KR102565879B1 - 제어된 컨택 랜딩을 갖는 mems rf-스위치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 일반적으로 넓은 전압 동작 범위에 걸쳐 MEMS 스위치들의 컨택 저항의 양호한 제어 가능성을 획득하기 위한 기술에 관한 것이다.
Description
본 발명은 일반적으로 넓은 전압 동작 범위에 걸쳐 MEMS 스위치들의 컨택 저항의 양호한 제어 가능성을 획득하기 위한 기술에 관한 것이다.
MEMS 저항 스위치는 작동 전극에 전압을 인가함으로써 움직이는 가동성 플레이트를 포함한다. 일단 전극 전압이 스냅인 전압(snap-in voltage)이라고 지칭되는 특정 전압에 도달하면, 플레이트는 전극쪽으로 이동한다. 일단 전압이 릴리스 전압(release voltage)으로 낮춰지면 플레이트는 원래 위치로 되돌아간다. 상기 릴리스 전압은, 일반적으로 플레이트가 작동 전극에 가까울 때의 더 높은 정전기력으로 인해, 그리고, 플레이트와 이 플레이트가 전극에 더 가깝게 이동하게 되면 상기 플레이트가 접촉하게 되는 표면 간의 정지 마찰로 인해서, 상기 스냅인 전압보다 낮다. MEMS 디바이스의 스프링 상수는 풀인 전압 및 풀 오프 전압의 값을 결정한다.
스위치의 플레이트가 하향으로 작동될 때, 플레이트는 컨택 전극 상에 랜딩하고 이와 오믹 컨택을 한다. 양호한 오믹 컨택 저항을 얻기 위해서, 이러한 동작은, 충분하게 높은 전압이 풀다운 전극에 인가된 상태에서 MEMS 플레이트가 컨택 저항과 접촉하도록 풀 다운되는 것을 전형적으로 의미한다. 이러한 전압은 플레이트가 풀다운 전극 위에 위치한 유전체 층 상으로 2 차 랜딩하게 하며 이는 디바이스 동작에 대한 신뢰성 문제를 초래한다. 이는 유전체 층의 충전 및 작동 전압의 변동으로 이어질 수 있다.
공정 편차들로 인해, MEMS 디바이스의 작동 전압은 웨이퍼마다 및 로트마다 다를 수 있다. 이는 높은 수율을 얻는 것을 의미하며, 실제 작동 전압은 MEMS 작동 전압의 최대 예상 편차 이상이어야 한다. 낮은 전압에서 작동하는 디바이스는, 높은 전압에서 작동하는 디바이스에 비해 더 많은 전압 오버드라이브를 경험할 것이다. 이는 MEMS 디바이스와 컨택 전극 간의 접촉력에서의 큰 변동을 일으킬 수 있으며, 이는 바람직하지 않은 컨택 저항의 변동을 일으킬 수 있다.
따라서, 제어된 접촉력 및 이에 대응하는 컨택 저항을 여전히 가지면서 큰 동작 윈도우를 가질 수 있는 MEMS 스위치가 당업계에서 필요하다.
본 발명은 일반적으로 큰 동작 전압 윈도우에서 동작할 수 있는, 신뢰성있는 반복 가능한 컨택 저항을 야기하는 제어된 MEMS 디바이스 랜딩(landing)에 관한 것이다.
일 실시형태에서, MEMS(micro-electro-mechanical system) 디바이스는, 적어도 앵커 전극(anchor electrode), RF 전극(radio frequency electrode) 및 풀다운 전극(pull-down electrode)이 내부에 배치된 기판으로서, 상기 풀다운 전극은 그 내부에 배치된 복수의 아일랜드(islands)를 갖는, 상기 기판; 상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 스위칭 소자는 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자; 상기 풀다운 전극 상에 배치된 유전체층; 및 상기 아일랜드들에 각기 대응하는 위치들에서 상기 유전체 층 상에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers)을 포함한다.
다른 실시형태에서, MEMS 디바이스는, 적어도 앵커 전극(anchor electrode), RF 전극(radio frequency electrode) 및 풀다운 전극(pull-down electrode)이 내부에 배치된 기판으로서, 상기 풀다운 전극은 그 내부에 배치된 복수의 아일랜드(islands)를 갖는, 상기 기판; 상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 스위칭 소자는 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자; 상기 아일랜드들 상에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers); 및 상기 기판, 상기 컨택 스토퍼들 및 상기 풀다운 전극 상에 배치된 유전체층을 포함한다.
또 다른 실시형태에서, MEMS 디바이스는, 적어도 앵커 전극, RF 전극 및 풀다운 전극이 내부에 배치된 기판으로서, 상기 풀다운 전극은 그 내부에 배치된 복수의 아일랜드(islands)를 갖는, 상기 기판; 상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 스위칭 소자는 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자; 상기 풀다운 전극 상에 배치된 유전체층; 및 상기 아일랜드들에 각기 대응하는 위치들에서 상기 유전체 층 내에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers)을 포함한다.
이하에서는 상기한 본 발명의 특징들을 첨부된 도면을 참조한 실시예를 통하여 더 상세히 설명한다. 그러나, 첨부된 도면과 실시예들은 본 발명의 일 예에 지나지 않으며, 본 발명은 이에 의하여 한정되지 않고 다른 유사한 실시예들을 포함한다.
도 1a는 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 평면도이다.
도 1b는 다수의 병렬으로 동작하는 MEMS 스위치를 포함하는 오믹 스위치 셀의 개략적인 평면도이다.
도 1c는 다수의 병렬으로 동작하는 스위치-셀들을 포함하는 오믹 스위치 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른, 하향으로 작동되는, 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 단면도이다.
도 2c는 일 실시예에 따른 오믹 MEMS의 랜딩 바닥 표면부들의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도이다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소들은 특별한 설명이 없어도 다른 실시예들에도 유리하게 사용될 수 있다.
도 1b는 다수의 병렬으로 동작하는 MEMS 스위치를 포함하는 오믹 스위치 셀의 개략적인 평면도이다.
도 1c는 다수의 병렬으로 동작하는 스위치-셀들을 포함하는 오믹 스위치 어레이의 개략적인 평면도이다.
도 2a는 일 실시예에 따른 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 단면도이다.
도 2b는 일 실시예에 따른, 하향으로 작동되는, 오믹 MEMS 스위치의 개략적인 단면도이다.
도 2c는 일 실시예에 따른 오믹 MEMS의 랜딩 바닥 표면부들의 개략적인 평면도이다.
도 3a 내지 도 3g는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 개략도이다.
이해를 돕기 위하여, 도면에서 동일한 요소에 대해서는 동일한 참조부호가 사용되었다. 일 실시예에서 개시된 요소들은 특별한 설명이 없어도 다른 실시예들에도 유리하게 사용될 수 있다.
본 발명은 일반적으로 큰 동작 전압 윈도우에서 동작할 수 있는, 신뢰성있는 반복 가능한 컨택 저항을 야기하는 제어된 MEMS 디바이스 랜딩에 관한 것이다.
도 1a는 오믹 MEMS 스위치(100)의 개략적인 평면도이다. 상기 스위치는 RF 전극(102), 풀다운 전극(104) 및 앵커 전극(108)을 포함한다. 충분히 높은 전압이 풀다운 전극(104)에 인가되면, MEMS 스위치는 하향으로 작동하여, RF 전극(102)과 앵커 전극(108) 간에 오믹 접속을 형성한다.
도 1b는 다수의 MEMS 스위치(100)를 포함하는 오믹 스위치 셀(200)의 개략적인 평면도이다. 해당 셀 내의 모든 MEMS 스위치(100)는, 풀다운 전극(104) 상에 충분히 높은 전압을 인가함으로써 동시에 턴 온된다. 다수의 스위치가 병렬로 동작되기 때문에, RF 전극(102)과 앵커 전극(108) 간의 저항이 감소된다.
도 1c는 오믹 스위치 어레이의 개략적인 평면도를 도시한다. 이러한 어레이는 다수의 병렬으로 작동하는 스위치-셀들(200)을 포함한다. 각 셀의 RF 전극(102)들은 각 스위치 셀(200)의 일단에서 함께 접속되고, 앵커 전극들(108)은 각 스위치 셀(200)의 다른 단부에서 함께 접속된다. 모든 셀들이 턴 온되면, RF 전극(102)과 앵커 전극(108) 간의 저항이 더 감소된다. 동시에, 많은 스위치들이 병렬로 작동하기 때문에, 전체 스위치 어레이가 더 많은 전류를 처리할 수 있다.
도 2a는 일 실시예에 따른 오믹 MEMS 스위치의 단면도를 도시한다. 본 개시는 큰 동작 전압 윈도우를 허용하면서 컨택 상에서 제어된 랜딩 력(landing force)을 생성하는 방법을 설명한다.
MEMS 스위치는 기판(101) 상에 위치한 RF 전극(102), 풀다운 전극(104) 및 앵커 전극(108)을 포함한다. 풀다운 전극은 유전체층(202)으로 덮여 있으며, 이로서, 풀다운 상태에서 MEMS 스위치와 풀다운 전극 간의 단락이 방지된다. 전기적 절연 층(202)에 적합한 재료는 실리콘-산화물(silicon-oxide), 실리콘-이산화물(silicon-dioxide), 실리콘-질화물(silicon-nitride) 및 실리콘-옥시나이트라이드(silicon-oxynitride)를 포함하는 실리콘계 재료(silicon based materials)를 포함한다. 상기 층(202)의 두께는 전형적으로, 유전체 층에서 전계를 제한하기 위해, 50nm 내지 150nm의 범위 내에 있다. 부가적으로, 상기 디바이스는 앵커 전극(108)에 연결되지 않거나(도시된 바와 같음) 연결될 수 있는 추가적인 플레이트-랜딩 전극(204)을 포함한다. RF 전극(102)의 상단 상에는, RF 컨택부(contact)(206)가 배치되며, 이 컨택부는 풀 다운 상태에서 스위치 바디와 오믹 컨택를 형성한다. 앵커 전극(108)의 상단 상에는, MEMS 디바이스가 고정되는 앵커 컨택부(208)가 있다. 플레이트-랜딩 전극(106)의 상단 상에는, 플레이트-랜딩 컨택부(210)가 있다. 컨택부(206, 208, 210)에 사용되는 전형적인 재료는 Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo 및 이들의 조합을 포함한다.
스위치 소자는 비아들(216)의 어레이를 사용하여 함께 결합되는 도전성 층들(212, 214)로 구성된 스티프한 브리지(stiff bridge)를 포함한다. 이로써, 스티프한 플레이트 섹션 및 유연성 레그가 작동 전압을 허용 가능한 수준으로 유지할 수 있으면서 높은 접촉력을 제공할 수 있다. MEMS 브리지는 MEMS 브리지의 하부층(212)에 형성된 레그(leg)(216) 및 MEMS 브리지의 상부층(214)에 형성된 레그(218)에 의해 현수된다. MEMS 브리지의 상부층(214)은 비아(220)에 의해서, 앵커 시에, MEMS의 하부층(212)에 고정된다. MEMS 브리지의 하부 층은 비아(222)로 앵커 컨택부(208)에 고정된다. MEMS 스위치가 하향 작동될 때 RF 컨택부(206)로부터 MEMS 브리지로 주입되는 전류는, MEMS 브리지 및 레그(216, 218)를 통해, 양 방향으로, 스위치 본체의 양측에 각기 위치한 앵커 전극들(108)로 흐른다. 이들 레그들은 MEMS 브리지 내의 비아들(216)을 통해서 함께 결합되지 않기 때문에, 이들 레그들의 유연성은 적절한 동작 전압으로도 MEMS 브리지(212, 214)가 RF 컨택부(206) 및 플레이트-랜딩 컨택부(210)와 접촉하도록 풀 다운되게 충분하게 낮다.
추가 컨택 스토퍼들(contact stoppers)(224)은 풀다운 전극(104)으로 둘러싸인 소형 아일랜드들(islands)(226) 위에 위치한다. 충분히 높은 전압이 풀다운 전극에 인가되면, MEMS 브리지는 이들 컨택 스토퍼(224) 상에서 정지할 때까지 편향된다. 컨택 스토퍼들(224)은, MEMS 플레이트 변위를 실질적으로 증가시키지 않으면 서 풀다운 전극의 전압이 크게 증가될 수 있도록, 충분히 서로 가깝게 이격되어 있다. 소형 아일랜드들(226)은 풀다운 전극(104)으로부터 전기적으로 절연되어, 이들이 MEMS 브리지에 접촉하는 접촉 영역(224)에서의 전계를 감소시킨다.
도 2b는 하향 작동된 상태에서의 오믹 MEMS 디바이스를 도시한다. MEMS 브리지는 RF-컨택부(206), 플레이트-스토퍼 컨택부(210) 및 추가적인 컨택 스토퍼(224) 상에 놓여있다. 이러한 컨택부(206, 210)의 높이는 추가 컨택 스토퍼(224)의 높이보다 높다. 이는 MEMS 브리지가 RF 컨택부(206)를 둘러서 구부려지게 하며 이로써 큰 접촉력이 생성되게 한다. 이는 양호한 오믹 컨택을 위해 요구된다.
컨택부들(206, 210)과 추가적인 컨택 스토퍼들(224) 간의 높이 차이를 제어함으로써, 접촉력(따라서, 컨택 저항)이 제어될 수 있다. 인가된 전압의 추가 증가는 RF-컨택부(206) 상에서의 접촉력을 실질적으로 증가시키지 않으며, 따라서, 넓은 작동 전압 범위에 있어서 안정한 컨택 저항이 얻어질 수 있다. 또한, 추가적인 컨택 스토퍼들(224)의 높이를 제어함으로써, MEMS 브리지와 상기 풀다운 전극(104) 위의 유전체 층 간의 나머지 갭이 제어될 수 있으며, 이는 유전체 충전의 기회를 감소시킬 수 있다.
모든 요구되는 높이들이 동일한 기준 표면(요소들(102, 226, 204)의 상단)을 기준으로 하기 때문에, 안정된 프로세싱 윈도우가 얻어질 수 있다. 접촉력은 컨택부(206, 210)의 두께 및 추가적인 컨택 스토퍼(224) 및 유전체 층(202)의 두께에 의해 설정된다. 이러한 모든 두께들은 성막(deposition)으로 제어되기 때문에, 접촉력에 대한 우수한 제어가 가능하다.
도 2c는 MEMS-스위치의 제어된 랜딩 하단 표면의 개략적인 평면도를 도시한다. 이는 풀다운 전극들(104)에 의해 둘러싸인 격리된 아일랜드들(226) 위의 추가적인 컨택 스토퍼들(224)을 도시한다. 이들 추가적인 컨택 스토퍼들(224) 간의 근접 거리로 인해서, MEMS 플레이트는 이들 컨택 스토퍼들 상에 일단 랜딩되면, 더 아래로 풀링될 수 없다. 이로써, 풀다운 전극 위의 유전체 표면이 매우 높은 전계를 경험하지 못하며, 이는 작동 전압의 변화를 야기하는 유전체 충전을 방지한다.
도 3a 내지 도 3f는 일 실시예에 따른 다양한 제조 단계에서의 MEMS 오믹 스위치의 제어된 랜딩 하단 표면들의 개략도이다. 도 3a는 MEMS 스위치의 백플레인 출발 재료를 도시하고, 이는 RF 전극들(102), 풀다운 전극들(104), 절연된 아일랜드들(226), 플레이트 랜딩 전극들(204) 및 앵커 전극들(108)을 포함하는 복수의 전극을 갖는 기판(101)을 포함한다. 기판(101)은 단일 층 기판 또는 하나 이상의 상호 접속 층을 갖는 CMOS 기판과 같은 다층 기판을 포함할 수 있다. 또한, 전극(102, 104, 226, 204, 108)에 사용될 수 있는 적절한 재료는 상이한 재료들의 다층 스택을 포함하여, 질화 티타늄, 알루미늄, 텅스텐, 구리, 티타늄 및 이들의 조합을 포함한다.
도 3b는 추가 유전체 재료(예를 들어, 실리콘-이산화물)로의 갭 충진 및 후속하는 유전체 재료의 CMP(화학적 기계적 연마) 후의 결과를 도시한다. 통상적으로, 유전체의 표면은 금속 전극(102, 104, 226, 204, 108)의 표면 아래에 놓인다. 이러한 모든 금속 전극들의 상단 표면은 모두 같은 높이에 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 이어서, 기판은 풀다운 전극을 보호할 추가적인 유전체 층(202)으로 피복된다. 이러한 유전체 층(202)의 통상적인 두께는 이러한 유전체 층 내에서의 전계를 제한하기 위해, 50 내지 150nm이다.
도 3d에서, 추가적인 층이 성막되고 패터닝되어, 추가적인 기계적 스토퍼(224)를 제공한다. 이들 스토퍼(224)는 격리된 아일랜드(226)에 비해 크기가 크다. 금속 표면이 유전체 표면보다 높기 때문에, 랜딩된 MEMS 브리지와 접촉할 최종 영역은 격리된 아일랜드들(226)의 크기에 의해 결정된다. 상기 스토퍼(224)에 대한 재료의 선택는, 상기 스토퍼가 그 아래에 놓인 유전체층(202)에 대하여 양호한 선택도로 에칭될 수 있도록 이루어진다. 예를 들어, 상기 스토퍼 재료는 티타늄, 티타늄-질화물과 같은 금속 또는 실리콘-질화물 및 실리콘-옥시질화물과 같은 유전체로 구성될 수 있다. 스토퍼(224)의 통상적인 두께는 20 내지 50nm이다.
도 3e에서, RF 컨택부(206), 플레이트 컨택부(210) 및 앵커 컨택부(208)는 유전체층(202) 내에 비아를 개방하고, 컨택 재료를 성막하고, 이어서 컨택부(206, 208, 210)를 형성하도록 순차적으로 패터닝됨으로써, 생성된다. 컨택 층(210, 206, 208)에 사용되는 전형적인 재료는 Ti, TiN, TiAl, TiAlN, AlN, Al, W, Pt, Ir, Rh, Ru, RuO2, ITO 및 Mo 및 이들의 조합을 포함한다. 이러한 층의 두께는, 통상적으로, 어느 정도의 접촉력이 생성될 필요가 있는지에 따라서, 상기 층이 20 내지 80nm만큼 스토퍼(224) 위로 돌출하도록, 이루어진다.
도 3f는 스토퍼들(224)이 유전체층(202) 내부에 매입된 다른 실시예를 도시한다. 이러한 대안적인 실시예에서, MEMS 브리지는 스토퍼(224) 자체를 터치하는 대신에, 이들 스토퍼(224) 위의 유전체층(202)을 터치한다. 이는 매립된 컨택 층이며, 이는 도 3d에서 컨택 스토퍼들(224)를 패터닝한 후에 해당 표면 상단 상에 유전체층(202)을 추가로 성막시킴으로써 생성된다. 풀다운 전극(104) 상에 걸쳐서 동일한 총 유전체층(202) 두께로 마무리하기 위해서, 스토퍼(224) 패터닝 전후의 유전체 성막에 있어서 제 1 부분 및 제 2 부분의 두께가 감소될 수 있다.
도 3g는 컨택 층이 패터닝되어 금속 아일랜드들(226)의 상단 상에 직접적으로 스토퍼들(224)을 형성하고 이어서 유전체 층(202)으로 피복된 또 다른 실시예를 도시한다.
도 3e, 도 3f 및 도 3g의 세 가지 실시예 모두는 모두 동일한 높이에 있는 금속 전극(102, 104, 106)의 상단 표면들에 대한 컨택 높이들의 양호한 제어를 제공한다. 이러한 컨택 높이들은 유전체층(202), 스토퍼들(224) 및 전극들(206, 208, 210)을 형성하는데 사용되는 층들의 성막 두께들에 의해 결정되며, 이러한 성막 두께들은 제조 공정에서 정확하게 제어될 수 있다.
풀다운 전극 내의 아일랜드들 및 2 차 랜딩 위치에 대한 상이한 높이를 이용함으로써, MEMS 스위치의 컨택 저항이 넓은 전압 동작 범위에 걸쳐 제어될 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예들이 기술되었으나 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 이하의 청구범위에 의해 한정되는 범위 내에서 다른 또는 추가의 실시예들을 도출할 수 있을 것이다.
Claims (21)
- MEMS 디바이스로서,
적어도 앵커 전극(anchor electrode), RF 전극(radio frequency electrode), 및 복수의 아일랜드들(islands)이 배치된 풀다운 전극(pull-down electrode)이 내부에 배치된 기판;
상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자;
상기 풀다운 전극 상에 배치된 유전체 층; 및
상기 아일랜드들에 대응하는 위치들에서 상기 유전체 층 상에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers);을 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 1 항에 있어서,
상기 앵커 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 제 1 높이까지 연장되는 앵커 컨택부(anchor contact); 및
상기 RF 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 상기 제 1 높이까지 연장되는 RF 스토퍼;를 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 2 항에 있어서,
상기 컨택 스토퍼들 및 상기 유전체 층은 함께 상기 기판 위로 제 2 높이까지 연장되고, 상기 제 2 높이는 상기 제 1 높이보다 작은, MEMS 디바이스. - 제 3 항에 있어서,
상기 아일랜드들은 상기 풀다운 전극으로부터 전기적으로 절연되는, MEMS 디바이스. - 제 4 항에 있어서,
상기 기판에서 상기 앵커 전극과 풀다운 전극 사이에 배치되는 플레이트 랜딩 전극(plate landing electrode)을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 5 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 전극 상에 배치된 플레이트 랜딩 컨택부(plate landing contact)를 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 6 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 컨택부는 상기 제 1 높이만큼 상기 기판 위로 연장되는, MEMS 디바이스. - MEMS 디바이스로서,
적어도 앵커 전극, RF 전극, 및 복수의 아일랜드들이 배치된 풀다운 전극이 내부에 배치된 기판;
상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자;
상기 아일랜드들 상에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers); 및
상기 기판, 컨택 스토퍼들 및 풀다운 전극 상에 배치된 유전체 층;을 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 8 항에 있어서,
상기 앵커 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 제 1 높이까지 연장되는 앵커 컨택부(anchor contact); 및
상기 RF 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 상기 제 1 높이까지 연장되는 RF 스토퍼;를 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 9 항에 있어서,
상기 컨택 스토퍼들 및 유전체 층은 함께 상기 기판 위로 제 2 높이까지 연장되고, 상기 제 2 높이는 상기 제 1 높이보다 작은, MEMS 디바이스. - 제 10 항에 있어서,
상기 아일랜드들은 상기 풀다운 전극으로부터 전기적으로 절연되는, MEMS 디바이스. - 제 11 항에 있어서,
상기 기판에서 상기 앵커 전극과 상기 풀다운 전극 사이에 배치되는 플레이트 랜딩 전극(plate landing electrode)을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 12 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 전극 상에 배치된 플레이트 랜딩 컨택부(plate landing contact)을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 13 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 컨택부는 상기 제 1 높이만큼 상기 기판 위로 연장되는, MEMS 디바이스. - MEMS 디바이스로서,
적어도 앵커 전극, RF 전극, 및 복수의 아일랜드들이 배치된 풀다운 전극이 내부에 배치된 기판;
상기 기판 상에 배치된 스위칭 소자로서, 상기 앵커 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 RF 전극으로부터 제 1 거리만큼 이격된 제 1 위치 및 상기 RF 전극으로부터 제 2 거리만큼 이격된 제 2 위치로부터 이동 가능하며, 상기 제 2 거리는 상기 제 1 거리보다 작은, 상기 스위칭 소자;
상기 풀다운 전극 상에 배치된 유전체 층; 및
상기 아일랜드들에 대응하는 위치들에서 상기 유전체 층 내에 배치된 컨택 스토퍼들(contact stoppers);을 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 15 항에 있어서,
상기 앵커 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 제 1 높이까지 연장되는 앵커 컨택부(anchor contact); 및
상기 RF 전극 상에 배치되고 상기 기판 위로 상기 제 1 높이까지 연장되는 RF 스토퍼;를 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 16 항에 있어서,
상기 컨택 스토퍼들 및 유전체 층은 함께 상기 기판 위로 제 2 높이까지 연장되고, 상기 제 2 높이는 상기 제 1 높이보다 작은, MEMS 디바이스. - 제 17 항에 있어서,
상기 아일랜드들은 상기 풀다운 전극으로부터 전기적으로 절연되는, MEMS 디바이스. - 제 18 항에 있어서,
상기 기판에서 상기 앵커 전극과 풀다운 전극 사이에 배치되는 플레이트 랜딩 전극(plate landing electrode)을 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 19 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 전극 상에 배치된 플레이트 랜딩 컨택부(plate landing contact)를 더 포함하는, MEMS 디바이스. - 제 20 항에 있어서,
상기 플레이트 랜딩 컨택부는 상기 제 1 높이만큼 상기 기판 위로 연장되는, MEMS 디바이스.
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Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JP2011011325A (ja) | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | Ｍｅｍｓ素子 |
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|---|---|---|---|---|
| US7352266B2 (en) * | 2004-02-20 | 2008-04-01 | Wireless Mems, Inc. | Head electrode region for a reliable metal-to-metal contact micro-relay MEMS switch |
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|---|---|---|---|---|
| JP2011011325A (ja) | 2009-07-06 | 2011-01-20 | Murata Mfg Co Ltd | Ｍｅｍｓ素子 |
| US20150116893A1 (en) | 2012-04-09 | 2015-04-30 | Koji Hanihara | Electrostatic actuator, variable capacitance capacitor, electric switch, and method for driving electrostatic actuator |
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