TWI576883B

TWI576883B - Rf微機電系統（mems）電容式開關

Info

Publication number: TWI576883B
Application number: TW101135282A
Authority: TW
Inventors: 布蘭登威廉皮拉恩斯; 科迪布萊克穆迪; 弗蘭茨約瑟夫默里斯
Original assignee: 雷神公司
Priority date: 2012-04-30
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2017-04-01
Also published as: US8629360B2; US20130284571A1; JP6017677B2; WO2013165446A1; TW201344733A; EP2845216A1; KR101906887B1; CN104170048A; JP2015517195A; CN104170048B; KR20150010952A; EP2845216B1

Description

RF微機電系統(MEMS)電容式開關

本發明涉及RF微機電系統(MEMS)電容式開關，具體地說，涉及減少RFMEMS電容式開關內的束縛電荷的技術。

射頻(RF)微機電系統(MEMS)電容式開關包括頂電極和底電極，在這兩個電極之間施加電壓差時頂電極朝底電極移動。加到其中一個電極上的RF信號看到的是一個取決於這種移動的可變電容。在各種MEMS電容式開關中，頂電極可以包括懸架在兩個或更多個支柱之間的與底電極平行移動的柔性膜片、從單個支柱懸臂的剛性梁或逐漸移動到水準位置的柔性豎梁，與"拉鏈"類似。頂電極具有阻礙移動和在電壓差撤除時促使頂電極返回到去激位置的彈性。不同類型的MEMS開關可以是"雙態的"諸如膜片或懸臂式開關之類或者是"類比的"諸如拉鏈式開關之類。

為了使電容在受激狀態達到最大和防止頂電極與底電極接觸，MEMS電容式開關包括在底電極上形成的電介質材料。一個問題是，在頂電極在開關的受激狀態移動到與電介質材料接觸時，電荷可以隧入電介質材料，在電介質材料內成為束縛電荷。結果，由於在電介質內複合時間長，電介質材料內的束縛電荷的數量隨時間逐漸增大，從而將逐漸增大的吸引力施加到頂電極上。在頂電極處於它的受激位置時，這個吸引力有助於阻止頂電極離開它的受激位置朝它的去激位置移動。束縛電荷量最終可以增加到使束縛電荷施加到頂電極上的吸引力超過頂電極固有的迫使頂電極回到它的去激位置的彈性力。結果，頂電極成為被束縛在它的受激位置，從而開關就不再能執行開關功能。這被認為是開關的故障，與開關的不期望的使用壽命太短有關聯。

先前業已在解決或者至少減小電介質充電問題上作了許多努力。一個途徑是改變電介質材料的特性，從而改善電介質材料"漏電"程度。另一個現有途徑是改變用於DC偏壓的波形。另一個現有途徑是將頂電極和電介質材料之一或兩者"紋理化"。又一個現有途徑是將電介質材料模式化，形成由一系列電介質柱構成的陣列。這個途徑減少了束縛電荷的數量，但是也減少了電極之間的電介質材料的總量，這與使開關的電容比最大化的傳統設計目標是背道而馳的。

現在參見第1a-1d圖，圖中示出了"膜片"型的RF MEMS電容式開關10的實施例，其中電介質材料已模式化，形成由一系列電介質柱12構成的陣列，將底電極14與懸架的頂電極16隔開。在這個實施例中，膜片本身由導電材料諸如鋁製成，形成頂電極16。RF信號加到底電極或膜片上。在膜片上蝕刻有一系列通風孔18，以便除去在製造時使用的犧牲層和減少在膜片移動時擠壓薄膜阻尼。膜片上的通風孔18分佈在離開下面的電介質柱12處，以保證在受激狀態完整的金屬/電介質覆蓋20，使電容最大。如圖所示，在頂電極16在受激狀態與電介質柱12接觸時，電荷22可以隧入電介質柱成為電介質柱內的束縛電荷。束縛電荷的問題仍然存在，但與實心電介質層相比得到減少，減少量與電介質柱的稀疏度或充填係數成正比。

以下為本發明的摘要，給出了本發明的一些特徵的基本情況。這個摘要並不是要標示本發明的關鍵或關鍵性部件，也不是要概括本發明的範圍。它的用途只是以簡化形式介紹本發明的一些原理，作為稍後要給出的更為詳細的說明和定義申請專利範圍的預覽。

本發明提供了RP MEMS電容式開關的減小電介質充電問題的佈局技術。

在一個實施例中，在電極之間施加電壓差時，頂電極朝底電極移動。頂電極可以例如被支承為"膜片"或"懸臂"，以提供促使頂電極返回到它的去激位置的彈性。RF信號耦合給頂電極或底電極。模式化的電介質材料提供多個電介質柱，支承一個或多個防止頂電極在移動時與底電極接觸的接觸表面。在不同的實施例中，這些接觸表面是圓柱形電介質柱的上表面、成圓錐形的電介質柱的側面、根切電介質柱所支承的接觸墊或多個電介質柱所支承的電介質層。多個在第二電極上的孔分別與多個電介質柱對準。在受激時，頂電極環繞多個孔與一個或多個接觸表面接觸，使得每個孔覆蓋它所對準的電介質柱的至少中央部分。通過將孔的大小選擇成使得頂電極在RF信號的頻率近似呈現為連續的導電片，孔與電介質柱對準減少了束縛電荷的數量但並不減小電容。在不同的實施例中，電介質柱的直徑可以小於孔的直徑，使得覆蓋是完全的，在這種情況下大大消除了束縛電荷。在不同的實施例中，頂電極可以只在環繞每個孔的環形圈內與絕緣結構接觸，以減小接觸面積，從而減小了環境靜摩擦的問題。

MEMS‧‧‧微機電系統

RF‧‧‧射頻

10、100、200、300、400‧‧‧"膜片"型的RF MEMS電容式開關

12、52、112、122、202、302、408、512‧‧‧電介質柱

14、110、204、312、402、500‧‧‧底電極

16‧‧‧頂電極

18、208、306‧‧‧通風孔

20‧‧‧金屬/電介質覆蓋

22‧‧‧電荷

50、420、522‧‧‧電極孔

56‧‧‧截止頻率

54‧‧‧RF/微波場

102、314、404‧‧‧矽半導體基片

104‧‧‧氧化層

106、108、416、418、516、518‧‧‧導電柱

113、206‧‧‧電介質接觸表面

114、212、310、414、520‧‧‧導電膜片

116、118‧‧‧端部

120、210、308、422‧‧‧中部

124‧‧‧孔中央部分

126‧‧‧環形圈

304、514‧‧‧接觸墊

316、318、320、424、426‧‧‧直徑

322、428‧‧‧空隙

324‧‧‧電場線

406‧‧‧氧化層

410、510‧‧‧電介質層

502‧‧‧二氧化矽層

504‧‧‧矽基片

506‧‧‧犧牲層

508‧‧‧襯墊導電柱

該領域內的技術人員從以下結合附圖對優選實施例的詳細說明中可以清楚地看到本發明的這些和其他一些特徵和優點，在這些附圖中：第1a-1d圖，如上所述，為現有RF MEMS電容式開關的不同視圖，其中絕緣柱被設置成與通風孔正交，以在防止柔性頂電極與底電極接觸的同時保持開關的電容比；第2a圖為示出RF信號看到的是連續的導電片的截止頻率(低於截止頻率它看到的是減小了的電容面積)與孔的直徑之間的關係的曲線圖，而第2b和2c圖為分別示出RF信號在頻率超過和低於截止頻率時在帶有孔的導電片內的場線的示意圖；第3a-3d圖為電介質柱與頂電極上的孔對準以在減少束縛電荷的同時保持開關的電容比的RF MEMS電容式開關的實施例的不同視圖；第4a-4c圖為成圓錐形的電介質柱與孔對準的RF MEMS電容式開關的另一個實施例的不同視圖；第5a-5c圖為電介質柱支承接觸墊和被根切成具有比所對準的孔小的直徑以顯著消除束縛電荷的RF MEMS電容式開關的不同視圖；第6a和6b圖為多個電介質柱支承電介質層、每個電介質柱被根切成具有比它所對準的孔小的直徑以顯著消除束縛電荷的RF MEMS電容式開關的不同視圖；以及第7a-7g圖為製造第5a和5b圖所示的RF MEMS電容式開關的工藝的實施例的剖視圖。

本發明揭示了RF MEMS電容式開關的減小電介質充電問題而不影響開關的電容比的佈局技術。

在MEMS電容式開關的設計中，傳統的設計目標是試圖使開關的電容比最大，開關的電容比為在頂電極與底電極之間在受激狀態的電容與在去激狀態的電容之比。在使在受激狀態的電容最大化的努力中，現有的MEMS開關設計力求使頂電極在開關受激狀態盡可能接近導電部件，這也就意味著隔開它們的電介質材料必須是較薄的，例如厚度為幾百埃。此外，現有的MEMS開關設計力求使隔開電極的電介質材料的總量最大，這在"電介質柱"的情況下意味著使電介質柱離開通風孔。

現在參見第2a-2c圖，最近實驗所驗證的仿真業已表明，所覺察的由於電極孔50與電介質柱52對準和覆蓋而引起的電容損失在RF/微波頻率而孔大小適當時是非常非常小的。如圖所示，在高於截止頻率56的頻率，RF/微波場54趨於跳過在金屬內小的間隙諸如頂電極上的孔(第2b圖)。在低於截止頻率56的頻率，場54不會跳過孔(第2c圖)。因此，可以將電極上的孔開成適當大小並與電介質柱對準而不會導致開關的接通電容減小。通過按預定工作頻率縮放膜片孔的大小，可以使孔與柱對準對電容的影響最小。有用工作頻率與所對準的孔的大小之間的關係是，膜片孔越小設備可以工作而不會由於膜片孔而減小開關電容的設備截止頻率56就越低。電容隨著工作頻率降低穿過截止頻率56而逐漸減小，直至DC才完全體現出孔的影響。在高於截止頻率的較高頻率，表明孔對電容沒有影響。

孔與在下面的電介質柱對準使得每個孔覆蓋到它所對準的那個柱的至少中央部分。忽略次要的DC彌散場，在覆蓋區域的頂電極與底電極之間沒有DC電場線。這減小了DC或低頻電荷遷移入電介質，從而減少了束縛電荷。注意，由於充電所需的時常數大在RF頻率不會對電介質充電。在有些實施例中，電介質柱可以被根切成使孔覆蓋整個電介質柱。同樣也忽略次要的DC彌散場，這種結構應該完全截止DC電荷遷移入電介質，從而完全消除了束縛電荷。在不同的實施例中，孔/柱對準也減小了接觸面積，因此減小了環境靜摩擦的問題。

RF MEMS電容式開關使它的一個電極上的孔(諸如現有的通風孔)對準它的絕緣柱而且大小適當，以減少束縛電荷而不影響開關的電容比。在被移動時，電極環繞這些孔與電介質柱的一個或多個接觸表面接觸，使得每個孔覆蓋本孔所對準的電介質柱的至少中央部分。通過將孔的大小選擇成使得頂電極在RF信號的頻率近似呈現為連續的導電片，使孔與電介質柱對準減少了束縛電荷的數量但並不減小電容。在不同的實施例中，電介質柱的直徑可以小於孔的直徑，因此覆蓋是完全的，在這種情況下大大消除了束縛電荷。

不失一般性，下將對例示在"膜片"型RF MEMS電容式開關內電極孔與電介質柱對準的本發明的各個實施例進行說明。該領域內的一般技術人員可以理解，電極孔與電介質柱對準可以用於其他類型的MEMS電容式開關，這並不背離本發明的範圍。

現在參見第3a-3d圖，圖中示出了體現本發明的一些特徵的"膜片"型RF MEMS電容式開關100的實施例。具體地說，電介質材料已被模式化成具有由一些電介質柱構成的陣列和一個或多個將底電極與懸架的頂電極隔開的電介質接觸表面，其中，這些電介質柱與頂電極上的孔對準，以減少束縛電荷。這些附圖都是圖示性的並不按比例，以便以便於清楚地理解本發明的方式介紹開關100。

開關100包括矽半導體基片102、在它的上側面上有氧化層104。雖然基片102在這個所公開的實施例中是用矽製成的，但也可以是用其他適當的材料諸如砷化鎵(GaAs)或適當的氧化鋁製成的。類似，氧化層104在這個所公開的實施例中是二氧化矽，但是也可以是其他適當的材料。在氧化層104上設置了兩個分開的用導電材料製成的導電柱106和108。在這個實施例中，這兩個導電柱是用金製成的，但也可以是用其他適當的導電材料製成的。導電的底電極110用作傳輸線，被配置成在與第3a圖的平面垂直的方向是細長的。電極110用金製成，但也可以用其他適當的材料製成，而厚度近似為200至400nm。電介質層被模式化成在電極110上形成由一系列電介質柱112構成的陣列。每個電介質柱112的頂提供一個電介質接觸表面113。在所公開的這個實施例中，電介質層用氮化矽製成，厚度近似為100至300nm。可以將基片102、氧化層104、導電柱106和108、電極110和電介質柱112總稱為開關100的基礎部分。

導電膜片114跨在導電柱106和108的上端之間。在所公開的這個實施例中，膜片114用已知的鋁合金製成，而實際上可以用任何通常用來製造MEMS開關內的膜片的適當材料製成。膜片114具有分別固定地支承在導電柱106和108的頂部上的端部116和118。膜片114在它的端部116和118之間具有處在電極110和電介質柱112正上方的中部120。中部120構成了頂電極。在其他一些實施例中，膜片可以用非導電材料製成，用導電材料模式化，形成中部和頂電極。膜片114在第3a圖這個視圖中示為大致是平的，但是能撓曲，使得它的中部120向下移動，直到與電介質柱112接觸，如第3b圖所示。

導電膜片114製造成在中部120具有由一系列貫穿膜片、與在下面的電介質柱112對準的孔122構成的陣列，每個孔覆蓋它所對準的電介質柱的中央部分124，如第3c和3d圖的頂視圖所示。適當的是，孔122可以是用來在製造期間除去犧牲材料和在膜片移動時減少擠壓薄膜阻尼的通風孔。與所接受的行業實踐相反，孔122現在是與在下面的電介質柱112對準的。在這個實施例中，孔直徑小於電介質柱直徑，因此，在受激位置，中部120在環繞每個電介質柱112的邊緣的環形圈126內與這些電介質柱112接觸。雖然示為是圓形的，但孔122和電介質柱112也可以採用其他不同的形狀。因此，環形圈126也不一定要是圓的。在RF頻率在300MHz至90GHz之間時，每個孔可以具有在1um(微米)至8um之間的直徑。稍大的電介質柱直徑可以在2um至10um的範圍內。

在開關100的操作使用期間，使頻率在大致300MHz至90GHz範圍內的射頻(RF)信號通過膜片114和電極110之一傳播。具體些說，可以使RF信號從導電柱106通過膜片114傳播到導電柱108。或者，可以使RF信號通過電極110沿與第3a圖的平面垂直的方向傳播。孔122的大小做成使得中部120在RF信號頻率近似呈現為連續的導電片，因此RF信號"看到"在下面的在柱112內的電介質材料。因此，電容比不受電介質柱112與孔122對準的影響。

開關100的激勵在由在該領域內所知類型的控制電路加在膜片114與電極110之間的直流(DC)偏壓128控制之下執行。這個偏壓還可以稱為拉入電壓(Vp)。在偏壓沒有加到開關100上時，膜片114處在第3a圖所示的位置。如以上所討論的，RF信號將通過膜片114和電極110之一。為了方便起見，在以下討論中，假設RF信號通過電極110。在膜片114處在第3a圖的去激位置時，通過電極110傳播的RF信號通過開關100後通過電極110繼續傳播，這個RF信號沒有值得注意的從電極110到膜片114的耦合。

為了激勵開關100，將DC偏壓(拉入電壓Vp)加在電極110與膜片114之間。這個偏壓在膜片114上和在電極110上產生電荷，而這些電荷產生靜電吸引力，將膜片114的中部120推向電極110。這個吸引力使膜片114向下彎曲，使得它的中部120朝電極110運動。膜片114一直彎曲到它的中部120在環形圈126內與電介質柱112的接觸表面113嚙合。這個是膜片的受激位置。在這個位置，在電極110與膜片114的中部120之間的電容耦合大到成為膜片114處在第3a圖所示的去激位置時的100倍。因此，通過電極110傳播的RF信號基本上全部從電極110耦合入膜片114，在那裏它會有兩個分量，從膜片的中部120沿相反的方向分別朝導電柱106和108傳播。或者，如果RF信號通過膜片114從導電柱106嚮導電柱108傳播，RF信號會基本上全部從膜片的中部120耦合到電極110上，在那裏它會具有兩個分量，分別沿相反方向通過電極110傳播，離開開關100。

一旦膜片114到達了第3b圖所示的受激位置，控制電路可以任選地將DC偏壓(拉入電壓Vp)減小到待機或保持值。待機或保持值小於啟動膜片114從第3a圖所示的位置向下運動所需的電壓，但足以在膜片已到達第3b圖的受激位置時使膜片110保持在受激位置。

在膜片114處在第3b圖的受激位置時，膜片114與電介質柱112實際物理接觸，從而電場被限制於環形區域126。由於在膜片114與電極110之間起作用的耦合是電容耦合而不是直接物理接觸，如以前結合使孔122具有適當大小所說明的，孔122與電介質柱112對準對開關100的操作具體地說對開關的電容比沒有明顯影響。

DC偏壓所形成的電場在電介質柱112的由孔122與電介質柱112交疊而形成的中央部分124內並不存在。因此，來自膜片114的電荷可以通過的物理接觸的總面積較小，從而減小了可以隧入電介質柱112成為束縛電荷的電荷的數量。這意味著束縛電荷在電介質柱112內可以積聚的速率對於第3a-3d圖的開關要比現有的開關低得多。假設同樣的電介質柱的數量和大小和同樣的通風孔的數量和大小，按照本發明的孔與電介質柱對準的與第1a-1d圖的現有的開關設計的相比，束縛電荷的影響顯著得到減小，而且並不犧牲電容比，這與所接受的行業實踐相反。

結果，開關100要達到在電介質柱內的束縛電荷量可以在DC偏壓(拉入電壓Vp)終止時可以以大到足以阻止開關100返回去激位置的力吸引膜片114的狀態需要長得多的時間。因此，開關100的有效使用壽命明顯比現有開關的長。

孔/柱對準開關的輔助優點是，由於減小了膜片114與電介質柱112之間的物理接觸的總面積，就減小了會引起膜片114與電介質柱112之間吸引從而阻礙膜片114離開電介質柱112的運動的Van Der Walls力。這種"環境"靜摩擦直接與束縛電荷靜摩擦相複合。

為了使開關100去激，控制電路終止加在膜片114與電極110之間的DC偏壓(拉入電壓Vp)。柔性膜片114的固有彈性產生較強的恢復力，使膜片的中部120向上運動，離開電介質柱112和電極110，直到膜片到達第3a圖所示的位置。

現在參見第4a-4c圖，圖中示出了體現本發明的一些特徵的"膜片"型RF MEMS電容式開關200的另一個實施例。在這個實施例中，每個電介質柱202成圓錐形地從在底電極204上的根基直徑逐漸變細到較小的頂端直徑。接觸表面206是成圓錐形的電介質柱的表面。在膜片212的中部210內每個對準孔208的直徑大於頂端直徑而小於根基直徑。在受激時，膜片212朝底電極204移動，使得電介質柱202的頂端穿過它們各自所對準的在膜片212的中部210上的孔208向上伸出。膜片一直移動到成圓錐形的電介質柱202的外徑等於孔208的內徑，在這點膜片212的中部210只在圍繞柱202的環形圈214內與成圓錐形的電介質柱202接觸。在這種佈局中，環形圈214是非常細的，於是束縛電荷216的數量是很小的。

在不同的實施例中，電介質柱支承接觸表面，提供了與膜片和孔接觸的表面區域，以防止膜片與底電極接觸。電介質柱本身可以製成直徑小於所對準的孔的直徑。這種對電介質柱的"根切"導致孔覆蓋整個電介質柱。結果，DC偏壓所產生的電場線(忽略彌散場)就不覆蓋電介質柱，在這種情況下基本上消除了束縛電荷。如下面要說明的那樣，這可以通過將第3a-3d圖所示的電介質柱根切成形成與孔交接的接觸墊和直徑小於孔的電介質柱來實現。或者，多個經根切的電介質柱(與孔對準的)可以支承一個高架電介質層。

現在參見第5a-5c圖，圖中示出了體現本發明的一些特徵的"膜片"型RF MEMS電容式開關300的另一個實施例。在這個實施例中，電介質柱302(類似於在第3a-3d圖所示的實施例中的電介質柱112) 被根切成形成接觸墊304。接觸墊304的直徑大於它所對準的孔306的直徑，以提供防止膜片310的中部308與基片314上的底電極312接觸的接觸表面。電介質柱302的直徑316小於它的接觸墊304的直徑318，優選的是小於它所對準的孔306的直徑320，因此每個所述孔覆蓋了整個電介質柱，如第5c圖所示。接觸墊304形成在接觸墊304與底電極312之間的環繞電介質柱302的空隙322。在如第5b圖所示那樣受激時，經移動的中部308只在空隙322上方與接觸墊304接觸，並不覆蓋電介質柱302。結果，DC偏壓Vp所產生的電場線324(忽略彌散場)就不覆蓋電介質柱302，在這種情況下基本上消除了束縛電荷。

現在參見第6a-6b圖，圖中示出了體現本發明的一些特徵的"膜片"型RF MEMS電容式開關400的另一個實施例。在這個實施例中，導電底電極402模式化在基片404和氧化層406上。多個電介質柱408將一個電介質層410支持在底電極402的上方。導電膜片414由導電柱416和418支承在電介質層410的上方。在膜片414的中部422形成多個孔420。每個孔與一個電介質柱408對準，使得每個所述孔覆蓋所對準的電介質柱的至少中央部分。優選的是，孔420的直徑424大於電介質柱408的直徑426，使得孔覆蓋了整個電介質柱(如第6b圖所示，電介質層410示為透明的)。電介質層410形成各個環繞電介質柱408的空隙428。在受激時，經移動的膜片414的中部422在空隙428上方與電介質層410接觸，並不覆蓋電介質柱408。結果，DC偏壓Vp所產生的電場線(忽略彌散場)不覆蓋電介質柱408，在這種情況下基本上消除了束縛電荷，與結合第5b圖所作的說明類似。

現在參見第7a-7g圖，圖中示出了體現本發明的一些特徵的製造第5a-5c圖所示的RF MEMS電容式開關300的方法的實施例。如第7a圖所示，在矽基片504上的二氧化矽層502上澱積和模式化導電底電極500。然後在底電極500上澱積諸如二氧化矽之類的犧牲層506(第7b圖)。對犧牲層506進行掩膜和蝕刻，從而提供限定電介質柱的根切區域的襯墊508(第7c圖)。在基片上方澱積諸如氮化矽(SiN)之類的電介質層510(第7d圖)。對電介質層510進行掩膜和蝕刻，從而形成支承直徑較大的電介質接觸墊514的電介質柱512(第7e圖)。將犧牲層除去(第7f圖)。最後，對基片進行加工，添加支承導電膜片520的導電柱516和518。對膜片520進行掩膜和蝕刻，形成與電介質柱512和接觸墊514對準的孔522。用當前的製造工藝可以達到大致1微米的對準公差。這只是個製造體現本發明的孔/柱對準特徵和根切特徵的RF MEMS電容式開關的實施例。可以用其他製造工藝和材料來製造這樣的MEMS電容式開關，這並不背離本發明的範圍。

以上示出和說明了本發明的一些例示性實施例，但該領域內的技術人員可以設想出許多變型和可選實施方式。可以設想和實現這樣的變型和可選實施方式，這並不背離在所附申請專利範圍中所給出的本發明的精神和範圍。

100‧‧‧"膜片"型的RF MEMS電容式開關

102‧‧‧矽半導體基片

104‧‧‧氧化層

106、108‧‧‧導電柱

110‧‧‧底電極

112‧‧‧電介質柱

113‧‧‧電介質接觸表面

114‧‧‧導電膜片

116、118‧‧‧端部

120‧‧‧中部

Claims

一種微機電系統MEMS開關，包括：第一電極，具有上表面；第二電極，被配置成回應於在第一與第二電極之間施加電壓差，朝第一電極移動；在所述第一電極的所述上表面上的模式化的電介質材料，所述模式化的電介質材料在所述第一電極的所述上表面上且在所述第一與第二電極之間具有多個電介質柱，以支承一個或多個防止第二電極與第一電極接觸的電介質接觸表面；以及在所述第二電極上的多個孔，每個所述電介質柱對準所述多個孔中不同的孔，其中，經移動的第二電極環繞多個孔與一個或多個電介質接觸表面接觸，使得每個所述孔覆蓋本孔所對準的電介質柱的至少中央部分。
如申請專利範圍第1項的MEMS開關，其中，每個所述電介質柱的直徑小於本電介質柱所對準的孔的直徑，使得每個所述孔覆蓋整個電介質柱，所述模式化的電介質材料在接觸表面與第一電極之間形成環繞每個所述電介質柱的空隙，其中所述經移動的第二電極只在空隙上方與接觸表面接觸，並不覆蓋電介質柱。
如申請專利範圍第2項的MEMS開關，其中，每個所述接觸表面包括由一個所述電介質柱支承的電介質接觸墊，每個所述接觸墊的直徑大於孔和電介質柱的直徑，其中所述第二電極只在環繞孔的環形圈內接觸每個所述接觸墊。
如申請專利範圍第2項的MEMS開關，其中，所述一個或多個接觸表面包括由多個電介質柱支承在第一電極上方的電介質層。
如申請專利範圍第1項的MEMS開關，其中，每個所述接觸表面是一個電介質柱的上表面，每個所述電介質柱的直徑大於孔的直徑，使得所述第二電極只在環繞孔的環形圈內與每個所述電介質柱的上表面接觸。
如申請專利範圍第1項的MEMS開關，其中，每個所述電介質柱成圓錐形從在第一電極上的根基直徑逐漸變細到較小的頂端直徑，而所述接觸表面是成圓錐形的電介質柱的表面，其中在第二電極上的每個所述孔的直徑大於頂端直徑而小於根基直徑，使得在經移動的第二電極上的孔只在柱直徑等於孔直徑處環繞電介質柱的環形圈內與成圓錐形的電介質柱接觸。
如申請專利範圍第1項的MEMS開關，其中，所述經移動的第二電極只在多個環繞電介質柱的環形圈內與接觸表面接觸。
如申請專利範圍第1項的MEMS開關，其中，所述孔的直徑使得在300MHz至90GHz之間的RF頻率第二電極近似呈現為連續的導電片。
如申請專利範圍第8項的MEMS開關，其中，每個孔具有在1um至8um之間的直徑，而每個電介質柱具有在2um至10um之間的直徑。
如申請專利範圍第8項的MEMS開關，其中，每個所述孔覆蓋本孔所對準的電介質柱的至少中央部分減小了在電介質柱內的束縛電荷而並不減小MEMS開關的在第一與第二電極之間的電容。
一種微機電系統MEMS開關，包括：第一電極；第二電極，被配置成在回應於第一與第二電極之間施加電壓差，朝第一電極移動；在所述第一與第二電極之間的模式化的電介質材料，所述模式化的電介質材料具有多個防止第二電極與第一電極接觸的電介質柱；以及在第二電極上的多個孔，每個所述孔與一個所述電介質柱對準，每個所述孔具有小於本孔所對準的電介質柱的直徑，使得經移動的第二電極只在環形圈內與每個所述電介質柱接觸，而所述孔覆蓋本孔所對準的電介質柱的至少中央部分。
如申請專利範圍第11項的MEMS開關，其中，每個所述電介質柱成圓錐形從在第一電極上的根基直徑逐漸變細到較小頂端直徑，其中在第二電極上的每個所述孔的直徑大於頂端直徑而小於根基直徑，使得在經移動的第二電極上的孔在成圓錐形的電介質柱的直徑等於孔直徑處僅在環繞電介質柱的環形圈內與電介質柱接觸。
如申請專利範圍第11項的MEMS開關，其中，每個所述電介質柱包括本電介質柱所支承的電介質接觸墊，每個所述接觸墊的直徑大於比電介質柱的直徑大的孔的直徑，所述接觸墊形成在接觸墊與第一電極之間的環繞所述電介質柱的空隙，其中所述經移動的第二電極只在空隙上方環繞孔的環形圈內與每個所述接觸墊接觸而不覆蓋電介質柱。
如申請專利範圍第10項的MEMS開關，其中，所述孔的直徑在1um至8um之間，使得在RF頻率在300MHz至90GHz之間時第二電極近似呈現為連續的導電片。
一種微機電系統MEMS開關，包括：第一電極；第二電極，被配置成回應於在第一與第二電極之間施加電壓差，朝第一電極移動；在所述第一與第二電極之間的模式化的電介質材料，所述模式化的電介質材料具有多個電介質柱，支承一個或多個防止第二電極與第一電極接觸的電介質接觸表面；以及多個在第二電極上的分別與多個電介質柱對準的孔，所述孔的直徑大於電介質柱的直徑，使得模式化的電介質材料形成在一個或多個接觸表面與第一電極之間環繞電介質柱的空隙；其中，所述經移動的第二電極只在空隙上方環繞多個孔與一個或多個接觸表面接觸而不覆蓋電介質柱。
如申請專利範圍第15項的MEMS開關，其中，每個所述接觸表面包括由一個所述電介質柱支承的電介質接觸墊，每個所述接觸墊的直徑大於孔和電介質柱的直徑，其中所述第二電極只在空隙上方環繞孔的環形圈內與每個所述接觸墊接觸而不覆蓋電介質柱。
如申請專利範圍第15項的MEMS開關，其中，所述一個或多個接觸表面包括由多個電介質柱支承在第一電極上方的電介質層。
如申請專利範圍第15項的MEMS開關，其中，所述孔的直徑在1um至8um之間，使得RF頻率在300MHz至90GHz之間時第二電極近似呈現為連續的導電片。
一種微機電系統MEMS開關，包括：第一電極；第二電極，被配置成回應於在第一與第二電極之間施加電壓差，朝第一電極移動；在所述第一與第二電極之間的模式化的電介質材料，所述模式化的電介質材料具有多個支承各自的接觸墊的電介質柱，每個所述接觸墊具有第一直徑，它大於電介質柱的第二直徑，以形成在接觸墊與第一電極之間環繞電介質柱的空隙，其中所述接觸墊防止第二電極與第一電極接觸；以及多個在第二電極上的孔，每個所述孔與一個所述接觸墊對準，每個所述孔具有小於接觸墊的第一直徑而大於電介質柱的第二直徑的第三直徑，使得經移動的第二電極只在空隙上方接觸墊上的環形圈內與模式化的電介質材料接觸而不覆蓋電介質柱。
如申請專利範圍第19項的MEMS開關，其中，所述孔的直徑在1um至8um之間，使得RF頻率在300MHz至90GHz之間時第二電極近似呈現為連續的導電片。