JP6781048B2 - 統合微小電気機械スイッチおよびその関連方法 - Google Patents

Description

本発明は、一般に微小電気機械デバイスに関し、より詳しくは、統合微小電気機械スイッチに関する。

微小電気機械システム（ＭＥＭＳ：ｍｉｃｒｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ）デバイスは、実に様々な適用例を有し、商品に広く行き渡っている。１つの種類のＭＥＭＳデバイスはＭＥＭＳスイッチである。典型的なＭＥＭＳスイッチは、アレイ状に配列された１つまたは複数のＭＥＭＳスイッチを含む。ＭＥＭＳスイッチは、携帯電話、ワイヤレスネットワーク、通信システム、およびレーダシステムを含む適用例によく適している。ワイヤレスデバイスにおいて、ＭＥＭＳスイッチは、アンテナスイッチ、モードスイッチ、送信／受信スイッチなどとして使用することができる。

典型的なＭＥＭＳスイッチは、一端が支持された、電気めっきされた金属カンチレバーと、金属カンチレバーの他端において配列された電気接点とを使用する。制御電極が金属カンチレバーの下に位置決めされる。直流（ＤＣ：ｄｉｒｅｃｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）作動電圧が制御電極を横切って金属カンチレバーに印加され、金属カンチレバーを下方に曲げさせ、底部信号トレースと電気的に接触させる。電気接触が確立されると、回路は閉じられ、電気信号が金属カンチレバー中を通過して底部信号トレースに達することができる。

１つの種類のＭＥＭＳデバイスは、ＭＥＭＳ無線周波数（ＲＦ：ｒａｄｉｏ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）スイッチである。ＭＥＭＳ ＲＦスイッチは、それらの低駆動力特性と無線周波数範囲で動作できる能力とのためワイヤレスデバイスに使用される。しかし、かなり大きなＲＦ電圧がビーム電極と接触電極との間に印加されたとき、ＭＥＭＳ ＲＦスイッチ内で問題がしばしば起きる。そのような電圧は、制御電極上に結合し、スイッチを自己作動させることがある。言い換えれば、これらのＭＥＭＳスイッチは、典型的には、スイッチ内のカンチレバービームが高電圧ＲＦ信号により「オフ」状態で作動（自己作動）することがある問題を抱える。したがって、高電圧ＲＦ信号は、スイッチビームを引き下げ、故障を引き起こすのに十分な静電力を生じる。

ＭＥＭＳ ＲＦスイッチに関連した別の欠点は、接触電極において発生された残留エネルギーに基づく「ホットスイッチ」電圧の発生である。そのような残留エネルギーは、システムからの残留電圧および接触電極へのゲート線からの結合エネルギーに基づいて発生することがある。

電圧スタンドオフ能力およびホットスイッチ電圧の発生に関連した欠点を克服する、強化されたシステムが必要とされている。

米国特許第２００９／０１５９４０９（Ａ１）号

１つの例示的な実施形態によれば、互いに結合された、複数のゲートを含む複数の微小電気機械スイッチを有するシステムが開示される。各微小電気機械スイッチは、基板上に配設されたビーム電極を含む。ビームは、ビーム電極に結合されたアンカー部分を含む。ビームは、第１の方向に沿ってアンカー部分から延びる第１のビーム部分と、第１の方向に対向する第２の方向に沿ってアンカー部分から延びる第２のビーム部分とを含む。第１の制御電極および第１の接触電極が、第１のビーム部分を向いて基板上に配設される。第２の制御電極および第２の接触電極が、第２のビーム部分を向いて基板上に配設される。第１の制御電極および第２の制御電極は、複数のゲートの中の１つのゲートを形成するために結合される。複数の微小電気機械スイッチは、直列配列、並列配列のうちの少なくとも一方で配列される。

別の例示的な実施形態によれば、関連した方法が開示される。方法には、互いに結合された、複数のゲートを含む複数の微小電気機械スイッチに均等に作動電圧を印加するステップが伴う。各微小電気機械スイッチは、基板上に配設されたビーム電極を含む。ビームはビーム電極に結合されたアンカー部分を含む。ビームは、第１の方向に沿ってアンカー部分から延びる第１のビーム部分と、第１の方向に対向する第２の方向に沿ってアンカー部分から延びる第２のビーム部分とを含む。第１の制御電極および第１の接触電極が、第１のビーム部分を向いて基板上に配設される。第２の制御電極および第２の接触電極が、第２のビーム部分を向いて基板上に配設される。第１の制御電極および第２の制御電極は、複数のゲートの中の１つのゲートを形成するために結合される。複数の微小電気機械スイッチは、直列配列、並列配列のうちの少なくとも一方で配列される。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明を、図面全体を通して同様の文字が同様の部分を表す添付の図面を参照して読むとき、より良く理解されることになろう。

本発明の例示的な実施形態による、コイルシステムの１つまたは複数の表面コイルを減結合するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイスの線図である。 本発明の例示的な実施形態による、ＭＥＭＳスイッチシステムを有するＭＥＭＳデバイスの断面図である。 図２の実施形態による、ＭＥＭＳスイッチの線図である。 図２の実施形態による、ＭＥＭＳスイッチの線図である。 例示的な実施形態による、互いに結合された複数のＭＥＭＳスイッチを図示する回路図である。 例示的な実施形態による、互いに結合され、複数のインピーダンスデバイスが設けられた複数のＭＥＭＳスイッチを図示する回路図である。 別の例示的な実施形態による、互いに結合され、複数のインピーダンスデバイスが設けられた複数のＭＥＭＳスイッチを図示する回路図である。 さらに別の例示的な実施形態による、互いに結合され、複数のインピーダンスデバイスが設けられた複数のＭＥＭＳスイッチを図示する回路図である。

本発明のある実施形態によれば、システムが、互いに結合された、複数のゲートを有する複数の微小電気機械スイッチを含む。各微小電気機械スイッチは、基板上に配設されたビーム電極を含む。微小電気機械スイッチは、ビーム電極に結合されたアンカー部分と、第１の方向に沿ってアンカー部分から延びる第１のビーム部分と、第１の方向に対向する第２の方向に沿ってアンカー部分から延びる第２のビーム部分とを有するビームをさらに含む。微小電気機械スイッチは、第１のビーム部分を向いて基板上に配設された第１の制御電極および第１の接触電極と、第２のビーム部分を向いて基板上に配設された第２の制御電極および第２の接触電極とをやはり含む。第１の制御電極および第２の制御電極は、複数のゲートの中の１つのゲートを形成するために結合される。複数の微小電気機械スイッチは、直列配列、並列配列のうちの少なくとも一方で配列される。

図１を参照すると、無線周波数（ＲＦ）デバイス１５内のコイルシステム１４の１つまたは複数の表面コイル１２を減結合するための微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス１０、例えば、磁気共鳴撮像（ＭＲＩ：ｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｉｍａｇｉｎｇ）システムが開示される。ＭＲＩシステムが開示されるが、他の実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０を他の適用例に使用できることに本明細書では留意されたい。例えば、別の実施形態において、デバイス１５はレーダシステムでよい。図示する実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０により、切り替えが１つまたは複数の表面コイル１２、特に無線周波数（ＲＦ）磁気共鳴コイルを隔離することが可能になる。一実施形態において、ＭＲＩ送信動作の間、ＭＥＭＳデバイス１０は、受信表面コイルとして構成された表面コイル１２を減結合するように動作可能である。一実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０は、表面コイル１２（受信ＲＦコイル）をコイルシステム１４から減結合するために送信動作の間は開状態にある。ＭＥＭＳデバイス１０は、表面コイル１２が受信ＭＲ信号と共振し結合し、したがって、受信ＭＲ信号がＲＦ受信機１６に送信されるように受信動作の間は閉状態にある。ＭＥＭＳデバイス１０は、ＭＥＭＳデバイス１０を開状態から閉状態に切り替えるスイッチ制御装置１８によって制御され、逆も同様である。いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０は、コイルシステム１４にバイアスがかけられていないとき、通常開状態（減結合状態）にある。しかし、他の実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０は、コイルシステム１４にバイアスがかけられていないとき、通常閉状態にある。

他の実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０は、異なる周波数で動作する異なる種類の磁気共鳴表面コイル（本明細書では「表面コイル」とも称する）と連動して使用することができることに本明細書では留意されたい。表面コイルは、単一周波数または二重周波数（二重同調された）ＲＦコイルでよい。二重周波数ＲＦコイルは、いくつかの実施形態において、異なる周波数で共振する、例えば、１つは炭素に対して共振し、１つはプロトンに対して共振する、すなわち、炭素およびプロトンのラーモア周波数で共振して、炭素原子およびプロトンにおいてラーモア歳差運動を誘導するように同調される同心コイル素子を含む。ＭＥＭＳデバイス１０は、受信表面コイルだけとの結合に限定されないことに留意されたい。例えば、ＭＥＭＳデバイス１０は、送信専用コイルまたは送信／受信コイルの組合せと結合することができる。

ＭＥＭＳデバイス１０の様々な実施形態を単一モダリティまたはマルチモダリティ磁気共鳴撮像システムの一部として提供することができる。ＭＲＩシステムは、コンピュータ断層撮影（ＣＴ）、ポジトロン放出断層撮影（ＰＥＴ）、単光子放出コンピュータ断層撮影（ＳＰＥＣＴ）、ならびに超音波システム、または特に人の画像を発生させることができる任意の他のシステムなどの異なる種類の医用撮像システムと組み合わせることができる。さらに、様々な実施形態は、被験者を撮像するための医用撮像システムに限定されないが、獣医用または人以外の物体、手荷物などを撮像するための非医用システムを含むことができる。

ＭＥＭＳデバイス１０は、１つまたは複数の表面コイル１２、例えば、１つまたは複数の受信表面コイルに結合することができる。一実施形態において、単一のＭＥＭＳデバイス１０を各表面コイル１２に結合することができる。別の実施形態において、単一のＭＥＭＳデバイス１０を複数の表面コイル１２に結合することができる。具体的な実施形態において、別個のＭＥＭＳデバイス１０を表面コイル１２の各々に結合することができる。さらに、ＭＥＭＳデバイス１０は、表面コイル１２のすべてまたは表面コイル１２の選択された１つを減結合するように構成することができる。表面コイル１２は、ループコイルの対（二重周波数または二重同調されたＲＦコイル素子）を形成する内部コイル素子および外部素子など、特定の配列で図示することができるが、ＭＥＭＳデバイス１０は、任意の種類のＭＲＩコイル、特に、任意の種類の磁気共鳴受信表面コイルまたは送信表面コイルの減結合を制御するのに使用することができる。ＭＥＭＳデバイス１０は、受信表面コイルだけとの結合に限定されないに留意されたい。一実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０を送信専用コイルまたは送信／受信コイルの組合せと結合することができる。

図２を参照すると、ＭＥＭＳデバイス１０が示される。図示する実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０はＭＥＭＳスイッチ２０を含む。ＭＥＭＳデバイス１０は、基板２２と、ビーム２４と、ビーム電極２６と、第１および第２の制御電極２８、３０と、第１および第２の接触電極３２、３４とを含む。いくつかの実施形態において、１つより多くの基板を使用することができる。この連続構成は、１つの基板または複数の基板のいずれかによって例示化することができる。

図示する実施形態において、第１の中間層３６が基板２２上に配設される。第１の制御電極２８は、第２の中間層３８を介して第１の中間層３６上に配設される。第２の制御電極３０は、第３の中間層４０を介して第１の中間層３６上に配設される。第１の接触電極３２は、第４の中間層４２を介して第１の中間層３６上に配設される。第２の接触電極３４は、第５の中間層４４を介して第１の中間層３６上に配設される。ビーム電極２６は、第６の中間層３７を介して第１の中間層３６上に配設される。中間層の数は適用例により異なることができることに本明細書では留意されたい。

ビーム２４は、アンカー部分４６と、第１のビーム部分４８と、第２のビーム部分５０とを含む。いくつかの実施形態において、ビーム２４は、アンカー部分が相互に電気的に結合される１つより多くのアンカー部分を含むことができる。図示する実施形態において、アンカー部分４６は、第７の中間層５２を介してビーム電極２６に結合される。第１のビーム部分４８は、第１の方向５４に沿ってアンカー部分４６から延び、第２のビーム部分５０は、第１の方向５４に対向する第２の方向５６に沿ってアンカー部分４６から延びる。第１の制御電極２８および第１の接触電極３２は、第１のビーム部分４８を向いて配設される。第２の制御電極３０および第２の接触電極３４は、第２のビーム部分５０を向いて配設される。図示する実施形態において、第１の制御電極２８および第２の制御電極３０は、ゲート５８を形成するために結合される。ゲート５８は、任意の種類の電圧源、例えば、ＭＥＭＳスイッチ２０を駆動して、またはＭＥＭＳスイッチ２０にバイアスをかけてＭＥＭＳスイッチ２０内のビーム２４を電気路がＭＥＭＳスイッチ２０を通って設けられる（すなわち、ＭＥＭＳスイッチ２０の閉状態）ように屈曲または屈折させることができる方形波電圧源である。シード層６０がビーム電極２６と、第１および第２の制御電極２８、３０と、第１および第２の接触電極３２、３４と、第１の中間層３６とを向いてビーム２４上に形成される。

ビーム２４は、異なる材料から形成することができる。例えば、ビーム２４は、金、金合金、ニッケル、ニッケル合金、タングステンなどの１つまたは複数の異なる金属から形成することができる。基板２２は、シリコン、シリカ、石英などを含むことができ、中間層は、窒化ケイ素、酸化ケイ素、接着層などを含むことができる。電極２６、２８、３０、３２、３４は、金、白金、タンタルなどの金属を含むことができる。具体的な実施形態において、電極２６、２８、３０、３２、３４は、金属酸化物を含むことができる。本明細書に開示するビーム２４、基板２２、および電極２６、２８、３０、３２、３４の組成は、すべてを包含せず、適用例により異なることができることに本明細書では留意されたい。ＭＥＭＳスイッチ２０は、堆積、陽極酸化、パターン形成、エッチングなどが関与する技法を使用して製造することができる。

ビーム２４の寸法は、例えば、ビーム２４を屈曲または屈折させるのにどの程度の力が必要とされるのかなど、特定の屈曲または屈折要件に基づいて変えることができる。ビーム２４の寸法および構成は、ビーム２４を屈折させるのに使用されるゲート５８とビーム電極２６との間に印加される電圧に基づくこともできる。ビーム２４の寸法および構成は、ビーム２４を屈折させるのに使用されるゲート５８の電圧に基づくこともできる。ＭＥＭＳスイッチ２０は、デバイスが特定の環境で環境に影響することなく適正に動作することを確実にするために例えば、ＭＥＭＳデバイス２０の特定の適用例（例えば、ＭＲＩシステムの適用例）に基づいて異なる材料からおよび異なるプロセスを使用して形成することができることに本明細書では留意されたい。

いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳデバイス１０は、例えば、撮像システム（例えば、ＭＲＩシステム）が表面コイルに結合されたとき送信モードにあるのかまたは受信モードにあるのかに基づいてそれぞれ開または閉状態のいずれかで動作する複数のＭＥＭＳスイッチ２０を含むことができる。いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０は、群を形成するために直列で結合することができる。ある実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０の組または群を互いに並列で結合することができる。

ゲート５８とビーム電極２６との間に作動電圧が何も印加されないとき、第１のビーム部分４８および第２のビーム部分５０は、第１のビーム部分４８の第１のビーム接触部分６２および第２のビーム部分５０の第２のビーム接触部分６４がそれぞれ第１の接触電極３２および第２の接触電極３４から離隔されるように第１の位置に配設され、「開状態」と称される。作動電圧がゲート５８とビーム電極２６との間に印加されたとき、第１のビーム部分４８および第２のビーム部分５０には、第１のビーム接触部分６２および第２のビーム接触部分６４がそれぞれ第１の接触電極３２および第２の接触電極３４に接触し、電流が第１および第２のビーム接触部分６２、６４から第１および第２の接触電極３２、３４に流れることが可能になるように第１の位置から第２の位置にバイアスがかけられ、「閉状態」と称される。

前に論じたように、ＭＥＭＳ ＲＦスイッチは、それらの低電力特性と無線周波数範囲で動作できる能力とのためワイヤレスデバイスに使用される。しかし、従来の３端子のＭＥＭＳスイッチがＲＦ遮断路内に設けられた場合、電圧がスイッチの開状態で接触電極と制御電極との間に発生される。この電圧は、接触電極とビーム電極との間の静電容量が接触電極と制御電極との間の静電容量と同じ程度であるので発生される。この電圧は、スイッチがスイッチのゲート電圧に比較して相対的に低い電圧を遮断している場合よくない可能性がある。しかし、接触電極とビーム電極との間のＲＦ電圧が増加するとき、より大きな電圧が制御電極の両端間に発生し、ＭＥＭＳスイッチの損傷をもたらすスイッチの自己作動の危険を増大させる。

本発明の実施形態によれば、２つの制御電極、すなわち、第１の制御電極２８および第２の制御電極３０は、ゲート５８を形成するために結合される。第１の制御電極２８および第２の制御電極３０は、作動電圧がゲート５８とビーム電極２６との間に印加されたとき、作動電圧が第１の制御電極２８と第２の制御電極３０とに均一に印加されるように構成される。これにより、同じゲート信号を使用して第１のビーム部分４８と第２のビーム部分５０との作動が可能になる。

図３を参照すると、図２の実施形態による、連続配向を含むＭＥＭＳスイッチ２０が図示される。図示する実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０は、各三角形が３つのキャパシタを有する、接触電極３２、３４に結合された、２つの三角形６６、６８としてモデル化された対称的な配列を有する。三角形６６は、ゲート５８と第１のビーム部分４８との間の静電容量を示す第１のキャパシタ７０と、ゲート５８と第１の接触電極３２との間の静電容量を示す第２のキャパシタ７２と、第１のビーム部分４８と第１の接触電極３２との間の静電容量を示す第３のキャパシタ７４とを有する。三角形６８は、ゲート５８と第２のビーム部分５０との間の静電容量を示す第４のキャパシタ７６と、ゲート５８と第２の接触電極３４との間の静電容量を示す第５のキャパシタ７８と、第２のビーム部分５０と第２の接触電極３４との間の静電容量を示す第６のキャパシタ８０とを有する。

図４を参照すると、ＭＥＭＳスイッチ２０は、図２の実施形態による、連続配向を含む。図示する実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０は、図３に示すような配列と同様の配列を有する。さらに、スイッチ２０は、ゲート５８とビーム電極２６との間の静電容量を示すキャパシタ８２としてモデル化されている。

上記に論じたように、ＭＥＭＳスイッチ２０が、第１および第２のビーム部分４８、５０がそれぞれ第１および第２の接触電極３２、３４から分離された開状態にあるとき、無線周波数信号遮断が実施される。ＭＥＭＳスイッチ２０の両端間で発生された電圧は、高周波数信号を含み、高周波数信号により、ＭＥＭＳスイッチ２０の両端間の静電容量の各々にわたって容量結合が生じる。その結果、そのような構成において、ビーム電極２６における電圧は、第１および第２の接触電極３２、３４の両端間の電圧の半分に等しい。ゲート５８における電圧も、静電容量が等しいという条件で、第１および第２の接触電極３２、３４の両端間の電圧の半分に等しい。そのような構成の結果として、スイッチ２０の自己作動が防止される。

ＭＥＭＳスイッチ２０の連続構成により、２つの制御電極２８、３０（図２に示す）の間で電気通信が可能となる。一実施形態において、この電気通信は、抵抗を介して行われ、他の実施形態において、この電気通信は、キャパシタおよび／またはインダクタを介して受動的に行われる。ある他の実施形態において、電気通信は、制御論理を使用して能動的に行われる。この電気通信は、結果として両方の制御電極において同じ電圧となり、ゲートにおける電圧はビームにおける電圧と同じである。スイッチ２０の両端間の静電容量が等しい条件下で、ビーム電極とゲートとの間に発生された電圧は、実質的により高い無線周波数信号が存在してもほぼゼロである。例示的なＭＥＭＳスイッチ２０は、ＭＥＭＳスイッチ２０が開状態にあるときスイッチ２０の自己作動を防止するように３００ボルトよりも大きいスタンドオフ電圧を有する。

本発明のある実施形態によれば、第１のビーム部分と第１の接触電極との間の静電容量、および第２のビーム部分と第２の接触電極との間の静電容量は同じである。いくつかの実施形態において、第１の接触電極と第１の制御電極との間の静電容量、および第２の接触電極と第２の制御電極との間の静電容量は同じである。具体的な実施形態において、ビームとゲートとの間の静電容量は、第１の制御電極と第１の接触電極との間の静電容量の少なくとも２倍より大きい。

スイッチ２０の連続構成の対称性は、スイッチの配置、プロセス変動、および組立構成に基づく。１つまたは複数の素子をスイッチに追加すると、非対称構成が発生し、残留電圧がスイッチのゲートとビーム電極との間に生じることがある。一実施形態において、この残留電圧は、ゲートとビーム電極との間にキャパシタを使用して受動的に軽減することができる。別の実施形態において、残留電圧は、制御論理を使用して能動的に軽減することができる。前に論じたように、例示的なスイッチは１つまたは複数の基板を含むことができる。

いくつかの実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０の耐用期間は、スイッチ２０の第１および第２の接触電極３２、３４と直列に複数のキャパシタを設けることによって増大させることができる。これらのキャパシタは、ホットスイッチ電圧およびホットスイッチエネルギーの両方（すなわち、スイッチの閉路により伝達される全電荷）を最小限に抑えることを容易にする。この実装形態は、スイッチ２０がゲート制御論理の影響から隔離されるとき、特に有利である。

図５は、例示的な実施形態による、互いに結合された複数のＭＥＭＳスイッチ２０を図示する回路図である。図示する実施形態において、４つのＭＥＭＳスイッチ２０が互いに結合されて示される。上部に示す２つのＭＥＭＳスイッチ２０は、互いに直列に結合される。さらに、下部に示す２つのＭＥＭＳスイッチ２０も互いに直列に結合される。上部に示す２つのＭＥＭＳスイッチ２０は、下部に示す２つのＭＥＭＳスイッチ２０に並列に結合される。

他の実施形態において、ＭＥＭＳスイッチ２０の数および直列／並列の配列は異なることができる。一実施形態において、複数のＭＥＭＳスイッチを直列にのみ結合することができる。別の実施形態において、複数のＭＥＭＳスイッチを並列にのみ結合することができる。ＭＥＭＳスイッチ２０の数は、例えば、ＭＥＭＳスイッチ２０が動作する環境など、特定の適用例により異なることができる。例えば、磁気環境またはＲＦ環境において、ＭＥＭＳスイッチ２０の数は、スタンドオフ電圧が克服されるように電圧パルス効果に基づいて決定することができる。特に、ＲＦスタンドオフ電圧に基づいて、ＭＥＭＳスイッチ２０の数および構成は、ＲＦ信号からの自己作動を防止するように変えることができる。

図６は、図５の例示的な実施形態による、互いに結合された複数のＭＥＭＳスイッチ２０を図示する回路図である。図示する実施形態において、さらに、２つのインピーダンスデバイス８４、８６が各ＭＥＭＳスイッチ２０の第１および第２の接触電極３２、３４に結合される。具体的には、２つのインピーダンスデバイス８４、８６はインダクタである。別の実施形態において、２つのインピーダンスデバイスは抵抗でよい。さらに別の実施形態において、２つのインピーダンスデバイスはキャパシタでよい。他の実施形態において、インピーダンスデバイスの数は、適用例により異なることができる。インピーダンスデバイス８４、８６は、ＭＥＭＳスイッチの切り替え動作の間、第１および第２の接触電極３２、３４の両端間の電圧を最小限に抑えることを容易にする。

図７は、例示的な実施形態による、互いに直列に結合された２つのＭＥＭＳスイッチ２０を図示する回路図である。図示する実施形態において、４つのインピーダンスデバイス８４、８６、８８、９０が各ＭＥＭＳスイッチ２０の第１および第２の接触電極３２、３４と、ビーム２４とに結合される。具体的には、４つのインピーダンスデバイス８４、８６、８８、９０はインダクタである。別の実施形態において、４つのインピーダンスデバイスは抵抗でよい。さらに別の実施形態において、４つのインピーダンスデバイスはキャパシタでよい。他の実施形態において、インピーダンスデバイスの数は、適用例により異なることができる。

図示する実施形態によれば、ビーム電極２６と第１の接触電極３２、第２の接触電極３４との間の電圧は、複数の微小電気機械スイッチ２０の閉路の間、インピーダンスデバイス８４、８６、８８、９０を介して０．５ボルト未満に維持される。

図８は、例示的な実施形態による、互いに直列に結合された２つのＭＥＭＳスイッチ２０を図示する回路図である。図示する実施形態において、４つのインピーダンスデバイス８４、８６、８８、９０が各ＭＥＭＳスイッチ２０の第１および第２の接触電極３２、３４と、ビーム２４とに結合される。さらに、２つのインピーダンスデバイス９２、９４が、各ＭＥＭＳスイッチのゲート５８に結合される。さらに、もう２つのインピーダンスデバイス９６、９８が、各ＭＥＭＳスイッチ２０のビーム２４に結合される。具体的には、インピーダンスデバイス９２、９４、９６、９８は抵抗である。別の実施形態において、追加のインピーダンスデバイスはキャパシタでよい。さらに別の実施形態において、追加のインピーダンスデバイスはインダクタでよい。他の実施形態において、インピーダンスデバイスの数は、適用例により異なることができる。図示する実施形態によれば、左端および右端の電線（図示せず）が高電圧（例えば、１５００ボルト）、高周波数（例えば、５０ＭＨｚより大きい）源、例えば、磁気共鳴コイル素子に結合される。高電圧が開状態の複数のスイッチ２０の両端間を通過するとき、印加された電圧は、複数のＭＥＭＳスイッチ２０のインピーダンスデバイスの寄生インピーダンスにより、より具体的には、各スイッチ２０のビーム２４とゲート５８との間の寄生容量によりスイッチ２０によって共有される。

本発明の実施形態によれば、ビーム電極２６とゲート５８との間の電圧は、複数の微小電気機械スイッチの間で作動電圧を共有する間、インピーダンスデバイス９２、９４、９６、９８を介して１０ボルト未満に維持される。電圧がビーム電極とゲートとの間で確立されたとき、スイッチのスタンドオフ能力が低減される。そのような電圧は、ビーム電極からゲートへのスイッチの寄生容量により確立される。ＭＥＭＳスイッチのアレイが互いに結合されたとき、スイッチの複数のゲートの間のインピーダンスがスイッチの性能に影響し始めるので、確立された電圧は壊れ始める。例えば、互いに結合された複数のスイッチでは、左端のＭＥＭＳスイッチと中央のＭＥＭＳスイッチのゲート線との間のインピーダンスがより小さい場合、左端のスイッチのゲート電圧が中央のＭＥＭＳスイッチのビーム電圧の方にシフトされ、スタンドオフ電圧の低減を引き起こす。本発明の実施形態によれば、インピーダンスがゲート間に追加されたとき、そのような電圧変動は低減される。ゲート間のインピーダンスの大きさは、各ＭＥＭＳスイッチのビーム電極とゲートとの間の静電容量に基づいて決定される。

前に論じたように、磁気共鳴コイル内に発生された電圧は、連続ＭＥＭＳスイッチの電圧能力の数倍である可能性がある。図５−８の実施形態によれば、複数のＭＥＭＳスイッチ２０は、複数のＭＥＭＳスイッチ２０の両端間に印加された電圧を共有するように構成され、第１および第２の接触電極３２、３４からゲート５８に結合する過剰電圧を防止し、切り替え動作の間、接触電極３２、３４の両端間に低電圧を維持する。一実施形態において、複数のＭＥＭＳスイッチ２０は、複数のＭＥＭＳスイッチ２０の両端間に均等に印加された電圧を共有するように構成される。１つの具体的な実施形態において、複数のＭＥＭＳスイッチ２０は、複数のゲート５８を介して、複数のＭＥＭＳスイッチの間で結合する電圧を制御するように構成される。複数のインピーダンスデバイスは、複数の微小電気機械スイッチ２０の周囲の外部刺激の影響を修正することを容易にする。

ＭＥＭＳスイッチの耐用期間は、ＭＥＭＳスイッチが閉状態にあるとき、接触電極の両端間で発生された残留電圧の量に基づくことができることに本明細書では留意されたい。そのような電圧は、典型的には、「ホットスイッチ電圧」と称することができる。ホットスイッチ電圧は、システムからの残留電圧に基づいて、およびゲート線から接触電極への結合エネルギーにも基づいて発生される可能性がある。接触電極上のこの残留電圧は、ゲートと接触電極との間の寄生容量の結果である。ＲＦ電圧がスイッチを作動させる前に除去される適用例において、低い開状態静電容量および低い漏れ電流によりスイッチの両端間に依然としてとどまる低い残留低周波数またはＤＣ電圧の可能性がある。本発明の実施形態によれば、そのような作用は、各スイッチ内の接触電極とビーム電極との間で電気通信を可能にすることによって軽減される。この電気通信は、抵抗、インダクタ、キャパシタなどのインピーダンスデバイスを介して行うことができる。そのような電気通信により、所要の高周波数遮断を維持しながら、信号の低周波数成分が、開路のスイッチ中を通過することが可能になる。いくつかの実施形態において、単一のゲートが、直列のスイッチ２０のアレイを作動させるのに使用され、余分なゲートの必要性を増大させることなくゲート電圧を倍増することが可能になる。

本発明のある特徴だけを本明細書では図示し、説明してきたが、多くの修正および変更を当業者は思いつくことであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、そのようなすべての修正および変更を本発明の真の趣旨内に含まれるものとして包含することが意図されることを理解されたい。

１０ 微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）デバイス
１２ 表面コイル
１４ コイルシステム
１５ 無線周波数（ＲＦ）デバイス
１６ ＲＦ受信機
１８ スイッチ制御装置
２０ ＭＥＭＳスイッチ
２２ 基板
２４ ビーム
２６ ビーム電極
２８ 第１の制御電極
３０ 第２の制御電極
３２ 第１の接触電極
３４ 第２の接触電極
３６ 第１の中間層
３７ 第６の中間層
３８ 第２の中間層
４０ 第３の中間層
４２ 第４の中間層
４４ 第５の中間層
４６ アンカー部分
４８ 第１のビーム部分
５０ 第２のビーム部分
５２ 第７の中間層
５４ 第１の方向
５６ 第２の方向
５８ ゲート
６０ シード層
６２ 第１のビーム接触部分
６４ 第２のビーム接触部分
６６ 三角形
６８ 三角形
７０ 第１のキャパシタ
７２ 第２のキャパシタ
７４ 第３のキャパシタ
７６ 第４のキャパシタ
７８ 第５のキャパシタ
８０ 第６のキャパシタ
８２ キャパシタ
８４ インピーダンスデバイス
８６ インピーダンスデバイス
８８ インピーダンスデバイス
９０ インピーダンスデバイス
９２ インピーダンスデバイス
９４ インピーダンスデバイス
９６ インピーダンスデバイス
９８ インピーダンスデバイス

Claims (15)

1. 互いに結合された、複数のゲート（５８）を備える複数の微小電気機械スイッチ（２０）を備え、各微小電気機械スイッチ（２０）が、
   基板（２２）と、
   前記基板（２２）上に配設されたビーム電極（２６）と、
   前記ビーム電極（２６）に結合されたアンカー部分（４６）を備えるビーム（２４）と、
   第１の方向（５４）に沿って前記アンカー部分（４６）から延びる第１のビーム部分（４８）、および前記第１の方向（５４）に対向する第２の方向（５６）に沿って前記アンカー部分（４６）から延びる第２のビーム部分（５０）と、
   前記第１のビーム部分（４８）を向いて前記基板（２２）上に配設された第１の制御電極（２８）および第１の接触電極（３２）と、
   前記第２のビーム部分（５０）を向いて前記基板（２２）上に配設された第２の制御電極（３０）および第２の接触電極（３４）であって、前記第１の制御電極（２８）および前記第２の制御電極（３０）が、前記複数のゲート（５８）の中の１つのゲート（５８）を形成するために結合される、第２の制御電極（３０）および第２の接触電極（３４）と
   （ｉ）前記複数のゲート（５８）と、（ｉｉ）前記第１の接触電極（３２）および前記第１のビーム部分（４８）と、（ｉｉｉ）前記第２の接触電極（３４）および前記第２のビーム部分（５０）と、（ｉｖ）各微小電気機械スイッチ（２０）の前記ビーム（２４）とのうちの少なくとも１つに結合された、前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）における少なくとも１つのインピーダンスデバイスであって、寄生インピーダンスを含むインピーダンスデバイスと
   をさらに備え、
   前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）が、直列配列、並列配列のうちの少なくとも一方で配列される、システム。
2. 各微小電気機械スイッチ（２０）が、微小電気機械無線周波数スイッチを備える、請求項１記載のシステム。
3. 各微小電気機械スイッチ（２０）が、無線周波数範囲内で動作するように構成されたデバイス内に配設される、請求項１記載のシステム。
4. 前記デバイスが、単一モダリティ撮像システムまたはマルチモダリティ撮像システムを備える磁気共鳴撮像システムを備える、請求項３記載のシステム。
5. 前記各微小電気機械スイッチ（２０）が、前記磁気共鳴撮像システムの１つまたは複数の無線周波数受信表面コイル、無線周波数送信表面コイルを結合および減結合するように構成される、請求項４記載のシステム。
6. 互いに結合された、複数のゲート（５８）を備える複数の微小電気機械スイッチ（２０）に作動電圧を均等に印加するステップであって、各微小電気機械スイッチ（２０）が、
   基板（２２）と、
   前記基板（２２）上に配設されたビーム電極（２６）と、
   前記ビーム電極（２６）に結合されたアンカー部分（４６）を備えるビーム（２４）であって、第１のビーム部分（４８）が、第１の方向（５４）に沿って前記アンカー部分（４６）から延び、第２のビーム部分（５０）が、前記第１の方向（５４）に対向する第２の方向（５６）に沿って前記アンカー部分（４６）から延びる、ビーム（２４）と、
   前記第１のビーム部分（４８）を向いて前記基板（２２）上に配設された第１の制御電極（２８）および第１の接触電極（３２）と、
   前記第２のビーム部分（５０）を向いて前記基板（２２）上に配設された第２の制御電極（３０）および第２の接触電極（３４）であって、前記第１の制御電極（２８）および前記第２の制御電極（３０）が、前記複数のゲート（５８）の中の１つのゲート（５８）を形成するために結合される、第２の制御電極（３０）および第２の接触電極（３４）とをさらに備え、
   前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）が、直列配列、並列配列のうちの少なくとも一方で配列される、印加するステップを含み、
   前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）が、（ｉ）前記複数のゲート（５８）と、（ｉｉ）前記第１の接触電極（３２）および前記第１のビーム部分（４８）と、（ｉｉｉ）前記第２の接触電極（３４）および前記第２のビーム部分（５０）と、（ｉｖ）各微小電気機械スイッチ（２０）の前記ビーム（２４）とのうちの少なくとも１つに結合された少なくとも１つのインピーダンスデバイスであって、寄生インピーダンスを含むインピーダンスデバイスを備え、
   前記少なくとも１つのインピーダンスデバイスを介して前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）の寄生インピーダンスを発生させるステップ
   を含む、方法。
7. 前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）の閉路の間、前記少なくとも１つのインピーダンスデバイスを介して前記ビーム電極（２６）と前記第１の接触電極（３２）、前記第２の接触電極（３４）との間の電圧を０．５ボルト未満に維持するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
8. 前記少なくとも１つのインピーダンスデバイスを介して前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）の周囲の外部刺激の影響を修正するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
9. 前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）の両端間の作動電圧を共有するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
10. 前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）の間で前記作動電圧を共有するステップの間、前記少なくとも１つのインピーダンスデバイスを介して前記ビーム電極（２６）と前記ゲート（５８）との間の電圧を１０ボルト未満に維持するステップをさらに含む、請求項９記載の方法。
11. 前記ビーム（２４）と前記ゲート（５８）との間に寄生容量を発生させるステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
12. 前記複数の微小電気機械スイッチ（２０）に作動電圧を均等に印加するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
13. 前記第１および第２の接触電極（３２、３４）のうちの少なくとも一方から前記ゲート（５８）に結合する電圧を制御するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
14. 前記複数のゲート（５８）を介して、複数の電気機械スイッチの間で結合する電圧を制御するステップをさらに含む、請求項６記載の方法。
15. 切り替え動作の間、前記第１および第２の接触電極（３２、３４）の両端間の電圧を最小限に抑えるステップをさらに含む、請求項６記載の方法。