專利名稱：用于可調(diào)mems電容器的控制器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可調(diào)電容器，具體地，基于電容性MEMS結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
可調(diào)電容器可用于各種電路中，如可調(diào)濾波器、可調(diào)移相器和可 調(diào)天線。日益引起興趣的一項(xiàng)應(yīng)用是在RF和微波通信系統(tǒng)中，例如 用在低成本可重配置/可調(diào)天線中。
制造可調(diào)或可切換RF電容器的兩項(xiàng)最有希望的技術(shù)是向電容器 間隔提供機(jī)械改動(dòng)的RF MEMS開(kāi)關(guān)和繼電器，以及具有電可調(diào)電介 質(zhì)的電容器。
RF MEMS開(kāi)關(guān)具有更大的電容切換率的優(yōu)勢(shì)，而可調(diào)電介質(zhì)具 有更好的連續(xù)電容可調(diào)性的優(yōu)勢(shì)。
己經(jīng)提出了通過(guò)結(jié)合鐵電體可調(diào)電介質(zhì)(如鈦酸鋇鍶(BST)) 使用MEMS開(kāi)關(guān)，豳供電介質(zhì)間隔的控制，來(lái)結(jié)合這些效果。MEMS 開(kāi)關(guān)所提供的離散控制與介電性能的模擬電控制的結(jié)合提供了電容器 的連續(xù)可調(diào)性。在Guong Wang等人的文章"A High Performance Tunable RF MEMS Switch Using Barium Strontium Titanate (BST) Dielectrics for Reconfigurable Antennas and Phase Arrays", IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters Vol. 4, 2005 pp217 - 220中， 描述了該方法。
將圖1用于解釋怎樣將電可調(diào)電介質(zhì)與MEMS控制的電介質(zhì)間 隔相結(jié)合。
可以將可調(diào)電介質(zhì)、鐵電體材料或壓電材料(如Bai.xSrxTi03或 PZT)用作電介質(zhì)層14。通過(guò)將MEMS電容器與可調(diào)電介質(zhì)結(jié)合，將 大電容切換范圍或RF MEMS開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)增加到可調(diào)電介質(zhì)的連續(xù)調(diào) 節(jié)能力優(yōu)勢(shì)上。此外，利用了鐵電體的有益的高介電常數(shù)，該介電常數(shù)是常規(guī)電介質(zhì)(如氮化硅)的介電常數(shù)的10-200倍。這極大地減小 了器件尺寸并增加了連續(xù)調(diào)節(jié)范圍。
該器件包括相對(duì)的電容器極板10 (el)和12 (e2)?；谑┘拥?極板12的電壓，彈簧k所表示的MEMS開(kāi)關(guān)控制間隙g。將來(lái)自dc 電壓源18的dc電壓Vdc—switch用來(lái)提供這種MEMS開(kāi)關(guān)功能。rf ac 電壓源16表示操作期間流經(jīng)MEMS器件的rf信號(hào)?？烧{(diào)電介質(zhì)具有 可調(diào)電介質(zhì)值sd，而剩余的電介質(zhì)間隔是電介質(zhì)值為So的空氣或真空。 電壓Vdc—tune控制可調(diào)電介質(zhì)，以使得施加到電極12上的單電壓控 制MEMS的切換和電介質(zhì)的調(diào)節(jié)。電容器C和電阻器R是可選的去 耦部件。
圖2示出了可調(diào)電介質(zhì)的特性曲線。如果可調(diào)電介質(zhì)兩端的電壓 (Ubias)是零伏，出現(xiàn)最大介電常數(shù)。在圖1的配置中，因?yàn)樵贠V 之前將釋放MEMS開(kāi)關(guān)，永遠(yuǎn)不可能到達(dá)該最大值。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了MEMS可調(diào)電容器，包括
第一和第二相對(duì)的電容器電極，其中，MEMS開(kāi)關(guān)可移動(dòng)第二電 容器電極以改變電容器電介質(zhì)間隔，從而調(diào)節(jié)電容。
可調(diào)電介質(zhì)材料和不可調(diào)電介質(zhì)材料串聯(lián)在第一 電極和第二電 極之間，其中，可調(diào)電介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的第一尺寸，不可調(diào)電 介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的第二尺寸。
面向可移動(dòng)的第二電極的第三電極,用于電控制可調(diào)電介質(zhì)材料；
以及
控制器，
其中，控制器適于改變電容器電介質(zhì)間隔，以獲得MEMS電容 器的電容調(diào)整的第一連續(xù)范圍，并調(diào)節(jié)電介質(zhì)材料，以獲得MEMS 電容器的電容調(diào)整的第二連續(xù)范圍，從而提供包括第一范圍和第二范 圍的連續(xù)的模擬調(diào)整范圍。
因而，本發(fā)明對(duì)于電容器提供了一種繼電器類型的布置，該電容 器受到第三電極的控制，獨(dú)立控制介電性能。該器件具有電容的連續(xù)可調(diào)性。
優(yōu)選地，當(dāng)可移動(dòng)電極處于與最大電極間隔對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，不可 調(diào)電介質(zhì)尺寸小于總的有效激勵(lì)電極間隔的三分之一。
通過(guò)電容器調(diào)節(jié)期間防止可移動(dòng)電極的內(nèi)拉(pull-in)，這種間隙 設(shè)計(jì)提供了電容的連續(xù)可調(diào)性。
優(yōu)選地，可調(diào)電介質(zhì)材料是固體，且不可調(diào)電介質(zhì)材料是氣體。 因此，第二電極的移動(dòng)移走了氣體電介質(zhì)(如，空氣或真空)。
當(dāng)電極間隔具有尺寸gd時(shí)，即，在第一電極和第二電極之間只夾 有可調(diào)電介質(zhì)時(shí)，可移動(dòng)電極可以處于與最小電極間隔對(duì)應(yīng)的位置。
優(yōu)選地，可調(diào)電介質(zhì)材料包括鐵電體，如BST。
通過(guò)向使用該電容器的電路中的rf信號(hào)增加dc分量的方式，可 將ac rf電壓源用來(lái)控制可調(diào)電介質(zhì)材料。可將dc電壓源用來(lái)控制 MEMS切換功能。
可在靜態(tài)基底上提供第一和第三電極，并且第二電極包括懸掛在 靜態(tài)基底之上的懸臂結(jié)構(gòu)。在一種布置中，僅第一電極為可調(diào)電介質(zhì) 材料所覆蓋，或在另一種布置中，第一和第三電極為可調(diào)電介質(zhì)材料 所覆蓋。在后者的情況下，可僅在第一電極上方在可調(diào)電介質(zhì)上提供 第四電極。
第一和第二電極可以是平坦的，然而，可代之使可移動(dòng)的第二電
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同的間隙。因而，MEMS切換功能和電介質(zhì)調(diào)節(jié)功能每一個(gè)都得以優(yōu)化。
本發(fā)明還提供了可調(diào)天線，包括天線裝置、用于發(fā)送信道的包括 本發(fā)明的電容器的第一可調(diào)電路以及用于接收信道的包括本發(fā)明的電 容器的第二可調(diào)電路。
還可將本發(fā)明的電容器用在可調(diào)電容器網(wǎng)絡(luò)中，該可調(diào)電容器網(wǎng) 絡(luò)包括并聯(lián)的多個(gè)可調(diào)電容器或者并聯(lián)的多個(gè)靜態(tài)電容器和至少一個(gè) 可調(diào)電容器。


現(xiàn)將參照附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明的示例，其中
圖1用于解釋怎樣將電可調(diào)電介質(zhì)與MEMS控制電介質(zhì)間隔相 5口 口 ；
圖2示出了圖1的布置的可調(diào)介電特性曲線； 圖3示出了具有對(duì)MEMS開(kāi)關(guān)和電介質(zhì)的獨(dú)立控制的第一可能 布置；
圖4示出了依照本發(fā)明，對(duì)圖3的設(shè)計(jì)的改進(jìn)；
圖5是圖1的配置的電容-電壓(C-V)特性草圖6示出了針對(duì)圖3的配置的電容特性；
圖7示出了圖4的布置所提供的改進(jìn)的電容特性；
圖8示出了依照本發(fā)明的第一備選實(shí)現(xiàn)；
圖9示出了依照本發(fā)明的第二備選實(shí)現(xiàn)；
圖IO示出了依照本發(fā)明的第三備選實(shí)現(xiàn)；
圖11示出了依照本發(fā)明的第四備選實(shí)現(xiàn)；
圖12用于示出依照本發(fā)明，間隙關(guān)系的更一般的關(guān)系；
圖13示出了可調(diào)天線中使用的本發(fā)明的電容性MEMS開(kāi)關(guān)；
圖14示出了并聯(lián)以擴(kuò)展可調(diào)范圍的本發(fā)明的可調(diào)電容器；
圖15示出了圖14所示開(kāi)關(guān)的并聯(lián)組合的連續(xù)調(diào)節(jié)；
圖16示出了實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)電極的第一方式；以及
圖17示出了實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)電極的第二方式。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提供了具有可調(diào)電介質(zhì)的MEMS繼電器器件，可調(diào)電介 質(zhì)例如鐵電體或其它可調(diào)電介質(zhì)材料，如Ba,—xSrxTi03或PZT。
在圖中，僅示意性地示出了器件的結(jié)構(gòu)。具體地，沒(méi)有示出形成 頂部電極的方式及頂部電極移動(dòng)的方式。在一個(gè)己知的示例中，可以 將頂部電極形成為在一側(cè)端連接到較低基底的懸掛的梁。對(duì)于MEMS 器件領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，詳細(xì)的實(shí)現(xiàn)是常規(guī)手段。
圖3示出了第一可能布置。通過(guò)將電極20 (e3)(接收產(chǎn)生靜電 力的高電壓，該高電壓移動(dòng)MEMS電容器的電極)與形成RF電容器(el和e2)的電極10、 12電分離，完成電容性繼電器的實(shí)現(xiàn)。當(dāng) MEMS開(kāi)關(guān)在Vdc_switch的控制下閉合時(shí)，可通過(guò)將DC電壓 Vdc—tune施加在電極el和e2之間來(lái)調(diào)節(jié)介電常數(shù)sd。這導(dǎo)致連續(xù)可 調(diào)電容器。因?yàn)榇嬖陂_(kāi)關(guān)(即，電介質(zhì)間隔)的獨(dú)立控制和介電性能 的獨(dú)立控制，可以與調(diào)節(jié)電壓無(wú)關(guān)地保持開(kāi)關(guān)閉合。分離的繼電器電 極20激勵(lì)(actuate) MEMS開(kāi)關(guān)，并因此控制電極12 (e2)的移動(dòng)。 例如，電壓vdc—tune的范圍可以是0-5 V ， vdc—tune的范圍可以是 0-50V。
圖4示出了對(duì)該基本設(shè)計(jì)的改進(jìn)并提供了增加的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍， 同時(shí)僅要求一個(gè)調(diào)節(jié)電壓控制。
該布置包括與圖3相同的部件，然而，選擇可調(diào)電介質(zhì)占據(jù)用于 電介質(zhì)調(diào)節(jié)的電容器電極之間的大部分空間，具體地，使得剩余的間 隙g小于總間隙的三分之一。再次地，電阻器R2和電容器C是可選 的。
在圖4的示例中，僅在電極IO上提供可調(diào)電介質(zhì)14。
由于器件中存在可調(diào)電介質(zhì)和MEMS開(kāi)關(guān)，便有兩個(gè)相關(guān)的調(diào)
節(jié)范圍。首先，如果單純將該器件用作MEMS器件，有如下的MEMS
電容切換率或調(diào)節(jié)率aMEMS=C0n/Coff。第二，存在可調(diào)電介質(zhì)電容器 的調(diào)節(jié)率aTD=Cmax/Cmin=￡d(Emax)/￡d(0)
在圖1的開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)中，由于在沒(méi)有釋放MEMS器件的情況下不 能使電介質(zhì)兩端的電壓到達(dá)零，閉合狀態(tài)下器件的有用調(diào)節(jié)范圍小于 aTD=Cmax/Cmin。圖5中指示了圖1的基本開(kāi)關(guān)的有用調(diào)節(jié)范圍。
圖5是圖1的配置的電容-電壓(C-V)特性草圖。在閉合開(kāi)關(guān)后 (即，高的V值在如52所示的電平之上)，可在小于可調(diào)電介質(zhì)的最 大可調(diào)范圍的范圍內(nèi)連續(xù)地調(diào)節(jié)器件的電容。當(dāng)V降到特定值(如54 所示)之下時(shí)，MEMS器件進(jìn)行切換，以使得不能夠達(dá)到最大電容(區(qū) 域50)。值V與圖1中的Vdc—switch + Vdc—tune相對(duì)應(yīng)，并且C是圖 1中電極el和e2之間的RF電容。
圖6示出圖3的配置的電容對(duì)Vdc—tune以及電容對(duì)Vdc—switch 的關(guān)系。更大的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍是可獲得。圖6中的左圖示出了當(dāng)控制MEMS開(kāi)關(guān)時(shí)的電容特性。在Vdc—switch = Vpi處，MEMS開(kāi)關(guān)閉合， 并因而電容中有階躍變化。該器件具有滯后現(xiàn)象，使得其在較低的電 壓處切換回到斷開(kāi)。在斷開(kāi)狀態(tài)(Vdc_switch<Vpi)中，還可以調(diào)節(jié) 超過(guò)30°/。的電容。圖6中的右圖示出了當(dāng)在開(kāi)關(guān)閉合 (Vdc—Switch>Vpi)的情況下控制電介質(zhì)時(shí)的電容特性。沒(méi)有如圖5 中50的禁止區(qū)域。
在圖4的實(shí)現(xiàn)中，如上所述，滿足等式(1)中的條件
g<(g+gd)/3 等式(1)
當(dāng)MEMS電容器行進(jìn)到用于MEMS開(kāi)關(guān)激勵(lì)的間隙(即，電極 12和電極20之間的間隙)的三分之一時(shí)，MEMS電容器將顯示出內(nèi) 拉。以在內(nèi)拉出現(xiàn)之前將頂部的極板觸碰到電介質(zhì)的方式，本發(fā)明的 設(shè)計(jì)考慮到這一點(diǎn)。因此，在圖4的幾何布置中，可以達(dá)到完全連續(xù) 的調(diào)節(jié)。以這種方式，機(jī)械阻擋電極12移動(dòng)到內(nèi)拉發(fā)生的點(diǎn)上。如圖 4所示，通過(guò)使電介質(zhì)14變厚可以做到這一點(diǎn)，然而，從下面的示例 將變得顯而易見(jiàn)的是，通過(guò)使用分開(kāi)的阻擋樁(stub)也可以達(dá)到這 一點(diǎn)。也可將這些方法相結(jié)合，使用樁防止電極12彎曲，并且在阻擋 位置與電介質(zhì)14的接觸繪出最高的電容值。
因而，本發(fā)明提供了以MEMS開(kāi)關(guān)和可調(diào)電介質(zhì)電容器都顯示 出連續(xù)調(diào)節(jié)的方式相結(jié)合的MEMS開(kāi)關(guān)和可調(diào)電介質(zhì)電容器。代替數(shù) 字調(diào)節(jié)和模擬調(diào)節(jié)的結(jié)合，完全的模擬調(diào)節(jié)成為可能。
圖7示出了本發(fā)明提供的改進(jìn)的性能并示出了與圖6對(duì)應(yīng)的圖。 在該布置中，實(shí)現(xiàn)全電容范圍內(nèi)的連續(xù)調(diào)節(jié)。此外，Vdc—tune圖的斜 率小于允許更精確調(diào)節(jié)的斜率。此外，當(dāng)呈現(xiàn)出大的RF功率時(shí)，更 有利的是使用Vdc一tune而不是Vdc—switch調(diào)節(jié)電容值，以減小非線 性。
因此，對(duì)于圖4的電容性MEMS繼電器，兩種調(diào)節(jié)電容的方法 是可能的。使用Vdc一switch，第一連續(xù)調(diào)節(jié)是可能的。其可在大的電 容范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，然而具有兩個(gè)劣勢(shì)
-C-V曲線的大斜率使得精確調(diào)節(jié)很困難。
-電極10和12之間的高RF電壓將導(dǎo)致附加的力，該附加的力
10改變C-Vdc—switch曲線并使得電容的精確控制很困難。此外，這產(chǎn)生 了非線性。
可調(diào)電介質(zhì)沒(méi)有這些問(wèn)題。因而，為了覆蓋全范圍可調(diào)節(jié)性，應(yīng)
將Vdc—switch用于調(diào)節(jié)小的C值，并且針對(duì)大于最小值的電容值，應(yīng) 在Vdc_switch>Vpi的情況下使用Vdc—tune (圖7的右圖)。
與可調(diào)電介質(zhì)的大介電常數(shù)相結(jié)合，這可以允許系數(shù)為500的電 容連續(xù)調(diào)節(jié)。
使用控制器驅(qū)動(dòng)電容器，并因而設(shè)置所想要的電容。依照本發(fā)明， 控制器適用于改變電容器的電介質(zhì)間隔，以獲得MEMS電容器的電容 調(diào)整的第一連續(xù)范圍，并調(diào)節(jié)電介質(zhì)材料，以獲得MEMS電容器的電 容調(diào)整的第二連續(xù)范圍。
Vdc—switch控制該第一范圍，直到MEMS開(kāi)關(guān)閉合，Vdc—tune 控制該第二范圍。
將這兩個(gè)范圍相結(jié)合以提供完整的連續(xù)可調(diào)范圍，例如，比率大 于100、 200、 300或甚至大于500。
圖8示出了可調(diào)電介質(zhì)覆蓋整個(gè)固定極板電極的備選實(shí)現(xiàn)。與電 極10相比，電極20上可使用不同的電介質(zhì)，因?yàn)殡姌O20上所需要的 電介質(zhì)的性能是不同的。
圖9示出了兩個(gè)電容器極板提供有分開(kāi)的電極用于電介質(zhì)調(diào)節(jié)和 用于MEMS切換的修改。因而，每一個(gè)電容器極板包括MEMS開(kāi)關(guān) 電極20和92，并且這些電極彼此面對(duì)，每一個(gè)電容器極板具有電介 質(zhì)調(diào)節(jié)電極10和94的集合，再次地，這些電極彼此面對(duì)。如示意性 地示出的，可移動(dòng)電極具有絕緣基底90，以使得可以向可移動(dòng)極板上 的兩組電極92、 94提供獨(dú)立電壓。
圖10示出了另一實(shí)現(xiàn)，該實(shí)現(xiàn)中，在可調(diào)電介質(zhì)層的頂部提供 另外的電極100 (e4)以使得當(dāng)MEMS開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，閉合狀態(tài)下可移 動(dòng)電極12 (e2)和附加電極IOO之間的電流接觸將降低電極粗糙度對(duì) 電容密度的影響。
圖11示出了進(jìn)一步的備選實(shí)現(xiàn)，在該備選實(shí)現(xiàn)中，該移動(dòng)極板 不是平坦的，而是具有凸起部分110，該凸起部分110減小具有可調(diào)電介質(zhì)的區(qū)域中電容器間隙。這再次通過(guò)減少空氣間隙防止了崩潰。 該成形的剖面產(chǎn)生并維持了間隙變化和彈簧常數(shù)變化。對(duì)于與
MEMS器件中的成形的可移動(dòng)電極相關(guān)的進(jìn)一步討論，參考WO 2006/046193和WO 2006/046192。
圖12用于示出依照本發(fā)明，間隙關(guān)系的更一般的關(guān)系。
可移動(dòng)極板示出為對(duì)于該結(jié)構(gòu)的不同部分具有不同的厚度。此 外，在MEMS切換電極和電介質(zhì)調(diào)節(jié)電極上，電介質(zhì)厚度是不同的。
MEMS開(kāi)關(guān)閉合的允許的間隙g的關(guān)系給出為-
g<(g2+gd2/ed2)/3 等式(2)
由于有效激勵(lì)間隙尺寸被減小到三分之一，這與等式(1)相對(duì) 應(yīng)。有效間隙為g2+gd2/sd2。注意到如果在激勵(lì)路徑中沒(méi)有電介質(zhì)層， 那么sd2-l，并將等式(2)簡(jiǎn)化為等式(1)， gp， g2 + gd2 = g + gd。
如上所述，MEMS電容器和可調(diào)電介質(zhì)的一個(gè)主要應(yīng)用是RF通 信設(shè)備(如移動(dòng)電話)前端中的可調(diào)濾波器。因?yàn)镸EMS電容器大比 率地切換電容，其可有效地作為開(kāi)關(guān)。可將可調(diào)電介質(zhì)用于將濾波器 的頻率精細(xì)調(diào)節(jié)到想要的值。例如，對(duì)于實(shí)現(xiàn)圖13所示的移動(dòng)電話的 移動(dòng)前端中的可調(diào)濾波器和發(fā)送/接收開(kāi)關(guān)，這是有用的。
圖13示出了兩個(gè)具有可調(diào)電介質(zhì)(由開(kāi)關(guān)和可調(diào)電容器表示) 的電容性MEMS開(kāi)關(guān)130、 132，以在天線134的路徑中的發(fā)送(Tx) 信道和接收(Rx)信道中提供可調(diào)濾波器。開(kāi)關(guān)提供了Rx信道和Tx 信道間的隔離。
通過(guò)并聯(lián)若干開(kāi)關(guān)和可調(diào)電介質(zhì)，可以顯著地?cái)U(kuò)展連續(xù)調(diào)節(jié)范 圍。可以假定，MEMS開(kāi)關(guān)的切換率遠(yuǎn)大于可調(diào)電介質(zhì)的調(diào)節(jié)率(這 是通常的情況)。如果可調(diào)電介質(zhì)的連續(xù)調(diào)節(jié)率為2，通過(guò)如圖14和 15所示并聯(lián)若干所提出的器件，可以增大該調(diào)節(jié)率。
圖14示出了并聯(lián)的三個(gè)具有電容C0、 2C0和6C0的器件。
假定可調(diào)電介質(zhì)的連續(xù)調(diào)節(jié)系數(shù)為2。己經(jīng)選擇電容值以最大化 連續(xù)調(diào)節(jié)范圍，從C0-18C0。因此，連續(xù)調(diào)節(jié)范圍是系數(shù)18。
假定MEMS開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)電容與最小并聯(lián)電容CO相比可忽略不 計(jì)。圖14中的電路可以是單個(gè)器件，或可以使用分開(kāi)的MEMS開(kāi)關(guān)和可調(diào)電容器組成(雖然這可能需要更大的空間)。
還可以使用一個(gè)可調(diào)電介質(zhì)(C0-2C0)與4個(gè)電容值為CO、 2C0、4C0和8C0的可切換MEMS電容器并聯(lián)的一個(gè)器件，獲得系數(shù)為17的調(diào)節(jié)范圍。這可能需要5個(gè)器件而不是3個(gè)，然而僅需要一個(gè)可調(diào)電介質(zhì)器件。
圖15示出了圖14中示出的開(kāi)關(guān)的并聯(lián)組合的連續(xù)調(diào)節(jié)。連續(xù)調(diào)節(jié)范圍擴(kuò)展為從CO到C18。不同的曲線與使用MEMS激勵(lì)電壓的MEMS開(kāi)關(guān)的不同設(shè)置相對(duì)應(yīng)
因此，本發(fā)明使得電容性MEMS繼電器大切換率和調(diào)節(jié)率的優(yōu)勢(shì)與可調(diào)電介質(zhì)材料所提供的高功率電平下的大連續(xù)調(diào)節(jié)的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合。因此，在更好的功率處理和線性度的情況下，可以獲得更大的連續(xù)調(diào)節(jié)范圍。PZT或BST高k電介質(zhì)還允許閉合狀態(tài)下更大的電容密度，并因此減小了器件尺寸。
該尺寸的減小還減小了寄生電容和電感量。
可使用分開(kāi)的電壓對(duì)切換和調(diào)節(jié)功能進(jìn)行組合和控制。
上面已經(jīng)詳細(xì)地描述了可移動(dòng)梁的結(jié)構(gòu)。具有多于一個(gè)彈簧/懸掛的布置可以是有利的。
圖16示出了具有固定在點(diǎn)160處的4個(gè)彈簧的布置的頂視圖。圖17示出了具有8個(gè)彈簧的布置的頂視圖。
對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，不同的修改是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1、一種MEMS可調(diào)電容器，包括第一和第二相對(duì)的電容器電極(10、12)，其中，MEMS開(kāi)關(guān)可移動(dòng)所述第二電容器電極(12)以改變電容器電介質(zhì)間隔，從而調(diào)節(jié)電容；可調(diào)電介質(zhì)材料(14)和不可調(diào)電介質(zhì)材料串聯(lián)在所述第一電極和所述第二電極之間，其中，所述可調(diào)電介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的第一尺寸(gd)，不可調(diào)電介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的第二尺寸(g)；面向可移動(dòng)的第二電極(12)的第三電極(20)，用于電控制可調(diào)電介質(zhì)材料；以及控制器，其中，所述控制器適于改變所述電容器電介質(zhì)間隔，以獲得MEMS電容器的電容調(diào)整的第一連續(xù)范圍，并調(diào)節(jié)所述電介質(zhì)材料(14)，以獲得MEMS電容器的電容調(diào)整的第二連續(xù)范圍，從而提供包括所述第一范圍和所述第二范圍的連續(xù)的模擬調(diào)整范圍。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的開(kāi)關(guān)，其中，當(dāng)所述可移動(dòng)的電極(12) 處于與最大電極間隔對(duì)應(yīng)的位置時(shí)，所述不可調(diào)電介質(zhì)的尺寸(g)小 于總的有效激勵(lì)電極間隔(g+gd)的三分之一。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電容器，其中，所述可調(diào)電介質(zhì) 材料(14)是固體，所述不可調(diào)電介質(zhì)材料是氣體。
4、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，其中，所述可調(diào) 電介質(zhì)材料(14)包括鐵電體材料。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的電容器，其中，所述可調(diào)電介質(zhì)材料 (14)包括BST。
6、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，還包括acrf電壓 源(16)，所述acrf電壓源(16)包括用于控制所述可調(diào)電介質(zhì)材料 的dc部件。
7、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，還包括用于控制 MEMS切換功能的dc電壓源(18)。
8、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，其中，在靜態(tài)基底上提供所述第一 (10)和第三(20)電極，并且所述第二電極(12) 包括懸掛在所述靜態(tài)基底之上的彈性結(jié)構(gòu)。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容器，其中，僅所述第一電極(10) 被所述可調(diào)電介質(zhì)材料所覆蓋。
10、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容器，其中，所述第一 (10)和第 三(20)電極被所述可調(diào)電介質(zhì)材料所覆蓋。
11、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的電容器，其中，所述第一電極(10) 被所述可調(diào)電介質(zhì)材料所覆蓋，所述第三電極(20)被電介質(zhì)材料所 覆蓋。
12、 根據(jù)權(quán)利要求11所述的開(kāi)關(guān)，其中，所述不可調(diào)電介質(zhì)尺 寸g滿足g<(g2+gd2/sd2)/3其中，g2是所述第二 (12)和第三(20)電極之間的非電介質(zhì)間 隙，gd2是覆蓋所述第三電極(20)的電介質(zhì)材料的電介質(zhì)厚度，sd2 是覆蓋所述第三電極(20)的電介質(zhì)材料的介電常數(shù)。
13、 根據(jù)權(quán)利要求IO、 11或12所述的電容器，還包括僅在所述 第一電極(10)上方在可調(diào)電介質(zhì)上提供的第四電極(100)。
14、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，其中，所述第二 電容器電極包括面對(duì)所述第一電極(10)的第一 ac電極部分(94)和 面對(duì)所述第三電極(20)的第二dc電極部分(92)。
15、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，其中，所述可移 動(dòng)的第二電極(12)的形狀使得在所述第一 (10)和第二 (12)電極 之間以及所述第二 (12)和第三(20)電極之間提供不同的間隙。
16、 根據(jù)權(quán)利要求15所述的電容器，其中，所述第一和第二電 極(10、 12)之間的間隙(g+gd)小于所述第二和第三電極(12、 20) 之間的間隙(g2+gd2)。
17、 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器，其中，所述第二 電容器電極被在電極周邊間隔開(kāi)的多個(gè)彈簧部分(160)懸掛。
18、 一種可調(diào)天線，包括天線裝置(134)、用于發(fā)送信道的包括 前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器的第一可調(diào)電路(130)以及用于接收信道的包括前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的電容器的第二可調(diào)電路(132)。
19、 一種可調(diào)電容器網(wǎng)絡(luò)，包括并聯(lián)的多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至17 中任一項(xiàng)所述的可調(diào)電容器。
20、 一種可調(diào)電容器網(wǎng)絡(luò)，包括并聯(lián)的多個(gè)靜態(tài)電容器和至少一 個(gè)根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的可調(diào)電容器。
全文摘要
一種MEMS可調(diào)電容器，包括第一和第二相對(duì)的電容器電極(10、12)，其中，MEMS開(kāi)關(guān)可移動(dòng)所述第二電容器電極(12)，以改變電容器電介質(zhì)間隔，從而調(diào)節(jié)電容。可調(diào)電介質(zhì)材料(14)和不可調(diào)電介質(zhì)材料串聯(lián)在第一和第二電極之間。可調(diào)電介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的尺寸gd，不可調(diào)電介質(zhì)材料占據(jù)電極間隔的尺寸g。面向可移動(dòng)的第二電極(12)的第三電極(20)用于電控制可調(diào)電介質(zhì)材料?？刂破鬟m于改變電容器電介質(zhì)間隔，以獲得MEMS電容器的電容調(diào)整的第一連續(xù)范圍，并調(diào)節(jié)電介質(zhì)材料(14)，以獲得MEMS電容器的電容調(diào)整的第二連續(xù)范圍，從而提供包括第一范圍和第二范圍的連續(xù)的模擬調(diào)整范圍。這種布置提供了MEMS功能和電介質(zhì)調(diào)節(jié)功能的獨(dú)立控制，并提供了連續(xù)的可調(diào)性。
文檔編號(hào)H01G5/16GK101682315SQ200880019916
公開(kāi)日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月13日
發(fā)明者克勞斯·賴曼, 彼得·G·斯蒂內(nèi)肯 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司