KR100344159B1 - 초소형모놀리식가변전기소자및이를포함하는장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 DMD, 퀘이 또는 스위치를 포함하는 캐패시터 또는 스위치와 같은 초소형의 모놀리식 가변전기소자 및 이런 소자를 포함하는 여러가지 장치를 제공하므로써, 시변입력신호에 영향을 미칠 수 있도록 하는 것을 목적으로 하며, 그 기술 수단은 기판(43) 및 기판으로부터 분리되고 적절한 설비(42,44)에 의해 이동하기 위해 장착된 부재(45)로 구성되는 DMD SLM(40')을 포함하며, 제어신호(102)는 가동부재와 기판 또는 제어전극 사이에 전계를 발생시키기 위해 가동부재(145)에 인가되고, 전계는 부재(145)를 기판(43) 또는 출력전극(46b) 쪽으로 이동시키거나 반대쪽으로 이동시켜 이들 사이의 간격이 조정되도록 한다. 전계는 기판과 연결된 어드레싱회로(45)에 의해 발생된다. 가동부재, 기판, 출력전극은 캐패시터 플레이트로서 기능하고, 간격은 캐패시터의 캐패시턴스를 결정한다. 캐패시터(40a)는 가동부재에 인가되는 입력신호(114)와 직렬 또는 병렬로 배치된다. 다중 캐패시터는 어드레싱회로의 선택적 동작에 의한 디지탈 또는 아날로그 튜닝 또는 캐패시턴스 조정을 위해 전송라인, 안테나, 커플러, 도파관 및 다른 장치내에 포함될 수 있다.
Description
본 발명은 초소형 모놀리식 가변 전기 소자에 관한 것으로, 더 상세하게는 캐패시터 또는 스위치로서 기능하는 변형가능한-미러 공간 광 변조기(SLM)를 포함하는 기초적인 "성분(building block)"으로 구성된 소자에 관한 것이다.
SLM은 소형 미러 또는 반사기의 어레이로 만들어 지고, 각 SLM은 선택적인 광 반사 픽셀로서 작용할 수 있다. 각 픽셀은 SLM 미러의 위치 또는 방향에 의해서 경로를 따라 입사 광을 반사시킨다. 전형적으로, 각 픽셀의 미러는 정상적인 제1 위치 또는 방향과 1개 이상의 제2 위치 또는 방향 사이에서 이동할 수 있다(예를 들면 편향 또는 변형에 의해), 한 위치에서만-정상 위치 또는 제2 위치 중 하나에서만-각 픽셀은 선택된 경로를 따라 제1의 광 수신 장소, 예를 들면, 광학 시스템으로 입사 광을 향하게 하여 화면 또는 감광 종이로 향하게 한다. 모든 다른 픽셀 미러 위치에서, 입사 광은 선택된 경로를 따라 제1 장소로 향하지 않고, 그보다는, 광을 흡수하거나 제거하는 제2 장소 또는 "광 싱크(sink)"로 향하므로 광 수신장소에 도달하지 않는다.
픽셀의 어레이는 제1 장소의 패턴에서 입사 광을 반사시키기 위해 사용될 수 있다. 픽셀의 어레이는 정방형 또는 다른 직교 매트릭스의 형태를 취할 수 있다. 이 경우에, 위치를 관련된 어드레싱 설비에 의해 각각 제어될 수 있는 각 픽셀 미러의 위치는 비디오 영상을 발생하기 위하여 화상화된 디스플레이에서 변경될 수있다. 일반적으로 양도된 미합중국 특허 제5,079,544호, 제5,061,049호, 제4,728,185호 및 제3,600,798호를 참조하라. 또한, 미합중국 특허 제4,356,730호, 제4,229,732호, 제3,896,338호 및 제3,886,310호를 참조하라. 픽셀 어레이는 다른 형태, 예를 들면, 매트릭스의 길이가 그 폭 보다 훨씬 더 큰 직사각형 매트릭스의 형태를 취할 수도 있다. 이 후자의 경우에서, 관련된 어드레싱 설비에 의해 결정된 바와 같은 픽셀 미러의 위치는 반사된 광이 감광 종이상에서 준-라인(quasi-line-at-a-time) 방식으로 문자를 인쇄하도록 각각 선택적으로 변경될 수 있다. 일반적으로 양도된 미합중국 특허 제5,101,236호 및 제5,041,851호를 참조하라. 2가지 경우 및 다른 사용 환경에서, 적절한 어레이 및 픽셀/미러 인에이블 SLM의 배열은 진폭 지배 또는 위상 지배모드에서 광을 변조시킨다.
최소한 4가지 종류의 SLM : 전기 광학, 자기 광학, 액정 및 편향가능한(또는 변형가능한) 미러가 있다. 후자의 종류는 종종 DMD(편향가능한(또는 변형가능한)미러 소자)로서 또는 디지탈 마이크로미러 소자로서 언급되며, 이는 마이크로 공학적인 어레이의 전기적으로 어드레스가능한 미러 소자를 포함한다. 미러 소자는 선택적인 반사 배열로 상하 이동하는 회전, 변형 또는 피스톤 방식에 의해 각 소자가 개별적으로 가동(예를 들면, 편향가능한 또는 변형가능한)될 수 있는 반사기이다. 상술한 바와 같이, 각 미러는 전기적 입력에 응답하여 기계적인 이동(편향 또는 변형)을 할 수 있는 한 픽셀로 구성된다. 각 미러 상의 입사 광은 각각 선택적으로 이동되거나 위치선정된 미러로부터의 반사에 의해 입사 광의 방향 및/또는 위상이 선택적으로 변조될 수 있다. 지금까지, DMD SLM은 광학적 상관 관계(예를 들면,Van der Lugt의 정합된 필터 상관기에서), 스펙트럼 분석, 광학 크로스바 스위칭(optical crossbar switching), 주파수 절제(excision), 고 해상도 디스플레이(예를 들어 TV), 디스플레이 및 디스플레이 투영, 전자 사진 인쇄 및 신경 네트워크에서 사용하는 것이 발견되었다.
여러가지 종류의 DMD SLM이 있는데, 이것은 캔틸레버 및 비틀림 빔형 탄성 중합체형, 및 멤브레인형을 포함한다. 구조적으로 양쪽 빔형에 관련되지만 동작적으로 탄성 중합체 및 멤브레인형에 관련된 DMD SLM의 4번째 종류는 소위 만곡빔형이다. DMD SLM의 어드레싱 픽셀-즉, 선택적인 이동-은 전자 빔입력에 의해 광학적으로 달성되거나 오늘날 양호하게는 MOS, CMOS 및 기능적으로 유사한 소자를 포함하는 모놀리식, 박막 또는 하이브리드 집적 회로에 의해 달성되었다.
상세하게는, 기판상에서 이격된 픽셀을 갖는 기판내 및 기판상에 어드레싱 회로를 형성하기 위하여 종래의 MOS/CMOS 처리 기술을 사용하는 픽셀로 집적화된 어드레싱 회로를 모놀리식으로 제공하는 것이 편리하다고 발견되었다. 어드레싱 회로는 이 회로로의 광 침투를 제한하기 위하여 각 픽셀에 의해 평탄화되어 놓일 수 있고, 이로 인해 어드레싱 회로 및 기판으로부터 광 회절을 감소시킨다. 어드레싱 회로는 아날로그, 쌍안정(2진수) 및 3안정 방법으로 픽셀 위치에 영향을 줄 수 있다.
캔틸레버빔및 비틀림빔형 DMD SLM은 비교적 두꺼운(단단함 및 낮은 적용가능성을 위해) 미러 또는 1개 또는 2개의 비교적 얇은(높은 적용가능성을 위해) 캔틸레버 빔(또는 스프링) 또는 비틀림 빔(또는 스프링)에 의해 DMD SLM의 단부에서 전형적으로 통합되고 지지되는 반사 금속 부재를 각각 포함한다. 각 미러는 DMD SLM의 빔에 의해 구조적으로 지지되고 DMD SLM의 관련된 어드레싱 회로로부터 분리되며 빔이 접속되거나 부착되도록 스페이서 또는 지지 포스트에 의해 어드레싱 회로의 일부 또는 어드레싱 회로에 의해 제어되는 제어 또는 어드레스 전극으로부터 분리된다.
각 미러 또는 금속 부재에 가해지는 편향력이 없으면, 미러는 빔에 의해 정상 위치 내에 유지된다. 제어 또는 어드레스 전극이 어드레싱 회로에 인가된 전압에 의해 활성화될 때, 결과 전계는 전계 라인을 따라 전극과 정렬된 미러의 한 부분으로 이동한다. 이러한 이동은 전극을 향한(또는 보다 덜 전형적으로는 반발력으로 부터) 미러 부분의 쿨롱 또는 정전 인력으로부터의 결과이다. 양호하게는 캔틸레버 또는 비틀림의 휨은 얇은 빔에서 발생한다. 이러한 휨은 편향된 미러와 관련된 빔내에 전위 에너지를 저장한다. 정상 위치로 미러를 복귀시키는 경향이 있는 저장된 전위 에너지는 제어 또는 어드레스 전극이 미러를 더 이상 끌지(또는 반발하지) 않을 때 이런 복귀를 달성하는데 효과적이다.
어드레싱 회로 및 이 회로의 제어 또는 어드레스 전극이 기판내에 또는 기판상에 일단 형성되면, 평탄화된 유기 포토레지스트는 기판 상으로 흩뿌려진다. 알루미늄과 같은 얇은 금속층은 포토레지스트의 평탄한 표면상에 형성되고, 얇은 금속층은 미러 및 미로와 관련된 빔의 선구 물질을 형성하기 위해 패턴화된다. 빔선구물질이 아닌 미러 선구 물질의 두께는 선택적인 피착, 마스킹, 에칭 및 MOS/CMOS 등의 관련된 절차에 의해 증가될 수 있다. 포토레지스트는 한편으로는 각 미러 사이에 다른 한편으로는 미러의 어드레스 전극과 기판 사이에 웰(Well) 또는 에어 갭(air gap)를 형성하기 위해 미러 및 빔 선구 물질 하부로부터 제거된다.
편향시에, 끌어 당겨진 미러 부분은 이동하여 웰 외부로 이동한다. 이동 방향은 각 미러의 위치 또는 방향에 따라 편향된 입사 광에 의해 취해지므로 관련된 제어 또는 어드레스 전극은 전압 인가 상태이다. DMD SLM의 이런 형태의 두꺼운 미러는 입사 광에 관해서 미러의 위치 또는 방향으로 인해 비교적 평탄하게 유지되고 광 수신 장소는 반사된 광의 경로를 결정하기 위해 선택적으로 변경된다.
하나의 초기 형태의 DMD SLM은-탄성 중합체형-금속화된 비교적 두꺼운 탄성 중합체 층을 포함한다. 이후, 관련된 형태의 DMD SLM은 스페이서 그리드(spacer grid) 또는 다른 지지 구조물 상에 연장된 비교적 얇은 금속화된 중합체 멤브레인을 포함한다. 변형되지 않은 플래너 탄성 중합체 층은 하부의 어드레싱 설비로부터 금속 층을 분리시킨다. 스페이서 그리드는 정상적으로 변형되지 않은 그리드-딜리니에이트(delineate)된 세그먼트와 플래너 멤브레인 사이의 에어 갭 또는 분리에 영향을 받고 대응하는 하부의 어드레싱 설비에 영향을 받는다. 탄성 중합체상의 금속 층의 각 세그먼트 및 멤브레인은 픽셀을 구성한다. 각 금속 층과 관련된 제어 또는 어드레스 전극을 활성화(engergization)함으로써 각 금속 층 세그먼트는 정상적인 변형되지 않은 플래너 구성 없이 또한 극을 향해(또는 멀어지게) 정상적으로 평탄화되고 관련된 탄성 중합체 또는 멤브레인 세그먼트를 곡선으로 변형하기 위해서 전금속 세그먼트를 정전기적으로 끌고(또는 반발시키고), 여기서 곡선으로 변형된 금속 세그먼트는 소형의 구면의 포물선 또는 다른 곡선형 미러로서 작용한다.
탄성 중합체 및 멤브레인의 변형은 전위 에너지를 저장한다. 제어 또는 어드레스 전극의 비에너지화는 탄성 중합체 및 멤브레인 세그먼트 내에 저장된 전위 에너지가 정상적인 평탄화 구성으로 복귀시키는 것을 허용한다. 각각의 소형 미러에 의해 반사된 입사 광은 회전 대칭되는 비교적 좁은 원추형으로 집중된다. 그러므로, Schlieren 스탑(stop)과 연관된 각 픽셀은 평탄부 또는 변조되지 않은 픽셀 미러에 의해 반사된 광을 차단하기 위한 위치 및 크기를 갖는 단일의 중앙 차폐부를 포함한다. 변조되고 곡선화된 또는 변형된 픽셀 미러는 광의 원형 패치를 스탑의 평면으로 향하게 하고 패치는 중앙에 위치하지만 스탑의 중앙 차폐부보다 더 크므로 선택된 방향을 통과하여 선택된 장소에 도달한다.
빔형 DMD SLM에서, 멤브레인형의 DMD SLM이 비교적 얇고 높은 적응가능성 부재에 의해 각각 지지되는 비교적 두껍고 낮은 적응가능성의 분리된 평탄한 픽셀 미러의 어레이를 포함하는 하이브리드 집적 어셈블리를 형성함으로써 최근에 또한 생산되었다. 종래 기술과 같이, 부재는 중합체 멤브레인의 금속화된 세그먼트 또는 분리되어 금속화된 중합체 멤브레인일 수 있다. 더 전형적으로는, 부재는 적용가능한 금속 부재의 세그먼트이거나 미러에 접속되거나 통합된 얇고 연장가능하며 고도로 적응가능한 투사체의 세그먼트이다. 금속 투사체(또는 금속 멤브레인, 경우에 따라서는)는 어드레싱 회로 내 및 어드레싱 회로 상에 형성된 실리콘 또는 다른 기판 상의 제1 거리에서 미러의 공간을 띄운다. 픽셀 미러가 정상 위치에 존재할 때 하부의 어드레싱 회로는 에어 갭에 의해 연관된 픽셀 미러로부터 분리된다. 어드레싱 회로가 적절히 전압 인가될 때, 이 회로의 픽셀 미러는 정전기 또는 쿨롱력에의해 기판을 향해 변위되거나 편향된다. 미러 및 금속 멤브레인 또는 금속 투사체가 비슷하게 얇으면, 변위된 미러는 곡선으로 변형된다. 미러가 주변 금속 멤브레인 또는 금속 투사체보다 더 두꺼우면, 금속 투사체(또는 금속 멤브레인)가 미러를 피스톤 방식으로 상하로 편향되도록 즉시 연장하고 변형하는 동안 각각의 변위된 미러는 본질적으로 평탄하게 유지된다. 결과 변위 패턴은-곡선으로 또는 교차하여 변위된 미러-반사된 광에 대한 변조 패턴의 대응하는 진폭 또는 위상을 발생시킨다.
만곡빔형 DMD SLM은 다수의 비교적 얇은 캔틸레버비틀림 빔에 의해 지지된 비교적 두꺼고 평탄한 미러를 포함한다. 예시적인 만곡빔형 DMD SLM에서, 미러는 직사각형 또는 정방형이고 각각의 빔은 스페이서 또는 지지 포스트에서 빔의 모서리 까지의 미러의 각 측면을 따라 부분적으로 확장된다. 이 형태의 SLM에서, 빔은 미러의 측면에 평행하게 확장되는 반면에, 캔틸레버 및 비틀림 빔SLM에서, 전형적으로 빔은 미러의 측면으로부터 일반적으로 수직으로 또는 아주 멀리 확장된다.
만곡 빔소자의 미러가 미러의 제어 또는 어드레스 전극에 의해 끌려질 때, 제1의 캔틸레버 휨 및 제2의 비틀림 휨을 받는 빔은 피스톤 방식의 편향의 방향 및 미러의 수직에 평행하는 축에 대해 평탄한 미러를 약간 회전함으로써 평탄한 미러의 피스톤 방식 이동 또는 편향에 영향을 미친다.
SLM에 관한 더 상세한 정보는 캘리포니아주 샌디에고에서 1989년 8월 7-8일에 SPICE Critical Review Series, Spatial Light Modulators and Applications III에 래리 제이, 혼벡(Larry J. Hombeck)이 "변형가능한-미러 공간 광변조기(Deformable-Mirror- Spatial Light Modulators)"이라는 명칭으로 Volume 1150, No. 6 86-102 페이지에 게재한 관련된 절차로부터 얻을 수 있다.
모든 DMD SLM은 개별적으로 가동가능한(편향가능한 또는 변형가능한) 미러의 어레이, 픽셀 또는 광-반사 표면을 포함한다. 공동으로 양도된 미합중국 특허 제5,061,049호에서 논의된 바와 같이, DMD는 사실상 에어 갭 캐패시터도 포함하는 것으로 이해되었다. 그러나, 분명히 DMD SLM의 전기 용량성 특성은 DMD 동작의 분석에 주로 의존하였다. 즉, DMD SLM의 광학 특성이 있고 계속해서 사용되면서, 이 소자의 고유 전기 또는 비-광-반사 특성을 이용하는 작업이 거의 행해지지 않았다.
본 발명의 일 목적은 DMD, 퀘이(qua) 또는 스위치를 포함하는 캐패시터 또는 스위치와 같은 초소형의 모놀리식 가변 전기 소자 및 이런 소자를 포함하는 여러가지 장치를 제공하는 것이다. 캐패시터 및 스위치와 같은 가변 DMD 소자를 이용하는 장치는 전송 라인 예컨데, 가변 임피던스 마이크로스트립 라인; 가변 임피던스 정합, 변환 및 필터 네트워크: 가변 임피던스 또는 복사 패턴, 주파수 및 파장에 대해서 동조가능한 민감한 주파수 안테나[패치, 나선형 및 슬롯(slot)을 포함함]; 가변 임피던스 또는 민감한 주파수 커플러[대칭, 비대칭 및 래트 레이스(rat race)를 포함함;, 도파관과 관련된 가변 FIN 라인; 광학적 도파관 및 전기적 전송 라인에 대한 도파관(본질적으로는 스위치); 예를 들면, 고 주파수 발진기를 동조 보상하거나 또는 제어하기 위한 연산 제어기; 및 위상-단열 안테나에 대한 순수 시간 지연 네워크를 포함한다. DMD의 연산 모드 때문에, 본 발명의 DMD 구동 소자가 포함되는 여러가지 장치는 디지탈 또는 선택적으로 가변 또는 동조가능한 것일 수 있다.
상기 및 다른 목적에 있어서, 본 발명의 양호한 특징은 시변(time-varying)입력 신호에 영향을 미칠 수 있는 초소형의 모놀리식 가변 전기 캐패시터를 고려하는 것이다.
캐패시터는 기판을 포함한다. 전기적으로 도전성인 부재가 모놀리식으로 형성되고 기판으로부터 이격되어 있다. 부재 및 기판은 평행 판 캐패시터의 판으로서 각각 작용한다.
적응가능한 빔, 멤브레인 또는 경첩과 갈은 장착 설비는 기판을 향해 또는 기판에서 멀리 이격된 부분의 편향을 위해 부재를 장착한다. 장착 설비는 빔부분이 정상 위치로부터 기판을 향해 또는 기판에서 멀리 편향할 때 전위 에너지를 저장한다. 저장된 에너지는 편향된 부재 부분을 정상 위치로 복귀시키는 경향이 있다.
설비는 캐패시턴스를 변화시키기 위하여 부재 부분을 선택적으로 편향시킨다. 편향 설비는 기판을 향해 또는 기판으로부터 멀리 떨어진 빔부분의 편향의 방향에서 범으로부터 떨어진 제어 전극을 포함할 수 있다. 제어 전극 및 빔은 그들사이에 인가되는 제어 신호를 가질 수 있다. 이 제어 신호는 빔부분과 제어 전극사이에 전계를 발생시킨다. 이 전계는 정상 위치로부터 기판을 향해 또는 기판에서 멀어지게 빔부분을 편향시킨다. 제어 전극은 기판 상에 형성된 도전체 또는 기판자체의 영역일 수 있다.
설비는 입력 신호를 인가하기 위해 캐패시터에 제공된다. 입력 신호는 캐패시터의 캐패시턴스가 변화함에 따라 영향을 받는다.
장착 설비는 금속성 또는 탄성 중합체의 멤브레인을 구성하고 부재로 통합적으로 형성될 수 있으며 입력 신호 인가 설비일 수 있다. 또한, 장착 설비는 비틀림 빔 또는 캔틸레버 빔을 포함하고 다수의 결합된 캔틸레버 및 비틀림 빔으로 만들어진 만곡 시스템일 수 있다. 부재의 편향은 회전 또는 피스톤 방식일 수 있다.
장착 설비는 부재 하부에 존재하는 웰 내부에 형성된 빔 또는 멤브레인을 지지하는 절연성 스페이서 또는 도전성 포스트를 또한 포함할 수 있다. 스페이서 또는 포스트는 다른 요소와 함께 모놀리식으로 양호하게 형성된다. 부재가 기판을 향해 또는 기판에서 멀리 떨어져 편향할 때 부재는 웰 밖으로 이동한다.
한 실시예에서, 제어 전극은 기판 자체의 영역이고 제어 신호는 기판 영역과 부재 사이에 인가된다. 입력 신호를 인가하기 위한 설비는 입력 신호가 부재를 통과하도록 부재에 대향하여 접속된 도전성 입력 경로 및 도전성 출력 경로를 포함한다. 더 상세하게는, 제어 신호는 기판 영역과 부재에 접속된 도전성 경로 중 하나사이에 인가될 수 있다. 이 실시예에서, 기판 영역은 접지되고 캐패시터는 입력 신호로 효과적으로 단락될 수 있다.
다른 실시예에서, 기판 상의 전기적으로 절연성인 유전 층은 제어 전극은 지지하며, 기판으로부터 유전 층을 절연시킨다. 제어 신호는 제어 전극과 부재 사이에 인가된다. 입력 신호를 인가하기 위한 설비는 부재에 접속된 도전성 입력 경로를 포함하고 부재의 편향 방향에서 부재로부터 떨어진 도전성 출력 경로를 포함한다. 입력 신호가 부재에 의해 캐패시터의 한 플레이트로서 작용하는 출력 경로에 인가되도록 출력 경로는 기판 상에서 지지되고 기판으로부터 절연된다. 제어 신호는 제어 전극과 도전성 입력 경로 사이에 인가될 수 있다. 이 실시예에서, 캐패시터는 실제로 입력 신호와 직렬로 놓일 수 있다.
전형적으로, 제어 신호가 입력 신호의 주파수 보다 실제로 작은 주파수를 가질 때 입력 신호는 시변이다. 양호하게는, 제어 신호는 실제로 비시변이다. 실제로, 입력 신호의 주파수는 부재가 공진 주파수에 응답하여 편향하지 않도록 부재의 공진 주파수에 관해서는 충분히 높고 편향에 관한 한 본질적으로 입력 신호에 "블라인드(blind)"이다. 이와 반대로, 제어 신호의 주파수는 빔 편향이 동기화하도록 충분히 낮다. 더 양호하게는, 입력 신호 및 제어 신호는 중첩된다.
부재 이동의 양, 주파수, 모드 및 다른 특성은 선택적으로 조정될 수 있다. 조정은, 예를 들면, 부재(부재의 질량 및 영역을 감소시키기 위한) 또는 부재(부재의 적응가능성을 변경하기 위한)로부터 재료를 선택적으로 제거함으로써 달성될 수 있다. 이런 제거는, 예를 들면, 레이저 트리머(trimmer)로부터 집중된 광 에너지를 사용함으로써 효과적이다.
본 발명의 캐패시터는 소자의 임피던스 및 임피던스 관련 특성이 선택적으로 변경될 수 있도록 앞부분에서 설명한 임의의 소자의 요소 또는 부분으로서 포함될 수 있다.
대체적으로, 본 발명은 제어 신호에 응답하여 전기적 입력 신호에 영향을 주는 초소형 모놀리식 소자를 고려한다. 기판 및 가동 부재를 포함하는 소자는 일반적으로 제1 위치를 점유한다. 제1 위치에서, 부재는 제1 모드 내의 입력 신호에 영향을 준다. 부재가 제1 위치에 있지 않을 때 부재는 제2 모드 내의 입력 신호에 영향을 준다. 장착 설비는 기판을 향해 또는 기판에서 멀리 이동하기 위해 기판으로부터 떨어진 부재를 장착한다. 장착 설비는 부재가 제1 위치 밖으로 이동할 때 부재에 에너지를 저장한다. 저장된 에너지는 제1 위치를 향해 부재를 바이어스시킨다.
입력 신호는 소자에 인가되고 제어 신호는 부재에 인가된다. 제1 위치로부터 부재를 선택적으로 이동하기 위해 제어 신호에 응답하는 장착 설비는 결국 입력 신호에 영향을 주는 부재 내의 모드를 선택적으로 변경시킨다.
대체적으로 양호한 실시예에서, 부재는 전기적으로 도전성이고 부재에 대한 제어 신호의 인가는 부재 상에서 작용하는 정전계를 발생시킨다. 정전계는 부재를 제1 위치 밖으로 이동시킨다.
본 발명의 폭 넓은 특징으로부터의 결과인 특정 소자는 가변 캐패시터이고, 여기서 가동 부재는 캐패시터의 하나의 플레이트이며, 부재의 이동은 캐패시터의 캐패시턴스를 변경시킨다. 입력 신호와 제어 신호는 모두 부재에 인가될 수 있다. 입력 신호에 의해 취해진 경로는 변경가능한 캐패시턴스와 병렬 또는 직렬일 수 있다. 양호하게는, 캐패시터의 이동은 최소값으로부터 캐패시턴스를 증가시키기 위하여 기판을 향하지만, 최대값으로부터 캐패시턴스를 감소시키기 위하여 기판으로부터 멀어질 수 있다.
본 발명의 폭 넓은 특징으로부터의 결과인 다른 특정 소자는 도파관이다. 도파관에서, 가동 부재는 제1 위치에서 도파관의 내부 표면의 코플래너(coplanar) 부분을 형성한다. 제1 위치 밖으로의 부재의 이동은 기판으로부터 멀어지고 도파관 벽으로부터 멀어진다. 이러한 이동은 부재가 이동하는 라인과 일반적으로 평행한라인을 따라 도파관의 단면적을 효과적으로 감소시킨다.
입력 신호는 시변이고, 부재는 시간에 관해서 변화하여 편향된다. 양호한 실시예에서, 부재의 편향 주파수는 입력 신호의 주파수에 독립적이고 양호하게는 입력신호의 주파수 보다 더 작다. 부재가 입력 신호의 주파수와 거의 동일한 주파수에서 편향될 때 비선형 캐패시터가 발생한다. 이 편향은 제어 신호에 의해 설정되는 부재의 제1 또는 정상 위치에 관한 것이다.
본 발명은 제2도 내지 제4도 및 제6도 내지 제9도; 제10도 내지 제13도; 제14도; 제15도 내지 제17도; 제8도 및 제19도에 각각 도시된 형태들이 초소형 모놀리식 소자(40, 50, 60, 70, 80 및 160)에 관한 것이다. 소자(40, 50, 60 및 70)는 가변 전기 캐패시터; 소자(80)는 전기 또는 광학 스위치이다. 소자(40, 50, 60, 70, 80)는 이하에 기술되는 바와 같이 변형되거나 사용되고 총괄적으로 예를 들면, 제3도 및 제4도에 예시된 다양한 방식으로 전기적으로 동작되는 기본 DMD SLM(40', 50', 60', 70', 80)으로 구성된다. 본 발명은 또한 제20도 및 제25도에 예시된 바와 같은 소자내에 캐패시터(40, 50, 60, 70, 80 및 160)를 사용하는 것과 관련된다.
제2도 내지 제17도는 다양한 기본 DMD SLM(40', 50', 60', 70')의 개괄적인 묘사이며, 그 구조들은 본 발명의 가변 캐패시터(40, 50, 60, 70)에 대한 기본 구성블럭(basic building block)으로서 작용한다. 제1도는 본 발명에 따른 가변 캐패시터(30)로 사용하기에 통상적으로는 적합하지 않지만, 원한다면, 적합하게 변형될 수 있는 형태의 기본 DMD SLM(30')을 도시한다. 제1도는 제2도 내지 제25도에 구현되어 있는 바와 같은 본 발명의 소정의 원리를 예시하는데 사용된다.
제1도는 변형가능한, 비교직 얇은 피착 금속층 또는 멤브레인(32)을 갖고 있는 비교적 두꺼운 탄성 중합체층(31)을 형성하는 기본 DMD SLM(30')의 탄성 중합체의 형태를 도시한다. DMD(30')이 이와 같이 사용되는 경우에, 금속층(32)은 고도의 광반사성을 갖는다. 금속층 멤브레인(31 및 32)은 표준 하이브리드 집적 회로 MOS CMOS, 등의 처리 기술에 의해 35로 표시된 어드레싱 회로 상부의 실리콘이나 다른 적당한 기판(33) 상에 피착된다. 회로(35)는 기판(33) 상에 형성되고, 떨어져 있는 제어 또는 어드레스 전극(36a)을 포함한다. 다른 DMD SLM(40', 50', 60' 및 70')에 있어서, 제어 전극(36a)이 기판(33)의 표면 상부에 있는 것으로 도시되어 있지만, 이들은 독립적인 도전성 경로나 적당한 도프 영역으로서 기판(33) 내에 매립 또는 집적될 수 있다. 탄성 중합체층(31)은 금속층 또는 멤브레인(32)을 유지시키는 수직 또는 제1 두께 T, 기판(33)의 상부로부터의 수직, 제1 거리 D 및 구비하고 있는 제어 전극(36a)으로부터의 거리 d를 갖는다[D 및 d는 전극 (36a)이 매립되는 경우에는 동일하게 된다]. 층 및 멤브레인(31 및 32)을 구성하는 재료에 따라, 기판(33) 및 제어 전극(36a)은, 뿐만 아니라 어드레싱 회로(35)의 특성에 따라 전극(36a)은 절연층(37)에 의해 기판(33)으로부터 절연되도록 떨어지는데, 절연층은 기판(33)을 이루는 재료와 같은 산화물 또는 다른 산화물 또는 절연 물질일 수 있다.
제어 전극(36a)이 활성화되어, 제어 전극 및 금속층 또는 멤브레인(32)의 바로 위에 있는 세그먼트(38)는 충분히 큰 반대 극성의 전위가 그들 자신에 부가되도록 한 경우에 - 이것이 제어 전극(36a)이나 다른 소자에 영향을 미치는 어드레싱 회로(35)에 의해 달성되는 것과 관계없이 - 세그먼트(38)와 전극(36a)의 탄성력은 전극(36a)을 향해(또는 멀어지는 방향으로) 세그먼트(38)를 끌어당긴다(또는 밀쳐낸다). 이 인력은 전극(36a)을 향해(또는 멀어지도록) 세그먼트(38)를 이동시키거나 곡선형으로 편향시킴으로써, 제1도에 도시된 바와 같이 D 및 d를 위해 탄성 중합체층(31)의 간극 재료(imtervening material)의 두께를 감소(또는 증가)시킨다. 선택적으로, 동일 극성의 전위가 제어 전극(36a) 및 바로 위의 세그먼트(38) 모두에 인가되어, 이들 사이에 탄성 반발력을 생성하여, 거리 D 및 d를 감소시키기 보다는 증가시킬 수 있다.
제어 전극(36a)의 상태, 활성 또는 비환성 및 각 전극(36a)과 그와 관련되는 세그먼트(38)의 극성에 따라, 탄성 중합체(31)의 두께는 전극(36a) 상에서 감소(또는 증가)되고, 인접 전극(36a) 사이에서 증가 또는 감소된다. 전극(36a)이 비활성화되고 층 또는 멤브레인(31 및 32)이 서로 수직이면, 제1 위치이다. 금속층 또는 멤브레인(32)의 제1 위치는 점선(39)으로 표시된다. 멤브레인(31 및 32)이 끌어 당기는 탄성력 장에 의해 제1 위치로부터 변형되면, 전위 에너지가 그곳에 저장된다. 저장된 전위 에너지는 그들의 수직인, 제1의 일반적으로 평면인 위치(39)로 멤브레인(31 및 32)을 복귀시키는 경향이 있다. 활성화된 전극(36a)이 비활성화되면, 에너지는 세그먼트(38) 및 멤브레인(31 및 32)의 바로 근처 부분에 정상적인 평탄도로 저장된다.
제어 전극(36a)의 선택적인 활성화에 수행되는 금속층(32)의 표면 전이는 기본 DMD(30')가 이렇게 사용될 때의 진폭 또는 위상에 있어서 입사 광을 변조하는데 사용된다.
전극(36a)과 그들의 관련 세그먼트(38) 상의 동일 극성의 인가 전압이 세그먼트(38) 그들의 제1 위치(39)로부터 제어 전극(36a)을 향해 또는 그곳으로부터 멀어지는 방향으로 효과적으로 이동시키지만, 설명의 나머지 부분은 전극(36a)을 향해 멤브레인(32)(또는 그들의 기능적인 대응 부분)의 세그먼트(38)의 운동을 실현시키는 다른 극성의 인가 전압에 초점을 맞출 것이다. 또한, 전압이 한 소자, 즉 세그먼트(38)에 인가되면, 반대 극성의 끌어 당기는 전압이 (a) 대응하는 다른 소자, 여기서는 제어 전극(36a) 상에 유도되거나 (b) {어드레싱 회로(35)와 같은} 독립적인 매개체를 경유하여 다른 소자 상에 직접 인가 또는 부가될 수 있다. 각 세그먼트(38) 및 그의 전극(36a) 상의 - 끌어 당기는 또는 반발하는 - 전압들은 어드레싱 회로(35)에 의해 적절히 수행된다.
제1도에서, 금속층(32)의 출력 전극(36b) 및 각각의 바로 위에 있는 세그먼트(38)는 가변적인 평행 플레이트 캐패시터(30)의 플레이트로서 보여진다. 특히, 세그먼트(38)는 가동 플레이트이거나 멤브레인이고, 전극(36b)은 정지된 플레이트이다. 전극(36b)은 제1도에 도시된 바와 같이 기판(33) 상의 대응하는 제어 전극(36a)에 인접되어 있는데, 전극(36b)은 전극(36a) 뒤에서 도면의 종이면 내로 들어간다. 상대적으로 가동 캐패시터 플레이트(36b 및 38) 사이의 유전체는 탄성 중합체(31)이다. 선택적으로, 전극(36b)의 기능은 충분한 도전성이 있는 경우에는 기판(33)에 의해 또는 기판(33)이 충분한 도전성을 갖지 못할 때는 기판 내에 형성된 도전 영역에 의해 실행된다. 이하에 설명되는 바와 같이, 전극(36b)이 없고 제어 전극(36a)이 전극(36b)의 기능을 한다고 가정한다. 캐패시터 플레이트(36b,38)간의 간격이 조정가능하기 때문에, 캐패시터(30)는 가변적이다. 상기 설명은 캐패시터(30)의 캐패시턴스를 조정하기 위해 금속 멤브레인(32)의 제어전극(36a)과 세그먼트(38)에 인가된 전기 제어 신호가 캐패시터(30){즉, 캐패시터(36b,38)}에 의해서만 영향을 받지 않는 임의의 입력 전기 신호에 독립적이며 영향을 미치지 않고 인가될 수 있다고 가정한다. 이와 같이 이들 신호를 가변 캐패시터(40,50,60 및 70)에 인가하기 위한 기술이 이하에 서술된다. 만약 금속 멤브레인(32)의 각 세그먼트가 이웃하는 가변 캐패시터(30)에 독립적으로 가변 병렬 플레이트 캐패시터의 가동 플레이트로서 기능한다면, 인접하는 세그먼트(38)는 예를 들면 각각의 전극쌍(36a과 36b) 간의 공간에 인접하는 영역에서 금속층(32)이 불연속하게 함으로서 전기적으로 격리되어야만 한다. 만약 전극쌍(36a,36b)이 그 어레이에 존재한다먼, 가변 캐패시터(30)의 대응하는 어레이는 금속층(32)에 불연속 그리드(도시되어 있지 않음)로서 형성될 수 있다. 가변 캐패시터(30) 어레이의 금속층(32)의 각 세그먼트(38)는 넓은 의미에서 이하에 서술되는 바와 같이 분산된 가변 캐패시터를 갖는 "표면"을 나타내는 것으로 간주될 수 있다는 것에 유의하여야 하는 데, 여기서 "표면"은 전송 라인, 커플러, 안테나, FIN 또는 도파관과 같은 여러가지 소자의 표면 일부를 구성한다.
그리하며, 제1도는 상기에 가변 캐패시터(30)로서 그리고 정지 부재{전극(36)과 기판(33)}에 대해 상대적으로 가동 부재{세그먼트 (38)}를 갖는소자로서의 기능을 하는 광을 변조하는 데 사용된 기본 DMD SLM(30')을 도시한다.
제1도를 계속 참조하면, 전기 제어 신호가 제어 전극(36a)과 세그먼트(38)에 인가됨에 따라, 좌측 및 그 출력 전극 또는 정지 캐패시터 플레이트(36b)에 있는 세그먼트 또는 이동 캐패시터 플레이트(38)는 인접하는 다른 캐패시터(30)에 독립적으로 캐패시터(30)를 형성한다. 입력 신호는 세그먼트(38)의 한 극단과 전기적으로 연속하는 입력 도전체(38i)에 의해 세그먼트(38)에 인가될 수 있다. 만약 캐패시터(30)(또는 36b,38)가 그것과 병렬로 됨으로서 도전체(38i) 상의 입력 신호에 영향을 미친다면, 세그먼트(38)의 다른 반대 극단과 전기적으로 연속하는 출력 도전체(38op)가 제공될 수 있다. 입력 신호는 세그먼트(38)와 전극(36b){그리고 궁극적적으로 세그먼트(38)와 제어 전극(36a)의 전압차이와 극성에 의해} 간의 간격에 의해 결정되는 캐패시터(30)의 캐패시턴스에 의해 결정되는 방법으로 세그먼트(38)를 횡단함에 따라 캐패시터(30)(또는 36b,38)에 의한 영향을 받을 것이다. 제1(a)도에 개략적으로 도시되어 있는 캐패시터(30)의 이와 같은 작용은 36g로 도시되어 있는 바와 같이 전극(36b)을 접지할 것을 필요료 한다. 전극(36b)의 기능은 기판(38)에 의해 또는 필요하다면 접지될 수 있는 기판(33)에 형성된 도전 영역에 의해 수행될 수 있다.
만약 캐패시터(30)(36b,38)가 도전체(38i) 상의 입력 신호에 직렬로 영향을 미친다면, 전극(36b)과 전기적으로 연속하는 출력 도전체(36os)가 제공된다{도전체(38op)와 접지(36g)는 제거될 수 있다}. 이와 같은 캐패시터(30)의기능은 제1(b)도에 개략적으로 도시되어 있다.
제2도는 각각 가변 캐패시턴스(40)로서 사용된 멤브레인 유형의 인접하는 기본 DMD(40')를 도시한다. 다소 MOS, CMOS 및 다른 기술로서 제조하는 데 용이하지 않은 DMD(40')의 한가지 가능한 유형이 우측에 도시되어 있고 제1도의 변형으로서 금속의 변형가능한 박막층(42)으로 덮인 얇은 중합체 멤브레인(41)을 포함한다. 좀 더 바람직한 형태에서, DMD(40')은 제2도의 우측에 도시되어 있는 바와 같이 얇은 변형가능한 스스로 지지하는 박막 금속층 또는 멤브레인(42)을 포함하는데, 중합체 멤브레인(41)은 제거되어 있다. 금속층 또는 멤브레인(42){그리고 존재한다면 중합체 멤브레인(41)}은 기판(33)과 유사한 기판(43) 상에 스페이서(44)에 의해 지지되어 있다. 이와 같은 유형의 전형적인 DMD(40')에서, 스페이서(44)는 대각선그리드 상에 놓인다. 포괄적으로 45로 도시되어 있고 제어 전극(46a)을 포함하는 어드레싱 회로는 스페이서(44)의 그리드에 의해 한정된 각 영역 내의 금속 멤브레인(42)밑에 놓인다. 어드레싱 회로(45)와 그 전극(46a)은 제2도의 그것(35와 36a)과 유사할 수 있다. 혼란을 피하기 위해, 전극(36b)과 물리적으로 유사한 출력 전극(46b)은 도시되어 있지 않다. 필요하다면, 전극(46a,46b)은 제1도의 층(37)과 유사한 절연층(47)에 의해 기판(43)으로부터 전기적으로 절연될 수 있다. 그 전극(46a과 46b)에 직접 인접하는 각 금속층(42)의 세그먼트(48)는 세그먼트(48)와 전극(46a) 사이에 적당한 전위차를 인가함으로서 이와 같은 전극(46a과 46b)쪽으로(또는 그곳으로부터 반발하여) 유인될 수 있다. 이와 같은 유인(또는 반발)은 금속 멤브레인(42)을 그 제1 위치 또는 점선(49)으로 가리켜진 정상적인 평탄한 구성을벗어나 동시에 변형시킴으로서 세그먼트(48)를 곡선으로 이동시키거나 또는 편향시킨다.
기존 DMD(30')에서와 같이, 기본 DMD(40')는 가변 캐패시터(40)로서 사용될 수 있다. 정지 플레이트 즉, 전극(46b)과 가동 플레이트 즉, 금속 멤브레인(42)간의 유전체는 탄성 중합체(31)와는 달리 공기 또는 다른 매체일 수 있다. 캐패시터(30)에서와 같이, 만약 금속 멤브레인(42)의 각 세그먼트(48)가 독립적인 가변 캐패시터(40)의 독립적인 가동 플레이트로서의 기능을 한다면, 세그먼트(48)는 스페이서(44)의 패턴과 함께 금속층(42)에서 불연속(도시되어 있지 않음) 패턴을 형성함으로서 상호 전기적으로 격리될 수 있다.
상술한 바와 같이, 일부 상기 기본 DMD(40')에서, 제어 전극(46a)에 에너지를 공급함으로서 구면 또는 다른 곡선으로 멤브레인(42)의 대응하는 세그먼트(48)를 구성하는 결과가 될 수 있도록 스페이서(44)는 그리드 형태이다. 이와 같은 곡선 구성을 달성하는 것은 만약 세그먼트(48)가 에어 갭의 가변 캐패시터(40)의 이동 또는 반사플레이트의 작용을 한다면 필요하지 않다. 정말로, 곡선 구성을 만드는 것은 어려운 것이 아니라 결과적인 캐패시터(40)(46b,48)의 캐패시턴스를 분석할 수 있게 되고, 보다 중요하게 각 세그먼트(48)와 대응하는 그 제어 전극(46a) 양단의 전위차는 바람직하지 않게 높을 필요가 있게 된다. 이하에 상세히 서술되는 바와 같이, 각 캐패시터(40)는 바람직하게 박스형 그리드가 아닌 한쌍의 병렬 세그먼트(48)를 이용한다. 이와 같이, 멤브레인(42)의 각 세그먼트(48)는 세그먼트(48)의 주변 근처가 아니라 정반대의 그 두 반대쪽에서만 지지되어 있다. 결국, 멤브레인(42)의 세그먼트(48)의 소정의 편향 즉, 소정의 캐패시턴스 값을 달성하기 위해 좀 더 낮은 전압이 필요하다. 각 캐패시터(40)를 상호 독립적으로 하는 멤브레인(42)의 불연속은 스페이서(44)와 조화할 수 있다.
지금부터 제3도와 제4도를 참조하면, 가변 캐패시터(40)로 사용된 제2도 좌측부분의 기본 DMD(40')의 동작이 서술된다. 알 수 있는 바와 같이, 이 도면에 의해 도시된 원리는 다른 기본 DMD에도 작용할 수 있다. 다음 설명은 멤브레인(42)이 각 캐패시터(40)가 캐패시터 어레이의 이웃하는 캐패시터(40)에 전기적으로 독립하도록 기본 DMD(40')의 어레이에 있는 그 이웃하는 멤브레인(42)에 전기적으로 독립한다고 가정한다. 이와 같은 독립성이 금속층(42)을 불연속성(도시되어 있지 않음)으로 형성함으로서 또는 달리 전극(46)에 적당한 에너지를 공급함으로서 또는 전기적 절연 기술로서 달성되는지는 본 발명에서 중요하지 않다.
제3도에서, 멤브레인(42)의 정상 위치가 도시되어 있는 한편, 전극(46a)로 향한 유인 또는 편향 동안 그 위치가 점선(100)으로 도시되어 있다{선 100은 만약 멤브레인(42)이 제어 전극(46a)과 출력 전극(46b)를 벗어나 반발한다면 위쪽으로 구부러질 것이다}. 제3도는 병렬 또는 단락 연결{또한 제1(a)도를 참조한다}인 캐패시터(40)를 도시하고, 참조번호(40P)는 이와 같은 방법으로 연결된 캐패시터(40)를 가리키는 데 사용된다. 이하에 서술되는 바와 같이, 제2도의 절연층(47)을 제3도의 실시예에서 필요하지 않다. 특히, 알 수 있는 바와 같이, 캐패시터(40P)외 정지 플레이트 여기서, 기판(43) 또는 이와 같은 기판(43) 상에 존재하는 전극(46b)은 101로 도시된 바와 같이 접지되어 있으므로, 그것과 캐패시터(40P)의 이동 또는편향 멤브레인(42)사이에는 캐패시턴스-대-접지가 존재한다. 가변 제어 신호(102)는, 소스(104)와 110에서 층(42)에 연결되어 있는 것으로 개략적으로 도시되어 있는 입력(108) 간의 경로(106)로 가리켜진 바와 같이 제어 신호 소스(104)에 의해 멤브레인(42)에 인가된다. 소스(104)는 또한 112에서 접지로 연결될 수 있다.
가변 제어 신호(102)는 DC 전압이고, 그 크기 및 듀티 사이클이 가변일 수 있는 "저주파수" 전압(Vc)일 수 있다. 여기에 사용된 바와 같이, "저주파수" 전압은 스페이서(44) 사이에 지지된 멤브레인(42)의 이동부의 공진 주파수에 대해 제어 신호(102)가 인가되는 캐패시터(40P)의 멤브레인(42)이 그와 함께 실질적으로 동기하여 거의 순간적으로 이동하거나 또는 편향하도록 세그먼트(48)가 충분히 낮은 주파수를 갖는 전압을 의미한다. 만약 신호(102)가 dc라면(주파수=0), 멤브레인(42)은 정지에서 유지되고 가변 캐패시터(40P)는 일정하다. 만약 제어 신호(102)가 시간에 따라 변하고 멤브레인(42)이 그와 동기하여 이동한다면, 캐패시터(40P)는 시간에 따라 변한다.
특히, 제어 전압(102)이 멤브레인(42)과, 하부의 기판 부분(43)(제어전극으로서 작용한다) 또는 제어 전극(46a) 사이에 인가되면, 멤브레인(42)과 기판(43) 또는 전극(46a) 사이의 공간에 정전계가 발생된다. 만약 제어 신호(102)가 제5도에 도시된 바와 같이 DC전압이라면, 결과로 나타나는 정전계는 시간에 따라 변하지 않으며, 결국 전압 크기의 작용으로서 멤브레인(42)이 기판(43) 또는 전극(46b) 쪽으로(또는 전극으로부터) 그 정상적인 제1 위치를 벗어나 이동되거나 또는 편향되게 된다. 이와 같은 이동 또는 편향은 멤브레인(42)과 기판(43) 또는 전극(46a)간의간격을 감소(또는 증가)시킨다. 병렬 플레이트 캐패시터의 캐패시턴스가 플레이트(42,43 또는 그것의 42,46a) 간의 간격에 역비례하기 때문에, 이와 같은 간격의 감소(또는 증가)는 캐패시터(40P)의 캐패시턴스를 증가(또는 감소)시킨다. 제어 신호(102)를 제거함으로서 멤브레인(42)(그 변형 및 편향의 결과로서)에 저장된 기계적 에너지는 멤브레인(42)을 그 정상이 평탄한 위치로 복귀시키는 데, 이것은 플레이트(42과 42) 또는 그것의 42와 46a)간의 분리가 그 최대(또는 최소)이기 때문에 캐패시터(40P)의 최소(또는 최대) 캐패시턴스를 나타낸다. 그리하여, 캐패시터(40P)의 캐패시턴스는 제어 신호(102)의 함수이다. 만약 멤브레인(42)과 기판(43) 또는 전극(46a) 상의 전압 극성이 같다면, 증가하는 전압차는 멤브레인(42)을 그 최대 캐패시턴스 위치를 벗어나 캐패시터(40P)가 좀 더 낮은 캐패시턴스를 갖는 위치로 이동시킨다.
제한없이 공진 주파수와, 멤브레인(42)의 크기, 영역 구성 및 질량; 멤브레인(42)의 유연성 및 두께; 멤브레인(42)의 두께 및 탄성 모듈 및 스프링 상수 및 멤브레인(42)의 방법 및 양과 같은 멤브레인(42)의 다른 기계적 특성에 비추어, 그와 함께 동기하여 멤브레인(42)을 이동시키거나 또는 편향시킬 제로(DC인 0주파수)로 시작하는 주파수 범위에 존재한다. 상기는 일반적으로 실제적으로 임의의 파형을 갖는 저주파수 전압에 대해 사실이다. 기술 분야의 숙련자는 소정의 멤브레인(42)에 대해 "저주파수" 제어 전압(102)을 구성하는 것을 용이하게 결정할 수 있을 것이다. 바람직한 실시예에서, 제어 신호(102)는 그 진폭이 선택적으로 변하는 dc전압 또는 그듀티 사이클(온/오프 시간)이 선택적으로 변하는 일정한 진폭을 갖는 dc전압이다. 이와 같은 종류의 제어 신호(102)로 결국 캐패시터(40P)는 가변 선형 캐패시터로서의 역할을 효과적으로 하게 된다. 만약 제어 전압(102)이 멤브레인(42)이 그와 함께 동기하여 편향하고 "편향하지 않도록" 충분히 낮은 주파수에서 시간에 따라 변한다면, 캐패시터(40P)는 가변 캐패시터로서의 기능을 효과적으로 한다.
가변 캐패시터(40P)는 입력 신호(114)에 영향을 미치도록 의도되어 있다. 시간에 따라 변하는 전압인 입력 신호(114)는 바람직하게 제어 신호(102)에 대해 "고주파수"를 갖는다. 상기 목적을 위해, "고주파수" 입력 신호(114)는 상술된 바와 같이 멤브레인(42)의 공진 주파수 결정 기계적 및 다른 특성을 고려하여 멤브레인(42)이 다른 특정한 방법에서 이에 응답하여 이동하거나 또는 편향하지 않도록 높은 주파수를 갖는 신호이다. 즉, 간단히 말해서, 멤브레인(42)의 기계적 관성은 너무 높고, 시간에 따른 입력 신호(114)의 변화는 그것에 응답하기에는 멤브레인(42)에 대해 너무 빠르다. 필연적으로 멤브레인(42)은 고주파수 입력 신호(114)로 "간주"될 수 없다.
상기 기술된 것처럼 고 주파수 전압(V)의 양호한 형성에서, 입력 신호(114)는 경로(118)을 통해 소스(116)으로부터 입력(108)과 멤브레인(42)로 인가된다. 출력(120)은 (122)에서 멤브레인(42)로 접속된다. 소스(116)은 (112)에서 접속된다. 실제로, 제어 신호(102)와 입력 신호(114)는 입력(108)에 중첩되고 제5도에 도시된것처럼, 유사하게 멤브레인(42)에 인가된다.
출력(120)이 이용 회로(도시되지 않음) 또는 그밖의 것에 인가되고 이용되는것을 가정하면, 저 주파수 제어 전압(102)는 멤브레인(42)의 세그먼트(48)과 기판(43)간의 거리 또는 출력 전극(46b)를 조정하므로써 멤브레인(42)(가동 플레이트)과 기판(43) 또는 전극(46b)(정지 플레이트)인 플레이트에 대한 캐패시터(40P)의 캐패시턴스대 접지(capacitance-to-ground)를 조정한다. 조정된 캐패시턴스 대 접지는 경로(118-108-42-120)에 따라서, 입력 신호(114)의 임피던스에 영향을 준다. 입력 신호(114)는 멤브레인(42)의 편향에 영향을 주지않고, 미리 설명된 것처럼, 캐패시터(40P)의 캐패시턴스에 영향을 주지 않는다. 중첩된 신호는 검출, 변조 또는 필터될수도 있고, 필요하면, 출력(1200에 후행하여 저주파수 제어 신호(102)를 나타내는 소자로부터 출력(120)이 소거될 수도 있다.
제어 신호(102)의 크기 또는 듀티 사이클은 캐패시터(40P)의 캐패시턴스와 입력(108)의 임피던스를 선택적으로 변경하기 위해 선택적으로 변화될 수 있다. 이 변화는 "수동" 또는 "자동"으로 될 수 있다. 자동 변화는 출력(120)에 신호의 값 또는 그밖에 예를들면, 출력(120)에 접속된 이용 회로로부터 파생된 신호에 관한 피드백에 응답하는 제어 전압(102)를 변화시킴으로써 수행될 수도 있다. 그러므로, 출력(122)와 이용 회로로부터의 피드백은 출력(122)에서 또는 이용 회로내에서 신호를 실현 및 유지하는(또는 선택된 방법에 영향을 주는) 캐패시터(40P)에 대한 조정이 자동적으로 수행될 수도 있다. 제어 신호(102)의 수동 및 자동 조정은 신호 소스(104)의 제어 화살표로 첨부된 참조 번호(123)으로 표시된다.
제3도에서 캐패시터(40P)의 캐패시턴스의 변화는 어드레스 회로(45)의 동작을 통해 실현될 수도 있다. 예를들면, 어드레싱 회로(45)는 기판(43) 또는전극(46b)의 접지된 경로(101)의 임피던스에 영항을 주거나 생성 또는 파괴함으로써, 주어진 제어 전압(Vc)를 위한 멤브레인에 의해 실현될 편향의 크기에도 영향을 줄수 있다. 접지된 경로(101)의 임피던스 영향은 임피던스를 가산 또는 감산하는 어드레싱 회로(45) 또는 경로의 전기적인 신호를 포함한다는 것을 해당 분야에 숙련된 기술자들이 이해할 수 있다.
선택적인 실시예에서, 입력 신호(114)의 주파수는 멤브레인(42)이 이에 응답하여 이동하도록 될수도 있다. 이것은 캐패시턴스 C(t)가 입력 신호(114, V(t))의 주파수로서 변하는 캐패시터(40P)가 비선형 캐패시터로서 기능하는 결과이다.
제4도는 제3도가 유사한 소자를 표시하기 위해 사용되는 것에서 사용된 것과 유사한 참조 번호에 따라 40s로 레이블된 가변 캐패시터(40)의 직렬 접속을 나타낸다. 제4도에서, 본 발명의 가변 캐패시터(40S)는 입력 신호(114)와 직렬이다. 제4도에서, 출력(124)는 정지 캐패시터 플레이트, 즉, 전극(46b)가 제3도에서와 전극(46b)와 같은 방식으로 형성되는 128에 도시된 것처럼, 출력 전극(46b)(또는 다른 컨덕터)에 접속된다. 제3도에 상황과 유사하게 - 캐패시터(40P)의 정지 플레이트로서 작용하는 전극(46b)(존재한다면) 또는 기판(43)이 캐패시터(40P)의 충전 동안만 전류를 나른다- 출력 전극(46b)를 포함하는 것으로 도시된 캐패시터(40S)의 정지 플레이트(46b), 출력(124)로 전류를 계속적으로 전도해야한다. 이 전류 전도 요구는 출력 전극(46b)가 절연층(47)에 의해 기판(43)으로부터 절연되는 것을 나타낸다. 제3도의 단일 제어 전극(46a)대신에, 2개의 제어 전극(46a)가 예시적인 목적으로 제4도에 층(47)상에 존재하는 것처럼 도시되었다. 2개 또는 그 이상의 출력전극(46b)와 2개 또는 그 이상의 제어 전극(46a)가 층(47) 상에 존재할 수 있다는 것을 이해할 수 있고 이 전극들(46a, 46b)가 인터리브(interleave), 맞물리거나 그밖에 필요 또는 요구됨으로서 공간적으로 관련될 수도 있다.
제4도에서 캐패시터(40S)의 캐패시턴스는 제어 신호(102), 양호하게 130에 접지되는 멤브레인(42)와 제어 전극(46a)간의 전계를 생성하기 위해 멤브레인(42)로 인가되는 저 주파수 전압(상기 정의된)에 의해 설정된다. 멤브레인(42)의 편향의 크기는 캐패시터(40S)의 캐패시턴스에서 변화를 결정한다. 입력 신호(114), 바람직하게는 고주파수 전압(상기 정의된)은 캐패시턴스에 의해 영향을 받지만 멤브레인(42)의 편향 또는 결과적으로, 캐패시터(40S)의 값에는 영향을 받지 않는다. 경로(108-42-46b-124)에 인가된 결과에서, 입력 신호(114)는 캐패시터(40S)와 신호(114)의 주파수에 의해 가정된 값에 의존하는 임피던스이다. 캐패시터(40P)에서처럼, 어드레싱 회로(45)는 제어 전극(46a)또는 출력 전극(46b)에 영향을 줄수도 있고, 이 경우에, 적절한 접속은(도시되지 않음) 이들 소자(45,46a 및 46b)중에서 형성될 수도 있다. 이 접속과 여러가지 경로(101,106,108,118,120,124 및 130)의 적절한 "루팅(routing)" 및 같은 실현을 위한 방법 뿐만아니라 여러가지 접속(110,122 및 128)을 위한 적절한 위치는 기술에 숙련된 기술자에게 공지된 MOS, CMOS 또는 다른 하이브리드, 집적 모놀리식, 초소형 회로 제조 또는 수정에 관련된 임의의 적당한 종래기술에서 실시될 수도 있다. 같은 것은 물론 다른 도면들에 나타나는 실시예를 참조하여도 참이다.
일반적으로 제4도에 예시된 캐패시터(40S)의 특정 실시예는 제4도에서 관련된 소자에 사용된 것과 같거나 유사한 현재 참조 번호로 제6도에 나타낸다. 제6도에서, 전극(46a)는 버스 부재(134)로 접속되거나 통합적으로 형성된 복수의 도전성핑거(finger; 132)를 포함한다. 반면에, 버스 부재(134)는 단지 개략적으로 나타내는 위치에서 접지(130)에 접속된다. 유사하게, 전극(46b)는 접속(128)을 갖는 동등한 가정하에 버스 부재(138)로 접속되거나 통합적으로 형성된 복수의 도전성 핑거(136)를 포함한다. 핑거(132와 136)은 기판(43)으로부터 그것을 절연하는 층(47)과 핑거(136)으로부터 핑거(132)를 전기적으로 절연하는 것간의 갭(140)을 도시하는 것으로서 인터리브 또는 맞물릴 수도 있다. 행 캐패시터(40S)의 단일 캐패시터(40S)는 제 6도에 나타난다. 캐패시터(40S)의 열이 존재하기 때문에, 직교 또는 가변 캐패시터(40S)의 다른 배열이 존재한다.
예에서 사용된 전형적인 소자 DMD 등은 최소 약 10-12 미크론 스퀘어이고, 최대 약 35 미크론 스퀘어를 가질수도 있다. DMD가 예에서 사용될때, 최대한 짧은 응답 신호가 - 제어 신호의 응용에 거의 순간적으로 빠른 편향 - 결정적으로 필요하다. 주어진 제어 신호동안, 짧은 응답시간은 DMD(30', 40')등의 편향 부재(32,42,등)의 질량/관성에 주로 의존하므로, 매우 작고 따라서, 낮은 질량, 멤브레인상에 프리미엄(premium)을 올려놓는다. 그러나, 상기 공지된 것처럼, 40과 같은 DMD가 40P 또는 40S같은 캐패시터로서 사용될때, 멤브레인이 입력 신호(114)에 활성적으로 민감하게 되는것이 필요하다. 또한, 병렬 플레이트 캐패시터의 캐패시턴스는 그것의 플레이트의 범위에서 변화시킨다. 기본 DMD(40) 내에 존재하는 것이 가변 캐패시터(40P와 40S)에 바람직한 것보다 커다란 크기 및/또는 높은 양 멤브레인(42)을 제한한다. 대신에, 예에서 사용된 DMD의 편향적인 부재보다 범위에서 큰 약 5mm제곱 또는 약 40,000 내지 250,000의 순서로 되는 포함된 형식의 가변 캐패시터에서 멤브레인(42)가 나타난다. 이것은 수행하는 범위에서 증가하고, 물론, 수반하는 것는 질량/관성에서 증가한다.
제7도와 제8도는 제2도 내지 제4도에 도시된 가변 캐패시터(40)의 변종(40a)을 나타낸다. 이러한 변종(40a)에서, 스페이서(44)는 변형된 멤브레인(42)의 각각의 세그먼트(48)로 웰 또는 체적(142)가 적은 퍼센트의 플루오르를 포함하는 산소에 에칭하는 등방성 플라즈마같은 절차에 의해 형성될때, 실현되는 것을 나타내는 단면적 부분의 윤곽을 갖는다. 더욱이, 예시된 목적을 위해, 불연속(144)는 반대편 스페이서(44)상에 제공되는 세그먼트(48)의 대각으로 대향 단부를 갖는 세그먼트간의 멤브레인(42)에 형성된다. 제7도에서, 각각의 멤브레인(42) 세그먼트(48)은 MOS, CMOS 또는 동등한 기술에 따른 재료 멤브레인(42)상에 재료의 피착 또는 형성으로부터의 결과인 비교적 두껍고, 필수적인 통합 부재(145)를 나른다. 부재(145)는 변형가능한 시스템(42-145)에 유용한 양을 부여하고 멤브레인(42)의 마진(margin; 146)과 비교하여 낮은 컴플라이언스를 갖는다. 멤브레인(42), 부재(145), 스페이서(44) 및 다른 상기 기술된 소자는 DMD SLM을 생성하기 위해 사용된 것과 같은 유사한 방법으로 형성될 수도 있다. 이 형성은 재료(예를들어 알루미늄 또는 알루미늄 합금)의 스퍼터 피착, 플라즈마 에칭, 산소의 플라즈마 피착과 혼벡(Hornbeck)에 의해 상기 기술된 기술의 부분 4에 기술된 것과 미합중국 특허 제5,061,049호에 통상적으로 나타난 것 같은 다른 스텝을 선택적 및/또는 반복적으로 포함할 수도 있다.
세그먼트(48)을 효과적으로 정의하는 부재(145)의 존재의 결과로서, 제어 전극(46a)로 향하는 멤브레인(42), 세그먼트(48) 및 그것의 통합적인 부재(145)의 인력 또는 편향이 세그먼트(48)과 부재(145)를 둘러싸고 2개의 대각측에서 그것을 제공하는 멤브레인(42)의 마진(146)을 제한하게 되는 변형에서, 본질적으로 평탄하게 유지하는 세그먼트(48)을 허용한다. 상기 지지 체제는 - 멤브레인(42)의 각각의 세그먼트(48)의 2개의 대각측에서만 제공된 - 제8도에 매우 상세하게 도시된다. 이 제공된 형식은 세그먼트(48) 또는 부재(145)가 아닌 멤브레인(42)의 마진(146)의 반대편 부분을 포함하는 멤브레인(42)의 비곡선 변형으로 된다. 이러한 변형은 제7도에서 파선(148)에 의해 나타난다. 명백히, 제4도에 체계적으로 도시된 다중 전극(46a, 46b) 구조는 원하면, 전극(46)이 제7도와 제8도에 도시되지 않더라도, 제7도와 제8도의 실시예에서 개선될수도 있다. 제7도와 제8도에서 캐패시터(40a)의 정지 플레이트는 다른 도면에서처럼, 기판(43) 또는 출력 전극(46b)를 포함한다. 캐패시터(40a)는 제3도와 제4도에서처럼 입력 신호(114)에 관련하여 각각 병렬 또는 직렬일 수 있다.
제9도는 제7도와 제8도에 도시된 것과 유사한 부재형의 기본 DMD(40)을 기본으로하는 선택적인 가변 캐패시터(40)을 예시한다. 제9도에 나타난 것처럼, 포토레지스트 스페이서(44)는 금속성 지원 포스트(150)에 의해 대치된다. 상기 '049특허와 혼백에 의한 논문에 기술된 소위 "매몰된 경첩" 방법과 MOS, CMOD 및 반복/ 선택 재료 스퍼터링, 플라즈마 산소 형성, 플라즈마 에칭 및 다른 공지된 스텝을 포함하는 다른 절차를 포함하는 것에 의해 생성될 수도 있다. 입력(108)만큼 많은 포스트(150)과 접속(110)은 제3도와 제4도에서 멤브레인(42)으로 접속된다.
전극(152)와 제어 전극(46a)같은, 어드레싱 회로(45)의 부분은 기판(43)상에 피착되는 산소(47)에 존재하는 것처럼 제9도에 도시된다. 가변 캐패시터(40)의 정지플레이트로서 작용하는 전극(46b) 뿐만아니라(존재한다면, 제9도에 도시되지 않음) 전극(152)와 제어 전극(46a) 양쪽 모두는 기판(43)의 상부 표면이하에 양호하게 리세스될수도 있고 및/또는 그것의 개략적으로 도프된 영역을 포함한다. 전극은 제3도 및 제4도에서 경로(118)로 기능한다. 멤브레인(42)와 부재(145)에 전기적으로 계속되는 전극(152)는 전압, 접지 또는 제어 전극(46a) 이외의 것[또는 기판(43), 전극(46A)가 존재한다면]이 캐피시터(40)의 멤브레인(42)와 부재(145)에 의해 이루어진 편향의 크기를 제어하는데 기여하는 전압을 각각의 캐패시터(40)의 멤브레인(42)와 부재(145)에 인가하기 위해 사용될 수도 있다. 이 종단에서, 전압은 전극(152)에 접촉하는 지지 포스트(150)에 의한 멤브레인(42)로 인가될 수도 있다. 각각의 멤브레인(42)는 2개의 포스트(150)에 의해 대향하여 제공된다. 제7도와 제8도에서처럼, 높은 컴플라이언스 마진(146)과 부재(145)의 중앙에 위치한 낮은 컴플라이언스의 존재로 인해, 부재(45)가 기판(43)의 플레이트에 일반적으로 병렬로 유지하는 것처럼 부재(42)의 피스톤 방식 피착이 발생한다. 이러한 피착은 파선(148)에 의해 나타난다.
알 수 있는 바와 같이, 전극(46a와 152)는 어드레싱 회로(45)에 의해 제어되어, 에너지가 공급되고 에너지의 공급이 중단된다. 만약 전극(46b)이 존재하지 않는다면, 제9도의 캐패시터(40)는 제3도에 도시된 바와 같이 사용될 수 있다. 만약 전극(46b)이 존재한다면, 제9도의 캐패시터(40)는 제4도에서와 같이 사용될 수 있다.
제10도는 가변 캐패시터(50)로 사용된 캔틸레버 빔 유형의 범용화된 기본 DMD SLM(50')를 도시한다. 다른 도면에 도시된 것과 유사한 소자는 같거나 유사한 참조번호를 사용한다.
제10도의 세그먼트(58) 번호는 낮은 적응 부재(58)을 갖는 비교적 두꺼운 마스크 패턴의 금속 층(52)이 그 위에 침전되어 있는 하부에 놓이는 비교적 얇은 금속층(51)의 매우 적응가능한 부분를 구비한다. DMD(50')에서 두꺼운 층(52)은 54에 도시된 바와 같이 선택된 부위에 존재하지 않음으로서, 박막층(51)만을 남겨 캔틸레버빔(56)의 작용을 한다. DMD(50')에서 부재가 남아있는 후막층(52)의 나머지 부분은 단단하고, 낮은 그 적응 특성이 빔(56)으로 글곡되는 캔틸레버를 한정하는 광 반사픽셀 또는 미러의 기능을 한다. 캐패시터(50)에서, 하부에 놓이는 박막층(51)을 포함하는 부재(58)는 가변 에어 갭 캐패시터(50)의 가동 플레이트 역할을 한다.
그 중에서, 빔(56)의 길이, 폭, 두께 및 재료와, 부재(58)의 크기 및 질량은 부재(58)와 제어 전극(46a) 간의 전계에 응답하여 부재(58)를 소정으로 편향시키도록 조정될 수 있다. 이와 같은 변수는 또한 부재(58)가 저주파수 제어 신호(102)와 동기하지만 고주파수 입력 신호(114)와는 동기하지 않고 편향하도록 조정될 수 있다. 비록 빔(56)과 이동 캐패시터 플레이트 또는 부재(58)가 직각 단면을 갖는 절연 스페이서(44)에 의해 지지되어 있는 것으로 제10도에 도시되어 있을지라도, 제7도에 도시된 유형의 스페이서가 사용될 수 있는 데, 제12도를 참조하면 제9도에 도시된 바와 같이 포스트(150)를 지지할 수도 있다. 다른 도면에서와 같이, 정지 캐패시터 플레이트의 역할을 하는 출력 전극(46b)은 존재하거나 또는 존재하지 않을 수 있다. 더욱이, 제10도 내지 제12도의 캐패시터(50)는 제3도와 제4도에 도시된 바와 같은 방법으로 동작될 수 있다.
제13(a)도 및 제13(b)도의 상부로부터 투시되는 바와 같이, 제10도 또는 제12도의 캐패시터(50)는 제어 전극(46a)와 출력 전극(46b) 모두를 갖는 것으로 도시되어 있다. 비교적 큰 영역의 출력 전극(46b)(제10도 또는 제12도에서는 볼 수 없음)이 이들 캐패시터(50)로 하여금 그 플레이트(46b,58)의 영역에 따라 변하는 비교적 높은 캐패시턴스를 달성할 수 있게 한다. 물론 출력 전극(46b)을 가능한 한 크게 만드는 것은, 가변 전압 캐패시턴스의 캐패시턴스를 최대로 하기 위해 그 모든 실시예에 사용될 수 있는 기술이다. 제13도의 이동 캐패시터 플레이트(58)이 대칭인 그 축에 대해 비교적 비대칭으로 편향하기 때문에, 제어 전극(46a)과 출력 전극(46b)을 그 하부 어디엔가 놓는 것은 캐패시터(50)를 편향시켜 그 캐패시턴스를 변하게 하는 데 충분하다.
제14도에는 비틀림 빔형(측면도에 아무것도 도시되어 있지 않음)의 DMD SLM의 네 가지 상면도가 도시되어 있다. 비틀림 빔 캐패시터(60)는 제13도의 캔틸레버 빔 캐패시터(50)와 유사할 수 있다. 제14(a)-(c)도에는 제10도 내지 제13도의 캔틸레버 빔(56)이 형성되어 있는 것과 유사한 방법으로 비틀림 빔(62)이 형성되어 있다. 비틀림 빔(62)은 부재(58)의 축 회전(64)에 대해 대칭으로 가동 부재(58)를 지지한다. 결국, (1) 출력 전극(46b)은 제13도의 출력 전극과 비교하여 부재(58)의 영역에 대해 좀 더 작은 영역을 가지며, (2)제어 전극(46a)과 출력 전극(46b)은 비틀림 빔(62)과 회전 축(64)에 대해 비대칭으로 놓여야 한다. 첫 번째 결과는 축(64)의 양쪽에 균일한 힘이 인가될 것이기 때문에 축(64)의 양쪽에 있는 제어 전극(46a)의 동일한 영역이 제어 전극(46a)으로 하여금 부재(58)를 편향시킬 수 없게 한다는 사실로부터 온다. 두 번째 결과는 대칭으로 놓여진 출력 전극(46b)이 캐패시터(50)의 1/2로 축(64)에 대해 부재(58)를 편향시키게 되면, 캐패시턴스가 증가하는 한편, 다른 반쪽은 동등하게 캐패시턴스가 감소하게 되어 캐패시턴스 변화의 총 결과는 0이 된다는 사실에 따른다. 제14도(및 제13도 역시)는 스페이서(44)에 의해 지지된 바와 같이 빔(62)(과 56)을 도시한다는 것을 알아야 한다. 물론 이들 스페이서(44)는 제9도와 제11도의 포스트(150)로 교체될 수 있다.
제14(d)도에는 비틀림 빔(62)과 축(64)이 부재(58)에 대해 비대칭이고, 실제로 전극(46a와 46b)의 임의의 위치는 가동 가변 캐패시터(60)를 만드는 데 효과적이다. 그리하여, 제14(d)도의 캐패시터(60)는 제10도 내지 제13도의 캔틸레버 빔 캐패시터(50)의 기능과 유사하다.
캐패시터(30,40,{제7도 내지 제9도의 캐패시터(40)는 제외} 50 및 60)에서 편향 크기가 서로 다른 동안 캐패티턴스 변화를 분석하는 것은 다소 복잡하다. 그 이유는 캐패시턴스(40)의 박막(42)에서 발생하는 비선형의 굴곡된 형태의 변화와, 제10도 내지 제14도에서 캐태시터(50과 60)의 부재(58)에 의해 유효 영역이 감소하기 때문이다. 상술된 제7도 내지 제9도의 캐패시터(30)에 의해 피스톤과 같이 나타난 편향의 결과 그 부재(58)가 그 정지 플레이트기판(43) 또는 출력 전극(46b)에 대해 평탄하고 거의 평행하게 유지되며, 그로 인해 분석하는 것이 덜 복잡하게 된다. 이와 같은 장점은 제15도 내지 제17도의 캐패시터(70)에도 존재한다.
제15도 내지 제17도에서, 캐패시터(70)는 제10도 내지 제13도에 도시된 것과 유사한 가동 부재(58)를 갖는다. 부재(58)는 캔틸레버 빔과 비틀림 빔이 결합되어 있는 빔(72)에 의해 지지되어 있다. 특히, 캔틸레버 부분(74)은 스페이서(44)또는 지지포스트 (150)에 의해 한쪽 단에 지지되어 있고, 비틀림 부분(76)의 한쪽 단과 함께 다른 단에서 연속한다. 비틀림 빔(76)의 다른 단은 부재(58), 특히 그 박막층(51)과 연속한다. 부분(74와 76)의 두께, 재료, 길이 및 폭은 부분(74과 76)의 변형 모드가 모두 캔틸레버와 비틀리도록 선택된다. 부재(58)를 제어 전극(46a)쪽으로 끌어당김으로서, 플레이트(58)의 연관된 면과 연관된 캔틸레버 부분(74)에 대해 일반적으로 법선인 캔틸레버 부분(74)이 아래쪽으로 구부러지고 비틀림 부분(76)이 축(78)에 대해 약간 비틀어짐에 따라 부재(58)를 피스톤과 같이 편향시킨다. 상기 부분(74,76)의 변형은 제15도의 면에서 부재(58)를 약간 회전시키는 데, 이 회전은 부재(58)와 하부에 놓이는 임의의 출력 전극(46b) 간의 캐패시턴스에 미미한 영향을 미친다. 제15도에서, 전극(46a과 46b)은 제6도에서 그 대응부분의 선을 따라 구성되는 데, 제16도와 제17도에서 전극(46a와 46b)은 숫자화 되어 있지 않아 전극(46b)은 볼 수 없다(존재한다면).
지금부터 제18도를 참조하면, 기초적인 DMD와 같은 SLM (80')에 기초한 소자(80)가 도시되어 있다. 소자(80)는 상기 도면에 도시된 바와 같이 캐패시터 라기보다는 스위치이다. 스위치(80)는 상기 기판(83)에 의해 지지된 얇은 높은 적응 도의 금속막(82)과, 제9도와 제11도의 포스트(150)와 유사하고 전기적으로 연속하는 금속포스트(84)를 포함한다. 기판(83)에/상에 형성되어 있는 것은 어드레싱 회로(85)이다. 기판(86a)의 적절히 구성되어 있는 부분은 어드레싱 회로(85)에 의해 선택적으로 에너지가 공급되는 제어 전극의 역할을 한다. 필요하다면 상기 도면의 전극(46a)과 유사한 분리된 제어 전극(86a)이 사용될 수 있다. 두 개의 분리된 출력 전극(86b)은 기판(83) 상에 형성된 유전체 층(87) 상에 놓인다. 편향가능한 부재(88)는 막의 중앙부위를 구성한다.
편향가능한 부재(88)는 멤브레인(82)을 선택적으로 제거하여 형성된 좁은 마진(margin)(90)을 거쳐 포스트(84)에 의해 지지되어 있다. 마진(90)은 그 협소성으로 인해 부재(88) 보다 적응적이다. 부재(88)를 좀 더 덜 적응적으로 할 필요가 있거나 또는 편향하는 동안 부재(88)의 구성이 평탄하거나 또는 거의 평탄할 필요가 있다면, 부재(88)는 마진(90) 보다 두껍게 만들어질 수 있다. 예를 들면, 두꺼운 금속 층(92)(제18a도에 점선으로 도시되어 있음)은 MOS, CMOS 또는 다른 침전 단계로서 부재(88) 상에 배치될 수 있다. 두꺼운 금속층(92)은 제9도에서 부재(145)와 동일한 기능의 역할을 한다. 만약 층(92)이 존재하지 않는다면, 멤브레인(82)은 제2도 내지 제4도 및 제6도의 멤브레인과 유사하게 곡선으로 변형되는 경향이 있고, 이 경향은 마진(90)의 폭 보다 큰 부재(88)의 폭 만큼 다소 완화된다. 층(92)의 존재와 부재(88) 및 마진(90) 폭의 차이로 인해 제7도와 제9도에 도시된 유형의 피스톤과 같은 또는 의사 피스톤과 같은 변형이 발생하게 될 것이다.
포스트(84)와 전기적으로 연속하고 운전체층(83) 상에 놓이는 것은 도전체(94)로 이것은 제9도와 제11도의 전극(152)과 같은 목적의 역할을 한다. 이들 도전체(94)는 부재(82)에 즉, 제어 전극(86a)에 대해 부재(88)에 선택적으로 전위를 인가하기 위해 어드레싱 회로(85) 또는 다른 회로에 의해 에너지가 공급된다.
부재(88)에 가해진 전위는 제어 전극(86a)에 가해진 전위와 상호작용하여 부재(88)를 그 제1 위치로부터 이동시킨다. 다른 실시예에서와 같이 소자(80)의 캐패시턴스 값을 설정하는 대신에, 제1 위치로부터 부재(88)를 이동시킴으로서 제18(a)도의 점선(96)으로 표시된 바와 같이 부재(88)가 제2 위치로 이동되게 된다. 그 제2 위치에서, 부재(88)는 두 출력 전극(86b)모두에 접속되어 부재(88)와 전기적으로 연속하게 한다. 따라서, 부재(88)와 출력 전극(86b)은 부재(88)가 제1 위치에 있을 때 "개방"이고 부재(88)가 그 제2 위치(96)에 있을 때 "폐쇄"인 스위치(86b,88)를 구성한다. 출력 전극(86b)은 각 전송 라인(98)의 단자에 연결되거나 또는 그것을 구성할 수 있다. 전송 라인(98)은 유전체층(87) 상에 놓일 수 있다.
제18도의 소자 또는 스위치(80)는 상술한 바와 같이 전송라인(98)을 선택적으로 스위치하는 데 사용될 수 있다. 이와 유사하게, 부재(88)의 선택적인 디지탈 위치 조정은 그 제1 및 제2 위치 사이에서 부재(88)의 이동 방향에 대해 수직으로 연장하는 광 경로를 차단하거나 또는 차단을 여는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 부재(88)의 선택적인 이동은 어드레싱 회로(85) 또는 다른 시설에 의해 부재(88) 및 제어 전극(86a)에 가해진 전위에 의해 제어된다. 그리하여, 스위치(80)는 전기또는 광 스위치로서의 역할을 할 수 있다. 라인(98,98)은 라인(98,98)사이의 캐패시턴스를 조정하기 위해 상기 도면에 따라 직렬/병렬로 연결된 가변 캐패시터인 단자 스위치(80)에 의해 선택적으로 연속하게 된다.
스위치(80)는 전송 라인(98) 상에 존재하는 마이크로웨이브와 밀리미터 파형의 고주파수 신호를 스위치하는 데 사용될 수 있다. 이 목적을 위해, 상기 실시예에서 전형적으로 실리콘인 기판(83)은 GaAs 또는 다른 적당한 재료일 수 있다. 물론, GaAs는 또한 고주파수 입력 신호가 그 캐패시터에 인가된다면 상기 실시예의 여러 기판에 사용될 수 있다. 스트레이와 다른 캐패시터 및, 스위치(80)의 기생 및 다른 저항은 스위치(80)가 "개방"일 때 최소의 스트레이 캐패시턴스와 최소의 격리 그리고 스위치(80) "폐쇄"일 때 최소의 기생 저항과 최소의 인터리브 손실과 같은 선정된 목적을 달성하도록 조정되어 선택될 수 있다. 멤브레인(82)의 재료, 형태 및 다른 변수도 역시 스위치(80)가 "폐쇄"일 때 전송라인(98) 간의 선정된 임피던스 정합을 달성하도록 조정되거나 또는 선정될 수 있다. 상술된 캐패시터는 물론 스위치(80)를 튠(tune)하는 데 사용될 수 있는 한 가지 기술은 다른 완전한 스위치(80)(또는 캐패시터의 멤브레인 또는 빔)의 마진(90)의 일부를 선택적으로 제거하는 것이다. 이와 같은 선택적인 제거는 트리밍 레이저 또는 유사한 장치에 의해 발생된 것과 같은 적당한 형태와 크기로 된 에너지의 빔에 의해 실시될 수 있다. 마진(90)의(그리고 멤브레인과 빔)의 두께는 또한 스위치(80)를 "폐쇄"(또는 캐패시턴스를 조정)하는 데 필요한 전압 크기를 최소로 하거나 또는 선택하기 위해 소정의 적응력을 달성하도록 조정되거나 또는 선정될 수 있다.
스위치(80)는 예시되고 서술된 단일 "스로우(throw)" 대신에 복수의 "스로우"를 수행하도록 구성될 수 있다. 만약 멤브레인(82)이 평탄 보다는 곡선으로 변형한다면, 제1 크기의 편향 또는 변형으로 멤브레인(82)은 전극(86b)와 같이 긴밀하게 이격된 두 개의 전극을 브리지하여 상호할 수 있는 한편, 보다 큰 크기의 변형을 갖는 두 번째 변형으로 역시 전극(86b)과 같이 멤브레인(82)이 두 개의 다른 전극을 부수적으로 브리지하는 결과가 된다. 상기 복수의 "스로우" 방법은 또한 각 스위치가 각각의 전송 라인(98,98)쌍을 선택적으로 상호 연결하는 두 개 이상의 스위치(80)를 사용함으로서 구현될 수 있다. 스위치(80)는 제1 제어 신호가 그 스위치를 폐쇄하는 한편, 제2 등의 좀 더 큰 입력 신호가 그 스위치를 폐쇄하도록 전기적으로 연관될 수 있다. 각각의 전송 라인(98) 또는 지연선을 제어하는 복수의 스위치(80)를 적당히 연관시킴으로서 또한 선의 디지탈 선택이 가능할 수 있다. 두 개 이상의 스위치(80)는 격리를 증가시키기 위해 직렬로 놓이는 한편, 만약 병렬이라면 스위치(80)는 인터리브 손실을 감소시킬 것이다.
제19도는 가변 캐패시터의 역할을 하는 소자(160)를 도시한다. 제19도의 가변캐패시터(160)는 상기 다른 캐패시터의 임의의 구성 특성을 결합한다. 예를 들면, 제2도 내지 제4도, 제6도 및 제18도에서 찾을 수 있는 것과 유사한 변형가능한 멤브레인(162)은 제9도, 제11도 및 제18도에 도시된 포스트와 이와 유사한 도전성 포스트(164)와, 제2도 내지 제4도, 제6도 내지 제8도, 제10도,제12도,제16도 및 제17도에 도시된 것과 유사한 절연 스페이서(166) 사이에 지지되어 있다. 캐패시터는 제4도에 도시된 캐패시터(40S)의 선을 따라 입력 신호와 직렬로 작용할 수 있고, 그 목적을 위해 또한 멤브레인(162)의 밑에 그리고 궁극적으로 다른 소자를 지지하는 기판(170) 상에 놓이는 출력 전극(168)을 포함할 수 있다. 출력 전극(168)은 최대 캐패시턴스를 "설정"하고 멤브레인(162)이 그것의 제1 정상 위치로부터 벗어나 변형되거나 또는 편향될 때 멤브레인(162)과 출력 전극(168) 사이의 기계적 접속 및 단락을 방지하는 비도전성 산화물(172)로 덮여질 수 있다.
제19도의 캐패시터(160)에서, 포괄적으로 174로 도시된 어드레스 신호에 의해 발생될 수 있는 제어 신호는 그것과 함께 전기적으로 연속하는 도전체(176)에 의해 포스트(164)에 인가된다. 포스트는 도전체(176) 상의 신호가 멤브레인(162)에 인가될 수 있도록 멤브레인(162)과 전기적으로 연속한다. 또한 출력 전극(168)은 멤브레인(162)과 전극(168/178)간의 저주파수 전위가 캐패시터(160)의 캐패시턴스를 설정할 수 있도록 제어 전극(178)의 역할을 한다. 또한 고주파수 입력 신호는 캐패시터(160)에 의해 선택적으로 영향을 받는 도전체(176)에 인가된다. 다른 실시예에서와 같이, 어드레싱 회로(174) 또는 다른 시설이 제어 신호와 입력 신호를 발생하거나 변경할 수 있다.
캐패시터(160)는 고주파수, 밀리미터 파형 또는 마이크로웨이브 입력 신호로서 사용될 수 있다. 다시, 이와 같이 사용할 수 있도록 하기 위해, 기판(170)은 GaAs 또는 다른 적당한 재료일 수 있다. 명확한 바와 같이, 캐패시터(160)는 절연스페이스(166)를 포스트(164)와 유사한 포스트로 교체하고 기판(170)을 접지하거나 또는 그 위에 멤브레인(162)에 인접하는 접지된 전극을 제공함으로서 제3도의 캐패시터(40P)와 유사한 입력 신호와 함께 병렬로 기능할 수 있다. 복수의 캐패시터(160)(그리고 상술한 캐패시터의)의 병렬 및 직렬 결합은 디지탈로 선택할 수 있는 캐패시턴스 범위를 달성하는 데 이용될 수 있다. 이와 같은 캐패시터(160)의 결합은 가변 필터 및 임피던스 정합 네트워크에 사용될 수 있고, 통신 장치 또는 레이더 시스템의 통과 대역 또는 정지 대역 주파수를 조정하는 데 사용될 수 있다. 또한 캐패시터(160)의 결합은 고주파수 오실레이터를 조정하고, 피드백 루프와 결합될 때 민감하거나 또는 다른 영향으로 인한 드리프트를 보상하는 데 사용될 수 있다.
제20도는 오로지 포괄적으로 182로 도시되어 있고, 본 발명의 원리를 일체화하는 가변 캐패시터를 포함하는 가변 임피던스 전송 라인(180)을 도시한다. 캐패시터(182)는 상술된 실시예의 임의의 형태를 띠고, 전극(46)과 제20도에 도시되어 있지 않은 제어 및 입력 신호 시설과 같이 제3도의 캐패시터(40S)와 유사하게 여러 소자로 도시되어 있다. 전송 라인(180)은 분리된 스페이서(188)와 접지면(190)에 의해 기판(186) 위에 규칙적으로 지지된 연속하는 금속 멤브레인(184)을 포함한다. 스페이서는 절연성이고, 실제로 연속하는 멤브레인(184)을 개별적으로 변형가능하거나 또는 편향할 수 있는 부재(192)로 분할하는 데, 각 부재는 기판(186)의 일부(186') 위에 두 직경면 상에 지지되어 있고, 한 캐패시터(182) 내에 존재한다. 그리하여, 각 캐패시터(182)는 정지 플레이트 또는 연관된 기판 부분(186')의 위에 놓이는 가동판 또는 부재(192)를 효과적으로 구비한다. 연속하는 멤브레인(182)은 연속하는 인접 캐패시터(182)을 전기적으로 절연하는 역할을 함으로서, 제3도에서 출력 및 접속(120 및 122)하는 기능을 한다. 포괄적으로 194로 가리켜진 어드레싱회로는 기판(186)에 형성되어 각 캐패시터(182)의 정지 플레이트(186')와 가동 플레이트(192) 사이에 적당한 정전계를 선택적으로 발생시켜 그 캐패시턴스를 선택적으로 그리고 독립적으로 조정한다.
각 부재(192)의 폭은 제20(b)도와 제20(c)도에 도시된 바와 같이 인접하는 부재(192)의 폭과 같거나 또는 다를 수 있다. 따라서, 각 캐패시터(182)의 유효 영역 및 캐패시턴스는 다를 수 있다. 각 부재(192)는 디지탈적으로 이동하거나 또는 편향할 수 있다. 즉, 각 부재(192)는 제20(a)도에 실선으로 도시된 바와 같이 그 제1 위치에 또는 점선(196)으로 표시된 완전히 편향된 제2 위치에 존재한다. 각 부재(192)는 또한 아날로그로 즉, 제어 신호(102)에 비례하는 크기 만큼 이동할 수 있다. 그래서, 각 캐패시터(182)는 다른 캐패시터의 각 캐패시턴스에 대해 독특한 최소, 최대 또는 중간 캐패시턴스 값을 가질 수 있다. 제20(b)도에서 부재(192) 폭의 변화는 유연한 전이에 의해 달성되는 한편, 제20(c)도에서 전이는 계단형으로 되어있다.
바람직하게, 각 부재(192)의 단위 길이 당 인덕턴스는 크게 설정되어 있다. 이것은 제20(c)도에 잘 도시된 바와 같이 부재(192)를 길고, 좁은 구조로 형성함으로서 달성될 수 있다. 비록 제20도에 특정하게 도시되어 있지 않지만, 단위 길이당 큰 인덕턴스는 또한 인접하는 스페이서(186) 간의 간격을 증가시키거나 또는 멤브레인(192)의 폭을 감소시킴으로서 달성될 수 있다.
캐패시턴스를 각 캐패시터(182)의 접지에 선택적으로 조정함으로서, 전송 라인(180)의 전체적인 캐패시턴스는 소정으로 변경될 수 있다. 부재(192)의 크기에상당하는 파장 및 주파수를 갖는 신호를 전송하기 의해 전송 라인(180)을 사용함으로서 그리고 다른 공진 또는 커플된 소자 또는 토폴로지를 갖는 전송 라인(180)을 포함함으로서, 임피던스 조정력과 성능이 폭 넓고 거의 무한한 범위로 선정될 수 있다.
제20도의 182와 같은 캐패시터는, 제20도에서와 같이 유사한 소자가 동일한 참조 번호를 띠는 제21도에 포괄적으로 도시된 다양한 범위의 조정가능한 또는 주파수에 민감한 커플러(200)에 일체화될 수 있다. 제21(b)-25도에서, 소자 또는 캐패시터(182와 80)는 포괄적으로 특정한 구조가 상기 도면에 도시되어 있는 위치만을 전달하도록 의도된 직각 영역으로서 도시되어 있다.
제21(a)도는 조정가능한 분기선 커플러인데, 그 분기 각각은 전송 라인(180)에서와 같이 캐패시터(182)가 단일 열을 포함한다. 제21(b)-21(d)도는 각각 조정가능한 분기선 커플러, 조정가능한 래트 레이스(rat race) 커플러 및 조정가능한 비대칭 커플러인데, 그 각 분기에는 캐패시터(182)의 어레이가 존재한다. 각 커플러 (200)의 동작 주파수 및 커플링은 캐패시터(182)의 캐패시턴스를 선택적으로 조정함으로서 그 임피던스 특성이 변함에 따라 변한다. 전형적으로, 커플러(200)에 사용된 캐패시터(182) 부재(192)의 폭은 제20도의 변하는 폭 보다는 일정한 폭을 갖지만 반드시 그럴 필요는 없다. 주파수에 민감한 전송 라인(180)과 같이, 커플러(200)가 그 위에 형성되는 기판은 사용되는 입력 신호의 구비 조건을 충족시키도록 조정된다. 예를 들면, 입력 신호가 밀리미터 파형 신호의 마이크로웨이브일 때, 어드레스 회로(194)가 역시 기판(186)에 적절히 형성되어 있는 기판(186)은GaAs 또는 다른 적당한 재료일 수 있다. 또한, 만약 손실을 고려할 때, 본 발명에 따른 상술된 소자의 부재는 물론 캐패시터(182)의 부재(192)는 고주파수 손실을 감소시키기 위해 금 또는 다른 적당한 금속으로 덮일 수 있다. 금은 진공 침전 또는 플레이팅에 의한 것과 같은 임의의 편리한 방법으로 침전될 수 있다.
제20도와 제21도의 전송 라인(180)과 커플러(200)에 사용된 것과 유사하거나 또는 동일한 캐패시터(182)와 그 어레이는 모든 유형의 안테나와 같은 복사 및 흡수구조에 일체화될 수 있다. 본 발명이 캐패시터(182)를 이용할 수 있는 주파수에 민감하고 패턴에 민감한 안테나는 패치(patch); 나선형; 슬롯; 디스크형, 직각형, 타원, 5각형, 링형, 삼각형 및 반원 디스크형을 포함하는 모든 형태의 마이크로스트림(microstreip)제21(a)도 또는 제21(b)도에 도시된 유형의 하이브리드 커플러에 의해 공급된 패치 복사기, 마이크로스트립 안테나 어레이를 포함하는 모든 형태의 어레이 및 모든 형태의 페이즈된 어레이와 커플된 구조를 포함한다. 제22도는 본 발명의 원리에 따라 캐패시터(182)의 어레이를 일체화하는 주파수에 민감하고 패턴에 민감한 패치형 안테나(210)의 일부만을 도시한다. 이와 같은 캐패시터(182)를 다른 안테나에 일체화시키는 것은 본 명세서를 참조한 기술분야의 숙련자에게는 명확할 것이다.
캐패시터(182)가 제22도에 도시된 것과 같은 안테나에 일체화될 때, 기판 (186)은 석영 또는 다른 안테나에 적합한 재료로 만들어질 수 있다. 더욱이, 전송되거나 또는 수신된 입력 신호의 주파수에 따라, 캐패시터(182) 어레이의 부재(192)는 금과 같은 저오옴 손실 금속을 포함하거나 또는 덮일 수 있다. 본 발명에 따르면, 안테나(210)를 형성하는 각 캐패시터(182)는 입력 신호(114)의 소정 주파수에 대해 이와 같은 각 캐패시터(182)의 임피던스를 조정하기 위해 개별적으로 그리고 독립적으로 어드레스될 수 있다. 주지한 바와 같이, 캐패시턴스의 조정은 그 복사/흡수 패턴 및 파장은 물론 안테나(210)의 임피던스를 조정한다. 이와 같이 안테나(210)는 특정한 복사 패턴 및 주파수 범위를 위해 조정될 수 있다.
명확한 바와 같이, 다른 여러가지 전지 소자에 일체화되어 있는 캐패시터(182)의 어레이는 FIN선, 도파관에서 마이크로스트립으로의 전이, 공진 필터, 공진기 및 필터와 같은 밀리미터 파형 및 마이크로웨이브 주파수에 특히 유용한 소자를 포함할 수 있다. 제23도는 캐패시터(182)의 어레이를 포함하는 FIN선(220)의 일부 두면을 도시하는 한편, 제24도는 도파관에서 마이크로스트립 전이(230)에 일체화된 캐패시터(182)의 어레이를 도시한다. 도파관(232)은 제23도의 FIN선(220)과 유사할 수 있는 웨지(wedge) 또는 FIN선(236)을 포함할 수 있는 한편, 마이크로스트립(234)은 제20도의 전송라인(180)과 유사할 수 있고, 제21도에 도시된 것(200)과 같은 커플러를 포함하거나 또는 공급될 수 있다.
캐패시터(182) 보다는 제18도의 스위치(80)와 보다 관련되어 있는 본 발명의 원리의 어레이의 다른 사용은 포괄적으로 제25도에 도시된 바와 같이 도파관(240)의 벽의 내부표면 일부 또는 전부에 일체화되어 있다. 본 실시예에서, 부재(181)가 도파관(240)의 내부 표면의 일부로서의 역할을 하는 소자 또는 스위치(80)의 부재(88)의 이동이 도파관(240)의 단면을 선택적으로 감소(또는 증가) 시킴으로서, 그 전기적 특성이 변하게 된다. 도파판(242)의 단면을 줄일 때, 부재(88)는부재(88) 상의 동일 극성의 전위에 의해 제어 전극(86a)과 제어 전극(86a)에 의해 축퇴된다.
기술분야의 숙련자는 다음의 특허청구 범위의 정신, 영역 및 보호 범위로부터 벗어나지 않고 본 발명의 상기 실시예가 여러가지로 변형되고 변경될 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
제1도는 본 발명의 원리에 따른 가변 전기 캐패시터의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 캐패시터는 탄성 중합체 형태의 DMD SLM으로 구성된다.
제2도는 본 발명의 원리에 따른 가변 전기 캐패시터의 2가지 형태의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 캐패시터는 2개의 멤브레인 형태의 DMD SLM으로 구성된다.
제3도는 본 발명에 따라 가변 캐패시터로서 사용되어 단락(shunt) 또는 병렬캐패시턴스로 동작하도록 전기적으로 접속된 DMD SLM의 개략적인 도면.
제4도는 본 발명에 따라 가변 캐패시터로 사용되어 직렬 캐패시턴스로 동작하도록 전기적으로 접속된 DMD SLM의 개략적인 도면.
제5도는 제3도 및 제4도의 가변 캐패시터에 응용되는 제어 신호와 입력 신호 대 시간의 그래프.
제6도는 제4도를 참조하여 설명된 바와 같이 본 발명의 원리에 따라 직렬 가변 캐패시터로서 동작하기 위한 구조를 포함하는 제2도, 제4도, 제7도 내지 제9도 및 제18도 내지 제25도의 좌측에 도시한 것과 유사한 멤브레인형 가변 캐패시터 부분의 일반화된 평면도.
제7도는 제9도 및 제18도에 도시한 포스트(post)보다는 제2도 내지 제4도에도시한 것과 유사한 스페이서를 이용하는 제2도 내지 제4도, 제6도, 제9도 및 제18도 내지 제25도에 도시한 것과 유사하고 제8도의 7-7 라인을 따라 절취한 멤브레인형 가변 캐패시터의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 캐패시터는 캐패시터의 주요 부분이 제2도 내지 제4도, 제6도, 제20도 및 제25(b)도와 같은 변형 곡선보다는 플래너(planar)를 유지하기 위한 설비를 포함한다.
제8도는 구성 요소를 더 잘 설명하기 위하여 캐패시터 부분이 절단된 제7도에 도시한 멤브레인형 가변 캐패시터의 일반화된 평면도.
제9도는 제2도 및 제7도에 도시된 DMD SLM의 사용과 유사한 방법으로 가변 캐패시터에 사용된 멤브레인형 DMD SLM의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 멤브레인은 제2도 및 제7도의 스페이서 보다는 포스트에 의해 지지되며, 변형된 멤브레인은 적절한 설비에 의해 평면으로 유지된다.
제10도는 전기적인 가변 캐패시터로서 사용된 캔틸레버빔헝(cantileverbeam type) DMD SLM의 일반화된 부분적인 측면도.
제11도는 제10도에 도시된 DMD SLM의 사용과 유사한 방법으로 가변 캐패시터로서 사용된 캔틸레버빔형 DMD SLM의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 빔 및 경첩(hinge)은 제10도에 도시한 스페이서 보다는 도전성 포스트에 의해 지지된다.
제12도는 제3도 및 제4도에 도시한 포스트 보다는 제7도에 도시한 것과 유사한 절연성 스페이서를 이용하고 제10도 및 제11도에 도시한 것과 유사한 캔틸레버빔형 가변 캐패시터의 일반화된 부분적인 측면도.
제13도는 가변 캐패시터로서 사용된 2개의 상이한 캔틸레버빔형 DMD SLM의일반화된 평면도를 포함하고, 제10도 및 제12도의 도면은 제13도의 라인 10,12-10,12를 따라 절취한 도면이다.
제14도는 가변 캐패시터로서 사용된 4개의 상이한 비틀림빔형 DMD SLM의 일반화된 평면도를 포함한다.
제15도는 가변 캐패시터로서 사용된 만곡빔형 DMD SLM의 일반화된 평면도이고, 제16도 및 제17도의 도면은 제15도의 라인 16,17-16,17을 따라 절취한 도면이다.
제16도 및 제17도는 제15도의 라인 16,17-16,17을 따라 절취한 만곡빔형 DMD SLM의 일반화된 부분적인 측면도이고, 이 도면은 본 발명에 따른 가변 캐패시터를 각각 묘사하고 정상 위치(제16도)에서 부재를 가지며 이 위치의 부재는 제어전극(제17도)를 향한 인력의 결과이다.
제18(a)도 및 제18(b)도는 전송 라인에 대해 스위치로서 사용된 멤브레인형 DMD SLM의 측면도, 부분적인 정면도 및 평면도를 각각 도시한다.
제19도는 가변 캐패시터로서 사용된 멤브레인형 DMD SLM의 부분적인 측면도이고 멤브레인을 지지하기 위하여 도전성 포스트(제9도에 도시한 형태의)와 절연성 스페이서(제7도에 도시한 형태의) 모두를 이용한다.
제20도는 가변 임피던스 스트림(strip) 전송 라인으로서 사용된 다수의 멤브레인형 DMD SLM의 부분적인 측면도 및 평면도를 각각 도시한다.
제21도는 본 발명의 원리에 따른 다중 DMD SLM을 각각 이용하는 4개의 동조가능한 민감한 주파수 커플러의 일반화된 평면도.
제22도는 본 발명의 원리에 따른 복수의 DMD SLM을 포함하는 민감한 주파수 및 민감한 패턴 패치 안테나의 투시도.
제23도는 동조를 위해 가변 캐패시터로서 동작하는 DMD SLM의 어레이를 포함하는 FIN 라인의 일반화된 부분적인 측면도 및 평면도.
제24도는 도파관-대-마이크로스트립(microstrip) 전이에서 사용되는 본 발명에 따른 DMD SLM을 포함하는 가변 캐패시터의 어레이의 일반화된 투시도.
제25도는 부재가 사용된 곳에서 도파관의 전기적인 특성을 변경하기 위한 가동 부재로서 동작하는 다중 DMD SLM의 사용을 도시하는 부분의 최종 투시도 및 확대도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
31 : 탄성 중합체층 32, 42 : 금속층
33, 43 : 기판 36, 46, 152 : 전극
37, 47 : 절연층 38, 48 : 세그먼트
40', 50', 60', 70' : 기본 DMD SLM 40, 50, 60, 70 : 가변 캐패시터
41, 42 : 멤브레인 44 : 스페이서
45, 85 : 어드레싱 회로 56 : 캔틸레버빔
58, 88 : 부재 102 : 가변 제어 신호
114 : 입력 신호 108 : 입력
120, 122, 124 : 출력 150 : 포스트
180 : 전송 라인 200 : 커플러
Claims (130)
- 입력 신호에 영향을 미치는 초소형 모놀리식 가변 전기 캐패시터에 있어서,(i) 기판,(ii) 상기 기판과 모놀리식으로 형성되고 상기 기판으로부터 이격된 도전성 부재 -상기 캐패시터의 각 플레이트는 상기 부재와 상기 기판이 됨-,(iii) 상기 기판쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어지게 상기 부재의 일부분을 편향시키도록 상기 부재를 장착하고 상기 부재의 일부분이 정상 위치로부터 편향할 때 에너지를 저장하기 위한 장착 수단 -상기 저장된 에너지는 상기 부재의 편향된 부분을 정상 위치로 복귀시키려는 것임-,(iv) 상기 기판 및 상기 부재와 모놀리식으로 형성되는 제어 전극 -상기 전극은 상기 정상 위치에서 벗어난 상기 부재의 일부분의 편향 방향을 따라 상기 부재로부터 이격되어 있으며, 상기 제어 전극과 상기 부재는 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시킬 수 있도록 상기 부재의 정상 위치로부터 상기 부재의 일부분을 편향시키기 위해 그들 사이에 필드(field)를 발생시키기에 충분한 제어 신호가 제공될 수 있으며, 상기 장착 수단과 상기 부재의 조합의 기계적 특성은 제어 주파수 범위를 한정하고, 상기 제어 주파수 범위 내에서는 상기 제어 신호가 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시키도록 동작가능하여, 상기 제어 주파수 범위 밖에서는 인가된 신호가 상기 제어 캐패시터의 캐패시턴스를 실질적으로 변화시키도록 동작가능하지 않음-(v) 상기 제어 주파수 범위 밖의 주파수에서 상기 입력 신호를 상기 캐패시터에 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 장착 수단은 상기 부재를 중심에서 지지하는 적응가능한 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제2항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 멤브레인(membrain)인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제3항에 있어서, 상기 멤브레인은 탄성 중합체인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제3항에 있어서, 상기 멤브레인은 도전성 금속인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 장착 수단은 상기 부재 및 상기 입력 신호 인가 수단과 일체로 형성된 적응가능한 설비를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 부재의 일부 편향은 상기 부재에 대해서 비대칭인 축을 중심으로 한 상기 부재의 회전을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 부재의 일부 편향은 상기 부재에 대해서 대칭인 축을 중심으로 한 상기 부재의 회전을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서,상기 부재의 일부분의 편향은 상기 축을 중심으로 한 부재의 회전을 포함하고,상기 필드는 상기 제어 전극 및 상기 부재의 일부분에 의해 경계 지워지고, 상기 부재의 일부분은 상기 축으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제9항에 있어서, 상기 축은 상기 부재에 대해서 대칭인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제9항에 있어서, 상기 축은 상기 부재에 대해서 비대칭인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 비틀림 스프링을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 캔틸레버 스프링(cantilever spring)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 멤브레인을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제14항에 있어서, 상기 멤브레인의 일부분이 상기 부재의 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제15항에 있어서, 상기 부재는 그 일부분이 상기 기반쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어지게 편향될 때 피스톤형 방식으로 움직이는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제16항에 있어서, 상기 부재와 상기 멤브레인은 일체형이고, 상기 멤브레인은 높은 컴플라이언스를 가지며, 상기 부재는 낮은 컴플라이언스를 가지는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제17항에 있어서, 상기 부재는 상기 멤브레인보다 작으며 상기 멤브레인에 대하여 거의 중심에 배치되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 복수의 캔틸레버-비틀림 스프링으로 이루어진 만곡 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제19항에 있어서, 상기 부재는 그 일부분이 상기 기판쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어져 편향될 때 피스톤형 방식으로 움직이는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 적응가능한 설비는 상기 부재의 일부분이 상기 기판쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어져 편향될 때 피스톤형 방식으로 상기 부재를 움직이게 하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 장착 수단은,상기 기판 상에서 상기 기판, 상기 부재 및 상기 제어 전극과 모놀리식으로 형성되어, 상기 적응가능한 설비를 지지하는 절연 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제22항에 있어서, 상기 절연 스페이서는, 상기 부재의 일부분이 상기 기판쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어져 편향할 때 상기 부재의 일부분이 내외로 이동하는 벽의 경계부를 한정하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제23항에 있어서, 상기 스페이서는 포토레지스트인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제6항에 있어서, 상기 장착 수단은상기 기판 상에서 상기 기판, 상기 부재 및 상기 제어 전극과 모놀리식으로 형성되어 상기 적응가능한 설비를 지지하는 전기 도전성 포스트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제25항에 있어서, 상기 포스트는 상기 부재의 일부분이 상기 기판쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어져 편향할 때 상기 부재의 일부분이 내외로 이동하게 되는 상기 벽의 경계부를 한정하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제26항에 있어서,상기 부재와 상기 적응가능한 설비는 전기적 도전성이고, 상기 포스트는 상기 적응가능한 설비를 통해 상기 부재와 전기적 연속성을 가지며, 상기 포스트는 상기 기판과 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 전극은 상기 기판의 일부 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제28항에 있어서,상기 기판 영역과 상기 부재 사이에 상기 제어 신호를 인가하기 위한 수단을 더 포함하고,상기 입력 신호 인가 수단은 상기 입력 신호가 상기 부재의 일부분을 통과하도록 상기 부재와 전기적으로 연속적인 도전성 입력 경로 및 도전성 출력 경로를 모두 포함하는것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제29항에 있어서, 상기 제어 신호 인가 수단은,상기 기판 영역, 및상기 부재와 전기적으로 연속적인 상기 도전성 경로들중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제30항에 있어서, 상기 기판 영역은 접지되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제31항에 있어서,상기 입력 신호는 시변(time-varying)이고,상기 제어 신호의 주파수는 상기 입력 신호의 주파수보다 실질적으로 적은 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제32항에 있어서, 상기 제어 신호는 거의 시볼변(non-time-varying)인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제33항에 있어서, 상기 입력 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 상기 입력 신호에 응답하여 편향하지 않도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 높은 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제32항의 캐패시터를 포함하고,상기 입력 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 입력 신호에 응답하여 편향하지 않도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 높고,상기 제어 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 낮은것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 제30항에 있어서, 상기 입력 신호와 상기 제어 신호는 중첩되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 기판 상에 상기 제어 전극을 지지하며 상기 제어 전극을 상기 기판으로부터 절연시키기 위한 전기적 절연 유전층을 더 포함하는 것을 특정으로 하는 캐패시터.
- 제37항에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 부재 사이에 상기 제어 신호를 인가하기 위한 수단을 더 포함하고,상기 입력 신호 인가 수단은상기 부재와 전기적으로 연속적인 도전성 입력 경로 및 상기 부재의 일부 편향 방향을 따라 부재로부터 분리된 도전성 출력 경로를 포함하고,상기 출력 경로는 상기 입력 신호가 상기 캐패시터의 한 플레이트로서 작용하는 상기부재의 일부분에 의해 상기 캐패시터의 다른 플레이트로서 작용하는 상기 출력 경로에 인가되도록 상기 기판 상에서 지지되고, 상기 기판으로부터 절연되어지는것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제38에 있어서, 상기 제어 신호 인가 수단은제어 전극, 및도전성 입력 경로를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제39항에 있어서,상기 입력 신호는 시변이고,상기 제어 신호의 주파수는 상기 입력 신호의 주파수보다 실질적으로 작은것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제40항에 있어서, 상기 제어 신호는 실질적으로 시불변인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제41항에 있어서, 상기 입력 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 이에 응답하여 편향하지 않도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 높은 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제40항의 캐패시터를 포함하는 가변 캐패시터에 있어서,상기 입력 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 이에 응답하여 편향하지 않도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 높고,상기 제어 신호의 주파수는 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 낮은 것을 특정으로 하는 가변 캐패시터.
- 제38항에 있어서, 상기 입력 신호와 상기 제어 신호는 중첩되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 기판은 반도체, 세라믹, 알루미나, 다이아몬드 및 수정으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제37항에 있어서, 상기 기판은 반도체이고, 상기 유전층은 절연성 산화물, 절연성 질화물 및 중합체로 이루어진 그룹으로부터 선택된 재료로 이루어진 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제46항에 있어서, 상기 반도체는 실리콘 또는 갈륨 아세나이드이고, 상기 절연성 산화물은 실리콘 산화물이며, 상기 절연성 질화물은 실리콘 질화물이고, 상기 중합체는 에폭시 또는 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제46항에 있어서, 상기 출력 경로는 상기 기판 상에서 지지되고 상기 유전층에 의해 상기 기판으로부터 절연된 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 부재의 일부분이 상기 기판쪽으로 이동할 때 상기 부재가 상기 제어 전극과 접촉하는 것을 방지하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서,상기 부재는 거의 평면이고,상기 장착 수단은 실제적으로 상기 전체 부재의 통상의 동일 평면 병진 운동을 위해 상기 부재를 장착하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제50항에 있어서, 상기 장착 수단의 일부분을 포함하는 한 부분과 상기 부재의 일부분을 포함하는 다른 부분을 갖는 멤브레인을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제50항에 있어서,상기 부재는 실질적으로 견고한 평면이고,상기 장착 수단은 복수의 캔틸레버-비틀림 스프링으로 이루어진 만곡 시스템인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서,상기 부재는 거의 평면이고,상기 장착 수단은 상기 부재의 중심으로부터 떨어진 축을 중심으로 일반적으로 회전 운동하도록 상기 부재를 장착하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제53항에 있어서, 상기 장착 수단은 비틀림 스프링인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제53항에 있어서, 상기 장착 수단은 캔틸레버 스프링인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항의 캐패시터를 포함하는 전기 회로에 있어서,상기 입력 신호 인가 수단은,기판을 접지하기 위한 수단, 및상기 회로의 노드에 상기 부재를 접속하여 상기 노드 상의 접지로의 전압을 상기 부재에 인가하는 위한 수단을 포함하고,상기 캐패시터는 상기 노드와 션트(shunt) 되는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
- 제1항의 캐패시터를 포함하는 전기 회로에 있어서,상기 입력 신호 인가 수단은,상기 회로의 제1 노드에 상기 부재를 접속하여, 상기 제1 노드로의 전류를 상기 부재에 인가하는 수단, 및상기 기판을 제2 노드에 접속하여, 상기 제2 노드로부터의 전류가 상기 기판으로 흐르도록 하는 수단을 포함하고,상기 캐패시터와 상기 노드들은 직렬로 되는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
- 제1항의 캐패시터를 포함하는 전기 회로에 있어서,상기 캐패시터에 영향을 받는 입력 신호와 무관하게 제어 신호를 상기 제어전극에 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
- 제1항의 캐패시터를 포함하는 전기 회로에 있어서,상기 캐패시터에 영향을 받는 입력 신호로부터 유도된 제어 신호를 상기 제어 전극에 인가하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 회로.
- 제1항에 있어서,상기 적응가능한 설비의 선택된 특성은 선택된 상기 제어 신호가 상기 제어전극에 인가됨으로써 영향을 받는, 상기 부재의 일부분의 이동 및 상기 캐패시터의 캐패시턴스가 모두 조정될 수 있도록 변경가능한 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제60항에 있어서, 상기 적응 가능한 설비의 특성 변경은 상기 적응가능한 설비 일부분을 선택적으로 제거함으로써 달성될 수 있는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제61항에 있어서, 상기 적응가능한 설비에 집중된 방사 에너지를 선택적으로 인가함으로써 선택적 재료 제거가 달성될 수 있는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 전극은 상기 기판의 일부 섹션인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 제어 전극은 상기 기판상에 형성된 도전성 영역인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제64항에 있어서, 상기 도전성 영역은 상기 기판으로부터 절연된 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 전송 라인에 있어서,상기 전송 라인의 임피던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 전송 라인.
- 제66항에 있어서, 상기 전송 라인은 가변 임피던스, 마이크로스트립 형 (microstrip type)인 것을 특징으로 하는 전송 라인.
- 임피던스 정합 회로망에 있어서,상기 임피던스 정합 회로망의 임퍼던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 임피던스 정합 회로망.
- 필터 회로망에 있어서,상기 필터 회로망의 임피던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 필터 회로망.
- 안테나에 있어서,상기 안테나의 임피던스 및 임피던스의 주파수 특성을 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제70항에 있어서, 상기 부재는 상기 안테나의 방사 또는 수신 표면의 소자인 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제71항에 있어서, 패치형(patch type)인 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제71항에 있어서, 나선형(spiral type)인 것을 특징으로 하는 안테나.
- 제71항에 있어서, 슬롯형(slot type)인 것을 특징으로 하는 안테나.
- 커플러에 있어서,상기 커플러의 임피던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 커플러.
- 제75항에 있어서, 대칭형인 것을 특징으로 하는 커플러.
- 제75항에 있어서, 비대칭형인 것을 특징으로 하는 커플러.
- 제75항에 있어서, 래트 레이스 형(rat race type)인 것을 특징으로 하는 커플러.
- 도파관에 있어서,상기 도파관의 임피던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 적어도 하나의 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 도파관.
- FIN 라인에 있어서,상기 FIN 라인의 임피던스를 변화시키기 위해 제1항에 따른 하나 또는 그 이상의 캐패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 FIN 라인.
- 제1항에 있어서, 상기 부재의 정상 위치는 상기 기판으로부터 멀어져 있고, 상기 부재가 편향될 때 상기 부재는 상기 기판에 인접해지는 것을 특징으로 하는캐패시터.
- 제1항에 있어서, 상기 부재의 정상 위치는 기판 쪽이고, 상기 부재가 편향될 때 상기 부재는 상기 기판으로부터 더욱 멀어지는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 입력 신호에 영향을 미치는 초소형 모놀리식 가변 전기 캐패시터에 있어서,(i) 기판,(ii) 상기 기판과 모놀리식으로 형성되고 상기 기판으로부터 이격되어 있는 부재 -상기 기판의 일부 영역과 상기 부재의 일부분은 상기 캐패시터의 각 플레이트로서 작용함-,(iii) 상기 기판 쪽으로 그리고 상기 기판으로부터 멀어져 상기 부재의 일부분을 편향시키도록 상기 부재를 장착하고, 상기 부재의 일부분이 정상 위치로부터 편향할 때 에너지를 저장하기 위한 수단 -상기 저장된 에너지는 상기 부재의 편향된 부분을 정상 위치로 복귀시킴-,(iv) 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변화시키기 위해 상기 부재의 일부분을 그 정상 위치로부터 선택적으로 편향시키기 위한 수단, 및(v) 상기 입력 신호를 상기 캐패시터에 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제83항에 있어서,상기 선택적 편향 수단은 상기 부재의 일부분에 의해 부분적으로 경계지워진 전계를 발생시키기 위한 수단을 포함하며, 상기 전계는 그 크기에 비례하는 양만큼 상기 기판에 대해 상기 부재의 일부분을 편향시키는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제84항에 있어서, 상기 전계는 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 하는 주파수를 갖는 전압에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제85항에 있어서, 상기 전압은 실질적으로 거의 시불변인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제84항에 있어서, 상기 전계 발생 수단에 의해 발생된 편향 전계는 상기 기판의 영역에 의해 부분적으로 경계지워지는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제87항에 있어서, 상기 편향 전계는 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 하는 주파수를 갖는 전압에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제88항에 있어서, 상기 전압은 실질적으로 시불변인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제89항에 있어서, 상기 편향 전압은 상기 기판과 상기 부재 사이에 인가되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제90항에 있어서, 상기 입력 신호는 상기 부재의 일부분이 이에 응답하여 편향하지 못하도록 상기 부재의 공진 주파수에 대해 충분히 높은 주파수를 갖는 전압인 것은 특징으로 하는 캐패시터.
- 제91항에 있어서, 상기 입력 전압은 상기 편향 전압에 중첩되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제92항에 있어서,상기 전계 발생 수단은,상기 기판 영역과 연관되고, 상기 부재의 일부분을 그 크기에 의해 결정되는 양만큼 편향시키는 상기 전계를 부분적으로 경계짓는 제어 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제93항에 있어서, 상기 전계는 상기 제어 전극에 인가되고 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 하는 주파수를 갖는 전압에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제94항에 있어서, 상기 편향 전압은 실질적으로 시불변인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제95항에 있어서, 상기 편향 전압은 상기 제어 전극과 상기 부재 사이에 인가되고 상기 입력 전압은 상기 부재에 인가되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제96항에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 장착 수단은 상기 기판 및 상기 부재와 모놀리식으로 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제97항에 있어서,상기 장착 수단은,상기 부재가 존재하는 변형가능한 멤브레인, 및상기 멤브레인이 부착되는 상기 기판 상에 있는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제98항에 있어서, 상기 부재는 상기 멤브레인 상에 존재하는 낮은 컴플라이언스의 일반적으로 견고한 소자를 포함하고, 상기 멤브레인의 부분들은 높은 컴플라이언스를 갖는 부재를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제99항에 있어서, 상기 부재와 상기 멤브레인은 전기적으로 도전성이고 일체형이며, 상기 부재는 상기 멤브레인 보다 실질적으로 두꺼운 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제100항에 있어서, 상기 지지부는 상기 기판 상의 도전성 포스트이고 상기 기판으로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제100항에 있어서, 상기 지지부는 상기 기판 상에 있는 절연성 스페이서인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제83항에 기술된 것과 같은 형태인 가변 캐패시터에 있어서,상기 선택적 편향 수단은 시간에 따라 상기 부재의 일부분을 편향시키고, 이러한 편향 주파수는 입력 신호의 주파수와 무관한 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 제103항에 있어서, 상기 편향 주파수는 상기 입력 신호의 주파수보다 작은 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 제83항에 따른 비선형 캐패시터에 있어서,상기 선택적 편향 수단은 시간에 따라 상기 부재의 일부분을 편향시키고, 상기 편향 주파수는 입력 신호의 주파수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 비선형 캐패시터.
- 제105항에 있어서, 상기 선택적 편향 수단은 상기 입력 신호 인가 수단인 것을 특징으로 하는 비선형 캐패시터.
- 입력 신호에 영향을 미치는 초소형 모놀리식 가변 전기 캐패시터에 있어서,(i) 기판,(ii) 상기 기판과 모놀리식으로 형성되고 상기 기판으로부터 이격된 초소형 부재,(iii) 부재의 일부분과 이격되어 있는 전기적 전도 영역 -상기 전기적 전도영역과 상기 부재의 일부분은 평행 플레이트 캐패시터의 각각의 플레이트로서 작용함-,(iv) 상기 전기적 전도 영역 쪽으로 그리고 상기 영역으로부터 멀어져 상기 부재의 일부분을 편향시키도록 상기 부재를 장착하고 상기 부재의 일부분이 정상 위치에서 상기 전기적 전도 영역 쪽으로 편향할 때 에너지를 저장하기 위한 수단 -상기 저장된 에너지는 상기 부재의 편향된 부분을 정상 위치로 복귀시킴-,(v) 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변환시키기 위해 상기 부재의 일부분을 그 정상 위치로부터 상기 전기적 전도 영역 쪽으로 선택적으로 편향시키기 위한 수단, 및(vi) 상기 입력 신호를 상기 캐패시터에 인가하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제103항에 있어서,상기 편향 수단은 상기 부재를 상기 정상 위치로부터 편향시키는 전계를 발생시키기 위한 전계 발생 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제103항에 있어서,상기 전계 발생 수단은 상기 부재의 일부분을 그 크기에 비례하는 양만큼 상기 영역 쪽으로 편향시키는 상기 전계를 부분적으로 경계짓는 제어 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제105항에 있어서, 상기 전계는 상기 제어 전극에 인가되고 상기 부재의 일부분이 이와 동기하여 실질적으로 편향하도록 하는 주파수를 갖는 전압에 의해 발생되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제106항에 있어서, 상기 편향 전압은 실질적으로 시불변인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제107항에 있어서, 상기 편향 전압은 상기 제어 전극과 상기 부재 사이에 인가되고 상기 입력 전압은 상기 전기적 전도 영역과 상기 부재 사이에 인가되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제108항에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 전기적 전도 영역은 실질적으로 동일 평면인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제109항에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 전기적 전도 영역은 상기 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제110항에 있어서, 상기 제어 전극과 상기 전기적 전도 영역은 상기 부재의 일부분이 편향할 때 상기 부재의 일부분과 거의 정렬되는 각각의 서로 결합된 세크멘트들(interdigitated segments)을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제111항에 있어서, 상기 세그멘트들은 서로 절연되어 있으며, 상기 기판으로부터 절연되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제어 신호에 응답하여 전기적 입력 신호에 영향을 미치는 초소형 모놀리식 장치에 있어서,기판,제1 정상 위치에서 제1 모드의 상기 입력 신호에 영향을 미치고 상기 제1 위치에 있지 않을 때는 제2 모드의 상기 입력 신호에 영향을 미치는 가동 부재,상기 기판쪽으로 그리고 기판으로부터 상기 부재를 이동시키기 위해 상기 기판으로부터 떨어진 위치에 상기 부재를 장착하고 상기 부재가 제1 위치로부터 이동할 때 에너지를 저장하기 위한 수단 -상기 저장된 에너지는 제1 위치 쪽으로 상기 부재를 바이어싱 함-,상기 입력 신호를 상기 장치에 인가하기 위한 수단,제어 신호를 상기 부재에 선택적으로 인가하기 위한 수단, 및상기 제어 신호에 응답하여 상기 부재가 상기 입력 신호에 영향을 미치는 모드를 선택적으로 변경하기 위해 상기 부재를 정상 위치로부터 선택적으로 이동시키기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제117항에 있어서, 상기 부재는 전기적으로 도전성이고, 상기 부재로의 상기 제어 신호의 인가는 상기 부재를 상기 기판에 대한 상기 제1 위치로부터 이동시키는 작용을 하는 정전계가 발생되는 것을 특징으로 하는 장치.
- 제118항에 따른 장치를 포함하는 가변 전기 캐패시터에 있어서,상기 부재는 캐패시터의 한 플레이트이고 - 상기 정전계에 의한 상기 부재의 이동은 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변경함-,상기 입력 신호와 상기 제어 신호는 모두 상기 부재에 인가되는 것을 특징으로 하는 가변 전기 캐패시터.
- 제119항에 있어서, 상기 입력 신호에 의해 취해진 경로는 변경 가능한 캐패시턴스의 상기 캐패시터와 병렬이 되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제119항에 있어서, 상기 입력 신호에 의해 취해진 상기 경로는 변경 가능한 캐패시턴스의 상기 캐패시터와 직렬로 되는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제118항에 있어서, 상기 정전계는 상기 부재를 상기 기판쪽으로 이동시키는 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제117항에 따른 장치를 포함하는 도파관에 있어서,상기 가동 부재는 상기 제1 위치에서 상기 도파관의 내부 표면의 동일 평면부분을 형성하고,상기 제1 위치로부터의 상기 부재의 이동은 상기 부재의 이동선에 거의 평행인 선을 따르는 상기 도파관의 단면적을 효과적으로 감소시키기 위해 벽으로부터 멀어지는 것을 특징으로 하는 도파관.
- 제118항에 따른 장치를 포함하는 가변 캐패시터에 있어서,상기 부재는 상기 캐패시터의 한 플레이트이고, 상기 부재의 이동은 상기 캐패시터의 캐패시턴스를 변경시키는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 제124항에 있어서, 상기 캐패시터는 상기 입력 신호와 병렬인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 제124항에 있어서, 상기 캐패시터는 입력 신호와 직렬인 것을 특징으로 하는 캐패시터.
- 시변 입력 신호에 사용하기 위한 제118항에 기술된 것과 같은 형태인 가변 캐패시터에 있어서,상기 선택적 이동 수단은 상기 부재를 시간에 따라 이동시키고, 이러한 이동주파수는 상기 입력 신호의 주파수와 무관하게 되는 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 제127항에 있어서, 상기 이동 주파수는 상기 입력 신호의 주파수보다 작은 것을 특징으로 하는 가변 캐패시터.
- 시변 입력 신호에 사용하기 위한 제118항에 기술된 것과 같은 형태인 비선형 캐패시터에 있어서,상기 선택적 이동 수단은 부재를 시간에 따라 이동시키고, 이러한 이동의 주파수는 상기 입력 신호의 주파수와 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 비선형 캐패시터.
- 제129항에 있어서, 상기 선택적 이동 수단은 상기 입력 신호 인가 수단인 것을 특징으로 하는 비선형 캐패시터.
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