KR101745725B1 - 스위치 구조체 - Google Patents

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Abstract

스위치 구조체(100)와 같은 장치가 제공된다. 스위치 구조체는 각각 기판(108)상에 배치된 접점(102) 및 전도성 요소(104)를 포함할 수 있다. 전도성 요소는 실질적으로 금속성 재료로 구성될 수 있으며, 상기 전도성 요소가 이격 거리로 상기 접점으로부터 분리된 제 1 위치와, 상기 전도성 요소가 상기 접점과 접촉되고 기계적 에너지를 저장하고 있는 제 2 위치 사이에서 변형가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 상기 전도성 요소는, 적어도 107초의 누적 시간 동안 대략 실온과 상기 금속성 재료의 용융 온도의 대략 절반 사이의 온도에서 상기 제 2 위치로 변형된 이후에, 외부 힘의 부재시의 상기 이격 거리가 누적 시간에 걸쳐서 20% 미만으로 변화된다. 또한, 관련 방법이 제공된다.

Description

스위치 구조체{SWITCH STRUCTURES}
본 발명의 실시예는 일반적으로 전류를 전환하기 위한 스위치에 관한 것이며, 특히 미세전자기계 스위치 구조체에 관한 것이다.
회로 차단기는 회로의 결함에 의해 야기된 손상으로부터 전기 기구를 보호하도록 설계된 전기 장치이다. 종래에, 많은 종래의 회로 차단기는 부피가 큰 (대형-)전자기계 스위치를 포함한다. 불행하게도, 사이즈가 큰 이들 종래의 회로 차단기는 스위칭 메카니즘을 작동시키기 위해 많은 힘의 사용을 필요로 한다. 추가로, 이들 회로 차단기의 스위치는 일반적으로 상대적으로 느린 속도에서 작동된다. 또한, 이들 회로 차단기는 조립하기가 복잡할 수 있으며, 그에 따라 제조하는데 비용이 많이 든다. 추가로, 종래의 회로 차단기에서 스위칭 메카니즘의 접점이 물리적으로 분리되는 경우, 때때로 아크가 접점 사이에 형성되어, 이 아크는 회로내의 전류가 멈출 때까지 스위치를 통해서 계속해서 전류가 흐르게 한다. 더욱이, 아크와 관련된 에너지는 접점을 심각하게 손상시킬 수 있으며 및/또는 직원의 화상 위험이 존재할 수 있다.
느린 전자기계 스위치에 대한 대안으로서, 상대적으로 신속한 고체-상태 스위치는 고속 스위칭 분야에서 이용되고 있다. 이들 고체-상태 스위치는 전압 또는 바이어스의 제어된 인가를 통해서, 전도 상태와 비전도 상태 사이에서 전환된다. 그러나, 고체-상태가 스위치는 비전도 상태로 전환될 때 접점 사이에 물리적인 갭을 형성하지 않기 때문에, 이들 스위치는 명목상 비전도일 경우 전류 누설을 겪는다. 또한, 전도 상태로 작동하는 고체-상태 스위치는 내부 저항으로 인해서 전압 강하를 겪는다. 전압 강하 및 전류 누설은 스위치 성능 및 수명에 유해할 수 있는 통상의 작동 상황하에서 전력 발산 및 과열의 발생에 기여한다. 더욱이, 적어도 부분적으로 고체-상태 스위치와 관련된 고유의 전류 누설로 인해서, 회로 차단기 분야에서의 그들의 사용은 가능하지 않다.
미세전자기계 시스템(Micro-electromechanical systems : MEMS) 기반 스위칭 장치는 특정 전류 스위칭 분야에 있어서 상술한 대형-전자기계 스위치 및 고체-상태 스위치에 유용한 대안을 제공할 수 있다. MEMS 기반 스위치는 전류를 전도하도록 설정될 때 낮은 저항을 갖고 그리고 이를 통해 전류를 흐르게 하는 것을 차단하도록 설정될 때 낮은(또는 없음) 누설을 갖는 경향이 있다. 또한, MEMS 기반 스위치는 대형-전자기계 스위치보다 빠른 반응 시간을 나타내는 것으로 기대된다.
본 발명의 목적은 스위치 구조체와 같은 장치를 제공하는 것이다.
일 실시형태에 있어서, 스위치 구조체와 같은 장치가 제공된다. 스위치 구조체는 각각 기판상에 배치된 접점 및 전도성 요소를 포함할 수 있다. 전도성 요소는 실질적으로 금속성 재료로 구성될 수 있으며, 전도성 요소가 이격 거리로 접점으로부터 분리된 제 1 위치와, 전도성 요소가 접점에 접촉되고(그리고 몇몇 경우에 접점과 전기 통신이 설정됨) 기계적 에너지(예를 들면, 전도성 요소가 외부 힘의 부재시에 실질적으로 제 1 위치를 취하게 하기에 충분한 기계적 에너지)를 저장하는 제 2 위치 사이에서 변형하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 전도성 요소는 캔틸레버, 고정된 비임, 비틀림 요소 및/또는 다이아프램을 포함할 수 있다. 스위치 구조체는, 기판상에 배치되고, 전도성 요소를 제 2 위치를 향해 가압하도록 구성되어 정전기력을 가하기 위해 충전되게 구성된 전극을 포함한다.
또한, 전도성 요소는, 적어도 107초의 누적 시간 동안 대략 실온과 금속성 재료의 용융 온도 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형되는 것에 이어서, 외부 힘의 부재시의 이격 거리는 누적 시간에 걸쳐서 20% 미만으로 변화되도록 구성될 수 있다. 전도성 요소는 기판으로부터 연장되는 앵커와, 앵커로부터 캔틸레버되도록 앵커에 결합된 단부를 갖는 비임을 포함할 수 있다. 비임 및 앵커는 이들 사이에 일정 각도를 형성할 수 있으며, 전도성 요소는, 적어도 107초의 누적 시간 동안 대략 실온과 금속성 재료의 용융 온도 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형된 후에, 외부 힘의 부재시에 각도는 0.1%보다 작게 변화되도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 전도성 요소는, 전도성 요소가 대략 실온과 금속성 재료의 용융 온도의 대략 절반 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형될 때, 앵커내의 최대의 비국부적인 정상-상태 스트레인 비율은 약 10-12s-1보다 작게 유지되도록 구성될 수 있다. 몇몇 경우에, 전도성 요소는, 제 2 위치내로 전도성 요소의 최초 변형이 앵커내에 제 1 탄성 스트레인을 유도하고, 그리고 적어도 107초의 누적 시간 동안 대략 실온과 금속성 재료의 용융 온도 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형된 후에, 앵커가 제 1 탄성 스트레인의 대략 절반 미만의 최대의 비국부적인 전체 소성 스트레인을 겪도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 금속성 재료는 적어도 65원자% 니켈 및 적어도 1원자% 텅스텐의 합금을 포함할 수 있으며, 전도성 요소는, 전도성 요소가 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 변형될 때, 앵커내의 응력이 1000MPa 미만이도록 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 금속성 재료는 적어도 80원자% 금을 포함할 수 있으며, 전도성 요소는, 전도성 요소가 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 변형될 때 앵커내의 응력이 20MPa 미만이도록 구성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 비임은, 비임의 두께보다 약 200배 미만 그리고 또한 이격 거리의 대략 1000배 미만인 길이를 가질 수 있다. 또한, 접점은 캔틸레버형 비임의 자유 단부의 20% 이내에 있는 중첩 길이로 규정된 영역상에 전도성 요소에 대향하도록 배치될 수 있다. 접점 및 전도성 요소는 미세전자기계 장치 또는 나노전자기계 장치의 일부분일 수 있으며, 전도성 요소는 103m-1 이상 또는 동등의 표면적 대 체적 비율을 가질 수 있다.
접점 및 전도성 요소는 회로의 제 1 측면 및 제 2 측면에 각각 연결될 수 있으며, 상기 제 1 측면 및 제 2 측면은 상이한 전위차에 있다. 제 1 위치와 제 2 위치 사이의 전도성 요소의 변형은 각각 이를 통해 전류를 통과시키고 그리고 이를 통한 전류를 차단하도록 작동할 수 있다. 제 1 측면은 대략 1㎑ 미만 또는 동등의 주파수에서 진동하는 적어도 1㎃의 전류를 공급하도록 구성된 전력원을 포함할 수 있다.
다른 실시형태에서, 기판을 제공하는 단계와, 기판상에 접점을 형성하는 단계와, 기판상에 실질적으로 금속성 재료로 형성된 전도성 요소(즉, 103m-1 이상 또는 동등의 표면적대 체적 비율을 가짐)를 형성하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 전도성 요소는 기판으로부터 연장되는 앵커와, 앵커로부터 캔틸레버되도록 앵커에 결합된 단부를 갖는 비임을 포함할 수 있으며, 앵커 및 비임은 이들 사이에 일정 각도를 형성할 수 있다. 전도성 요소는, 대략 실온과 금속성 재료의 용융 온도의 대략 절반 사이의 온도에서, 전도성 요소가 이격 거리로 접점으로부터 분리된 제 1 위치와, 전도성 요소가 접점에 접촉되고 에너지를 저장하는 제 2 위치 사이에서 변형될 수 있으며, 전도성 요소는 적어도 107초의 누적 시간 동안 제 2 위치를 차지한다. 전도성 요소를 변형시키는 것에 이어서, 전도성 요소로부터 외부 힘이 제거될 수 있으며, 그 결과 전도성 요소는 제 1 위치로 리턴되고, 각도는 0.1% 이하로 변화된다. 몇몇 실시예에서, 전극은 기판상에 형성될 수 있으며, 전극은 제 2 위치를 향해 전도성 요소를 가압하도록 구성된 정전기력을 설정하도록 구성되어 있다. 또한, 접점 및 전도성 요소는 기판과 보호 캡 사이에 밀봉될 수 있다.
접점 및 전도성 요소는 회로의 대향 측면에 각각 연결될 수 있으며, 대향 측면은 이들이 분리될 때 상이한 전위에 있다. 전도성 요소는 이를 통해 각각 전류를 통과시키고 차단하도록 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 선택적으로 변형될 수 있다. 실시형태의 방법에서, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 전도성 요소를 선택적으로 변형시켜서 전도성 요소를 통해 각각 전류(즉, 적어도 약 1㎃의 진폭과 약 1㎑보다 작거나 동등의 진동 주파수를 가짐)를 통과시키고 차단시킬 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 사시도,
도 2는 도 1의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 3은 도 1의 스위치 구조체의 개략적인 부분 사시도,
도 4는 개방 위치에서의 도 1의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 5는 폐쇄 위치에서의 도 1의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 6a 내지 도 6c는 접촉 위치와 비접촉 위치 사이에서의 비임의 이동을 설명하기 위한 도 1의 스위치 구조체의 측면도,
도 7은 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 8은 도 7의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 9는 도 7의 스위치 구조체의 개략적인 부분 사시도,
도 10a 내지 도 10e는 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체를 제조하기 위한 프로세스를 도시하는 개략적인 측면도,
도 11은 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 사시도,
도 12는 도 11의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 13은 도 11의 스위치 구조체의 개략적인 부분 사시도,
도 14는 또다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 사시도,
도 15는 도 14의 스위치 구조체의 개략적인 측면도,
도 16은 도 14의 스위치 구조체의 개략적인 부분 사시도,
도 17은 또다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 사시도,
도 18은 또다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체의 개략적인 측면도.
본 발명의 이들 및 다른 특징, 실시형태 및 장점은 유사한 도면부호는 도면에서 유사한 부품을 가리키고 있는 첨부 도면을 참조하여 하기의 상세한 설명을 읽으면 보다 잘 이해될 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세하게 후술하며, 동일한 도면부호는 도면에 있어서 동일한 부분을 가리킨다. 이들 실시예들중 일부는 상기 및 다른 요구사항에 접근할 수 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체(100)의 몇몇 개략적인 도면이 도시되어 있다. 스위치 구조체(100)는 예를 들면 적어도 부분적으로 전도성 재료(예를 들면, 금속)로 형성된 패드일 수 있는 접점(102)을 포함할 수 있다. 또한, 스위치 구조체(100)는 실질적으로 전도성 재료(예를 들면, 금속)로 형성된 캔틸레버형 비임(104)과 같은 전도성 요소를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 또한 전도성 요소는 예를 들면 비임(104)상의 보호(그리고 가능하면 비전도성) 코팅 및/또는 접점(102)(후술함)에 접촉하도록 구성된 비임의 일부분상에 배치된 접촉 패드와 같은 다른 특징부를 포함할 수 있다. 비임(104)은 앵커(106) 및 베이스(107)에 의해 지지될 수 있으며, 이들 앵커(106) 및 베이스(107)는 비임과 일체일 수 있으며 그리고 기판(108)과 같은 하부 지지 구조체에 비임을 연결하는 역할을 할 수 있다. 또한, 접점(102)은 기판(108)에 의해 지지될 수 있다.
접점(102) 및 비임(104)을 기판(108)상에 배치하면, 종래의 미세가공 기술(예를 들면, 전기도금 증착, 사진석판술, 습식 및/또는 건식 에칭 등등)을 통한 스위치 구조체(100)의 제조를 용이하게 할 수 있다. 이들 라인을 따라서, 스위치 구조체(100)는 미세전자기계 장치 또는 나노전자기계 장치 또는 미세전자기계 시스템(microelectromechanical systems : MEMS)의 일부분을 구성할 수 있다. 예를 들면, 접점(102) 및 비임(104)은 1 또는 10의 마이크로미터 및/또는 나노미터의 정도의 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 비임(104)은 108m-1 보다 크거나 동등한 표면적대 체적 비율을 가질 수 있는 반면에, 다른 실시예에서 비율은 103m-1에 가까울 수 있다. 스위치 구조체(100)를 제조하기 위한 가능한 방법에 관련된 상세한 설명은 하기에서 상세하게 설명한다.
또한, 기판(108)은 예를 들면 이 기판에 그리고 기판 사이에 전기 접속부를 제공하도록 작용하는 MOSFET(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) 그리고 패턴형 전도성 층(도시하지 않음)과 같은 종래의 반도체 장치 및/또는 부품을 포함하거나 지지할 수 있다. 또한, 이러한 패턴형 전도성 층은 접점(102) 및 비임(104)(비임에의 접속은 예를 들면 앵커(106) 및 베이스(107)를 통해 이뤄짐)에 전기 접속부를 제공할 수 있으며, 상기 접속부는 도 1 및 도 2에 개략적으로 도시되고 후술된다. 스위치 구조체(100)의 특징부와 유사한 반도체 장치 및 전도성 층은 종래의 미세가공 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 기판(108)은 하나 또는 그 이상의 MOSFET을 포함하도록 가공된 반도체 웨이퍼일 수 있으며, 스위치 구조체(100) 및 다른 회로는 웨이퍼의 표면상에 형성된다. 스위치 구조체(100)는 MOSFET중 하나상에 배치될 수 있으며(예를 들면 웨이퍼의 표면에 수직인 라인은 MOSFET 및 스위치 구조체 양자와 교차한다), MOSFET를 따라서 작동 가능할 수 있다(이후에 설명됨). 다른 실시예에서, 기판(108)은 예를 들면 다이아몬드, 사파이어, 석영, 폴리이미드, 절연 금속 기판 등을 포함한, 반도체 웨이퍼 이외의 재료로 형성될 수 있다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 비임(104)은, 비임이 접점(102)으로부터 이격 거리(d)로 분리되어 있는 제 1의 비접촉 또는 "개방" 위치(예를 들면, 도 4)와, 비임이 접점으로 되어 접점과 전기 통신을 설정하는 제 2의 접촉 또는 "폐쇄" 위치(예를 들면, 도 5) 사이에서 별개로 이동 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 비임(104)은 접촉 위치와 비접촉 위치 사이에 이동될 때 변형을 겪도록 구성될 수 있으며, 그 결과 비임은 비접촉 위치에 자연히 배치될 수 있으며(예를 들면 외부에서 가해진 힘이 없이) 그리고 기계적인 에너지를 저장한 상태로 접촉 위치를 차지하도록 변형될 수 있다. 다른 실시예에서, 비임(104)의 비변형된 구성은 접촉 위치일 수 있다.
또한, 스위치 구조체(100)는 전극(110)을 포함할 수 있다. 전극(110)이 적절하게 충전되어, 전극과 비임(104) 사이에 전위차가 존재할 때, 정전기력은 전극을 향해 (그리고 또한 접점(102)을 향해) 비임을 끌어당길 것이다. 전극(110)에 가해질 전압을 적절하게 선택함으로써, 비임(104)은 비접촉(즉, 개방 또는 비전도) 위치로부터 접촉(즉, 폐쇄 또는 전도) 위치까지 비임을 이동시키기에 충분한 결과적인 정전기력에 의해 변형될 수 있다. 따라서, 전극(110)은 스위치 구조체(100)에 대해서 "게이트(gate)"로서 작용할 것이며, 전압("게이트 전압"이라고 함)이 전극에 가해져서 스위치 구조체의 개방/폐쇄를 제어하는 작용을 한다. 전극(110)은 게이트 전압원(112)과 통신될 수 있으며, 게이트 전압원은 선택적인 게이트 전압(VG)을 전극에 가할 수 있다.
접점(102) 및 비임(104)은 회로(114)의 일부분으로서 작용할 수 있다. 예를 들면, 회로(114)는 제 1 측면(116) 및 제 2 측면(118)을 구비하며, 이들은 서로 분리될 때 서로에 대해서 상이한 전위에 있다. 접점(102) 및 비임(104)은 회로의 측면(116, 118)중 어느 하나에 각각 연결될 수 있으며, 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 비임의 변형은 각각 이 비임을 통해 전류를 통과 그리고 차단시키는 작용을 한다. 비임(104)은 스위치 구조체(100)가 이용되는 응용분야에 의해 결정되는 주파수(균일하거나 균일하지 않음)에서 접점(102)과 접촉되고 분리되도록 반복적으로 이동될 수 있다. 접점(102) 및 비임(104)이 서로 분리될 때, 전위차 및 전압차가 접점과 비임 사이에 존재하며, 이러한 전압차는 "고립 전압(stand-off voltage)"이라고 한다.
일 실시예에서, 비임(104)은 (예를 들면, 앵커(106) 및 베이스(107)를 통해서) 전력원(120)과 통신될 수 있으며, 접점(102)은 부하 저항(RL)이라고 표현되는 전기 부하(122)와 통신될 수 있다. 전력원(120)은 전압원 및 전류원으로서 여러 경우에 작동될 수 있다. 이와 같이, 비임(104)이 전기 스위치로서 작용할 수 있어서, 부하 전류(즉, 약 1mA보다 크거나 동등한 진폭과 약 1㎑보다 작거나 동등의 진동 주파수를 가짐)가 비임이 접촉 위치에 있을 때 비임 및 접점(102)을 통해 전력원(120)으로부터 전기 부하(122)까지 흐르게 허용하며, 그리고 달리 전류 경로를 차단하고 비임이 비접촉 위치에 있을 때 전력원으로부터 부하까지 전류의 흐름을 방지한다. 상술한 전류 및 스위칭 주파수는 상대적으로 보다 높은 전력 분배 분야에서 이용될 수 있다. 다른 실시예에서, 스위치 구조체(100)가 신호 상황(종종 상대적으로 보다 낮은 전력에서 작동함)에서 이용되는 분야에서와 같이, 전력원(120)은 1㎑보다 큰 진동의 주파수를 갖는 10mA 또는 그 이하(그리고 1㎂ 범위까지 떨어짐)의 크기를 갖는 전류를 제공할 수 있다.
상술한 스위치 구조체(100)는 유사하거나 유사하지 않은 설계에서 전체 회로의 전류 및 전압 용량을 증가시키기 위해서 다른 스위치 구조체를 포함하는 회로의 일부분으로서 이용될 수 있다. 예를 들면, 스위치 구조체는, 스위치 구조체가 개방일 때(예를 들면, 스위치 구조체 사이의 상대적으로 일정한 전압의 분포) 고립 전류의 소망의 분포와, 스위치 구조체가 폐쇄일 때(예를 들면, 스위치 구조체 사이의 상대적으로 일정한 전류의 분포) 전류의 소망의 분포를 용이하게 하도록 연속하여 그리고 나란하게 배열된다.
스위치 구조체(100)의 작동 동안에, 비임(104)은 상술한 전극(110)에 의해 설정된 정전기력과 같은 외부에서 가해진 힘이 가해질 수 있으며, 이 힘은 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 비임이 변형되게 한다(즉, 접점(102)과 접촉되고 분리됨). 이들 힘은 가해질 수 있으며, 스위치 구조체(100)는 실온 이상의 대기 온도(사용 온도)에서 작동될 수 있지만, 종종 비임이 실질적으로 형성되는 재료의 용융 온도의 50% 미만 또는 심지어 30% 미만의 온도에서 작동될 수 있다. 또한, 스위치 구조체(100)가 몇 년 정도의 유효 수명으로 가공하도록 예상되는 분야(예를 들면, 상대적으로 보다 높은 전력 분포 분야)에 있어서, 비임(104)은 적어도 104초, 그리고 몇몇 경우에 106초 이상 또는 심지어 108초 이상의 누적 시간 동안 접점(102)과 접촉되어 유지될 수 있다. 또한, 접점(102)에 접촉하도록 변형될 때, 비임(104)은 상대적으로 높은 응력을 겪으며, 응력의 크기는 스위치 구조체(100)의 기하학적 형상과 비임이 실질적으로 형성되는 재료에 따라 좌우된다.
상기의 일 예로서, 스위치 구조체(100)는 약 100㎛의 길이(L), 약 25대 1의 종횡비(길이(L)대 두께(t)), 및 약 1 내지 3㎛의 접점(102)으로부터의 이격 거리(d)를 갖는 니켈(Ni)-12원자% 텅스텐(W)의 캔틸레버형 비임(104)을 포함할 수 있으며, 접점은 비임의 자유 단부에 대향되어 위치되며, 거리(L0)로 비임에 중첩된다. 이러한 기하학적 형상에 있어서, 비임이 접점(102)에 접촉하도록 변형될 때, 비임(104) 및/또는 앵커(106)의 상당한 부분에 100MPa 이상 그리고 600MPa 정도의 응력이 존재할 수 있다. 상술한 바와 같이, 몇몇 분야에 있어서, 비임(104) 및/또는 앵커(106)는 고장없는 사용 조건하에서 104초 또는 심지어 108초 정도로 긴 또는 그 이상일 수 있는 시간의 이러한 응력에 견딜 필요가 있다. 이들 응력은, 기하학적 불규칙부, 표면 거친부분 및 결함부 둘레와 같은 응력 집중 영역 주변에 존재할 수 있는 매우 국부적이고 그리고 종종 일시적인 응력으로부터 분리되는 것으로 예상된다.
캔틸레버형 비임(또는 다른 변형가능한 접촉 구조체) 및 관련 접점을 포함하는 스위치 구조체(예를 들면, 스위치 구조체(100))의 적당한 작동을 위해서, 비임이 접점과 접촉되도록 강제되는 외부 힘의 존재 또는 비존재(예를 들면, 전극(110)과 관련된 게이트 전압 및 대응하는 정전기력의 존재 또는 비존재)에 의해 규정되는 바와 같은 접촉 위치 또는 비접촉 위치중 한 위치를 비임이 취하는 것으로 종종 의도된다. 그러나, 다양한 조사관은, 금속성의 마이크로미터스케일의 캔틸레버형 비임(또는 다른 변형가능한 접촉 구조체)을 포함하는 스위치 구조체는 오작동되는 경향이 있고, 그로 인해 스위치 구조체의 성질이 의도하는 바와 같이 되지 않는 것을 관찰하였다. 이들 오작동은 일반적으로 표면 접착-관련 문제 연관된다. 특히, 마이크로미터스케일 비임(또는 다른 변형가능한 접촉 구조체)에 존재하는 큰 표면적대 용적 비율과 관련하여, 비임이 관련 접촉 패드와 접촉되는 자유 표면의 제거와 관련된 에너지 감소는 상당할 수 있거나, 심지어 변형 동안에 비임에 저장된 기계적인 에너지에 대해서 보다 높을 수 있다. 이와 같이, 이론적이지만, 캔틸레버형 비임 및 관련된 접점은, 비임의 내부 스트레인 에너지가 접점으로부터 비임의 분리를 유도하기에 불충분할 때, 2개가 접촉되도록 가압하는 외부 힘의 제거에 이어서 접착되어 유지된다.
주요한 이론과 반대로, 출원인은 금속성 작은 스케일의 캔틸레버형 비임을 포함하는 스위치 구조체의 고장은 비임 및 관련 접점의 접착으로 인한 것이 아니라 주로 비임의 하부형성 구성의 변화에 의한 것이라는 것을 관찰하였다. 즉, 관련 접점과 접촉되도록 비임을 가압하도록 외부 힘이 가해질 때, 비임은 "크리프(creep)"라고 하는 시간-의존성 소성 변형을 겪게 된다.
비임이 시간-의존성 소성 변형을 겪게 될 때, 비임의 비변형된 구성(즉, 비임의 형상이 외부 부하의 존재에 있는 것을 가정함)은 비접촉 위치에 있는 비임의 구성으로부터 비임이 접촉 위치에 있는 구성을 향해서 이동된다. 유사하게, 접촉 위치에 있을 때 비임과 처음에 관련된 기계적인 스트레인 에너지는 몇몇 경우에 거의 제로로 감소된다. 궁극적으로, 스위치 구조체는 비임과 관련 접점 사이의 접착으로 인해 고장날 수 있지만, 이러한 고장 메카니즘은 2차적이며, 접촉 위치에서의 비임과 관련된 기계적인 스트레인 에너지의 감소로 인한 것이다. 스위치 구조체와 관련된 비임의 시간-의존성 소성 변형은 비임이 형성되는 금속성 재료의 용융 온도의 50% 미만 또는 심지어 30% 미만의 대기 온도에서 종종 작동된다(또는 비임이 다중의 개별 금속성 재료로 형성된다면, 비임의 상당한 부분을 구성하는 금속중 하나와 관련된 최소 용융 온도의 50% 미만 또는 심지어 30% 미만의 온도).
본 출원인의 발견을 고려하여, 비임의 상당한 부분을 구성하는 금속중 하나와 관련된 최소 용융 온도의 50% 미만 또는 심지어 30% 미만의 온도를 포함한 사용 조건하에서, 비임(104)은 비임이 실질적으로 형성되는 금속성 재료의 시간-의존성 소성 변형으로 인한 비임의 영구 변형을 제한하도록 구성될 수 있다. 비임의 기계적인 성질이 구성 금속성 재료의 기계적인 성질에 의해 일반적으로 또는 중요하게 결정되는 경우, 비임(104)은 금속성 재료의 "실질적으로 형성된" 것으로 간주될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 스위치 구조체(100)의 작동 동안에, 비임(104)은 비임이 접점(102)으로부터 이격 거리(d)로 분리되어 있는 제 1(비접촉) 위치에 때때로 배치될 수 있다. 다른 때에는, 비임(104)은 비임이 접점(102)과 접촉되는 제 2(접촉) 위치에 배치될 수 있다. 비임(104)은 실온과, 금속성 재료의 용융 온도(또는, 금속성 재료가 많은 개별 금속성 재료를 포함하는 경우, 비임이 실질적으로 형성되는 금속성 재료중 하나의 용융 온도)의 대략 절반 사이의 온도에서 적어도 107초의 누적 시간 동안에 제 2(폐쇄) 위치로 변형될 수 있다. 이러한 변형의 결과, 외부 힘의 부재시에 비임(104)과 접점(102) 사이의 이격 거리(d)(즉, 누적 시간에 걸쳐서 임의의 시간에 취한 d의 측정이 서로 20% 이내인 결과를 발생시킴)가 누적 시간에 걸쳐서 20% 미만으로 변화되도록, 비임(104)은 기하학적으로 구성될 수 있다.
예를 들면, 도 6a 내지 도 6c를 참조하면, 시간 t0<0에서, 비임(104)은 비임이 이격 거리 d=d0으로 접점(102)으로부터 분리되어 있는 제 1(비접촉) 위치에 배치될 수 있다. 다음에, 힘(F)이 시간 t1=0에 비임(104)에 가해져서, 비임을 제 2(접촉) 위치로 변형시킬 수 있으며, 그 결과 비임이 접점(102)과 접촉하게 된다. 다음에, 비임(104)은 시간 t2=107초까지 제 2 위치에서 유지될 수 있으며, 이 지점에서 힘(F)은 제거될 수 있다. 힘(F)이 제거될 때, 비임(104)은 이격 거리 d=d1로 접점(102)으로부터 분리되는 제 1 위치를 취할 수 있다.
비임(104)에 의해 겪게 되는 응력은, 비임이 실질적으로 형성되는 금속성 재료의 소성 변형을 야기하는데 필요한 응력보다 작고 그리고 비임이 시간-의존성 소성 변형의 영향으로부터 완전히 자유로운 경우에, d0=d1이다. 유사하게, 제 2 위치에 비임(104)을 유지하기 위해 필요한 힘(F)과, 제 2 위치에 배치될 때 비임내에 저장된 기계적인 에너지의 양은 일정하게 유지된다. 그러나, 시간-의존성 소성 변형으로 인해서, 출원인은 d1이 종종 d0보다 작다는 것을 발견하였다. 또한, 접점(102)과 비임 사이의 이격 거리(d)가 스위치 구조체(100)가 적절하게 기능하게 하기에 충분하게 되는 것을 보장하도록 비임(104)이 구성될 수 있다.
예를 들면, 비임(104)은 d0≥d1≥0.8d0이 되도록 구성될 수 있다. 추가로 또는 선택적으로, 비임(104)은 비임이 외부 힘의 부재시에 제 1 위치(예를 들면 20% 이내)를 실질적으로 취하게 하기에 충분한 변형 동안에 에너지를 저장하도록 구성될 수 있다. 또한, 비임(104) 및 앵커(106)는 이들 사이에 각도(θ)를 형성할 수 있으며, 비임(104)은, 비임상에 작용하는 외부 힘의 부재시에 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 변형되는 비임의 결과로서 각도(θ)가 0.5% 미만으로 변화되고 그리고 몇몇 경우에 0.1% 미만으로 변화되도록 구성될 수 있다.
또한, 출원인은 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이 캔틸레버형 비임을 포함하는 스위치 구조체에 있어서, 비임(또는 비임이 달리 캔틸레버되어 있는 구조체)의 앵커내의 시간-의존성 소성 변형은 전체 비임의 구성의 영구 변화를 위한 중요한 원인일 수 있다는 것을 발견하였다. 이와 같이, 비임(104)은, 비임이 제 2 위치로 변형될 때, 앵커내의 최대의 비국부적인 정상상태 스트레인 비율이 약 10-12s-1 미만으로 유지되도록 구성될 수 있다. 선택적으로 또는 추가적으로, 비임(104)은, 앵커(106)에 의해 겪게 되는 전체 소성 스트레인이 비임이 접촉 위치로 최초 변형시에(비임내의 임의의 상당한 크리프 이전에) 앵커에 유도된 탄성 스트레인의 몇 %보다 작게 유지되도록 구성될 수 있다. 예를 들면, 제 2 위치로의 비임(104)의 최초 변형이 앵커(106)내의 제 1 탄성 스트레인을 유도하고, 그리고 그 후에 비임이 적어도 107초의 누적 시간 동안 제 2 위치로 변형된다면, 비임은, 앵커가 제 1 탄성 스트레인의 대략 절반 미만의 최대의 비국부적인 전체 소성 스트레인이 겪도록 구성될 수 있다.
비임(104)은 비임의 변형 동안에 앵커(106)에서 나타나는 응력을 역치 이하로 제한하도록 설계될 수 있으며, 과잉 소성 변형은 역치 이상으로 나타난다. 이러한 역치 응력은 비임(104)이 형성되는 온도, 적용내에서 허용될 수 있는 비임의 형상 변화의 양, 및 비임이 실질적으로 형성되는 재료(들)(재료(들)의 조성 및 미세구조 양자를 포함함)중 하나 또는 그 이상에 따라 좌우된다.
예를 들면, 스위치 구조체(100)가 비임(104)이 실질적으로 형성되는 재료(들)의 용융 온도의 대략 절반 미만의 온도에서 작동되는 분야에 있어서, 출원인은, 앵커의 비국부적인 부분(즉, 매우 국부적인 응력 집중 영역으로부터 분리됨)내의 응력이 구성성분 금속성 재료가 적어도 65원자% 니켈 및 적어도 1원자% 텅스텐의 합금을 포함하는 비임에 있어서 1000MPa 보다 작을 경우, 수용가능한 성능(예를 들면 107초 또는 심지어 108초 이상의 변형의 누적 시간에 걸쳐서 비임과 접점 사이의 이격 거리의 변화가 20% 미만임)이 성취될 수 있다는 것을 발견하였다. 다른 예로서, 출원인은, 앵커의 비국부적인 부분(매우 국부적인 응력 집중 영역으로부터 분리됨)에서의 응력이 구성성분 금속성 재료가 적어도 80원자% 금 및 적어도 20원자% 니켈을 포함하는 비임에 있어서 45MPa 및 20MPa보다 작을 경우, 1년과 20년의 시간 기간에 걸쳐서 수용가능한 성능이 성취될 수 있다는 것을 발견하였다. 또한, 출원인은, 순수 금으로 형성된 비임에 있어서, 앵커의 비국부적인 응력이 25MPa 미만일 경우, 1년의 시간 기간에 걸쳐서 수용가능한 성능이 성취될 수 있다는 것을 발견하였다.
결국, 비임(104)은 앵커(106)내의 응력 및/또는 소성 스트레인을 제한하도록 설계될 수 있다. 예를 들면, 도 7 내지 도 9를 참조하면, 스위치 구조체(200)는 접점(202)과, 전도성 재료(예를 들면, 금속)로 실질적으로 형성되는 캔틸레버형 비임(204)과 같은 전도성 요소를 포함할 수 있다. 비임(204)은 앵커(206) 및 베이스(207)에 의해 지지될 수 있으며, 이들 앵커(206) 및 베이스(207)는 비임과 일체일 수 있으며, 기판(208)과 같은 하부 지지 구조체에 비임을 연결하도록 작용할 수 있다. 또한, 접점(202)은 기판(208)에 의해 지지될 수 있다. 스위치 구조체(200)는 또한 비임(204)을 작동시키도록 구성된 전극(210)을 포함할 수 있다.
다양한 물리적 및/또는 설계 파라미터는 앵커(206)내의 응력에 영향을 줄 수 있다. 스위치 구조체(200)는 예를 들면 비임 길이(LB), 비임 폭(wB), 비임 두께(tB), 접점 길이(LC), 접점 폭(wC), 접점 두께(tC), 비임-접점 이격 거리(외부 힘의 부재시에)(dBC), 비임 전극 중첩 길이(LE)(비임(204)의 단부(205)로부터 측정됨), 전극 폭(wE), 비임-전극 이격 거리(외부 힘의 부재시에)(dbe), 비임 재료 또는 재료들(그리고 대응하는 재료 특성), 및 비임과 전극(210) 사이의 최대 전압 차이(VMAX)에 의해 특정화될 수 있다. 이들 파라미터(비임(204)의 재료의 선택과 예상되는 작동 온도와 관련됨)의 값을 적절하게 선택함으로써, 출원인은, 1년 또는 심지어 20년 이상의 스위치 구조체(20)의 작동 수명이 가능하도록 앵커(206)의 영역내의 응력이 충분히 낮게 되도록 스위치 구조체를 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
몇몇 실시예에서, 비임(204)의 두께(tB)는 적어도 1㎛일 수 있다. 약 1㎛ 또는 그 이상의 두께(tB)는 상승된 온도에서 계속되는 처리로 인해서 비임의 계속되는 변형이 제한될 수 있다. 비임(204)의 길이(LB)는 적어도 약 20㎛일 수 있다. 접점(202)은 비임의 자유 단부(205)의 20% 내에 있는 중첩 길이(L0)에 의해 형성된 영역에 걸쳐서 비임(204)에 대향하도록 배치될 수 있다. 전극(210)은 비임(204)의 자유 단부(205)의 50% 이내 그리고 몇몇 실시예에서 자유 단부의 20~30% 이내에 배치될 수 있다.
비임(204)은 길이(LB)를 가질 수 있으며, 이 길이(LB)는 두께(tB)보다 약 200배 미만이며, 또한 비임과 관련 접점(202) 사이의 이격 거리(dBC)의 약 1000배 미만이다. 비임(204)이 보다 큰 종횡비를 갖고 및/또는 보다 작은 거리로 접점(202)으로부터 분리되어 있는 경우, 접촉 위치로 변형될 때 비임에서 유도되는 응력은 상대적으로 낮을 수 있다. 그러나, 비임(204)의 길이가 증가될 때, 소정 영역에 위치될 수 있는 비임의 개수는 감소될 것이다. 또한, 이격 거리(dBC)가 감소될 때, 크리프-관련 변형 이외의 고장 메카니즘은 상당할 수 있다. 예를 들면, 비임(204) 및 접점(202)이 서로 접근할 때, 이들 사이의 흡인력은 소정의 전압 차이를 증가시키며, 이러한 흡인력은 비임이 접촉 위치(예를 들면 심지어 전극(210)에서 전압의 부재시에)를 의도하지 않게 취하게 하기에 충분히 크게 된다. 또한, 비임(204)과 접점(202) 사이의 영역은 예를 들면 전계 방출로 인해서 전기 방전을 보다 자주 겪게될 수 있다.
사용 동안에 상당한 크리프를 회피하기 위해서 비임(104, 204)을 구성함으로써, 비임과 접점(102, 202) 사이의 이격 거리(dBC)는 1년 이상 그리고 몇몇 경우에 20년(몇몇 분야의 요구조건)까지의 시간 동안 최초 값의 20% 내에서 적정하게 일정하게 유지될 수 있다. 즉, 비임(104, 204)이 비접촉 위치(비임이 접점(102, 202)으로부터 거리(dBC)로 이격되어 있는)로부터 가해진 힘에 의해 접촉 위치를 향해 가압되고 다음에 가해진 힘이 제거되는 각각의 경우에, 비임은 비접촉 위치로 실질적으로 리턴될 것이며, 그 결과 비임은 접점으로부터 거리(dBC)로 분리되며, dBC의 값은 20% 미만으로 변화된다.
스위치 구조체(200)의 다양한 설계 파라미터에 대한 값을 적절하게 선택함으로써(비임(204)의 재료 및 예상되는 작동 온도와 관련됨), 출원인은, 앵커(206)내의 영역내의 응력이 스위치 구조체(200)의 작동 수명(예를 들면, 비임(204)과 접점(202) 사이의 이격 거리의 변화가 20% 미만)이 1년 또는 심지어 20년 이상까지 가능하게 하도록 충분히 낮게 되도록 스위치 구조체를 제조할 수 있는 것을 발견하였다. 이하의 표 1은 본 출원인이 수용가능한 성능으로 관찰한 파라미터 값, 작동 온 및 비임 재료의 몇몇 조합을 제공하는 것이다.
파라미터 Au 비임 Ni - 12원자 % W 비임
작동 수명(년) 20 20
작동 온도(℃) 80 200
LB(㎛) 190 95
tB(㎛) 7 3
tC(㎛) 0.3 0.3
dBC(㎛) 0.4 1
LE/LB 0.2 0.2
Vmax(V) 21 120
실질적으로 금속성 재료로 형성된 상술한 스위치 구조체(100)의 제조와 관련된 프로세스 온도는 통상적으로 450℃ 미만이 적절하다. 이것은 실리콘으로부터 컨덕터를 형성하기 위해 필요한 온도, 즉 종래의 도핑 절차를 이용하는 경우 통상적으로 900℃ 이상인 온도와 대조적이다. 스위치 구조체(100)와 관련된 보다 낮은 처리 온도는 예를 들면 MOSFET와 같은 온도-민감 부품을 갖는 스위치 구조체의 집적화를 용이하게 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 도 1의 스위치 구조체(100)와 같은 상술한 스위치 구조체는 종래의 미세제조 기술을 이용하여 기판상에 제조될 수 있다. 예를 들면, 도 10a 내지 도 10e를 참조하면, 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체를 제조하기 위한 제조 프로세스의 개략적인 도면이 도시되어 있다. 우선, 기판(308)은 전극(310)과, 이 전극상에 배치된 접점(302)을 구비할 수 있다. 이산화규소(330)는 예를 들면 증착에 의해 부착될 수 있고, 전극(310) 및 접점(302)(도 10a)을 봉입하도록 패턴화된다. 다음에, 얇은 접착 층(332)(예를 들면, 티탄늄), 시드(seed) 층(334)(예를 들면, 금) 및 금속 층(336)(예를 들면, Ni-4원자% W)이 전기도금을 이용하여 부착될 수 있다(도 10b). 다음에, 포토레지스트(338)는 종래의 사진석판술을 이용하여 패턴화되며(도 10c), 그 후에, 금속, 시드 및 접착 층(336, 334, 332)은 비임(304)을 형성하도록 에칭되고, 이어서 포토레지스트가 제거된다(도 10d). 마지막으로, 비임(304)을 지지하고 그리고 전극(310) 및 접점(302)을 봉입하는 이산화규소(330)는 제거될 수 있다(도 10e). 그 후에, 비임(304)은 또한 예를 들면 약 300~450℃의 온도에서 보호 캡에 의해 밀폐될 수 있다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체(400)의 몇몇 도면이 도시되어 있다. 스위치 구조체는 접점(402)과, 전도성 재료(예를 들면, 금속)로 실질적으로 형성되는 캔틸레버형 비임(404)과 같은 전도성 요소를 포함할 수 있다. 비임(404)은, 비임과 일체일 수 있으며 그리고 비임을 기판(408)과 같은 하부 지지 구조체에 연결하도록 작용하는 앵커(406) 및 베이스(407)에 의해 지지될 수 있다. 또한, 스위치 구조체(400)는 비임(404)을 작동시키도록 구성된 전극(410)을 포함할 수 있다. 비임(404)은 폭(wB1)을 갖는 제 1 비임 부분(404a)과, 폭(wB2>wB1)을 갖는 제 2 비임 부분(404b)을 포함할 수 있다. 전극(410)은 폭(wB2)과 대체로 동일할 수 있는 폭(wE)을 가질 수 있다. 이러한 방법에서, 전극(410)에 의해 마련된 작동 힘은 제 2 비임 부분(404b) 및 전극의 대응하는 폭을 조정함으로써 조절될 수 있다. 또한, 제 2 비임 부분(404b)은 전극(410)의 길이(LE)와 대략 동일한 길이(LB2)를 가질 수 있다.
도 14 및 도 15를 참조하면, 다른 예시적인 실시예에 따라 구성된 스위치 구조체(500)의 몇몇 도면이 도시되어 있다. 스위치 구조체는 접점(502)과, 앵커(506) 및 베이스(507)에 의해 지지된 캔틸레버형 비임(504)을 포함할 수 있다. 또한, 스위치 구조체(500)는 비임(504)을 작동시키도록 구성된 전극(510)을 포함할 수 있다. 비임(504)은 폭(wB)을 구비할 수 있으며, 전극(510)은 비임의 폭과 상이할 수 있는 폭(wE)을 가질 수 있다. wE>wB인 경우, 전극(510)에 의해 발생되고 비임(504)상에서 작용하는 정전기력은 비임의 효율적 작동을 야기시켜서, 비임을 작동시키는데 필요한 에너지를 가능한한 낮게 한다. 접점(502)은 몇몇 개별 접촉 구조체(502a, 502b)를 포함할 수 있으며, 비임(504)은 서로 평행하거나 서로 직렬로 되어 있는 각 접촉 구조체에 전류를 제공할 수 있다.
도 17을 참조하면, 몇몇 실시예에서, 스위치 구조체(600)는 공통의 제 2 비임 부분(604c)에 연결된 다중의 제 1 캔틸레버 부분(604a, 604b)을 갖는 전도성 요소(604)를 포함할 수 있다. 도 18을 참조하면, 스위치 구조체(700)는 대향 접점(702) 및 비임(704)을 포함할 수 있다. 비임(704)은 비임이 작동될 때 접점(702)과 접촉되도록 구성된 돌출부(709)를 포함할 수 있다. 비임(704)의 이러한 구성은 관련 전극(710)의 두께(tE)와 대략 동등한 두께(tC)를 갖는 접점(702)을 촉진한다.
본 발명의 단지 특정 특징부를 도시하고 설명하였지만, 많은 변경 및 수정이 본 기술 분야에 숙련된 자들에 의해 이뤄질 수 있다. 예를 들면, 도 1의 스위치 구조체(100)의 전도성 요소는 캔틸레버형 비임으로 예시되었지만, 또한 다른 변형가능한 접촉 구조체는 예를 들면 고정된 비임, 비틀림 요소 및/또는 다이아프램을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 설명은 시간-의존성 변형을 방지하도록 구성된 모놀리식 금속성 층을 갖는 비임을 포함하고 있지만, 다른 실시예는 금속성 재료의 다중 층으로 실질적으로 형성된 비임을 포함할 수 있으며, 층의 각각(또는 대부분)은 시간-의존성 변형을 방지하도록 구성되어 있다. 따라서, 첨부된 특허청구범위는 본 발명의 정신 내에 있는 이러한 모든 변경 및 수정을 포함하는 것으로 의도된다.
100 : 스위치 구조체 102 : 접점
104 : 캔틸레버형 비임 106 : 앵커
107 : 앵커 108 : 기판
110 : 전극 112 : 게이트 전압원
114 : 회로 116 : 회로의 제 1 측면
118 : 회로의 제 2 측면 120 : 전력원
122 : 전기 부하 200 : 스위치 구조체
202 : 접점 204 : 캔틸레버형 비임
205 : 비임 단부 206 : 앵커
207 : 베이스 208 : 기판
210 : 전극 302 : 접점
304 : 비임 308 : 기판
310 : 전극 330 : 이산화규소
332 : 접착 층 334 : 시드 층
336 : 금속 층 338 : 포토레지스트
400 : 스위치 구조체 402 : 접점
404 : 캔틸레버형 비임 404a : 제 1 비임 부분
404b : 제 2 비임 부분 406 : 앵커
407 : 베이스 408 : 기판
410 : 전극 500 : 스위치 구조체
502 : 접점 502a, 502b : 접촉 구조체
504 : 캔틸레버형 비임 506 : 비임
507 : 베이스 510 : 전극
600 : 스위치 구조체 604 : 전도성 요소
604a, 604b : 제 1 캔틸레버 부분
604c : 제 2 비임 부분 700 : 스위치 구조체
702 : 접점 704 : 비임
709 : 돌출부 710 : 전극

Claims (10)

  1. 장치에 있어서,
    기판(108)과,
    상기 기판상에 배치된 접점(102)과,
    전기 전도성 요소 및 구조적 요소 양자로서 마련되고 상기 기판상에 배치되는 단일체의 구조체(single-piece structure)로서, 상기 기판으로부터 연장되는 앵커와 상기 앵커에 연결된 단부를 갖는 비임을 구비하고, 상기 구조체의 시간-의존성 소성 변형은 상기 구조체를 구성하는 금속성 재료의 시간-의존성 소성 변형에 의해 결정되도록 상기 금속성 재료로 구성되는, 상기 구조체를 포함하며,
    상기 구조체는, 상기 구조체가 이격 거리만큼 상기 접점으로부터 분리된 제 1 위치와, 상기 구조체가 상기 접점과 접촉되고 기계적 에너지를 저장하고 있는 제 2 위치 사이에서 변형가능하도록 구성되어 있으며,
    상기 구조체는, 적어도 107초의 누적 시간 동안 실온과 상기 금속성 재료의 용융 온도의 절반 사이의 온도에서 상기 제 2 위치로 변형된 이후에, 외부 힘의 부재시의 상기 이격 거리가 누적 시간에 걸쳐서 20% 미만만큼 변화되고,
    상기 금속성 재료는 적어도 65원자% 니켈 및 적어도 1원자% 텅스텐의 합금을 포함하며,
    상기 구조체에 대한 작동 힘은, wB(상기 비임의 폭) > wA(상기 앵커의 폭) 또는 wE(상기 접점을 포함하는 전극의 폭) > wB(상기 비임의 폭) 로 설정함으로써 조정되는
    장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체는 상기 제 2 위치에 있을 때 상기 접점과 전기 통신이 설정되는
    장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체는 변형 동안에 외부 힘의 부재시에 제 1 위치를 취하기에 충분한 에너지를 저장하도록 구성된
    장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 접점 및 상기 구조체는 미세전자기계 장치 또는 나노전자기계 장치의 일부분인
    장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 구조체는 캔틸레버인
    장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체가 실온과 상기 금속성 재료의 용융 온도의 절반 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형될 때, 상기 구조체는 상기 앵커내의 최대의 비국부적인 정상상태 스트레인 비율이 10-12s-1보다 작게 유지되도록 구성되어 있는
    장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체는, 상기 구조체의 제 2 위치로의 최초 변형이 상기 앵커내의 제 1 탄성 스트레인을 유도하고 그리고 적어도 107초의 누적 시간동안 실온과 상기 금속성 재료의 용융 온도의 절반 사이의 온도에서 제 2 위치로 변형된 후에, 상기 앵커가 상기 제 1 탄성 스트레인의 절반 미만의 최대의 비국부적인 전체 소성 스트레인을 겪도록 구성되는
    장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체는, 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 변형될 때, 상기 앵커내의 응력이 1000MPa 미만이도록 구성되는
    장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체는, 상기 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 변형될 때, 상기 앵커내의 응력이 20MPa 미만인
    장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 구조체는, 길이 및 두께를 갖는 비임을 포함하며, 상기 길이는 두께보다 200배 미만이며, 상기 이격 거리보다 1000배 미만인
    장치.
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