專利名稱：觸點材料、包含觸點材料的器件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電觸點材料，更具體而言，本發(fā)明涉及一種用于低壓力致 動器的觸點材料。本發(fā)明還涉及一種用于制造觸點材料的方法。
技術(shù)背景隨著近來在電子器fHtM化方面的進展，迫切需要具有較小的幾何尺寸、io育,實現(xiàn)微秒開關(guān)定時且具有低功耗的微動開關(guān)。微機電系統(tǒng)(MEMS)開關(guān) 是適合此類應(yīng)用的理想開關(guān)，這是因為MEMS開關(guān)幾何尺寸小、開關(guān)質(zhì)量和 動量最小，適用于低功耗，并且有可冑狹用標準MEMS和半導(dǎo)體制造技術(shù)進 行生產(chǎn)。MEMS開關(guān)的主要性能標準在于低接觸電阻、微秒開關(guān)操作、耐壓性 和高可靠性。MEMS開關(guān)較小的質(zhì)量使得能夠進行高速開關(guān)定時，但是將犧牲15接觸壓力因而影響接觸電阻。低致動力導(dǎo)致產(chǎn)生駄的 電阻。因此，越來 越需要這樣的觸點材料和觸點結(jié)構(gòu)，所鄉(xiāng)蟲點材料和觸點結(jié)構(gòu)在顯著斷氐接觸 電阻的同時保持觸點的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，以保證其具有數(shù)百萬次至數(shù)十億次操作周 期的長壽命。 發(fā)明內(nèi)容20 本發(fā)明的實施例艦提供包含具剤氏接觸電阻的電觸點的器件從而滿足這些或其它需要。例如，本發(fā)明的一個實施例為用于控制電流流動的器件。該器件包括第一導(dǎo)體；與第一導(dǎo)體可切換聯(lián)接從而在與第一導(dǎo)體形成的電連接狀態(tài) 和電斷開狀態(tài)之間進行切換的第二導(dǎo)體。至少一個導(dǎo)體還包括電觸點，該電觸 點包括具有多個孔的固體基體；以及設(shè)置在所述多個孔中的至少一部分 L內(nèi)的 25填充材料。填充材料的熔點低于約575K。本發(fā)明的另一實施例為電觸點材料。所述電觸點包括具有多個孔的固體基 體，所述固體基體包括金；以及設(shè)置在所述多個孔中的至少一部分 L內(nèi)的填充 材料。填充材料包括熔點低于約575K的金屬。本發(fā)明的另一方面在于提供制造此類電觸點的通用方法。所述方法包括以 30下步驟提供襯底；在襯底上提供多個孔；以及將填充材料設(shè)置在所述多個孔
中的至少一部分孔內(nèi)。所述填充材料的熔點低于約575K。


結(jié)合附圖并閱讀下文的詳細描述，本發(fā)明的這些以及其它特征、方面和優(yōu) 點將更易于較好地得到理解，在附圖中使用相似的附圖標記^相似的部件，5其中圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的器件的示意亂 圖2為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的器件的示意亂 圖3為根據(jù)本發(fā)明另一實施例的器件的示意圖； 圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的電觸點的示意圖；禾口 10 圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制微蟲點材料的方法的流程圖。
具體實施方式
在下面的說明書中，在附圖中所示出的多個視圖中，使用相似的附圖標記 ^相似或相應(yīng)的部件。還應(yīng)當理解如"頂部"、"底部"、"外部"、"內(nèi)部" 等術(shù)語是為方便而細的措辭，不應(yīng)被解釋為限制性術(shù)語。而且，無論何時提15至體發(fā)明某一特定技術(shù)特征包括或由一組多個元件中的至少一個或它們的組合 構(gòu)成，應(yīng)當理解為，該技術(shù)特征可包括或由一組元件中的任何一個構(gòu)成，并以 或^^蟲或與該組元件中的其它元件組合的任何形式構(gòu)成。隨著電子器件的辦賣mM化趨勢，越5^越需要具有4氐接角蟲電阻和長壽命的 觸點材料。常規(guī)使用的觸點材料一般不能獲得理想的低接觸電阻和可靠的接觸20性能。本發(fā)明的發(fā)明人己經(jīng)開發(fā)出一種新型觸點材料，所述觸點材料在多孔基 體內(nèi)包含l鵬點填充材料。通雌擇合適的基體和填充材料，可設(shè)計觸點材料 使其接觸電阻明顯變小，并且使金屬觸點熔化或粘合在一起(粘滯)的問題降 至最低程度。在本發(fā)明的實施例中提供了用于控制電流流動的器件。該器件至少包括第 25 —導(dǎo)體和第二導(dǎo)體。配置第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體，以在電連接狀態(tài)和電斷開狀態(tài) 之間進行切換，從而調(diào)節(jié)M31任何電路的電流的流動。這可M致動第一導(dǎo)體 或第二導(dǎo)體或二者，使其偏離初始位置并相互形成電接觸而得以實現(xiàn)。還可制 作觸點從而使得一個元件位于兩個導(dǎo)體之間，以使得活動元件現(xiàn)在橋接兩個導(dǎo) 體并且允許電流或信號流過。該器件包括至少一個開關(guān)結(jié)構(gòu)，并且可進一步排 30歹喊串行或并行陣列以使陣列可被視為單個器件。在以下將詳細描述的實施例 中，第一導(dǎo)體受到致動使得在其處于"致動狀態(tài)"(偏離初始狀態(tài))時，第一 導(dǎo)體處于與第二導(dǎo)體電連接的狀態(tài)。但是，致動第二導(dǎo)體或兩個導(dǎo)體的器件也落A^發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。當器件為串行模式時，ON狀態(tài)表示電磁信號在進 行傳遞，OFF狀態(tài)標無電磁信號并且在導(dǎo)體之間存在物理空隙。在下文中所5述的實施例中，致動狀態(tài)與ON狀態(tài)相關(guān)，然而本發(fā)明也包括相反情形。至少 一個導(dǎo)體或全部兩個導(dǎo)體可包括具有本發(fā)明實施例的觸點材料的電觸點。如下 文中的詳細描述，可根據(jù)器件配置和最終用途配置該器件，以接觸第一和第二 導(dǎo)體，從而用各種手段形成ON或OFF狀態(tài)。參見圖1，圖中示出了具有懸臂致動器的用于控制電流流動的示例性器件10 10。如圖1所示，器件10包括被設(shè)計成懸臂(活動元件)形式的第一導(dǎo)體12， 第一導(dǎo)體的一端16固定，另一端18肖,移動并且與第二導(dǎo)體14形成接觸， 從而在ON和OFF狀態(tài)之間進fi^刀換。如前文中所述，至少一個導(dǎo)體12或14， 或頓兩個導(dǎo)體可包括電觸點20。在這些實施例中，觸點材料可覆蓋第一導(dǎo)體 12的底部和/或第二導(dǎo)體的頂部，在這些區(qū)域第一導(dǎo)體與第二導(dǎo)體形成接觸。15在下文中將更詳細描述電觸點20和制造電觸點的方法。器件10可^ffl本領(lǐng)域己公知的任^m動方法或利用以上機構(gòu)的組合在ON 和OFF狀態(tài)之間進行切換，所,動方法包括靜電致動、電磁致動、電熱 致動、壓電致動、氣動致動。在靜電致動過程中，將電壓施加到位于襯底上和 位于所述導(dǎo)體中的一個導(dǎo)體上的且平行隔開的電&i:。電極上的靜電力將活動20元件朝向第二導(dǎo)體方向下拉，并且形成電接觸。當活動元件從平衡位置被拉開 時，結(jié)果是在懸梁中積聚應(yīng)力。該應(yīng)力形成的合力與靜電力達到平衡。當撤去 夕卜加電壓時，平衡力使活動元件回到其初始位置。大小為活動元件中的應(yīng)力總 禾啲該作用力被稱為將懸梁"恢復(fù)"到其初始位置的恢復(fù)力。在電纖動31l呈 中，所述導(dǎo)體中的至少一個導(dǎo)體包括磁性材料并且可由致動電壓產(chǎn)生的磁場進25行致動。在電熱致動過程中，在致動時利用導(dǎo)體材料或?qū)w上設(shè)置的任何其它 材料由于致動電壓產(chǎn)生的加熱而導(dǎo)致產(chǎn)生的材料形變。在壓電致動器件中，當 致動電壓被施加到懸臂上時，壓電材料表面收縮，使懸臂偏轉(zhuǎn)，并且與形成ON 狀態(tài)的源建立電連接。當切斷致動電壓時，由于彈性使懸臂回至卿始位置。使 用這里描述的實施例的由觸點材料構(gòu)成的電觸點時，與致動機構(gòu)和器件配置無30 關(guān)°
如示意圖中所示，圖1中所示出的示例性器件10為三端子器件。該器件 具有均形鵬襯底28上的源極22、漏極24和位于它們之間的柵極26。第一 導(dǎo)體12 (活動元件)被形j^柵極26上，在第一導(dǎo)體與柵極之間具有預(yù)定空 隙。在這些實施例中，源極22形成第二導(dǎo)體14，第二導(dǎo)體14在ON位置時與 5第一導(dǎo)體12形成電接觸。雖然模仿金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET) 把這些電極稱作源極、漏極和柵極，但該器件的結(jié)構(gòu)與MOSFET的結(jié)構(gòu)是不 同的。第一導(dǎo)體12 (活動元件)的一端16固定在源極22上以形成錨定部。活 動元件的另一端18為自由端以形皿動觸點。當向柵極26施加電壓時，第一 導(dǎo)體懸梁12在合成靜電力作用下向下偏乾使f鄉(xiāng)極22接觸到漏極24從而
10形成ON位置。當柵極26斷電時，第一導(dǎo)體懸梁12恢復(fù)到其初始位置并且器 件達到OFF位置。另一種可選方式是，如本領(lǐng)域^^f周知地，器件還可以是 育,增強致動與信號通道隔離作用的四端子器件。四端子器件將致動電壓與傳 導(dǎo)線路隔離開，為給定的開關(guān)或開關(guān)型器#^供額外的控制、可靠性和可再現(xiàn) 性。在某些實施例中，可將活動元件12的邊緣固定住，并且通過使該元件彎
15向觸點而形成接觸。在其它實施例中，可制造出活動元件從而使其位于大±央襯 底材料中，且致動方向垂直于襯底表面法線，這種配置所需要的變化在本領(lǐng)域 中是已公知的。
可使用如半導(dǎo)體或金屬等任何合適的材料制成第一和第二導(dǎo)體12、 14。 為了在器i頓作過程中肖巨夠耐受反復(fù)彎曲，如第一導(dǎo)體12這樣的活動元件通
20常包括如金、硅、碳化硅麟似的彈性材料。當懸梁由半導(dǎo)體制成時，在懸梁 選定區(qū)域上可設(shè)置導(dǎo)體或絕緣層。例如，源極區(qū)22和漏極區(qū)24部分或全部被 包含觸點材料的導(dǎo)體層覆蓋住。為在懸臂上施加靜電致動力并且避免在ON位 置過程中^l件發(fā)生短路，柵極區(qū)嫩目互間被電隔離開。
另外，為抑制在環(huán)境中出現(xiàn)電荷倍增現(xiàn)象，導(dǎo)體12、 14上可覆蓋有相對
25低的二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層材料。這些涂層有利于減少電弧。這些元件的實 例包括，但不局限于，鈦和氮化鈦。在這些實施例中，在觸點材料的頂部可施 力懼有相對較低的二次電子發(fā)射系數(shù)的涂層。在配置懸臂12以ffiil壓電致動 對其進行致動的實施例中，將壓電材料層涂覆到懸臂12上。合適的壓電材料 的實例包括，但不局限于，鋯^^、鈦1^S、鈮ltm鎂和鋯鈦li^ (PZT)。在
30這些實施例中，可采用任何物理或化學(xué)沉積方法，例如絲網(wǎng)印刷、浸漬方法或
電泳法，沉積涂層材料。在另一可選實施例中，所述劉袍括用作可移動結(jié)構(gòu)的隔板。圖2為電流 控制器件30的示意圖，電流控制器件30包括在兩側(cè)固定的第一導(dǎo)體32，在OFF 狀態(tài)下，第一導(dǎo)體32與作為致動件的圓形隔板34 (第二導(dǎo)體)分開。第一導(dǎo) 5體32和圓形隔板34的頂部未形成接觸。如圖3所示，當施加致動電壓時，電 流在隔板內(nèi)呈放射狀流動，隔板上移與第一導(dǎo)體32形成電接觸。該實施例中 的觸點材料可被設(shè)置在第一導(dǎo)體的底部36和圓形隔板的頂部38上，兩個導(dǎo)體 在此形成接觸，從而能確傲氐接觸電阻和長壽命周肌雖然用基于隔板的簡單 器件解釋了器件的操作，但本發(fā)明的實施例不局限于這樣簡單的特定設(shè)計；本 10領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到還可采用各種更復(fù)雜的設(shè)計。在以上的實施例中，控制器件致動和操作的外部電路可以是本領(lǐng)域中x^; 周知的任何類型，因此這里不給出圖示和描述。用于控制電流流動的器件可以 是諸如微處理器、圖形處理器、數(shù)字處理器或者甚至是具有集成邏輯電路及傳 感器的獨立系統(tǒng)的處理器的一部分；它可包括作為配電開關(guān)系統(tǒng)的一部分的配15電部件，或作為無線通信器件的一部分的通i言電路。該器件可在由芯片級或晶 片級密封工藝獲得的密封環(huán)境中進行工作。在以上實施例中，可采用本領(lǐng)域己 公知的任何工藝制造該器件，例如光刻布圖工藝、選擇性刻蝕、電鍍、鍵合和 沉積技術(shù)。這些器件制造技術(shù)在本領(lǐng)域中是己公知的，因此這里不給出圖示禾口 描述。在以下實施例中詳細描述了制造觸點材料的細節(jié)。觸點材料可在器件制20 itil程中形成，，器件制造后被設(shè)置至U器件的選定區(qū)^。根據(jù)本發(fā)明實施例的觸點材料通常包括填充剤 點材料的高電導(dǎo)率多孔 基體。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的包含觸點材料的電觸點的示意圖。 觸點材料40包括包含多個孔44的固體基體42;和體在多個孔中的至少一部 分內(nèi)的填充材料46。通常，填充材料46的熔點低于約575K。在一個實施例中，25填充材料46的熔點低于約475K;在另一實施例中，填充材料46的熔點低于 約375K。對基體材料作出選擇，從而獲得在器件工作條件下的基體材料的低電阻 率、高熱導(dǎo)率、高化學(xué)機械穩(wěn)定性、標稱硬度、彈性模量和高于填充材料熔點 的基體材料的熔點。在某些實施例中，基體包括金屬。合適的金屬的實例包括， 30但不限于，金、鋁、鈾、銅、鋁、鈦、鉬、銀、鉤以及它們的組合。在某些實
施例中，觸點材料包括貴金屬。貴金屬由于具剤氐電阻率、高抗氧化性、合適 的機械和熱動力學(xué)特性，因而很具有吸引力。在一示例性實施例中，i^屬包 括金。在另一示例性實施例中，該金屬包括鈾。
在某些實施例中，基體包括兩種或更多種金屬的合金。與單一金屬相比， 5合金可以提供改進的機械和電特性。例如，將金與少量鎳、鈀、銀或鈾合金化， 其石鵬將提高。其它添加齊啲實例可包括，但不限于，錸、釕、銠、銥、銅和 鈷?？苫谙鄨D選擇合適的合金組成，以識別出單相合金和不溶混區(qū)域。另外， 在為基體選擇合金成分前，估算出硬度和電阻率值。為避免產(chǎn)生脆性、高電阻 和因疏忽在兩相及不溶混合金區(qū)域間形成金屬間化合物的問題，可對單相和可 10混合合金(合金成分完全互溶)進行鑒別。
另一可選方式是，基體42可包括半導(dǎo)體或絕緣體。^i的半導(dǎo)體或絕緣
體的實例包括，但不限于，硅、碳化硅、砷化鎵、硅、氮化硅、氧化硅、氮化 鎵、氮化鋁和它們的組合。在某些實施例中，基體包括含碳材料，如幾剛石 碳或石墨或碳納米管以及它們的組合。在一個實施例中，含碳材料包括各種形
15式的石墨和其它電導(dǎo)率與碳的存在至少有部分關(guān)系的材料，如填充或涂有碳粒
子的聚合物。在這些實施例中，為了改進接觸性能，可在基體層上沉積高電導(dǎo) 率的金屬涂層。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)知道如何根據(jù)所需的機械、電氣和熱力學(xué) 特tt擇半導(dǎo)體材料。
基體42通常包括容納有填充材料的多個 L44。根據(jù)需要，孔可具有任意 20形狀、深度和孔間距。通常，多個孔44的平均直徑在約1納米至約10微米范 圍內(nèi)。在某些實施例中，多個孔44的平均直徑在約1納米至約500納米范圍 內(nèi)。在其它實施例中，多個孔44的平均直徑在約1納米至約100納米范圍內(nèi)。 這里定義的孔直徑為全部孑L1徑的平均值。而且，本發(fā)明的實施例延伸到包含 孑Lt徑為多動莫態(tài)分布的矩陣，例如，多個孔44的孑Lt徑具有多重模^^布， 25或者其中多個孔的,不止一種。
通常填充材料包樹氏熔點金屬。填充材料46的熔點低于約575K。在一實 施例中，填充材料46的熔點低于約475K;在另一實施例中，填充材料46的 熔點低于約375K。適用于選擇填充材料的一些選擇標準包括填充材料在器件 工作過程中的穩(wěn)定性、與基體材料的兼容性，例如填料對基#^才料的適當?shù)慕?30潤度，以及填料沉積方法與其它器件制造方法的兼容性。適合的金屬的實例包
括，但不限于，鎵(Ga)、銦(In)、鋅(Zn)、錫(Sn)、鉈(Tl)、銅(Cu)、 鉍(Bi)、硅(Si)、汞(Hg)、鎳(Ni)以及它們的組合。在一示意性實施例 中，該金屬包括鎵。在某些實施例中，該金屬包括金屬合金。適合的合金包括， 但不限于，Ga-Bi， Ga-In， Ga-Sn， Ga-Zn， Bi-In， InBi以及In2Bi。在一示例性 5實施例中，該金屬包括鎵和銦的共晶合金，例如由重量百分比為約80%的 口 重量百分比為約20%的銦組成的合金。在一實施例中，合金中包含鎵、銦和鋅。 在另一實施例中，合金中包含鎵、銦和錫。其它一些有吸引力的低熔點合金是 Pb"Sn-Cd-B" In-Pb-Sn-Bi和In-Cd-PtvSn-Bi。在某些實施例中，填料包括正常環(huán)境、鵬下為液態(tài)的金屬。液態(tài)金屬不可壓縮，形成浸潤接觸，因ltkffl31增大 io總有效接觸面積，從而可以顯著降低接觸電阻。在某些實施例中，可在固體基體和填充材料之間引入擴散阻擋層。擴散阻 擋層在器件工作過程中提高了暴露在高溫或氣體中的基體的穩(wěn)定性，并且阻止 基體與填充材料之間發(fā)生不希望有的反應(yīng)。擴散阻擋層厚度通常為幾納米，但本領(lǐng)域的技術(shù)人員可根據(jù)具體應(yīng)用確定其實際厚度。擴散阻擋層可用任何本領(lǐng) 15域公知的沉積方法進4f沉積，所述方法包括 、蒸鍍、分子氣相沉積、原子 層沉積、旋涂或類似方法。擴散阻擋層材料的實例包括，但不限于，鴿、鈦、 鉻、鎳、鉬、鈮、鉬、錳和它們的各種組合。本領(lǐng)域的技術(shù)人員能知道如何根 據(jù)基體成分、填料成分和器件工作環(huán)^^擇擴散阻擋層材料。電觸點的總電阻率取決于填充材料46的電阻率與,42的電阻率之和。 20因此，可單獨控制基體的電阻率(其取決于基體材料的電阻率、孔密度和孔尺 寸)、填充材料的電阻率和孔填充程度，從而獲得理想的電阻率值。因此，在 某些實施例中，所述孔中的至少一個用±真充材料至少部分地進行填充。在其它 一些實施例中，所述孔中的至少一些孔可用填充材料進行填充，以及在其它實 施例中，幾乎全部或全部 L用填充材料進行填充。在某些實施例中，至少約50% 25的 L體積用填充材料46進行填充，在其它實施例中，至少約75%的孔體積用 填料46進行填充。在某些實施例中，填充材料可完全填充所述孔并且在基體 上形成薄層。本發(fā)明的另一實施例為電接觸材料。電接觸材料通常包含具有多個孔的多 孑L基體以及設(shè)置在多個孔中的至少一部分內(nèi)的低熔點填充金屬。該基體包括 30金。該基體可包括以上實施例中描述的其它合金添加劑。包括金的多孔基體形
成適于容納填充材料的大表面積的基體。多孔基體通常包括孔，所述 L平均大 小在約l納米至約io 的范圍內(nèi)。在某些實施例中，多個孔的平均直徑在
約1納米到約500納米的范圍內(nèi)。在其它實施例中，多個孔的平均直徑范圍在 約1納米到約100納米的范圍內(nèi)。
5 填充材料可以是與基體材料相匹配的任何低熔點金屬，包括上面器件實施
例中列出的填充材料。與常規(guī)觸點相比，本發(fā)明實施例的電觸點的電阻率相對
劍氐。在一個實施例中，電觸點的電阻可達約10歐姆。在一實施例中，電觸
點的電阻可達約1 。在另一實施例中，電觸點的電阻可ii^勺l0毫^1。
本發(fā)明實施例的觸點材料適用于低致動器件。它們尤其適合用于微動器
10件，微動器件中的致動力大小范圍從微牛頓到毫牛頓。在這對氏致動力器件中，
沒有足夠的力^^f用的常規(guī)觸點材料產(chǎn)生形變，以獲得所需要的高接觸面積， 從而獲得低接觸電阻。在這些器件中，實施例中的觸點材料提供低接觸電阻和 長壽命。通常，當該器件作為單個器件元件用于這對氐致動器件時，其最大尺 寸小于約1厘米。在一實施例中，當該器件用作單個器件元附頓時，其最大
15尺寸小于約l毫米。在另一實施例中，當所述器件作為單個^M牛元fH吏用時， 其最大尺寸小于約500微米。在另一實施例中，當該器件用作單個器件元fH吏 用時，其最大尺寸小于約100 。以上實施例的單個器件單元指的是例如包 含觸點材料的單個微電子機械系統(tǒng)(MEMS)開關(guān)，但能預(yù)想到這些器件可排 列成串行或并行陣列，以形成更復(fù)雜的電子電路^于MEMS的器件。
20 本發(fā)明實施例的觸點材料具有很多優(yōu)點，所述優(yōu)點包括實際接觸面積增
大，接觸電阻降低，觸點產(chǎn)生熱量低，為獲得低接觸電阻所需要的力總量M^， 器件機械壽命增加，致動器尺寸和功耗斷氐。這些觸點還能將電弧產(chǎn)生的熱量 快速冷卻，并延長觸點表面的使用壽命。由于這些器件與己公知的開關(guān)器件相 比，具有低功率需求、可分布式控制性以及，的開關(guān)能力，因此這些器件適
25用于，但不限于，配電系統(tǒng)中的微型電氣開關(guān)、接觸器、繼電器、斷路器。
在某些實施例中，該器件包括開關(guān)。在一個實施例中，開關(guān)包括微機電系
統(tǒng)(MEMS)開關(guān)。MEMS開關(guān)可以是直流電氣開關(guān)、射頻(RF)開關(guān)、微 波或毫米波開關(guān)。該器件可以是致動和開關(guān)信號共享同一控制線路的開關(guān)，或 者是在致動和開，號之間實現(xiàn)完全電流隔離的繼電器。MEMS器件可以是利 30用電場致動器件迸行工作的靜電致動器件，禾擁磁性板致動器件的磁性致動器
件，或是利用雙金屬板或熱復(fù)合材料的熱開關(guān)，熱開關(guān)根據(jù)^^進行彎曲/變形 以接通電路或斷開電路。在本技術(shù)領(lǐng)域中，此類開關(guān)的設(shè)計和工作細節(jié)是公知 技術(shù)。本發(fā)明的另一實施例為一種制造觸點材料的方法。圖5示出了制造電觸點 5的方法50的流程圖。該方,括以下步驟在步驟52中提供襯底；在步驟54 中在襯底上提供多個孔；在步驟56中在所述多個孔中的至少一部分孔內(nèi)設(shè)置 填充材料。填充材料的熔點低于約575K。填料和基體材料可以是包括觸點材 料實施例中描述的材料的樹可^S材料。通常，多孔襯底用作容納填充材料的基體。可使用本領(lǐng)域任何公知的方法 io制造多孔襯底。適合形成孔的技術(shù)的實例包括，但不限于，離子束嫩U、光刻、 自組裝、微機加工、陽極織法、復(fù)制、熔模鑄造法、沖壓法、軟光刻、電紡、 激光鉆孔及類似方法。襯底可作為多 L層被沉積，或可選地利用本領(lǐng)域公知的 任何 L形成方法將無孔襯底轉(zhuǎn)換成多孔基體。如離子束蝕刻、陽極浸蝕法以及 類似這樣的公知方法可形成密集均勻且具有任何所需尺寸的孔。為獲得所需的 15孔結(jié)構(gòu)而對工藝參數(shù)作出變化對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的。在一示例性實施例中，襯底包括基體材料和分散在基體材料內(nèi)的第二材 料。分散在基體材料內(nèi)的第二材料的至少一部分被選擇性地溶解，以獲得多孔 基體材料?？捎帽绢I(lǐng)域公知的任何方法選擇性地除去分散后的第二材料部分，所述方法包括化學(xué)侵蝕、電化學(xué)腐蝕、加熱、等離^ ^U、反應(yīng)離預(yù)刻和 20深反應(yīng)離，刻以及|^以方法。例如，可以沉積一層金屬和聚合物微粒的復(fù)合 材料，所述聚合物微粒例如乳膠微粒，然后用加熱或化學(xué)侵蝕方法將乳膠微粒 除去，以獲得多孔金屬基體。在一示例性實施例中，基體包括金銀合金。金和 銀完全互溶，因此在可選地除去一成分后可獲得高度均勻的孔結(jié)構(gòu)。例如，可 用諸如硝酸的酸進行化學(xué)侵蝕以除去溶，金中的一部分銀。 25 填充材料被設(shè)置在多孔結(jié)構(gòu)的孔內(nèi)。適合的填充方法的實例包括，但不限于，熱蒸鍍、電子束蒸鍍、濺針沉積、旋轉(zhuǎn)鑄造、注入、噴涂、壓滲、電沉積 和毛細管填充方法。所使用的準確方法取決于填充材料的熔點、成本和各種其 它標準。本發(fā)明的實施例與常規(guī)使用的器件和觸點材料之間存在本質(zhì)區(qū)別。例如， 30前面已經(jīng)描述過了液態(tài)金屬觸點微動開關(guān)和簧片繼電器。在絕大多數(shù)這些器件
中，控棘移動液態(tài)金屬以接通或斷開觸點。在本發(fā)明的器件中，觸點材料包括 被包含在多孔基體內(nèi)的低熔點合金。觸點材料顯示出接觸電阻明顯低，可應(yīng)用 于任何類型的電氣器件。將低熔點材料合并到多孔基體中，從根本上增加了實 際接觸面積，從而獲得低接觸電阻。 5 實例制備觸點材料的方法
在該實例中，將清洗后的Si晶片作用襯底。為了提升金與硅的粘合性， 在Si晶片上采用直流濺針沉積出約15納米的鉻膜。然后，采用直流濺射在鉻 膜上沉積出約200納米的金膜。緊接以上步驟，采用直流濺射^^^上沉積出
約200納米的金銀(Au-Ag)膜(組成比為1: 1)。 Au-Ag膜在200。C下經(jīng)過 10 —個小時的熱退火。通3i元素分析進一步確認Au-Ag的組成(1: 1)。通過將 Au-Ag膜浸入70%的HN03 (體積百分比) 一個小時，進行Ag的脫合金成分 腐蝕。經(jīng)過脫合金成分腐蝕后，在去離子水中清洗晶片，然后在氮氣中干燥。 電子顯微mH察脫合金成分后的膜，確保形成均勻孔。另外，用熱蒸鍍將鎵填 充入膜上的孔內(nèi)。
15 雖然結(jié)合示例性實施例己對本發(fā)明進行了描述，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)
理解在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可對其作出各種變型并且用等同方式
替換其中的元件。另外，在不偏離本發(fā)明的實質(zhì)范圍的情況下，為使具體瞎形 和材料適用于本發(fā)明的教導(dǎo)，可對本發(fā)明進行多種修改。尤其是，可用各種形 式形成懸臂、錨定結(jié)構(gòu)、電觸點、柵極、源極和漏極區(qū)域，所述各種形式包括
20多M苗定點、懸臂和電觸點的形式。因此，應(yīng)意識到，本發(fā)明所公開的具體實
施例為實施本發(fā)明的最佳方式，但本發(fā)明不局限于此，本發(fā)明將包括落入所附 權(quán)利要求書范圍內(nèi)的所有實施例。
元件列表
25 10電流控制器l牛
12第一導(dǎo)體 14第二導(dǎo)體 16固定端 18自由端 30 20電觸點
22源極 24漏極 26柵極30電流控制器件32第一導(dǎo)體34第二導(dǎo)體36第一導(dǎo)體底部38圓形隔板頂部40觸點材料42基體44孔46凝斗50方法52方法步驟提供襯底 54方法步驟提供孔 56方法步驟用填料填充孔
權(quán)利要求
1、一種用于控制電流流動的器件(10)，包括第一導(dǎo)體(12)；和與第一導(dǎo)體(12)可切換聯(lián)接從而在與第一導(dǎo)體(12)形成的電連接狀態(tài)和電斷開狀態(tài)之間進行切換的第二導(dǎo)體(14)；其中至少一個導(dǎo)體還包括電觸點(40)，所述電觸點(40)包括具有多個孔(44)的固體基體(42)；以及設(shè)置在所述多個孔(44)中的至少一部分孔內(nèi)的填充材料(46)，所述填充材料的熔點低于約575K。
2、 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述難(42)包括從包含金屬、絕 緣物、半導(dǎo)體和含碳材料的組中選出的一種材料。
3、 如權(quán)利要求2所述的器件，其中所^^屬包括從包含金、鋁、,白、銅、 鋁、鈦、鉬、銀和鉤的組中選出的至少一種。15
4、如權(quán)利要求2所述的器件，其中所述材料包括從包含硅、氮化硅、氧化硅、碳化硅、氮化鎵和氮化鋁的組中選出的至少一種。
5、 如權(quán)利要求1所述的器件，其中所述多個孔(44)的平均孔直徑在約 1納米至約10 的范圍內(nèi)。
6、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述填充材料(46)包括金屬。20
7、如權(quán)利要求6所述的器件，其中所述金屬包括從包含鎵、銦、鋅、錫、鉈、銅、鉍、硅、汞和鎳的組中選出的至少一種。
8、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述電觸點(40)的電阻低于約10歐姆。
9、 如^l利要求1所述的器件，其中所述電觸點(40)的電阻低于約1毫 25
10、 如權(quán)禾腰求l所述的器件，其中當所述器件用作單^l件元件時，所 述器件的最大尺寸小于約1厘米。
11、 如權(quán)利要求l所述的器件，其中所述器件包括開關(guān)。
12、 一種電觸點(40)，包括30 具有多個孔(44)的固體基體(42)，其中所述固體基體(42)包括金；以及設(shè)置在所述多個孔(44)中的至少一部分 L內(nèi)的填充材料(46)，所述填 充材料(46)包括熔點低于約575K的金屬。
13、 一種制造電觸點(40)的方法(50)，包括以下步驟 5 提供襯底；在襯底薄膜沉積材料上提供多個 L (44);以及將填充材料(46)設(shè)置在所述多個孔(44)中的至少一部分 L內(nèi)，其中所 述填充材料(46)的熔點低于約575K。
14、 如權(quán)利要求13所述的方法(50)，其中所述襯底包括含有第二材料和 10基體(42)禾才料的固溶體的合金。
全文摘要
提供一種用于控制電流流動的器件。該器件包括第一導(dǎo)體(12)；與第一導(dǎo)體(12)可切換聯(lián)接從而在與第一導(dǎo)體(12)形成的電連接狀態(tài)和電斷開狀態(tài)之間進行切換的第二導(dǎo)體(14)。至少一個導(dǎo)體還包括電觸點(40)，所述電觸點(40)包括具有多個孔(44)的固體基體(42)；以及設(shè)置在所述多個孔(44)中的至少一部分孔內(nèi)的填充材料(46)。填充材料(46)的熔點低于約575K。提供一種制造電觸點(40)的方法(50)。該方法(50)包括以下步驟提供襯底；在襯底上提供多個孔(44)；以及在所述多個孔(44)中的至少一部分孔內(nèi)設(shè)置填充材料。所述填充材料(46)的熔點低于約575K。
文檔編號H01H1/02GK101154509SQ200710152719
公開日2008年4月2日 申請日期2007年7月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月5日
發(fā)明者A·V·高達, C·F·凱梅爾, D·斯里尼瓦桑, K·蘇布拉馬尼安, R·R·科爾德曼, S·E·雷迪, S·古納塞卡蘭 申請人:通用電氣公司