KR101669033B1 - 스위칭 가능한 커패시터 - Google Patents

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KR101669033B1
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프란시스 제이. 모리스
코디 비. 무디
앤드류 말체프스키
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레이티언 캄파니
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01GCAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G5/00Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture
    • H01G5/16Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes
    • H01G5/18Capacitors in which the capacitance is varied by mechanical means, e.g. by turning a shaft; Processes of their manufacture using variation of distance between electrodes due to change in inclination, e.g. by flexing, by spiral wrapping
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
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Abstract

스위칭 가능한 커패시터는, 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 유전체 상부로 현수되며; 상기 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 포함한다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 기준 전위로 방출된다.

Description

스위칭 가능한 커패시터{SWITCHABLE CAPACITOR}
본 발명은 대체로 스위칭 가능한 커패시터들에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로파 전송 라인의 입력부와 출력부 사이에 마이크로파 신호를 선택적으로 연결하거나 해제하는 데 사용되는 스위칭 가능한 커패시터들에 관한 것이다.
해당 기술 분야에서 알려진 바와 같이, 마이크로파 전송 라인의 입력부와 출력부 사이에 스위치를 제공하는 것이 때때로 바람직할 수 있다. 이러한 기능을 수행하기 위한 하나의 장치는 무선 주파수(RF) 미세 전자 기계 시스템(MEMS) 스위치이다. 현재의 이러한 형태의 스위치는 통상적으로 기판과 상기 기판 상에서 이격되는 두 도전성 포스트들을 가진다. 상기 스위치는 상기 포스트들의 하부들 사이에 배치되지만, 전기적으로 분리되는 상기 기판 상의 도전성 부품(예를 들면, 스위칭 가능한 커패시터의 하부 전극)을 갖는 스위칭 가능한 커패시터를 구비한다. 상기 하부 전극은 고체 유전 물질의 층에 의해 커버된다. 플렉서블하고 전기적으로 도전성인 멤브레인(예를 들면, 상기 스위칭 가능한 커패시터의 상부 전극)이 상기 포스트들의 상부들 사이로 연장되고, 전기적으로 연결되는 단부들을 가지므로, 상기 플렉서블하고 전기적으로 도전성인 멤브레인의 중앙부는 상기 하부 전극 상에 현수된다. 마이크로파 전송 라인의 입력부는 제1 및 제2 전극들의 하나에 연결되며, 상기 전송 라인 상의 출력부는 상기 전송 라인의 다른 하나에 연결된다.
RF 신호는 통상적으로 상기 출력부에 인가되고, 상기 스위치를 통해 상기 출력부에 용량성으로 결합된다. 보다 상세하게는, 상기 스위치는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이(즉, 상기 하부 및 상부 전극들 사이)에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위해 상기 상부 및 하부 전극들 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원을 구비한다. 상기 스위칭 가능한 정전기력은 상기 제1 및 제2 전극들 사이의 간격을 변화시키며, 이에 따라 스위칭 가능한 바이어스 전압원에 의해 생성되는 전압에 따라 선택적으로 상기 스위치의 커패시턴스를 전환시킨다.
보다 상세하게는, 상기 스위칭 가능한 전압원에 의해 발생되는 전압의 존재하지 않는 경우에서(즉, 동작되지 않거나 활성화되지 않은 상태에서), 상기 제2의 플렉서블한 전극은 낮은 커패시턴스 상태에서 상기 제1 전극 및 상기 유전층 모두의 상부로 이격된다. 상기 스위치를 동작시키기 위하여, 상기 스위칭 가능한 전압원이 상기 제1 및 제2 전극들 사이에 연결된다. 이와 같은 바이어스 전압은 상기 제1 및 제2 전극들 상에 정전기 전하들을 발생시키며, 상기 전하들은 상기 제1 및 제2 전극들이 서로 정전기적으로 부착되게 한다. 이러한 이끌림은 상기 제2의 플렉서블한 전극의 중앙부가 상기 제1 전극을 향해 하방으로 이동하게 하고, 상기 유전층의 상단에 접촉되게 하며, 이는 상기 스위치의 작동된 위치 또는 높은 커패시턴스 상태가 된다.
이러한 상기 스위치의 동작된 상태에 있어서, 상기 제1 및 제2 전극들 사이의 간격은 동작되지 않은 상태에 비해 작다. 이에 따라, 상기 동작된 상태에서, 상기 제1 및 제2 전극들 사이의 용량성 결합이 상기 동작되지 않은 상태에 비해 상당히 크다. 그 결과, 상기 동작된 상태에서, 상기 제1 및 제2 전극들의 하나를 통해 전파되는 상기 RF 신호는 전체적으로 상기 제1 및 제2 전극들의 다른 하나를 따라 전달되는 신호들에 실질적으로 용량성으로 결합된다.
상기 스위치가 동작되지 않게 하기 위하여, 상기 DC 바이어스 전압이 턴 오프된다. 상기 제2의 플렉서블한 전극의 고유한 탄력성이 이후에 그 최초 위치로 돌아가며, 아는 상기 스위치가 동작되지 않은 상태를 나타낸다. 상기 제1 및 제2 전극 사이의 용량성 결합이 상기 동작되지 않은 상태보다 훨씬 낮기 때문에, 상기 제1 및 제2 전극들의 하나를 통해 전파되는 RF 신호는 상기 제1 및 제2 전극들의 다른 하나를 통해 전파되는 신호들에 적에 용량성 결합되거나 또는 용량성 결합을 하지 않는다.
본 발명자들은 특정한 응용들을 인식하였으며, 풀-다운 전압(pull-down voltage)이 너무 낮을 경우; 무선 주파수(RF)의 마이크로파 신호 자체가 스위치를 동작시킬 수 있고; 원하지 않은 효과가 야기되기 때문에 고전력의 응용들을 위하여 제2의 플렉서블한 전극 상에 높은 풀-다운 전압을 가지는 것이 바람직하다. 종래의 RF MEMS 스위치 상의 상기 풀-다운 전압이 증가할 경우, 이는 상기 MEMS 스위치가 닫힐 때(즉, 동작되지 않은 상태에 있을 때) 고체 유전체 내의 전기장 강도를 증가시킬 것이다. 이는 절연 파괴 또는 DC 바이어스 전압이 턴 오프되고 상기 스위치가 동작되지 않은 상태로 돌아간 후에 플렉서블한 멤브레인이 하향이나 닫힌 위치에 남게 할 수 있는 상기 제2의 플렉서블한 전극의 "마찰(stiction)"을 일으킬 수 있는 상기 고체 유전체 상의 과도한 하전을 가져올 수 있다.
본 발명에 따르면, 스위칭 가능한 커패시터(switchable capacitor)가 제공되며, 고체 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부에 현수되며; 상기 고체 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위(reference potential)에 연결되는 상부 플레이트를 포함한다. 상기 상부 플레이트는 기준 전위에 연결된다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하는 상기 기준 전위로 방출된다.
일 실시예에 있어서, 스위치기 제공되며, 고체 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부로 현수되며; 상기 고체 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 구멍이 있는 상부 금속 또는 저항성 플레이트를 포함한다. 상기 상부 금속 또는 저항성 플레이트는 상기 고체 유전체가 이들을 통해 노출되는 다중의 홀들을 가지고 제조된다. 상기 구조는 상기 커패시터를 동작된 상태와 상기 동작되지 않은 상태 사이에서 정전기적으로 구동시키도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원(switchable voltage source)을 포함한다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 것이 상기 상부 플레이트에 접촉된다. 이러한 사항이 일어날 때, 상기 상부 플레이트 및 제2 전극은 등전위이며, 이에 따라 이들 사이에 정전기력이 존재하지 않는다. 정전기력은 상기 상부 플레이트 내의 구멍들을 통해 상기 상부 플레이트 및 상기 하부 전극 사이에 남는다. 상기 상부 전극에 인가되는 힘은 인가된 전압 및 구멍들의 결합된 면적의 함수이다. 여기서의 이점은 상기 상부 플레이트에 의해 차폐되는 상기 상부 플레이트 아래에 트랩된 전하들이며, 상기 플렉서블한 제2 전극의 동작 전압에 영향을 미치지 않을 것이다. 동작되는 동안의 경우, 상기 고체 유전체가 상기 상부 플레이트에 구멍이 있는 곳에 전하를 포집하고, 이러한 전하는 최소한이 될 것이며, 상기 제2 전극을 하향으로 유지하기에 충분하지 않다. 상기 제2 전극을 해제시킴에 따라, 상기 상부 플레이트 아래의 상기 고체 유전체 내에 남아 있는 어떤 전하도 상기 상부 플레이트에서 종료되며, 이에 따라 상기 제2 전극이 상기 고체 유전체 내부의 전하기 아니라 단지 상기 상부 플레이트의 전위에 마주하게 될 것이다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때에 상기 상부 플레이트 상의 전하를 제거하도록 방출 경로가 상기 상부 플레이트의 구멍이 없는 부분 및 상기 기준 전위 사이에 제공된다.
일 실시예에 있어서, 스위칭 시스템이 제공되며, 기판; 입력부 및 출력부를 갖는 마이크로파 전송 라인(microwave transmission line); 그리고 상기 기판 상에 배치되는 스위칭 가능한 커패시터를 포함한다. 상기 커패시터는, 고체 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부에 현수되며, 여기서 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 커패시터가 동작된 상태로 전환될 때에 상기 제1 전극들 향해 정전기적으로 구동되고; 상기 고체 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 포함한다. 상기 커패시터를 상기 동작된 상태 및 상기 동작되지 않은 상태 사이에서 정전기적으로 구동시키도록 상기 제1 및 상기 제2 전극 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위하여 스위칭 가능한 전압원이 상기 제1 및 상기 제2 전극 사이에 연결된다. 상기 전압원은 동작 전압 및 보다 낮은 동작되지 않은 전압 사이에서 스위치된다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 입력부 상의 마이크로파 에너지가 상기 스위칭 가능한 커패시터를 통해 상기 출력부로 연결되며, 상기 전극들의 제2의 것이 상기 상부 플레이트에 접촉되고, 상기 전극들의 제2의 것 상의 전하가 상기 스위칭 가능한 전압원의 동작 전압 보다 낮은 전압으로 방출되며, 이에 따라 상기 고체 유전체에 걸치는 전압을 제한한다.
일 실시예에 있어서, 상기 상부 플레이트는 저항성이며, 회로가 상기 상부 플레이트를 가열하도록 제공된다.
일 실시예에 있어서, 상기 회로는 상기 저항성 상부 플레이트를 포함한다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 세부 사항들은 첨부된 도면들과 다음의 상세한 설명에 설시된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들 및 이점들은 상세한 설명과 도면들 및 특허 청구 범위로부터 분명해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 스위칭 시스템의 상면도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 도 1의 스위칭 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 도 1의 스위칭 시스템의 스위치 내에 사용되는 상부 플레이트의 상면도이다.
도 2c는 도 1의 스위칭 시스템이 개방되거나 동작되지 않은 상태에 있는 경우의 개략적인 도면이다.
도 2d는 도 1의 스위칭 시스템이 닫히거나 동작된 상태에 있는 경우의 개략적인 도면이다.
도 3은 도 1의 스위칭 시스템, 본 발명의 선택적인 실시예에 따른 스위칭 시스템이 동작되지 않은 조건에 있는 경우의 개략적인 단면도이다.
도 3a는 동작된 조건에 있는 도 3의 스위칭 시스템의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 동작된 조건에 있는 스위치를 갖는 도 3a의 스위칭 시스템의 확대되고 보다 세부적인 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 스위칭 시스템의 개략적인 단면도이다.
다양한 도면들에서 동일한 참조 부호들은 동일한 요소들을 나타낸다.
도 1 및 도 2a를 참조하면, 스위칭 시스템(switching system)(10)이 도시되며, 절연 기판(12); 마이크로파 전송 라인(14), 여기서는 예를 들면, 여기서 상기 기판(12)의 상부 표면인 하나의 표면상의 스트립 도체(strip conductor) 회로부(16) 및 상기 기판(12)의 대향하는 표면(즉, 후면) 상의 접지 평면 도체(18)를 가지는 마이크로파 전송 라인을 구비한다. 예를 들면, 상기 접지 평면 도체(18)가 상기 스트립 도체 회로부(18)와 동일한 표면상에 놓일 수 있는 동일 평면형 도파관(coplanar waveguide: CPW)과 같은 다른 형태의 마이크로파 전송 라인들이 사용될 수 있는 점이 이해되어야 할 것이다. 각 경우에 있어서, 상기 마이크로파 전송 라인(14)의 입력부(19)의 스트립 도체 회로부(16)는 한 쌍의 도전성인 수직하게 연장되는 포스트들의 하나(22)에 연결되며, 상기 마이크로파 전송 라인(14)의 출력부(20)의 스트립 도체 회로부(16)는 상기 한 쌍의 도전성인 수직하게 연장되는 포스트들의 다른 하나(24)에 연결된다.
상기 스위칭 시스템(10)은 상기 기판(12) 상에 배치되는 스위칭 가능한 커패시터(switchable capacitor)(26)를 포함한다. 도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 스위칭 시스템(10)(즉, 상기 스위칭 가능한 커패시터(26))이 동작하지 않는 상태에 있을 때에 상기 커패시터(26)는, 고체 유전체(28), 여기서는 예를 들면, 실리콘 질화물; 한 쌍의 전극들(30, 32)을 포함하며, 상기 전극들(30)의 제1의 것은 접지 평면(18)에 접지되고 상부에 유전체(28)를 가지며, 상기 전극들(30)의 제2의 플렉서블한 것은 상기 도체 포스트들(22, 24)에 의하여 상기 유전체(28) 상부의 공기에 의해 지지되고, 도 2d에 도시한 바와 같이 상기 스위칭 시스템(10)(즉, 상기 스위칭 가능한 커패시터(26))이 동작된 상태로 스위치될 때에 상기 전극들(30)의 제2의 플렉서블한 것은 상기 제1 전극(30)을 향하여 하방으로 정전기로 구동된다.
상부 플레이트(40)(도 2b)는 상기 유전체(28)와 제2의 플렉서블한 전극(32) 사이에서 상기 유전체(28)(도 2a) 상에 배치된다. 상기 상부 플레이트(40)는 레지스터(resistor)(50)(도 1 및 도 2a)를 통해 기준 전위(reference potential), 여기서는 접지에 연결된다. 상기 상부 플레이트(40)는 금과 같은 도전성 물질이 될 수 있거나, 주석 산화물과 같은 저항성 물질이 될 수 있으며, 다음에 설명하는 바와 같이, 도 2b에 도시한 바와 같은 내부에 형성된 구멍들(41)의 어레이를 가진다. 상기 상부 플레이트가 없을 경우에 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 유전체(28) 상부의 영역에 걸쳐 밀접해지지 않을 수 있기 때문에 상기 상부 플레이트(40)의 사용은 상기 스위치 내의 커패시턴스를 증가시킨다. 보다 상세하게는, 상기 플렉서블한 전극(32)의 일부 부분들을 위하여, 작은 에어 갭들(air gaps)이 상기 플렉서블한 전극(32)과 상기 유전체(28) 사이에 존재할 수 있으며, 이는 상기 동작된 위치에서 최대 커패시턴스의 감소를 가져온다. 이러한 RF MEMS 회로(10)의 부수적인 이익은 상기 스위치가 상부 플레이트(40) 및 상기 유전체(28) 사이의 밀접한 접촉으로 인하여 닫힐 때에 예상되는 MEMS 커패시턴스의 증가이다.
상기 플렉서블 전극(32)은 여기서는, 예를 들면, 0.1㎛ 내지 1㎛의 수치 두께의 알루미늄이고, 상기 상부 플레이트(40)는 여기서는, 예를 들면, 0.01㎛ 내지 1㎛의 두께를 갖는 알루미늄 또는 텅스텐 티타늄(TiW)이며, 상기 유전체(28)는 여기서는, 예를 들면, 0.1㎛ 내지 0.5㎛ 두께의 실리콘 질화물이고, 상기 하부 전극(30)은 여기서는, 예를 들면, 0.1㎛ 내지 1㎛ 두께이다. 도 2d에 도시된 동작된 상태일 때에 상기 상부 플레이트(40)와 상기 플렉서블한 전극(32)의 콘택 영역(contact area)(57)은 10×10 내지 >500×500의 범위가 될 수 있다. 통상적으로, 이는 약 100×100 정도이다. 상기 구멍들(41)은 직사각형이나 정사각형 또는 원형이 될 수 있다. 상기 플렉서블한 전극(32)을 지지하는 두 단부들 상의 상기 포스트들(22, 24) 사이의 분리는, 예를 들면, 어디에서나 약 50㎛ 내지 500㎛의 폭이거나 넓을 수 있으며, 통상적으로 약 300㎛ 정도이다. 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41)은 어디에서나 직경이 1-25㎛이고, 5-25㎛ 정도 이격된다.
바이어스 전압원(bias voltage source)(42)은 도시된 바와 같이 상기 제2 전극(32)과의 사이에 연결되고, 레지스터(44)를 통해 접지에 연결되는 스위칭 가능한 바이어스 전압원이다. 상기 스위칭 가능한 전압원(42)은 양의, 음의 또는 AC 전압원일 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 상기 스위칭 가능하거나 펄스(pulsed) 전압원(42)은 그 출력(43)에서 접지와 양의 전압 사이에서 전환되며, 이에 따라 상기 제1 전극(30) 및 상기 제2 전극(32) 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 발생시켜, 상기 스위치(10)(즉, 상기 스위칭 가능한 커패시터(26))를 도 2d에 도시한 바와 같은 상기 작동된 상태(상기 전압원(42)이 접지에 대해 그 출력(43)에서 양의 전압을 생성할 때) 및 도 2c에 도시한 동작되지 않은 상태(즉, 상기 전압원(42)이 그 출력(43)에서 접지 전압을 생성할 때) 사이에서 정전기적으로 구동시킨다. 도시되지는 않았지만 상기 입력부(19) 및/또는 출력부(20)와 직렬인 DC 저지 커패시터들(blocking capacitors)이 상기 펄스 전압원(42)을 상기 전송 라인들로부터 이격시키도록 표준 관행에 따라 사용되고 제공되는 점에 유의한다.
상기 스위칭 가능한 커패시터(26)가 동작되지 않은 상태에 있을 때(즉, 상기 제2 전극(32)이 도 2b 또는 도 2c에 도시한 바와 같이 상기 상부 플레이트(40)로부터 분리될 때), 상기 입력부(19) 상의 마이크로파 에너지가 상기 스위치(10)를 통해 상기 출력부(20)에 연결된다. 반면, 상기 스위칭 가능한 커패시터(26)가 도 2d에 도시한 바와 같이 동작된 상태에 있을 때, 상기 입력부(19) 상의 마이크로파 에너지는 상기 출력부(20)로부터 연결 해제되며, 상기 접지된 제1 전극(30)을 통해 접지로 통과된다. 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기로 구동될 때, 상기 전극들 중위 제2의 플렉서블한 것이 상기 상부 플레이트와 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트(40) 상의 전하가 상기 상부 플레이트(40)로부터 상기 기준 전위로 방출된다.
보다 상세하게는, 상기 유전체(28) 상에 배치되는 상부 플레이트(40)는 높은 값의 레지스터(50)를 통해 기준 전위, 여기서는 접지 전위에 연결된다. 상기 상부 플레이트(40)에 연결된 상기 레지스터(50)의 저항은 상당한 RF 또는 DC 전류들이 상기 기준 전위, 여기서는 접지로 상기 제2 플렉서블한 전극(32) 및 상기 상부 플레이트(40) 사이를 흐르는 것을 방지하기에 충분히 높다. 예를 들면, 메가 오옴(ohm)의 레지스터(50)의 이러한 높은 값의 저항은, 예를 들면, 상기 스위치가 동작될 때에 상기 상부 플레이트(40)가 상기 제2 플렉서블한 전극(32)으로 잠재적으로 녹게 하는 상기 상부 플레이트(40) 및 상기 제2 플렉서블한 전극(32) 사이의 아킹 전류들(arcing currents)이 존재하지 않게 되는 점을 담보한다. 상기 유전체(28) 상의 상부 플레이트(40)는, 예를 들면, 금 또는 알루미늄과 같은 우수한 도체일 수 있거나, 티타늄 산질화물과 같은 저항성 물질일 수 있다. 상기 상부 플레이트(40)에 대한 저항성 물질의 사용은 상기 제2 플렉서블한 전극(32)이 상기 상부 플레이트(40)와 접촉하게 될 때에 전기적 아킹으로 인한 고장의 가능성을 더 감소시킬 것이다.
도 2c를 참조하면, 상부 전극(32)이 초기에 충분한 양의 전압을 수용할 때(즉, 전압원(42)으로부터의 전압이 접지에 대해 양으로 될 때), 상기 구멍들(41)이이 존재하는 곳(상기 상부 플레이트의 구멍이 없는 부분들)을 제외하고 정전기장(53)이 상기 전극(32) 및 상기 상부 플레이트(40) 사이에 구현된다. 상기 구멍들(41)이 존재하는 곳에서, 정전기장들(54)은 상기 한 쌍의 전극들(30, 32) 사이에 구현된다. 상기 정전기장들(54)은 상기 정전기장들(53) 보다 큰 크기를 가지며, 양 전기장들은 상기 전극(32)을 상기 상부의 플렉서블한 멤브레인이 상기 상부 플레이트(40)의 구멍이 없는 부분들과 접촉할 때까지 상기 전극(30)을 향하여 하방으로 움직이게 한다.
이러한 초기 동작 후, 상기 전압원(42)에 의해 생성된 전압은 여전히 높다. 이들이 접촉되면 상기 전극(32)과 상기 상부 플레이트(40)의 구멍이 없거나 접촉 부분(57) 사이에 정전기장(53)(도 2c)이 존재하지 않는 점에 유의한다. 그러나, 상기 정전기장(54)은 상기 한 쌍의 전극들(30, 32) 사이에 잔류하며, 한 쌍의 전극들(30, 32) 사이의 거리가 감소되었기 때문에 상기 정전기장들(54)도 크기가 크게 감소되었던 점에 유의한다. 이들 정전기장들(54)이 동작된 상태에서 상기 스위칭 구조(26)를 유지한다. 상기 한 쌍의 전극들(30, 32) 사이에 콘택이 만들어지지 않으며, 이에 따라 전하 전달이 제한된다. 이 시점에서, 상기 상부 플레이트(40)의 구멍이 없는 부분과 전극(32)은 동일한 전위이다. 모든 전압이 상기 큰 레지스터들(50, 44)에 걸쳐 강하되며, 이에 따라 전극(32) 상에 전하가 유지되고 정전기장들(54)이 유지된다.
상기 전압원(42)이 그 출력(43)에서 접지를 생성하도록 스위치될 때, 상기 전기장(54)(도 2d)이 제거된다. 상기 상부 플레이트(40)를 사용하여 상기 하전된 전기장(44)이 존재하는 곳의 면적이 최소화되기 때문에 상기 유전체(28) 내에 남는 임의의 잔류 전하가 최소화된다. 충분한 정전기력이 없을 경우, 상기 전극(32)은 도 2c에 도시한 바와 같이 그의 이전의 상향 위치로 회복된다. 레지스터(50)를 통해 접지에 연결되는 상기 상부 플레이트(40)도 상기 상부 플레이트(40)에서 상기 유전체 내에 임의의 잔류 전하장 라인들을 종료시킴에 의해 동작 전압에 대한 임의의 변화를 방지하며, 이에 따라 상기 상부 플레이트(40)의 전압이 트랩된 전하들에 의해 영향을 받지 않으며, 보다 중요하게는 상기 상부 플레이트(40) 및 상기 플렉서블한 전극(32) 사이의 상기 전기장(53)과 정전기력이 상기 상부 플레이트(40) 아래의 상기 유전체(28) 내의 트랩된 전하에 의해 영향을 받지 않는다.
도 2d를 다시 참조하면, 상기 스위치가 상기 동작된 조건에 있을 때, 전류가 상기 전압원(43)으로부터, 레지스터(44)를 통하고, 플렉서블한 전극(32)을 통하여, 상기 상부 플레이트(40)를 통하고, 레지스터(50)를 통해 흐르며 접지로 돌아가는 점에 유의한다. 상기 상부 플레이트(40)와 접지 사이의 전압은 레지스터(50)의 저항의 값과 레지스터(43)의 저항의 값의 합에 대한 레지스터(50)의 저항의 값의 비율인 R배가 되는 출력(43)에서의 전압과 동일하다. 상기 제2의 플렉서블한 전극(32)이 상향되고 상기 유전체(28) 상단 상의 상기 상부 플레이트(40)에 접촉되지 않는 한, 전체 전위가 상기 제2의 플렉서블한 전극(32) 및 상기 유전체(28) 사이의 상기 에어 갭에 걸칠 뿐만 아니라 상기 제2의 플렉서블한 전극(32) 및 상기 상부 플레이트(40) 사이의 상기 에어 갭에 걸쳐 존재하며, 이에 따라 상기 스위치(10)가 닫히게 하는 최대의 힘을 발현한다.
보다 상세하게는, 상기 스위치(10)가 닫힐 때, 즉, 상기 제2의 플렉서블한 전극(32)은 상기 유전체(28)의 상단 상의 포인트 P(도 2d)에서 상기 상부 플레이트(40)에 접촉되고, 상기 유전체(28)에 걸친 전압 강하는 분로 레지스터(shunt resistor)를 포함하는 상기 바이어스 회로 내의 전체 저항, 즉, 레지스터(44)의 저항과 레지스터(50)의 저항의 합에 대한 분로 레지스터(50)의 크기의 비율 R에 비례한다. 따라서, 상기 DC 회로들은 분압기(voltage divider)를 제공하며, 상기 레지스터(50)의 분로 저항이 낮아질수록, 상기 유전체(28)에 걸친 인가된 전압이 낮아진다. 예를 들면, 상기 분로 저항(50)의 크기가 상기 제2의 플렉서블한 전극 바이어스 회로(60) 내의 상기 레지스터(44)의 크기와 동일하면, 상기 유전체에 걸친 전압은 절반으로 감소하게 될 것인 반면에 상기 전압원(42)의 전체 전압은 상기 스위치(10)를 닫히게 하는 데 여전히 이용 가능할 것이다. 상기 제2의 플렉서블한 전극 바이어스 회로(60)가 적용되는 한, 상기 유전체에 걸친 결과적인 전압이 상기 제2의 플렉서블한 전극(32)을 유지시키는 데 충분한 점이 필수적이다. 비록 상기 유전체(28) 내의 저장된 전하들로부터 야기되는 마찰로 인한 스위치 고장이 이와 같은 개시 사항으로 제거되지만, 상기 유전체(28)에 걸친 전압을 강하시키는 것은 절연 파괴에 의해 야기되는 고장의 평균적인 시간을 증가시키는 추가적인 이점을 제공한다.
상기 상부 플레이트(40)로부터 상기 큰 레지스터(50)를 통한 접지로의 방출 경로는 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 상향 위치로 돌아갈 때(즉, 상기 펄스가 제거될 때)에 상기 상부 플레이트(40) 상의 전하를 제거한다. 이는 상기 상부 플레이트(40)가 다음의 "온(on)" 펄스 전에 접지로 방전되기 원하기 때문에 중요하다. 그렇지 않으면, 상기 전극(32)과 상기 상부 플레이트(40) 사이의 정전기장(53)이 상기 상부 플레이트(40) 상부의 상기 에어 갭 내에서 감소된다. 이러한 전기장은 상기 상부 플레이트(40) 전위 및 상기 플렉서블한 전극(32) 전위의 차이에 비례한다. 이들 두 전극들(40, 32) 사이의 분리가 상기 전기장을 감소시키는 최대가 되므로 동작의 시작에서 이러한 전압(즉, 전위) 차이가 최대가 되는 것, 즉, 상기 전기장이 상기 에어 갭 간격에 의해 나누어지는 이러한 전위 차이인 것이 바람직하다.
또한, 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 상향 위치나 동작되지 않은 조건(즉, 상기 펄스가 제거될 때)으로 돌아갈 때에 상기 상부 플레이트(40)로부터 상기 큰 레지스터(50)를 통한 접지까지의 방출 경로도 상기 고체 유전체(28) 내의 전하를 제거하는 점에 유의한다. 그러나, 상기 상부 플레이트(40) 아래의 전하는 이가 상기 상부 플레이트(40)에 의해 정전기적으로 차폐되기(스크린되기) 때문에 크게 중요하지는 않다. 상기 유전체(28) 내의 이러한 전하는 상기 상부 플레이트(40)의 측부에 접촉되는 상기 유전체 상의 전하에 의해 오프셋(offset)되며, 상부 플레이트(40) 아래의 상기 유전체(28) 내의 전하로 인하여 상기 상부 플레이트(40) 상부의 상기 에어 갭 내로 연장되는 순(net) 전기장은 없게 될 것이다. 상기 상부 플레이트(40) 상부의 에어 갭 내의 전기장은 항상 상기 플렉서블한 전극(32)과 상기 상부 플레이트(40) 사이의 전위에서의 차이에 의해 결정된다. 중요한 점은 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41) 아래의 상기 유전체(38) 상의 전하가 상기 에어 갭 장에 영향을 미치며, 이에 따라 상기 플렉서블한 전극(32) 상의 힘에 영향을 미치는 것, 즉 이들 에어 갭 면적들 내의 상부 플레이트(40)에 의한 정전기 차폐가 없거나 최소로 존재하는 점이다. 상기 상부 플레이트(40)와 접지 사이의 상기 레지스터(50)를 통한 방출 경로는 상기 구멍들 내의 상기 고체 유전체가 제거되지 않은 경우를 위해 중요한 이러한 전하를 방출하는 경향을 가질 것이다. 이들이 상기 유전체(28) 표면을 가로지르고 상기 유전체(28) 몸체를 통해 서서히 이동하면서 전하들에 대한 수집 포인트로서 상기 상부 플레이트(40) 구멍들(41)을 볼 수 있다.
상기 레지스터(50)의 저항의 값들과 레지스터(43)의 저항의 값의 합에 대한 레지스터(50)의 저항의 값의 비율 R은 상기 시스템의 다른 변수들에 의존하게 될 것이다. 보다 상세하게는, 상기 유전체(28)에 걸친 매우 낮은 전압을 원할 경우, 상기 비율 R은 낮거나 0.7 내지 0.3 사이가 되어야 한다. 상기 플렉서블한 전극(32)에서 상기 펄스 신호가 얼마나 빠르게 나타나는 지를 결정하는 상기 스위치(10)의 저항 시간 커패시턴스(RC) 시상수("저항"이 레지스터(43)의 저항의 값인 경우)는 상기 플렉서블한 전극(32)에 얼마나 큰 상기 레지스터(43)가 연결되는 지를 결정할 수 있다. 통상적으로, 이러한 레지스터(43)의 저항은 상기 하전 시간을 만족시키도록 충분하게 작아야 하지만, 상기 펄스 공급이 상기 시스템 내에 큰 전류 스파이크를 야기하지 않도록 충분히 커야 한다. 유사하게, 상기 상부 플레이트(40)에 연결된 레지스터(50)는 상기 상부 플레이트(40)가 얼마나 빠르게 이의 RC 시상수와 동일하게 방출하는 지를 결정할 것이다. 다시 말하면, 상기 상부 플레이트(40)는 상기 다음의 "온" 펄스 이전에 방전되어야 한다. 반면에, 상기 레지스터(43)가 너무 작지 않거나, 상기 상부 플레이트(40)에 접촉된 후에 상기 플렉서블한 전극(32)의 전압이 상기 멤브레인 전극(32)을 "아래로" 유지하기에 충분히 크지 않을 것이다. 다른 시스템 응용들을 위하여, 이들 레지스터 값들의 최적화는 다를 수 있다.
상기 입력부(19)에 공급되는 상기 RF/마이크로파 신호의 관점으로부터, 상기 스위치(10)가 상기 동작된 상태(도 2d)에 있을 때에 상기 유전체(28)에 의해 제공되는 커패시턴스는 상기 스위치(10)가 닫힐 때에 상기 높은 값의 분로 레지스터(50)를 효과적으로 소진시킬 것이고, 상기 레지스터(50)가 상기 마이크로파 성능에 최소의 영향을 미친다. 원하지는 않지만 어떤 상황들 하에서는 상기 스위치 수명이 증가될 수 있는 경우에 가치가 있을 수 있는 상기 스위치(10)가 닫힐 때에 상기 분로 레지스터(50)는 상기 제2의 플렉서블한 전극(32) 바이어스 공급(42)으로부터 전력 소비를 증가시킬 것이다.
또 다른 방식으로 말하면, 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 하향 위치에 있을 때에, 이는 상기 레지스터(50)의 저항의 값들과 상기 레지스터(43)의 저항의 값의 합에 대한 상기 레지스터(50)의 저항의 값을 비율 R에 의존하는 전압까지 상기 상부 플레이트(40)를 대전시킨다. 이는 상기 전극(4) 아래의 유전체(28)를 대전시킨다. 그러나, 상기 상부 플레이트(40) 아래의 전하들은 상부 플레이트(40)에 의해 정전기적으로 차폐되며, 이에 따라 전극(40) 및 상기 플렉서블한 전극(32) 사이의 상기 전기장에 영향을 미치지 않음으로써, 상기 플렉서블한 멤브레인 전극(32) 상의 힘에 영향을 미치지 않는다. 상기 하향 위치에서, 상기 플렉서블한 전극(32)은 또한 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41)(도 2b) 아래의 상기 유전체(28)를 대전시킨다. 상기 전압원(42)이 상기 플렉서블한 전극(32)을 해제시키기 위해 접지까지 감소될 때, 상기 레지스터(50)는 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 상향 위치에 있을 때에 상기 상부 플레이트(40) 상의 전하를 레지스터(54)를 통해 접지로 방출한다. 그러나, 상기 유전체(28)의 부분들 상에 잔류하는 전하들은 상기 상부 플레이트(40)에 의해 커버되지 않는다. 즉, 상기 구멍들(41)에 의해 노출되는 상기 유전체(28)의 부분들은 즉시 방출되지 않으며, 긴 시간 동안 남아 있을 수 있다. 상기 전압원(42) 접지까지 감소되거나 전압원(42)이 접지로부터 양의 값으로 증가될 때에 플렉서블한 전극(32)이 아래로 위치하는 것을 방지한 후에, 이들 전하들은 상기 플렉서블한 전극(32)을 아래에 머무르게 하거나 상기 상부 플레이트(40)에 달라붙게 만들 수 있다. 레지스터(50)를 통해 접지되는 상기 상부 플레이트(40)는 접지로 방출되는 이들 유전 전하들을 위한 종국적인 경로를 제공하며, 접지된 상부 플레이트(40)가 없고 이에 따라 RF MEMS의 동작 수명을 감소시킬 수 있는 이들 전하들을 제거하는 편리한 방식이 없는 표준 RF MEMS에 대하여 현저하게 낮은 하전 문제를 가져온다. 또한, 상기 상부 플레이트가 추분하게 두꺼워 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 구멍(41)을 통해 상기 유전체(28)에 물리적으로 접촉되지 않을 경우, 상기 구멍들(41) 아래의 상기 유전체 내에 저장된 전하들이 최소가 될 것이다.
이제 도 3 및 도 3a를 참조하면, 여기서 상기 유전체(28)는 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41) 아래의, 즉 각기 부합되는 구멍들(80)을 갖고 제공된다. 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41) 아래의 상기 유전체(28)의 부분들을 제거함으로써, 결과적인 에어 갭은 상기 플렉서블한 전극(32)이 상기 하향 위치로부터 해제될 때에 어떤 전하들로 저장하지 않을 수 있으며, 이에 따라 상기 플렉서블한 전극(32)이 아래에 있을 때에 이를 유지하거나, 후속하는 닫힘으로부터 이를 보호하도록 잔류 전하들이 존재하지 않게 될 것이다. 이는 RF MEMS 동작에 영향을 미치는 유전체(28) 하전을 완전히 제거할 수 있을 것이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 플렉서블한 전극(32) 내에 홀들(78)이 존재하는 점이 이해되어야 한다. 따라서, 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41)이 상기 플렉서블한 전극(32) 내의 구멍들(78)로부터 및 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41)로부터 오프셋되어야 하는 점에 유의해야 한다. 이는 도 3b의 닫히거나 동작된 위치에 있는 도 3의 스위치를 나타내는 도 3b에 보다 명확하게 도시된다.
도 4를 참조하면, 스위칭 시스템(10)이 도시된다. 여기서, 상기 상부 플레이트(40)는 저항성이며, 회로가 이러한 저항성 상부 플레이트(40)를 가열하기 위해 제공된다. 상기 회로는 접지 및 레지스터(50) 사이에 연결되는 전압원(90)을 포함하며, 전술한 바와 같이, 레지스터(50)는 상기 상부 플레이트(40), 여기서는 상기 상부 플레이트(40)의 일 단부에 연결되고, 도시된 바와 같이, 레지스터(92)는 상기 상부 플레이트(40)의 대향하는 단부에 연결되며 이후에 접지된다. 여기서, 저항성 물질로 만들어지는 상기 유전체(29) 상의 상기 상부 플레이트(40)를 가질 경우, 이는 상기 제1 전극(30)을 약간 가열하는 데 사용될 수 있고, 이에 따라 상기 스위치(10)를 위한 패키지(도시되지 않음) 내에 포집된 수분을 상기 패키지의 냉각기 부분들로 이동시키며, 이는 상기 상부 플레이트(40)에 대한 상기 제2 플렉서블한 전극(32)의 수분에 의해 야기되는 마찰을 더 감소시킬 것이다. 이러한 경우를 위해, 추가적인 레지스터(92)가 상기 전압원(90)에 의해 체공될 수 있는 가열 전류를 위한 무선 주파수(RF) 분리 전류 경로를 제공한다. 상기 상부 플레이트(40)에 의한 아래에 위치하는 유전체(28)의 가열은 또한 상기 유전체(28)가 상기 분로 레지스터(50)를 통해 방전될 수 있는 속도를 증가시키려는 경향이 있을 것이며, 이에 따라 제2 플렉서블한 전극(32) 마찰을 감소시킨다. 상기 상부 플레이트(40)에 의한 상기 유전체(28)의 가열은 또한 상기 유전체가 상기 상부 플레이트(40) 내의 구멍들(41) 아래의 전하를 상기 유전체(28) 내로 이동시킬 수 있고 상기 분로 레지스터(50)를 통해 방출시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 플렉서블한 전극(32)의 마찰을 감소시키는 속도를 증가시킬 것이다.
저항성 상부 플레이트(40)의 사용은 상기 제2의 플렉서블한 전극(32)의 풀-다운 전압(pull-down voltage)을 낮추기 위하여 상기 상부 플레이트(40)에 접촉될 때, 즉 하향 또는 동작된 위치에서 상기 제2 플렉서블한 전극(32)의 온도를 상승시키는 데 이용될 수 있다. 이와 같은 응용을 위해, 상기 풀-다운 전압(즉, 상기 공급(42)에 의해 제공되는 동작 전압)은 의도적으로 도 2a에서 보다 크게 설계되고, 상기 저항성 상부 플레이트(40)를 가열하는 것은 상기 풀-다운 전압을 원하는 값까지 낮추며, 이에 따라 공정 변화들에 기인하는 상기 풀-다운 전압 내의 변화들을 보상한다. 이러한 접근은 상기 스위치가 주변 환경이나 RF 전력 소비로 인해 가열되면서 풀-다운 전압의 자연적인 감소를 보상할 수 있고, 상기 RF MEMS 회로의 온도는 독립적으로 결정될 수 있는 것으로 간주된다. 이러한 응용을 위해, 상기 공급에 의해 상기 저항성 상부 플레이트(40)로 공급되는 전력은 상기 패키지 온도가 증가하면서 감소될 수 있으며, 이에 따라 일정한 제2 플렉서블한 전극(32) 온도 및 풀-다운 전압을 유지한다. 상기 가열된 저항성 상부 플레이트(40)에 대해 언급된 이점들이 또한 간단히 히터로서 상기 MEMS 스위치(10)에 인접하여 저항성 물질을 사용하는 것에 의해 얻어질 수 있지만, 시간 지연이 열이 변화될 때와 상기 제2의 플렉서블한 전극(32)이 반응할 때에 사이에서 커질 수 있는 점이 예상되는 것이 언급되어야 한다.
본 발명의 다양한 특징들을 설명하였지만, 다음의 사항들이 인식되어야 할 것이며, 본 발명에 따른 스위칭 가능한 커패시터는, 고체 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부에 현수되며; 상기 고체 유전체 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 포함하고, 여기서 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 기준 전위로 방출된다. 상기 스위칭 가능한 커패시터는 또한 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 구비할 수 있다. 상기 상부 플레이트는 내부에 구멍들을 가지고, 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 구멍들을 가지며, 상기 상부 플레이트 내의 구멍들이 상기 유전체 내의 구멍들에 정렬되고; 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 구멍들을 가지며, 상기 전극들의 제2의 것 내의 구멍들은 상기 상부 플레이트 내의 구멍들로부터 오프셋되고; 상기 회로는 상기 상부 플레이트를 포함하며; 상기 상부 플레이트는 저항성이고, 내부에 개구들을 가지며, 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 상기 상부 플레이트 내의 구멍들로부터 오프셋되는 구멍들을 가진다.
또한, 다음의 사항들이 인식되어야 할 것이며, 본 발명에 따른 스위치는, 고체 유전체를 포함하고; 한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 유전체 상부에 현수되며; 상기 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 포함하며; 상기 스위치를 상기 동작된 상태와 상기 동작되지 않은 상태 사이에서 전정기적으로 구동시키도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원을 포함하고; 여기서 상기 스위치가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 것이 상기 상부 플레이트에 접촉되고, 상기 스위치가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 상부 플레이트로부터 상기 기준 전위로 방출된다. 상기 스위치는 또한 다음의 특징들의 하나 또는 그 이상을 구비할 수 있다. 상기 상부 플레이트는 저항성이고; 상기 상부 플레이트는 내구에 구멍들을 가지며, 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 구멍들을 가지고, 상기 상부 플레이트 내의 구멍들이 상기 유전체 내의 구멍들에 정렬되며; 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 구멍들을 가지고, 상기 전극들의 제2의 것 내의 구멍들은 상기 상부 플레이트 내의 구멍들로부터 오프셋되며; 상기 상부 플레이트는 저항성이고, 상기 상부 플레이트를 가열하기 위한 회로를 포함하며; 상기 회로는 상기 상부 플레이트를 포함하고; 상기 유전체에 걸친 전압은 상기 전극들의 제2의 것이 상기 상부 플레이트에 접촉될 때에 감소되며; 상기 고체 유전체는 내부에 구멍들을 가지고; 상기 상부 플레이트는 내부에 상기 고체 유전체 내의 구멍들에 정렬되는 구멍들을 가지며; 상기 전극들의 제2의 것은 내부에 상기 상부 플레이트 내의 구멍들로부터 오프셋되는 구멍들을 가진다.
또한, 다음의 사항들이 인식되어야 할 것이며, 본 발명에 따른 스위칭 시스템은, 기판을 포함하고; 입력부 및 출력부를 갖는 마이크로파 전송 라인을 포함하며; 상기 기판 상에 배치되는 스위칭 가능한 커패시터를 포함하고; 이러한 커패시터는: 유전체를 구비하고; 한 쌍의 전극들을 구비하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 유전체 상부로 현수되며, 여기서 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 커패시터가 동작된 상태로 전환될 때에 상기 제1 전극들 향해 정전기적으로 구동되고; 상기 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 구비하며; 상기 커패시터를 상기 동작된 상태와 상기 동작되지 않은 상태 사이에서 정전지적으로 구동시키도록 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위하여 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원을 포함하며, 여기서 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때; 상기 입력부 상의 마이크로파 에너지가 상기 스위칭 가능한 커패시터를 통해 상기 출력부로 연결되고; 상기 전극들의 제2의 것이 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 여기서 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 기준 전위로 방출된다.
본 발명의 많은 실시예들이 기술되었음에도 불구하고, 본 발명의 사상과 범주를 벗어나지 않고 수행될 수 있는 점이 이해될 것이다. 이에 따라, 다른 실시예들도 다음의 특허 청구 범위의 범주에 속한다.

Claims (20)

  1. 스위칭 가능한 커패시터에 있어서,
    고체 유전체를 포함하고;
    한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부에 현수되며;
    상기 고체 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위(reference potential)에 연결되는 상부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 내부에 복수의 구멍들을 가지고,
    상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 기준 전위로 방출되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  2. 스위치에 있어서,
    고체 유전체를 포함하고;
    한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위치가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 유전체 상부에 현수되며;
    상기 유전체 및 상기 제2의 플렉서블한 전극 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 내부에 복수의 구멍들을 가지고;
    상기 스위치를 동작된 상태 및 상기 동작되지 않은 상태로 정전기적으로 구동시키도록 상기 전극들의 제1의 것 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위해 상기 전극들의 제1의 것 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원을 포함하고,
    상기 스위치가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위치가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하는 상기 상부 플레이트로부터 상기 기준 전위로 방출되는 것을 특징으로 하는 스위치.
  3. 스위칭 시스템에 있어서,
    기판을 포함하고;
    입력부 및 출력부를 갖는 마이크로파 전송 라인을 포함하며;
    상기 기판 상에 배치되는 스위칭 가능한 커패시터를 포함하고, 상기 커패시터는,
    유전체를 구비하고;
    한 쌍의 전극들을 구비하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 유전체 상부에 현수되며, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 커패시터가 동작된 상태로 전환될 때에 상기 전극들의 제1의 것을 향해 정전기적으로 구동되고;
    상기 유전체 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 배치되고, 기준 전위에 연결되는 상부 플레이트를 구비하며, 상기 상부 플레이트는 내부에 복수의 구멍들을 가지고;
    상기 커패시터를 상기 동작된 상태 및 상기 동작되지 않은 상태 사이에서 정전기적으로 구동시키도록 상기 전극들의 제1의 것 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 스위칭 가능한 정전기력을 생성하기 위하여 상기 전극들의 제1의 것 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 연결되는 스위칭 가능한 전압원을 포함하고;
    상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때,
    상기 입력부 상의 마이크로파 에너지가 상기 스위칭 가능한 커패시터를 통해 상기 출력부에 연결되며;
    상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것이 상기 상부 플레이트에 접촉되고;
    상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 상기 기준 전위로 방출되는 것을 특징으로 하는 스위칭 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 구멍들을 가지며, 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들은 상기 유전체 내부의 구멍들과 정렬되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 구멍들을 가지며, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 내부의 구멍들은 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들로부터 오프셋(offset)되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 저항성인 것을 특징으로 하는 스위치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 구멍들을 가지며, 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들은 상기 유전체 내부의 구멍들에 정렬되는 것을 특징으로 하는 스위치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 내부의 구멍들은 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들로부터 오프셋되는 것을 특징으로 하는 스위치.
  9. 제 2 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 저항성이며, 상기 상부 플레이트를 가열하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 회로는 상기 상부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 저항성이며, 상기 상부 플레이트를 가열하기 위한 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 회로는 상기 상부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 상부 플레이트는 저항성이며, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들로부터 오프셋되는 구멍들을 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  14. 스위칭 가능한 커패시터에 있어서,
    고체 유전체를 포함하고;
    한 쌍의 전극들을 포함하며, 상기 전극들의 제1의 것은 상부에 상기 고체 유전체를 포함하고, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작되지 않은 상태에 있을 때에 상기 고체 유전체 상부에 현수되며;
    상기 고체 유전체 및 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것 사이에 배치되는 저항성 상부 플레이트를 포함하고, 상기 상부 플레이트는 내부에 복수의 구멍들을 가지며;
    상기 스위칭 가능한 커패시터가 동작된 상태로 정전기적으로 구동될 때, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 상기 상부 플레이트에 접촉되며, 상기 스위칭 가능한 커패시터가 상기 동작되지 않은 상태로 돌아갈 때, 상기 상부 플레이트 상의 전하가 기준 전위로 방출되는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들로부터 오프셋되는 구멍들을 가지는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 저항성 상부 플레이트를 가열하는 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 회로는 상기 상부 플레이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 스위칭 가능한 커패시터.
  18. 제 2 항에 있어서, 상기 유전체에 걸친 전압은 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것이 상기 상부 플레이트에 접촉될 때에 감소되는 것을 특징으로 하는 스위치.
  19. 제 2 항에 있어서, 상기 고체 유전체는 내부에 구멍들을 가지며, 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들은 상기 고체 유전체 내부의 구멍들에 정렬되는 것을 특징으로 하는 스위치.
  20. 제 18 항에 있어서, 상기 전극들의 제2의 플렉서블한 것은 내부에 상기 상부 플레이트 내부의 구멍들로부터 오프셋되는 구멍들을 가지는 것을 특징으로 하는 스위치.
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