專利名稱:控制微機(jī)械元件的裝置與方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種用在電路中,特別地但不限于非易失存儲(chǔ)器裝置中控制微機(jī)械元
件的裝置與方法。
背景技術(shù):
由于受高集成電路中使裝置小型化以用于微電子應(yīng)用的驅(qū)動(dòng),微機(jī)械結(jié)構(gòu)或元件
在微電子產(chǎn)業(yè)中的諸如開關(guān)、電容器、繼電器的應(yīng)用上存在著巨大的潛在需求。用于存儲(chǔ)器
裝置的微機(jī)械元件例如懸臂是半導(dǎo)體芯片中固態(tài)存儲(chǔ)器陣列的主要競爭對手。 另外,許多不同應(yīng)用,包括微型開關(guān)、電容電路、加速計(jì)和光學(xué)元件等都采用了微
機(jī)械結(jié)構(gòu)。由于加工技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,微機(jī)械結(jié)構(gòu)在尺寸上明顯變小,這樣提高了它們作
為邏輯元件或存儲(chǔ)器元件以與半導(dǎo)體處理器及存儲(chǔ)器芯片競爭的潛力。 傳統(tǒng)的半導(dǎo)體非易失存儲(chǔ)器通過使用晶體管實(shí)現(xiàn)擦寫,晶體管具有浮動(dòng)?xùn)藕涂刂?門,所述浮動(dòng)?xùn)藕涂刂崎T由絕緣體隔開。浮動(dòng)?xùn)派洗鎯?chǔ)的電荷可表示一個(gè)二進(jìn)制值,該二進(jìn) 制值由裝置被切換到0N時(shí)預(yù)定電壓也即閾值電壓是否被超過來決定。 傳統(tǒng)的固態(tài)存儲(chǔ)器具有可采取或者ON狀態(tài)或者OFF狀態(tài)來表示信息存儲(chǔ)狀態(tài)的 存儲(chǔ)單元,存儲(chǔ)器晶體管內(nèi)的電荷轉(zhuǎn)移限定在由加載到存儲(chǔ)器晶體管上的前述閾值電壓決 定的ON和OFF狀態(tài)期間的1比特信息。 微機(jī)械元件的價(jià)值主要在于其小尺寸及潛在的用途,比如作為微機(jī)械結(jié)構(gòu)為存儲(chǔ) 器應(yīng)用中的電荷轉(zhuǎn)移提供介質(zhì)。需要提供具有良好的結(jié)構(gòu)完整性的并且在轉(zhuǎn)換操作上也 是可靠的微機(jī)械元件是令人向往的。微機(jī)械元件通常裝在低壓縱長的空腔中,在空腔中其 是可活動(dòng)的并通過施加使元件分別與鄰近電極接觸和脫離接觸的啟動(dòng)電壓來切換到ON和 0FF狀態(tài)。這種裝置通常被視為一個(gè)單元。 微機(jī)械接觸開關(guān)/單元的性能所面臨的關(guān)健問題之一就是在0N狀態(tài)下,電極和微 機(jī)電元件在接觸時(shí)容易彼此粘在一起,使得例如難以將它們分開以便關(guān)掉單元。微機(jī)電系 統(tǒng)(MEMS)領(lǐng)域的技術(shù)人員稱這種現(xiàn)象為"靜態(tài)阻滯",其由兩個(gè)不同表面的原子和分子間 的吸引造成。如果偏轉(zhuǎn)由靜電引起,則需要加載高控電壓來產(chǎn)生恢復(fù)力,同集成電路操作在 約5V或3. 3V電壓相比,高控電壓通常高達(dá)約40V。 本發(fā)明的非易失存儲(chǔ)器裝置利用懸臂開關(guān)和電極之間的靜態(tài)阻滯來將開關(guān)保持 在0N狀態(tài)。舉例來說,通常通過維持恒定的偏壓電壓來使懸臂式繼電器啟動(dòng)到ON狀態(tài)。不 過,為了使微機(jī)械結(jié)構(gòu)從ON狀態(tài)迅速切換到OFF狀態(tài),大多數(shù)方法都是通過應(yīng)用負(fù)脈沖來 減小恒定偏壓來激活0FF狀態(tài)。因此,為了達(dá)到OFF狀態(tài),就要加載比啟動(dòng)ON狀態(tài)所需電 壓更低的電壓。 盡管靜態(tài)阻滯現(xiàn)象在微機(jī)電系統(tǒng)領(lǐng)域是個(gè)重大問題,但在諸如開關(guān)和存儲(chǔ)器的應(yīng) 用中,仍在繼續(xù)研究努力以克服該現(xiàn)象。不過在本發(fā)明中,靜態(tài)阻滯被用于在切換操作過程 中維持微機(jī)械元件和接觸電極之間的粘附,以對結(jié)構(gòu)進(jìn)行編程。本發(fā)明尋求在微機(jī)械元件 中產(chǎn)生更大的可控的恢復(fù)力,以便重復(fù)、快速、熟練地對它進(jìn)行編程和清除程序。
5
微機(jī)電開關(guān)的恢復(fù)力可以修改,例如通過使用多個(gè)控制電極使該微機(jī)電開關(guān)與電
極接觸,或可選地通過使用特殊形狀的結(jié)構(gòu)元件來產(chǎn)生更強(qiáng)的恢復(fù)力。但是通過具有不止 一個(gè)驅(qū)動(dòng)電極會(huì)增加使用這種開關(guān)的系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。 在其他解決方案中,電極布置在可動(dòng)微機(jī)械元件的每一側(cè)上作為實(shí)現(xiàn)切換操作的
裝置。但這種方案有許多限制,如加載較高的電壓,較大的空腔來容納機(jī)電元件,并且如果 電極布置在結(jié)構(gòu)的每一側(cè),則在其制作過程中必須使用額外的掩模并因而增加了成本。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)有電極裝置的存儲(chǔ)器元件,其容許快速切換操 作,可在微機(jī)械元件中產(chǎn)生更大的可控恢復(fù)力以便重復(fù)、快速、熟練地對其編程和清除程 序,可加載低的切換電壓,在結(jié)構(gòu)的制作步驟中較少地實(shí)施掩模以容許較小的空腔來容納 元件并節(jié)省制造成本。 因此,根據(jù)本發(fā)明的第一方面,提供了用于電路的非易失存儲(chǔ)器裝置,其包括連接 到基底的微機(jī)械元件,該微機(jī)械元件響應(yīng)設(shè)置在基底上以控制微機(jī)械元件在一或多個(gè)穩(wěn)定 狀態(tài)間的運(yùn)動(dòng)的偏轉(zhuǎn)裝置。 優(yōu)選地,所述或每種穩(wěn)定狀態(tài)可包括微機(jī)械元件具有接觸狀態(tài)、用于引起微機(jī)械 元件從接觸狀態(tài)受控地釋放的亞穩(wěn)狀態(tài)以及其中微機(jī)械元件具有自由端的狀態(tài)。
最優(yōu)選地,微機(jī)械元件可連接到基底以提供與基底的電接觸。 有利地,偏轉(zhuǎn)裝置是可操作的以使元件沿遠(yuǎn)離接觸位置的方向以快速釋放的模式 偏轉(zhuǎn),并且正是偏轉(zhuǎn)裝置引起所述或每種穩(wěn)定狀態(tài)。
優(yōu)選地,偏轉(zhuǎn)裝置包括一個(gè)或多個(gè)共面電極。 優(yōu)選地,微機(jī)械元件可以響應(yīng)偏轉(zhuǎn)裝置而彈性變形,微機(jī)械元件優(yōu)選地由從鈦、 鎢、鋁、銅或鉭中選取的導(dǎo)電材料制成。 優(yōu)選地,第一電壓可被加載到偏轉(zhuǎn)裝置以吸引微機(jī)械元件使之與第一電極接觸, 第二電壓可被加載到偏轉(zhuǎn)裝置以使微機(jī)械元件接近偏轉(zhuǎn)裝置。 優(yōu)選地,微機(jī)械元件可以包括具有不同物理特性的部分,特別是包括具有比鄰近 部分更高的彎曲剛度的部分。 本發(fā)明另一方面提供了一種用于控制非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,包括向偏轉(zhuǎn)裝置
加載一或多個(gè)信號(hào),以用于使微機(jī)械元件在一個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)間運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地,將一個(gè)或多個(gè)控制信號(hào)加載到偏轉(zhuǎn)裝置的步驟可使微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到接
觸狀態(tài)。優(yōu)選地,這種方法的步驟可包括產(chǎn)生用于引起微機(jī)械元件沿遠(yuǎn)離接觸位置的方向
以快速釋放的模式偏轉(zhuǎn)的預(yù)定信號(hào)。 有利地,給偏轉(zhuǎn)裝置產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)預(yù)定信號(hào)的步驟可使微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到接近 偏轉(zhuǎn)裝置。 本發(fā)明另一方面還提供了一種短路電路,包括靠近第二微機(jī)械元件的第一微機(jī) 械元件,第一和第二微機(jī)械元件每個(gè)響應(yīng)用于移動(dòng)相應(yīng)微機(jī)械元件的相應(yīng)的第一和第二偏 轉(zhuǎn)裝置;電流限制裝置;與偏轉(zhuǎn)裝置和電流限制裝置相連的接地線;其中第一偏轉(zhuǎn)裝置可 與第二偏轉(zhuǎn)裝置接合以實(shí)現(xiàn)短路。 有利地,第一微機(jī)械元件可以被布置成基本上垂直于第二微機(jī)械元件,并且電路中的電流限制裝置是電阻器。 優(yōu)選地,相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)裝置可包括一個(gè)或多個(gè)電極以吸引微機(jī)械元件或使其與接觸 電極脫離。有利地,第一微機(jī)械元件的吸引電極可與第二微機(jī)械元件的接觸電極接合以實(shí) 現(xiàn)第一微機(jī)械元件的短路。 優(yōu)選地,短路電路可在本發(fā)明的非易失存儲(chǔ)器裝置中操作。 本發(fā)明還提供一種利用非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,該非易失存儲(chǔ)器裝置具有微機(jī) 械元件、接觸電極和切換電極,該方法包括
向該切換電極加載第一偏壓電壓; 將該微機(jī)械元件從與該接觸電極隔開的第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到與該接觸電極接觸并與 該切換電極隔開第一距離的第二狀態(tài);
向該切換電極加載第二偏壓電壓; 將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與該切換電極隔開第二距離的位置,該第二距離小于該第一 距離; 將加載到該切換電極上的該偏壓電壓轉(zhuǎn)換到第三偏壓電壓;禾口
將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第一狀態(tài)。 優(yōu)選地,向該切換電極加載該第一偏壓電壓將該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第二狀態(tài)。
優(yōu)選地,該第三偏壓電壓大約為零。 優(yōu)選地,進(jìn)一步包括在加載該第二偏壓電壓之前去除該第一偏壓電壓。
優(yōu)選地,其中該微機(jī)械元件上涂有聚合物。
優(yōu)選地,該接觸電極上涂有聚合物。 優(yōu)選地,進(jìn)一步包括從該微機(jī)械元件向該接觸電極進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移以將該微機(jī)械元 件編程。 優(yōu)選地,進(jìn)一步包括將微機(jī)械元件清除程序。 優(yōu)選地,當(dāng)該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與該切換電極隔開第二距離的位置時(shí)該微機(jī)械元 件保持與該接觸電極接觸。 本發(fā)明還提供一種利用非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,該非易失存儲(chǔ)器裝置具有微機(jī) 械元件、接觸電極和切換電極,該方法包括
向該切換電極加載第一偏壓電壓; 將微機(jī)械元件從與該接觸電極隔開的第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到與該接觸電極接觸的第二 狀態(tài),從而在該微機(jī)械元件和該接觸電極之間的界面處產(chǎn)生粘附能量; 將該微機(jī)械元件的彈性能量增加到大于在該微機(jī)械元件和該接觸電極之間界面 處的粘附能量的值;禾口 將該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)回到該第一狀態(tài)。
優(yōu)選地,該微機(jī)械元件上涂有聚合物。
優(yōu)選地,該接觸電極上涂有聚合物。 優(yōu)選地,進(jìn)一步包括從該微機(jī)械元件向該接觸電極轉(zhuǎn)移電荷以將該微機(jī)械元件編 程。 優(yōu)選地,當(dāng)該微機(jī)械元件的彈性能量增加時(shí)該微機(jī)械元件保持與該切換電極隔 開。
優(yōu)選地,進(jìn)一步包括在增加該微機(jī)械元件的彈性能量之前去除該第一偏壓電壓。
優(yōu)選地,進(jìn)一步包括當(dāng)微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第一狀態(tài)時(shí)向該微機(jī)械元件加載電 壓。 優(yōu)選地,當(dāng)增加該微機(jī)械元件的彈性能量時(shí)該微機(jī)械元件保持與該接觸電極接 觸。 本發(fā)明還提供一種短路電路,包括 臨近第二微機(jī)械元件的第一微機(jī)械元件,第一和第二微機(jī)械元件每個(gè)響應(yīng)用于移 動(dòng)相應(yīng)微機(jī)械元件的相應(yīng)的第一和第二偏轉(zhuǎn)裝置;
電流限制裝置, 與偏轉(zhuǎn)裝置和電流限制裝置相連的接地裝置; 其中第一偏轉(zhuǎn)裝置可與第二偏轉(zhuǎn)裝置接合以實(shí)現(xiàn)短路,其中第一微機(jī)械元件布置
成基本上垂直于第二微機(jī)械元件。 本發(fā)明還提供一種短路電路,包括 臨近第二微機(jī)械元件的第一微機(jī)械元件,第一和第二微機(jī)械元件每個(gè)響應(yīng)用于移 動(dòng)相應(yīng)微機(jī)械元件的相應(yīng)的第一和第二偏轉(zhuǎn)裝置;
電流限制裝置, 與偏轉(zhuǎn)裝置和電流限制裝置相連的接地線; 其中第一偏轉(zhuǎn)裝置可與第二偏轉(zhuǎn)裝置接合以實(shí)現(xiàn)短路,其中相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)裝置包括
一個(gè)或更多個(gè)電極以吸引微機(jī)械元件或使其與接觸電極脫離;其中第一微機(jī)械元件的吸引
電極可與第二微機(jī)械元件的接觸電極接合以實(shí)現(xiàn)第一微機(jī)械元件的短路。 本發(fā)明還提供一種電路,包括 第一吸引電極; 接觸電極; 第一微機(jī)械元件,其可從與第一接觸電極隔開的第一位置和與該接觸電極接觸的
第二位置運(yùn)動(dòng); 第二吸引電極;禾口 第二微機(jī)械元件,其從與第一吸引電極隔開的第三位置和與第一吸引電極接觸的 第四位置運(yùn)動(dòng)。 優(yōu)選地,第一微機(jī)械元件基本上垂直于第二微機(jī)械元件。
優(yōu)選地,第一微機(jī)械元件和第二微機(jī)械元件都耦接到電阻器。
優(yōu)選地,進(jìn)一步包括耦接到該接觸電極的傳感電路。 本發(fā)明還提供一種使電路工作的方法,該電路具有第一吸引電極、接觸電極、第二 吸引電極、第一微機(jī)械元件和第二微機(jī)械元件,該方法包括 向第一吸引電極加載第一電壓使第一微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與接觸電極接觸;
向第一吸引電極加載第二電壓;禾口 向第二吸引電極加載第三電壓使第二微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與第一吸引電極接觸并 使第一微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與接觸電極脫離接觸。 優(yōu)選地,進(jìn)一步包括將第一微機(jī)械元件從與第一吸引電極隔開第一距離的第一位 置運(yùn)動(dòng)到與第一吸引電極相距第二距離的第二位置,其中第二距離小于第一距離。
優(yōu)選地,向第一吸引電極加載第二電壓致使第一微機(jī)械元件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第 二位置。 本發(fā)明與已知的解決方案相比特別的優(yōu)勢在于吸引電極和排斥電極在同一平面。 這意味著其制作過程中不需要額外的掩模步驟和額外的層以用于對開關(guān)清除程序。除此之 外,被編程的懸臂下方的靜電差較小,這使得清除程序電壓比其中電極布置在微機(jī)械元件 的每一側(cè)上的構(gòu)造所需的電壓更低。
本發(fā)明的實(shí)施例將通過例子參考附圖進(jìn)行描述,附圖中
圖1示出了其中沒有加載電壓的非易失存儲(chǔ)器單元裝置; 圖2示出了處于第二狀態(tài)的非易失存儲(chǔ)器單元的橫截面,在該狀態(tài)下非易失存儲(chǔ) 器單元可以被激活到0N狀態(tài); 圖3示出了非易失存儲(chǔ)器設(shè)備的橫截面,其中微機(jī)械元件2仍與電極接觸,附加的 電壓將元件進(jìn)一步吸引向電極; 圖4示出了當(dāng)電極5上的電壓快速下降時(shí)微機(jī)械元件沿遠(yuǎn)離偏轉(zhuǎn)電極的方向迅速 偏轉(zhuǎn); 圖5示出了在本發(fā)明的非易失裝置中可操作的短路電路;
以及圖6示出了包括一個(gè)或多個(gè)平行梁段的微機(jī)械元件。
具體實(shí)施例方式
本實(shí)施例就裝在低壓環(huán)境中的存儲(chǔ)器單元所呈現(xiàn)的構(gòu)成整個(gè)發(fā)明的不同狀態(tài)來 進(jìn)行描述。圖1涉及本發(fā)明的實(shí)施例的第一狀態(tài),其中非易失存儲(chǔ)器單元裝置1包括微機(jī) 械元件2,例如本實(shí)施例中的懸臂;元件2布置在第一電極4上的支撐部分3 ;元件2的在 第二電極5和第三電極6上方可動(dòng)的自由端;其中電極4、5和6共面地布置。Z表示微機(jī) 械元件2的下表面與電極4、5和6的上表面之間的間距。X表示電極4和5之間的間距;Y 表示電極5和6之間的間距。電極5是切換電極,而電極4和6起接觸電極的作用。在第 一狀態(tài)下,沒有向單元加載電壓。因此,在元件2和電極4、5和6之間沒有靜電力,這樣單 元處于其中元件2保持不動(dòng)的平衡狀態(tài)。 參看圖2,非易失存儲(chǔ)器單元1的元件2可以設(shè)置在能被激活到0N狀態(tài)的第二狀 態(tài)。這通過例如在偏轉(zhuǎn)電極5處加載偏壓電壓VI來實(shí)現(xiàn),從而在元件2和電極5之間引入 迫使元件2朝向接觸電極6的靜電力。當(dāng)這種"吸弓l"電壓達(dá)到閾值時(shí),作為兩者之間接觸 的結(jié)果,元件2開始向電極6進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移,從而使元件2處于編程狀態(tài)。在編程后,當(dāng)偏 壓電壓VI從電極5上去除,即VI = 0時(shí),元件2保持與電極6接觸。這被視為已編程狀 態(tài)。接觸借助于諸如范德瓦爾斯力或表面張力的吸引繼續(xù)保持,這種范德瓦爾斯或表面張 力公知是一種靜態(tài)阻滯或金屬對金屬的粘結(jié),其構(gòu)成這種模式下單元1的非常有利的粘著 狀態(tài)。 另外,在這種狀態(tài)下,微機(jī)械結(jié)構(gòu)2存儲(chǔ)彈性能量并且存儲(chǔ)器單元1包括由如上所
述在元件尖端與接觸電極之間的界面處產(chǎn)生的靜態(tài)阻滯力造成的附加的有功部分。 應(yīng)該指出的是,在一些諸如易失存儲(chǔ)器的應(yīng)用中,保持接觸電極6與元件2之間的接觸的靜態(tài)阻滯并不是有利特征。因而,為了抵消這種靜態(tài)阻滯,電極可以涂上聚合物薄膜 來減少元件2和電極6之間的粘附能量。 本發(fā)明的非易失存儲(chǔ)器單元l在上述接觸模式之后采取另一狀態(tài)。參考圖3,在元 件2仍與電極6接觸時(shí),在電極5和元件2之間加載偏壓電壓V2(V2 > 0, < 0),從而吸引 元件2進(jìn)一步靠近電極5。當(dāng)元件2彎向電極5時(shí),產(chǎn)生了額外的彈性應(yīng)變能量并儲(chǔ)存在元 件2的一個(gè)或多個(gè)部分中。微機(jī)械元件彈性能量的增加應(yīng)足以克服元件2和電極6之間的 界面處出現(xiàn)的粘附力。應(yīng)該指出的是,加載的電壓應(yīng)按下述方式控制元件的位移,即避免微 機(jī)械元件2與電極5直接接觸,這種接觸會(huì)使單元短路。 下一步,當(dāng)電極5處的電V2快速下降時(shí)(|V| — 0),元件2迅速沿遠(yuǎn)離偏轉(zhuǎn)電極5 的方向偏轉(zhuǎn),如圖4所示。元件2中存儲(chǔ)的彈性應(yīng)變能量抵消元件2和接觸電極6之間的 粘附力或靜態(tài)阻滯,從而以快速釋放的模式釋放元件2。粘附力在元件2和電極6之間的界 面處構(gòu)成能量勢壘。在該模式下,元件2從能量方向非常有利的粘附狀態(tài)轉(zhuǎn)換到其中元件 2可以自由移動(dòng)的下一狀態(tài)。這一狀態(tài)被稱為清除程序狀態(tài)。編程狀態(tài)和清除程序狀態(tài)連 續(xù)并重復(fù)地執(zhí)行。 當(dāng)快速釋放模式是本發(fā)明一個(gè)重要方面時(shí),重要的是在快速釋放模式中向偏轉(zhuǎn)電 極5加載電壓要足夠快以至材料內(nèi)的機(jī)械脈沖傳播應(yīng)該是限制因素,并且這與微機(jī)械元件 2的機(jī)械共振頻率(第一固有頻率)有關(guān)。這是因?yàn)榇鎯?chǔ)的彈性能量可能會(huì)不希望地耗散 至不能實(shí)現(xiàn)微機(jī)械元件的快速釋放的程度。不希望通過具有比機(jī)械共振更慢的速率下降的 電脈沖來減慢微機(jī)械元件的運(yùn)動(dòng),該機(jī)械共振包括粘性阻尼和阻尼支撐損失的效果。
此外,若存儲(chǔ)器單元的驅(qū)動(dòng)電子器件不能加載這種快速脈沖, 一個(gè)微機(jī)械元件的 "吸引電極"會(huì)被另一個(gè)微機(jī)械元件短路。參考圖5,電路300中,微機(jī)械元件305設(shè)置于另 一微機(jī)械元件310附近,元件310在電路300中在340處接地。微機(jī)械元件310具有吸引 電極350和接觸電極355,而微機(jī)械元件305具有接觸電極345和吸引電極355,該電極355 是微機(jī)械元件310的接觸電極。 在裝置的正常操作中,如前參考圖5所述,微機(jī)械元件305被驅(qū)動(dòng)/傳感電路320 在偏轉(zhuǎn)電壓VI (VI > 0) 325處吸引,并且然后在下一步中被V2325處提供的電壓進(jìn)一步吸 引以增加彈性應(yīng)變能量并因而造成微機(jī)械元件305的快速釋放。當(dāng)微機(jī)械元件310與微機(jī) 械元件305的吸引電極355接觸時(shí),吸引電極355被短路,并且由于限制微機(jī)械元件310處 的電流的大電阻器355的作用,吸引電極355的電壓快速下降至零。 這種快速釋放模式機(jī)制在微機(jī)械元件和電極之間的接觸區(qū)域最小時(shí)有效得多。這 樣,在清除程序過程中,僅微機(jī)械元件的尖端應(yīng)觸及接觸電極,以便保證它不會(huì)突然進(jìn)入 "平坦"模式,即接觸吸引電極??赏ㄟ^幾種方法實(shí)現(xiàn),包括在靠近尖端處提供剛性部分以防 止平坦模式。 因此,在本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施例中,在微機(jī)械元件快速釋放模式過程中,可通過提 供彎曲剛度沿其長度變化的結(jié)構(gòu)來增強(qiáng)偏轉(zhuǎn)。例如,參考圖1的微機(jī)械單元,長度段2可以 由具有高彎曲剛度的材料制成,因?yàn)樵摱卧趤喎€(wěn)定模式期間被進(jìn)一步吸引。結(jié)構(gòu)的其他長 度段,如長度B和長度c每個(gè)可具有預(yù)定的彎曲剛度以適應(yīng)長度段B中較高的彎曲剛度從 而維持微機(jī)械元件5的結(jié)構(gòu)完整性。 除此之外,還存在多種方法,其中加載到圖1-4中的單元1上的電壓脈沖可以被降
10低以便減少能量消耗。參考圖1,通過減小微機(jī)械元件2的下表面和電極之間的位移Z,較 低的偏壓電壓可被加載到電極5上以吸引結(jié)構(gòu)元件2,實(shí)現(xiàn)其與電極6的電接觸。不過,間 距Z應(yīng)保證電極5和元件2之間沒有接觸,這種接觸將會(huì)造成電極5的不良短路并造成裝 置過早地停機(jī)。 參考圖l-4,單元的電極間的間距能夠變化以改變存儲(chǔ)于元件2中的彈性應(yīng)變能 量。舉例來說,如果電極5與電極6距離較遠(yuǎn),微機(jī)械元件2由于與電極5接觸的可能性較 低在快速釋放前可能被進(jìn)一步吸引。那樣會(huì)造成電極5短路。 本發(fā)明的主要目的之一是增大存儲(chǔ)于微機(jī)械元件的彈性應(yīng)變能量以提高其從接 觸電極釋放的速度。參考圖6,在本發(fā)明的又一實(shí)施例中,微機(jī)械元件600可能包括一個(gè)或 多個(gè)平行的梁段,例如段601、段602和段603。元件600響應(yīng)彼此側(cè)向布置的電極604和 604。使用中,當(dāng)結(jié)構(gòu)處于如前所述的亞穩(wěn)狀態(tài)時(shí),結(jié)構(gòu)在電極604和605的影響下被向下 吸弓I并在釋放前由于沿長度的彎曲剛度增加而進(jìn)一步彎曲。 通過以這種方式布置的段602,扭轉(zhuǎn)的側(cè)梁具有增加的彎曲剛度。另外,本實(shí)施例 的布置使下拉作用最小而側(cè)梁上的扭矩最大。從而對于同樣的豎直偏轉(zhuǎn)量,相比在本發(fā)明 的微機(jī)械元件的情況下能在系統(tǒng)中產(chǎn)生更多的彈性應(yīng)變能量。 盡管此處描述了微機(jī)械存儲(chǔ)器元件的特定實(shí)施例及其使用方法,但并不意味這種 特定參考例應(yīng)被視為對本發(fā)明范圍的限制。而且,在結(jié)合具體的實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行描述 后,應(yīng)理解,另外的變型對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員有如下暗示所有這些變型均落在附屬權(quán)利 要求涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
一種利用非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,該非易失存儲(chǔ)器裝置具有微機(jī)械元件、接觸電極和切換電極,該方法包括向該切換電極加載第一偏壓電壓;將該微機(jī)械元件從與該接觸電極隔開的第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到與該接觸電極接觸并與該切換電極隔開第一距離的第二狀態(tài);向該切換電極加載第二偏壓電壓;將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與該切換電極隔開第二距離的位置,該第二距離小于該第一距離;將加載到該切換電極上的該偏壓電壓轉(zhuǎn)換到第三偏壓電壓;和將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第一狀態(tài)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中向該切換電極加載該第一偏壓電壓將該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第二狀態(tài)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中該第三偏壓電壓大約為零。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括在加載該第二偏壓電壓之前去除該第一偏壓電壓。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中該微機(jī)械元件上涂有聚合物。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中該接觸電極上涂有聚合物。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括從該微機(jī)械元件向該接觸電極進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移以將該微機(jī)械元件編程。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括將微機(jī)械元件清除程序。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中當(dāng)該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與該切換電極隔開第二距離的位置時(shí)該微機(jī)械元件保持與該接觸電極接觸。
10. —種利用非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,該非易失存儲(chǔ)器裝置具有微機(jī)械元件、接觸電極和切換電極,該方法包括向該切換電極加載第一偏壓電壓;將微機(jī)械元件從與該接觸電極隔開的第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到與該接觸電極接觸的第二狀態(tài),從而在該微機(jī)械元件和該接觸電極之間的界面處產(chǎn)生粘附能量;將該微機(jī)械元件的彈性能量增加到大于在該微機(jī)械元件和該接觸電極之間界面處的粘附能量的值;禾口將該微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)回到該第一狀態(tài)。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法,其中該微機(jī)械元件上涂有聚合物。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法,其中該接觸電極上涂有聚合物。
13. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法,進(jìn)一步包括從該微機(jī)械元件向該接觸電極轉(zhuǎn)移電荷以將該微機(jī)械元件編程。
14. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法,其中當(dāng)該微機(jī)械元件的彈性能量增加時(shí)該微機(jī)械元件保持與該切換電極隔開。
15. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法,進(jìn)一步包括在增加該微機(jī)械元件的彈性能量之前去除該第一偏壓電壓。
16. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法,進(jìn)一步包括當(dāng)微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第一狀態(tài)時(shí)向該微機(jī)械元件加載電壓。
17. 根據(jù)權(quán)利要求IO所述的方法,其中當(dāng)增加該微機(jī)械元件的彈性能量時(shí)該微機(jī)械元件保持與該接觸電極接觸。
18. —種短路電路,包括臨近第二微機(jī)械元件的第一微機(jī)械元件,第一和第二微機(jī)械元件每個(gè)響應(yīng)用于移動(dòng)相應(yīng)微機(jī)械元件的相應(yīng)的第一和第二偏轉(zhuǎn)裝置;電流限制裝置,與偏轉(zhuǎn)裝置和電流限制裝置相連的接地裝置;其中第一偏轉(zhuǎn)裝置可與第二偏轉(zhuǎn)裝置接合以實(shí)現(xiàn)短路,其中第一微機(jī)械元件布置成基本上垂直于第二微機(jī)械元件。
19. 一種短路電路,包括臨近第二微機(jī)械元件的第一微機(jī)械元件,第一和第二微機(jī)械元件每個(gè)響應(yīng)用于移動(dòng)相應(yīng)微機(jī)械元件的相應(yīng)的第一和第二偏轉(zhuǎn)裝置;電流限制裝置,與偏轉(zhuǎn)裝置和電流限制裝置相連的接地線;其中第一偏轉(zhuǎn)裝置可與第二偏轉(zhuǎn)裝置接合以實(shí)現(xiàn)短路,其中相應(yīng)的偏轉(zhuǎn)裝置包括一個(gè)或更多個(gè)電極以吸引微機(jī)械元件或使其與接觸電極脫離;其中第一微機(jī)械元件的吸引電極可與第二微機(jī)械元件的接觸電極接合以實(shí)現(xiàn)第一微機(jī)械元件的短路。
20. —種電路,包括第一吸引電極;接觸電極;第一微機(jī)械元件,其可從與第一接觸電極隔開的第一位置和與該接觸電極接觸的第二位置運(yùn)動(dòng);第二吸引電極;禾口第二微機(jī)械元件,其從與第一吸引電極隔開的第三位置和與第一吸引電極接觸的第四位置運(yùn)動(dòng)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路,其中第一微機(jī)械元件基本上垂直于第二微機(jī)械元件。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路,其中第一微機(jī)械元件和第二微機(jī)械元件都耦接到電阻器。
23. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電路,進(jìn)一步包括耦接到該接觸電極的傳感電路。
24. —種使電路工作的方法,該電路具有第一吸引電極、接觸電極、第二吸引電極、第一微機(jī)械元件和第二微機(jī)械元件,該方法包括向第一吸引電極加載第一電壓使第一微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與接觸電極接觸;向第一吸引電極加載第二電壓;禾口向第二吸引電極加載第三電壓使第二微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與第一吸引電極接觸并使第一微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與接觸電極脫離接觸。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法,進(jìn)一步包括將第一微機(jī)械元件從與第一吸引電極隔開第一距離的第一位置運(yùn)動(dòng)到與第一吸引電極相距第二距離的第二位置,其中第二距離小于第一距離。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法,其中向第一吸引電極加載第二電壓致使第一微機(jī)械元件從第一位置運(yùn)動(dòng)到第二位置。
全文摘要
本發(fā)明涉及控制微機(jī)械元件的裝置與方法。本發(fā)明具體提供了一種利用非易失存儲(chǔ)器裝置的方法,該非易失存儲(chǔ)器裝置具有微機(jī)械元件、接觸電極和切換電極,該方法包括向該切換電極加載第一偏壓電壓;將該微機(jī)械元件從與該接觸電極隔開的第一狀態(tài)運(yùn)動(dòng)到與該接觸電極接觸并與該切換電極隔開第一距離的第二狀態(tài);向該切換電極加載第二偏壓電壓;將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到與該切換電極隔開第二距離的位置,該第二距離小于該第一距離;將加載到該切換電極上的該偏壓電壓轉(zhuǎn)換到第三偏壓電壓;和將微機(jī)械元件運(yùn)動(dòng)到該第一狀態(tài)。為了提高本發(fā)明的效力,還提供了一種用于非易失存儲(chǔ)器裝置的短路電路和一種電路。
文檔編號(hào)G11C23/00GK101714410SQ200910168520
公開日2010年5月26日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月15日
發(fā)明者羅伯特·卡津齊 申請人:卡文迪什動(dòng)力有限公司