TWI436938B

TWI436938B - 具有可撓性薄膜及改良電氣致動機構的微機電系統結構

Info

Publication number: TWI436938B
Application number: TW99108122A
Authority: TW
Inventors: Karim Segueni; Nicolas Lorphelin
Original assignee: Delfmems S A S
Priority date: 2009-03-20
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2014-05-11
Also published as: TW201114677A

Description

具有可撓性薄膜及改良電氣致動機構的微機電系統結構

本發明係關於微機電系統(MEMS)之技術領域，且更特定言之係關於一種具有可撓性薄膜及用於彎曲該薄膜之改良電氣致動構件的新穎MEMS結構。此新穎MEMS結構可用於各種應用中，且特定言之可有利地用於例如製造MEMS開關(歐姆接觸開關或電容接觸開關)，更特定言之製造射頻(RF)開關，或可有利地用於例如製造光學MEMS結構，亦稱為微光機電系統(MOEMS)。

微機電系統(MEMS)結構目前廣泛用於製造RF開關(歐姆接觸開關或電容接觸開關)或光學開關。此等MEMS結構更特定言之在電信系統中用於製造例如相控陣天線、移相器、可開關式調諧組件等。

MEMS結構一般包含可在至少兩個位置之間移動的微機械開關構件，及適合產生力施加於該機械開關構件上以在該機械開關構件之至少兩個位置之間移動該機械開關構件的電氣致動構件。

可使用不同致動技術來建構MEMS結構之電氣致動構件。此等電氣致動構件可為靜電、電磁、壓電或電熱致動構件。然而靜電致動為迄今為止普遍使用的技術，因為其能夠達到較短的轉換時間(典型地小於200μs)及幾乎為零之功率消耗以及與經典CMOS方法流程在技術上完全相容。此外，在RF MEMS開關設計中，可組合不同致動技術 (例如靜電電壓固定可與熱致動耦合)。

MEMS結構之微機械開關構件可包含可移動剛性元件(類似例如可移動剛性樑)或可撓性薄膜。

包含可移動剛性開關元件的MEMS結構描述於例如美國專利申請案2005/0001701中或歐洲專利申請案EP-A-1 489 639中。

然而，與使用可移動剛性開關元件相比，使用可撓性薄膜能夠有利地獲得較短的轉換時間。

可在基板上之兩端夾住可撓性薄膜以形成橋。包含由此兩端夾住(clamped-clamped)之可撓性薄膜構成之開關元件的MEMS結構描述於以下公開案中：美國專利申請案2004/0050674、美國專利申請案2004/0091203、歐洲專利申請案EP-A-1 343 189、PCT申請案WO-A-2004/076341。

亦可僅在基板上之一端夾住可撓性薄膜以形成懸臂。包含由此懸臂可撓性薄膜構成之開關元件的MEMS結構揭示於例如美國專利5,638,946中。

如例如歐洲專利申請案EP-A-1 705 676中所揭示，可撓性薄膜亦可自由支撐於基板上。此自由可撓性薄膜有利地比兩端夾住的可撓性薄膜或懸臂薄膜經受較低的機械應力，且MEMS結構之壽命因此有利地得以增加。

在EP歐洲專利申請案EP-A-1 705 676之圖1及2的實施例中，可撓性薄膜自由支撐於兩個柱上且適合具有兩種狀態：上受力狀態(於圖2上展示)及靜止狀態(於圖1上展示)。為了將薄膜彎曲成其上受力狀態，MEMS結構包含適合彎曲可撓性薄膜以提昇該薄膜之功能部分的電氣提昇致動構件。在此特定實施例中，該薄膜之功能部分為介於兩個柱之間的薄膜部分。此等電氣提昇致動構件更特定言之由兩個外部電極構成，該等外部電極位於薄膜下方、介於薄膜各端與最靠近之柱之間，且當致動電壓施加於該等電極上時，其適合對該薄膜之兩端施加靜電拉力。此等拉力與柱上之槓桿效應組合能夠將薄膜向上彎曲成其上受力狀態。當電極上之致動電壓為零時，由於薄膜之剛性，該薄膜回到其圖1之靜止位置。

需要具有薄膜具有至少兩種受力狀態的MEMS結構，亦即，一種MEMS結構，其中可撓性薄膜可具有上受力狀態及下受力狀態，以及需要時在上受力狀態與下受力狀態之間的靜止狀態。

此MEMS結構可例如自EP歐洲專利申請案之圖1及圖2的實施例，藉由添加適合向下彎曲可撓性薄膜以使薄膜之功能部分降低至該薄膜之水平靜止位置以下的電氣降低致動構件來獲得。此等電氣降低致動構件可例如由額外的內部電極構成，該等電極位於薄膜下方、兩個支撐該薄膜的柱之間。當致動電壓施加於該等電極上時，該等內部電極適合對薄膜之功能部分施加靜電拉力。

但是就此具有兩種受力狀態的MEMS結構而言，為了能夠使薄膜在不失效，且需要時以高速率在上受力狀態與下受力狀態之間移動，必需：- 使用剛性薄膜及大薄膜變形，以獲得足夠大從而能使薄膜彎曲回其靜止位置的薄膜之機械恢復力，- 使用高致動電壓，此係因為薄膜處於其上受力狀態時與降低致動電極之間、或薄膜處於其下受力狀態時與提昇致動電極之間具有大間隙；此外，薄膜剛性愈高，則致動電壓必須愈高。

致動電壓之此增加為有害的，因為其耗能，尤其當添加DC/DC轉換器時，且致使MEMS結構尤其在考慮緊密性約束及製造成本時更難設計。

本發明之目的因此為提出一種新穎MEMS結構，其具有可在至少上受力狀態與下受力狀態之間致動的可撓性薄膜，且其已獲得改良以在不損害MEMS結構之效能的情況下，降低致動電壓及/或薄膜剛性。在本發明之範疇內，此MEMS結構可包含EP-A-1 705 676中所述類型的不固定且自由支撐的可撓性薄膜或兩端夾住之可撓性薄膜或可撓性懸臂薄膜。

此目的藉由技術方案1中定義的新穎MEMS結構來達成。此新穎MEMS結構包含：- 一可撓性薄膜，其具有一界定縱向(X)之主縱向軸，- 至少一個在該可撓性薄膜下方的柱，- 適合將該可撓性薄膜向下彎曲成下受力狀態的電氣降低致動構件，- 適合將該可撓性薄膜向上彎曲成上受力狀態的電氣提昇致動構件，且其中該電氣降低致動構件或該電氣提昇致動構件包含一致動區，其在該薄膜之一部分下方延伸且適合在縱向 (X)上同時在該至少一個柱(3)之兩側對薄膜(6)施加拉力。

電氣降低致動構件或電氣提昇致動構件沿縱向在柱之兩側的此延伸會改良薄膜自一受力狀態至另一受力狀態的致動。

在本發明之範疇內，可撓性薄膜可由該至少一個柱支撐處於靜止，或可與該至少一個柱間隔開(亦即，不由該至少一個柱支撐處於靜止)。

藉由閱讀本發明之若干實施例的以下實施方式，本發明之其他特徵及優點將更加明顯。此實施方式經由非詳盡及非限制性實施例的方式且參考與其相關之附圖而作出。

圖1至4展示根據本發明之較佳實施例製造的電容式RF MEMS開關。然而為明確起見，必須強調本發明之範疇並不限於電容式RF MEMS開關，而是涵蓋任何包含可在上受力狀態與下受力狀態之間致動之可撓性薄膜的MEMS結構。亦可例如實施本發明來製造歐姆接觸式RF MEMS開關或微光機電系統(MOEMS)。

圖1至4之電容式RF MEMS開關具有現在將加以詳述的新穎結構，且可藉由使用習知表面微機械加工技術(surface micromachining technologies)製造。

參考圖1至3，RF MEMS開關包含形成該開關之基板的晶片1(例如由矽製得)。一作為鈍化層的薄介電層2沈積於該晶片1之表面上。在介電層2上，開關包含： - 兩個在縱向X上間隔開的柱3、3’，各柱3、3’在圖1之橫向上延伸(參見圖4-垂直於縱向X之橫向Y)，- 一在橫向Y上延伸的中心柱4，該中心柱4位於兩個柱3、3’之間且較佳位於柱3、3’之間的中心處。

與柱3及3’不同，中心柱4之頂面由一薄介電層5覆蓋以用於電容式開關組態。

兩個柱3、3’及中心柱4形成共平面形波導(CPW)，兩個柱3、3’對應於接地線。中心柱4形成信號線以在該共平面形波導(CPW)內傳輸RF電信號。在另一變化形式中，RF信號線亦可藉助於微波傳輸帶形波導而建構。

柱3、3’及中心柱4例如由金屬(諸如金或金合金)製成。層2及5的介電材料可為任何材料，且尤其為具有極低電導率的聚合物。舉例而言，介電層5可由氮化矽、Ta₂O₅、AlN、Al₂O₃製成。

RF MEMS開關進一步包含由縱軸6a(圖4)之薄可撓性薄膜6構成的開關元件。該可撓性薄膜6位於柱3、3’、4上方。薄膜6之縱軸6a平行於上述縱向X且垂直於上述橫向Y。薄膜6之兩端6b、6c均未夾在基板1上，且該薄膜因此由柱3、3’自由支撐處於靜止(圖1)。在圖1之變化形式中，可撓性薄膜6與中心柱4間隔開，且因此不由該中心柱4支撐處於靜止。

然而在另一變化形式中，可撓性開關薄膜6可由中心柱4支撐處於靜止。

此可撓性薄膜6由金屬(諸如鋁、金、或任何導電合金)製成。

圖4展示薄膜6之幾何形狀的實例。薄膜6之其他適合幾何形狀在圖5至7上展示且將在下文中詳述。

參考圖4之特定實施例，薄膜6包含一主中心可撓性部分60，其由柱3、3’支撐且實質上在兩個柱3、3’之間延伸。該中心可撓性部分60在其中稱為薄膜6之「功能部分」，且可藉由柱3、3’上之槓桿效應在縱向上(亦即在縱向X上)向上或向下彎曲。此功能部分60形成寬度為l1且長度為L1的矩形，且包含兩個更大寬度l2的矩形部分60a及60b。矩形部分60a位於柱3與中心柱4之間，且矩形部分60b位於柱3’與中心柱4之間。

薄膜6之功能部分60藉由兩個實質上為U形的延伸部分61而延伸到兩端。各延伸部分61在其中稱為薄膜6之「非功能部分」。此等「非功能部分」構成通常不存在於兩端夾住或懸臂MEMS結構上的致動區。

薄膜6之各非功能部分61包含形成U形基底的中心非功能部分61a及兩個側向非功能部分61b。各側向非功能部分61b形成長度為L3(在縱向X上量測之尺寸)且寬度為l3(在橫向Y上量測之尺寸)的矩形。U形非功能部分61之兩個側向非功能部分61b在橫向Y上位於薄膜6之功能部分60的每一側。為明確起見，在圖4上已將薄膜6之四個側向非功能部分61b用陰影線表示。

當薄膜6處於圖1之靜止位置時，各中心非功能部分61a在縱向X上位於柱3、3’之外部；薄膜6之各側向非功能部分61b在橫向Y上位於相應柱3或3’的外部且在縱向X上在相應柱3或3’的兩側延伸。此外，在薄膜6之主可撓性功能部分60與各側向非功能部分61b之間提供間隔62，以此方式使得薄膜6之各側向非功能部分61b具有可撓性且能夠獨立於薄膜之主可撓性功能部分60縱向(亦即在縱向X上)彎曲。

如已於歐洲專利申請案1 705 676中所描述，MEMS開關亦較佳包含限制器3a(在EP 1 705 676中稱為「橋部分」)，該等限制器位於各柱3,3’上方且形成一通道，穿過該通道可自由定位薄膜6之中心部分60。此等限制器僅在圖1上展示，且為明確起見在圖2及圖3上不展示。此等限制器用於將薄膜6保持在柱3及3’上，但不阻礙薄膜6在開關正常使用期間相對於柱3自由移動。此等限制器可由任何其他等效構件替換。

RF MEMS開關進一步包含用於將薄膜6縱向向下彎曲成圖3之下受力狀態的靜電降低致動構件7及用於將薄膜6縱向向上彎曲成圖2之上受力狀態的靜電提昇致動構件8。

靜電降低致動構件7由兩個內部電極7a、7b形成，該等電極位於薄膜6之功能部分60下方。內部電極7a在柱3與中心柱4之間延伸。內部電極7b在中心柱4與柱3’之間延伸。更特定言之，參考圖4，兩個內部電極7a、7b定界兩個內部降低致動區7c(以點線表示)。當薄膜6處於靜止時(圖1及圖4)，各內部降低致動區7c位於薄膜6之功能部分60的矩形部分60a、60b下方。

靜電提昇致動構件8由兩個外部電極8a、8b形成，該等電極具有與薄膜6之非功能部分61實質上相同的U形。參考圖4，兩個外部電極8a、8b定界兩個提昇致動區8c(以點線表示)。當薄膜6處於靜止時(圖1及圖4)，各提昇致動區8c位於薄膜6之非功能部分61下方。更特定言之，各提昇致動區8c包含位於薄膜之側向非功能部分61b下方且因此在縱向X上在柱3或3’之兩側延伸的側向部分。

當開關為RF電容式開關時，各電極7a、7b、8a、8b之頂面由介電層9(圖1)覆蓋以避免薄膜6與電極之間發生任何歐姆接觸。介電層9可由氮化矽、Ta₂O₅、AlN、Al₂O₃製成。此等介電層9可由任何其他能夠避免薄膜6與電極之間發生歐姆接觸的等效構件替換。在另一變化形式中，可取消介電層9；在此變化形式中，Mems開關包含防止薄膜與致動電極7a、7b、8a、8b接觸的橋台構件。

靜止狀態

當無致動電壓施加於電極7a、7b、8a及8b上時，開關之薄膜6處於圖1之靜止位置(靜止狀態)。在此靜止狀態中，薄膜6實質上平坦且由柱3、3’支撐，其中在薄膜6與基板1之間具有一預定間隙g。在另一變化形式中，薄膜可能在靜止時彎曲。

下受力狀態

當致動電壓施加於內部電極7a、7b上時，靜電拉力產生於致動區7c內且下拉薄膜6之功能部分60。此等拉力將薄膜6縱向向下彎曲成圖2之下受力狀態。在此下受力狀態中，由於柱3及3’上之槓桿效應，基板1與薄膜6之各端6b、6c之間的間隙Gint較高，且特定言之高於靜止狀態中的間隙g。

自下受力狀態至上受力狀態-拉鏈效應

為了使薄膜6自圖2之下受力狀態移動至圖3之上受力狀態，不施加致動電壓於電極7a及7b且同時施加致動電壓於電極8a、8b。靜電力產生於提昇致動區8c內且下拉薄膜6之非功能部分61。更特定言之，在縱向X上同時在各柱3或3’之兩側對薄膜6的各非功能部分61施加靜電下拉力。

在另一變化形式中，為了使薄膜6自下受力狀態移動至上受力狀態，在第一步中，施加致動電壓於電極8a、8b，同時保持電極7a、7b上之致動電壓。接著在第二步中，在預定持續時間後(例如對應於開關之轉換時間的持續時間)，不施加致動電壓於電極7a及7b。

參考圖2，在下受力狀態中，在基板1與介於柱3、3’之間區域中之薄膜6之間量測的間隙G’小於在基板1與薄膜6之各端6b、6c之間量測的間隙Gint。在下受力狀態中，薄膜6之各側向非功能部分61b的內部端61d(圖4)因此比該側向非功能部分61b之相反外部端61e更靠近提昇致動區8c。在薄膜6自下受力狀態轉換移動開始時，對預定致動電壓而言，施加於致動區8c內之靜電拉力因此在各側向非功能部分61b之內部端61d(圖4)上較高且在該側向非功能部分61b之相反外部端61e上較小。薄膜之非功能部分61因此向下彎曲且逐漸自側向非功能部分61b之內部端61d至側向非功能部分61b之外部端61e及中心非功能部分61a黏著於致動區8c。非功能部分61b之此逐漸黏著現象在其中稱為「拉鏈效應」。由於此拉鏈效應及柱3、3’上之槓桿效應，薄膜6因此縱向向上彎曲成圖3之上受力狀態。

如已強調，下受力狀態中的間隙Gint較高，且顯著高於靜止位置中的間隙g。此高間隙Gint對於自下受力狀態轉變為上受力狀態可能成為問題。若開關之薄膜6僅包含中心非功能部分61a且不包含側向非功能部分61b，且若電極8a、8b在此等側向非功能部分61b下方不包含任何延伸，則靜電拉力將僅施加於遠離(間隙Gint)電極8a、8b之薄膜的中心非功能部分61a。將不會獲得上述拉鏈效應且此布局(不含側向非功能部分61b)將需要更高致動電壓，而此需要有害。

相反，關於本發明，因為在下受力狀態中，薄膜6之各側向非功能部分61b的內部端61d靠近提昇致動區8c，因此有利地開始上述拉鏈效應且可用低致動電壓獲得，且尤其可用有利地比薄膜不包含側向非功能部分61b情況下所需的致動電壓低得多的致動電壓獲得。因此有利地可用較低致動電壓使薄膜6自下受力狀態轉換為上受力狀態。

此外，在下受力狀態中，存在薄膜6黏著於MEMS結構之基板上的高風險。所謂的黏滯現象為熟知的且可歸因於：

- 介電質充電：薄膜6可能經受保持該薄膜處於向下狀態的靜電力，即使斷開用於向下狀態之電氣降低致動構件。

- 毛細管作用：當在向下狀態中薄膜6之移動部分與基板1之間的間隙極低且濕度較高(典型地>30% RH)時，會出現此現象。

- 表面黏附力(凡得瓦爾(Van der Walls)力)：在歐姆接觸MEMS開關中金屬/金屬接觸之情況下，會出現此現象。

- 在歐姆接觸MEMS開關中金屬/金屬接觸之情況下，可能發生薄膜之部分熔融，從而引起薄膜輕焊接於金屬接觸點上。

就開關之薄膜6將僅包含中心非功能部分61a而不包含側向非功能部分61b，且電極8a、8b在此等側向非功能部分61b下方將不包含任何延伸的布局而言，當薄膜6發生黏滯現象時，將會存在開關失效的高風險。

相比而言，在本發明中，當致動電壓施加於電極8a、8b時，因為上述間隙G’較低且由於上述拉鏈效應，因而靜電力添加至薄膜之機械恢復力，且開關之總拉開力得以增強。因此在不損害開關之效能的情況下，可有利地使用較低致動電壓。就本發明之開關而言，因為該開關之總拉開力增強，所以可更輕易地解決黏滯現象。

本發明之MEMS結構(尤其對於RF MEMS結構)之大拉開力的另一優點為熱轉換能力，亦即當電位施加於RF線中薄膜的轉換能力。

為了使側向非功能部分61b之效能最大，如圖13上所展示，可藉由局部減小側向非功能部分61b與基板1之間的間隙來改進MEMS結構。參考此圖13，側向非功能部分61b與基板1之間的間隙g2有利地小於薄膜6之功能部分60與該基板之間的間隙g1。可藉由部分犧牲性蝕刻厚度來獲得此間隙減小。視情況，中心非功能部分61a與基板1之間的間隙亦可有利地小於薄膜6之功能部分60與該基板之間的間隙g1。

更特定言之，為了增加側向非功能部分61b之效能，可藉由降低側向非功能部分61b的剛性來改進MEMS結構。此可藉由降低側向非功能部分61b的厚度來獲得，亦即藉由製造非功能部分61b之厚度小於薄膜6之功能部分60之厚度的MEMS結構來獲得。此厚度降低會改良MEMS結構之致動，因為其降低側向非功能部分61b的剛性及致動在由此使拉鏈效應增強期間的傳播。

可實施此等兩個改良(間隙減小及厚度降低)來改良包含側向非功能部分61b的任何本發明MEMS結構，且尤其亦可實施此等兩個改良來改良圖5至12的實施例。

圖4A及5至7展示薄膜6之幾何形狀的三個其他實施例。

圖4A展示另一變化形式，其中左、右側向非功能部分61b接合在一起。

在圖5之實施例中，薄膜6包含在兩個柱3之間延伸的中心功能部分60。此中心功能部分60形成長度為L1且寬度為l1的矩形。薄膜6之中心功能部分60在各端6b、6c經由具有寬度l2(l2≧l1)之矩形形狀的非功能部分61a延伸。

薄膜6之中心功能部分60亦經由四個具有L形且形成四個長度為L3且寬度為l3之側向非功能部分61b的延伸部分61延伸。此等兩個側向非功能部分61b在橫向(Y)上位於薄膜6之功能部分60的每一側上。各側向非功能部分61b在橫向Y上位於柱3或3’之外部且在縱向X上在柱3或3’之兩側延伸。

兩個內部電極7a、7b定界兩個具有實質上U形的內部降低致動區7c(以點線表示)。當薄膜6處於靜止時(圖1及圖4)，各內部降低致動區7c之部分在薄膜之側向非功能部分61b下方延伸且因此在縱向X上在柱3或3’之兩側延伸。

兩個外部電極8a、8b定界兩個提昇致動區8c(以點線表示)。當薄膜6處於靜止時(圖1及圖4)，各提昇致動區8c位於薄膜6之中心非功能部分61a下方。

當薄膜6處於上受力狀態中時，由於薄膜6彎曲(圖2)，因此薄膜6之各側向非功能部分61b的末端61d(圖5)比該側向非功能部分61b之相反末端61e更靠近降低致動區7c。

為了使圖5之薄膜6自上受力狀態轉換至下受力狀態，不施加致動電壓於電極8a及8b且同時施加致動電壓於電極7a、7b。靜電力產生於降低致動區7c中且下拉薄膜6之延伸部分61。更特定言之，在縱向X上同時在各柱3或3’之兩側對薄膜(6)的各側向非功能部分61b施加靜電下拉力，且在薄膜6之側向非功能部分61b上有利地獲得拉鏈效應(如先前對圖4之薄膜所述者)。由於此拉鏈效應，有利地降低了使薄膜自上受力狀態轉換至下受力狀態所需的致動電壓。

在另一變化形式中，為了使薄膜6自上受力狀態移動至下受力狀態，在第一步中，可施加致動電壓於電極7a、7b，同時保持電極8a、8b上之致動電壓。接著在第二步中，在預定持續時間後(例如對應於開關之轉換時間的持續時間)，不施加致動電壓於電極8a及8b。

對於圖5之變化形式，可藉由使靜止時基板1與各側向非功能部分61b之間的間隙g2小於靜止時薄膜6之各中心非功能部分61a與基板1之間的間隙g1獲得上述關於間隙減小之改良。

對於圖5之變化形式，可藉由使各側向非功能部分61b之厚度小於該薄膜之中心非功能部分61a的厚度獲得上述關於厚度降低之改良。

圖6展示本發明之另一實施例，其中薄膜6支撐於四個柱3、3’上。提昇致動區8c(以點線表示)沿縱向X在柱3或3’之兩側(長度L3)在薄膜6下方延伸。在薄膜6自下受力狀態轉換移動至上受力狀態期間，在位於提昇致動區8c上方之薄膜6之長度為L3的兩個區域中獲得拉鏈效應。

圖7展示本發明之另一實施例，其中提昇致動區8c(以點線表示)沿縱向X在柱3或3’之兩側(長度L3)在薄膜下方延伸，且降低致動區7c(以點線表示)沿縱向X在柱3或3’之兩側(長度L3)在薄膜下方延伸。薄膜6包含四個與圖4之實施例之側向非功能部分類似的側向非功能部分61b。在此實施例中，如先前對圖4之實施例所描述，在薄膜6自下受力狀態轉換移動至上受力狀態期間，在此等側向非功能部分61b中獲得拉鏈效應。在薄膜6自上受力狀態轉換移動至下受力狀態期間，在位於降低致動區7c上方之薄膜6之長度為L’3的兩個區域中獲得拉鏈效應。

本發明並非限於具有自由支撐於柱上之薄膜6的 MEMS結構，而是亦可用任何包含藉由使用電氣致動構件及一個或若干個柱上之槓桿效可縱向向下彎曲成下受力狀態及可縱向向上彎曲成上受力狀態之薄膜的MEMS實施。

圖8至12展示本發明之其他實施例。在此等圖8至12上，黑點C表示當薄膜處於向下狀態時，開關薄膜6之功能部分60的接觸區。

在圖8及9之實施例中，薄膜6形成一端6b夾在基板1上的懸臂樑，且由一個柱3支撐處於靜止狀態。

更特定言之，在圖8之實施例中，開關薄膜6之接觸區C位於柱3與該薄膜之夾住端6b之間。薄膜6包含兩個側向非功能部分61b。各側向非功能部分61b在橫向Y上位於柱3之外部且在縱向X上在柱3之兩側延伸。在薄膜之縱向X上，存在一個在薄膜6下方及柱3之兩側(在側向非功能部分61b下方)延伸的電氣提昇致動區8c。存在兩個電氣降低致動區7c。

更特定言之，在圖9之實施例中，柱3位於開關薄膜6之接觸區C與該薄膜之夾住端6b之間。薄膜6包含兩個側向非功能部分61b。各側向非功能部分61b在橫向Y上位於柱3之外部且在縱向X上在柱3之兩側延伸。存在一個降低致動區7c及一個電氣提昇致動區8c。在薄膜之縱向X上，電氣提昇致動區8c在薄膜6下方及柱3之兩側(在側向非功能部分61b下方)延伸。

在圖10至12之實施例中，薄膜6為位於柱3、3’上方的兩端夾住薄膜。更特定言之，薄膜6之兩端6b、6c藉由夾在基板上之臂63保持。處於靜止時，薄膜6可由或不由兩個柱3、3’支撐。

1‧‧‧晶片(基板)

2‧‧‧介電層

3‧‧‧柱

3’‧‧‧柱

3a‧‧‧限制器

4‧‧‧中心柱

5‧‧‧介電層

6‧‧‧薄膜

60‧‧‧功能部分

60a‧‧‧功能部分的矩形部分

60b‧‧‧功能部分的矩形部分

61‧‧‧延伸部分(非功能部分)

61a‧‧‧中心非功能部分

61b‧‧‧側向非功能部分

61d‧‧‧側向非功能部分之內部端

61e‧‧‧側向非功能部分之外部端

62‧‧‧薄膜之主可撓性功能部分與各側向非功能部分之間的間隔

63‧‧‧夾在基板上之臂

6a‧‧‧主縱軸

6b‧‧‧薄膜端

6c‧‧‧薄膜端

7a‧‧‧電極

7b‧‧‧電極

7c‧‧‧電氣降低致動區

8a‧‧‧電極

8b‧‧‧電極

8c‧‧‧電氣提昇致動區

9‧‧‧介電層

C‧‧‧開關薄膜之接觸區

g‧‧‧薄膜與基板之間的預定間隙(靜止位置中的間隙)

G’‧‧‧下受力狀態中在基板與介於柱之間區域中之薄膜之間量測的間隙

g1‧‧‧薄膜之功能部分與基板之間的間隙(薄膜之中心非功能部分與基板之間的間隙)

g2‧‧‧側向非功能部分與基板之間的間隙

Gint‧‧‧基板與薄膜之各端之間的間隙

L’3‧‧‧位於降低致動區上方之薄膜之兩個區域的長度

L1‧‧‧功能部分形成之矩形長度

l1‧‧‧功能部分形成之矩形寬度

l2‧‧‧矩形部分60a及60b的寬度(非功能部分61a之矩形寬度)

L3‧‧‧側向非功能部分形成之矩形長度

l3‧‧‧側向非功能部分形成之矩形寬度

圖1為本發明之電容式RF MEMS開關的剖面圖(圖4之面I-I內)，其中可撓性薄膜處於其靜止位置。

圖2為圖1之開關的剖面圖，其中可撓性薄膜處於其下受力狀態。

圖3為圖1之開關的剖面圖，其中可撓性薄膜處於其上受力狀態。

圖4為圖1至3之電容式RF MEMS開關的俯視圖。

圖4A、5至7為本發明之電容式RF MEMS開關之其他實施例的俯視圖，其展示薄膜及致動區之其他適合幾何形狀。

圖8至12為本發明之MEMS結構之其他實施例的俯視圖，其展示薄膜及致動區之其他適合幾何形狀。

圖13為本發明之改良MEMS結構的俯視圖及兩個橫截面圖。