RU2794468C1 - Integral nanoemechanical tunnel switch - Google Patents
Integral nanoemechanical tunnel switch Download PDFInfo
- Publication number
- RU2794468C1 RU2794468C1 RU2022134920A RU2022134920A RU2794468C1 RU 2794468 C1 RU2794468 C1 RU 2794468C1 RU 2022134920 A RU2022134920 A RU 2022134920A RU 2022134920 A RU2022134920 A RU 2022134920A RU 2794468 C1 RU2794468 C1 RU 2794468C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- electrostatic actuator
- movable
- fixed electrode
- area
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к области микросистемной техники и может быть использовано в интегральной электронике для коммутации сигналов.The present invention relates to the field of microsystem technology and can be used in integrated electronics for switching signals.
Известен наноэлектромеханический переключатель на основе пленки нанокристаллического графена, нанесенной на изолирующие подложки (см. “Large-Scale Nanoelectromechanical Switches Based on Directly Deposited Nanocrystalline Graphene on Insulating Substrates” J. Sun, M.E. Schmidt, M. Muruganathan, H.M. Chong, H. Mizuta. Nanoscale, 8(12), 6659-6665 - March 2016, https://doi.org/10.1039/c6nr00253f), содержащий подложку, контактную область, электростатический актюатор, два основания нижнего электрода, две контактных области нижнего электрода электростатического актюатора, а также изолирующий слой, два основания верхнего электрода, две контактных области верхнего электрода электростатического актюатора, верхний электрод электростатического актюатора, упругую пленку, выполненную из нанокристаллического графена, причем упругая пленка, являющаяся функционально подвижным нижним электродом, представляет собой вытянутый прямоугольник, лежащий в плоскости, параллельной плоскости подложки, но не касающийся непосредственно подложки, выполненный из тонких слоев нанокристаллического графена таким образом, что его противоположные узкие концы технологически закреплены между двумя изолирующими основаниями нижних электродов с нижней стороны пленки и двумя проводящими нижними электродами с верхней стороны пленки, обеспечивая ее натяжение; неподвижный верхний электрод представляет собой проводящую металлическую прямоугольную балку, параллельную плоскости подложки и перпендикулярную упругой пленке, закрепленную с обоих концов на соответствующих изолирующих основаниях верхнего электрода, и примыкающую к соответствующим контактным областям верхнего электрода, и расположен таким образом, что возвышается над двумя проводящими нижними электродами и над упругой пленкой, образуя с последней зазор, при этом изолирующие основания верхнего электрода, как и нижнего, выполнены на полупроводниковой подложке; контактная область образована неподвижным верхним электродом и подвижным нижним, сформированным из упругой пленки, натянутой между основаниями нижнего электрода; электростатический актюатор структурно объединен с контактной областью, т.е. их подвижные и неподвижные электроды совпадают.Known nanoelectromechanical switch based on nanocrystalline graphene film deposited on insulating substrates (see “Large-Scale Nanoelectromechanical Switches Based on Directly Deposited Nanocrystalline Graphene on Insulating Substrates” J. Sun, M.E. Schmidt, M. Muruganathan, H.M. Chong, H. Mizuta. Nanoscale, 8(12), 6659-6665 - March 2016, https://doi.org/10.1039/c6nr00253f) containing a substrate, a contact area, an electrostatic actuator, two bottom electrode bases, two electrostatic actuator bottom electrode contact areas, and also an insulating layer, two bases of the upper electrode, two contact areas of the upper electrode of the electrostatic actuator, the upper electrode of the electrostatic actuator, an elastic film made of nanocrystalline graphene, and the elastic film, which is a functionally movable lower electrode, is an elongated rectangle lying in a plane parallel to plane of the substrate, but not directly touching the substrate, made of thin layers of nanocrystalline graphene in such a way that its opposite narrow ends are technologically fixed between two insulating bases of the lower electrodes on the lower side of the film and two conductive lower electrodes on the upper side of the film, providing its tension; the fixed upper electrode is a conductive metal rectangular beam parallel to the plane of the substrate and perpendicular to the elastic film, fixed at both ends on the corresponding insulating bases of the upper electrode, and adjacent to the corresponding contact areas of the upper electrode, and is located in such a way that it rises above the two conductive lower electrodes and above the elastic film, forming a gap with the latter, while the insulating bases of the upper electrode, as well as the lower one, are made on a semiconductor substrate; the contact area is formed by a fixed upper electrode and a movable lower electrode formed from an elastic film stretched between the bases of the lower electrode; the electrostatic actuator is structurally integrated with the contact area, i.e. their movable and fixed electrodes coincide.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, контактная область, электростатический актюатор, основание неподвижного электрода, неподвижный электрод электростатического актюатора, неподвижный электрод контактной области.Signs of the analog, coinciding with the essential features, are the substrate, the contact area, the electrostatic actuator, the base of the fixed electrode, the fixed electrode of the electrostatic actuator, the fixed electrode of the contact area.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются снижение чувствительности устройства при переходе к наноразмерным проектным нормам; неудовлетворительная масштабируемость конструкции в целом; технологические сложности в обеспечении необходимого зазора между подвижным и неподвижным электродами в следствие того, что пленка из нанокристаллического графена чувствительна к режимам различных технологических операций (травление, сушка) прежде всего в виду разных коэффициентов температурного расширения материалов; залипание контакта; отсутствие возможности микроподстройки и юстировки устройства.The reasons hindering the achievement of the technical result are the decrease in the sensitivity of the device during the transition to nanoscale design standards; unsatisfactory scalability of the design as a whole; technological difficulties in providing the necessary gap between the movable and fixed electrodes due to the fact that the nanocrystalline graphene film is sensitive to the modes of various technological operations (etching, drying), primarily in view of the different coefficients of thermal expansion of materials; contact sticking; the lack of the possibility of micro-tuning and adjustment of the device.
Известен интегральный микроэлектромеханический переключатель для управления питанием интегральных схем (см. “Back-end-of-the-line MEMS switches for power management, ESD and security”, N. Tazin, D.G. Saab, M. Tabib-Azar, ESD and security. Preprints 2018, 2018120268 (doi: 10.20944/preprints201812.0268.v1). Online access. <https://www.preprints.org/manuscript/201812.0268/v1>), содержащий подложку, контактную область, электростатический актюатор, контактные области нижнего электрода электростатического актюатора, а также изолирующий слой, служащий основанием верхнего и нижнего электродов, контактные области верхнего электрода электростатического актюатора, верхний подвижный электрод электростатического актюатора, представляющий собой П-образный упругий участок металлического проводника состава Pt/Al/Cu/W/Fe, выполненный таким образом, что верхний его сегмент, параллельный плоскости подложки и перпендикулярный нижнему неподвижному электроду, образует с последним зазор, а боковые сегменты опираются на изолирующий слой и переходят в расположенные на этом слое контактные области верхнего электрода электростатического актюатора; неподвижный нижний электрод представляет собой протяженный участок металлического проводника прямоугольной формы, расположенный на изолирующем слое, и концы которого образуют контактные области нижнего электрода электростатического актюатора, а средняя его часть, функционально являющаяся нижним электродом электростатического актюатора, находится под верхним подвижным электродом электростатического актюатора, при этом контактные области нижнего электрода электростатического актюатора, нижний электрод электростатического актюатора и контактные области верхнего электрода электростатического актюатора, выполнены на изолирующем слое; электростатический актюатор структурно объединен с контактной областью, т.е. их подвижные и неподвижные электроды совпадают.An integrated microelectromechanical switch for power management of integrated circuits is known (see “Back-end-of-the-line MEMS switches for power management, ESD and security”, N. Tazin, D.G. Saab, M. Tabib-Azar, ESD and security. Preprints 2018, 2018120268 (doi: 10.20944/preprints201812.0268.v1).Online access. electrode of the electrostatic actuator, as well as an insulating layer that serves as the base of the upper and lower electrodes, the contact areas of the upper electrode of the electrostatic actuator, the upper movable electrode of the electrostatic actuator, which is a U-shaped elastic section of the metal conductor of the composition Pt/Al/Cu/W/Fe, made in such a way that its upper segment, parallel to the plane of the substrate and perpendicular to the lower fixed electrode, forms a gap with the latter, and the side segments rest on the insulating layer and pass into the contact areas of the upper electrode of the electrostatic actuator located on this layer; the fixed lower electrode is an extended section of a rectangular metal conductor located on the insulating layer, and the ends of which form the contact areas of the lower electrode of the electrostatic actuator, and its middle part, which is functionally the lower electrode of the electrostatic actuator, is located under the upper movable electrode of the electrostatic actuator, while the contact areas of the lower electrode of the electrostatic actuator, the lower electrode of the electrostatic actuator and the contact areas of the upper electrode of the electrostatic actuator are made on an insulating layer; the electrostatic actuator is structurally integrated with the contact area, i.e. their movable and fixed electrodes coincide.
Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются подложка, изолирующий слой, контактная область, электростатический актюатор, неподвижный электрод электростатического актюатора, неподвижный электрод контактной области.Similar features, coinciding with the essential features, are the substrate, the insulating layer, the contact area, the electrostatic actuator, the fixed electrode of the electrostatic actuator, the fixed electrode of the contact area.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: неудовлетворительная масштабируемость конструкции в целом; влияние температуры на динамику переключения; залипание контакта; отсутствие возможности микроподстройки и юстировки устройства.The reasons hindering the achievement of the technical result are: unsatisfactory scalability of the design as a whole; influence of temperature on switching dynamics; contact sticking; the lack of the possibility of micro-tuning and adjustment of the device.
Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является трехконтактный наноэлектромеханический переключатель в изолирующей жидкой среде (см. «3-Terminal Nanoelectromechanical Switching Device in Insulating Liquid Media for Low Voltage Operation and Reliability Improvement», J.O. Lee, M.W. Kim, S.D. Ko, H.O. Kang, W.H. Bae, M.H. Kang, K.N. Kim, D.E. Yoo, J.B. Yoon), содержащий полуизолирующую подложку, несущую балку, подвижный электрод, неподвижный электрод, подвижный электрод электростатического актюатора, неподвижный электрод электростатического актюатора, якорную область подвижного электрода, контакт к подвижному электроду, а также жидкую изолирующую среду.Of the known closest in technical essence to the claimed object is a three-terminal nanoelectromechanical switch in an insulating liquid medium (see "3-Terminal Nanoelectromechanical Switching Device in Insulating Liquid Media for Low Voltage Operation and Reliability Improvement", J.O. Lee, M.W. Kim, S.D. Ko, H.O. Kang, W.H. Bae, M.H. Kang, K.N. Kim, D.E. Yoo, J.B. Yoon), containing a semi-insulating substrate, a carrier beam, a movable electrode, a fixed electrode, a movable electrode of an electrostatic actuator, a fixed electrode of an electrostatic actuator, an anchor region of a movable electrode, a contact to a movable electrode, as well as a liquid insulating medium.
Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются полуизолирующая подложка, несущая балка, подвижный электрод, неподвижный электрод, подвижный электрод электростатического актюатора, неподвижный электрод электростатического актюатора, якорная область подвижного электрода, контакт к подвижному электроду.Signs of the prototype, coinciding with the essential features, are a semi-insulating substrate, a carrier beam, a movable electrode, a fixed electrode, a movable electrode of an electrostatic actuator, a fixed electrode of an electrostatic actuator, an anchor area of a movable electrode, a contact to a movable electrode.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются отсутствие возможности обеспечения туннельного контакта; залипание контакта; отсутствие возможности микроподстройки и юстировки устройства, возможно работа только в режиме наноэлектромеханического ключа.The reasons hindering the achievement of the technical result are the inability to provide tunnel contact; contact sticking; the lack of the possibility of micro-tuning and adjustment of the device, it is possible to work only in the mode of a nanoelectromechanical key.
Задача предполагаемого изобретения состоит в обеспечении малых значений тока утечки за счет эффекта туннелирования носителей заряда между подвижным и неподвижным электродами, повышении энергоэффективности, решении проблемы залипания контактов.The objective of the proposed invention is to provide low values of leakage current due to the effect of tunneling of charge carriers between the movable and stationary electrodes, increase energy efficiency, and solve the problem of sticking contacts.
Для достижения необходимого технического результата в трехконтактный наноэлектромеханический переключатель, содержащий полуизолирующую подложку, несущую балку, подвижный электрод, неподвижный электрод, подвижный электрод электростатического актюатора, неподвижный электрод электростатического актюатора, якорную область подвижного электрода, контакт к подвижному электроду введены, основание первого неподвижного электрода, основание второго неподвижного электрода, основание первого электростатического актюатора, основание второго электростатического актюатора, якорная область второго подвижного электрода, технологический слой в области первого неподвижного электрода, технологический слой в области второго неподвижного электрода, технологический слой в области первого электростатического актюатора, технологический слой в области второго электростатического актюатора, несущий упругий подвес, контактная область первого неподвижного электрода, контактная область второго неподвижного электрода, контактная область первого электростатического актюатора, контактная область второго электростатического актюатора, контактная область первого и второго подвижного электрода, второй неподвижный электрод, неподвижный электрод второго электростатического актюатора, контакт к второму подвижному электроду, подвижный электрод второго электростатического актюатора, второй подвижный электрод, основание упора для несущей балки, технологический слой упора несущей балки, область размещения упора для несущей балки, упор для несущей балки, П-образный вырез, дополнительный вырез. После формирования структура представляет собой переключатель туннельного типа, реализующий однополюсную схему переключения на два направления. Первый туннельный контакт образован первым неподвижным электродом и первым подвижным электродом, второй туннельный контакт образован вторым неподвижным электродом и вторым подвижным электродом. Несущая балка содержит два П-образных выреза и два дополнительных выреза, выполненных таким образом, что они формируют две связанные по принципу двунаправленного рычага или качелей подвижные балки на упругих подвесах, на которых расположены подвижные контакты и подвижные контакты актюаторов. Упругий подвес имеет U-образную форму и представляет собой сегмент цилиндрической оболочки, примыкающий одним концом к контактной области первого и второго подвижных электродов и жестко закрепленный относительно полуизолирующей подложки, а незакрепленным вторым концом примыкающий к несущей балке.To achieve the desired technical result in a three-contact nanoelectromechanical switch containing a semi-insulating substrate, a carrier beam, a movable electrode, a fixed electrode, a movable electrode of an electrostatic actuator, a fixed electrode of an electrostatic actuator, an anchor region of a movable electrode, a contact to the movable electrode is introduced, the base of the first fixed electrode, the base of the second fixed electrode, the base of the first electrostatic actuator, the base of the second electrostatic actuator, the anchor area of the second movable electrode, the technological layer in the area of the first fixed electrode, the technological layer in the area of the second fixed electrode, the technological layer in the area of the first electrostatic actuator, the technological layer in the area of the second electrostatic actuator carrying an elastic suspension, contact area of the first fixed electrode, contact area of the second fixed electrode, contact area of the first electrostatic actuator, contact area of the second electrostatic actuator, contact area of the first and second moving electrodes, second fixed electrode, fixed electrode of the second electrostatic actuator, contact to second movable electrode, movable electrode of the second electrostatic actuator, second movable electrode, support base for the carrier beam, technological layer of the carrier beam stop, area for the support beam stop, support for the carrier beam, U-shaped cutout, additional cutout. After forming, the structure is a tunnel-type switch, realizing a single-pole two-way switching circuit. The first tunnel contact is formed by the first fixed electrode and the first movable electrode, the second tunnel contact is formed by the second fixed electrode and the second movable electrode. The carrier beam contains two U-shaped cutouts and two additional cutouts made in such a way that they form two movable beams connected according to the principle of a bidirectional lever or swing on elastic suspensions, on which movable contacts and movable contacts of actuators are located. The elastic suspension has a U-shape and is a segment of a cylindrical shell, adjoining at one end to the contact area of the first and second movable electrodes and rigidly fixed relative to the semi-insulating substrate, and adjoining the carrier beam with its loose second end.
Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия", так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки. Получен положительный эффект, заключающийся в обеспечении малых значений токов утечки, повышении энергоэффективности, повышении технологичности.Comparing the proposed device with the prototype, we see that it contains new features, that is, it meets the criterion of novelty. Comparing with analogs, we come to the conclusion that the proposed device meets the criterion of "significant differences", since no new features were found in the analogs. A positive effect has been obtained, which consists in ensuring low values of leakage currents, increasing energy efficiency, and improving manufacturability.
На фиг. 1 приведена структура предлагаемого интегрального наноэлектромеханического туннельного переключателя в развернутом виде, до проведения операции травления жертвенного слоя, удерживающего верхнюю часть конструкции.In FIG. Figure 1 shows the structure of the proposed integrated nanoelectromechanical tunnel switch in expanded form, before the operation of etching the sacrificial layer holding the upper part of the structure.
На фиг. 2 приведена структура предлагаемого интегрального наноэлектромеханического туннельного переключателя. Перемещение подвижных контактных областей осуществляется перпендикулярно плоскости подложки.In FIG. Figure 2 shows the structure of the proposed integrated nanoelectromechanical tunnel switch. The movement of the movable contact areas is carried out perpendicular to the plane of the substrate.
Интегральный наноэлектромеханический туннельный переключатель содержит полуизолирующую подложку 1, основание первого неподвижного электрода 2, основание второго неподвижного электрода 3, основание первого электростатического актюатора 4, основание второго электростатического актюатора 5, якорную область первого и второго подвижного электрода 6, технологический слой в области первого неподвижного электрода 7, технологический слой в области второго неподвижного электрода 8, технологический слой в области первого электростатического актюатора 9, технологический слой в области второго электростатического актюатора 10, несущий упругий подвес 11, контактную область первого неподвижного электрода 12, контактную область второго неподвижного электрода 13, контактную область первого электростатического актюатора 14, контактную область второго электростатического актюатора 15, контактную область первого и второго подвижного электрода 16, несущую балку 17, первый неподвижный электрод 18, второй неподвижный электрод 19, неподвижный электрод первого электростатического актюатора 20, неподвижный электрод второго электростатического актюатора 21, контакт к первому и второму подвижному электроду 22, подвижный электрод первого электростатического актюатора 23, подвижный электрод второго электростатического актюатора 24, первый подвижный электрод 25, второй подвижный электрод 26, основание упора для несущей балки 27, технологический слой упора несущей балки 28, область размещения упора для несущей балки 29, упор для несущей балки 30, П-образный вырез 31, дополнительный вырез 32, причем сформированная структура представляет собой SPDT-переключатель туннельного типа, то есть реализующий однополюсную схему переключения на два направления, содержащий два туннельных контакта, первый из которых образован первым неподвижным электродом 18 примыкающим к контактной области первого неподвижного электрода 12, расположенной на технологическом слое в области первого неподвижного электрода 7, который примыкает к основанию первого неподвижного электрода 2, жестко закрепленному на полуизолирующей подложке 1 и первым подвижным электродом 25, примыкающим к несущей балке 17; а второй туннельный контакт образован вторым неподвижным электродом 19 примыкающим к контактной области второго неподвижного электрода 13, расположенной на технологическом слое в области второго неподвижного электрода 8, который примыкает к основанию второго неподвижного электрода 3, жестко закрепленному на полуизолирующей подложке 1 и вторым подвижным электродом 26, примыкающим к несущей балке 17, на которой выполнены два П-образных выреза 31 и два дополнительных выреза 32 таким образом, что они формируют две связанные по принципу двунаправленного рычага или качелей подвижные балки на упругих подвесах, на первой из которых выполнены первый подвижный электрод 25 и подвижный электрод первого электростатического актюатора 23, а на второй выполнены второй подвижный электрод 26 и подвижный электрод второго электростатического актюатора 24, и которая примыкает к несущему упругому подвесу 11; упругий подвес имеет U-образную форму и представляет собой сегмент цилиндрической оболочки, примыкающий одним концом к контактной области первого и второго подвижных электродов 16, контакту к первому и второму подвижным электродам 22 и якорной области первого и второго подвижных электродов 6 и жестко закрепленный относительно полуизолирующей подложки 1, а незакрепленным вторым концом примыкающий к несущей балке 17; первый электростатический актюатор образован неподвижным отклоняющим электродом 20, примыкающим к контактной области первого электростатического актюатора 14, расположенной на технологическом слое в области первого электростатического актюатора 9, который примыкает к основанию первого электростатического актюатора 4, жестко закрепленному на полуизолирующей подложке 1 и подвижным электродом первого электростатического актюатора 23, примыкающим к несущей балке 17; второй электростатический актюатор образован неподвижным отклоняющим электродом 21, примыкающим к контактной области второго электростатического актюатора 15, расположенной на технологическом слое в области второго электростатического актюатора 10, который примыкает к основанию второго электростатического актюатора 5, жестко закрепленному на полуизолирующей подложке 1 и подвижным электродом второго электростатического актюатора 24, примыкающим к несущей балке 17.The integrated nanoelectromechanical tunnel switch contains a
Несущий упругий подвес 11, технологический слой в области первого неподвижного электрода 7, технологический слой в области второго неподвижного электрода 8, технологический слой в области первого электростатического актюатора 9, технологический слой в области второго электростатического актюатора 10, технологический слой упора несущей балки 28 выполнены из двухслойного материала таким образом, что поверхности, примыкающие к якорной области первого и второго подвижных электродов 6, то есть внешняя поверхность упругого повеса, основанию первого неподвижного электрода 2, основанию второго неподвижного электрода 3, основанию первого электростатического актюатора 4, основанию второго электростатического актюатора 5, основанию упора для несущей балки 27 соответственно сформированы из сжатой пленки арсенида индия второго типа проводимости, а поверхности, примыкающие к контактной области первого и второго подвижных электродов 16 (то есть внутренняя поверхность упругого подвеса), контактной области первого неподвижного электрода 12, контактной области второго неподвижного электрода 13, контактной области первого электростатического актюатора 14, контактной области второго электростатического актюатора 15, области размещения упора для несущей балки 29 сформированы из растянутой пленки арсенида галлия второго типа проводимости.Bearing
После формирования структуры и всех ее основных областей в развернутом виде (Фиг. 1) проводится операция селективного травления жертвенного слоя, в результате чего часть структуры, содержащая несущую балку 17, подвижный электрод первого электростатического актюатора 23, подвижный электрод второго электростатического актюатора 24, первый подвижный электрод 25, второй подвижный электрод 26 отрывается от подложки и скручивается в области между внутренним концом несущей балки 17 и контактной областью первого и второго подвижного электрода 16, формируя несущий упругий подвес 11. В полностью сформированной структуре несущая балка переориентируется таким образом, что ее свободный конец лежит на упоре для несущей балки 30, а области подвижных электродов 23, 24, 25, 26 оказываются сориентированными над соответственными областями неподвижных электродов 18, 19, 20, 21.After the formation of the structure and all its main areas in expanded form (Fig. 1), the operation of selective etching of the sacrificial layer is carried out, as a result of which the part of the structure containing the
Электроды 25 и 26 сформированы таким образом, что при сворачивании конструкции между ними и соответственными неподвижными электродами 18 и 19 образуются субтуннельные пространственные зазоры.The
Работает устройство следующим образом. При подаче напряжения на неподвижный электрод первого электростатического актюатора 20 относительно подвижного электрода первого электростатического актюатора 23 можно добиться их взаимного притяжения за счет электростатических сил. При этом неподвижный электрод второго электростатического актюатора 21 и подвижный электрод второго электростатического актюатора 24, напротив, отдалятся друг от друга, за счет того, что сформированные П-образными (31) и дополнительными (32) вырезами подвижные балки связаны по принципу двунаправленного рычага или качелей. И наоборот, при подаче напряжения на неподвижный электрод второго электростатического актюатора 21 относительно подвижного электрода второго электростатического актюатора 24 взаимное притяжение за счет электростатических сил возникнет между ними, а неподвижный электрод первого электростатического актюатора 20 и подвижный электрод первого электростатического актюатора 23 отдалятся друг от друга.The device works as follows. When voltage is applied to the fixed electrode of the first
При сближении или отталкивании электродов электростатических актюаторов 20, 23, 21, 24, происходит сближение или отталкивание соответственных электродов 18, 25, 19, 26.When approaching or repelling the electrodes of
В случае сближения электродов 18 и 25 при подаче положительного напряжения питания на неподвижный электрод 18 относительно подвижного электрода 25 (а соответственно и относительно контакта к подвижным электродам 22) вследствие малости разделяющего их пространственного зазора электроны туннелируют из области подвижного электрода 25 в область неподвижного электрода 18 сквозь потенциальный барьер, образованный пространственным зазором, и создают туннельный ток.In the case of approaching
В случае сближения электродов 19 и 26 при подаче положительного напряжения питания на неподвижный электрод 19 относительно подвижного электрода 26 (а соответственно и относительно контакта к подвижным электродам 22) вследствие малости разделяющего их пространственного зазора электроны туннелируют из области подвижного электрода 26 в область неподвижного электрода 19 сквозь потенциальный барьер, образованный пространственным зазором, и создают туннельный ток.In the case of
Таким образом, за счет включения первого (контакты 20, 23) или второго (контакты 21, 24) электростатических актюаторов, можно варьировать величины пространственных зазоров между парами электродов (18, 25) и (19, 26), а соответственно управлять тем, в какой паре электродов возникнет туннельный ток.Thus, due to the inclusion of the first (
Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой интегральный микромеханический туннельный переключатель, обеспечивающий за счет эффекта туннелирования носителей заряда между подвижным и неподвижным электродами малый ток утечки, энергоэффективность, хорошие динамические характеристики, возможность применения в электронике сверхмалого энергопотребления. Кроме того, наличие туннельного зазора позволит избежать прямого контакта электродов в процессе переключения, что является решением проблемы «залипания» контактов.Thus, the proposed device is an integral micromechanical tunnel switch, which, due to the effect of tunneling of charge carriers between the moving and stationary electrodes, provides low leakage current, energy efficiency, good dynamic characteristics, and the possibility of using ultra-low power consumption in electronics. In addition, the presence of a tunnel gap will avoid direct contact of the electrodes during the switching process, which is a solution to the problem of "sticking" of contacts.
Claims (2)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2794468C1 true RU2794468C1 (en) | 2023-04-19 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU59556U1 (en) * | 2006-04-06 | 2006-12-27 | Государственное учреждение Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского государственного института электронной техники | INTEGRAL ELECTROSTATIC MICRO DRIVE |
| RU61703U1 (en) * | 2006-04-06 | 2007-03-10 | Государственное учреждение Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского государственного института электронной техники" | INTEGRAL MICROMECHANICAL KEY |
| RU2349542C1 (en) * | 2007-06-22 | 2009-03-20 | Станислав Викторович Хартов | Nanoelectromechanical structure (versions) and method of its production (versions) |
| RU2612844C2 (en) * | 2012-12-20 | 2017-03-13 | Бэньча Интернешнл Груп Инк. | Previously filled automatically retractable safe syringe |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU59556U1 (en) * | 2006-04-06 | 2006-12-27 | Государственное учреждение Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского государственного института электронной техники | INTEGRAL ELECTROSTATIC MICRO DRIVE |
| RU61703U1 (en) * | 2006-04-06 | 2007-03-10 | Государственное учреждение Научно-производственный комплекс "Технологический центр" Московского государственного института электронной техники" | INTEGRAL MICROMECHANICAL KEY |
| RU2349542C1 (en) * | 2007-06-22 | 2009-03-20 | Станислав Викторович Хартов | Nanoelectromechanical structure (versions) and method of its production (versions) |
| RU2612844C2 (en) * | 2012-12-20 | 2017-03-13 | Бэньча Интернешнл Груп Инк. | Previously filled automatically retractable safe syringe |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| "Large-Scale Nanoelectromechanical Switches Based on Directly Deposited Nanocrystalline Graphene on Insulating Substrates" J. Sun, M.E. Schmidt, M. Muruganathan, H.M. Chong, H. Mizuta. Nanoscale, 8(12), 6659-6665 - March 2016, https://doi.org/10.1039/c6nr00253f. "Back-end-of-the-line MEMS switches for power management, ESD and security", N. Tazin, D.G. Saab, M. Tabib-Azar, ESD and security. Preprints 2018, 2018120268 (doi: 10.20944/preprints201812.0268.v1). Online access. https://www.preprints.org/manuscript/201812.0268/v1. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5677823A (en) | Bi-stable memory element | |
| US4570139A (en) | Thin-film magnetically operated micromechanical electric switching device | |
| US7609136B2 (en) | MEMS microswitch having a conductive mechanical stop | |
| US6734770B2 (en) | Microrelay | |
| US7692519B2 (en) | MEMS switch with improved standoff voltage control | |
| Osoba et al. | Sub-50 mV NEM relay operation enabled by self-assembled molecular coating | |
| US8432239B2 (en) | Micro-electro mechanical tunneling switch | |
| JP2005294265A (en) | Liquid electric microswitch | |
| JP5829804B2 (en) | Switch structure | |
| US20060274470A1 (en) | Contact material, device including contact material, and method of making | |
| KR101766482B1 (en) | Switch structures | |
| Chen et al. | Stable ruthenium-contact relay technology for low-power logic | |
| Yoon et al. | A highly reliable MEMS relay with two-step spring system and heat sink insulator for high-power switching applications | |
| RU2794468C1 (en) | Integral nanoemechanical tunnel switch | |
| Poulain et al. | A nano-scale investigation of material transfer phenomena at make in a MEMS switch | |
| US8054148B2 (en) | Contact material, device including contact material, and method of making | |
| Agrawal | A latching MEMS relay for DC and RF applications | |
| US20170200815A1 (en) | Casimir-effect device | |
| US8925183B2 (en) | Methods for fabricating an electromechanical switch | |
| Song et al. | Micro and nanoelectromechanical contact switches for logic, memory, and power applications | |
| CN102822931A (en) | Integrated electro-mechanical actuator | |
| Lee et al. | Micro-electro-mechanical relays-design concepts and process demonstrations | |
| Seo et al. | Carbon nanotubes network contact lubrication for highly reliable MEMS switch | |
| Smith et al. | Multi-Gate In-Plane Actuated NEMS Relays for Effective Complementary Logic Gate Designs | |
| Niroui et al. | Controlled fabrication of nanoscale gaps using stiction |