der Übertragungsleitungen auf
dem Substrat;
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7 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 6 gezeigt
ist;
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8 ist
eine Seitenansicht der in 6 gezeigten
Vorrichtung, nach dem Schritt der Ausbildung des Scharniers;
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9 ist
eine Seitenansicht der in 8 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Aufschleuderns einer dicken Schicht
eines positiven Fotolacks auf das Substrat und das Entwickeln einer Öffnung oben
auf dem Scharnier und in dem benachbarten Gebiet;
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10 ist
eine Draufsicht der in 9 gezeigten Vorrichtung;
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11 ist
eine Seitenansicht der in 9 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Auftragens einer zweiten Schicht
von TiW-Au auf die Vorrichtung;
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12 ist
eine Seitenansicht der in 11 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Aufschleuderns und Entwickelns
eines positiven Fotolackmusters und des Ätzens der TiW-Au-Schicht, um den
Balken und die Masseanschlussfläche
auszubilden;
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13 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 12 gezeigt
ist;
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14 ist
eine Seitenansicht der in 12 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Auflösens der positiven Fotolackschichten;
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15 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 14 gezeigt
ist;
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16 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach dem Schritt des Auftragens
einer dielektrischen Schicht auf das Substrat entsprechend einem
zweiten alternativen Prozess;
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17 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach dem Schritt des Auflösens bzw.
Ablösens
der positiven Fotolackschichten;
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18 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach dem Schritt des Auftragens
der TiW-Au- und TiW-Si3N4-Schichten
auf das Substrat entsprechend einem dritten alternativen Prozess;
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19 ist
eine Seitenansicht der in 18 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Aufschleuderns und Entwickelns
eines positiven Fotolackmusters und des Ätzens der TiW-Au- und TiW-Si3N4-Schichten, um
den Balken und die Masseanschlussfläche auszubilden;
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20 ist
eine Draufsicht der in 18 gezeigten Vorrichtung nach
dem Schritt des Ätzens
der TiW-Si3N4-Schicht,
um die Au-Masseanschlussfläche freizulegen;
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21 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in 19 gezeigt
ist, nach dem Schritt des Auflösens
des Fotolacks mit Azeton;
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22 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 21 gezeigt
ist;
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23 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung nach dem Schritt des Auftragens
einer TiW-Si3N4-Schicht
und einer separaten TiW-Schicht entsprechend einem vierten alternativen
Prozess;
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24 ist
eine Seitenansicht der in 3 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Ätzens des TiW-Maskenmusters
mit Löchern;
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25 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 24 gezeigt
ist;
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26 ist
eine Seitenansicht der in 24 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Ätzens der TiW-Si3N4-Schicht, um den Balken und die Masseanschlussfläche auszubilden
und die TiW-Maske zu entfernen;
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27 ist
eine Draufsicht der in 26 gezeigten Vorrichtung;
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28 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in 26 gezeigt
ist, nach dem Schritt des Auftragens der TiW-Au-Schicht;
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29 ist
eine Seitenansicht der in 28 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Ätzens der TiW-Au-Schicht, um
die Balkenelektrode und die Masseanschlussfläche auszubilden;
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30 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in 29 gezeigt
ist, nach dem Schritt des Auflösens
des positiven Fotolacks;
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31 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung nach
dem Schritt des Auftragens einer TiW-Au- und einer TiW-Schicht und des Ätzens der
oberen TiW-Schicht, um eine Maske auszubilden, entsprechend einem
fünften
alternativen Prozess;
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32 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 31 gezeigt
ist;
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33 ist
eine Seitenansicht der in 31 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Ätzens der TiW-Au-Schicht und
des Entfernens der TiW-Maske;
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34 ist
eine Draufsicht der Vorrichtung, die in 33 gezeigt
ist;
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35 ist
eine Seitenansicht der Vorrichtung, die in 33 gezeigt
ist, nach dem Schritt des Auftragens einer TiW-Si3N4-Schicht;
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36 ist
eine Seitenansicht der in 35 gezeigten
Vorrichtung nach dem die TiW-Au- und TiW-Si3N4-Schichten geätzt wurden, um den Balken und
die Masse auszubilden; und
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37 ist
eine Seitenansicht der in 36 gezeigten
Vorrichtung nach dem Schritt des Auflösens des Fotolacks in Azeton.
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Beste Modi
zur Ausführung
der Erfindung
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Wendet
man sich nun den 2 und 3 zu, ist
dort eine Seitenansicht und eine Draufsicht der MEM-Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung jeweils dargestellt, die allgemein mit
dem Bezugszeichen 20 gekennzeichnet ist. Die MEM-Vorrichtung 20 umfasst ein
Substrat 22. Auf dem Substrat 22 ist eine erste und
eine zweite Verbindungsleitung 24a, 24b positioniert,
die parallel zueinander liegen. Verbindungsleitungen 24a, 24b sind
durch einen Spalt 26a bzw. 26b getrennt. Verbindungsleitungen 24a, 24b sind
durchgehend, wenn die Spalte 26a bzw. 26b überbrückt werden.
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Über dem
Substrat 22 positioniert, um die Verbindungsleitungen 24a, 24b zu überbrücken, ist ein
flexibler freitragender Balken 28, der orthogonal zu den
Verbindungsleitungen 24a, 24b positioniert ist und
eine Breite besitzt, die zumindest so groß ist wie die Breiten der Spalte 26a, 26b an
den Spalten 26a, 26b. Auf der unteren Fläche des
Balkens 28 ist eine erste und eine zweite Kontaktanschlussfläche 30a, 30b vorgesehen,
um die Verbindungsleitungen 24a bzw. 24b zu überbrücken.
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Dies
wird erreicht durch ein Schwenken des Balkens 28 an seiner
Mitte über
einen flexiblen Anker 32. Der flexible Anker 32 kann
aus einem Metallmaterial, einem keramikähnlichen dielektrischen Material
oder einem Polyamidmaterial hergestellt sein. Ferner kann der flexible
Anker 32 ein Verbundanker sein, wobei eine Basis 34 des
Ankers 32 aus einem Material mit einem großen E-Modul
gefertigt ist, während ein
Pfosten 36 des Ankers 32 aus einem Material mit einem
kleinen E-Modul hergestellt ist, oder umgekehrt, so dass extrem
kleine Betätigungsspannungen möglich werden.
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Um
die Anschluss- bzw. Kontaktflächen 30a, 30b in
Richtung der Verbindungsleitungen 24a bzw. 24b zu
bewegen, sind Hauptsteuerungselektroden 38a, 38b oben
auf dem Substrat 22 positioniert, während entsprechende entgegengesetzte
Sekundärsteuerungselektroden 40a, 40b an
der unteren Fläche
des Balkens 28 positioniert sind. Sekundärsteuerungselektroden 40a, 40b können eher
eine durchgehende Elektrode, wie in 2 gezeigt,
sein als zwei getrennte Elektroden. Die Hauptsteuerungselektroden 38a, 38b können positive
Elektroden sein, während
die Sekundärsteuerungselektroden 40a, 40b negative
Elektroden sein können,
oder umgekehrt.
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Die
Hauptsteuerungselektroden 38a, 38b können ebenfalls
außerhalb
der Verbindungsleitungen 24a, 24b positioniert
sein, wie in 4 gezeigt. In diesem Fall sind
die Sekundärsteuerungselektroden 40a, 40b außerhalb
der Kontaktanschlussfläche bzw.
Kontaktflächen 30a, 30b positioniert,
und die Verbindungsleitungen 24a, 24b erfordern
eine Höhe, die
größer ist
als die der Hauptsteuerungselektroden 38a, 38b.
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Wenn
somit ein passender Spannungspegel an die Hauptsteuerungselektrode 38a und
die Sekundärsteuerungselektrode 40a angelegt
wird, während
eine geringere Spannung oder keine Spannung an die Hauptsteuerungselektrode 38b und
die Sekundärsteuerungselektrode 40b angelegt
wird, wird der Balken 28 den Spalt 26a in der
Verbindungsleitung 24a überbrücken, während der
Spalt 26b in der Verbindungsleitung 24b offen
bleibt, oder umgekehrt.
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Durch
ein geeignetes Schwenkdesign bzw. Gelenkdesign und eine passende
Taktung der Größen der
Hauptsteuerungselektroden 38a, 38b kann die Schaltaktionsrate
gesteuert werden. Ebenfalls kann die Geschwindigkeit des Kontakts
zwischen den Verbindungsleitungen 24a, 24b und
den Kontaktanschlussflächen 30a, 30b gesteuert
werden, um somit die Kontaktlebensdauer zu verlängern. Wenn die Verbindungsleitung 24a geschlossen
ist, ist ferner die Balken-zu-Substrattrennung auf der Verbindungsleitung 24b größer, als
dies bei bekannten freitragenden Balkenvorrichtungen erreicht werden konnte,
was zu höheren
Isolationseigenschaften im Aus-Zustand führt.
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Da
die Position des Balkens durch Anlegen von Betätigungsspannungen auf einer
Seite des Ankers 32 gesteuert wird, wird die Schaltfrequenz
durch diese Spannungen gesteuert. Somit kann die Schaltfrequenz,
die unabhängig
von der Steifheit des freitragenden Balkens ist, wesentlich erhöht werden.
Ein solches Merkmal hat eine enorme Auswirkung auf die Möglichkeiten
von Satellitenkommunikationssystemen, insbesondere jene, die Architekturen
beinhalten, die Schaltmatrizen und phasengesteuerte Antennen umfassen,
da geringe Einschwingverluste, eine hohe Isolation und eine hohe
Schaltfrequenz erreicht wird.
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Es
sei nun auf die 5-37 Bezug
genommen. Dort sind fünf
Beispiels von Verfahrens- bzw. Prozessschritten gezeigt, die verwendet
werden könnten,
um typische Ausführungsformen
der MEM-Vorrichtung 20 herzustellen, die den Ansprüchen entsprechen,
die in der vorliegenden Erfindung ausgeführt sind. Die Seitenansichten
der fünf
alternativen MEM-Vorrichtungen sind in den 14, 17, 21, 30 und 37 gezeigt.
Die Materialien, Dicken und Verarbeitungsschritte sind nur vorgeschlagene
Werte und Techniken, um zu diesen fünf Ausführungsformen zu gelangen.
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Einem
ersten Prozess, der in den 5 bis 14 dargestellt
ist, wird eine dünne
Schicht 54 aus TiW-Au auf der Schaltungsseite 50 des
Substrats 22 der MEM-Vorrichtung 20 abgelagert,
wie in 5 gezeigt. TiW ist eine typische Haftschicht zwischen Substraten,
wie bspw. Al2O3 und
Au (d.h. Gold). Die TiW-Au-Schicht kann etwa 250 Å – 1 μm dick sein, und
das Substrat 22 kann 5, 10, 15 oder 25 mil dickes poliertes
Al2O3 sein. Dieser
Schritt kann auf einem von verschiedenen Wegen ausgeführt werden,
wie bspw. Sputtering und/oder Elektroplattierung. Als nächstes wird
unter Verwendung der zuvor beschriebenen Techniken eine zweite Schicht 56 von
TiW-Au auf der unteren bzw. Boden- oder Masseseite 52 des Substrats 22 mit
einer Dicke abgelagert, die durch die Frequenz der Anwendung bestimmt
ist, typischerweise einige wenige hundert Mikroinches von Au.
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Ein
positiver Fotolack wird auf das Substrat 22 aufgeschleudert,
gefolgt durch eine Ausrichtung einer Maske und Aussetzen des Fotolacks
einem ultravioletten Licht, um ein Fotolackmuster zu entwickeln.
Die TiW-Au-Schicht 54 wird geätzt, um die Kontaktanschlussflächen bzw.
Kontaktflächen 38 und
die Verbindungsleitungen 24 auszubilden, wie in den 6 und 7 gezeigt.
Wenn die Verbindungsleitungen 24 zwischen den Kontaktflächen 38 platziert
werden, wie in 4 gezeigt, müssen die Verbindungsleitungen 24 dicker
gemacht sein als die Kontaktflächen 38.
Der positive Fotolack wird schließlich mit Azeton entfernt.
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Der
flexible Anker 32 kann aus verschiedenen Materialien hergestellt
sein, die zuvor erwähnt wurden.
Aus Vereinfachungsgründen
kann jedoch eine dicke Schicht aus Polyamid auf das Substrat 22 aufgeschleudert
werden, wie in 8 gezeigt, um den Pfosten 36 auszubilden.
Die Pfostenhöhe
hängt von
der gewünschten
Betätigungsspannung
ab und liegt üblicherweise
im Bereich von Mikrometern. Eine Maske wird dann ausgerichtet und
ultraviolettem Licht ausgesetzt, um den Pfosten 36 zu entwickeln.
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Eine
dicke Schicht 58 eines positiven Fotolacks wird auf das
Substrat 22 aufgeschleudert, wie in 9 gezeigt.
Eine Maske wird ausgerichtet und ultraviolettem Licht ausgesetzt,
um eine Öffnung oben
auf dem Pfosten 36 und einem benachbarten Gebiet zu entwickeln,
um die Masseanschlussfläche auszubilden,
wie in 10 gezeigt. Eine zweite Schicht 60 aus
TiW-Au wird als nächstes
aufgetragen, wie in 11 gezeigt. Diese Schicht 60 ist
das Balkenmaterial und wird in einer gewünschten Dicke abgelagert, indem
Aufschleudern oder Elektroplattieren verwendet wird, oder jede andere
vergleichbare Technik.
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Wie
in 12 gezeigt, wird dann eine dünne Schicht 62 aus
einem positiven Fotolack auf die Vorrichtung aufgeschleudert. Eine
Maske wird ausgerichtet und ultraviolettem Licht ausgesetzt, um
das Fotolackmuster zu entwickeln. Die TiW-Au-Schicht 60 wird geätzt, um
den Balken und die benachbarte Masseanschlussfläche auszubilden, wie in den 12 und 13 gezeigt.
Schließlich
wird der Balken freigegeben, indem die positive Fotolackschicht 58 mit
Azeton aufgelöst
wird, wie in 14 und 15 gezeigt.
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Bei
einem zweiten alternativen Prozess, der in den 16-17 gezeigt
ist, ist eine dielektrische Schicht eingebracht, um die Möglichkeit
zu reduzieren, dass der Balken bei Anlegen einer Spannung anhaftet.
Bei dieser Ausführungsform
kann eine dünne
dielektrische Schicht 64 auf die TiW-Au-Schicht 54 auf
der Schaltungsseite 50 des Substrats 22 aufgebracht
werden, wie in 16 gezeigt. Vorzugsweise ist
die dielektrische Schicht 64 so dünn wie möglich, weniger als etwa 0,5 μm, und kann
bspw. SiO2 sein. Der Rest der Schritte sind
die gleichen wie beim ersten Prozess. Die Endstruktur des zweiten
alternativen Prozesses ist in 17 gezeigt
in einer Seitenansicht und ist gleich wie in 14 in
einer Draufsicht.
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Es
wird nun auf die 18-22 Bezug genommen.
Dort ist eine Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gezeigt, die
gemäß einem
dritten alternativen Prozess hergestellt ist. Bei diesem Prozess ist
das Balkenmaterial ein dickes Dielektrikum mit einer dünnen leitfähigen oder
Au-Unterschicht, um ein Mittel zum Anlegen einer Spannung bereitzustellen. Das
heißt,
es wird nicht nur eine TiW-Au-Schicht 60 auf das Substrat 22,
wie in 11 gezeigt aufgebracht, sondern
es werden zwei Schichten aufgebracht; eine TiW-Au-Schicht 66 und
eine dicke TiW-Si3N4-Schicht 68,
die etwa 250 Å – 1 μm bzw. 250 Å – einige
wenige μm
sein können.
Ein Muster eines positiven Fotolacks 70 wird dann oben
auf dem Substrat entwickelt und sowohl die TiW-Si3N4-Schicht 68 als auch die TiW-Au-Schicht 66 werden
geätzt,
um den Balken und die Masse- bzw. Boden-Anschlussfläche auszubilden,
wie in 19 gezeigt.
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Ein
zweites Fotolackmuster wird entwickelt, um es zu ermöglichen,
dass nur die TiW-Si3N4-Schicht 68 auf
der Au-Masseanschlussfläche
geätzt
wird, wie in 20 gezeigt. Der letzte Schritt,
das Freigeben des Balkens durch Auflösen des Fotolacks mit Azeton,
ist der gleiche wie bei den vorherigen Prozessen. Die Endstruktur
dieses dritten alternativen Prozesses ist in den 21 und 22 gezeigt.
Zusätzlich
kann die Au-Unterschicht 66 leicht getrennt werden in eine
erste und eine zweite Kontaktanschlussfläche 30a und 30b und
in Sekundärsteuerungselektroden 40a und 40b.
Dies wird mit einem zusätzlichen
Schritt des Ätzens
der TiW-Au-Unterschicht gleich nach dem Auftragen aber vor dem Auftragen
des TiW-Si3N4 erreicht,
wie in dem fünften
alternativen Prozess beispielhaft ausgeführt.
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Es
sei nun auf die 23-30 Bezug
genommen. Dort ist eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung gezeigt, die entsprechend einem vierten
alternativen Prozess hergestellt wird. Bei diesem Prozess ist das Balkenmaterial
ebenfalls ein dickes Dielektrikum allerdings mit einer dünnen Au-Oberschicht 74,
um ein Mittel zum Anlegen einer Spannung bereitzustellen. Die Anfangsschritte
sind die gleichen wie beim ersten Prozess bis zu dem Punkt, wo die
dicke Schicht 58 eines Fotolacks auf das Substrat 22 aufgeschleudert wird
und die Öffnungen
oben auf dem Pfosten 36 und in dem benachbarten Gebiet
entwickelt werden. Als nächstes
werden zwei getrennte Schichten abgelagert, eine TiW-Si3N4-Schicht 72 und
eine azetonresistente Schicht, wie bspw. TiW 74, wie in 23 gezeigt.
Die TiW-Si3N4-Schicht 72 kann
250 Å – wenige μm dick sein,
während
die TiW-Schicht 74 etwas weniger als ein 1 μm sein kann.
Indem ein positiver Fotolack benutzt wird, wird ein Balkenmuster
mit Löchern
in die obere TiW-Schicht 74 geätzt, wie in 24 und 25 gezeigt.
Die obere Fotolackschicht wird mit Azeton entfernt.
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Indem
die TiW-Schicht 74 als Maske verwendet wird, wird die TiW-Si3N4-Schicht 72 geätzt, um den
Balken auszubilden, wie in 26 und 27 gezeigt.
Die TiW-Maske 74 wird dann weggeätzt, und eine andere TiW-Au-Schicht 76 wird
aufgebracht, wie in 28 gezeigt. Indem ein Balkenmuster
aus positiven Fotolack 76 verwendet wird, wird die TiW-Au-Schicht 76 dann
geätzt,
um den Balken und die Au-Masseanschlussfläche auszubilden,
wie in 29 gezeigt. Schließlich wird
der Balken durch Auflösen
des Fotolacks 58 mit Azeton freigegeben, wie in Verbindung
mit dem ersten Prozess beschrieben. Die Endstruktur des vierten
alternativen Prozesses ist in 30 gezeigt
und ist gleich wie 14 in einer Draufsicht.
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Es
wird nun auf die 31-37 Bezug genommen.
Dort ist eine Seitenansicht und eine Draufsicht der Vorrichtung
der vorliegenden Erfindung gezeigt, die entsprechend einem fünften alternativen
Prozess hergestellt ist. Bei diesem Prozess ist das Balkenmaterial
ein dickes Dielektrikum mit einer dünnen Au-Schicht, die innerhalb
des Balkens eingebettet ist, um ein Mittel zum Anlegen einer Spannung
bereitzustellen. Die auszuführenden
Anfangsschritte sind die gleichen wie jene, die im vierten alternativen
Prozess ausgeführt
werden, bis zu dem Schritt des Ablagern der TiW-Au-Schicht 76,
wie in 28 gezeigt. Als nächstes wird
eine Maske, wie bspw. eine TiW-Schicht 77, aufgebracht,
Löcher
geätzt
und eine Fotolackschicht entfernt, wie in 31 und 32 gezeigt.
Diese TiW-Schicht 77 wird eingesetzt als eine Maske für nachfolgendes Ätzen der TiW-Au-Schicht 76 an
der unteren Seite, wie in 33 und 34 gezeigt.
Die TiW-Schicht 77 wird dann weggeätzt, um eine Trennung der TiW-Au-Schicht 76 in
erste und zweite Kontaktanschlussflächen 30a und 30b und
Sekundärsteuerungselektroden 40a und 40b zu
ermöglichen.
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Hier
wird eine TiW-Si3N4-Schicht 80 aufgebracht,
wie in 35 gezeigt. Ein Fotolackmuster 82 wird
entwickelt und die TiW-Au-Schicht 76 und die TiW-SisN4- Schicht 80 werden
geätzt,
um den Balken und die Masseanschlussfläche auszubilden, wie in 36 gezeigt.
Wie bei dem dritten alternativen Prozess wird ein Fotolackmuster
entwickelt, um zu ermöglichen,
dass nur die TiW-Si3N4-Schicht 80 oben auf
der Au-Masseanschlussfläche
weggeätzt
wird, wie in 20 gezeigt. Wie bei allen vorherigen
Prozessen wird der Balken durch Auflösen des Fotolacks 58 mit
Azeton freigegeben. Diese Endstruktur des fünften alternativen Prozesses
ist in 37 gezeigt und ist gleich wie 22 in
einer Draufsicht. Die in 37 gezeigte
Vorrichtung ist gleich zu der Vorrichtung, die in 30 gezeigt
ist, aber strukturell stärker.
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Während die
besten Modi zur Ausführung der
Erfindung im Detail beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen,
dass verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung
möglich
sind, wie sie durch die nachfolgenden Ansprüche definiert ist.