DE60314510T2

DE60314510T2 - Mikromechanischer schalter, herstellungsverfahren und anwendung des mikromechanischen schalters

Info

Publication number: DE60314510T2
Application number: DE60314510T
Authority: DE
Inventors: Brandon W. Dallas PILLANS; David I. Plano Collin County FOREHAND
Original assignee: Raytheon Co
Current assignee: Raytheon Co
Priority date: 2002-05-07
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2008-02-21
Anticipated expiration: 2023-05-01
Also published as: ATE365372T1; EP1502273A1; EP1502273B1; US20040124073A1; US7002441B2; US6791441B2; WO2003096368A1; US20050012577A1; AU2003223770A1; DE60314510D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft im Wesentlichen Schalter, und insbesondere mikroelektromechanische Schalter mit flexiblen Membranen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Ein bereits existierender Schaltertyp ist ein Hochfrequenz-(RF – Radio frequency) mikro-elektromechanischer Schalter (MEMS – mikro-electro-mechanical switch). Dieser existierende Schaltertyp weist ein Substrat mit zwei in Abstand angeordneten und leitenden Pfosten darauf auf. Eine leitende Komponente ist auf dem Substrat zwischen den Pfosten vorgesehen und mit einer Schicht aus einem dielektrischen Material abgedeckt. Eine flexible und elektrische leitende Membrane erstreckt sich zwischen den Pfosten, so dass ein mittiger Abschnitt der Membrane sich über der leitenden Komponente auf dem Substrat befindet. Ein RF-Signal ist an eine von der leitenden Komponente und der Membrane angelegt.
In dem ausgeschalteten Zustand des Schalters ist die Membrane in einem Abstand sowohl über der leitenden Komponente als auch der diese abdeckenden dielektrischen Schicht angeordnet. Um den Schalter zu betätigen, wird eine Gleichstromr-(DC)-Vorspannung zwischen der Membrane und der leitenden Komponente angelegt. Diese Vorspannung erzeugt Ladungen auf der Membrane und der leitenden Komponente, und die Ladungen bewirken, dass die Membrane und die leitende Komponente elektrisch gegenseitig angezogen werden. Diese Anziehung bewirkt eine Biegung der Membrane, so dass sich ein mittiger Abschnitt davon nach unten bewegt, bis er die Oberseite der dielektrischen Schicht auf der leitenden Teil Komponente. Dieses ist die eingeschaltete Position der Membrane.
In diesem eingeschalteten Zustand des Schalters ist der Abstand zwischen der Membrane und der leitenden Komponente kleiner als in dem ausgeschalteten Zustand. Daher ist in dem eingeschalteten Zustand die kapazitive Kopplung zwischen der Membrane und der leitenden Komponente deutlich größer als in dem ausgeschalteten Zustand. Demzufolge wird in dem eingeschalteten Zustand das durch eine von der Membrane und der leitenden Komponente wandernde RF-Signal kapazitiv im Wesentlichen vollständig auf die andere gekoppelt.
Um den Schalter auszuschalten, wird die DC-Vorspannung abgeschaltet. Die inhärente Elastizität der Membrane bringt dann die Membrane in ihre Ausgangsposition zurück, welche den ausgeschalteten Zustand des Schalters repräsentiert. Da die kapazitive Kopplung zwischen der Membrane und der leitenden Komponente in dem ausgeschalteten Zustand wesentlich geringer ist, erfährt das durch eine von der Membrane oder der leitenden Komponente wandernde RF-Signal nur eine geringe oder keine gegenseitige kapazitive Kopplung.
Obwohl existierende Schalter dieses Typs im Wesentlichen für ihre gedachten Zwecke ausreichend sind, waren sie bisher nicht in allen Aspekten zufriedenstellend. Ein Problem besteht darin, dass wenn die Membrane die dielektrische Schicht in dem eingeschalteten Zustand des Schalters berührt, elektrische Ladung aus der Membrane in die dielektrische Schicht tunneln und darin eingefangen werden kann. Als Folge davon und aufgrund langer Rekombinationszeiten in dem Dielektrikum kann die Menge dieser eingefangenen Ladung in dem Dielektrikum progressiv mit der Zeit zunehmen.
Die progressiv zunehmende Menge der eingefangenen Ladung übt eine progressiv zunehmende Anziehungskraft auf die Membrane aus. Wenn sich die Membrane in ihrer eingeschalteten Position befindet, tendiert diese Anziehungskraft dazu, der Bewegung der Membrane aus ihrer eingeschalteten Position in ihre ausgeschaltete Position zu widerstehen. Die Menge der eingefangen Ladung kann schließlich bis zu einem Punkt ansteigen, bei dem die auf die Membrane durch die eingefangene Ladung ausgeübte Anziehungskraft die inhärente elastische Kraft der Membrane übersteigt, welche die Membrane in ihre ausgeschaltete Position zurückzwingt. Demzufolge bleibt die Membrane in ihrer eingeschalteten Position hängen, und der Schalter ist nicht mehr in der Lage, eine Schaltfunktion auszuführen. Dieses wird als ein Ausfall des Schalters betrachtet, und wird von einer unerwünscht kurzen Betriebslebensdauer des Schalters begleitet. Diesbezüglich sollte ein RF-MEMS-Schalter dieses Typs in der Lage sein, Milliarden von Schaltzyklen auszuführen, bevor ein Ausfall aufgrund einer Ermüdung in dem Metall der Membrane auftritt, wobei aber die in dem Dielektrikum eingefangene Ladung üblicherweise zu einem Ausfall nach nur wenigen Millionen Schaltzyklen führt.
Es gibt viele Anwendungen, in welchen eine Schaltfunktion entweder unter Verwendung eines Feldeffekttransistor-(FET)-Schalters oder eines RF-MEMS-Schalters implementiert werden kann. Jedoch ist größtenteils aufgrund des vorstehend diskutierten Problems der Aufladung des Dielektrikums die Betriebslebenszeit von existierenden MEMS-Schaltern deutlich kürzer als die Betriebslebenszeit von kommerziell verfügbaren FET-Schaltern. Demzufolge werden FET-Schalter derzeit gegenüber MEMS-Schaltern für diese Anwendungen bevorzugt.
Es wurden bereits früher Versuche gemacht, das Problem der Aufladung des Dielektrikums zu lösen. Ein Lösungsansatz war eine Änderung der Eigenschaften des dielektrischen Materials, um so das Maß zu modifizieren, bis zu welchem das dielektrische Material "ableitend" ist. Beispielsweise nimmt durch Zusetzen von mehr Silizium zu dem für das dielektrische Material verwendete Siliziumnitrid die Leitfähigkeit des dielektrischen Materials zu, und dann wird es für die eingefangenen Ladungen leichter, sich in einer Weise zu rekombinieren, welche diese neutralisiert. Dieser Lösungsweg erhöht jedoch auch den Leistungsverbrauch des MEMS-Schalters und es hat sich nicht erwiesen, dass er dessen Betriebslebensdauer signifikant verlängert.
Ein weiterer früherer Lösungsansatz für das Aufladungsproblem des Dielektrikums besteht in der Änderung der für die DC-Vorspannung verwendeten Wellenform. Beispielsweise reduziert eine Absenkung der Betätigungsspannung die Menge der Ladung, welche in das Dielektrikummaterial tunnelt, und reduziert somit die Rate, mit welcher die Menge der eingefangenen Ladung innerhalb des Dielektrikummaterials zunehmen kann. Ferner kann der Abfall der Freigabewellenform verringert, um somit den eingefangenen Ladungen mehr Zeit zum Rekombinieren zu geben. Diese Arten von Änderungen der Betätigungswellenform können eine signifikante Steigerung der Betriebslebensdauer eines MEMS-Schalters erzeugen. Sie erzeugen jedoch auch eine erhebliche Zunahme der Schaltzeit des Schalters beispielsweise über einen Faktor von angenähert 20, was wiederum einen derartigen MEMS-Schalter für viele Anwendungen, welche sehr hohe Schaltgeschwindigkeiten erfordern, unerwünscht macht.
Bei der Auslegung von MEMS-Schaltern war das herkömmliche Designziel der Versuch das Kapazitätsverhältnis des Schalters zu maximieren, welches das Verhältnis der Kapazität zwischen der Membrane und der leitenden Komponente in dem eingeschalteten Zustand zu der entsprechenden Kapazität in dem ausgeschalteten Zustand ist. In dem Bemühen, die Kapazität in dem eingeschalteten Zustand zu maximieren, versuchen Auslegungen bereits existierender MEMS-Schalter die Membrane so nah wie möglich an der leitenden Komponente in dem eingeschalteten Zustand des Schalters zu positionieren, was wiederum bedeutet, dass die diesen davon trennende dielektrische Schicht relativ dünn ist. Demzufolge wurden die Oberflächen der Membrane und der dielektrischen Schicht, welche miteinander in Eingriff stehen, herkömmlicherweise absichtlich poliert oder anderweitig so hergestellt, dass sie so glatt wie möglich werden, so dass beide Oberflächen ihren gesamten Flächen in direkten physischen Kontakt miteinander stehen haben, wenn sich die Membrane in ihrer eingeschalteten Position befindet, um dadurch so viel wie möglich von der Membrane in einer unmittelbaren Nähe zu der leitenden Komponente zu positionieren.
Das Dokument " WO98/21734A " offenbart einen mikro-elektromechanischen Schalter, welcher eine Basis mit einem ersten Bereich enthält, welcher eine elektrisch leitende Komponente enthält.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aus dem vorstehenden kann man erkennen, dass ein Bedarf nach einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung und zum Betrieb eines Schalters des Typs mit einer flexiblen Membrane in einer Weise entstanden ist, dass der Schalter eine deutlich erhöhte Betriebslebensdauer zeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Befriedigung dieses Bedarfs bereitgestellt.
Insbesondere enthält gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Schalter eine Basis mit einem ersten Bereich, welcher eine elektrisch leitende Komponente enthält, und enthält auch eine Membrane mit an in Abstand angeordneten Stellen auf der Basis gelagerten ersten und zweiten Enden und mit einem zweiten Bereich zwischen den Enden, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt enthält. Die Membrane ist in der Lage, sich federnd zu biegen, so dass sie sich zwischen ersten und zweiten Positionen bewegt, wobei die leitende Komponente und der leitende Abschnitt in der zweiten Position physisch näher als in der ersten Position zusammen sind. Einer von den ersten und zweiten Bereichen hat eine texturierte Oberfläche, und der andere von den beiden hat eine weitere Oberfläche, welche der texturierten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die texturierte Oberfläche wechselseitig sich ausschließende erste und zweite Abschnitte hat, welche in physischem Kontakt bzw. in keinem physischen Kontakt mit der weiteren Oberfläche stehen, wenn sich die Membrane in der zweiten Position befindet. Der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche hat eine Fläche, welche kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche ist.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung verwendet ein Schaltverfahren einen Schalter, der eine Basis mit einem ersten Bereich mit einer elektrisch leitenden Komponente enthält, und der eine Membrane mit an in Abstand angeordneten Stellen auf der Basis gelagerten ersten und zweiten Enden und mit einen zweiten Bereich enthält, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt enthält, wobei einer von den ersten und zweiten Bereichen eine texturierte Oberfläche hat, und der andere von den beiden eine weitere Oberfläche hat, welche der texturierten Oberfläche gegenüberliegt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte: Reagieren auf eine zwischen der leitenden Komponente und dem leitenden Abschnitt angelegte Spannung durch federndes Biegen der Membrane so, dass sich die leitende Komponente näher an den leitenden Abschnitt bewegt, sobald sich die Membrane aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt. Dieses beinhaltet das Bewirken, dass wechselseitig sich ausschließende erste und zweite Abschnitte der texturierten Oberflächen in physischem Kontakt bzw. in keinem physischen Kontakt mit der weiteren Oberfläche befinden, wenn sich die Membrane in der zweiten Position befindet, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche eine Fläche hat, welche wesentlich kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform enthält ein Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Schalters die Schritte: Ausbilden eines ersten Bereichs auf einer Basis, welcher eine elektrisch leitende Komponente enthält; Ausbilden einer federnd flexiblen Membrane mit an in Abstand angeordneten Stellen auf der Basis gelagerten ersten und zweiten Enden, die mit auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Bereichs in Abstand angeordneten Abschnitten der Basis in Eingriff stehen, und zwischen den Enden einen zweiten Bereich haben, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt enthält, wobei die Membrane in der Lage ist, sich so federnd zu biegen, dass sie sich zwischen ersten und zweiten Positionen so bewegt, dass die leitende Komponente und der leitende Abschnitt in der zweiten Position physisch näher als in der ersten Position sind; und Ausbilden auf einem von den ersten und dem zweiten Bereichen einer texturierten Oberfläche und auf dem anderen von den beiden einer weiteren Oberfläche, welche der texturierten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die texturierte Oberfläche wechselseitig sich ausschließende erste und zweite Abschnitte hat, welche in physischem Kontakt bzw. in keinem physischen Kontakt mit der weiteren Oberfläche stehen, wenn sich die Membrane in der zweiten Position befindet, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche eine Fläche hat, welche wesentlich kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus den nachfolgenden detaillierten Beschreibungen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen
1 eine schematische Teilquerschnittansicht einer Vorrichtung ist, welche einen mikro-elektromechanischen Schalter (MEMS) enthält, der Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert;
2 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 1 ist, aber den Schalter von 1 in einem anderen Betriebszustand darstellt;
3 eine schematische Teilquerschnittsansicht ist, die einen Abschnitt des Schalters von 1 an einem Zwischenpunkt während seiner Herstellung darstellt;
4 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 3 ist, aber eine Komponente des Schalters von 1 an einem späteren Punkt während der Herstellung des Schalters darstellt;
5 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 1 ist, aber einen mikro-elektromechanischen Schalter (MEMS) darstellt, welcher eine alternative Ausführungsform des Schalters von 1 ist;
6 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 5 ist, aber den Schalter von 5 in einem anderen Betriebszustand darstellt;
7 eine schematische Teilquerschnittsansicht ist, die einen Abschnitt des Schalters von 5 an einem Zwischenpunkt während seiner Herstellung darstellt;
8 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 7 ist, aber eine Komponente des Schalters von 5 an einem späteren Punkt während der Herstellung des Schalters darstellt; und
9 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 8 ist, aber den Schalter von 5 an einem späteren Punkt während seiner Herstellung darstellt;
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung, welche einen mikro-elektromechanischen Schalter (MEMS) 10 enthält, wobei der Schalter 10 Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert. Die Zeichnungen, einschließlich 1, sind schematisch und nicht maßstäblich, um den Schalter 10 in einer Weise darzustellen, welche ein deutliches Verständnis der vorliegenden Erfindung ermöglicht.
Gemäß 1 enthält der Schalter 10 ein Siliziumhalbleitersubstrat 13, das auf seiner Oberseite eine Oxidschicht 14 aufweist. Obwohl das Substrat 13 in dieser offenbarten Ausführungsform aus Silizium besteht, könnte es alternativ aus irgendeinem anderen geeigneten Material wie zum Beispiel Galliumarsenid (GaAs) oder einem geeigneten Aluminiumoxid bestehen. Ebenso ist die Oxidschicht 14 in dieser offenbarten Ausführungsform Siliziumdioxid, könnte aber alternativ irgendein anderes geeignetes Material sein.
Zwei Pfosten 17 und 18 sind an beabstandeten Stellen auf der Oxidschicht 14 ausgebildet und bestehen jeweils aus einem leitenden Material. In dieser Ausführungsform bestehen die Pfosten aus Gold, könnten aber alternativ aus irgendeinem anderen geeignetem Material bestehen. Mehrere schematisch dargstellte Knötchen 21 sind auf der Oberseite der Oxidschicht 14 an einer Stelle zwischen den Pfosten 17 und 18 vorgesehen, um einen gewissen Rauhigkeitsgrad oder eine Textur auf diesen Teil der Oberseite der Oxidschicht 14 zu erzeugen. In der Ausführungsform von 1 bestehen die Knötchen 21 aus Siliziumtitan (SiTi) und weisen ein Silizium/Titan-Verhältnis von etwa 5:1 auf. Jedoch könnten die Knötchen 21 alternativ aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen. In der Ausführungsform von 1 besitzen die Knötchen 21 eine vertikale Höhe von angenähert 100 bis 500 nm, könnten aber alternativ irgendeine andere geeignete Höhe haben.
Anstelle der Verwendung des Siliziumsubstrats mit Knötchen darauf, wäre es möglich, die Knötchen wegzulassen und ein Substrat aus irgendeinem anderen Material wie zum Beispiel Aluminiumoxid zu verwenden, welches eine Oberfläche aufweist die inhärent rauer als die Oberfläche von Silizium ist. Die Elektrode und die dielektrische Schicht würden sich dann der rauen Oberfläche auf der Oberseite des Aluminiumoxids anpassen um eine texturierte Oberfläche auf der Oberseite der dielektrischen Schicht zu erzeugen. Obwohl Aluminiumoxid schon früher in bereits existierenden MEMS-Schaltern verwendet wurde, wurde es üblicherweise stark poliert, um somit jede signifikante Rauhigkeit in dem Bemühen zu beseitigen, das vorher diskutierte Kapazitätsverhältnis zu verbessern.
Eine elektrisch leitende Elektrode 22 dient als eine Übertragungsleitung und ist in einer Richtung senkrecht zu der Ebene von 1 verlängert. In der Ausführungsform von 1 besteht die Elektrode 22 aus Gold, könnte aber alternativ aus irgendeinem anderen geeigneten Material bestehen. Ein mittiger Abschnitt der Elektrode 22, welcher in 1 zu sehen ist, ist etwa 300 bis 400 nm dick und erstreckt sich über die Knötchen 21 und die angrenzenden Abschnitte der Oberseite der Oxidschicht 14. Demzufolge passt sich in der Ansicht der vertikalen Höhe der Knötchen 21 die Elektrode 22 im Wesentlichen der Form einer nach oben weisenden Oberfläche an, die durch die Oberflächenabschnitte auf der Oberseite der Knötchen 21 und der Oxidschicht 14 definiert ist. Somit hat die Oberfläche des mittigen Abschnittes der Elektrode 22 eine gewisse Rauhigkeit oder Textur.
Dieser mittige Abschnitt der Elektrode 22 ist von einer dielektrischen Schicht 23 überdeckt. In der offenbarten Ausführungsform besteht die dielektrische Schicht 23 aus Siliziumnitrid und weist eine Dicke von angenähert 100 bis 300 nm auf. Die dielektrische Schicht 23 entspricht in ihrer Gestalt der Oberfläche der Elektrode 22, und somit hat die Oberfläche der Elektrode 22 eine gewisse Rauhigkeit oder Textur. Das Substrat 13, die Oxidschicht 14, die Pfosten 17–18, die Knötchen 21 und die Elektrode 22 und die dielektrische Schicht 23 können zusammengenommen als ein Basisabschnitt des Schalters 10 bezeichnet werden.
Eine leitende Membrane 31 erstreckt sich über die oberen Enden der Pfosten 17 und 18. In der offenbarten Ausführungsform besteht die Membrane 31 aus einer bekannten Aluminiumlegierung und könnte tatsächlich aus jedem geeigneten Material bestehen, das üblicherweise zum Herstellen von Membranen in MEMS-Schaltern verwendet wird. Die Membrane 31 besitzt Enden 32 und 33, welche fest auf dem oberen Abschnitt der entsprechenden Pfosten 17 und 18 gelagert sind. Die Membrane 31 weist zwischen ihren Enden 32 und 33 einen mittigen Abschnitt 36 auf, welcher direkt über der Elektrode 22 und der dielektrischen Schicht 23 angeordnet ist.
Die Membrane ist in der Ansicht von 1 nahezu eben, kann sich aber so biegen, dass sich ihr mittiger Abschnitt 36 nach unten bewegt, bis er die texturierte Oberseite der dielektrischen Schicht 23 berührt. Diese Biegeposition ist in 2 dargestellt, welche eine schematische Teilquerschnittsansicht ist, die denselben Aufbau wie 1 aber in einem anderen Betriebszustand darstellt.
Während eines Betriebseinsatzes des Schalters 10 wird ein Hochfrequenz-(RF)-Signal mit einer Frequenz in dem Bereich von etwa 300 MHz bis 90 GHz veranlasst durch eine von der Membrane 31 und der Elektrode 22 zu wandern. Insbesondere kann das RF-Signal von dem Pfosten 17 durch die Membrane 31 zu dem Pfosten 18 wandern. Alternativ kann das RF-Signal durch die Elektrode 22 in einer Richtung senkrecht zur Ebene der 1 und 2 wandern.
Die Betätigung des Schalters 10 wird unter der Steuerung einer Gleichstrom-(DC)-Vorspannung ausgeführt, welche zwischen der Membrane 31 und der Elektrode 22 mittels einer Steuerschaltung eines Typs angelegt wird, welcher im Fachgebiet allgemein bekannt ist, und welche deshalb hier nicht dargestellt und beschrieben wird. Diese Vorspannung kann auch als Anzugspannung (V_p) bezeichnet werden. Wenn diese Vorspannung nicht an den Schalter 10 angelegt ist, befindet sich die Membrane 31 in der in 1 dargestellten Position. Wie vorstehend diskutiert, verläuft ein RF-Signal durch eine von der Membrane und der Elektrode 22. Zur Vereinfachung in der Diskussion, welche folgt, wird angenommen, dass das RE-Signal durch die Elektrode 22 verläuft. Wenn sich der Membrane 31 in der ausgeschalteten Position von 1 befindet, verläuft das durch die Elektrode wandernde RF-Signal durch den Schalter 10 und wandert ohne signifikante Überkopplung dieses RF-Signals von der Elektrode 22 auf die Membrane 31 weiter durch die Elektrode 22.
Um den Schalter 10 einzuschalten, wird eine Gleichstromvorspannung (Anzugspannung V_p) zwischen der Elektrode 22 und der Membrane 31 angelegt. Diese Vorspannung erzeugt Ladungen auf der Membrane 31 und auf der Elektrode 22, welche wiederum eine elektrostatische Anziehungskraft erzeugen, die den mittigen Abschnitt 36 der Membrane 31 zu der Elektrode 22 zieht. Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich der zentrale Abschnitt 36 der Membrane 31 auf die Elektrode 22 zu bewegt. Diese Anziehungskraft bewirkt, dass sich die Membrane 31 nach unten biegt, so dass sich ihr zentraler Abschnitt 36 auf die Elektrode 22 zu bewegt. Die Membrane 31 biegt sich, bis ihr mittiger Abschnitt 36 mit der texturierten Oberfläche der dielektrischen Schicht 23 gemäß Darstellung in 3 in Eingriff steht. Dieses ist die eingeschaltete Position der Membrane. In dieser Position ist die kapazitive Kopplung zwischen der Elektrode 22 und dem mittigen Abschnitt 36 der Membrane 31 angenähert 100-mal größer als wenn sich die Membrane 31 in der in 1 dargestellten ausgeschalteten Position befindet. Demzufolge wird das durch die Elektrode 22 wandernde RF-Signal im Wesentlichen vollständig aus der Elektrode 22 in die Membrane 31 gekoppelt, wo es die Tendenz hat, zwei Komponenten aufzuweisen, die von dem zentralen Abschnitt 36 der Membrane in entgegensetzte Richtung zu jedem der Pfosten 17 und 18 wandern. Alternativ würde, wenn das RF-Signal durch die Membrane 31 von dem Pfosten 17 zu dem Pfosten 18 gewandert wäre, das RF-Signal im Wesentlichen vollständig von dem mittigen Abschnitt 36 der Membrane auf die Elektrode 22 gekoppelt werden, wo es tendenziell zwei Komponenten haben würde, die von dem Schalter 10 in entsprechenden entgegengesetzten Richtungen durch die Elektrode 22 verlaufen.
Sobald die Membrane 31 die in 2 dargestellte eingeschaltete Position erreicht hat, kann die nicht-dargestellte Steuerschaltung optional die Gleichstromvorspannung DC(Einzugsspannung V_p) auf einen Bereitschafts- oder Haltewert reduzieren. Der Bereitschafts- oder Haltewert ist kleiner als die Spannung, die erforderlich war, um eine Abwärtsbewegung der Membrane 31 aus der in 1 dargestellten Position zu initiieren, reicht aber aus, um die Membrane 31 in der eingeschalteten Position von 2 zu halten, sobald die Membrane ihre eingeschaltete Position erreicht hat.
Während sich die Membrane 31 in der eingeschalteten Position von 2 befindet, bewirkt die texturierte Oberseite der dielektrischen Schicht 23, dass der tatsächliche physische Kontakt zwischen der dielektrischen Schicht 23 und der Elektrode 31 auf eine Anzahl von in Abstand angeordneten Kontaktregionen beschränkt, die jeweils eine relativ kleine Fläche haben. Mit anderen Worten die Gesamtfläche des physischen Kontaktes zwischen der dielektrischen Schicht 23 und der Membrane 31 ist wesentlich kleiner als es der Fall wäre, wenn das Dielektrikum 23 eine glatte und ebene Oberseite hätte, welche vollständig mit der glatten und angenähert ebenen Unterseite des mittigen Abschnittes 316 der Membrane 31 in physischem Kontakt stehen würde. Da die Betriebskopplung zwischen der Membrane 31 und der Elektrode 22 eine kapazitive Kopplung statt des direkten physischen Kontaktes beinhaltet, hat die Gesamtmenge des direkten physischen Kontaktes zwischen diesen keine signifikante Auswirkung auf den Betrieb des Schalters 10.
Wenn die texturierte Oberfläche des in 1 dargestellten Typs verwendet wird, kann die Kapazität zwischen der Membrane 31 und der Elektrode 22 in dem eingeschalteten Zustand von 2 etwas kleiner sein als es wäre, wenn die dielektrische Schicht 23 eine herkömmliche flache ebene Oberfläche hätte. Demzufolge kann das Verhältnis der Kapazität für den eingeschalteten Zustand von 2 zu der Kapazität für den ausgeschalteten Zustand von 1 etwas kleiner sein, als wenn die dielektrische Schicht 23 eine herkömmliche ebene Oberfläche hätte. Jedoch ist diese kleine Reduzierung in dem Kapazitätsverhältnis bei höheren Frequenzen vernachlässigbar, und jeder kleinere Nachteil wird durch den Umstand aufgewogen, dass ein erheblicher Vorteil durch die Verwendung der texturierten Oberfläche erzielt wird. Insbesondere ist durch die Verwendung der texturierten Oberfläche zum Reduzieren der Gesamtfläche des tatsächlichen physischen Kontaktes zwischen der Membrane 31 und der dielektrischen Schicht 23 eine kleinere Gesamtfläche des physischen Kontaktes vorhanden, durch welchen elektrische Ladung aus der Membrane 31 hindurch treten kann, und dieses reduziert wiederum die Ladungsmenge, die in die dielektrische Schicht 23 tunneln und dort eingefangen werden kann. Dieses bedeutet, dass die Rate, mit welcher eingefangenen Ladung sich in der dielektrischen Schicht 23 aufbauen kann, erheblich langsamer für den Schalter der 1 bis 2 als für bereits bestehende Schalter ist.
Demzufolge dauert es wesentlich länger, bis der Schalter 10 einen Zustand erreicht, in welchem die Menge der eingefangenen Ladung in der dielektrischen Schicht die Membrane 31 mit einer ausreichend großem Kraft anziehen kann, um ein Ausschalten des Schalters 10 zu verhindern, wenn die Gleichstromvorspannung (Einzugsspannung V_p) beendet wird. Daher ist die wirksame Betriebslebensdauer des Schalters 10 wesentlich länger als für bisher existierende Schalter, welche keine texturierte Oberfläche haben. In der Tat verlängert die texturierte Oberfläche die Betriebslebensdauer des Schalters so sehr, dass der einschränkende Faktor für die Betriebslebensdauer die physische Ermüdung und/oder der Ausfall der Membrane 31 statt dem Festhalten der Membrane 31 aufgrund eingefangener Ladungen in der dielektrischen Schicht 23 wird. Diesbezüglich hat der Schalter 10 eine Betriebslebensdauer, die 1 000 bis 1 000 000 000 Mal länger als die Betriebslebensdauer vergleichbarer bisher existierender Schalter ist, die keine texturierte Oberfläche haben.
Ein zweiter Vorteil der texturierten Oberfläche besteht darin, dass durch die Verringerung der Gesamtfläche des physischen Kontaktes zwischen der Membrane 31 und der dielektrischen Schicht 23 eine Reduzierung in den van der Waalssche Kräften vorliegt, welche tendenziell eine Anziehung zwischen der Membrane 31 und der dielektrischen Schicht 23 bewirken, und somit einer Bewegung der Membrane 31 von der dielektrischen Schicht 23 weg entgegenstehen.
Um den Schalter 10 zu auszuschalten beendet die nicht-dargestellte Steuerschaltung die Gleichstromvorspannung (Anzugspannung V_p), die zwischen der Membrane 21 und der Elektrode 22 angelegt wird. Die inhärente Elastizität der flexiblen Membrane 31 erzeugt eine relativ starke Rückstellkraft, welche bewirkt, dass der mittige Abschnitt 36 der Membrane sich von der dielektrischen Schicht 23 und der Elektrode 22 weg nach oben bewegt, bis die Membrane die in 1 dargestellte Position erreicht.
3 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Komponente des Schalters 10 von 1, die den Schalter an einem Zwischenpunkt während seiner Herstellung zeigt. Die Herstellung des Schalters 10 beginnt mit der Bereitstellung des Siliziumsubstrats 13 und dann mit dem Aufwachsen der Siliziumoxidschicht 14 auf dem Substrat 13 unter Anwendung bekannter Techniken.
Anschließend wird eine Schicht 71 aus Fotolack über der Oxidschicht 14 aufgebracht. Die Fotolackschicht 71 wird dann unter Anwendung bekannter Techniken strukturiert und geätzt, um auf diese Weise durch die Schicht 71 hindurch eine Öffnung 72 in der Region zu definieren, wo schließlich die Elektrode 22 (11) ausgebildet wird. Anschließend wird eine Schicht 74 aus einer Aluminiumlegierung über die Schicht 71 gesputtert, so dass ein Abschnitt der Schicht 74 mit der Oxidschicht 14 innerhalb der Öffnung 72 über den Fotolack 71 in Eingriff kommt. In der offenbarten Ausführungsform ist die Aluminiumlegierungsschicht 74 angenähert 300 nm dick und enthält angenähert 98,8% Aluminium (Al), 1% Silizium (Si) und 0,2% Titan (Ti). Die Schicht 74 wird dann nass geätzt, um das Aluminium mittels Aluminiumauslaugen zu entfernen. Die Aluminiumauslaugung, die während des Nassätzens erfolgt, entfernt nicht das Silizium und Titan, und hinterlässt dadurch die SiTi-Knötchen 71 (1), welche eine angenäherte vertikale Höhe von 100 bis 500 nm haben. Anschließend wird die Fotolackschicht 71 in einer bekannten Weise entfernt. Alle SiTi-Knötchen, die in der Schicht 71 selbst vorhanden sind, werden mit der Schicht 71 entfernt, und dadurch nur die SiTi-Knötchen 21 zurückgelassen, die sich direkt auf der Oxidschicht 14 befinden, wie es schematisch in 1 dargestellt ist.
4 ist eine schematische Teilschnittansicht ähnlich der von 3, stellt aber eine Komponente des Schalters zu einem späteren Zeitpunkt während dessen Herstellung dar. Gemäß Bezugnahme auf 4 besteht der nächste Herstellungsschritt des Schalters in der Ausbildung der Elektrode 22 über den Knötchen 21 und der Oxidschicht 14, indem beispielsweise eine Schicht aus Gold abgeschieden und dann eine strukturierte Ätzung ausgeführt wird. Danach wird die dielektrische Schicht 23 beispielsweise durch Abscheiden einer Schicht aus Siliziumnitrid und dann durch Ausführen einer strukturierten Ätzung ausgebildet.
Anschließend werden die Pfosten 17 und 18 durch Abscheiden einer Schicht aus Gold und dann durch Ausführen einer strukturierten Ätzung, um so lediglich die Pfosten 17 bis 18 zu hinterlassen, ausgebildet. Dann wird eine Abstandsschicht 81 über der Oxidschicht 14, der dielektrischen Schicht 23 und den Pfosten 17 bis 18 erzeugt. Die Abstandsschicht 76 ist ein Fotolackmaterial eines dem Fachmann auf dem Gebiet bekannten Typs. Die Abstandsschicht 76 wird strukturiert, geätzt und/oder eingeebnet, um ihr die gewünschte Form und Dicke zu geben. Danach wird eine Schicht aus einer bekannten Aluminiumlegierung über der Abstandsschicht 76, den Pfosten 17–18 und der Oxidschicht 14 abgeschieden und strukturiert und geätzt, um die Membrane 31 auszubilden. Zu diesem Zeitpunkt hat die Struktur die Konfiguration, welche in 4 dargestellt wird.
Anschließend wird eine als Membranablösungsätzung bezeichnete Prozedur ausgeführt, um die Abstandsschicht 76 vollständig zu entfernen. Die Membranablöseätzung kann beispielsweise eine Plasmaätzung eines bekannten Typs sein oder irgendeine andere geeignete Ätzung, welche das Material des die Abstandsschicht 76 bildenden Fotolacks angreift. Diese Ätzung hinterlässt die Membrane 31 mittels ihrer Enden 32 und 33 an den Pfosten 17–18 aufgehängt. Dieses ist die fertiggestellte Konfiguration des Schalters 10, welcher in 1 dargestellt ist.
5 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Vorrichtung, die einen mikro-elektromechanischen Schalter (MEMS) 110 enthält, welcher eine alternative Ausführungsform des Schalters von 1 ist. Mit der Ausnahme der Unterschiede, welche nachstehend beschrieben werden, ähnelt der Schalter 110 im Wesentlichen dem Schalter 10, und identische Komponenten sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Der Schalter 110 enthält ein Substrat 13, eine Oxidschicht 14 und Pfosten 17 und 18, welche äquivalent zu ihren entsprechenden Gegenstücken in der Ausführungsform von 1 sind. Eine Elektrode 122 ist auf der Oxidschicht 14 zwischen den Pfosten 17 und 18 vorgesehen und mit einer dielektrischen Schicht 132 abgedeckt. Man wird erkennen, dass die SiTi-Knötchen 21 in der 1 aus dem Schalter 110 von 5 weggelassen sind. Demzufolge ist die Elektrode 122 direkt auf einer flachen Oberseite angeordnet. Ein Abschnitt der flachen Oberseite der dielektrischen Schicht 123, welche direkt über der Elektrode 122 angeordnet ist, ist ebenfalls eben statt texturiert. Abgesehen davon sind die Elektrode 122 und die dielektrische Schicht 123 im Wesentlichen äquivalent zu der Elektrode 22 und der dielektrischen Schicht 23 in dem Schalter 10 von 1.
In 5 erstreckt sich eine elektrisch leitende Membrane 131 zwischen den oberen Enden der Pfosten 17 und 18 und besitzt Enden 132 und 133, welche fest auf der Oberseite von einem entsprechenden Pfosten 17 und 18 gelagert sind. Die Membrane 131 ist im Wesentlichen äquivalent zu der Membrane 31 in dem Schalter 10 von 1 mit der Ausnahme, dass die Membrane 131 eine texturierte Oberfläche 138 auf der Unterseite ihres mittigen Abschnittes 136 aufweist. Die texturierte Oberfläche 138 enthält mehrere Vorsprünge oder Erhebungen, die nach unten zu der Elektrode 122 und der dielektrischen Schicht 123 vorstehen, und welche voneinander in Abstand angeordnet sind.
Die Membrane 131 kann sich federnd aus der in 5 dargestellten, nicht-eingeschalteten Position in eine eingeschaltete Position biegen. Diesbezüglich ist 6 eine schematische Teilquerschnittsansicht, welche den Schalter 110 von 5 jedoch mit der Membrane 131 in ihrer eingeschalteten Position darstellt. In dieser eingeschalteten Position steht die dielektrische Schicht 123 nur mit beabstandeten Abschnitten der texturierten Oberfläche 138, welche an den Enden der Erhebungen angeordnet sind, in Eingriff. Demzufolge ist die Gesamtfläche des tatsächlichen physischen Kontaktes zwischen der Membrane 131 und der dielektrischen Schicht 123 kleiner als es der Fall wäre, wenn die ebene Fläche der dielektrischen Schicht mit einer flachen Oberfläche der Membrane in Eingriff stünde.
Der Schalter 110 der 5 bis 6 arbeitet in einer zu dem Betrieb des Schalters 10 von 1 bis 2 ähnlichen Weise. Demzufolge wird es für nicht erforderlich gehalten, eine getrennte detaillierte Erläuterung des Betriebs des Schalters 110 zu geben.
7 ist eine schematische Teilquerschnittsansicht einer Komponente des Schalters 110 von 5 in einem Zwischenstadium während der Herstellung des Schalters 110. Gemäß Bezugnahme auf 7 beginnt die Herstellung des Schalters mit der Bereitstellung des Siliziumsubstrats 13 und dann mit dem Aufwachsen der Oxidschicht 14 auf dem Siliziumsubstrat 13. Danach wird die Elektrode 142 auf der Oxidschicht 14 beispielsweise durch Abscheiden einer Schicht aus Gold und dann durch Ausführen einer strukturierten Ätzung erzeugt. Anschließend wird die dielektrische Schicht 123 beispielsweise durch Abschieden einer Schicht aus Siliziumnitrid und dann Ausführen einer strukturierten Ätzung erzeugt.
Anschließend werden die Pfosten 17 und 18 beispielsweise durch Abschieden einer Schicht aus Gold und dann Ausführen einer strukturierten Ätzung, die unerwünschtes Material entfernt, um so die Pfosten 17 und 18 zu hinterlassen, erzeugt. Dann wird eine Abstandsschicht 171 über der Oxidschicht 14, der dielektrischen Schicht 123 und den Pfosten 17–18 erzeugt. Die Abstandsschicht 176 ist ein Fotolackmaterial eines bekannten Typs, welche strukturiert und geätzt wird, um ihr eine gewünschte Gestalt zu verleihen. Die sich ergebende Struktur kann so geebnet werden, dass die Oberflächen der Pfosten 17 und 18 im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Abstandsschicht 171 sind.
Eine Maske wird dann über der teilweise vollständigen Vorrichtung platziert. In 7 ist die Maske 176 auf den Oberflächen der Abstandsschicht 171 und den Pfosten 17 bis 18 aufliegend dargestellt, wobei aber die Maske 176 alternativ leicht über diesen Oberfläche in Abstand angeordnet sein kann. Die Maske 176 enthält eine Glasschicht 177 welche für Ultraviolettstrahlung transparent ist, und eine Chromschicht 178, welche auf der Unterseite der Glasschicht 177 vorgesehen ist. Die Chromschicht 178 ist für Ultraviolettstrahlung undurchlässig. Die Chromschicht 178 hat in ihrem zentralen Abschnitt unmittelbar über der Elektrode 122 und der dielektrischen Schicht 123 eine Gruppierung beabstandeter Öffnungen, wovon eine mit dem Bezugszeichen 183 bezeichnet ist. In der dargestellten Ausführungsform sind die Öffnungen 183 kreisförmig und jede hat einen Durchmesser in dem Bereich von angenähert 100 nm bis 500 nm, könnten aber alternativ irgendeine andere geeignete Gestalt oder Größe haben. Unter Anwendung dem Fachmann auf diesem Gebiet bekannter Ausrichtungstechniken wird die Maske 176 genau in Bezug auf die hergestellte Struktur so positioniert, dass die Gruppierung der Öffnungen 183 genau über der Elektrode 122 und der dielektrischen Schicht 123 zentriert ist.
Anschließend wird die in 7 dargestellte Struktur einer Ultraviolettstrahlung für eine vorbestimmte Zeitdauer gemäß schematischer Darstellung durch die Pfeile 184 ausgesetzt. Die Strahlung, welche auf die Chromschicht 178 auftrifft, wird entweder reflektiert oder absorbiert. Die restliche Strahlung passiert die Öffnungen 183 und "belichtet" in Ab stand angeordnete Regionen des Fotolackmaterials, das sich angrenzend an der Oberfläche der Abstandsschicht 171 befindet.
Die Maske 176 wird dann entfernt, und die Abstandsschicht 171 unter Verwendung bekannter Techniken geätzt, um so das Material der Abstandsschicht 171 zu entfernen, welches dem Licht ausgesetzt war. Das Ergebnis sind in Abstand angeordnete Aussparungen oder Vertiefungen in der Oberseite der Abstandsschicht 171. Diesbezüglich ist 8 eine schematische Teilquerschnittsansicht ähnlich der von 7, zeigt aber einen Teil des Schalters 10 in einem späteren Stadium seiner Herstellung. In 8 bezeichnet das Bezugszeichen 186 eine von den Aussparungen, die in der Oberseite der Abstandsschicht 171 durch die Ätzprozedur erzeugt werden. Die Stärke und Dauer der Ätzprozedur werden so gewählt, dass sie Vertiefungen 186 mit gewünschter Tiefe ergeben. In der offenbarten Ausführungsform haben die Vertiefungen 186 eine Tiefe von angenähert 100 nm, wobei es jedoch möglich wäre, dass die Vertiefungen alternativ eine größere oder kleinere Tiefe haben.
Anschließend wird die Membrane 131 durch Abscheiden einer bekannten Aluminiumlegierung über der Abstandsschicht 171, den Pfosten 17 bis 18 und der Oxidschicht 14 ausgebildet. Diese Schicht der Aluminiumlegierung wird dann strukturiert und geätzt, um die Membrane 131 zu erzeugen. Der mittige Abschnitt 136 der Membrane 131 passt sich in der Form der Oberseite der Abstandsschicht 171 einschließlich der Vertiefungen 186 darin an. Somit erzeugt der Abschnitt der Oberseite mit den Vertiefungen 186 die texturierte Oberfläche 138 auf der Unterseite des mittigen Abschnittes 136 der Membrane 131.
Anschließend wird eine als Membranablösungsätzung bezeichnete Prozedur ausgeführt, um die Abstandsschicht 171 vollständig zu entfernen. Diese Ätzung hinterlässt die Membrane 131 mittels ihrer Enden 132 und 133 an den Pfosten 17–18 aufgehängt. Dieses ist die fertiggestellte Konfiguration des Schalters 110, welcher in 5 dargestellt ist.
Die vorliegende Erfindung bietet eine Anzahl technischer Vorteile. Ein derartiger technischer Vorteil besteht darin, dass ein die vorliegende Erfindung verkörpernder MEMS-Schalter eine Nutzlebensdauer aufweist, welche mehrere Größenordnungen besser als die bisher existierender MEMS-Schalter ist. Diesbezüglich reduziert die Vorsehung ei ner texturierten Oberfläche wenigstens auf einer von der Membrane und der dielektrischen Schicht die Gesamtfläche des physischen Kontaktes zwischen der Membrane und der dielektrischen Schicht. Diese wiederum reduziert die Menge der Ladung aus der Membrane, welche in die dielektrische tunnelt und darin eingefangen werden kann, und verringert damit die Spannung, welche die in dem Dielektrikum eingefangene Ladung auf die Membrane in einer Art ausüben kann, welche die Membrane schließlich in ihrer eingeschalteten Position blockieren könnte.
Aufgrund der texturierten Oberfläche beginnt sich die Betriebslebensdauer des Schalters der Betriebslebensdauer bestimmter Feldeffekttransistor-(FET)-Schalter anzunähern, und ermöglicht damit einem MEMS-Schalter, welcher die Erfindung verkörpert, kommerziell für den Einsatz in Anwendungen, die herkömmlicherweise FET-Schaltern vorbehalten waren, in Konkurrenz zu treten. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die texturierte Oberfläche dazu neigt das Maß zu reduzieren, in welchen van der Waalssche Kräfte und/oder Verschmutzung einer Bewegung der Membrane von der dielektrischen Schicht weg entgegenwirken können, wenn der Schalter ausgeschaltet wird.
Obwohl ausgewählte Ausführungsformen im Detail dargstellt und beschrieben wurden, dürfte sich verstehen, dass verschiedene Ersetzungen und Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der vorliegenden Erfindung gemäß Definition durch die nachstehenden Ansprüche möglich sind.

Claims

Vorrichtung mit einem mikro-elektromechanischen Schalter (10), welcher enthält: eine Basis (13) mit einem ersten Bereich (14), welcher eine elektrisch leitende Komponente (14) enthält; und eine Membrane (31) mit an in Abstand angeordnet en Stellen auf der Basis (13) gelagerten ersten (32) und zweiten (33) Enden und mit einen zweiten Bereich (36) zwischen den Enden (32, 33), welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt (36) enthält, wobei die Membrane (31) in der Lage ist, sich federnd zu biegen, so dass sie sich zwischen ersten und zweiten Positionen bewegt, wobei die leitende Komponente (14) und der leitende Abschnitt (36) in der zweiten Position physisch näher als in der ersten Position zusammen sind, einer von dem ersten (14) und zweiten (36) Bereich eine texturierte Oberfläche (22) hat, und der andere davon eine weitere Oberfläche (36) hat, welche der texturierten Oberfläche (22) gegenüberliegt, wobei die texturierte Oberfläche (22) sich wechselseitig sich ausschließende erste und zweite Abschnitte hat, welche jeweils in physischem Kontakt und keinem physischen Kontakt mit der weiteren Oberfläche (36) stehen, wenn sich die Membrane (31) in der zweiten Position befindet, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche eine Fläche hat, welche kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche (22) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche durch mehrere getrennte Regionen der texturierten Oberfläche definiert ist, welche voneinander in Abstand angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei einer von den ersten und zweiten Bereichen ein dielektrisches Material enthält, das darauf eine von den texturierten und weiteren Oberflächen hat, wobei die andere von den texturierten und weiteren Oberflächen auf einer(m) von der leitenden Komponente und dem leitenden Abschnitt vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Bereich ein dielektrisches Material mit der texturierten Oberfläche auf seiner dem ersten Bereich gegenüberliegenden Seite enthält, wobei der leitende Abschnitt auf einer dem ersten Bereich gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Materials angeordnet ist; und wobei die weitere Oberfläche auf der leitenden Komponente der Membrane vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei der leitende Abschnitt eine texturierte Oberfläche auf seiner dem ersten Bereich nächstgelegenen Seite hat; und wobei das dielektrische Material eine darüber vorgesehene und einer Form der texturierten Oberfläche auf dem leitenden Abschnitt folgende dielektrische Schicht ist, um so auf der dielektrischen Schicht die texturierte Oberfläche mit den ersten und zweiten Abschnitten zu definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Basis einen Abschnitt mit einer texturierten Oberfläche auf ihrer dem ersten Bereich nächstgelegenen Seite enthält; wobei der leitende Abschnitt eine darüber vorgesehene und einer Form der texturierten Oberfläche auf dem Abschnitt der Basis folgende leitende Schicht ist, um so auf einer Seite der dem ersten Bereich gegenüberliegenden leitenden Schicht eine texturierte Oberfläche zu definieren; und wobei das dielektrische Material eine darüber vorgesehene und der texturierten Oberfläche auf der leitenden Komponente folgende dielektrische Schicht ist, um so auf der dielektrischen Schicht die texturierte Oberfläche mit den ersten und zweiten Abschnitten zu definieren.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Abschnitt der Basis eine Basisoberfläche enthält, die dem ersten Bereich gegenüberliegt, und mehrere Knollen enthält, die fest auf der Basisoberfläche vorgesehen sind, wobei die texturierte Oberfläche auf dem Abschnitt der Basis durch auf den Knollen und der Schicht angeordnete Oberflächenabschnitte definiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der zweite Abschnitt ein dielektrisches Material mit der weiteren Oberfläche auf seiner dem ersten Bereich gegenüberliegenden Seite enthält, wobei der leitende Abschnitt auf einer dem ersten Bereich gegenüberliegenden Seite des dielektrischen Materials angeordnet ist; und wobei die texturierte Oberfläche auf der leitenden Komponente vorgesehen ist.
Schaltverfahren unter Verwendung eines mikroelektromechanischen Schalters (10), der eine Basis (13) mit einem ersten Bereich (14), welcher eine elektrisch leitende Komponente (14) enthält, und eine Membrane (31) mit an in Abstand angeordneten Stellen auf der Basis (13) gelagerten ersten (32) und zweiten (33) Enden und mit einen zweiten Bereich (36) zwischen den Enden (32, 33) enthält, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt (36) enthält, wobei einer von den ersten (14) und zweiten (36) Bereichen eine texturierte Oberfläche (22) hat, und der andere davon eine weitere Oberfläche hat, welche der texturierten Oberfläche (22) gegenüberliegt, mit dem Schritt: Reagieren auf eine zwischen der leitenden Komponente (14) und dem leitenden Abschnitt (36) angelegte Spannung durch federndes Biegen der Membrane (31) so, dass sich die leitende Komponente (14) näher an den leitenden Abschnitt (36) bewegt, sobald sich die Membrane (31) aus einer ersten Position in eine zweite Position bewegt, einschließlich des Schrittes, zu bewirken, dass sich wechselseitig sich ausschließend erste und zweite Abschnitte der texturierten Oberflächen (22) jeweils in physischem Kontakt und keinem physischen Kontakt mit der weiteren Oberfläche (36) befinden, wenn sich die Membrane (31) in der zweiten Position befindet, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche (22) eine Fläche hat, welche kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche (22) ist.
Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt der Konfigurierung des ersten Abschnittes der texturierten Oberfläche als mehrere getrennte Regionen der texturierten Oberfläche, welche voneinander in Abstand angeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt der Konfiguration eines von den ersten und zweiten Bereichen, dass er ein dielektrisches Material mit einer von den texturierten und weiteren Oberflächen darauf enthält, wobei die andere von den texturierten und weiteren Oberflächen auf einer(m) von der leitenden Komponente und dem leitenden Abschnitt vorgesehen ist.
Verfahren zum Herstellen eines mikro-elektromechanischen Schalters (10), mit den Schritten: Ausbilden eines ersten Bereichs (14) auf einer Basis (13), welcher eine elektrisch leitende Komponente (14) enthält; Ausbilden einer federnd flexiblen Membrane (31) mit an in Abstand angeordneten Stellen auf der Basis (13) gelagerten ersten (32) und zweiten (33) Enden, die mit auf gegenüberliegenden Seiten des ersten Bereichs (14) in Abstand angeordneten Abschnitten der Basis (13) in Eingriff stehen, und zwischen den Enden (32, 33) einen zweiten Bereich (36) haben, welcher einen elektrisch leitenden Abschnitt (36) enthält, wobei die Membrane (31) in der Lage ist, sich so federnd zu biegen, dass sie sich zwischen ersten und zweiten Positionen so bewegt, dass die leitende Komponente (14) und der leitende Abschnitt (36) in der zweiten Position physisch näher als in der ersten Position sind; und Ausbilden auf einem von den ersten (14) und dem zweiten (36) Bereichen einer texturierten Oberfläche (22) und auf dem anderen davon einer weiteren Oberfläche, welche der texturierten Oberfläche (22) gegenüberliegt, wobei die texturierte Oberfläche wechselseitig sich ausschließende erste und zweite Abschnitte hat, welche jeweils in physischem Kontakt und ohne physischem Kontakt mit der weiteren Oberfläche (36) stehen, wenn sich die Membrane (31) in der zweiten Position befindet, wobei der erste Abschnitt der texturierten Oberfläche (22) eine Fläche hat, welche kleiner als eine Gesamtfläche der texturierten Oberfläche (22) ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Ausbildung der texturierten Oberfläche den Schritt der Konfiguration des ersten Abschnittes der texturierten Oberfläche als eine Vielzahl getrennter Regionen der texturierten Oberfläche, welche voneinander in Abstand angeordnet sind, enthält.
Verfahren nach Anspruch 12, mit dem Schritt der Konfiguration eines von dem ersten und zweiten Abschnitt so, dass er ein dielektrische Material darauf auf einer von den texturierten und der weiteren Oberflächen enthält, wobei die andere von den texturierten und der weiteren Oberflächen auf einer(m) von der leitenden Komponente und dem leitenden Abschnitt vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt der Ausbildung des ersten Bereiches die Schritte umfasst: Ausbilden mehrerer Knollen auf einer Oberfläche der Basis; Ausbilden einer leitenden Schicht über den Knollen und der Oberfläche der Basis, welche der leitende Abschnitt ist und welche einer Form der Knoten und der Oberfläche der Basis folgt, um so auf einer Seite der dem ersten Bereich gegenüberliegenden leitenden Schicht eine texturierte Oberfläche auszubilden; und Ausbilden einer dielektrischen Schicht über der leitenden Schicht, welche einer Form der texturierten Oberfläche auf der leitenden Schicht folgt, um so auf der dielektrischen Schicht die texturierte Oberfläche mit den ersten und zweiten Abschnitten zu definieren.