JP2012521062A - 柔軟な膜及び改善された電気起動手段を持つｍｅｍｓ構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 好適なＭＥＭＳ構造を提供する。
【解決手段】 このＭＥＭＳ構造は、縦方向（Ｘ）を規定する主縦軸（６ａ）を持つ柔軟な膜（６）、柔軟な膜（６）の下の少なくとも一つの柱（３，３′）、柔軟な膜（６）を下に強制された状態に下に曲げるのに適合されている電気下降起動手段（７）、柔軟な膜（６）を上に強制された状態に上に曲げるのに適合されている電気上昇起動手段（８）を含む。電気下降起動手段（７）または電気上昇起動手段（８）は、膜（６）の一部の下に延びかつ膜（６）上に前記少なくとも一つの柱（３）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域（７ｃまたは８ｃ）を含む。
【選択図】 図４

Description

本発明は、マイクロ電気機械式システム（ＭＥＭＳ）の技術分野に関し、特に柔軟な膜及び前記膜を曲げるための改善された電気起動手段を持つ新規なＭＥＭＳ構造に関する。この新規なＭＥＭＳ構造は、種々の用途で使用されることができ、特に例えばＭＥＭＳスイッチ（抵抗性接触スイッチまたは容量性接触スイッチ）、特に高周波（ＲＦ）スイッチを作るために有利に使用されることができ、または例えばマイクロ光電子機械式システム（ＭＯＥＭＳ）とも呼ばれる光学ＭＥＭＳ構造を作るために有利に使用されることができる。

マイクロ電気機械式システム（ＭＥＭＳ）構造は今やＲＦスイッチ（抵抗性接触スイッチまたは容量性接触スイッチ）または光学スイッチを作るために広く使用されている。これらのＭＥＭＳ構造は、特に例えばフェーズドアレイアンテナ、移相器、切替可能なチューニング要素等を作るための電気通信システムで使用される。

ＭＥＭＳ構造は、少なくとも二つの位置間で可動なマイクロ機械式スイッチ手段、及びこの機械式スイッチ手段をそれらの少なくとも二つの位置間で動かすためにこの機械式スイッチ手段上に力を発生するために適合された電気起動手段を含むことが一般的である。

ＭＥＭＳ構造のこの電気起動手段を実施するために種々の起動技術が使用されることができる。これらの電気起動手段は、静電的、電磁的、圧電的、または電熱的な起動手段であることができる。しかし、静電的起動は現在まで使用される一般的技術である。なぜならそれはより短いスイッチ時間（典型的には２００μｓ未満）及び実質的にゼロの電力消費及び伝統的なＣＭＯＳプロセスフローとの完全な技術的両立性を達成可能にするからである。さらに、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチ設計において、種々の起動技術が組み合わされることができる（例えば静電的電圧保持は熱起動と結合されることができる）。

ＭＥＭＳ構造のマイクロ機械式スイッチ手段は例えば可動固定ビーム、または柔軟な膜のような可動固定要素を含むことができる。

可動固定スイッチ要素を含むＭＥＭＳ構造は、例えば米国特許出願２００５／０００１７０１またはヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−１４８９６３９に記載されている。

しかし、柔軟な膜の使用は、可動固定スイッチ要素の使用と比べて、より短いスイッチ時間を有利に達成することができる。

柔軟な膜は、ブリッジを形成するために基板上に両端で留められることができる。かかる両留めされた柔軟な膜により構成されたスイッチ要素を含むＭＥＭＳ構造は以下の刊行物：米国特許出願２００４／００５０６７４、米国特許出願２００４／００９１２０３、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−１３４３１８９、ＰＣＴ出願ＷＯ−Ａ−２００４／０７６３４１に記載されている。

柔軟な膜はまた、片持ばりを形成するために一端でのみ基板上に留められることができる。かかる片持ばりの柔軟な膜により構成されたスイッチ要素を含むＭＥＭＳ構造は例えば米国特許５６３８９４６に開示されている。

柔軟な膜はまた、例えばヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−１７０５６７６に開示されたような基板上に自由に支持されることができる。かかる自由な柔軟な膜は両留めされた柔軟な膜または片持ばり膜より低い機械的応力に有利にさらされ、従ってＭＥＭＳ構造の寿命は有利に増大される。

ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−１７０５６７６の図１及び２の実施態様では、柔軟な膜は、二つの柱上に自由に支持され、二つの状態（上に強制された状態（図２に示される）と静止状態（図１に示される））を持つのに適合されている。膜をその上に強制された状態に曲げるために、ＭＥＭＳ構造は、膜の機能部を上昇するために柔軟な膜を曲げるのに適合された電気上昇起動手段を含む。この特別な実施態様では、膜の機能部は二つの柱の中間の膜の部分である。これらの電気上昇起動手段は特に、膜の各端と最も近い柱の間の膜の下に配置され、かつ起動電圧が電極に付与されるときに膜の両端上に静電的引張り力を及ぼすのに適合されている、二つの外部電極により構成される。柱上のレバー効果と組み合わされたこれらの引張り力は、膜をその上に強制された状態に上向きに曲げることを可能にする。電極上の起動電圧がゼロのとき、膜は、膜の剛性のおかげで図１のその静止位置に復活する。

膜に対し少なくとも二つの強制状態を持つＭＥＭＳ構造、すなわち柔軟膜が上に強制された状態、及び下に強制された状態、及びもし必要なら上に強制された状態と下に強制された状態の中間の静止状態を持つことができるＭＥＭＳ構造、を持つことが必要である。

かかるＭＥＭＳ構造は、例えば膜の機能部を膜の水平静止位置の下に下降するために柔軟な膜を下に曲げるのに適合された電気的下降起動手段を付加することによりヨーロッパ特許出願の図１及び２の実施態様から得られることができる。これらの電気的下降起動手段は、例えば膜の下で膜を支持する二つの柱間に配置されている追加の内部電極により構成されることができる。前記内部電極は、この電極に起動電圧が付与されるとき、膜の機能部上に静電的に引張り力を及ぼすのに適合されている。

しかし、かかる二つの強制された状態を持つＭＥＭＳ構造によると、膜を上に強制された状態と下に強制された状態の間で失敗なく、しかももし必要なら高速度で動かすことが可能であるためには：
− 膜をその静止位置に向けて曲げ戻すために十分に大きい膜の機械的復元力を得るために、硬い膜及び大きな膜変形を使用すること、
− その上に強制された状態の膜と下降起動電極の間またはその下に強制された状態の膜と上昇起動電極の間のいずれかの大きな隙間のために高い起動電圧を使用すること、
が必要であり；さらに、膜の剛性が高いほど、起動電圧は高くなければならない。

かかる起動電圧の増加は不利益である。なぜならそれは特にＤＣ／ＤＣ変換器の追加のためにエネルギーを消費し、小型化の制約及び製造費用に関してＭＥＭＳ構造の設計を難しくするからである。

従って、本発明の目的は、少なくとも上に強制された状態と下に強制された状態の間で起動されることができる柔軟な膜を持ち、かつＭＥＭＳ構造の効率をそこなわずに起動電圧及び／または膜の剛性を下げるために改善された新規なＭＥＭＳ構造を提案することである。本発明の範囲内では、このＭＥＭＳ構造は、ＥＰ−Ａ−１７０５６７６に記載されたタイプの固定されていないかつ自由に支持された柔軟な膜または柔軟な両留めされた膜または柔軟な片持ばり膜を含むことができる。

この目的は、請求項１に規定された新規なＭＥＭＳ構造により達成される。この新規なＭＥＭＳ構造は：
− 縦方向（Ｘ）を規定する主縦軸を持つ柔軟な膜、
− 柔軟な膜の下の少なくとも一つの柱、
− 柔軟な膜を下に強制された状態に下向きに曲げるのに適合された電気下降起動手段、
− 柔軟な膜を上に強制された状態に上向きに曲げるのに適合された電気上昇起動手段、
を含み、
さらに電気下降起動手段または電気上昇起動手段は、膜の一部の下に延びかつ膜（６）上に前記少なくとも一つの柱（３）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域を含む。

電気下降起動手段または電気上昇起動手段の柱の縦方向の両側のこの延長部は、膜の一つの強制された状態から他の状態への起動を改善する。

本発明の範囲内では、柔軟な膜は、前記少なくとも一つの柱により静止状態に支持されることができ、または前記少なくとも一つの柱から離れるように間隙を置かれることができる（すなわち前記少なくとも一つの柱により静止状態に支持されない）。

本発明の他の特徴及び利点は、本発明の幾つかの実施態様の以下の詳細な説明を読むとより明らかとなるであろう。この詳細な説明は、非網羅的かつ非限定的例として、かつ添付図面に関してなされる。

図１は、本発明の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの断面図（図４の面１−１）であり、柔軟な膜はその静止位置にある。

図２は、図１のスイッチの断面図であり、柔軟な膜はその下に強制された状態にある。

図３は、図１のスイッチの断面図であり、柔軟な膜はその上に強制された状態にある。

図４は、図１から３の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの上面図である。

図４Ａは、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの他の例の上面図である。

図５は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの他の例の上面図である。

図６は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの他の例の上面図である。

図７は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチの他の例の上面図である。

図８は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明のＭＥＭＳ構造の他の例の上面図である。

図９は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明のＭＥＭＳ構造の他の例の上面図である。

図１０は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明のＭＥＭＳ構造の他の例の上面図である。

図１１は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明のＭＥＭＳ構造の他の例の上面図である。

図１２は、膜及び起動領域のための他の好適な幾何学的配置を示す、本発明のＭＥＭＳ構造の他の例の上面図である。

図１３は、本発明の改善されたＭＥＭＳ構造の上面図及び二つの断面図である。

図１〜４は、本発明の好適な実施態様により作られた容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチを示す。しかし、明確化のため、本発明の範囲は容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチに限定されず、上に強制された状態と下に強制された状態の間で起動されることができる柔軟な膜を含むいかなるＭＥＭＳ構造も包含することが強調されなければならない。本発明はまた、例えば抵抗性接触ＲＦ ＭＥＭＳスイッチまたはマイクロ光電子機械式システム（ＭＯＥＭＳ）を作るために実施されることができる。

図１〜４の容量性ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、今詳述されようとしている新規な構造を持ち、かつ通常の表面マイクロ機械加工技術を用いることにより製造されることができる。

図１〜３を参照すると、ＲＦ ＭＥＭＳスイッチは、スイッチの基板を形成するウェハー１（例えばケイ素から作られる）を含む。保護層としての薄い誘電層２が前記ウェハー１の表面上に付着される。誘電層２上に、スイッチは以下のものを含む：
− 縦方向Ｘに間隔を置いて離れている二本の側方柱３，３′（各柱３，３′は図１の横方向に延びている）（図４参照−縦方向Ｘに垂直な横方向Ｙ）、
− 横方向Ｙに延びる一つの中央柱４（前記中央柱４は二本の側方柱３，３′の間に、好ましくは柱３，３′の間の中心に配置されている）。

側方柱３及び３′と対照的に、中央柱４の上面は、容量性スイッチ構成のために薄い誘電層５により覆われている。

二本の側方柱３，３′及び中央柱４は共面導波路（ＣＰＷ）を形成し、二本の側方柱３，３′は接地線に相当する。中央柱４は共面導波路（ＣＰＷ）内のＲＦ電気信号の転送のための信号線を形成する。別の変形例では、ＲＦ信号線はまた、マイクロストリップ導波路により実施されることができる。

側方柱３，３′及び中央柱４は例えば金または金合金のような金属から作られる。層２及び５のための誘電材料は、非常に低い電気伝導度を持つ何らかの材料、特に高分子であることができる。例えば、誘電層５は窒化ケイ素、Ｔａ_２Ｏ_５，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３から作られることができる。

ＲＦ ＭＥＭＳスイッチはさらに、縦軸６ａの薄い柔軟な膜６（図４）により構成されるスイッチ素子を含む。前記柔軟な膜６は柱３，３′，４の上に配置される。膜６の縦軸６ａは、前述の縦方向Ｘに平行でありかつ前述の横方向Ｙに垂直である。膜６の両端６ｂ，６ｃは基板１上に留められておらず、従って膜は静止状態（図１）では柱３，３′により自由に支持される。図１の変形例では、柔軟な膜６は中央柱４から間隔を置いて離れており、従って静止状態では前記中央柱４により支持されない。

しかし、別の変形例では、柔軟なスイッチ膜６は静止状態で中央柱４により支持されることができる。

この柔軟な膜６は、例えばアルミニウム、金、または何らかの導電性合金のような金属から作られる。

図４は、膜６のための幾何学的形状の例を示す。膜６のための他の好適な幾何学形状は図５〜７に示され、以下に詳細に説明されるであろう。

図４の特別な実施態様によれば、膜６は、柱３，３′により支持される主要な中央柔軟部６０を含み、実質的に二本の側方柱３，３′間に延びる。前記中央柔軟部６０は、そこでは膜６の「機能部」と呼ばれ、柱３，３′のレバー効果により縦方向に（すなわち縦方向Ｘに）上下に曲げられることができる。この機能部６０は、幅ｌ１及び長さＬ１の長方形を形成し、より大きな幅ｌ２の二つの長方形部６０ａと６０ｂを含む。長方形部６０ａは、側方柱３と中央柱４の間に位置され、長方形部６０ｂは側方柱３′と中央柱４の間に位置される。

膜６の機能部６０は、実質的にＵ形状を持つ二つの拡大部６１により両端で拡大されている。各拡大部６１は、そこでは膜６の「非機能部」と呼ばれる。これらの「非機能部」は、両留めされたまたは片持ばりのＭＥＭＳ構造では通常存在しない起動領域を構成する。

膜６の各非機能部６１は、Ｕ形状のベースを形成する中央非機能部６１ａ及び二つの側方非機能部６１ｂを含む。各側方非機能部６１ｂは、長さＬ３（縦方向Ｘに測定した寸法）と幅ｌ３（横方向Ｙに測定した寸法）の長方形を形成する。Ｕ形状非機能部６１の二つの側方非機能部６１ｂは、膜６の機能部６０の横方向Ｙの各側に位置されている。明確化のため、膜６の四つの側方非機能部６１ｂは、図４では、けば付けされている。

膜６が図１の静止位置にあるとき、各中央非機能部６１ａは柱３，３′の縦方向Ｘの外側に位置され、膜６の各側方非機能部６１ｂは、対応する側方柱３または３′の横方向Ｙの外側に位置され、対応する側方柱３または３′の縦方向Ｘの両側に延びる。さらに、膜６の各側方非機能部６１ｂが膜の主要な柔軟機能部６０から独立して柔軟でかつ縦方向に（すなわち縦方向Ｘに）曲げられることができるような方法で、空間６２は膜６の主要柔軟機能部６０と各側方非機能部６１ｂの間に設けられる。

ヨーロッパ特許出願１７０５６７６に既に記載されたように、ＭＥＭＳスイッチはまた、各側方柱３，３′上に配置されかつ通路を形成するストッパー３ａ（ＥＰ１７０５６７６では、「橋部」と呼ばれる）を含み、それを通して膜６の中央部６０が自由に配置される。これらのストッパーは、図１のみに示され、明確化のために図２及び３には示されていない。これらのストッパーは、膜６を側方柱３と３′の上に維持するために使用されるが、スイッチの正常使用時に膜６が側方柱３に対して自由に動くのを妨げることのないように使用される。これらのストッパーはいかなる他の均等な手段によっても置き換えられることができる。

ＲＦ ＭＥＭＳスイッチはさらに、膜６を図３の下に強制された状態に縦方向に下に曲げるために使用される静電下降起動手段７、及び膜６を図２の上に強制された状態に縦方向に上に曲げるために使用される静電上昇起動手段８を含む。

静電下降起動手段７は、膜６の機能部６０の下に配置されている二つの内部電極７ａ，７ｂにより形成される。内部電極７ａは側方柱３と中央柱４の間に延びる。内部電極７ｂは中央柱４と側方柱３′の間に延びる。より詳細には、図４を参照すると、二つの内部電極７ａ，７ｂは二つの内部下降起動領域７ｃ（点線により表わされている）を境界付ける。膜６が静止状態にあるとき（図１及び図４）、各内部下降起動領域７ｃは膜６の機能部６０の長方形部６０ａ，６０ｂの下に位置される。

静電上昇起動手段８は、膜６の非機能部６１と実質的に同じＵ形状を持つ二つの外部電極８ａ，８ｂにより形成される。図４を参照すると、二つの外部電極８ａ，８ｂは二つの上昇起動領域８ｃ（点線により表わされている）を境界付ける。膜６が静止状態にあるとき（図１及び図４）、各上昇起動領域８ｃは膜６の非機能部６１の下に位置されている。より詳細には、各上昇起動領域８ｃは、膜の側方非機能部６１ｂの下に位置されており、従って側方柱３または３′の縦方向Ｘの両側に延びる。

スイッチがＲＦ容量性スイッチであるとき、各電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂの上面は膜６と電極の間のいかなる抵抗性接触も避けるために誘電層９（図１）により覆われる。誘電層９は窒化ケイ素、Ｔａ_２Ｏ_５，ＡｌＮ，Ａｌ_２Ｏ_３から作られることができる。かかる誘電層９は、膜６と電極の間の抵抗性接触を避けることを可能にするいかなる他の均等手段によっても置き換えられることができる。別の変形例では、誘電層９は削除されることができ、かかる変形例では、ＭＥＭＳスイッチは、膜が起動電極７ａ，７ｂ，８ａ，８ｂと接触するのを防ぐために接触手段を含む。

静止状態
起動電圧が電極７ａ，７ｂ，８ａ及び８ｂに付与されないとき、スイッチの膜６は図１の静止位置（静止状態）にある。この静止状態では、膜６は、実質的に平坦であり、膜６と基板１の間に予め決められた隙間ｇを持って柱３，３′により支持される。別の変形例では、膜は静止状態で曲げられることができる。

下に強制された状態
起動電圧が内部電極７ａ，７ｂに付与されると、静電引張り力は、起動領域７ｃ内に発生され、膜６の機能部６０を下に引っ張る。これらの引張り力は、膜６を図２の下に強制された状態に縦方向に下に曲げる。この下に強制された状態では、柱３と３′上のレバー効果のため、基板１と膜６の各端６ｂ，６ｃとの間の隙間Ｇｉｎｔは高く、特に静止状態の隙間ｇより高い。

下に強制された状態から上に強制された状態へ−ジッピング効果
膜６を図２の下に強制された状態から図３の上に強制された状態へ動かすために、起動電圧が電極７ａと７ｂに付与されず、同時に起動電圧が電極８ａ，８ｂに付与される。静電力は、上昇起動領域８ｃ内に発生され、膜６の非機能部６１を下に引っ張る。より詳細には、静電引張り下げ力は、膜６の各非機能部６１上に各側方柱３または３′の縦方向Ｘの両側に同時に及ぼされる。

別の変形例では、膜６を下に強制された状態から上に強制された状態に動かすために、第一工程では電極７ａ，７ｂ上の起動電圧を維持しながら、起動電圧が電極８ａ，８ｂに付与されることができる。次いで第二工程では、予め決められた時間（例えばスイッチの切替時間に相当する時間）後に、電極７ａと７ｂに起動電圧が付与されない。

図２を参照すると、下に強制された状態では、側方柱３，３′間の領域内の基板１と膜６の間で測定された隙間Ｇ′は、基板１と膜６の各端６ｂ，６ｃの間で測定された隙間Ｇｉｎｔより小さい。従って、下に強制された状態では、膜６の各側方非機能部６１ｂの内端６１ｄ（図４）は、前記側方非機能部６１ｂの反対の外端６１ｅより上昇起動領域８ｃに近い。従って、予め決められた軌道電圧に対し、膜６の下に強制された状態からの切替え運動の始めには、起動領域８ｃ内に及ぼされる静電引張り力は各側方非機能部６１ｂの内端６１ｄ（図４）で大きく、前記側方非機能部６１ｂの反対の外端６１ｅで小さい。従って、膜の非機能部６１は、下に曲げられ、側方非機能部６１ｂの内端から側方非機能部６１ｂの外端６１ｅ及び中央非機能部６１ａに向けて漸進的に起動領域８ｃに対して付着する。この非機能部６１ｂの漸進的付着の現象は、そこでは「ジッピング効果」と呼ばれる。従って、このジッピング効果及び側方柱３，３′上のレバー効果のおかげで、膜６は図３の上に強制された状態に縦方向に曲げられる。

既に強調したように、下に強制された状態の隙間Ｇｉｎｔは高く、静止位置の隙間ｇより著しく高い。この高い隙間Ｇｉｎｔは、下に強制された状態から上に強制された状態への移行に対し問題でありうる。もしスイッチの膜６が中央非機能部６１ａのみを含み、かつ側方非機能部６１ｂを含んでいなかったら、そしてもし電極８ａ，８ｂがかかる側方非機能部６１ｂの下にいかなる延長部も含まなかったなら、静電引張り力は、電極８ａ，８ｂから遠い（隙間Ｇｉｎｔ）膜の中央非機能部６１ａ上にのみ及ぼされるであろう。前述のジッピング効果は得られず、従ってかかる形態（側方非機能部６１ｂを持たない）はより高い起動電圧を不利益に必要とするであろう。

対照的に、本発明によれば、膜６の各側方非機能部６１ｂの内端６１ｄは下に強制された状態では上昇起動領域８ｃに近いので、前述のジッピング効果は有利に開始され、低い起動電圧で、特に膜が側方非機能部６１ｂを含まなかった場合に必要とされるであろう起動電圧より有利にかなり低い起動電圧で得られることができる。従って、膜６の下に強制された状態から上に強制された状態への切替えはより低い起動電圧で有利に得られる。

さらに、膜６が下に強制された状態でＭＥＭＳ構造の基板上に付着する高い危険がある。いわゆる付着現象は周知であり、以下のことに起因しうる：
− 誘電荷電：膜６は、たとえ下向き状態のための電気下降起動手段が切断されても、膜を下向き状態に維持する静電力に曝されることができる、
− 毛管現象：この現象は、下向き状態の膜６の可動部と基板１の間の隙間が非常に低くかつ湿気レベルが高い（典型的には＞３０％ＲＨ）ときに現われる、
− 表面付着力（ファンデルワールス力）：この現象は抵抗性接触ＭＥＭＳスイッチの金属／金属の接触の場合に現われる、
− 抵抗性接触ＭＥＭＳスイッチの金属／金属の接触の場合に、膜の部分溶融が起こり、それにより膜の金属接触上の軽い溶接を起こしうる。

スイッチの膜６が中央非機能部６１ａを含むだけであり、かつ側方非機能部６１ｂを含まず、さらに電極８ａ，８ｂがかかる側方非機能部６１ｂの下にいかなる延長部も含まない形態では、膜６の付着現象が起こるときにスイッチの破損の危険が高いだろう。

対照的に、本発明では、起動電圧が電極８ａ，８に付与されるとき、前述の隙間Ｇ′が低いため、そして前述のジッピング効果のおかげで、静電力が膜の機械的復元力に付加され、スイッチの合計引張り力が強化される。従って、スイッチの効率を害することなく、低い起動電圧が有利に使用されることができる。本発明のスイッチにより、スイッチの合計引張り力が強化されるため、付着現象はより容易に解決されることができる。

本発明のＭＥＭＳ構造の大きな引張り力の別の利点は、特にＲＦ ＭＥＭＳ構造のための熱切替能力、すなわち電位がＲＦラインに適用されるときの膜の切替能力、である。

側方非機能部６１ｂの効率を最大化するために、ＭＥＭＳ構造は、図１３に示されるように側方非機能部６１ｂと基板１の間の隙間を局部的に減らすことにより変更されることができる。この図１３を参照すると、側方非機能部６１ｂと基板１の間の隙間ｇ２は有利には膜６の機能部６０と基板の間の隙間ｇ１より小さい。この隙間減少は厚さの部分犠牲腐食の工程により得られることができる。任意選択的に、中央非機能部６１ａと基板１の間の隙間はまた、有利には膜６の機能部６０と基板の間の隙間ｇ１より小さくすることができる。

より詳細には、側方非機能部６１ｂの効率を高めるために、ＭＥＭＳ構造は、側方非機能部６１ｂの剛性を低下することにより変更されることができる。これは、側方非機能部６１ｂの厚さを減らすことにより、すなわち非機能部６１ｂの厚さが膜６の機能部６０の厚さより小さいＭＥＭＳ構造を作ることにより、得られる。この厚さ減少は、ＭＥＭＳ構造の起動を改善する。なぜならそれは側方非機能部６１ｂの剛性を低下し、ジッピング効果時の起動の伝播がそれにより強化されるからである。

これらの二つの改善（隙間減少と厚さ減少）は、側方非機能部（単数または複数）６１ｂを含む本発明のいかなるＭＥＭＳ構造も改善するために実施されることができ、特に図５〜１２の実施態様を改善するために実施されることができる。

図４Ａ及び図５〜７は、膜６のための幾何学形状の三つの他の例を示す。

図４Ａは、右及び左の側方非機能部６１ｂが一緒に結合されている別の変形例を示す。

図５の実施態様では、膜６は、二つの側方柱３間に延びる中央機能部６０を含む。この中央機能部６０は長さＬ１及び幅ｌ１の長方形を形成する。膜６の中央機能部６０は、幅ｌ２（ｌ２＞ｌ１）の長方形形状を持つ非機能部６１ａにより各端６ｂ，６ｃで延ばされている。

膜６の中央機能部６０はまた、Ｌ形状を持ちかつ長さＬ３と幅ｌ３の四つの側方非機能部６１ｂを形成する四つの延長部６１により横に延ばされている。これらの二つの側方非機能部６１ｂは膜６の機能部６０の横方向（Ｙ）の各側に位置される。各側方非機能部６１ｂは、柱３または３′の横方向Ｙの外側に位置され、柱３または３′の縦方向Ｘの両側に延びる。

二つの内部電極７ａ，７ｂは、実質的にＵ形状を持つ二つの内部下降起動領域７ｃ（点線により表わされている）を境界付ける。膜６が静止状態（図１及び図４）にあるとき、各内部下降起動領域７ｃの一部は、膜の側方非機能部６１ｂの下に延び、従って側方柱３または３′の縦方向Ｘの両側に延びる。

二つの外部電極８ａ，８ｂは二つの上昇起動領域８ｃ（点線により表わされている）を境界付ける。膜６が静止状態にあるとき（図１及び図４）、各上昇起動領域８ｃは膜６の中央非機能部６１ａの下に位置される。

膜６が上に強制された状態にあるとき、膜６の曲がりのため（図２）、膜６の各側方非機能部６１ｂの端部６１ｄ（図５）は、前記側方非機能部６１ｂの反対の端６１ｅより下降起動領域７ｃに近い。

図５の膜６を上に強制された状態から下に強制された状態に切替えるために、起動電圧が電極８ａ及び８ｂに付与されず、起動電圧が同時に電極７ａ，７ｂに付与される。静電力が下降起動領域７ｃ内に発生され、膜６の延長部６１を下に引張る。より詳細には、静電引張り力が膜６の各側方非機能部６１ｂ上に各側方柱３または３′の縦方向Ｘの両側に同時に及ぼされ、ジッピング効果（図４の膜に対し先に説明したように）が膜６の側方非機能部６１ｂに有利に得られる。このジッピング効果のおかげで、膜を上に強制された状態から下に強制された状態に切替えるために必要な起動電圧が有利に低下される。

別の変形例では、膜６を上に強制された状態から下に強制された状態に動かすために、第一工程では、電極８ａ，８ｂに起動電圧を維持しながら、起動電圧が電極７ａ，７ｂに付与されることができる。次いで第二工程では、予め決められた時間（例えばスイッチの切替時間に相当する時間）後に、電極８ａと８ｂに起動電圧は付与されない。

図５の変形例に対して、隙間減少に関連した前述の改善は、静止状態の膜６の各中央非機能部６１ａと基板１の間の隙間ｇ１より小さい静止状態の基板１と各側方非機能部６１ｂの間の隙間ｇ２により得られる。

図５の変形例に対して、厚さ減少に関連した前述の改善は、膜の中央非機能部６１ａの厚さより小さい各側方非機能部６１ｂの厚さにより得られる。

図６は、膜６が四つの柱３，３′上に支持される、本発明の別の実施態様を示す。上昇起動領域８ｃ（点線により表わされている）は支持柱３または３′の縦方向Ｘの両側（長さＬ３）に延びる。膜６の下に強制された状態から上に強制された状態への切替え運動時に、ジッピング効果が、上昇起動領域８ｃの上に位置されている膜６の長さＬ３の二つの領域内に得られる。

図７は、上昇起動領域８ｃ（点線により表わされている）が支持柱３または３′の縦方向Ｘの両側（長さＬ３）の膜の下に延び、かつ下降起動領域７ｃ（点線により表わされている）が支持柱３または３′の縦方向Ｘの両側（長さＬ′３）の膜の下に延びる、本発明の別の実施態様を示す。膜６は、図４の実施態様のものと同様の四つの側方非機能部６１ｂを含む。この実施態様では、膜６の下に強制された状態から上に強制された状態への切替運動時に、図４の実施態様に対し先に述べられたように、ジッピング効果がこれらの側方非機能部６１ｂ内に得られる。膜６の上に強制された状態から下に強制された状態への切替運動時に、下降起動領域７ｃの上に位置されている膜６の長さＬ′３の二つの領域内にジッピング効果が得られる。

本発明は、柱上に自由に支持されている膜６を持つＭＥＭＳ構造に限定されず、電気起動手段及び一つまたは幾つかの柱上のレバー効果を使用することにより下に強制された状態に縦方向に下に曲げられることができかつ上に強制された状態に縦方向に上に曲げられることができる膜を含むいかなるＭＥＭＳによっても実施されることができる。

図８〜１２は本発明の他の実施態様を示す。これらの図８〜１２では、黒点Ｃは、膜が下向き状態にあるときのスイッチ膜６の機能部６０の接触領域を表わしている。

図８及び９の実施態様では、膜６は、一端６ｂで基板１上に留められかつ静止状態では一つの柱３により支持される片持ばりビームを形成する。

より詳細には、図８の実施態様では、スイッチ膜６の接触領域Ｃは、柱３と膜の留められた端部６ｂとの間に位置されている。膜６は二つの側方非機能部６１ｂを含む。各側方非機能部６１ｂは、柱３の横方向Ｙの外側に位置されており、柱３の縦方向Ｘの両側に延びる。膜６の下にかつ（側方非機能部６１ｂの下の）柱３の膜の縦方向Ｘの両側に延びる一つの電気上昇起動領域８ｃがある。二つの電気下降起動領域７ｃがある。

より詳細には、図９の実施態様では、柱３はスイッチ膜６の接触領域Ｃと膜の留められた端部６ｂの間に位置されている。膜６は二つの側方非機能部６１ｂを含む。各側方非機能部６１ｂは、柱３の横方向Ｙの外側に位置され、柱３の縦方向Ｘの両側に延びる。一つの下降起動領域７ｃと一つの電気上昇起動領域８ｃがある。電気上昇起動領域８ｃは、膜６の下にかつ（側方非機能部６１ｂの下の）柱３の膜の縦方向Ｘの両側に延びる。

図１０〜１２の実施態様では、膜６は、柱３，３′の上に位置されている両留めされた膜である。より詳細には、膜６は、基板に留められている腕６３により両端６ｂ，６ｃで維持される。静止状態で膜６は、二つの柱３，３′により支持されるかまたは支持されないかのいずれかであることができる。

Claims (12)

1. 柔軟な膜（６）を含むＭＥＭＳ構造であって、それが縦方向（Ｘ）を規定する主縦軸（６ａ）、柔軟な膜（６）の下の少なくとも一つの柱（３，３′）、柔軟な膜（６）を下に強制された状態に下に曲げるのに適合されている電気下降起動手段（７）、柔軟な膜（６）を上に強制された状態に上に曲げるのに適合されている電気上昇起動手段（８）を含み、電気下降起動手段（７）または電気上昇起動手段（８）が、膜（６）の一部の下に延びかつ膜（６）上に前記少なくとも一つの柱（３）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域（７ｃまたは８ｃ）を含むことを特徴とするＭＥＭＳ構造。
2. 膜（６）が、前記少なくとも一つの柱（３，３′）の上に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３，３′）上のレバー効果により下にまたは上に曲げられるのに適合されている柔軟な機能部（６０）、及び前記少なくとも一つの柱（３，３′）の横方向（Ｙ）の外側に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に延びる少なくとも一つの柔軟な側方非機能部（６１ｂ）を含み、電気下降起動手段（７）の起動領域（７ｃ）または電気上昇起動手段（８）の起動領域（８ｃ）が前記少なくとも一つの側方非機能部（６１ｂ）の下に延びかつ膜（６）の前記少なくとも一つの側方非機能部（６１ｂ）上に前記少なくとも一つの柱（３，３′）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されていることを特徴とする請求項１に記載のＭＥＭＳ構造。
3. 膜（６）が、膜（６）の機能部（６０）の横方向（Ｙ）の各側に位置される少なくとも二つの柔軟な側方非機能部（６１ｂ）を含むことを特徴とする請求項２に記載のＭＥＭＳ構造。
4. さらに基板（１）を含み、膜（６）の機能部（６０）が少なくとも一端で縦方向（Ｘ）に中央非機能部（６１ａ）により延ばされ、前記中央非機能部（６１ａ）が、前記少なくとも一つの柱（３，３′）の横方向（Ｙ）の外側に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に延びる少なくとも側方非機能部（６１ｂ）により横方向に延ばされ、静止状態で基板（１）と前記側方非機能部（６１ｂ）の間の隙間（ｇ２）が静止状態で膜の機能部（６０）と基板（１）の間の隙間（ｇ１）より小さいことを特徴とする請求項２または３に記載のＭＥＭＳ構造。
5. 膜（６）の機能部（６０）が少なくとも一端で縦方向（Ｘ）に中央非機能部（６１ａ）により延ばされ、前記中央非機能部（６１ａ）が、前記少なくとも一つの柱（３，３′）の横方向（Ｙ）の外側に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に延びる少なくとも側方非機能部（６１ｂ）により横方向に延ばされ、側方非機能部（６１ｂ）の厚さが膜の機能部（６０）の厚さより小さいことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。
6. さらに基板（１）を含み、膜（６）の機能部（６０）が少なくとも一端で縦方向（Ｘ）に中央非機能部（６１ａ）により延ばされ、膜（６）の機能部（６０）が、前記少なくとも一つの柱（３，３′）の横方向（Ｙ）の外側に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に延びる少なくとも側方非機能部（６１ｂ）により横方向に延ばされ、静止状態で基板（１）と前記側方非機能部（６１ｂ）の間の隙間（ｇ２）が静止状態で膜の中央非機能部（６１ａ）と基板（１）の間の隙間（ｇ１）より小さいことを特徴とする請求項２または３に記載のＭＥＭＳ構造。
7. 膜（６）の機能部（６０）が少なくとも一端で縦方向（Ｘ）に中央非機能部（６１ａ）により延ばされ、膜（６）の機能部（６０）が、前記少なくとも一つの柱（３，３′）の横方向（Ｙ）の外側に位置されかつ前記少なくとも一つの柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に延びる少なくとも側方非機能部（６１ｂ）により横方向に延ばされ、側方非機能部（６１ｂ）の厚さが膜の中央非機能部（６１ａ）の厚さより小さいことを特徴とする請求項２または３または６に記載のＭＥＭＳ構造。
8. 電気下降起動手段（７）が、膜（６）の一部の下に延びかつ膜（６）の前記一部上に前記少なくとも一つの柱（３，３′）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域（７ｃ）を含み、電気上昇起動手段（８）が、膜（６）の別の部分の下に延びかつ前記少なくとも一つの柱（３，３′）の縦方向（Ｘ）の両側の膜（６）の前記別の部分上に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域（８ｃ）を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。
9. 膜（６）が、縦方向（Ｘ）に間隔を置いて離れている少なくとも二つの柱（３，３′）の上に位置されており、電気上昇起動手段（７）または電気下降起動手段（８）が、各柱（３，３′）のために、膜（６）の一部の下に延びかつ膜（６）の前記一部上に対応する柱（３または３′）の縦方向（Ｘ）の両側に同時に引張り力を及ぼすのに適合されている起動領域（７ｃまたは８ｃ）を含むことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。
10. 膜（６）が、その両端（６ｂ，６ｃ）が基板（１）に留められていない自由膜であり、かつ静止状態で前記少なくとも一つの柱により支持されることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。
11. 膜（６）が、一端（６ａ）で基板（１）に留められている片持ばり膜であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。
12. 膜（６）が、両端（６ｂ，６ｃ）で基板（１）に留められている両留めされた膜（６）であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載のＭＥＭＳ構造。

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