KR20060123070A - 마이크로 전자기계적 시스템 스위치 - Google Patents

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Abstract

마이크로 전자기계적 시스템(MEMS) 스위치는 고정 접촉부(24) 및 전기자(30)상의 가동 접촉부(35)를 포함한다. 스위치는, 정전 스위치 동작을 제공하기 위한 고정 및 가동 접촉부들과 연관된 전극들(22, 34) 및 전압을 인가할 때 전기자를 구부리고 정전기 스위칭 및 클램핑 이후에 초기 압전 스위치 동작을 제공하기 위한 전극들(36, 40)과 연관된 압전 재료를 갖는다. 전기자는 제로 전압이 인가되는 스위치 개방 조건에 있을 때 고정 접촉부로부터 떨어져 구부러지는 곡선 모양이다. 이것은, 정전 스위치 폐쇄에 적당한 압전기 동작에 의해 감소된 오프 상태시 큰, 예를 들면 3pm 스위치 갭을 제공한다. 곡선 조건은 전기자 두께에 걸쳐 스트레인을 가변시킴으로써 제공되고, 스위치의 제조 동안 형성된다.
마이크로 전자기계적 시스템(MEMS) 스위치, 전기자, 압전 재료, 정전 스위치 구동, 압전 스위치 구동

Description

마이크로 전자기계적 시스템 스위치{Micro electromechanical system switch}
본 발명은 마이크로 전자기계적 시스템(Micro Electromechanical System; MEMS) 스위치에 관한 것이다.
마이크로 전자 기계적 시스템들(MEMS)은 반도체 재료들에서 실리콘 처리 기술에 의해 통상적으로 만들어진 공지된 종류의 장치이고, 셔터들, 구동기들, 릴레이들, 밸브들 등 같은 종래 전자 기계적 장치들 및 바이메탈 빔들(bimetallic beams) 같은 열적 기계적 장치들에 대한 대안으로서 개발되었다.
MEMS의 예들은, 전기 접촉부가 예를 들면 마이크로파 시스템의 신호 라인에 만들어질 필요가 있는 스위치들에 사용된다. 마이크로파 시스템의 두 부분들은 고정된 고정 접촉 패드 상에 및 상기 패드 상으로부터 가동 아암(moveable arm) 또는 전기자상 스위치 접촉부를 떨어져 기계적 이동시킴으로써 요구된 바와 같이 접속 및 분리될 필요가 있다. 정전 구동(electrostatic actuation)은 MEMS 스위치들에 사용된 공지된 기술이다. 그러한 구동은 캐패시턴스 변화율 및 인가된 전압 차의 제곱에 비례하는 힘을 두 개의 도전성 물체들 사이에 제공한다. 두 개의 충전된 도전체들 사이의 힘은 분리시 역의 제곱에 따라 변화한다.
고착 접촉들(sticking contacts)은 빈번한 MEMS 스위치 장치들의 결함 원인이다. 고착(stiction)은 반데르 발스 힘들(Van der Waals forces) 같은 접촉 인터페이스에서 표면 상호작용으로부터 발생하거나 접촉부("핫" 접촉 용접)에서 고전류 밀도들 또는 상승된 온도들에 의해 이루어질 수 있다. 스위치들은 통상적으로, 적당한 정적 복원력을 제공하기 위하여 충분한 기계적 견고함을 제공하도록 설계된다.
접촉 재료의 주의깊은 선택, 및 접촉이 최대 영역(저전류 밀도)을 가지는 것을 보장하는 것은, 스위치를 릴리스하기 위해 고착력을 최소화하는 방향으로 진행하지만, 고착력을 전체적으로 제거하지는 않는다. 상기 구조는 폐쇄 조건들 하에서 높은 정적 기계적 리턴 힘을 가지도록 설계되지만, 이것은 매우 높은 구동 전압들(정전 구동을 가정함)을 요구하는 구조를 유발한다.
전기자 접촉이 정적 접촉부와 근접하여 있을 때, 및 전기자 접촉이 정적 접촉부에 평행할 때 정전 구동기로부터 최대 힘이 얻어진다.
스위치가 개방 위치에 있을 때 우수한 절연 특성을 위한 요구는, 스위치 접촉부들 사이의 갭이 3㎛ 이상인 것을 요구한다. 최대 스위칭 시간에 대한 요구는 전기자의 크기 상의 상한 제한치를 정하고, 우수한 리턴 힘에 대한 요구는 견고성에서 하한치를 부과한다.
전기자의 교차 압전 구동은 MEMS 스위치들을 동작시키기 위한 다른 공지된 기술이다. 상기 구동은 구동하에서 상기 영역에서 전기자의 포물선 굴곡을 유발한다. 상기 굴곡은 빔 팁 편향도(beam tip deflection)가 압전층 양단 전압에 직접 비례하여 변한다. 압전 구동으로 발생하는 접촉력들은 낮은 경향이 있다. 접촉력들이 우수한 전기 접촉부를 보장하기 위하여 높은 것이 바람직하다.
상기 문제들은 본 발명에 따라 이중 구동 메카니즘, 즉 전기자의 굴곡과 함께, 압전과 연관된 정전 동작, 또는 전열 또는 전자기 동작의 사용에 의해 감소된다.
본 발명에 따라, 전기자 상에 고정 접촉부(fixed contact) 및 가동 접촉부(moveable contact)를 포함하는 마이크로 전자기계적 시스템 스위치에 있어서,
정전 스위치 동작(electrostatic switch operation)을 제공하기 위한 상기 고정 및 가동 접촉부들과 연관된 전극들; 및
전압을 인가할 때, 상기 전기자를 구부리고 압전 스위치 동작(piezoeletric switch operation)을 제공하기 위한 연관된 전극들을 갖는 압전 재료(piezoelectric material)를 포함하고,
상기 전기자는, 제로 전압이 인가되는 스위치 개방 조건 시에 상기 고정 접촉부로부터 떨어져 구부러지는 곡선 모양이고,
상기 스위치 구성은, 상기 압전 재료의 동작이 상기 고정 접촉부쪽으로 상기 전기자를 구부리고, 상기 정전 전극으로부터의 정전기력(electrostatic force) 하에서 상기 고정 및 가동 접촉부들을 클램핑(clamping)하기 위해 상기 가동 접촉부를 고정된 전극과 실질적으로 평행한 배열로 구부리는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 기술될 것이다.
도 1은 개방 상태 또는 제로 전압 인가 상태에서 전기자가 고정 접촉부로부터 떨어져 구부러지는 MEMS의 개략도.
도 2는 평행하게 이격된 위치에서 정전 전극들을 가진 부분적으로 폐쇄된 상태의 도 1의 스위치를 도시한 도면.
도 3은 완전히 폐쇄된 조건에서 도 1의 스위치를 도시한 도면.
도 4는 도 2의 부분적으로 스위치된 상태에서 릴리스 전에 제조된 MEMS 스위치의 단면도.
도 5는 도 4의 스위치 평면도.
도 1-3에 도시된 바와같이 이중 정전기 및 압전 구동 MEMS 스위치(1)는 고정 접촉부(3) 및 얇은 절연층(5)으로부터 코팅된 하부 정전 전극(4) 자체를 구비한 기판(2)을 포함한다. 전기자(6)는 기판에 고정된 하나의 단부 및 가동 물결 모양 접촉부(7)를 구비하는 자유 외부 단부를 가진다. 전기자(6) 자체는 상부 금속층(8), PZT의 압전층(9), 중앙 금속 층(10), 절연 기계적 층(11), 및 가동 접촉부(7)를 구비한 하부 금속 층(12)의 샌드위치 구성이다.
개방 상태, 즉 전압 오프 상태의 스위치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 곡선 모양 프로파일을 가지도록 제조된다. 이런 곡선은 구성요소 층들에 다른 스트레스 양들을 제공하기 위하여 제조 단계들의 제어에 의해 얻어진다.
도 2는 전압들이 층들의 길이의 팽창 및 결과적으로 전기자(6)의 펴짐으로 인한 압전층(9) 양단 전극들(8, 10)에 인가되는 부분적으로 스위칭된 상태를 도시한다. 이 조건에서 전기자(6)는 똑바르고 하부 정전 전극(4) 및 하부 층(12)(정전기 구동기의 일부를 형성함)은 작은 간격을 가지고 서로 평행하다. 이 스테이지에서 정전 전극들(4, 12)은 전기자(6)가 도 3에 도시된 스위치 폐쇄 조건들이도록 에너지가 인가된다. 폐쇄 후, 도 3에서, 압전기 요소(9)는 인가된 전압을 제거함으로써 스위치 오프되고, 스위치는 정전 전극들(4, 12)에 전압의 계속된 인가에 의해 클램프, 폐쇄 조건을 유지한다.
이런 폐쇄된 조건의 도 3에서, 전기자의 구성요소 부분들은 스트레인(strain) 상태에 있다. 따라서 정전 스위치 전압의 제거 후, 접촉부들은 도 1의 자유 조건으로 다시 전기자 스프링들로서 분리된다. 만약 요구되면, 역 전압은 고정 접촉부(3)에서 떨어진 전기자(6)를 구부리는 것을 돕도록 압전 재료(9)에 인가될 수 있다.
통상적으로, MEMS 스위치들은 2GHz하에서 >50 dB의 절연으로 45GHz까지의 광대역 범위에 걸쳐 0.2dB 이하의 측정된 삽입 손실들로 동작한다.
본 발명에 따른 예시적인 MEMS 스위치의 단면도는 릴리스 전에 제조된 것으로 도 4에 도시된다. 이것은 동일 평면 도파 무선 주파수 전송 라인(또는 CPW) 및 외부 및 내부 스위치 전극들(25, 26) 각각을 포함하는 패턴화된 금속 층을 보유한 실리콘 이산화물의 전기 절연층(20)으로 캡핑된 실리콘 기판(21)을 포함한다. CPW는 두 개의 그라운드 평면들(22, 23) 및 전송 라인(24)을 포함한다. 그라운드 평면(22)은 질화 실리콘을 절연하는 얇은, 예를 들면 0.2㎛ 층(27)으로 커버되고 정 전기 구동을 위하여 하부 전극을 형성한다.
전기자(30)는 스위치 전극들(25, 26) 상에 고정된 하나의 단부 및 전기 제어하에서 상하로 이동시키기에 자유로운 다른 단부를 가진 기판(21)상에서 이격된다. 전기자(30)는 패턴화된 제 1 금속 층(33)을 그 하부 표면에 보유한 1㎛ 두께의 질화 실리콘 층에 의해 형성된다. 이 층(33)은 상부 정전 전극을 제공하는 전극(34)내에 형성되고 내부 스위치 전극(26)에 전기적으로 접속된다. 제 1 금속 층은 스위치가 동작될 때 전송 라인(24) 내에 브레이크(42)의 어느 한 측면을 접촉하도록 배열된 물결 모양들을 가진 가동 전극(35)을 형성한다. 질화 실리콘 층(38)의 상부에는 비아(35)를 통하여 상부 정전 전극(34)에 접속하는 제 2 금속 층이 있고, 상기 질화 실리콘 층은 1㎛ 두께의 납-지르콘산염-티타네이트(또는 PZT) 압전 재료 층(37) 하에서 하부 전극(36)을 형성하도록 패턴화된다. PZT 층(37)은 유전체 층(39)으로 캡핑된다. 압전층(37) 상에는 비아들(31, 41)(vias)을 통하여 외부 스위치 전극(25)에 접속하는 상부 압전 구동 전극(40)이 있다. 캡핑 층(39)은 상부 압전 구동 전극(40)으로부터 하부 압전 구동 전극(36)을 절연한다. 참조 번호(43)는 처리 단계들 동안 사용된 희생 층을 가리키고, 추후에 기술된 바와 같이 제거된다.
전압 오프 조건일 때 도 1에 도시된 바와 같이 동작시 전기자(30)는 위쪽으로 구부러진다. 스위치를 폐쇄하기 위하여, 전압들은 두 개의 앵커(anchor) 전극들(25, 26)에 인가되어 PZT 층(37)이 도 4 상태 또는 심지어 그 이하로 전기자(30)를 팽창 및 구부린다. 이 조건에서 정전 전극들(22 및 34)은 실질적으로 평평하게 인접하여 있다. CPW 그라운드 평면(22) 및 상부 정전 전극(34) 사이의 인가된 전 압 차이는 가동 스위치 접촉부들(35)이 전송 라인(24)과 접촉하고 스위치가 폐쇄된 상태에 있을 때까지 전기자의 하향 이동을 보충하는 전극들 사이의 인력을 유발한다. 이런 시점에서 전압은 PZT 층(37)(외부 앵커 패드(25)에 대한 신호를 제거함으로써)으로부터 제거되고 스위치는 정전기력으로 견고하게 클램프된다.
스위치를 개방하기 위하여, 전압은 정전 전극(26,34)으로부터 제거되어 전기자(30)에 저장된 스트레인 에너지는 전송 라인(24) 위쪽 및 맞물림이 해제되는 쪽으로 가동 접촉부(35)를 이동시킨다. 만약 필요하면, PZT 층(37)은 길이를 축소하고 전기자(30)의 상향 이동을 강화하도록 역 바이어스된다.
도 4의 스위치는 다음 제조 단계들에 의해 제조될 수 있다.
모든 층들은 상업적으로 이용할 수 있는 처녀의 실리콘 웨이퍼들 상에 제조된다. 이들은 통상적으로 0.1Ωcm이하의 저항을 가지게 붕소 도핑(p 타입)되어, 선택적 저항 금속 접촉이 기판(21)에 이루어진다.
이산화 실리콘 막의 전기 절연층은 웨이퍼들 상에서 성장/증착된다. 접촉 홀들은 벌크 기판 접촉이 추후 처리 단계들에서 이루어지도록 이 층에서 에칭될 수 있다(예를 들면, 반응 이온 에칭, RIE에 의해).
금속막(구성요소들 22-26)은 그 다음 증착되고(예를 들면, 스퍼터 증착에 의해) 포토리소그래피를 사용하여 패턴화된다. 이 과정에서, 웨이퍼들은 포토레지스트로 코팅되고, 포토레지스트는 적당한 마스크로 노출되고, 노출된 포토레지스트는 하부 층에 추후 패턴 전사를 위하여 목표된 에칭 마스크를 형성하도록 현상된다. 포토레지스트를 패터닝한 후, 하부층은 에칭되고(예를 들면, RIE에 의해) 포토레지 스트는 제거된다(예를 들면, RIE에 의해). 이런 리소그래피, 증착 및 에칭 시퀀스는 웨이퍼의 표면상에 3차원(3D) 구조를 형성하도록 반복된다. 이런 고정된 금속 층은 전극 상호접속부들 및 본드 패드들을 형성한다.
얇은 유전체 층(27)(질화 실리콘 같은)은 증착되고(예를 들면, 플라즈마 강화 기상 증착 또는 PECVD에 의해), 포토리소그래피를 사용하여 패턴화된다. 이 층은 의도되지 않은 전기 접촉부들로부터 고정된 금속을 보호하고 하부 정전 전극(22)을 절연시킨다.
희생 층(43)(폴리아미드, 비결정질 실리콘 등 같은)은 증착된다(예를 들면, 레지스트 스피닝에 의해). 이런 층은 평탄화 정도를 제공할 수 있고 전기자(30)를 형성하는 구조적 가동 층들을 자유롭게 하기 위하여 제조 과정의 종료시 릴리스 처리(RIE 릴리스 또는 습식 에칭 릴리스 처리)시 제거된다.
물결 모양들은 포토리소그래피 및 희생 층의 타임 에칭(timed etch)에 의해 희생층에 형성될 수 있다.
접촉 홀들(31, 32)은 가동 기계적 층들 및 고정된 금속 층 사이의 전기적 및 기계적 접속들을 인에이블하기 위하여 희생 층에서 에칭된다.
도전 금속층(33)이 증착되고(예를 들면, 스퍼터링에 의해) 포토리소그래피에 의해 패턴화된다. 이 층은 정전기 구동을 위한 상부, 가동 전극(34) 및 RF 스위칭 동작을 위한 도전층(35) 양쪽을 형성한다.
기계적 유전층(PECVD 질화 실리콘 같은)은 증착되고 다음에 패턴화된다. 이 층은 스위치 전기자에 탄성 기계적 층(38)을 형성한다. 면내 스트레스들(in-plane stresses) 및 면외 스트레스들에서의 기울기(gradients)는 릴리스된 스위치 전기자의 몇몇 곡률 제어를 위하여 참조 [1,2]에 기술된 바와 같이 이 층에서 제어될 수 있다. PECVD 증착 처리(예를 들면, RF 전력)에서 가변하는 처리 파라미터들은 상기 제어를 허용한다.
도전층은 증착 및 패턴화된다. 이 층은 스위치시 압전 재료층(37)에 대한 하부 전극(36)을 형성한다. 이 층은 비금속들(란탄 니켈 같은)을 포함하는 도전층들의 결합을 포함하고 압전 재료층(37)(예를 들면, 페로브스카이트(perovskite))의 적당한 단계에 핵형성(nucleation)을 위한 적당한 표면을 제공하여야 한다.
압전층(37)은 증착되고(예를 들면, 금속 유기 화학 기상 증착) 및 패턴화된다(예를 들면 포토리소그래피 및 RIE에 의해).
얇은 캡핑 유전층(39)(예를 들면, PECVD 질화 실리콘)은 하부 압전기 전극(36) 및 추후 도전층들 사이에 의도되지 않은 전기 접촉을 방지하기 위하여 증착 및 패턴화된다. 이 층에서 스트레스는 릴리스된 스위치 전기자에서 곡률의 추가 제어를 위하여 제어될 수 있다.
제 3 금속층은 증착 및 패턴화된다. 이 층은 상부 압전기 전극(40)을 형성하고, 전극(36)과 관련하여 압전층(38)에 전기장이 인가되게 한다. 이 층은 외부 앵커 패드(25)와 접촉을 형성한다.
추후 유전층은 증착되고(제어된 스트레스를 가짐) 릴리스된 스위치 전기자에서 곡률의 범위 및 영역들의 추가 제어를 위하여 패턴화된다.
상기 처리 다음에는 스위치 전기자가 압전층(그러나 실질적으로 어느 곳에서 나 평평함)을 포함하는 전기자의 영역 상에서 위쪽으로 구부러지게 하는 작은 희생층으로 형성되게 한다. 이런 상향 곡률은 RF를 스위칭하는 가동 접촉부(35) 및 RF를 보유한 고정된 금속층(24) 사이에 큰 갭(>3미크론)을 유발한다. 이것은 절연 비율에 대한 우수한 절연 및/또는 삽입 손실을 인에이블한다.
참조
[1] R.J. Bozeat, K.M. Brunson; "Stress control in low temperature PECVD sillicon nitride for highly manufacturable micromechanical devices", Micromechanics Europe, Ulvic(Norway), 1998.
[2] R.R. Davies, K.M. Brunson, M. McNie, D.J. Combes; "Engineering In-and Out-of-Plane stress in PECVD Silicon Nitride for CMOS-Compatible Surface Micromachining", SPIE Microfabrication and Micromachining Oct 2001, California, USA.

Claims (5)

  1. 전기자(30) 상에 고정 접촉부(fixed contact)(24, 42) 및 가동 접촉부(moveable contact)(35)를 포함하는 마이크로 전자기계적 시스템 스위치에 있어서,
    정전 스위치 동작(electrostatic switch operation)을 제공하기 위한 상기 고정 및 가동 접촉부들과 연관된 전극들(22, 34); 및
    전압을 인가할 때, 상기 전기자(30)를 구부리고 압전 스위치 동작(piezoeletric switch operation)을 제공하기 위한 연관된 전극들(36, 40)을 갖는 압전 재료(piezoelectric material)(37)를 포함하고,
    상기 전기자는, 제로 전압이 인가되는 스위치 개방 조건 시에 상기 고정 접촉부(24)로부터 떨어져 구부러지는 곡선 모양이고,
    상기 스위치 구성은, 상기 압전 재료(37)의 동작이 상기 고정 접촉부(24)쪽으로 상기 전기자를 구부리고, 상기 정전 전극(22, 34)으로부터의 정전기력(electrostatic force) 하에서 상기 고정 및 가동 접촉부들을 클램핑(clamping)하기 위해 상기 가동 접촉부(35)를 고정된 전극과 실질적으로 평행한 배열로 구부리는 것을 특징으로 하는, 마이크로 전기기계적 스위치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 고정 접촉부는 전송 라인 접촉부들이고, 상기 가동 접촉부는 마이크로파 시스템의 부분들을 스위칭하기 위한 스위치 접촉부인, 마이크로 전기기계적 스위치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가동 접촉부는 신호 라인의 두 개의 전기적으로 절연된 부분들을 함께 접속하기 위한 적어도 두 개의 돌출부들(protuberances)을 갖는 스위치 접촉부인, 마이크로 전기기계적 스위치.
  4. 기판(21) 상에 장착되고 분리되는 가동 전기자(30)를 갖는 마이크로 전자기계적 시스템 스위치를 제공하는 방법으로서:
    고정 접촉부(24)를 형성하는 고정된 금속 층, 정전 스위치 구동 전극들(22) 및 전기 상호접속부들(25, 26)을 보유하는 기판(21)을 제공하는 단계; 및
    전기 스위칭, 전극(34) 정전기 구동을 위한 적어도 하나의 가동 스위치 접촉부(35) 및 두 개의 전극들(36, 40) 사이의 압전 재료(37) 층을 보유하는 기계적 층(38)을 갖는 전기자를 제공하는 단계를 포함하고,
    상기 층들은, 자유 상태에서 상기 전기자가 상기 기판으로부터 떨어져 구부러지는 곡선 조건을 채용하도록 두께에 걸쳐 가변하는 면내 스트레스(in-plane stress) 및/또는 스트레스 기울기(stress gradient)를 갖는 스위치를 포함하고,
    상기 스위치 구성은, 상기 압전 재료(37)의 동작이 상기 전기자(30)를 상기 기판(20)쪽으로 구부리고, 정전기력 하에서 상기 고정 스위치 접촉부(24)에 상기 가동 스위치 접촉부(35)를 클램핑하기 위해 상기 가동 정전기 구동 전극(34)을 상기 고정 정전 전극(22)과 실질적으로 평행한 배열로 구부리는, 마이크로 전자기계적 시스템 스위치 제공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 고정된 금속층은 동일 평면 도파(waveguide) 전송 라인의 일부를 형성하고, 상기 고정 접촉부는 상기 전송 라인의 일부인, 마이크로 전자기계적 시스템 스위치 제공 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100959454B1 (ko) * 2007-12-10 2010-05-25 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR20140026786A (ko) * 2012-08-23 2014-03-06 엘지디스플레이 주식회사 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법

Families Citing this family (43)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7085121B2 (en) 2002-10-21 2006-08-01 Hrl Laboratories, Llc Variable capacitance membrane actuator for wide band tuning of microstrip resonators and filters
US7098577B2 (en) * 2002-10-21 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc Piezoelectric switch for tunable electronic components
US7656071B2 (en) * 2002-10-21 2010-02-02 Hrl Laboratories, Llc Piezoelectric actuator for tunable electronic components
EP1726048B1 (en) * 2003-12-22 2008-09-10 Nxp B.V. Electronic device
JP2007522609A (ja) * 2003-12-22 2007-08-09 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ピエゾ電気材料でできたマイクロ電気機械スイッチを備える電子装置
US7323805B2 (en) * 2004-01-28 2008-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same
JP2005302711A (ja) * 2004-03-15 2005-10-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd アクチュエータおよびその制御方法およびこれを用いたスイッチ
JP4344942B2 (ja) * 2004-12-28 2009-10-14 セイコーエプソン株式会社 インクジェット式記録ヘッドおよび圧電アクチュエーター
US7633213B2 (en) * 2005-03-15 2009-12-15 Panasonic Corporation Actuator, switch using the actuator, and method of controlling the actuator
JP4504237B2 (ja) 2005-03-18 2010-07-14 富士通株式会社 ウエットエッチング方法、マイクロ可動素子製造方法、およびマイクロ可動素子
EP1880403B1 (en) * 2005-05-02 2012-06-13 Epcos Ag Capacitive rf-mems device with integrated decoupling capacitor
JP4586642B2 (ja) * 2005-06-14 2010-11-24 ソニー株式会社 可動素子、ならびにその可動素子を内蔵する半導体デバイス、モジュールおよび電子機器
JP4580826B2 (ja) * 2005-06-17 2010-11-17 株式会社東芝 マイクロメカニカルデバイス、マイクロスイッチ、容量可変キャパシタ、高周波回路及び光学スイッチ
KR100726436B1 (ko) * 2005-07-27 2007-06-11 삼성전자주식회사 정전기력 및 압전력에 의해 구동되는 멤스 스위치
US7623007B2 (en) * 2005-10-19 2009-11-24 Panasonic Corporation Device including piezoelectric thin film and a support having a vertical cross-section with a curvature
KR20070053515A (ko) * 2005-11-21 2007-05-25 삼성전자주식회사 Ｒｆ 멤스 스위치 및 그 제조방법
JP4728866B2 (ja) * 2006-04-13 2011-07-20 株式会社東芝 共振回路、フィルタ回路および発振回路
EP1852687A1 (en) * 2006-05-04 2007-11-07 Koninklijke Philips Electronics N.V. Integrated temperature sensor
JP4893112B2 (ja) * 2006-06-03 2012-03-07 株式会社ニコン 高周波回路コンポーネント
KR100840644B1 (ko) * 2006-12-29 2008-06-24 동부일렉트로닉스 주식회사 스위칭 소자 및 그 제조 방법
JP2008238330A (ja) * 2007-03-27 2008-10-09 Toshiba Corp Ｍｅｍｓ装置およびこのｍｅｍｓ装置を有する携帯通信端末
US7830066B2 (en) 2007-07-26 2010-11-09 Freescale Semiconductor, Inc. Micromechanical device with piezoelectric and electrostatic actuation and method therefor
US7956429B1 (en) * 2007-08-02 2011-06-07 Rf Micro Devices, Inc. Insulator layer based MEMS devices
US7732991B2 (en) 2007-09-28 2010-06-08 Freescale Semiconductor, Inc. Self-poling piezoelectric MEMs device
JP4561813B2 (ja) 2007-11-09 2010-10-13 セイコーエプソン株式会社 アクティブマトリクス装置、電気光学表示装置、および電子機器
KR101385398B1 (ko) * 2008-04-08 2014-04-14 엘지전자 주식회사 멤즈 스위치 및 그의 구동 방법
JP2010284748A (ja) * 2009-06-11 2010-12-24 Toshiba Corp 電気部品
US8736404B2 (en) * 2009-10-01 2014-05-27 Cavendish Kinetics Inc. Micromechanical digital capacitor with improved RF hot switching performance and reliability
DE102010002818B4 (de) * 2010-03-12 2017-08-31 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines mikromechanischen Bauelementes
US8797127B2 (en) * 2010-11-22 2014-08-05 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. MEMS switch with reduced dielectric charging effect
CN102290708B (zh) * 2011-04-29 2013-03-27 上海交通大学 Mems可动电极式火花隙开关
FR2977885A1 (fr) * 2011-07-12 2013-01-18 Commissariat Energie Atomique Procede de realisation d'une structure a electrode enterree par report direct et structure ainsi obtenue
CN102616731B (zh) * 2012-03-27 2016-02-03 上海华虹宏力半导体制造有限公司 Mems器件的制造方法
JP5616391B2 (ja) * 2012-04-25 2014-10-29 株式会社アドバンテスト アクチュエータ装置、試験装置、および試験方法
US9251984B2 (en) * 2012-12-27 2016-02-02 Intel Corporation Hybrid radio frequency component
CN104555884B (zh) * 2013-10-14 2017-04-12 原相科技股份有限公司 具有增强结构强度的微机电元件
CN104183426B (zh) * 2014-09-04 2016-06-15 上海工程技术大学 一种高度集成的电磁双稳态mems继电器及其制备方法
JP6581849B2 (ja) * 2015-09-01 2019-09-25 アズビル株式会社 微細機械装置
JP6511368B2 (ja) * 2015-09-01 2019-05-15 アズビル株式会社 微細機械装置
JP6601071B2 (ja) * 2015-09-02 2019-11-06 Ｔｄｋ株式会社 Ｍｅｍｓスイッチ及び電子機器
US10580605B2 (en) * 2015-11-23 2020-03-03 University Of Utah Research Foundation Very low power microelectromechanical devices for the internet of everything
WO2017171868A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Intel Corporation Package-integrated hybrid haptic actuators
US10439581B2 (en) * 2017-03-24 2019-10-08 Zhuhai Crystal Resonance Technologies Co., Ltd. Method for fabricating RF resonators and filters

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205029C1 (en) 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
CA2156257A1 (en) 1993-02-18 1994-09-01 Hans-Jurgen Gevatter Micromechanical relay having a hybrid drive
US5463233A (en) * 1993-06-23 1995-10-31 Alliedsignal Inc. Micromachined thermal switch
JPH0714490A (ja) 1993-06-25 1995-01-17 Matsushita Electric Works Ltd 静電駆動型リレー
JP3139413B2 (ja) * 1997-05-15 2001-02-26 日本電気株式会社 静電マイクロリレー
US6057520A (en) * 1999-06-30 2000-05-02 Mcnc Arc resistant high voltage micromachined electrostatic switch
GB2353410B (en) * 1999-08-18 2002-04-17 Marconi Electronic Syst Ltd Electrical switches
US6359374B1 (en) * 1999-11-23 2002-03-19 Mcnc Miniature electrical relays using a piezoelectric thin film as an actuating element
JP3538109B2 (ja) * 2000-03-16 2004-06-14 日本電気株式会社 マイクロマシンスイッチ
JP2002075156A (ja) 2000-09-01 2002-03-15 Nec Corp マイクロスイッチおよびその製造方法
JP2002100276A (ja) * 2000-09-20 2002-04-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 微小機械スイッチ
US6504118B2 (en) * 2000-10-27 2003-01-07 Daniel J Hyman Microfabricated double-throw relay with multimorph actuator and electrostatic latch mechanism
WO2003028059A1 (en) 2001-09-21 2003-04-03 Hrl Laboratories, Llc Mems switches and methods of making same
US7098577B2 (en) * 2002-10-21 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc Piezoelectric switch for tunable electronic components
JP4408266B2 (ja) * 2004-04-22 2010-02-03 日本碍子株式会社 マイクロスイッチ及びその製造方法
KR100726436B1 (ko) * 2005-07-27 2007-06-11 삼성전자주식회사 정전기력 및 압전력에 의해 구동되는 멤스 스위치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100959454B1 (ko) * 2007-12-10 2010-05-25 주식회사 동부하이텍 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR20140026786A (ko) * 2012-08-23 2014-03-06 엘지디스플레이 주식회사 마이크로 전자기계 시스템 스위치 및 그 제조 방법

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