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
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Description
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。
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。
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。
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。
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
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