JP5172360B2 - ゲート電圧制御システムおよび微小電子機械デバイスを静電作動させる方法 - Google Patents

ゲート電圧制御システムおよび微小電子機械デバイスを静電作動させる方法 Download PDF

Info

Publication number
JP5172360B2
JP5172360B2 JP2008002778A JP2008002778A JP5172360B2 JP 5172360 B2 JP5172360 B2 JP 5172360B2 JP 2008002778 A JP2008002778 A JP 2008002778A JP 2008002778 A JP2008002778 A JP 2008002778A JP 5172360 B2 JP5172360 B2 JP 5172360B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate voltage
actuator
control system
switch
operating state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2008002778A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2008218400A (ja
Inventor
ジョシュア・アイザック・ライト
カナカサバパティ・スブラマニアン
ウィリアム・ジェイムズ・プレマーラニ
ジョン・ノートン・パーク
クリストファー・カイメル
ロン・ケ
クナ・ヴェンカット・サティヤ・ラマ・キショア
アビジート・ディカール・サテ
シュフェン・ワン
エドワード・キース・ハウウェル
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of JP2008218400A publication Critical patent/JP2008218400A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5172360B2 publication Critical patent/JP5172360B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H47/00Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current
    • H01H47/22Circuit arrangements not adapted to a particular application of the relay and designed to obtain desired operating characteristics or to provide energising current for supplying energising current for relay coil

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Electrically Driven Valve-Operating Means (AREA)

Description

本発明は、一般に、微小電子機械システム(MEMS)デバイスを作動させる回路群に関し、より具体的には、ゲート電圧制御システムおよびMEMSスイッチを静電作動させる方法に関する。
静電作動に応答するアクチュエータ(例えば、カンチレバービーム)を含んでもよい微小電子機械システム(MEMS)デバイスを、静電作動させることが知られている。例えば、MEMSスイッチでは、静電作動は、一般に、三端子デバイスの場合はゲート端子とソース端子の間に、あるいは四端子デバイスの場合はゲート端子とゲート接地の間に、電圧源から電圧を印加することによって生じる。作動電圧は、約3V〜約100V超過の範囲であることができ、一般的には、階段関数または階段関数の実現可能な近似として印加されてもよい。
米国特許第7,061,660号
例えば、階段関数電圧が低いとき(例えば、0V)、常時開スイッチは開いたままである。階段関数電圧が高く(例えば、100V)なるとき、スイッチは閉じられて導電性切換え状態となる。電圧源の制御の実現は、この種の静電作動の場合、複雑ではない傾向がある。例えて言うと、これは、車両(例えば、カンチレバービーム)を加速させて、可能な限り速く(ブレーキを作用させずに)ポスト(例えば、スイッチ接点)に到達させることに類似している。
また、この形態の静電作動(例えば、階段関数)は、スイッチを閉じる間またはスイッチを開く間のどちらかにおいて望ましくない影響を引き起こすことがあることが知られている。例えば、スイッチを閉じる際、カンチレバービームがスイッチ接点に接近するにつれて、ゲートとカンチレバーの間の漸減するギャップが減少し、カンチレバーに作用する静電力の増加(1/gapに比例)を引き起こす。その結果、カンチレバービームは、接点に接近するにつれて大幅に加速し、相当な力で接点に衝撃を与える(例えば、高速衝撃)ことがある。
この高速衝撃はいくつかの結果を有することがある。第一に、最初の高速衝撃の後、ビームおよび/または接点は、作動電圧によって駆動されて連続的な接点を確立する前に、反発する(例えば、機械的振動またははね返り)ことがある。このはね返りは、ビームが最終的に安定する前に1回以上生じることがある。高速衝撃(および付随するはね返り)を解決するいくつかの方策は、一般に、面倒で高価な方策を必要としてきたが、それらは、例えば、ビームをより剛性にするため、その物理的寸法および/または材料を変えたり、緩衝構造を使用してスイッチが動作する環境を変えるなど、MEMSデバイスの構造設計に影響を及ぼす可能性がある。他の方策は、作動電圧の強さを引き下げて、印加される静電力を減少させることを必要としてきた(例えて言うと、これは、車両を実現可能な限り速くポストに到達させるのに加速しないことと概念的に説明することができる)。しかし、これは、スイッチの作動時間を許容できないレベルまで増加させる傾向がある。高速衝撃による別の結果は、時間とともにスイッチ接点を急速に劣化させる傾向である。スイッチがその寿命にわたって行うように定格化されている動作サイクル数は、接点の磨耗によって限定される場合が多い。例えば、衝突するスイッチ接点に対する物理的な衝撃の量を低減することができた場合、はね返りの量は低減されるか、または排除され、スイッチの定格に相当数の動作サイクルを追加することができる。
同様に、スイッチを開く間、カンチレバービームはその中立の(例えば、通常の)開位置を行き過ぎる傾向があり、また、そのような中立位置に最終的に達するまで振動することがある。この振動運動により、スイッチを開く間、変動するスタンドオフ電圧がもたらされることがある。振動運動とは、MEMSスイッチが開き、公称の定格電圧スタンドオフに達した後であっても、スイッチ(例えば、カンチレバー位置)が、最終的に中立位置で安定し、電圧スタンドオフの公称値を恒久的に満たす前に、1回以上その定格スタンドオフ電圧よりも下に瞬間的に下がる可能性があることを意味する。スイッチがその定格スタンドオフ電圧よりも下に下がる瞬間の間、このことによって、電圧スタンドオフがソース(負荷)電圧に対して必要な絶縁分離よりも下がることがあり、望ましくないアーク(電圧ブレークダウン)状態、または静電引力による瞬間的な再閉止に結び付くことがある。
上述の考慮点に鑑みて、改善された静電制御が必要とされている。例えば、スイッチの作動時間を大幅に低減することなく、MEMSデバイス(例えば、スイッチ)におけるカンチレバービームの衝突の衝撃を低減する(または、スイッチを開く間のカンチレバービームの振動運動(例えば、行過ぎ)を低減する)ため、ゲート作動電圧を適切に調節(整形)するシステムおよび/または技術を提供することが望ましい。
一般に、本発明は、その1つの態様では、微小電子機械システム(MEMS)スイッチを静電作動させるゲート電圧制御システムを提供する。スイッチは、スイッチを作動させて閉切換え状態および開切換え状態の1つに対応する各切換え状態とするため、ギャップを通って移動可能な静電応答性のアクチュエータを備えてもよい。制御システムは、ゲート電圧を印加するため、スイッチのゲート端子に電気的に結合された駆動回路を備える。制御システムは、ゲート電圧制御シーケンスにしたがってゲート端子に印加されるゲート電圧を制御するため、駆動回路に電気的に結合されコントローラをさらに備える。ゲート電圧制御シーケンスは、アクチュエータを加速させてアクチュエータがギャップの一部を横断して各作動状態に達するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、ゲート電圧を一定比率で増加させる第1の時間間隔を含んでもよい。ゲート電圧制御シーケンスは、移動可能なアクチュエータに作用する静電力を低減するのに十分なレベルまで、ゲート電圧を一定比率で減少させる第2の時間間隔をさらに含んでもよい。これにより、閉切換え状態を確立するためアクチュエータがスイッチ接点を係合する力の量を低減するか、またはアクチュエータが開切換え状態に達する間その行過ぎ位置を回避することが可能になる。
本発明は、その別の態様では、微小電子機械システム(MEMS)デバイスを静電作動させるゲート電圧制御システムを提供する。デバイスは、デバイスを作動させて第1の作動状態および第2の作動状態の1つに対応する各作動状態とするため、ギャップを通って移動可能な静電応答性のアクチュエータを備えてもよい。ゲート電圧制御システムは、ゲート電圧を印加するため、デバイスのゲート端子に電気的に結合された駆動回路を備えてもよい。ゲート電圧制御システムは、ゲート電圧制御シーケンスにしたがってゲート端子に印加されるゲート電圧を制御するため、駆動回路に電気的に結合されたコントローラをさらに備えてもよい。ゲート電圧制御シーケンスは、アクチュエータを加速させてアクチュエータがギャップの一部を横断して各作動状態に達するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、ゲート電圧を一定比率で増加させる第1の時間間隔を含んでもよい。ゲート電圧制御シーケンスは、移動可能なアクチュエータに作用する静電力を低減するのに十分なレベルまで、ゲート電圧を一定比率で減少させる第2の時間間隔をさらに含んでもよい。これにより、第1の作動状態を確立するためアクチュエータが接点を係合する力の量を低減するか、またはアクチュエータが第2の作動状態に達する間その行過ぎ位置を回避することが可能になる。
本発明は、図面に照らして以下の記載において説明される。
本発明の実施形態にしたがって、微小電子機械システム(MEMS)スイッチに基づくスイッチアレイなどに対して、ゲート電圧制御を提供する(例えば、所望の切換え状態を満たす)のに使用されてもよい、構造上かつ/または動作上の関係を本明細書に記載する。現在、MEMSとは、一般に、例えば、微細加工技術によって、複数の機能的に別個の要素、例えば機械的要素、電子機械的要素、センサ、アクチュエータ、および電子部品を共通の基板上に集積することができる、ミクロン規模の構造を指す。ただし、MEMSデバイスに現在利用可能な多数の技術および構造が、ナノ技術に基づくデバイスによって、例えば100ナノメートルよりも小さなサイズであってもよい構造によって、わずか数年間のうちに利用可能になるであろうことが考えられる。したがって、本書全体にわたって記載される例示的な実施形態は、MEMSに基づくデバイスに言及するものであり得るものの、本発明の発明の態様は広く解釈されるべきであり、ミクロンサイズのデバイスに限定されるべきではないと考えられる。
以下の詳細な説明では、本発明の様々な実施形態を十分に理解できるように、多数の特定の詳細が説明される。しかし、当業者であれば、本発明の実施形態はこれらの特定の詳細なしに実施されてもよく、本発明は記述される実施形態に限定されず、また本発明は多種多様な代替実施形態の形で実施されてもよいことを理解するであろう。他の場合には、周知の方法、手順、および構成要素は詳細には記載されていない。
さらに、本発明の実施形態を理解するのに有用な形で行われる複数の別個の段階として、様々な動作が記載されている可能性がある。ただし、記載の順序は、これらの動作を示される順序で行う必要があることや、さらにはそれらが順序に依存することを示唆するものと解釈されるべきではない。さらに、「一実施形態では」という語句が繰り返し使用されていても、必ずしも同じ実施形態を指すものではないが、同じ実施形態を指すこともある。最後に、「備える」、「含む」、「有する」などの用語は、本出願で使用されるとき、特に示されない限り同義であるものとする。
本発明の発明者らは、スイッチなどの微小電子機械システム(MEMS)デバイスにおいて、移動可能なアクチュエータ(例えば、カンチレバービーム型のアクチュエータ)を静電作動させるため、ゲート電圧を選択的に調節するシステムおよび/または技術を、革新的であるものと認識している。例えば、スイッチを閉じる間、本発明の態様にしたがってゲート電圧を調節することにより、スイッチ接点に対する緩衝効果を提供できるようになる可能性がある。反対に、スイッチを開く間、本発明の態様にしたがってゲート電圧を調節することにより、カンチレバービームの振動運動(例えば、行過ぎ位置)を低減できるようになる可能性がある。
図1は、本発明の態様による、MEMSスイッチ14の静電作動を行うように構成されたコントローラ12に応答するゲートドライバ10を含んでいてもよい、ゲート電圧制御システムの概略図である。静電作動は、ゲートドライバ10によって印加される適切に構成されたゲート電圧を、例えば、三端子デバイスの場合はゲート端子16とソース端子18(例えば、カンチレバービーム)の間に、あるいは四端子デバイスの場合はゲート端子とゲート接地の間に印加することによって行われてもよい。図1は、開いた三端子スイッチの状態を示す。移動可能なビームが作動されて閉状態となると、カンチレバービーム18の少なくとも一区画が、MEMSスイッチのドレイン端子20(例えば、スイッチ接点)に物理的に接するようになる。
図2は、MEMSスイッチの本発明の態様にしたがって静電作動するように構成されていてもよい、ゲート電圧(即ち、縦軸)の波形の例示的な一実施形態のグラフである。実例となるガイド原理を説明するため、グラフは、時間軸(即ち、水平軸)に沿って一連の時間間隔(例えば、4つ)に細分化されてもよい。図2に図式的に描かれるような例示的な時間間隔は、いずれも、実際に実現する場合、所与の用途の要件に応じてより重要視されるか、またはより重要視されなくなることがあるので、本発明の態様を厳格に分類することを意図するものではないことが理解されるであろう。
時間間隔T1
この最初の時間間隔では、ゲート電圧は、高速で上昇する電圧(rapid rate of rise voltage)を提供するように選択されてもよい。これにより、加速を獲得し、ギャップ(文字gで示される)を横断するのに十分なエネルギーをカンチレバービームに付与することが可能になる。例示的な一実施形態では、ゲート電圧の大きさ(電圧V1として示される)は、そのような大きさがギャップ電圧ブレークダウンを回避する値以内で保たれることを前提として、十分に高いように選択されてもよい。例示的な一実施形態では、カンチレバーに作用するばね力を克服するのに十分な運動量が確実に提供されるように、時間間隔T1の持続時間は数百ナノ秒程度であってもよい。当業者には理解されるように、ゲート電圧の大きさV1は、カンチレバーのサイズ(例えば、質量)および剛性とゲートにおけるギャップとに基づいて選択することができる。このようにして、ビームのサイズに比例してカンチレバービームの運動を付与することができる。
時間間隔T2
この例示的な時間間隔では、ゲート電圧は、カンチレバーが惰行できるようにするのに十分に速い速度で、一定比率で減少するように選択されてもよい。この速度は、分析によって概算され(または実験によって導き出され)、次にコントローラ12にプログラムされてもよい。時間領域内でカンチレバーの動力学(例えば、運動)とゲート作動との間の適切な関係が確立されれば、時間に応じて変わるギャップ内におけるカンチレバーの位置が概算されてもよいことが理解されるであろう。
時間間隔T3
ゲート電圧の一定比率での減少は、予め定められた電圧(電圧V2として示される)に達すると終了してもよい。電圧V2の値は、カンチレバービームの先端をドレインのわずかに上で保持するように選択されてもよい。例示的な一実施形態では、この保持電圧V2は、MEMSスイッチアレイ内の本質的にすべてのカンチレバーが、ほぼ均一に弛緩し、ギャップ内でドレイン接点のわずかに上の位置でそれぞれ安定する能力を有するようにして、時間間隔T3の持続時間の間印加されてもよい。保持電圧V2を印加する持続時間は、MEMSスイッチアレイ内のカンチレバーの平均弛緩時間に応じて、数ナノ秒程度であってもよい。同様に、保持電圧V2の値および保持電圧V2を印加する持続時間などのパラメータは、分析によって概算され(または実験によって導き出され)、コントローラ12にプログラムされてもよい。
時間間隔T4
本質的にすべてのカンチレバーの位置がほぼ安定した状態になると、例えば、スイッチ接点のわずかに上に位置付けられると、ドレイン端子との接触を確立するため、ゲート電圧をある電圧値(V3で示される)まで一定比率で増加させることができる。クローズ電圧V3の大きさは、接触圧力の所望量に基づいて選択されてもよい。
カンチレバーはすべて、制御された速度および力を提供するように構成されたゲート電圧に応答してギャップを横断するので、はね返りの量は排除されるか大幅に低減されることが想到される。さらに、クローズ電圧V3の適切な値を選択することによって、比較的低い接触抵抗レジームに対して接触圧力を調整することができる。
上述の電圧ゲーティング制御は開ループ制御を含み、動作中、MEMSスイッチアレイを構成する複数のカンチレバービームの閉止時間のばらつきを低減するとともに、比較的速い作動時間を維持し、またはね返りなしに適切な接触圧力を一定して確立することが想定される。本発明の態様を具体化する電圧ゲーティング制御は、閉ループ制御を行うように適合されてもよいことが理解されるであろう。例えば、適切なセンサ(例えば、静電容量に基づくセンサ、トンネル電流に基づくセンサなど)が、カンチレバーの運動(例えば、位置、速度)を監視するために使用されてもよく、また、この情報は、ゲート信号を適宜調節するため、コントローラに供給されてもよい。例示的な一実施形態では、T1+T2+T3+T4などの一連の時間間隔に対する合計作動時間は、5マイクロ秒程度であってもよいことが予期される。
図3は、MEMSスイッチの本発明の態様にしたがって静電作動するように構成されていてもよい、時間の関数としてプロットされたゲート電圧20の波形の別の例示的な実施形態のグラフである。図3は、やはり時間の関数としてプロットされた、カンチレバー位置22のグラフをさらに示す。図3に示されるように、例示的な時間間隔T1では、ゲート電圧は、電圧レベルV1までの高速で上昇する電圧を提供するように選択されてもよい。これにより、加速を獲得するのに十分なエネルギーをカンチレバービームに付与することが可能になる。スイッチ接点との衝突が生じる前のある予め定められた時間において、例示的な時間間隔T2の間、カンチレバーが本質的に加速しない形(例えば、惰行)でスイッチ接点に接近し続けるにつれて、ゲート電圧は一定比率で減少する(例えば、オフにされる)。例示的な時間間隔T3では、カンチレバービームが最初に接触した後(または、そのような接触が成される直前)、そのような最初の接触を維持する(または確立する)ように構成された保持電圧V2に達するように、ゲート電圧が再印加される。静電力の加速効果が縮小され(例えば、T2時間間隔の間ゲート電圧をオフにすることによって)、スイッチ接点が、ビームに作用する慣性力によって主に駆動される比較的柔らかい最初の接触を成すことが可能になるので、このゲート電圧制御は、同様に、カンチレバービームとスイッチ接点の高速衝突を回避することが予期される。次に、強固な接触をもたらすため、ゲート電圧が再印加され、ビームのばね力を受けて接点が再び開かないように保たれる。動作中、この技術によって、同様に接点が衝撃時にはね返らないように保たれる。
当業者には理解されるように、カンチレバービームに対する加速力は静電力とばね力のベクトル和である。ばね力は休止位置ではゼロなので、最初の力は完全にゲート電圧によるものである。ただし、静電力は、ゲート・ソース電圧(V^2)に応じて変わり、かつゲートとソースの間のギャップ距離(d^2)に反比例して変わる。したがって、ビームがゲートに接近するにつれて、静電力は二乗関係に基づいて増加するが、ばね力は線形的に増加する。したがって、静電エネルギーは、ばねに注がれるとともに、ビームの運動エネルギーに注がれている。上述したように、ある時点では、電圧は低減され、このことによって、固定の接点(ドレイン)と接触する直前でビームの運動をほぼ停止させるなど、ばねがビームの運動エネルギーの大半を吸収することが可能になる。ビームとドレインが触れると、印加電圧は、弾性的なはね返り力を克服するのに十分な速度で、かつ十分に低い抵抗で接点を共に保持するのに十分な高さまで増加されてもよい。ビームを開く際、印加電圧は、ビームが静止位置に接近するにしたがって、ばねに保存されていたエネルギーとほぼ同等のビームの運動エネルギーを急速に吸収する必要がある。これは、振動システムに臨界減衰を提供することが一般に知られており、例示的な一実施形態では、約10%の行過ぎを可能にする減衰は、ギャップを一時的に低減することなく、スタンドオフ電圧の比較的高速な回復を提供してもよい。
本発明の様々な実施形態を本明細書に示し、記載してきたが、そのような実施形態は単に例示として提供されることに留意されたい。本明細書における本発明の態様から逸脱することなく、多数の変形、変更、および置換えが行われてもよい。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲によってのみ限定されるものとする。
MEMSデバイスの本発明の態様にしたがって静電作動を行うように構成されていてもよい、ゲート電圧制御システムの概略図である。 MEMSデバイスの本発明の態様にしたがって静電作動するように構成されていてもよい、ゲート電圧の波形の例示的な一実施形態のグラフである。 本発明の態様によるゲート電圧の波形の別の例示的な実施形態のグラフである。
符号の説明
10 ゲートドライバ
12 コントローラ
14 MEMSスイッチ
16 ゲート端子
18 ソース端子
20 ゲート電圧
22 カンチレバー位置
T1 最初の時間間隔
T2 時間間隔
T3 時間間隔
T4 時間間隔
V1 ゲート電圧
V2 保持電圧
V3 クローズ電圧

Claims (10)

  1. 微小電子機械システムスイッチ(14)を静電作動させるゲート電圧制御システムにおいて、前記スイッチが、前記スイッチを作動させて閉切換え状態および開切換え状態の1つに対応する各切換え状態とするため、ギャップを通って移動可能な静電応答性のアクチュエータを備え、前記ゲート電圧制御システムが、
    ゲート電圧を印加するため、前記スイッチのゲート端子(16)に電気的に結合された駆動回路(10)と、
    ゲート電圧制御シーケンスにしたがって前記ゲート端子に印加される前記ゲート電圧を制御するため、前記駆動回路に電気的に結合されたコントローラ(12)とを備え、
    前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記アクチュエータを加速させて前記アクチュエータが前記ギャップの一部を横断して前記各作動状態に達するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、前記ゲート電圧を一定比率で増加させる第1の時間間隔(T1)を含み、前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記移動可能なアクチュエータに作用する前記静電力を低減するのに十分なレベルまで、前記ゲート電圧を一定比率で減少させる第2の時間間隔(T2)をさらに含み、それによって、前記開切換え状態から前記閉切換え状態を確立するため前記アクチュエータがスイッチ接点を係合する力の量を低減するか、または前記アクチュエータが前記閉切換え状態から前記開切換え状態に達する間その行過ぎ位置を回避する制御システム。
  2. 前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記アクチュエータが前記スイッチ接点を係合して前記閉切換え状態を確立する際、前記アクチュエータと前記スイッチ接点の間の所望量の機械的圧力を維持するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、前記アクチュエータが、前記開切換え状態から前記閉切換え状態へ、又は、前記閉切換え状態から前記開切換え状態へ切換わる前に前記ゲート電圧を一定比率で増加させる第3の時間間隔をさらに含む、請求項1記載の制御システム。
  3. 前記アクチュエータがカンチレバービームを含む、請求項1又は2に記載の制御システム。
  4. 前記微小電子機械システムスイッチが、微小電子機械システムスイッチのアレイを含む、請求項3記載の制御システム。
  5. 前記スイッチアレイの各カンチレバービームが、複数の対応するスイッチ接点を係合する前に、前記ギャップ内における互いに対するそれぞれの位置を安定させることができるのに十分な長さの期間、前記第2の時間間隔の間に達した前記ゲート電圧が印加される、請求項3又は4に記載の制御システム。
  6. 前記コントローラが開ループコントローラとして構成された、請求項1乃至5のいずれかに記載の制御システム。
  7. 前記コントローラが、前記スイッチを作動させて前記各切換え状態とするため、前記カンチレバーが前記ギャップを通って移動すると、前記カンチレバーの動きを監視するように結合され、さらに、前記コントローラが、少なくとも前記監視されたカンチレバーの動きに基づいて、閉ループゲート電圧制御シーケンスを行うように構成された、請求項1乃至6のいずれかに記載の制御システム。
  8. 微小電子機械システムデバイス(14)を静電作動させるゲート電圧制御システムにおいて、前記デバイスが、前記デバイスを作動させて第1の作動状態および第2の作動状態の1つに対応する各作動状態とするため、ギャップを通って移動可能な静電応答性のアクチュエータを備え、前記制御システムが、
    ゲート電圧を印加するため、前記デバイスのゲート端子(16)に電気的に結合された駆動回路(10)と、
    ゲート電圧制御シーケンスにしたがって前記ゲート端子に印加される前記ゲート電圧を制御するため、前記駆動回路に電気的に結合されたコントローラ(12)とを備え、
    前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記アクチュエータを加速させて前記アクチュエータが前記ギャップの一部を横断して前記各作動状態に達するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、前記ゲート電圧を一定比率で増加させる第1の時間間隔(T1)を含み、前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記移動可能なアクチュエータに作用する前記静電力を低減するのに十分なレベルまで、前記ゲート電圧を一定比率で減少させる第2の時間間隔(T2)をさらに含み、それによって、前記第2の作動状態から前記第1の作動状態を確立するため前記アクチュエータが接点を係合する力の量を低減するか、または前記アクチュエータが前記第1の作動状態から前記第2の作動状態に達する間その行過ぎ位置を回避する制御システム。
  9. 前記ゲート電圧制御シーケンスが、前記アクチュエータが前記接点を係合して前記第1の作動状態を確立する際、前記アクチュエータと前記接点の間の所望量の機械的圧力を維持するのに十分な静電力を発生する電圧レベルまで、前記アクチュエータが、前記第1の作動状態から前記第2の作動状態へ、又は、前記第2の作動状態から前記第1の作動状態へ切換わる前に前記ゲート電圧を一定比率で増加させる第3の時間間隔をさらに含む、請求項8記載の制御システム。
  10. 前記微小電子機械システムデバイスが微小電子機械システムスイッチを含み、前記アクチュエータがカンチレバービームを含み、前記第1の作動状態が閉切換え状態を含み、かつ前記第2の作動状態が開切換え状態を含む、請求項8又は9に記載の制御システム。
JP2008002778A 2007-01-12 2008-01-10 ゲート電圧制御システムおよび微小電子機械デバイスを静電作動させる方法 Active JP5172360B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/622,483 US7473859B2 (en) 2007-01-12 2007-01-12 Gating voltage control system and method for electrostatically actuating a micro-electromechanical device
US11/622,483 2007-01-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008218400A JP2008218400A (ja) 2008-09-18
JP5172360B2 true JP5172360B2 (ja) 2013-03-27

Family

ID=39271260

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008002778A Active JP5172360B2 (ja) 2007-01-12 2008-01-10 ゲート電圧制御システムおよび微小電子機械デバイスを静電作動させる方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US7473859B2 (ja)
EP (1) EP1944785B1 (ja)
JP (1) JP5172360B2 (ja)
KR (1) KR101442250B1 (ja)
CN (1) CN101231920B (ja)
MX (1) MX2008000525A (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5103951B2 (ja) * 2007-03-08 2012-12-19 ブラザー工業株式会社 駆動装置及び液滴吐出ヘッド
US8653699B1 (en) * 2007-05-31 2014-02-18 Rf Micro Devices, Inc. Controlled closing of MEMS switches
US8093971B2 (en) * 2008-12-22 2012-01-10 General Electric Company Micro-electromechanical system switch
US8203319B2 (en) * 2009-07-09 2012-06-19 General Electric Company Transformer on-load tap changer using MEMS technology
US8436700B2 (en) * 2009-09-18 2013-05-07 Easic Corporation MEMS-based switching
US8916995B2 (en) * 2009-12-02 2014-12-23 General Electric Company Method and apparatus for switching electrical power
US8054589B2 (en) * 2009-12-16 2011-11-08 General Electric Company Switch structure and associated circuit
US9159516B2 (en) 2011-01-11 2015-10-13 RF Mirco Devices, Inc. Actuation signal for microactuator bounce and ring suppression
US8638093B2 (en) * 2011-03-31 2014-01-28 General Electric Company Systems and methods for enhancing reliability of MEMS devices
JP2013027183A (ja) * 2011-07-22 2013-02-04 Hitachi Ltd 蓄電回路
US9362074B2 (en) 2013-03-14 2016-06-07 Intel Corporation Nanowire-based mechanical switching device
JP6655006B2 (ja) * 2013-05-17 2020-02-26 キャベンディッシュ・キネティックス・インコーポレイテッドCavendish Kinetics, Inc. 寿命改善のためのmemsdvc制御波形を制御する方法および手法
CN103482065B (zh) * 2013-10-15 2015-08-12 北京航空航天大学 一种基于静电自激驱动原理的微型扑翼飞行器
DE102015016992B4 (de) 2015-12-24 2017-09-28 Audi Ag Verfahren zum Reinigen elektrischer Kontakte einer elektrischen Schalteinrichtung und Kraftfahrzeug
CN108008152B (zh) * 2017-11-28 2020-04-03 中国电子产品可靠性与环境试验研究所 获取mems加速度计的寄生失配电容的方法及装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE0101182D0 (sv) * 2001-04-02 2001-04-02 Ericsson Telefon Ab L M Micro electromechanical switches
US6917268B2 (en) * 2001-12-31 2005-07-12 International Business Machines Corporation Lateral microelectromechanical system switch
EP1527465A1 (en) * 2002-08-08 2005-05-04 XCom Wireless, Inc. Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
US7106066B2 (en) * 2002-08-28 2006-09-12 Teravicta Technologies, Inc. Micro-electromechanical switch performance enhancement
US7233776B2 (en) * 2004-06-29 2007-06-19 Intel Corporation Low voltage microelectromechanical RF switch architecture
US7061660B1 (en) 2005-04-13 2006-06-13 Hewlett-Packard Development Company, L.P. MEMs device with feedback control

Also Published As

Publication number Publication date
US20080169707A1 (en) 2008-07-17
EP1944785B1 (en) 2018-11-14
CN101231920B (zh) 2012-12-26
CN101231920A (zh) 2008-07-30
US7473859B2 (en) 2009-01-06
JP2008218400A (ja) 2008-09-18
KR101442250B1 (ko) 2014-09-23
MX2008000525A (es) 2009-02-23
KR20080066586A (ko) 2008-07-16
EP1944785A2 (en) 2008-07-16
EP1944785A3 (en) 2010-05-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5172360B2 (ja) ゲート電圧制御システムおよび微小電子機械デバイスを静電作動させる方法
EP1756844B1 (en) Method for controlling a micromechanical element
US7468829B2 (en) Microelectromechanical modulation device and microelectromechanical modulation device array, and image forming apparatus
WO2003029874A2 (en) Switching device, in particular for optical applications
CN101203931B (zh) 电磁开关设备及其操作方法
EP2996983B1 (en) Method and technique to control mems dvc control waveform for lifetime enhancement
WO2013013984A1 (en) Method for driving an actuator of a circuit breaker, and actuator for a circuit breaker
US8528885B2 (en) Multi-stage spring system
EP2054907B1 (en) An electromagnetic drive unit and an electromechanical switching device
Cortopassi et al. Nonlinear springs for increasing the maximum stable deflection of MEMS electrostatic gap closing actuators
EP2396785B1 (en) High-speed electrostatic actuation of mems-based devices
Wu et al. Magnetostatic bistable MEMS switch with electrothermal actuators
Wu et al. Vertically bidirectional bistable microrelay with magnetostatic and thermal actuations
CN100375381C (zh) 电磁驱动机构的动作控制方法
JP6805187B2 (ja) 振動装置及び振動装置の制御方法
KR101783734B1 (ko) 고속스위치용 조작기
KR102605542B1 (ko) 동적 슬링샷 기반의 저전압 전기기계 스위치 및 이의 구동 방법
CN110120324B (zh) 一种自保持mems继电器的触点结构
Spasos et al. Improving controllability in RF-MEMS switches using resistive damping
Do et al. Dual-Pulse control to eliminate bouncing of Ohmic RF MEMS switch
BR102018014036A2 (pt) processo e dispositivo para operação de um relé de comutação eletromecânico
Younis et al. A generalized approach for the control of MEM relays
Xiang et al. An electrostatic actuator with variable stiffness for suppression of rebound due to waveform deviations
Nikpanah et al. Real time controller design to solve the “pull-in” instability of MEMS actuator
Dahari et al. MEMS electromagnetic micro relays overview and design considerations

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110107

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20110107

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120106

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120910

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120918

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20121105

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20121211

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121226

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5172360

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250