專利名稱：發(fā)射高頻信號(hào)的裝置的制作方法
發(fā)射高頻信號(hào)的裝置應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明的附圖和描述被簡(jiǎn)化了，以示出與清楚地 理解本發(fā)明有關(guān)的元件，然而，為了清楚起見(jiàn)，取消在典型的發(fā)射裝 置中出現(xiàn)的很多其它元件。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在實(shí) 施本發(fā)明中，其它元件和/或步驟是希望的和/或必需的。然而，因?yàn)?這些元件和步驟是本領(lǐng)域熟知的，并且，因?yàn)樗鼈儗?duì)更好地理解本發(fā) 明沒(méi)有幫助，所以這里不討論這些元件和步驟。本文的公開(kāi)內(nèi)容涉及 對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的這些元件和方法的所有的這種改變和修改。例如，可以^使用可機(jī)械控制的膜，例如，微機(jī)電系統(tǒng)
(MEMS ) 。 MEMS通常結(jié)合到組合電部件和機(jī)械部件的微型裝置或 者系統(tǒng)中，使用集成電路加工技術(shù)來(lái)制造，并且，其尺寸可以在納米 到毫米的范圍內(nèi)。這些系統(tǒng)可以在微觀尺度上感測(cè)、控制和致動(dòng)，并 且可以單個(gè)地或者以陣列形式運(yùn)行，以在宏觀尺度上產(chǎn)生效應(yīng)。
[11MEMS可以包括基底和偏轉(zhuǎn)器?；?或者基板)和偏轉(zhuǎn)器 可以由諸如InP、 GaAS、 SiN、 Si或者Si02之類的材料制成。MEMS 可以工作，其中，給MEMS施加能量，致使偏轉(zhuǎn)器相對(duì)于基底縱向 地偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)器離基底的縱向位移與施加給MEMS的能量成比例。 各種不同的MEMS結(jié)構(gòu)可以適用于該發(fā)射技術(shù)。雖然本文中僅詳細(xì) 地描述了幾種選擇的結(jié)構(gòu)，但是，其它結(jié)構(gòu)，例如，搖臂(rocking arm ) 和撓性振膜，可以設(shè)計(jì)用來(lái)基于由接收的RF信號(hào)施加在導(dǎo)電元件上 的電荷不同而改變振蕩。MEMS可以結(jié)合到具有機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的裝置，從 而可以提高發(fā)射信號(hào)的增益。另外，有可能利用多個(gè)串聯(lián)的MEMS， 以產(chǎn)生連續(xù)的波發(fā)射，放大脈沖的功率，或者改變正在發(fā)射的脈沖的 波形。通過(guò)利用可替換的材料，例如，磁致伸縮性材料，可以用磁場(chǎng) 替代電場(chǎng)。
[12例如，可以在各種材料(包括硅)上制造本發(fā)明的裝置。這 些元件的尺寸可以是變化的，從而可以制造這種類型的發(fā)射器，其用 于具有特定中心頻率的寬頻率范圍上。另外，例如，通過(guò)改變MEMS 結(jié)構(gòu)的壓電膜的維度和/或尺寸，可以增加MEMS發(fā)射器的功率水平。 將MEMS設(shè)計(jì)在特定RF頻率上共振，也可以增加發(fā)射的功率，尤其 在那個(gè)頻率上。通過(guò)使用在MEMS之間用特定的或者可控制的延遲 器優(yōu)選串聯(lián)的多個(gè)MEMS元件，可能的是，這些MEMS元件的陣列 可以放大由初始元件發(fā)射的信號(hào)，給初始脈沖增加額外的波形，改變 波形的形狀，或者改變其頻率。
[131在優(yōu)選實(shí)施例中，有助于產(chǎn)生高頻信號(hào)的特定信號(hào)結(jié)構(gòu)是以 允許其異相地組合的方式合并兩個(gè)方波信號(hào)。其例子是，兩個(gè)方波具
有相同的頻率(注意，這不是必需的要求)，并且其相差設(shè)定為175 度。當(dāng)這兩個(gè)信號(hào)組合時(shí)，結(jié)果是在原始波形的頻率的兩倍處出現(xiàn)一
組非常短的脈沖。這些脈沖出現(xiàn)在原始波形的每個(gè)過(guò)渡邊緣，并且在
所述組合相和兩個(gè)波形相互抵消的180度相位置之間具有等于5度周 期的脈沖寬度。所得到的脈沖在正負(fù)值之間交替，并且間隔所述產(chǎn)生 信號(hào)的半個(gè)周期時(shí)間。通過(guò)組合這些脈沖發(fā)生器中的多個(gè)，每個(gè)發(fā)生 器相互稍微延遲，在比用于產(chǎn)生所述信號(hào)的波形明顯更高的頻率處，
可以產(chǎn)生連續(xù)交替的電流信號(hào)。例如，使用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)時(shí)鐘芯片和數(shù) 字定時(shí)控制，每個(gè)芯片可以得到lGHz或者更高的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。通過(guò)使 用DC偏移，這些PC時(shí)鐘裝置中的兩個(gè)可以供應(yīng)1 GHz方波信號(hào)。 然而，有各種不同的方法用于產(chǎn)生這些初始波形。例如，可以以128 位的精確度控制這些驅(qū)動(dòng)信號(hào)的初始狀態(tài)。以這樣的方式，在該例子 中所產(chǎn)生的高頻可以得到直到4皮秒或者0.25 THz的脈沖寬度。通過(guò) 使用多個(gè)這樣結(jié)構(gòu)的電路并且控制時(shí)鐘的初始定時(shí)，有可能在該高頻 處產(chǎn)生連續(xù)的信號(hào)。該高頻產(chǎn)生方法的附加優(yōu)點(diǎn)是，可以以較低的驅(qū) 動(dòng)頻率并且/或者通過(guò)組合來(lái)自 一列相似電路的信號(hào)來(lái)施加信號(hào)功率。 這樣允許用于產(chǎn)生高頻的電部件在比較低的頻率工作，從而降低其成 本和功率限制。
[14可發(fā)射短的電脈沖的MEMS裝置也可以以相同的這樣方式 使用。其例子是由其間具有一個(gè)壓電膜的兩個(gè)導(dǎo)電膜構(gòu)成的MEMS 懸臂。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)懸臂沒(méi)有被加壓時(shí)，壓電材料充當(dāng)絕緣體，當(dāng) 該懸臂被彎曲時(shí)，它發(fā)射短的脈沖。因?yàn)槊慨?dāng)懸臂被加壓時(shí)，壓電膜 就沿任意方向發(fā)射該脈沖，所以，這些脈沖出現(xiàn)在MEMS結(jié)構(gòu)的振 蕩頻率的兩倍處。當(dāng)壓電材料初始被加壓時(shí)，發(fā)射一個(gè)極性的脈沖， 當(dāng)它們被松弛時(shí)，發(fā)射相反極性的第二脈沖。如前面對(duì)方波或者高頻 脈沖的定時(shí)脈沖產(chǎn)生的描述一樣，MEMS結(jié)構(gòu)可以，沒(méi)計(jì)用來(lái)產(chǎn)生間隔 一定時(shí)間延遲的相反極性的脈沖，或者，該設(shè)計(jì)可以設(shè)定成使用 MEMS元件作為電容放電裝置，其中，初始驅(qū)動(dòng)信號(hào)致使壓電材料加 壓和脈動(dòng)，同時(shí)，懸臂釋放其與驅(qū)動(dòng)信號(hào)的場(chǎng)差。在這種情況下，當(dāng) 壓電材料松弛回到其原始位置時(shí)，可以沒(méi)有延遲地出現(xiàn)第二相反脈 沖，從而提供較高頻率的全單脈沖(full mono-pluse),其由定時(shí)寬
度的壓電放電而產(chǎn)生的。此外，如前所述，使用這種類型的多個(gè)MEMS 元件，可以用來(lái)產(chǎn)生連續(xù)的高頻發(fā)射。而且，因?yàn)閴弘妴蚊}沖全部是 雙向的，所以與裝置橫向放置的天線將接收完整的調(diào)制并發(fā)射RF能 量。結(jié)果，MEMS裝置充當(dāng)有源的RF電路元件。
[15如前所述，壓電MEMS裝置可以構(gòu)造用來(lái)發(fā)射單脈沖，在 電荷方面，所述單脈沖全部是雙向的。結(jié)果，如果第二壓電MEMS 以正確的定時(shí)放電，則可以放大由一個(gè)MEMS產(chǎn)生的發(fā)送給該第二 MEMS的信號(hào)。因此，以正確定時(shí)的串聯(lián)的這些裝置的陣列可以用作 功率放大器。通過(guò)改變串聯(lián)元件的定時(shí)，可以改變和控制脈沖形狀。 在不能快速放電的情況下驅(qū)動(dòng)的MEMS元件中，MEMS元件的定時(shí) 可以用來(lái)改變波形的寬度，從而改變陣列的輸出頻率。因此，根據(jù)驅(qū) 動(dòng)機(jī)制和MEMS結(jié)構(gòu)，陣列可以設(shè)計(jì)成放大功率、執(zhí)行波形成形功 能或者改變其輸出頻率。
16可以利用額外的技術(shù)，使用熱電子轉(zhuǎn)移或者電容切換，其利 用這樣的電極結(jié)構(gòu)，該電極結(jié)構(gòu)允許MEMS結(jié)構(gòu)從其通過(guò)，從而導(dǎo) 致電崩潰或者電轉(zhuǎn)移，其中，通過(guò)MEMS元件的通過(guò)速率或者通過(guò) 特定電勢(shì)的放電或者通路來(lái)控制電轉(zhuǎn)移的時(shí)間周期。以這樣的方式， 通過(guò)MEMS裝置觸發(fā)振蕩。這種類型結(jié)構(gòu)的特定例子是這樣的懸臂， 該懸臂由一個(gè)電路振蕩地驅(qū)動(dòng)，并且通過(guò)第二電路用電勢(shì)充電。通過(guò) 使用控制所述振蕩驅(qū)動(dòng)的一個(gè)電極和充當(dāng)放電點(diǎn)電極的第二電極， MEMS僅僅在第二放電電極的足夠射程內(nèi)時(shí)才放電。當(dāng)MEMS元件 經(jīng)過(guò)放電距離時(shí)，在運(yùn)動(dòng)元件和所述電極之間的電子轉(zhuǎn)移及時(shí)地被限 制。通過(guò)將絕緣結(jié)構(gòu)放置在電極周圍并且將MEMS元件設(shè)計(jì)用于特 定速度，可以精確地控制該放電周期的定時(shí)。
[17壓電MEMS也可以用來(lái)致使保持在其擊穿電勢(shì)附近的二極 管內(nèi)的電子隧道層擊穿。這些MEMS也可以用激活晶體管上的柵極， 從而接通晶體管，使得電流可以從其流過(guò)。在這兩種情況中，MEMS 元件的結(jié)構(gòu)可以以使該切換事件出現(xiàn)的時(shí)間最小的方式設(shè)計(jì)，于是， 基于二極管或者晶體管的特性，切換時(shí)間可以極短。如果這些裝置是
高頻振蕩電路的一部分，那么，結(jié)果是MEMS控制振蕩的頻率和振 蕩器的定時(shí)。
[18本發(fā)明還可以提供一組發(fā)射器，該發(fā)射器能夠大批量低成本 地制造，用于MHz、 GHz和THz產(chǎn)品，例如，通信、計(jì)算、數(shù)據(jù)網(wǎng) 絡(luò)、生物危害報(bào)警(biothreat)和化學(xué)傳感器。本發(fā)明可以提供能夠 將較低頻率的RF信號(hào)上變頻為較高頻率的RF信號(hào)。還有可能的是， 本發(fā)明可以直接結(jié)合到傳輸結(jié)構(gòu)的主要部分的天線或者波導(dǎo)中。
[19現(xiàn)在參照

圖1，該圖示出了兩個(gè)方波形以及它們組合時(shí)的相 互作用，這兩個(gè)方波形彼此異相，并且其相差量不等于180度。
[20本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在不脫離本發(fā)明的精神 和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行很多修改和改變。因此，本發(fā)明 應(yīng)當(dāng)覆蓋本發(fā)明的修改和改變，只要它們?cè)诟綄贆?quán)利要求及其等同形 式的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)射高頻信號(hào)的裝置，該裝置包括懸臂，其包含在彎曲時(shí)能夠改變其電屬性的材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于發(fā)射高頻信號(hào)的裝置。該發(fā)射裝置能夠發(fā)射在千兆赫(GHz)和兆兆赫(THz)范圍的信號(hào)。該裝置可以利用例如這樣一種懸臂，該懸臂包含在彎曲時(shí)能夠改變其電屬性的材料。
文檔編號(hào)H01L21/336GK101116223SQ200580045657
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2005年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月20日
發(fā)明者丹尼爾·W.·索, 肯尼斯·E.·薩爾斯曼 申請(qǐng)人:森特拉公司