JP2005536013A - マルチモルフ・アクチュエータと静電ラッチメカニズムとを有するマイクロ・ファブリケーションされた双投リレー - Google Patents

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Abstract

本発明は、１つのマイクロ機械加工されたスイッチング装置の開発にあたって複数のマルチモルフ・アクチュエータ・エレメントと複数の静電状態保持メカニズムとの機能的組み合わせを取り入れた１つの新しい種類のリレーである。複数のエレメントのこの組み合わせは、高い信頼性及び低い電力消費を有するマイクロ製作された複数のリレーにおいてゼロ電力静電容量ラッチングの利点と複数の高力マルチモルフ・アクチュエータの利益とを提供する。該リレー発明の動作は該装置のために幾つかの安定状態、すなわち、電力を使用しない１つの受動的状態、該マルチモルフ・アクチュエータを或る程度の電力で駆動する１つのアクティブ状態、及び、本質的に電力を要することなくスイッチ・レートを静電的に保持する１つの被ラッチ状態とに配慮している。本発明に含まれる複数のマルチモルフ・アクチュエータは圧電マルチモルフ作動メカニズム、サーマル・マルチモルフ作動メカニズム及びバックリング・マルチモルフ作動メカニズムを含む。これらの装置は、複数のアクチュエータ・アーマチュアの１つ以上のセットをカンチレバー構成又は固定ビーム構成で使用し、状態保持のために静電ラッチ電極の１つ以上のセットを使用する。

Description

この装置を記述した１つの仮特許出願（ｐｒｏｖｉｓｉｏｎａｌ ｕｔｉｌｉｔｙ ｐａｔｅｎｔ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）は６０／２４３，７８８であって、２０００年１０月２７日に出願され、本出願と同じ題名を有する。
１つの関連する装置を記述した１つの第２の出願は６０／２４３，７８６であって、これも２０００年１０月２７日に出願され、「マルチモルフ・アクチュエータと静電ラッチメカニズムとを有するマイクロ・ファブリケーションされたリレー」と題されている。これらの仮特許は、各々、本発明の複数の側面に関連していて、参照により本書に取り入れられる。
本発明につながる調査及び発展のいずれも米連邦政府によって後援されなかった。
本発明は、複数のスイッチング装置の一般的分野に関し、特にマイクロ・ファブリケーションされた複数のリレーの分野に関する。
マイクロ・ファブリケーションスイッチング装置の元の概念が１９７９年にピーターセン（ＰＥＴＥＲＳＥＮ）によって作られて以来、低電力で高周波数の複数のアプリケーションのためのいろいろなスイッチ及びリレーを開発しようとする多くの試みがなされた。この努力の目標は、小型の、バッチ製造された、写真製版的に画定された複数の可動構造を１つの機械装置の一部分として用いることによってスイッチング技術の費用有効性及び性能を高めることである。
マイクロ・ファブリケーションされた電気機械システム（ＭＥＭＳ）は、複数の長い寿命、低コスト、小サイズ、及び在来の手段により製造された複数のスイッチング装置より速い速度を約束し、複数の固体装置より高い性能を提供する。多くのアプリケーションにおいて、特に高性能機械装置、自動化試験装置、レーダー、及び複数の通信システムにおけるアプリケーションにおいて、一定の品質を有する複数のスイッチング装置が必要とされ或いは好ましい。複数の具体的な値はアプリケーションごとにまちまちであって、本発明の詳細な説明においては適切な場合には具体的な値が与えられる。１）複数の制御信号を複数の負荷信号から絶縁させるスイッチ機能ではなくてリレー、２）複数のリレー電極の間の複数の低抵抗オーム接触、３）リレー開成／閉成状態をトグルするための低電力使用、４）１つの特定のリレー開成／閉成状態を維持するためのゼロ電力又は非常に低い電力、５）高精度、低コスト製造、６）複数のリレー接点の高速で強力な機械的閉成、７）複数のリレー接点の高速で強力な機械的開成、８）容易に達成される複数の制御信号及び動作必要条件。
これらの利点の幾つかを得るために多くのスイッチング装置開発努力がなされたが、いずれも、全てを達成することはできなかった。従来技術の複数のスイッチング装置デザインの大部分は、いろいろな装置の２つの主要なカテゴリー、すなわち、複数の静電作動メカニズムを使用するもの、及び、複数のバイモルフ作動メカニズムを使用するもの、に関して論じることができる。各々のタイプの作動メカニズムが複数の固有の特性と利点とを有し、また従来技術の複数のデザインが上に列挙した望ましい品質の全てを得ることを妨げる物理的な限界を有する。これらの装置及びメカニズムを後に説明するが、従来の複数のマイクロ・ファブリケーションされたリレー装置の大多数は単投作動を特徴とする。単投作動は、作動されたときに単一の電気接点が開閉されることを指し、双投作動は、作動されたときに１つの電気接点が切断され第２の接点が閉じられることを指す。
静電的に作動される複数の装置は、１つの電圧がかけられる２つ（又はより多くの）バイアス電極を使用する。向かい合う複数の電極の複数の表面に複数の反対の電荷が生じ、静電気力が生じる。もし複数の電極が互いのほうへ偏向することができれば、作動が可能となる。１つの静電作動装置のスイッチ又は複数のリレー接点電極はこれらの移動バイアス電極に機械的に結合され、複数の接点電極は、電圧がかけられ、また電圧が除去されるとかみ合い或いは分離する。
静電作動は、上記動作特性の幾つかを本質的に支援し、その結果として、複数のスイッチ及びリレーのために最も広く試されたＭＥＭＳ作動メカニズムである。複数の静電アクチュエータは複数のオーム接触リレー及びスイッチを可能にするけれども、複数の低抵抗を達成するのは難しい。これらは、複数の状態をトグルするために実際上ゼロの電力を必要とし、複数の状態を維持するために実際上ゼロの電力を必要とする。設計者は、精密で低コストの複数の静電アクチュエータを開発するために複数のマイクロ・ファブリケーション手法を使用することができる。これらのアクチュエータは複数の高速を提供することができるけれども、大きな閉成力を達成するのは難しく、大きな開成力を容易に生じさせることはできない。これらのアクチュエータは、現代の複数の集積回路では普通の複数の低駆動電圧（１０Ｖより低い）で設計するのは難しいが、複数の駆動電流は通常は無視できる（１μＡ未満）。
文献は、電力使用量の非常に少ない低力作動を証明する複数のＭＥＭＳスイッチ及びリレーの多数の例を含んでいる。ルーら（Ｌｏｏ、 ｅｔ ａｌ．）の特許文献１は、応力補償のために絶縁体−金属−絶縁体スタックを使用する１つの単投双接点カンチレバーＭＥＭＳリレーの１つの代表的な例を記述している。ヤオら（Ｙａｏ、 ｅｔ ａｌ．）の特許文献２の１つのリレー、及びバック（Ｂｕｃｋ）の特許文献３の１つのスイッチなどの、他の複数のカンチレバーＭＥＭＳ装置は、性能を高めるために種々の接点金属を使用する。ジェイムスら（Ｊａｍｅｓ， ｅｔ ａｌ．）の特許文献４は、製造を改善するために複数のバンプを取り入れた複数の双接点リレーを有する。ザブラッキー（Ｚａｖｒａｃｋｙ）の特許文献５は、複数の固体金属スイッチに関する自分の初期研究の後に、バイアスをかけるための複数の別々の固定された電極を用いる１つの新規な作動用エレメントを付け加えている。文献は、ミラノビら（Ｍｉｌａｎｏｖｉ， ｅｔ ａｌ．）によるスイッチング装置研究を含んでおり、この場合には、高周波信号スイッチングを改善するために複数の装置が１つの基板から他の基板へ移される。
通常はサイズ、速度、及び信頼性を犠牲にして装置のサイズ及び力を大きくすることによって、複数の大信号負荷での性能を向上させるために幾つかの注目に値する試みがなされている。１つの代表的な例は、前記の複数の努力の成果より１桁大きく且つもっと強力な１つの銅の装置を有するリー（Ｌｅｅ）の特許文献６号のものである。コムラら（Ｋｏｍｕｒａ ｅｔ ａｌ．）及びサトーら（Ｓａｔｏ ｅｔ ａｌ．）も、複数の適度の信号負荷のためのミリメートル・サイズの複数の２接点静電ＭＥＭＳリレーを開発している。グッドウィン−ジョハンソン（Ｇｏｏｄｗｉｎ−Ｊｏｈａｎｓｓｏｎ）の特許文献７の１つの装置は、装置が開閉するときの複数の電極の接触抵抗を変えることによってホットスイッチ状況でのアーク発生を減少させる。
幾つかの静電ＭＥＭＳスイッチング装置は、装置サイズ、接触力、及び、しばしば、製造上の複数の不便を犠牲にして複数の駆動電圧要件を下げるように設計されている。シェンら（Ｓｈｅｎ ｅｔ ａｌ．）及びパンチェコ（Ｐａｎｃｈｅｃｏ）は、バイアス電極サイズとアーマチュアの柔軟性とを増大させることによって複数の電圧要件を減少させている。イチヤら（Ｉｃｈｉｙａ ｅｔ ａｌ．）の特許文献８は、駆動電圧を下げるために複数の階段状で且つ傾斜した基板バイアス電極の新規な使用方法を取り入れている。
幾つかの静電ＭＥＭＳ装置は、複数のＭＥＭＳ装置で普通に見られる偏向した複数のばねの受動的復元力より大きな速度及び力で装置を開成させる複数のバイアス電極の複数のセットを持つように設計されている。ハーら（Ｈａｈ， ｅｔ ａｌ．）は、１つの代表的な例であって、複数のリレーを開成するために複数のトーションばね復元力を複数の対向バイアス電極と組み合わせている。カサノら（Ｋａｓａｎｏ ｅｔ ａｌ．）の特許文献９は、複数の総電圧要件を減少させるために、複数の駆動開成電極付きの１つの双接点ＭＥＭＳリレーと新規な複数の埋め込み型エレクトレットとを記述している。
複数のバイモルフ・アクチュエータは、複数の静電アクチュエータとは異なって、複数の制御信号をアクチュエータ自体の中で機械的変形に変換する。複数のバイモルフ（或いは、もっと一般的には、マルチモルフ）アクチュエータは、１つの特定の刺激に対する種々の物理的応答を示す複数の層から成っている。例えば、１つのサーマル・バイモルフは１つの高い熱膨張係数（１０ｐｐｍ／℃より上）を有する１つの第１の層と１つの低い熱膨張係数（５ｐｐｍ／℃より下）を有する１つの第２の層とを持つことができる。このバイモルフが１つの温度上昇にさらされると、第１の層の相対的膨張は第２の層との密着により抑制され、該アクチュエータは応答してカールする。複数の装置がこのカールを用いて仕事を行い、複数のバイモルフにより作られる複数の力は複数の静電アクチュエータにより達成し得る力より遥かに大きくなりえる。
バイモルフ作動は、上記の複数の動作特性を本質的に支援し、その結果として、複数のスイッチ及びリレーのために２番目に広く試されているＭＥＭＳ作動メカニズムである。それらは、複数のオーム接触装置で使用され得るものであり、複数のバイモルフ・アクチュエータで作られる複数の大きな力は複数の低い接触抵抗をもたらす。それらは、低力で作動して複数の状態をトグルさせるように設計され得るけれども、一定の複数のタイプのバイモルフだけが低力状態ラッチングに対処し得る。複数のバイモルフ・アクチュエータに複数の高い速度と高い閉成力とを提供させることができ、また、同様に高い複数の開成力と速度とを提供するように設計することができる。或る複数のタイプのバイモルフ・アクチュエータは、複数の低駆動電圧及び低駆動電流でも設計されえる。
複数のバイモルフ作動メカニズムを有する大抵のスイッチング装置は、電力消費量を低く保つために複数の圧電バイモルフ・アクチュエータを選択し、その様な装置は通常は前に列挙された望ましい複数の特性のうちの多くを示す。しかし、複数の圧電材料に関連する製造上の複数の難点があるために、複数の圧電バイモルフ・アクチュエータを研究した複数のＭＥＭＳ成果は僅かである。更に、ヒステリシス及び劣化を防止するために、複数の圧電バイモルフを作動させるには通常は複数の複雑な高電圧波形が必要である。ファラル（Ｆａｒｒａｌｌ）の特許文献１０は、複数の金属−圧電−金属３層アクチュエータの複数のアレイを特徴とする１つのスイッチング装置を記述している。コーンランプ（Ｋｏｒｎｒｕｍｐｆ）の特許文献１１は、変動する複数の信号負荷を扱うために１つの中央アンカー領域から伸びる一連の圧電バイモルフ・アクチュエータを開発した。コーンランプ（Ｋｏｒｎｒｕｍｐｆ）の特許文献１２は、圧電バイモルフ自体の中の残留分極を変化させることによって複数の状態をラッチし、制御可能なゼロ電力受動ラッチングを可能にする１つの圧電リレーを設計した。タナカ（Ｔａｎａｋａ）の特許文献１３は、大きな閉成力と移動距離とを生じさせる複数の対向するカンチレバー圧電バイモルフから成る１つの装置を開発した。これらの装置の全ては、在来の手段により製造され、全ての或いは多くの在来の圧電材料制約を持っていた。
大抵のマイクロ・ファブリケーションされたバイモルフ・アクチュエータは、製造及び駆動信号生成が容易であるので複数のサーマル・バイモルフを使用している。その様な複数の装置は、通常、１つの活動状態を保つために電力を絶えず使用することを必要とし、また、熱輸送現象に基づく複数の速度制約を持っていることが良くある。フィールドら（Ｆｉｅｌｄ ｅｔ ａｌ．）の特許文献１４は、複数の新規な接点構造を有する複数の積み重ねられた基盤を有する１つの汎用サーマル・バイモルフ・リレーを開示している。ノーリング（Ｎｏｒｌｉｎｇ）の特許文献１５は、複数の接点電極と温度感知のための１つの静電バイアス電極とを有する１つの温度感知リレーを有し、これは現代の複数のサーミスタと全く同等の装置である。カー（Ｃａｒｒ）の特許文献１６は、大きなサイズ、速度、及び電力使用量を犠牲にして受動的機械的ラッチングを可能にした対向する複数のバイモルフの巧みに処理された複数のセットを含む１つのリレーを開発している。
ゲバッターら（Ｇｅｖａｔｔｅｒ， ｅｔ ａｌ．）の特許文献１７及びシュラークら（Ｓｃｈｌａａｋ， ｅｔ ａｌ．）の特許文献１８及び特許文献１９による複数のＭＥＭＳリレーは、バイモルフ及び静電作動の両方を特徴としており、１つのバイモルフ・アクチュエータは閉成動作を助けるために統合された複数の静電電極を有する。
利点は、複雑さが増大し且つ適切なリレー機能のために両方のアクチュエータを同時に駆動する必要があるという犠牲を払って閉成力を高めて且つ駆動電圧を下げたことである。
米国特許第６０４６６５９号明細書 米国特許第５５７８９７６号明細書 米国特許第５２５８５９１号明細書 米国特許第５４７９０４２号明細書 米国特許第５６３８９４６号明細書 米国特許第６０５４６５９号明細書 米国特許第６０５７５２０号明細書 米国特許第５５４４００１号明細書 米国特許第５２７８３６８号明細書 米国特許第４６２０１２３号明細書 米国特許第４８１９１２６号明細書 米国特許第４９１６３４９号明細書 米国特許第４４０３１６６号明細書 米国特許第５４６７０６８号明細書 米国特許第５４６３２３３号明細書 米国特許第５７９６１５２号明細書 米国特許第５７９６１５２号明細書 米国特許第５６２９５６５号明細書 米国特許第５６７３７８５号明細書
長い間感じられてきた証明された必要性と、上記を含む多数の研究者及びグループによる活発で広範な努力とにも関わらず、得られた複数の装置は、いずれも、計測器、レーダー、及び複数の通信システムのための高性能信号スイッチングのために望ましい複数の属性の全てを実現していない。本書に記載されている発明は、１つの双投スイッチ構成において不利な点や制約を殆ど持たずにこれらの特性の各々を達成する初めての装置である。
マイクロ機械加工された複数のスイッチ及びリレーの分野には、複数のマルチモルフ・アクチュエータ・エレメント或いは静電アクチュエータ・エレメントを取り入れた多くの装置がある。複数のマルチモルフ・アクチュエータは、主として、任意の与えられた駆動電力、電圧、或いは電流について複数の大きな力を発生させる能力を持つ故に使用される。複数の静電アクチュエータは、非常に低い複数の電力で作動して複数のスイッチ又はリレーを１つの開成位置又は閉成位置に保持する能力を持つ故に使用される。低電力を使用しながら確実な接触を得るために大きな複数の力を組み入れる複数の装置を開発するという１つの希望が業界にあったが、従来の努力はいずれも成功しなかった。本発明は、この目標を達成する初めての試みであって、高力マルチモルフ作動と複数のゼロ電力静電ラッチング・メカニズムとの両方を組み入れることによってこの目標を達成する。
本発明の動作は、装置について複数の異なる安定状態に配慮している。第１の状態は１つの受動的状態であり、これは制御信号が装置に加えられていないときのリレーの自然状態である。１つのアクティブ状態が望まれるときには、１つの駆動制御信号がリレー・アクチュエータに加えられ、装置の複数の機械的制約がリレー・アーマチュアの更なる偏向を防止する。いったん変更されたならば、その状態を、不定期間であり得る期間にわたって１つのラッチ状態に保つことが望ましいので、複数の容量性エレメントに１つのラッチ制御信号が加えられてこれらのエレメントを引き付けて複数の静電力でこれらを結合させておく。このとき、複数の制御信号をアクチュエータから取り除くことが可能であり、リレーはラッチされた状態にとどまる。ラッチ制御信号を除去することによりリレーを受動的状態に戻すことができる。双投構成は１つの第２アクティブ状態に配慮しており、この状態では１つの第２閉成位置にあるリレーで１つの第２電気的接触が行われる。第２の閉成位置のために低電力ラッチング能力を提供するために、１つの関連する第２ラッチ状態も組み入れられる。
用語の定義：複数のマイクロ・ファブリケーションされた装置に不慣れな複数の読者にとっては用語及び複数の単位を概説することが有益である。複数の図面の記述と、以下の本発明についての詳細な記述とは、複数の図面の番号が付けられた複数のエレメントが本文に出現する際に該エレメントを記述する精密な複数の用語を含む。この特許出願の複数の目的のために、夫々の用語は、容認されているリレー産業用語の使用法に従う１つの指定されたターミノロジーであると考えられる。ミリ（ｍ）は、１つの千分の一（１／１，０００）についての標準的ＳＩ接頭辞である。マイクロ（μ）は、１つの百万分の一（１／１，０００，０００）についての標準的ＳＩ接頭辞である。ナノ（ｎ）は、１つの十億分の一（１／１，０００，０００，０００）についての標準的ＳＩ接頭辞である。ニュートン（Ｎ）は、１キログラム−メートル−毎秒−毎秒に等しい力の１つの標準的ＳＩ単位である。ミクロン（μｍ）又はマイクロメートルは、１つの一千分の一ミリメートルに等しい１つの長さの単位である。マイクロ・ファブリケーションは、集積回路開発者の業界により一般化された複数の写真平版技術を通して描かれた複数のコンポーネントを画定する１つの制作方法として定義される。マイクロ機械加工は、写真平版により画定された１つのマイクロ・ファブリケーションされたエレメントを描く行為として定義され、複数の酸又は塩基を用いる１つのエッチング・プロセスによってしばしば実行される。１つの作動は、１つのリレー又はその他のスイッチング装置を開成し或いは閉成する行為であるとして定義される。１つのアクチュエータは、作動の原因となるエネルギー変換メカニズムとして定義される。１つのアーマチュアは、１つのリレー又はその他のスイッチング装置を開成し又は閉成するために１つのアクチュエータにより偏向され又は動かされる任意のエレメントとして定義される。１つのマルチモルフは、１つの刺激にさらされたときにサイズを変化させる複数の層の１つの組み合わせから成る１つのアクチュエータとして定義され、その複数のサイズ変化は２つ以上の異なる層についてまちまちである。１つのバイモルフは、正確に２つの層を有する１つのマルチモルフとして定義される。１つのマルチモルフ層は１つのマルチモルフのいずれか１つの層として定義され、その各々の層は該マルチモルフについて定義された駆動刺激に対して敏感であったり敏感でなかったりする。１つの圧電マルチモルフは電圧刺激に対して敏感な１つのマルチモルフ・アクチュエータとして定義され、１つ以上の層がゼロでない圧電気係数を有する。１つのサーマル・マルチモルフは熱又は冷刺激に対して敏感な１つのマルチモルフ・アクチュエータとして定義され、１つ以上の層がゼロでない熱膨張係数を有する。１つのバックリング・マルチモルフは偏向刺激に対して敏感な１つのマルチモルフ・アクチュエータとして定義され、１つ以上の層がバックリング現象に応じた複数のレベルのゼロでない応力を有する。１つの固定されたベースは、機械的支持を提供する１つの堅い一体的リレー領域として定義される。１つのベース基板は、１つの固定されたベースの一部分を形成する１つのマイクロ・ファブリケーション基板として定義される。１つの負荷信号は１つのリレー又はその他のスイッチング装置によってスイッチングされるべき信号として定義される。１つの負荷信号ラインは、スイッチングされるべき負荷信号のための１つのポート（入力又は出力）として定義される。１つのアーマチュア接点エレメントは、１つの負荷信号が１つの入力から１つの出力負荷信号ラインへ進むための１つの伝導路を形成し且つ／又は切断するために他の複数の接点エレメントと物理的に係合し且つ／又は乖離する１つのアーマチュア上に位置する１つのエレメントとして定義される。１つの接点アーマチュアは、取り付けられた複数のアーマチュア接点エレメントを有する１つのアーマチュアとして定義される。１つのベース基板接点エレメントは、１つの信号が１つの入力から１つの出力負荷信号ラインへ進むための１つの伝導路を形成し且つ／又は切断するために他の複数の接点エレメントと物理的に係合し且つ／又は乖離する１つのベース基板上に位置する１つのエレメントとして定義される。１つの駆動信号は、１つのリレー又はスイッチの作動を開始する１つの信号として定義される。１つの駆動信号ラインは、１つの駆動信号が向けられる１つのラインとして定義される。複数の電気駆動信号のために少なくとも２つの駆動信号ラインが、１つは該信号のために、もう１つは基準のために、必要である。１つのラッチ信号は、１つのリレー又はスイッチを１つの開成状態又は閉成状態に保持する１つの信号として定義される。１つのラッチ信号ラインは、１つのラッチ信号が向けられる１つのラインとして定義される。複数の電気的ラッチ信号のために少なくとも２つのラッチ信号ラインが、１つは該信号のために、もう１つは基準のために、必要である。１つのアーマチュア電極はアーマチュアに付けられた１つの伝導性領域として定義され、これに複数のラッチ信号又はその複数の基準が向けられる。１つのベース基板電極はベース基板に付けられた１つの伝導性領域として定義され、これに複数のラッチ信号又はその複数の基準が向けられる。１つのラッチ電極絶縁体は、アーマチュア電極とベース基板電極との電気的接触が生じるのを防止する１つの絶縁領域として定義される。
本発明は、複数のリレー産業の標準より概して小さい複数のスイッチング速度及び信号負荷を包含する。例えばμＡとｍＡとの１つの機能上の区別は在来の複数のリレーについての負荷信号強度に関しては行われていないが、これらの異なる負荷信号についてはマイクロ・ファブリケーションされた複数のリレーの性能及び設計上の複数の差異は重要である。この特許の複数の目的のために、下記の複数の速度及び信号負荷が定義されて、これらの分類がリレー産業基準で定義されている分類とは異なることを記しておく。複数の非常に速いスイッチング時間は１００ナノ秒未満として定義される。複数の速いスイッチング時間は１００ナノ秒から１マイクロ秒までとして定義される。複数の中位のスイッチング時間は１マイクロ秒から１００マイクロ秒までとして定義される。複数の遅いスイッチング時間は、１００マイクロ秒から１０ミリ秒までとして定義される。複数の非常に遅いスイッチング時間は、１０ミリ秒より大きいとして定義される。複数の非常に低い信号負荷は１０μＡより少ないＤＣ電流又は１００μＷより少ないＲＦ電力として定義される。複数の低い信号負荷は１０μＡから１０ｍＡまで又は１００μＷから１００ｍＷまでとして定義される。複数の中位の信号負荷は１０ｍＡから５００ｍＡまで又は１００ｍＷから５Ｗまでとして定義される。複数の高い信号負荷は５００ｍＡから５Ａまで又は５Ｗから５０Ｗまでとして定義される。複数の非常に高い信号負荷は５Ａより大きいＤＣ電流又は５０Ｗより大きいＲＦ電力として定義される。
全ての添付されている図面は、図１，６及び１１以外は、横断面を示す。機能的クロスハッチング、複数の簡明な黒い縁、及び全てのエレメントの数えを通して材料の複数の指定が行われている。白の又は太いクロスハッチングで示されている全てのエレメントは電気絶縁性の１つの材料を表す。１つの細い接近して離間しているクロスハッチが付けられているパターンで示されている複数のエレメントは複数の電気伝導体である複数の材料を表す。全てのエレメントについての複数のクロスハッチ付きパターンは、明瞭性及び連続性を目的として図１，６及び１１の平面図に示されている。記載されている複数の絶縁体及び／又は導体を半導体のドーピング・レベルに依存して製造するために複数の代替実施形態において複数の半導体材料を使用することができる。
図１は本発明の一実施形態の１つの機能平面図であって、明瞭性を目的として複数の横断線及び眺望を有し、また破線の輪郭で示された上面の下に埋められて良い多数のエレメントを有する。図１は、１つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。図１と並んで示されている２つの横断面図は図２Ａ及び３Ａであって、これらは夫々１つの負荷アーマチュア及びアクチュエータ・アーマチュアの図である。図４は、１つのマルチモルフ・アクチュエータの領域における複数のアーマチュアの１つの横断面構成図であって、複数の電気接続部間の関係を示す。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、開成リレー状態（図５Ａ）、クローズダウンされたリレー状態（図５Ｂ）及びクローズアップされたリレー状態（図５Ｃ）にあるラッチング及び接点メカニズムを有するリレー領域の複数の横断面を示す。１つの接点アーマチュアの曲げ機能は、リレーを完全にラッチされた複数の状態で描いている図５Ｂ及び５Ｃにおいて示されている。
図２Ａ、２Ｂ、２Ｃ、２Ｄ及び２Ｅは、装置の５つの動作状態における負荷アーマチュアの横断面図を示している。図２Ａは、リレーが受動的状態にあるときの負荷アーマチュアである。図２Ｂは、１つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。図２Ｃは、ラッチダウンされた状態にあるときのリレーの負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。図２Ｄは、１つのリレーがアクティブアップ状態に追い込まれたときの負荷アーマチュアの曲率を示す。図２Ｅはラッチアップ状態にあるときのリレー負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。
図３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄ、及び３Ｅは、装置の同じ５つの動作状態にある１つの圧電マルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュアの横断面を示す。図３Ａは、リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアである。図３Ｂは、１つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される曲率を示す。アーマチュア電極接触が図３Ｃで見られ、この図はリレーがラッチダウンされた状態のときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。図３Ｄは、１つのリレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起された曲率を示す。アーマチュア電極接触が再び図３Ｅに示されており、この図はリレーがラッチアップされた状態にあるときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。
図６から１０Ｃまでは１つの代替実施形態を示す。図６は、１つの主アクチュエータとして１つのサーマル・マルチモルフを使用する１つの実施形態の１つの機能平面図である。図６と並んで示されている２つの横断面図は図７Ａ及び８Ａであり、これらは、夫々、１つの負荷アーマチュアとサーマル・マルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュアとの横断面図である。図９は１つのマルチモルフ・アクチュエータの領域における複数のアーマチュアの１つの横断面構成図である。前の実施形態についての図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃと同様に、図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃは、ラッチング及び接点メカニズムが開成リレー状態、クローズダウンされたリレー状態、及びクローズアップされたリレー状態にあるリレー領域の横断面を示す。
図７Ａ、７Ｂ、７Ｃ、７Ｄ及び７Ｅは、装置の５つの動作状態における負荷アーマチュアの横断面図である。図７Ａは、リレーが受動的状態にあるときの負荷アーマチュアである。図７Ｂは１つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。図７Ｃは、ラッチダウンされた状態において負荷アーマチュアに誘起される１つのリレー曲率を示す。図７Ｄは、１つのリレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。図７Ｅは、ラッチアップされた状態にあるときにリレー負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。
図８Ａ、８Ｂ、８Ｃ、８Ｄ及び８Ｅは、装置の同じ５つの動作状態における１つのサーマル・マルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュアの横断面図である。図８Ａは、リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアである。図８Ｂは、リレーがアクティブダウン状態に追い込まれたときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。図８Ｃにおいてアーマチュア電極接触が見られ、この図はラッチダウンされたリレー状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。図８Ｄは、リレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。図８Ｅにおいてアーマチュア電極接触が見られ、この図はラッチアップされたリレー状態にあるときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。
リレーの発明の１つの第３実施形態では、リレーを、図１１に示されているように、複数のアクチュエータ・アーマチュア構造で構成することができる。このリレーは、アクチュエータ・アーマチュアが負荷アーマチュアに対して垂直になっている状態で示されている。いろいろな数のアクチュエータ・アーマチュア或いは負荷アーマチュアを有するこの様な複数の構成は、主として、当該技術分野の熟練設計者の決定による。図１２は、この実施形態の負荷アーマチュアの１つの横断面構成を示す。図１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは、この第３実施形態の５つの動作状態のうちの３つにおけるリレーのアクチュエータ・アーマチュアの横断面構成図である。各々の図は、装置を閉成する動作を行わせる複数のサーマル・アクチュエータ・アーマチュアと、装置を開成する動作を行わせるサーマル・アクチュエータ・アーマチュアと、複数の接点電極を囲む接点アーマチュア領域とを示す。図１３Ａは、リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。図１３Ｂは、リレーがアクティブダウン状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される曲率を示す。図１３Ｃは、ラッチダウンされた状態にあるときの複数のアクチュエータ・アーマチュアを示す。アクティブアップ状態及びラッチアップされた状態における複数のアクチュエータ・アーマチュアの図は、簡潔さを保つために示されていない。
本発明は、１つのマイクロ機械加工された双投スイッチング装置の発達において複数のマルチモルフ・アクチュエータと複数の静電状態保持メカニズムとの機能的組み合わせを取り入れた１つの新種のリレーである。複数のエレメントのこの組み合わせは、複数の高力マルチモルフ・アクチュエータの利点を、マイクロ・ファブリケーションされた複数のリレーにおける高度に確実な、低電力消費量でのゼロ電力静電容量ラッチングの利点とともに提供する。以下の説明は、始めに複数のアクチュエータ技術のこの機能的組み合わせを論じ、次に本発明の幾つかの具体的装置実施形態について詳しく論じる。
１つのリレーは、制御信号路が負荷信号路から絶縁されているという特徴が付け加えられている１つのスイッチング装置である。この様な１つの装置は、１つの鋭敏な負荷信号（１つのデータストリーム又は試験装置信号など）の完全性を劣化させる可能性のある複数の変動或いは不規則性を有する可能性のある複数の制御信号から干渉を受けずに、変化する或いは鋭敏な複数の信号のスイッチングを可能にする。これは、また、負荷信号が何らかの形で危険であり得るような複数のアプリケーションにおいて制御電子装置を保護する。１つの高電圧又は高電流負荷信号は、もし複数の制御信号路との相互作用が可能にされれば、複数の制御電子装置に過負荷をかける可能性がある。ＲＦ電力は容量性結合又は誘導性結合の故に完全には抑制され得ないので、複数の無線周波数装置は制御電子装置を複数の信号負荷から高度に絶縁させることを必要とすることが良くある。大抵の単投リレーは、負荷信号回路が１）開成しているか或いは２）閉成しているかを定める２つの安定動作状態を有する。この様な１つの装置は直流電流、低周波数、及び無線周波数アプリケーションにおける多様なアプリケーションにおいて１つの大切なコンポーネントを形成し、複数のリレーのマイクロ・ファブリケーションバージョンを作ろうとする多くの努力が産業上の利益を証明している。
複数のマルチモルフ作動メカニズムは、中位の電力要件（連続動作で数十μＷから数十ｍＷまで）で中位の距離（数十μｍからｍｍまでのアーマチュア偏向）にわたって高速（マイクロ秒からミリ秒までの作動時間）で同等に高い力（ｍＮからＮまでの接触力）を作る能力を持っているために数十年前から複数のスイッチング装置の特徴をなしていた。この発明において複数の電気的負荷信号接触を作ったり切断したりするためにマルチモルフ・アクチュエータ技術が用いられて中位の複数の接触力を発生させる。しかし、複数のマルチモルフ・アクチュエータ技術は、背景の節で論じられた複数の重大な欠点のうちの幾つかを有する可能性がある。或る複数の技術は例えば一定の電力が持続することを必要とするが、他の或る技術は、長い期間（数秒から数年）にわたって１つのアクチュエータ駆動信号又はリレー状態が保たれれば弱化、信頼性欠如或いは破損を生じる。
これらの望ましくない属性を回避するために、本発明は、リレー状態を保持する低電力、非破壊性選択肢を提供するために１つの副次的なメカニズムをマルチモルフ・アクチュエータと結合させる。静電作動は、その低電力消費量（ｎＷからμＷまで）及び速い閉成時間（１００ナノ秒から１００マイクロ秒まで）の利益を捜し求めているマイクロ・ファブリケーションアクチュエータ業界において長い間１つの中核技術であった。しかし、これらの装置について典型的な複数の力（１μＮから０．５ｍＮまで）及び複数のアクチュエータ移動距離（１から１０μｍまで）は非常に限られていて、従って大抵の静電リレー努力は、リレー挿入ロス、信頼性（両方とも接触力に関連する）、絶縁、及びスタンドオフ電圧（両方ともギャップ分離に関連する）に関して苦しんでいる。
本発明は、２つの作動技術を組み合わせて各々の利点を利用するので、従来の複数のマイクロ・ファブリケーション・リレーより優れている。本発明では、静電アクチュエータは装置の各々の閉成状態に保つために使われ、この状態を達成するために必要な仕事の大半は同等に強力なマルチモルフ・アクチュエータによって実行される。この様な組み合わせでは、各アクチュエータの複数の利点が実現され、これらの欠点は無くされる。
本発明は、１０μｍと１０ｍｍとの間の全幅及び全長の総平面寸法を有する複数のマイクロ・ファブリケーションされたリレーを論じる。１つの特定のデザインのために選択される平面寸法は、主として、必要とされる速度と、スイッチングされるべき信号負荷の電力レベルとに依存し、複数の範囲は前もって定められる。速い又は非常に速いスイッチングを必要とする複数の装置は与えられた複数のサイズ範囲の下端で設計され、高い又は非常に高い複数の信号負荷を扱う複数の装置は、推奨される複数の範囲の上端付近の複数のサイズを有するであろう。
本発明に従う、低から中位の信号負荷及び中位から速いスイッチング速度で使用されるように意図されている１つの装置は７５μｍから１．５ｍｍの間の複数の平面寸法を持ちえると期待される。この様な複数の寸法は中距離無線通信装置、送信フェーズドアレー・アンテナ電子装置、或いは一般的電気通信スイッチング・アプリケーションに適するであろう。複数の多目的産業用リレーや高電力ＲＦシステムなどの、高い又は非常に高い信号負荷スイッチングが必要で複数の低速度が許容される複数のアプリケーションでは本発明による複数の装置の総平面寸法は０．５から１０ｍｍであり得ることが考えられる。複数の短距離無線通信装置、アンテナ受信電子装置、或いはある種の自動試験装置などの複数の高速を必要とする軽い又は非常に軽い信号負荷を有する複数のアプリケーションは１０から１５０μｍの間の複数の平面寸法を有する本発明に従う複数の装置を要求するであろうということも考えられる。総平面リレー長さ及び幅のこれらの範囲の各々は、本発明の応用に関して程よいと考えてよいであろう。更に、同じ装置について相反する速いスイッチング速度及び高い信号負荷という必要条件を要求する複数のアプリケーションは装置が提案された複数の範囲内の何処かにある複数の平面寸法で設計されることを必要とするであろうということも分かる。
詳細な説明の全体にわたって、１つの特定の信号負荷或いはスイッチング速度を定める複数のアプリケーションのためにいろいろなエレメントについて複数の可能な材料及びサイズが提案されている。本発明についてもくろまれた１つのアプリケーションのために材料及びジオメトリーの選択の１つの具体例を調べるのが教訓的であろう。１つの第１の実施形態が本発明の応用に当たって可能な１つのデザインを表すように、程よい複数のスイッチング速度に配慮した複数の低信号負荷を有する１つのアプリケーションを考察する。この実施形態は図１−５に示されている。
図１は本発明の１つの一般的クラスの１つの機能平面構成図であり、ここでは１つのカンチレバー負荷アーマチュアと１つのカンチレバー・ラッチ・アーマチュアとが１つの共通端部において固定され、反対側端部において自由に偏向し得るようになっており、これらの自由端部は１つの接点アーマチュアによって互いに機械的に結合される。装置に埋め込まれても良い複数の電気接続部及び電極などの複数のエレメントが描かれているので、図１は１つの真の平面構成図ではない。上のカバープレートが取り除かれ、全ての固定されたエレメントが透明な材料から作られて、複数の導体が装置を通る視線を妨げるならば、図１により与えられる眺めは正確であろう。複数のエレメントは平面図においても一貫したクロスハッチングで示され、複数の表面下のエレメントは実線の輪郭ではなくて破線の輪郭で示されている。
図１と並んで示されている２つの横断面図は図２Ａ及び３Ａであり、これらは負荷アーマチュア及びラッチ・アーマチュアを夫々示している。図４は、１つのマルチモルフ・アクチュエータの一般的領域における複数のアーマチュアの１つの横断面構成図であって、複数の電気接続部及び絶縁体を示す。図５Ａ、５Ｂ、及び５Ｃは、夫々、開成リレー状態、クローズダウンされたリレー状態及びクローズアップされたリレー状態にあるラッチング及び接点メカニズムを有する該領域の複数の横断面を示す。１つの接点アーマチュアの屈曲が図５Ｂ及び５Ｃに示されており、これらは完全に閉成した状態及びラッチされた状態にあるリレーを描いている。
本リレー発明の１つの側面は、複数のアーマチュアの機能性であり、各々が複数の負荷信号及び／又は制御信号の伝送を行うか否かである。該平面図及び側視横断面図を調べて、論じられている各エレメントの位置及び機能に注意するのが教訓的であろう。１つの固定されたベース（１０１）は、堅くて一体的な１つの領域であって、一緒に固定されて機械的強度を提供する１つの数の半導体、金属、又は誘電性のエレメントから成っていて良い。固定されたベースの全体的サイズは、付けられているリレーの最大サイズとその負荷信号処理能力とを定めるのに役立ち得る。１つの固定されたベースは、１つのベース基板（１０２）と１つのカバー基板（１３４）とを更に含み、これらは、ガラス、ポリイミド又はその他のポリマー、アルミナ、石英、ガリウム砒素、或いはシリコンなどの１つ以上のマイクロ・ファブリケーション可能な誘電体又は半導体材料から成っていて良い。この実施形態における好ましいベース基板は厚さが少なくとも２５０μｍで各平面次元に少なくとも１ｍｍ延在する磨かれた石英であって、自動化製造、包装、及びシステム挿入を容易にするのに十分な大きさのマイクロ・ファブリケーション品質の材料の１つの堅いベースに配慮している。この固定されたベースに、装置によってスイッチングされるべき信号の複数の入力及び複数の出力の電気路を表す１つの第１負荷信号ライン（１０３）、１つの第２負荷信号ライン（１０４）、１つの第３負荷信号ライン（１３５）、及び１つの第４負荷信号ライン（１３６）が付けられている。固定されたベースに、１つの第１駆動信号ライン（１０５）及び１つの第２駆動信号ライン（１０６）、装置を作動させる１つの駆動信号が与えられる複数のリード線も付けられている。本発明に従う多くの装置において複数の駆動信号ラインは電気路であろうということが目論まれている。固定されたベースに、１つの第１ラッチ信号ライン（１０７）、１つの第２ラッチ信号ライン（１０８）、及び１つの第３ラッチ信号ライン（１４１）、１つの閉成状態をラッチするために複数のラッチ信号が与えられる複数のリード線も更に付けられている。本発明において使用されるラッチング・メカニズムは複数の容量性電極の静電引力であるので、ラッチ信号ラインは電気路である。
図１−５により示されている実施形態では、複数の負荷信号ラインは、０．４μｍの厚さの１つのニッケル付着めっき層を有する、低リレー電気抵抗のための４μｍの厚さのめっきされた金合金から作られる。この様な１つのメタライゼーションは軽い負荷信号から中位の負荷信号までのために複数の低ロス・ラインを可能にするために十分な厚さで且つ十分に低い抵抗率であり、ニッケルは、金の電気的性能を著しく妨げない１つのめっき層を提供する。この実施形態の複数の制御信号ライン及びラッチ信号ラインは、金メッキされていない０．４μｍのニッケル材料から製造され得る。複数の制御信号ライン及びラッチ信号ラインでは負荷電力は伝導されないので、金の低い低効率は不要であるかも知れず、これを省くことによって複数の低製造コストを実現することができる。ワイヤ・ボンディング或いはフリップチップ取り付けなどの複数の装置包装プロセスのために金は重要であるかも知れず、その様な場合には金めっきを用いることができる。
この発明の１つのアプリケーションでは、任意の電気路、ライン、又は電極エレメントに用いることのできる一組の材料は、導体とも称される一組の伝導性材料である。本発明に従う複数のリレー・エレメントを製造するために使われる複数の導体は、高度にドーピングされた半導体のそれと同等の、０．２オーム・センチメートル以下の抵抗率を有するものとして定義される１つの低抵抗率を有する複数の材料から選択されて良い。本発明に従う或る装置では、使用され得る複数の材料は、金、銅、銀、プラチナ、ニッケル、及びアルミニウムなどの複数の金属を含む。本発明に従う他の複数の装置では、使用され得る複数の材料は、ドーピングされたシリコン、ガリウム砒素、シリコンゲルマニウム、リン化インジウムなどの半導体を含む。１つの全体としての低い低効率を有する任意の合金又は複数の金属又は半導体の組み合わせを使用し得ることも目論まれている。
本発明に従う複数の装置では複数の電気路のための材料の複数の厚さは、アプリケーションと、利用し得る複数の製造技術とに応じて０．１から１００μｍにわたって良いと考えられる。本発明に従う１つの装置における１電気路又はラインの厚さは、電気的要件及び製造要件が異なるために、同じ装置の第２の電気路又はラインの厚さと著しく異なっても良いということも更に考えられる。一般に、どのような経路の電気抵抗もその抵抗率、その厚さ、その幅、及びその全長に関連していることが当業者に認められている。その結果として、特に高い及び非常に高い電力の複数の信号負荷について経路抵抗を減少させるように複数の材料及びジオメトリーを選択することによって電力を節約することができる。１つの高い抵抗率及び小さな幅及び厚さを有する複数の材料を使用すれば、リレー・エレメントのジュール加熱という結果をもたらし、また装置内での信号ロスが大きくなり得る。
所望の複数の材料厚さと複数のアプリケーションとの関係を作ることができる。提供される複数の範囲は、複数の電気路が前述のように複数の伝導性材料から作られるということを仮定している。１つの経路の材料厚さは、本発明に従い、複数の低信号負荷及び複数の速いスイッチング時間で用いられるように意図されている１つの装置については０．１及び３μｍの間にわたり得ると考えられる。この様な経路は、同じ幅及び材料のもっと厚い複数の経路より軽く、薄く、そしてもっと高い抵抗を有し、低い又は非常に低い複数の負荷信号電力をスイッチングする複数のアプリケーションにおいて有益であると考えられる。中位の複数の信号負荷及びスイッチング時間を有する複数のアプリケーションに関しては、電気路の材料厚さは該経路の抵抗率及び幅に依存して０．５と１５μｍとの間にわたり得ると考えられる。高負荷信号スイッチングを必要とする複数のアプリケーションでは、１つの経路の材料厚さは４と１００μｍの間にわたり得ると考えられる。この様な１つの経路は、同じ幅及び材料のもっと薄い複数の経路より質量が大きくて抵抗が低いであろう。
本発明の或る複数の装置では、複数のアーマチュア自体の物理的ジオメトリー、複数の材料特性、及び複数の電気的特性を考慮するべきである。図１−５に示されている実施形態では、１つのラッチ・アーマチュア（１０９）が図１及び３Ａの固定されたベースの１つの領域から吊るされている。このアクチュエータ・アーマチュアは、１つの領域が固定され（１１０）１つの領域が自由に偏向し得る（１１１）１つのカンチレバーの形を成している。本発明に従う或る複数の装置では、シリコン、二酸化珪素、シリコンニトリド、ガリウム砒素、石英、ポリイミド或いはその他のポリマー、或いは１つの金属などのマイクロ・ファブリケーション可能な複数の材料の１つ以上の層から複数のアーマチュアが構成されるということが目論まれている。ここで論じられている実施形態のアクチュエータ・アーマチュアは、化学蒸着又はスピンオン・ガラス法（ｓｐｉｎ−ｏｎ ｇｌａｓｓ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）によるマイクロ・ファブリケーションを容易にするために選択されて１つの絶縁性の堅いアーマチュア構造を提供する８μｍの厚さの二酸化珪素の１つの層を含む。
１つのカンチレバー・ビームの垂直スチフネスは厚さに関して１つの３次に、長さに関しては１つの逆３次に関連し、ビームの幅に関してほぼ線形であることが認められている。その結果として、設計に関して、基板に垂直な１つの垂直方向に偏向すると期待される１つのビームについては厚さと長さとは幅より重要である。この様なアーマチュアの全体としての厚さは、アプリケーション、長さ、及び製作に用いられる製造技術に依存して０．２μｍから１ｍｍにわたるであろうと考えられる。本発明に従う１つの装置において１つのアーマチュアは５μｍと５ｍｍとの間の１つの長さを持ち得ると期待するのは合理的である。現在論じられている実施形態のアクチュエータ・アーマチュアは幅が４０μｍで長さが１８０μｍであって、線抵抗（ｌｉｎｅ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）を減少させるのに十分な幅と該アーマチュアを柔軟にするのに十分な長さとを提供する。
信号負荷が非常に低いか或いは低くてスイッチング速度が非常に速いか或いは速いように設計された本発明に従う１つの装置では、アーマチュアの厚さは０．２から４μｍまで、長さは５と５０μｍとの間にわたり得ると考えられる。信号負荷が低いか或いは中位でスイッチング速度が速いか或いは中くらいであるように設計された１つの装置では、１つのアーマチュアの厚さは１から４０μｍまで、長さは２５と５００μｍとの間にわたり得ると考えられる。中位か或いは高い複数の信号負荷と中位か或いは低いスイッチング速度とを必要とする１つのアプリケーションでは、１つのアーマチュアの厚さは１０から４００μｍまで、長さは１００μｍと２ｍｍとの間にわたり得ると考えられる。信号負荷が高いか或いは非常に高くてスイッチング速度が遅いか或いは非常に遅いように設計される１つの装置では、アーマチュアは厚さが２００μｍから１ｍｍの間で長さが１と５ｍｍの間であって良いと考えられる。
論じられているアーマチュアのサイズの複数の範囲は、固体矩形デザインの複数のアーマチュア及びその他のエレメントだけに当てはまるのではなくて１つ以上の寸法が１つの線形又は非線形の関数によって変化する複数のアーマチュア或いはその他のエレメントにも当てはまるということが目論まれている。その様な１つのアーマチュアの一例は、１つの幅から自由端部の１つのより小さい幅まで細くなる１つの負荷アーマチュアであろう。この様な１つの構造は、複数の入力反射を減少させて１つの矩形負荷信号アーマチュアより高い１つの性能を提供するので、複数のＲＦアプリケーションにおいて有益であろう。
図３Ａは、１つの受動的状態にある１つのマルチモルフ・アクチュエータ及び静電ラッチ・アーマチュアの１つの側面構成図である。１つのマルチモルフは異なる特性を有する材料の２つ以上の層から成る１つのエレメントである。示されているバイモルフはその様な層を正確に２つ有する１つのマルチモルフである。１つのマルチモルフ・アクチュエータの複数の材料層は、１つの刺激にさらされたときに夫々異なる量だけ変化する。１つの圧電マルチモルフ・アクチュエータ又はサーマル・マルチモルフ・アクチュエータの場合、該刺激は、夫々、加えられる電圧又は熱である。１つのバックリング・アクチュエータの場合には、該刺激は、バックリング感度の方向における１つの機械的変形であって、これはバックリング・エレメントにその結果として生じる不安定な物理的挙動により拡大される。各々の場合に、複数の層は１つ以上の面に沿って堅く結合されるので、複数の材料の異なる膨張によってマルチモルフは最大の膨張を有する１つの又は複数の層から反れる方向に曲がろうとする。図１及び３Ａに示されているマルチモルフ・アクチュエータは２つの材料（１１３）及び（１１４）を含む。該マルチモルフの２つの材料の各々は、与えられた１つの刺激により、異なる量だけ変化する。現在論じられている実施形態では、マルチモルフは１つの圧電バイモルフであって、それらの材料は異なる圧電係数を有する。この実施形態においては、材料（１１３）が２つの材料のうちの最高の圧電係数を有し、エレメント（１１４）は圧電気に関して中性の材料を代表すると目論まれている。この実施形態の圧電アクチュエータは、１つの厚さ６μｍの二酸化ケイ素層上の１つの厚さ１２μｍの鉛ジルコネート・チタネート（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ（ＰＺＴ））セラミック層から形成され、量は、容易に達成し得る作動電圧で該アクチュエータ・アーマチュアを力強くカールさせるのに十分である。
本発明に従う複数の装置により使用される複数の圧電マルチモルフ・アクチュエータは、バリウムチタナイト（ＢＡＴｉ０３）、バリウムチタネート（ＢａＴｉ０）、鉛ニオベート（ＰｂＮｂＯ３）、鉛チタネート（ＰｂＴｉＯ）、鉛ジルコネート（ＰｂＺｒＯ３）、鉛ジルコネートチタネート（”ＰＺＴ”又はＰｂＺｒｘＴｉｙＯ３）などの１つのセラミックから、或いは石英（ＳｉＯ２）、リチウムサルフェート（Ｌｉ２ＳＯ４）、リチウムニオベート（ＬｉＮｂＯ３）、又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの圧電的に活性の単結晶から作られる圧電的に活性の複数の材料を含み得ることが目論まれている。
本発明に従う複数の装置に使用される複数の圧電マルチモルフ・アクチュエータは、二酸化珪素（ＳｉＯ２）、石英、シリコンニトリド（ＳｉｘＮｙ）、又はドーピングされていないシリコンなどの１つの絶縁性材料から作られた１つ以上のマルチモルフ層を含み得ることも同様に目論まれている。現在論じられている実施形態は、例えば、１つの前記の二酸化珪素アーマチュア層をエレメント（１１４）として使用する。
逆に、本発明に従う複数の装置により使用される複数の圧電マルチモルフ・アクチュエータは、他の複数のマルチモルフ層のそれとは異なる１つの感度を有する圧電的に活性の複数の材料を使用し得るということが目論まれている。本発明の他の複数の装置では、一方又は両方のエレメント（１１３）及び（１１４）がゼロ又は非ゼロの複数の圧電係数を有する複数の材料の複数の層から構成され得るということが目論まれている。
エレメント（１１３）及び（１１４）の複数の材料厚さは、アプリケーション、材料、他の複数のアクチュエータ寸法、及び、製造に使用される製作技術に依存して０．５μｍから１ｍｍまでの範囲にわたって良いということが企図されている。低い或いは非常に低い信号負荷と高い或いは非常に高い複数のスイッチング速度とを必要とする複数のアプリケーションのための本発明に従う複数の装置では、エレメント（１１３）及び（１１４）の厚さは０．５から６μｍにわたり得ると考えられる。複数の中位のマルチモルフ・アクチュエータ厚さ及び付随する複数の能力を必要とする１つのアプリケーションではエレメント（１１３）及び（１１４）の厚さは４から８０μｍにわたり得るということが目論まれている。
低い或いは非常に低い複数のスイッチング速度に配慮し、高い或いは非常に高い複数の信号負荷のために高い複数の力を必要とする本発明の或る複数の実施形態は、エレメント（１１３）及び（１１４）の厚さが５０μｍから１ｍｍにわたる複数のアクチュエータを必要とし得るということも更に目論まれている。複数の圧電マルチモルフ・アクチュエータを使用する本発明に従う複数の装置では、作動のために必要とされる駆動信号は、圧電材料の厚さ又は幅を横断する１つの電圧差であろう。図１及び３Ａは、１つの圧電バイモルフの複数の駆動信号ラインのための１つの可能な構成を示している。図示されている実施形態では、複数の駆動信号ラインは、ベース基板の平らな表面の上に突出している固定されたベースの１つの領域の上に作られている。本発明に従う他の複数の装置では複数の駆動信号ラインをベース基板の１つの電気的に絶縁されている領域の直ぐ上に作り得るということが目論まれている。図３Ａは、夫々圧電材料（１１３）の上面及び底面への駆動信号接続部（１７０）及び（１７１）を描いている。これらの駆動信号接続部（１７０）及び（１７１）は、夫々、第２（１０６）及び第１（１０５）駆動信号ラインに付けられている。上側の第１駆動信号接続部（１７０）は第２駆動信号路から圧電バイモルフ材料へ伸びていることが図１で容易に見ることができる。第１駆動信号路からの下側の第２駆動信号接続部（１７１）は圧電材料の下で見えなくなっている。
１つのアーマチュア・ラッチダウン電極（１１５）がアクチュエータ・アーマチュアの自由端に取り付けられて名目上基板表面と相対しており、この電極は１つの伝導性第１ラッチ信号路（１１６）によって第１ラッチ信号ライン１０７に電気的に付けられている。アーマチュア・ラッチダウン電極の下でベース基板に付けられているのは１つのベース・ラッチダウン電極（１１７）であり、これは１つの伝導性第２ラッチ信号路（１１８）によって第２ラッチ信号ライン（１０８）に電気的に付けられている。同様にアクチュエータ・アーマチュアの自由端に付けられて名目上カバー基板と相対しているのは１つのアーマチュア・ラッチアップ電極（１４２）であり、これはアーマチュア・ラッチダウン電極を経由して１つの伝導性第１ラッチ信号路（１４３）により第１ラッチ信号ラインに電気的に付けられている。アーマチュア・ラッチアップ電極の上でカバー基板に付けられているのは１つのカバー・ラッチアップ電極（１４４）であり、これは１つの伝導性第２ラッチ信号路（１４５）によって第３ラッチ信号ライン（１４１）に電気的に付けられている。
ラッチダウン信号及びラッチアップ信号は複数の電圧差であるので、アーマチュア・ラッチダウン電極、ベース・ラッチダウン電極、アーマチュア・ラッチアップ電極、カバー・ラッチアップ電極、及び、第１、第２及び第３のラッチ信号ラインへの全ての伝導路は複数の電気路である。他の複数の電気路の場合と同じく、アーマチュア電極及びベース基板電極を作るために複数の導体を使用し得ることを目論むことができる。同様に、本発明に従う複数の装置の複数のアーマチュア電極及びベース基板電極の複数の材料厚さは、前記のようにアプリケーション及び材料に依存して０．１と１００μｍの間にわたり得るということが考えられる。各ラッチ電極の平面の面積は２５μｍと２５ｍｍ２との間にあると期待される。本発明に従う或る複数の装置については、各アーマチュア電極の平面面積は、アクチュエータ電極が位置するマルチモルフ・アクチュエータの平面サイズの少なくとも半分であろうということが目論まれている。本発明に従う或る複数の装置における複数の電極の領域形状は正方形、矩形、円形、或いは複数の平面幾何学図形の何らかの組み合わせであることが目論まれている。
非常に速い複数のスイッチング速度で非常に低い複数の信号負荷を処理する装置などの、非常に小さい総寸法を有する複数の装置では、複数のアーマチュア・ラッチ電極、カバー・ラッチアップ電極、及びベース・ラッチダウン電極は各々平面領域が２５と５００μｍ２の間であろう。速い複数のスイッチング速度で複数の低い信号負荷を処理する装置などの、総寸法が小さい複数の装置では、複数のラッチ電極の平面領域は各々３００と５０，０００μｍ２との間であろう。更に、中位のサイズを有する本発明の他の複数の装置では、複数のラッチ電極の平面領域は各々３０，０００μｍ２と２ｍｍ２との間であるということも目論まれている。１つの特定の装置がおよそ１ｍＮ以上の静電ラッチ信号生成に大きな複数の領域を必要とするならば、各ラッチ電極の面積は１から２５ｍｍ２までにわたり得ることが目論まれる。
現在論じられている実施形態の金負荷信号ラインなどの複数の低抵抗伝送ラインは１つの静電容量電極のためには一般的には不要である。複数の容量性電極間の１つの電圧を生じさせ或いは消散させるために大したＤＣ電流は必要でない。不要な場所にある厚い金属を無くすることによってリレーの全体としてのサイズ及び重量を減少させてスイッチング速度を高めることができる。現在論じられている実施形態については複数のラッチ電極の各々の矩形面積は１０，０００μｍ２であり、これらの電極はラッチ信号ライン及び制御信号ラインと同じく０．４μｍの厚さのニッケルから作られる。このニッケルは複数の金負荷信号ラインのためのめっき平面として好ましく使われるものと同じであって、このことは製造を簡単化する。
本発明の現在論じられている実施形態では、アーマチュアが夫々ラッチダウン状態又はラッチアップ状態へ偏向させられるときに複数のラッチ電極間に電気的接触が生じるのを防止するために１つのラッチダウン電極絶縁体（１１９）と１つのラッチアップ電極絶縁体（１４６）とを使用し得るということが目論まれている。ラッチ信号は１つの差動電圧であるので、この様な電気的接触はこの信号の短絡という結果をもたらす可能性があり、それは１つの潜在的に破壊的な事象である。複数のラッチ電極絶縁体は複数の絶縁性材料から作られ、ここで１つの絶縁性材料は１０オーム・センチメートル以上の１つの抵抗率を有する１つの材料として定義される。本実施形態の複数の電極絶縁体は、複数の高品質で薄いシリコンニトリド・フィルムを利用し得るので、厚さが０．１μｍのシリコンニトリドの１つの層から成る。
本発明に従う複数の装置では、１つのラッチ電極絶縁体のために使用しえる複数の絶縁材料は、ドーピングされていないシリコン、シリコンニトリド、二酸化珪素、石英、或いはポリイミド或いはその他の絶縁性ポリマーなどの複数の絶縁性マイクロ・ファブリケーション材料を含み得るということが目論まれている。１つのラッチ電極絶縁体のために使用される材料は本発明に従う１つの装置に使用される他の複数の材料層と比べて薄くて、０．０５から２μｍの範囲の厚さを持ちえるということが目論まれている。非常に低いか或いは中位の複数のアクチュエータ・サイズを有する或る複数の装置における１つのラッチ電極絶縁体の材料厚さは０．０５と０．４μｍとの間にわたり得るということが目論まれている。この様な１つの範囲は、複数の絶縁材料の複数の薄い層が利用可能であって電界強度による誘電体の破壊を防止するのに十分な品質である１つのアプリケーションにおいて求められるであろう。中位から非常に大きい複数のアクチュエータ・サイズを有し、複数の高品質の絶縁材料の複数の薄い層を利用できない或る複数の装置では、１つのラッチ電極絶縁体の厚さは０．３と２μｍとの間にあり得るということが目論まれている。
本発明の現在論じられている実施形態では、ラッチダウン電極絶縁体はベース・ラッチダウン電極の上面に取り付けられると目論まれ、ラッチアップ電極絶縁体はカバー・ラッチアップ電極の底面に取り付けられると目論まれている。本発明に従う他の１つの装置では、ラッチダウン電極絶縁体をアーマチュア・ラッチダウン電極の下面に取り付けることができ、ラッチアップ電極絶縁体をアーマチュア・ラッチアップ電極の上面に取り付けることができるということが認められている。他の複数の装置では、複数のラッチ電極絶縁体をラッチダウン電極対又はラッチアップ電極対の間に吊るしてリレー構造の複数の端に何らかの方法で機械的に取り付けることができると考えられる。複数の電極及び絶縁体は１つの膜のような１つの連続的フィルムでなくても良くて、これらがもし固定されているベースに機械的に結合されるのであれば、種々の装置において１つの穴、ライン、又はグリッド・パターンをなしても良いと考えられる。
図１−５に示されている実施形態は、そのデザインにおいて１つの第２の主要なアーマチュアを特徴としており、それは図１及び２Ａの固定されたベースの１つの領域から吊るされている１つの負荷アーマチュア（１５９）である。ラッチ・アーマチュアと同様に、この負荷アーマチュアは、１つの領域が固定され（１６０）て１つの領域が自由に偏向する（１６１）１つのカンチレバーの形を成している。本発明に従う或る複数の装置では、シリコン、二酸化珪素、シリコンニトリド、ガリウム砒素、石英、ポリイミド或いはその他のポリマー、又は複数の金属などのマイクロ・ファブリケーション可能な複数の材料の複数の層で複数のアーマチュアを構成し得ると目論まれている。論じられている実施形態のアクチュエータ・アーマチュアは、マイクロ・ファブリケーション技術と矛盾しない１つの絶縁性の堅いアーマチュア構造を提供するように選択された８μｍの厚さの二酸化珪素の１つの層を組み入れている。
アクチュエータ信号アーマチュアのカンチレバー・ビームの場合と同様に、基板の平面に垂直な１つの垂直方向に偏向すると期待される１つのビームについては１つのマルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュアの厚さと長さとは幅よりも設計上重要である。論じられている実施形態の負荷アーマチュアは長さが１８０μｍで幅が２５μｍである。
名目上ベース基板と相対する１つの場所で図２Ａのアーマチュアに１つの第１アーマチュア接点エレメント（１２０）が取り付けられており、これは１つの第１アーマチュア接点エレメント経路（１２１）によって第１負荷信号ラインに電気的に接続されている。カバー基板と名目上相対する１つの場所で１つの第２アーマチュア接点エレメント（１３７）が取り付けられており、これは１つの第２アーマチュア接点エレメント経路（１３８）によって第４負荷信号ラインに電気的に接続されている。本発明に従う或る複数の装置では、複数のアーマチュア接点エレメント、伝導路、及び負荷信号ラインの材料は製造を容易にするように同様の複数の材料及び厚さである。本発明に従う他の複数の装置では、接点自体の複数の機械的特性及び電気的特性を改善するために複数のアーマチュア接点エレメントは複数の伝導路及び負荷信号ラインとは異なる１つの材料及び厚さから成るということが目論まれている。或る複数の装置では、性能の改善或いは製造を容易にすることに関連する複数の理由から、複数のアーマチュア接点エレメント、伝導路、及び負荷信号ラインは異なるいろいろな材料及び厚さで構成されるということが目論まれている。１つの好ましい実施形態における第１アーマチュア接点エレメント経路及び第２アーマチュア接点エレメント経路は厚さが４μｍの１つの金合金から作られる。
本発明に従う複数の装置における複数のアーマチュア接点エレメントのサイズは、総面積が０．５μｍ２及び１ｍｍ２の間であろう。具体的な領域形状は、１つの正方形、円、楕円、或いは何らかの非標準的幾何図形であると目論まれている。非常に低いか或いは低い複数の信号負荷の複数のアプリケーションで使用され得る本発明に従う複数の装置では、複数のアーマチュア接点エレメントの面積は０．２５と３０μｍ２との間であろう。低いか或いは中位の複数の信号負荷により適している複数の装置では、複数のアーマチュア接点エレメントの面積は２０と３，０００μｍ２との間であろう。高いか或いは非常に高い複数の信号負荷の処理に適する複数の装置では複数のアーマチュア接点エレメントの総面積は２，０００μｍ２と１ｍｍ２との間であろうと更に目論まれている。
接点エレメントの性能要件は、本発明に従う１つの装置で使用される他の電気路材料のそれより優れた機械的磨耗特性を提供するために種々の材料層の使用を必要とすることがあろう。１つの装置では、その様な種々の層は、名目上の接点エレメント表面の下或いは上のニッケル、タングステン、レニウム、ロジウム或いはルテニウムなどの複数の堅い金属の複数の層を含み得るということが目論まれている。これらの金属及び他の複数の低抵抗率金属の複数の合金又は層化組み合わせを用いて複数のアーマチュア接点エレメントを作ることができるということが更に目論まれている。本発明に従う複数の装置では、複数のアーマチュア接点エレメントに用いられる各材料はアプリケーションに適する１つの厚さを持つであろうと期待され、それは０．１から１００μｍにわたりそうである。１つの与えられたアプリケーション及び実施形態についてエレメントの深さ及び形状の違いに配慮して、複数のアーマチュア接点エレメントの厚さはその平面領域にわたって変化し得るということが目論まれている。
非常に低い或いは低い複数の信号負荷アプリケーションに適する本発明に従う複数の装置におけるアーマチュア接点エレメントの材料厚さは０．１と２μｍとの間にわたり得るということが目論まれている。その様な複数の接点エレメントは、同じ材料及び平面幾何学的形状のより厚い複数の経路より軽くて薄く、より高い抵抗を有するであろう。低い或いは中位の複数の信号負荷に適する１つの装置では、複数の接点エレメントの材料厚さは０．５と１０μｍとの間にわたって良くて、同じ材料の他の可能な複数のエレメント及び経路と比べて中位の質量及び抵抗を有するであろうと目論まれている。高いか或いは非常に高い複数の負荷信号電力をスイッチングすることのできる他の複数の装置では、１つの接点エレメントの材料厚さは５と１００μｍの間にわたることができて、同じ材料のより薄い複数のエレメントと比べて高い質量及び低い抵抗を有するであろうということが目論まれている。図１−５に示されている実施形態では、複数の接点エレメントは信号ラインに使われる同じ金合金で作られ、接点を信頼しえるものとするために１つの耐摩耗性接点領域を提供するために１つの湾曲した０．５μｍのレニウムのオーバープレートが付け加えられる。
複数の接点エレメント、経路、及び信号ラインのジオメトリーは図１及び２に示されている特定の相対的配置には限定されないと認められる。本発明に従う或る複数の装置では、伝導路はアーマチュアの中心を横切るのではなくてアーマチュアの頂部或いは底部に取り付けられても良いということが目論まれている。従って、その様な複数の相対的配置が図６−１０及び図１１−１３に示されている第２実施形態及び第３実施形態に存在する。或る複数の装置では、複数の伝導路は図１Ａの描写とは異なってアーマチュアの材料の大半を表すことができ、このことは導体が他の複数のアーマチュア材料より重要ではないことを示唆する。逆に、他の複数の装置では、アーマチュア導体の機械的特性はアーマチュア構造の機械的特性を支配しないであろう。或る複数の伝導性材料が長期にわたる不快な機械的劣化にさらされるということが認められるので、その様な１つのデザインが望ましいであろう。同様に、複数のアーマチュア接点エレメントは、平らな幾何学的形状には限定されなくて、湾曲した、或いは階段状の、或いは表面に凹凸のある形状を含んでも良いということが目論まれている。
図２Ａに示されている第１アーマチュア接点エレメントと向かい合う１つのベース基板接点エレメント（１２２）があり、これは１つの伝導路（１２３）によって第２負荷信号ラインに電気的に接続されている。第２アーマチュア接点エレメントと相対して１つのカバー基板接点エレメント（１３９）があり、これは伝導路（１４０）によって第３負荷信号ラインに電気的に接続されている。ベース基板接点エレメント、カバー基板接点エレメント、第１及び第３の負荷信号ライン、及び複数の伝導路のジオメトリー、複数の材料及び厚さは、装置の可能性に関して図１−５に示されている実施形態について複数のアーマチュア接点エレメント、第１及び第４の負荷信号ライン及び複数の伝導路の場合と同様に考察されるべきである。
図１に存在するけれども図２Ａ或いは３Ａの横断面図では見えない数個のエレメントは、リレーの接点アーマチュア（１２４）を画定するエレメントである。接点アーマチュアは、１つの主アーマチュア或いはアーマチュア電極に堅く結合（１２５）された１つの領域から自由に偏向（１２６）し得る１つの領域へ伸びている。この堅い結合と自由領域との機能上の価値は、図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃの横断面構成図についての議論において現れる。接点アーマチュアは所定の１つの絶縁材料から作られて良いと目論まれている。本発明に従う或る複数の装置では、接点アーマチュアは負荷アーマチュア又はアクチュエータ・アーマチュアの複数の不活性エレメントと同じ材料であって良いということが認められている。その様な１つの装置では、接点アーマチュアはこれらのエレメントと一体をなして堅く結合されているということが目論まれている。
本発明に従う複数の装置では、接点アーマチュアのために使われる複数の絶縁材料はシリコン、シリコンニトリド、二酸化珪素、石英、或いはポリイミド或いはその他の絶縁性ポリマーなどの複数のマイクロ・ファブリケーション材料を含み得るということが目論まれている。１つの接点アーマチュアのために使われる材料は、材料、アーマチュアのジオメトリー、及びリレーのアプリケーションに依存して厚さが０．３μｍから１ｍｍまでにわたって良いと目論まれている。非常に低い或いは低い信号負荷のために設計された複数の装置では、１つの接点アーマチュアの材料厚さは０．３と８μｍとの間にわたって良いと目論まれている。低い或いは中位の信号負荷の複数のアプリケーションのために設計された複数の装置では、材料厚さは４と８０μｍとの間にわたり得ると目論まれている。中くらい或いは高い複数の信号負荷のためのものなどの、堅くて厚い複数の接点アーマチュアを必要とする複数のアプリケーションに用いられるべき複数の装置においては、材料の厚さは５０と３００μｍとの間にわたり得る。複数の大きな平面寸法を有し、高い或いは非常に高い複数の信号負荷の複数のアプリケーション向けに設計された他の複数の装置では、材料の厚さは２００μｍと１ｍｍとの間にわたり得る。
接点アーマチュアの複数の平面寸法の大きさは、負荷信号アーマチュア及びマルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュアの大きさと同等以下であると目論まれている。その様な複数の平面寸法は、アプリケーション、材料厚さ、及びラッチされた状態のリレーに必要とされる接触力に依存して幅及び長さの各々に関して２μｍと５ｍｍとの間にわたると目論まれている。非常に低い或いは低い複数の信号負荷が複数の速いスイッチング速度でスイッチングされなければならない本発明に従う複数の装置では、複数の平面寸法は２と２０μｍとの間にわたり得る。低い或いは中位の複数の信号負荷がスイッチングされる複数の装置では、複数の平面寸法は１０と２００μｍとの間にわたり得ると目論まれている。中位或いは高い複数の信号負荷を複数の低速でスイッチングさせる複数のアプリケーションのための他の複数の装置では複数の平面寸法は１００μｍと１ｍｍとの間にわたり得ると考えられる。高い或いは非常に高い複数の信号負荷を遅い或いは非常に遅い複数の速度でスイッチングするより大きな複数の装置では、複数の平面寸法は０．５と５ｍｍとの間にわたり得る。負荷信号アーマチュアの場合と同じく、この様な複数の範囲は、頑丈な矩形デザインの複数のエレメントだけではなくて、１つ以上の寸法が線形又は非線形の関数によって変化する複数のエレメントにも当てはまると目論まれている。
図１−５に示されている実施形態の接点アーマチュアは幅が１００μｍの二酸化珪素ビームであって、その長さは１００μｍで厚さは６μｍである。この様な１つの装置は、中位の速度で中位の電力処理能力のために必要とされる動作性能を提供することができて、圧電マルチモルフ作動及び静電ラッチング・メカニズムを該複数の接点自体で必要とされる力に機械的に結合させる。
図４は、図１に示されている装置の１つの横断面構成図であって、マルチモルフ・アクチュエータを組み込んだリレーの部分を示している。ベース基板（１０２）及びカバー基板（１３４）、固定されたベースの複数の部分がこの図に存在し、図２Ａ及び３Ａの複数のアーマチュアはこれらの基板の間に吊るされている。本発明の現在論じられている実施形態では、図４のマルチモルフは１つの圧電マルチモルフ・アクチュエータであると考えることができる。該アクチュエータは、夫々上面及び底面への上側第１駆動信号接続（１７０）及び下側第２駆動信号接続（１７１）の複数の電気接続部を有する１つの頂部圧電材料（１１３）を含む。
現在論じられている実施形態では、下側材料（１１４）は圧電的に中性であって良い。この下側材料（１１４）の底面にはアーマチュア電極の電気接続部（１１６）が取り付けられている。本発明に従う他の複数の装置ではアーマチュア電極は下側材料の中央又は頂部に取り付けられ得ると認められている。第１アーマチュア接点エレメントの電気接続部（１２１）が第２アーマチュア接点エレメントの電気接続部（１３８）と同じく図４に示されている。複数の電気接続部の各々は、種々の装置において所望の任意のジオメトリーで任意の絶縁された表面上にあって良いと認められている。複数の電気路及びマルチモルフ・アクチュエータの複数の材料、厚さ、及び組成も同様に、図１、２Ａ及び３Ａの詳しい記述で論じられたように本発明の範囲内で自由に変更可能である。
図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃは図１−５に示されているリレー実施形態の横断面構成図を示しており、これらの横断面図は主アーマチュア・システムの自由領域で描かれている。この領域は、リレーが閉成した状態にあるときに電気を伝導する複数の接点エレメントを組み込んであるので、リレー設計の重要箇所であり得ると当業者により認められている。ベース基板（１０２）及びカバー基板（１３４）、固定されたベースの複数の部分が示されており、接点アーマチュア（１２４）は名目上これらの基板の間に吊るされている。接点アーマチュアは、アーマチュア・ラッチダウン電極（１１５）及びアーマチュア・ラッチアップ電極（１４２）の箇所でラッチ・アーマチュアに取り付けられている（１２５）。接点アーマチュアは１つの自由端（１２６）を有し、ここに第１アーマチュア接点エレメント（１２０）と第２アーマチュア接点（１３７）とが位置している。ベース基板電極（１１７）及びカバー基板電極（１４４）は、夫々、アーマチュアのラッチダウン電極及びラッチアップ電極と相対している。ベース基板電極及びカバー基板電極は、取り付けられたラッチダウン（１１９）電極絶縁体及びラッチアップ（１４６）電極絶縁体とともに示されている。ベース基板接点エレメント（１２２）はベース基板の上面上にあって第１アーマチュア接点エレメントと相対しており、第１アーマチュア接点エレメントの電気接続部（１２３）はアーマチュアの中心に伸び込んでいる。カバー基板接点エレメント（１３９）はカバー基板の底面上にあって第２アーマチュア接点エレメントと相対しており、第２アーマチュア接点エレメントの電気接続部（１３８）もアーマチュアに伸び込んでいる。接点アーマチュアの曲げ機能が図５Ｂ及び５Ｃに示されており、これは、リレーが１つの受動的状態ではなくて閉成した状態及びラッチされた状態にあることを除いて図５Ａと同じ横断面を描いており、これらの状態についてすぐ次に詳しく論じる。接点アーマチュアは、一般的に複数のアーマチュア接点エレメントとベース又はカバー基板接点エレメントとの間の接触力の一部を形成する１つの曲げばね力を発生させる。図５Ｂは、リレーがラッチダウンされた状態にあるときの接点アーマチュアにおける曲げを示し、図５Ｃはラッチアップされた状態のリレーを示す。複数のラッチ電極（及び電極絶縁体）間の初期ギャップは、複数の接点エレメント間の元のギャップ間隔より大きく、この差は、リレーが閉成されたときに接点アーマチュアばねが偏向しなければならない量である。本発明に従う或る複数の装置では、接点アーマチュアばね力は複数の接点エレメント間の総接触力であると目論まれている。本発明に従う他の複数の装置では接点アーマチュアは複数の接点エレメント間の総接触力の一部分だけを生じさせると更に目論まれている。更に他の複数の装置では、接点アーマチュアは複数の接点エレメント間の総接触力をごく僅かしか提供しないか或いは全く提供しなくて良いと考えられる。
図２Ａ、３Ａ及び５Ａに示されているリレーの第１安定動作状態は受動的状態として定義され、これは制御信号が装置に加えられていないときのリレーの状態である。これは１つの自然状態であると考えられ、装置の安定性は、１つの与えられたリレーの機械的ジオメトリーと複数の構成詳細とにより定まる。図２Ａ、３Ａ及び５Ａは、現在論じられている実施形態を含む本発明に従って設計された或る複数の装置について１つの受動的状態にある負荷アーマチュア、ラッチ・アーマチュア、及び接点アーマチュアの代表的な複数の例を（夫々）提供する。これらの例では、複数のリレー接点エレメントはかみ合っておらず、マルチモルフ・アクチュエータは名目上中立の１つの応力平衡状態にあり、全てのラッチ電極が分離している。本発明に従う他の複数の装置では、受動的状態のときにマルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュア或いは負荷信号アーマチュアは名目上平らになっていなくて上方にカールしていても良いと目論まれている。更に他の複数の装置では、受動的状態のときにマルチモルフ・アクチュエータ・アーマチュア或いは負荷信号アーマチュアは名目上平らになっていなくて下方にカールしていても良いと考えられる。
受動的状態とは違う１つのリレー状態が望まれたならば、１つの駆動ダウン制御信号をリレー・アクチュエータに加えることができる。その様な１つの処置の複数の結果の１例は第１アクティブ状態として定義される１つの安定状態であり、この状態では装置の複数の機械的制約が複数のリレー・アーマチュアのそれ以上の偏向を防止する。本発明の或る複数の装置では、第１アクティブ状態は図２Ｂ及び３Ｂの図により表されて良くて、図３Ｂのマルチモルフ・アクチュエータは駆動制御信号により１つの下方にカールしている。ラッチ・アーマチュアに誘起された下向き湾曲の一部又は全部が負荷信号アーマチュアに結合されて、これを、第１アクチュエータ接点エレメント及びベース基板接点エレメントと係合するポイントまで曲げ得るように、この実施形態では図２Ｂ及び３Ｂの複数のアーマチュアは機械的に結合されていると考えられる。アーマチュア・ラッチダウン電極の、ベース基板電極のラッチダウン電極絶縁体との密接な接触は、第１アクティブ状態の定義には不要であると認められる。この様な接触は、可能であり得て、図３Ｂの実施形態において例示されており、更に、この様な接触は本発明の１つの異なる実施形態においては生じなくても良いと考えられる。
リレーの動作状態が受動的状態の接点開成から第１アクティブ状態の接点閉成に変化したならば、多くのアプリケーションにおいては、１つの不定期間であり得る期間にわたって接点を閉成した状態に保つのが望ましいかも知れないと認められている。第１のラッチされた状態として定義される１つの付加的なリレー状態は、アーマチュア・ラッチダウン電極とベース基板電極との複数の容量性エレメント間に１つのラッチダウン制御信号を加えてこれらを引き付けて複数の静電力で結合させておくことによって開始される。本発明に従う多くの装置において、この様な１つの処置は、アーマチュア電極が平らになって、閉成した接点が保持されるという結果をもたらすと考えられる。図３Ｃに示されている実施形態はこの様な１つの状態を反映し、ここではアーマチュア電極の平坦化は負荷信号アーマチュアの１つの平坦化に反映されている。
第１のラッチされた状態はアクチュエータからの駆動ダウン制御信号の除去に備えており、リレーは第１のラッチされた状態にとどまる。現在論じられている実施形態を含む或る複数の装置では、ラッチ制御信号を後に除去することによってリレーを受動的状態に戻すことができると考えられる。或る複数の装置では、複数のアーマチュア自体に内在する複数の復元力によって受動的状態への復帰が行われる。他の複数の装置では、１つの駆動アップ制御信号を使用することによる１つのマルチモルフ・アクチュエータからの強制的な助力が受動的状態へのリレーの復帰に役立つであろうと考えられる。
該実施形態についての第１アクティブ状態及び第１のラッチされた状態は、該装置の１つの閉じた電気接点経路を描く。本発明は１つの双投装置のためのものであって、付加的な複数のリレー状態は１つの第２の閉じた電気経路に備えている。第２電気経路を閉じるために１つの駆動アップ制御信号をリレー・アクチュエータに加えることができる。その様な１つの処理の複数の結果は、第２アクティブ状態として定義される１つの安定状態であり、ここで装置の複数の機械的制約が複数のリレー・アーマチュアのそれ以上の偏向を防止する。本発明に従う或る複数の装置では、図２Ｄ及び３Ｄの図によって第２アクティブ状態を表すことができて、図３Ｄのマルチモルフ・アクチュエータは駆動アップ制御信号に応答して１つの上向き方向にカールしている。ラッチ・アーマチュアに誘起された下方への湾曲は、負荷信号アーマチュアに機械的に結合されて、これを第２アクチュエータ接点エレメント及びカバー基板接点エレメントとの係合のポイントへ偏向させると仮定されている。第１アクティブ状態の場合と同じく、アーマチュア・ラッチアップ電極とベース基板電極のラッチアップ電極絶縁体との密接な接触は第２アクティブ状態の定義には不要であると認められるけれども、その様な接触は可能であって図３Ｄの本発明の実施形態に示されている。
第２のラッチされた状態として定義される１つの付加的なリレー状態は、１つのラッチアップ制御信号をアーマチュア・ラッチアップ電極及びカバー基板電極の複数の容量性エレメントに加えてこれらを引き付けて複数の静電力でこれらを結合させておくことによって開始される。本発明に従う多くの装置において、その様な処置はアーマチュア電極が平らになって閉じた接点が保持されるという結果をもたらすと考えられる。図３Ｅに示されている実施形態はその様な１つの状態を反映しており、ここでアーマチュア電極の平坦化は負荷信号アーマチュアの平坦化に反映されている。
第２のラッチされた状態はアクチュエータからの駆動アップ制御信号の除去に備えており、リレーは第２のラッチされた状態にとどまる。現在論じられている実施形態を含む或る複数の装置では、ラッチ制御信号を後に除去することによってリレーを受動的状態に戻すことができる。或る複数の装置では、受動的状態への復帰は、複数のアーマチュア自体に内在する複数の復元力によって行われる。他の複数の装置では、１つの駆動ダウン制御信号を使用することによる１つのマルチモルフ・アクチュエータからの強制的助力が受動的状態へのリレーの復帰に役立つと考えられる。
本発明に従う或る複数の装置では、図１−５に示されている実施形態の圧電的に作動されるアーマチュアは、１つの非ゼロ圧電係数を有する２つ以上のマルチモルフ材料から構成され得る。その様な１つの装置では、複数の非ゼロ係数材料の各々は前記の複数の圧電セラミック又は結晶の１つ以上の材料から作られる１つの層であり得る。その様な１つのマルチモルフ・アクチュエータでは、上側圧電材料は下側が収縮するときに膨張することができる。その様な１つのマルチモルフは、１つの固定された総アクチュエータ・アーマチュア厚さが与えたれたときに１つの特定の装置デザインで得られる力の２倍を生じさせることができる。
１つ以上の圧電層を有する複数のマルチモルフ・アクチュエータを用いて、図３Ｂで示唆されている複数の閉成力だけではなくて複数の開成力も生じさせることができることが認められている。本発明に従う或る複数の装置では、１つの第１のラッチ（ダウン）された状態にあるマルチモルフの複数の開成力を、駆動ダウン制御信号を逆転させてその逆を１つの駆動（アップ）制御信号として加えることによって、達成し得ると考えられる。制御信号の極性に基づいて１つのアクチュエータをいずれの方向にも駆動する能力は圧電マルチモルフの１つの利点であると一般的に認められている。この利点は、本発明に従う複数の圧電マルチモルフ装置にも存在する。
図１−５は、１つの接点アーマチュアを駆動する１つの圧電バイモルフ・アクチュエータ構造を特徴とする１つの実施形態に必要な複数の構造エレメントを描いている。本発明は、複数の静電ラッチング・メカニズムを有する１つのマルチモルフ・アクチュエータにより駆動される任意のリレーの機能的概念を考慮するように意図されていると目論まれている。マルチモルフが１つの異なるアクチュエータ材料組み合わせから構成され、或いは１つのリレーが複数の接点アーマチュア、アクチュエータ・アーマチュア、或いはその両方から構成されている付加的な複数の実施形態は本発明の範囲内にある。図６−１０は、図１−５に示されている第１実施形態のそれと機能上同等の１つの動作を有する１つの第２実施形態を示す。１つの平面図が図６で提供され、図７−１０は同様に複数の横断面を詳細に示す。この第２実施形態についての複数のエレメント番号は１００の代わりに２００から始まっており、後の２つの数字は、明瞭を期して第１実施形態からの機能上同等のものを指している。
図６は、図１のリレーと同様に２つの主アーマチュア構造から成る１つのリレーの１つの機能平面構成図である。図６の複数のエレメントは図１のそれと同様であると考えられるが、複数のアクチュエータ・コンポーネントと、この実施形態の同等の複数のエレメントについてのジオメトリー及び材料の選択に関して複数の違いがある。図１の埋められている複数のエレメントの図解の場合と同じく、明瞭を期して、カバー基板は取り除かれ、上からは普通は見えない複数のエレメントの外形が複数の破線で示されている。複数の信号ライン及び経路の具体的なジオメトリー及び位置は設計者の決定に委ねられて、例示を目的として、提供される複数の実施形態において描かれている。前記のように、電気路の複数の材料、厚さ、及び組成は本発明の範囲内で自由に変更可能であると考えられる。
固定されたベース（２０１）、ベース基板（２０２）、カバー基板（２３４）、第１負荷信号ライン（２０３）、第２負荷信号ライン（２０４）、第３負荷信号ライン（２３５）、第１駆動信号ライン（２０５）、第２駆動信号ライン（２０６）、第３駆動信号ライン（２５５）及び第４駆動信号ライン（２５６）、第１ラッチ信号ライン（２０７）、第２ラッチ信号ライン（２０８）、第３ラッチ信号ライン（２４１）及び第４ラッチ信号ライン（２８５）のエレメントは図１の場合と同じく明白である。ラッチ・アーマチュア（２０９）が示されており、一端は固定され（２１０）、一端（２１１）はベース基板に垂直な方向に偏向することができる。負荷アーマチュア（２５９）も同様に一端（２６０）が固定され、一端（２６１）が偏向するように示されている。１つのアクチュエータ・ラッチダウン電極（２１５）及びアクチュエータ・ラッチアップ電極（２４２）が見られ、夫々第１及び第４のラッチ信号制御ラインへの所要のアクチュエータ・ラッチダウン電極路（２１６）及びアクチュエータ・ラッチアップ電極路（２４２）も見られる。現在論じられている実施形態では、アクチュエータ・ラッチ電極路はアーマチュアからベース基板へ１つの金属アンカー領域によって向けられており、これは或る複数の装置では１つのはんだ***部又はその他の伝導性の機械的で且つ電気的な接続部であって良いということに注意しなければならない。基板ラッチ電極（２１７）、カバー・ラッチ電極（２４４）、及び、これらから夫々第２及び第３のラッチ制御信号ラインへの経路（２１８）及び（２４５）も同じく図６及び８Ａにおいて見ることができる。図８Ａは、この実施形態が夫々基板ラッチ電極及びカバー・ラッチ電極を覆うラッチダウン電極絶縁体（２１９）及びラッチアップ電極絶縁体（２４６）を有することを示している。
第１アクチュエータ接点エレメント（２２０）と第１負荷信号ラインへの第１アクチュエータ接点エレメント経路（２２１）とが存在し、同じく基板接点エレメント（２２２）から第２負荷信号ラインへの電気接続部（２２３）も存在する。この実施形態では第１アクチュエータ接点エレメント経路は、ラッチ電極経路について論じたものと同様に１つの金属アンカー領域によってアーマチュアからベース基板へ作られている。第２アクチュエータ接点エレメント（２３７）と第１負荷信号ラインへの第２アクチュエータ接点エレメント経路（２３８）が存在し、同じく基板接点エレメント（２３９）から第３負荷信号ライン（２３５）への電気接続部（２４０）も存在する。この実施形態では第２アクチュエータ接点エレメント経路は、第２アクチュエータ接点エレメントから第１アクチュエータ接点エレメントへの、両方のアクチュエータ接点エレメントを電気的に結合させるブァイアから構成されている。負荷アーマチュア（２２４）は、一端（２２６）において複数のラッチ電極に取り付けられ、アーマチュア接点エレメントの領域においては自由に偏向することができる（２２５）。
この実施形態のための具体的な材料及びジオメトリーは、複数の速いスイッチング速度で非常に低い負荷信号電力を処理し得る１つの装置を設計するために選択されている。負荷アーマチュアは、平面の幅及び長さが夫々１５μｍ及び７５μｍであり、２μｍの厚さのシリコンニトリドから作られる。負荷信号路及び複数の接点エレメントは、２μｍのスパッタリングされた金で構成される。アーマチュアの固定された複数の端部に取り付けられている固定されたベースの部分は１つのシリコン・ハンドル・ウェハーの１つのセクションであり、これは１つの金−白金及びはんだ接続部を通して１つのセラミック・ベース基板に接着されている。ベース基板上の複数の導体は全て２μｍの厚さの金である。ラッチ電極絶縁体は０．２μｍのシリコンニトリドである。
図３Ａに示されているアクチュエータは１つの圧電バイモルフであるが、この実施形態のための複数の主アクチュエータは複数のサーマル・マルチモルフである。ラッチ・アーマチュアのサーマル・マルチモルフは２つの主バイモルフ・エレメント、すなわち１つの上側サーマル・マルチモルフ層（２２７）及び１つの下側サーマル・マルチモルフ層（２２８）、から構成される。この実施形態のこのアクチュエータでは、上側サーマル・マルチモルフ層は１つの大きな熱膨張係数を有するように設計される。負荷アーマチュアのサーマル・マルチモルフは２つの主バイモルフ・エレメント、すなわち１つの上側サーマル・マルチモルフ層（２７８）と１つの下側サーマル・マルチモルフ層（２８０）と、から構成されており、このアクチュエータの下側層は１つの大きな熱膨張係数を有するように設計される。ラッチ・アーマチュアのアクチュエータはリレーを下へカールさせ、負荷アーマチュアのアクチュエータはリレーを上へカールさせる。
複数の大きな熱膨張係数を必要とする複数のサーマル・マルチモルフ層のために複数の金属である複数の材料を使用することは、サーマル・マルチモルフ構造の技術分野の当業者にとっては典型的なことである。小さな熱膨張係数を必要とする複数のサーマル・マルチモルフ層のために複数の絶縁体である複数の材料を使用することは典型的なことであるということも更に認められている。現在論じられている実施形態の複数のマルチモルフは、ラッチ・アーマチュアの上側マルチモルフ層（２２７）のための１つの２μｍの厚さのパラジウムと、負荷アーマチュアの下側マルチモルフ層（２８０）のための１つの２μｍの厚さの金と、対向する複数の層（２２８）及び（２７８）のための１つの２μｍの厚さのシリコンニトリドとを特徴とする。
本発明に従う或る複数の装置では複数の層（２２７）及び（２８０）のために複数の金属を使用することができ、複数の層（２２８）及び（２７８）のために複数の絶縁体を使用することができると目論まれている。或る複数の装置では、複数のサーマル・マルチモルフ材料のために使用し得る複数の材料は、金、銅、銀、白金、ニッケル及びアルミニウムなどの複数の金属を含む。或る複数の装置では、どの層にも使用し得る複数の材料は、シリコン、ガリウム砒素、シリコンゲルマニウム、及びリン化インジウムなどの複数の半導体を含む。本発明に従う複数の装置においては任意の合金、或いは複数の金属又は半導体の層化組み合わせを使用し得るとも目論まれている。複数のサーマル・マルチモルフ材料のために使用し得る複数の材料はシリコン、シリコンニトリド、二酸化珪素、石英、或いはポリイミド又はその他の絶縁性ポリマーなどの複数の絶縁体を含むと更に目論まれている。特定の複数の特性を１つのアクチュエータに組み込むために各マルチモルフ層を複数の層の１つのスタックで構成し得るということも認識されている。
複数のサーマル・マルチモルフ・アクチュエータ層の複数の厚さは材料、複数の製造プロセス、アプリケーション、及び他の複数のエレメントのジオメトリーに依存して０．１から５００μｍまでにわたり得ると目論まれている。非常に低い或いは低い複数の信号負荷を高い或いは非常に高い複数のスイッチング速度でスイッチングすることのできる本発明に従う或る複数の装置では、複数のマルチモルフ層の厚さは０．１から３μｍまでにわたり得ると考えられる。高い或いは中位の複数のスイッチング速度で低い或いは中位の複数の信号負荷を必要とする１つのアプリケーションでは、複数のマルチモルフ層の厚さは２から３０μｍまでにわたり得ると目論まれている。中位或いは遅い複数のスイッチング速度で中位或いは重い複数の信号負荷を必要とする複数のアプリケーションで必要とされ、２０と２００μｍとの間の厚さの複数のマルチモルフ層を使用し得るような複数の厚いマルチモルフ・アクチュエータを或る複数の装置は必要とすると更に目論まれている。遅い或いは非常に遅い複数の速度でスイッチングする高い或いは非常に高い複数の信号負荷の複数のアプリケーション、複数のマルチモルフ層の厚さは１５０と５００μｍの間にわたり得ると目論まれている。複数のマルチモルフ層の複数の厚さ或いは複数の厚さ範囲は異なる複数の層について同様でなくても良いと認められている。
図８Ａは１つの第１加熱エレメント（２２９）の横断面の１つの構成図を含み、図７Ａは１つの第２加熱エレメント（２７９）を含む。或る複数の装置ではその様な１つのエレメントは１つの絶縁層の表面上の１つの経路中の１つの少量の抵抗性導体であってよいと目論まれている。現在論じられている実施形態では、加熱エレメントは１つの０．３μｍの厚さのニッケル−クロム合金から作られる。本発明に従う或る複数の装置では１つの加熱エレメントは０．００１と１０オーム−ｃｍとの間の１つの抵抗率を有する１つの材料から作られ得ると目論まれている。或る複数の装置では、１つの加熱エレメントは１つの金属又は半導体材料から構成され得る。１つの装置における１つの抵抗性加熱エレメントの厚さは０．０５と１０μｍとの間にわたり得ると考えられる。抵抗性材料が０．１オーム−ｃｍ未満の１つの抵抗率を持ち得る或る複数の装置では厚さは０．０５と２μｍとの間の厚さであると目論まれている。０．１オーム−ｃｍより大きい１つの抵抗率を有する１つの抵抗性材料を含む或る複数の装置では厚さは０．５と１０μｍとの間の厚さであり得ると更に目論まれている。
図８Ａに１つの加熱エレメント絶縁体（２３０）が示されており、これは、現在論じられている実施形態では、加熱エレメントを１つの伝導性マルチモルフ層から電気的に絶縁させている。上側サーマル・マルチモルフ層（２２７）が本発明に従う１つの装置で１つの金属から構成されたならば、１つの絶縁層が加熱エレメント（２２９）を層（２２７）から絶縁させて該加熱エレメントが適切に動作することを可能にするであろうと認められている。現在論じられている実施形態は、上側サーマル・マルチモルフ層（２２７）は伝導性であり、したがって加熱エレメントから絶縁されることによって利益を得ると考えている。描かれている実施形態は、下側マルチモルフ層（２２８）は絶縁性であり、従って加熱エレメントの適切な動作を妨げることなく加熱エレメントに隣接し得るとも考えている。同様に、現在論じられている実施形態では、負荷アーマチュアのマルチモルフ層（２７８）は絶縁性であり、従って第２加熱エレメント（２７９）に隣接することができる。
１つの加熱エレメント絶縁体は、ラッチ電極絶縁体について前に定義されたように１つの絶縁材料から作られるであろう。本発明に従う或る複数の装置では、加熱エレメント絶縁体を作るために使用され得る可能な複数の材料はシリコンニトリド、二酸化珪素、石英、或いはポリイミド或いはその他の絶縁性ポリマーを含むと目論まれている。１つの加熱エレメント絶縁体のために使用される材料は、１つの特定の装置の製作に使用される他の或る複数の材料層と比べて薄くて、０．０５から３μｍの１つの範囲を有すると目論まれている。１つの装置における１つの絶縁エレメントの材料厚さは０．０５と０．５μｍとの間にわたり得ると目論まれている。その様な１つの範囲は、複数の絶縁材料の複数の薄い層が利用可能であって電界強度による誘電体の１つの破壊を防止するのに十分な品質を有する１つのアプリケーションに望ましいであろう。本実施形態の加熱エレメント絶縁体は、０．１μｍの高品質シリコンニトリドである。複数の高品質絶縁材料の複数の薄い層を利用し得ない他の複数の装置では、１つのラッチ電極絶縁体の材料厚さは０．３と３μｍとの間にわたり得ると目論まれている。
図９は、図６に示されている装置の１つの横断面構成図であって、リレーの、マルチモルフ・アクチュエータが組み込まれている部分を示す。固定されたベースの一部分であるベース基板（２０２）とカバー基板（２３４）とがこの図に存在し、図７Ａ及び８Ａの複数のアーマチュアはこれらの基板の間に吊るされている。本発明の現在論じられている実施形態では、複数のアクチュエータは複数のサーマル・マルチモルフである。ラッチ・アーマチュアのアクチュエータは１つの頂部サーマル・マルチモルフ層（２２７）を含み、第１駆動信号接続（２７０）及び第２駆動信号接続（２７１）の複数の加熱エレメント電気接続部が示されており、各々第１加熱エレメント自体の一部を形成して加熱エレメント絶縁体（２３０）により囲まれている。下側サーマル・マルチモルフ層（２４１）はアクチュエータ・アーマチュア（２０９）と同じ材料であり、アクチュエータ・ラッチ電極路（２１６）がこのアーマチュアの底面に示されている。負荷信号路（２２１）が同様に負荷アーマチュアの底面に示されていて、下側サーマル・マルチモルフ層として作用する。負荷アーマチュアのアクチュエータは図示されている第３駆動信号接続（２５５）及び第４駆動信号接続（２５６）の加熱エレメント電気接続部を組み入れており、各々加熱エレメント自体の一部を形成している。複数の駆動信号路は加熱エレメントの０．３μｍニッケル−クロム合金から製作され、ラッチ信号路は１つの０．２μｍニッケル層から製作され、負荷信号路は１つの２μｍのスパッタリングされた金層から製作される。
図１０Ａ、１０Ｂ及び１０Ｃはラッチ・アーマチュア及び負荷アーマチュアの自由領域から取られたリレーの横断面図を示す。この領域には、リレーが閉じた状態にあるときに電気伝導を行う複数の接点エレメントが組み込まれている。固定されたベースの複数の部分であるベース基板（２０２）とカバー基板（２３４）とが存在し、接点アーマチュア（２２４）はこれらの基板の間に吊るされている。接点アーマチュアは、アーマチュア・ラッチダウン電極（２１５）及びラッチアップ電極（２４２）の場所でラッチ・アーマチュアに取り付けられており（２２５）、１つの自由端（２２６）を有し、ここに第１アーマチュア接点エレメント（２２０）及び第２アーマチュア接点エレメント（２３７）が位置している。アーマチュア・ラッチダウン電極と相対して、ベース基板電極（２１７）と、取り付けられたラッチダウン電極絶縁体（２１９）とがある。アーマチュア・ラッチアップ電極と相対して、カバー基板電極（２４４）と、取り付けられたラッチアップ電極絶縁体（２４６）とがある。ベース基板接点エレメント（２２２）はベース基板の上面上に位置して、第１アーマチュア接点エレメントと相対している。カバー基板接点エレメント（２３９）は、カバー基板の底面上に位置し、第２アーマチュア接点エレメントと相対している。接点アーマチュアの曲げ機能は図１０Ｂ及び１０Ｃに示されており、これらはリレーが１つの受動的状態ではなくて閉じた状態及びラッチされた状態にあることを除いて図１０Ａと同じ横断面を描いており、これらの状態は図５Ａ、５Ｂ及び５Ｃの詳細な説明において論じられている。
図１１は１つの第３実施形態を描いた１つの機能平面構成図であり、ここでリレーは、前記の複数の第１実施形態の場合の２つではなくて３つの主アーマチュアから構成されている。図８のリレーは、複数のアクチュエータ・アーマチュアが負荷信号アーマチュアに対して垂直であるように設計されている。１つの特定の装置デザインにおいて、平行又は垂直の複数のアクチュエータ・アーマチュアのための構成、及び各アーマチュアの具体的な数は、種々の材料、ジオメトリー、及びアプリケーションについて当業者の決定に委ねられる１つの特徴であると認識されている。図１２は、１つの受動的な開いた状態にある図１１に示されているリレー実施形態の負荷アーマチュアの１つの横断面構成図である。図１３Ａ、１３Ｂ及び１３Ｃは、該実施形態の複数のマルチモルフ・アクチュエータ及び接点アーマチュアの複数の横断面を描いている。明瞭を期して、この第３実施形態のエレメント番号は３００から始まっており、後の２つの数字は第１及び第２の実施形態からの複数の機能的同等物を指している。
図１１の複数のエレメントは図１及び６のものと同様であると考えられるけれども、複数のアクチュエータ・コンポーネントと、この実施形態における複数の同等エレメントについてのジオメトリー及び材料選択肢に複数の違いが存在する。図１及び６の埋められている複数のエレメントの図解の場合と同じく、カバー基板が取り除かれていて、明瞭を期して、普通は上からは見えない複数のエレメントの外形が複数の破線で示されている。

複数の信号ライン及び経路の具体的なジオメトリー及び位置は、設計者の決定に委ねられていて、ここで提供される複数の実施形態では例示を目的として表されている。前述したように複数の電気路の厚さ及び組成は本発明の範囲内で自由に変更できる。
固定されたベース（３０１）、ベース基板（３０２）、カバー基板（３３４）、第１（３０３）、第２（３０４）及び第３（３３５）の負荷信号ライン、第１（３０５）、第２（３０６）、第３（３５５）及び第４（３５６）の駆動信号ライン、並びに第１（３０７）、第２（３０８）、第３（３５７）、第４（３５８）、第５（２４１）、及び第６（２９１）のラッチ信号ラインの複数のエレメントが示されている。クローズダウン・アクチュエータ・アーマチュア（３０９）が示されており、その一端は固定され（３１０）、一端（３１１）はベース基板に垂直な方向に偏向することができる。負荷アーマチュア（３５９）は閉成アクチュエータ・アーマチュアに垂直に示されており、その一端は固定され（３６０）、一端（３６１）は該基板に垂直に偏向することができる。クローズアップ・アクチュエータ・アーマチュア（３８９）はクローズダウン・アクチュエータ・アーマチュアに相対して見えており、１つの固定された端（３９０）と自由端（３９１）とを反映的に有する。
図示されている実施形態のための複数のアーマチュアは、遅い複数のスイッチング速度で１つの大きな負荷信号を伝えるように設計されている。複数のアーマチュアのための主材料は１２μｍの厚さの１つの単結晶シリコン層である。負荷アーマチュアは、幅が２００μｍで長さが８００μｍである。複数のアクチュエータ・アーマチュアは幅が２５０μｍで長さが６５０μｍである。複数の負荷信号ライン及び経路は、厚さが８μｍの１つの厚い銅合金から製作される。制御信号及びラッチ信号の複数のライン及び経路は厚さ２μｍのスパッタリングされたニッケル−クロム合金から製作される。
２つのアクチュエータ・ラッチダウン電極（３１５）及び（３６５）が見られ、一方はクローズダウン・アクチュエータ・アーマチュアの底面に、１つの第２のものはクローズアップ・アクチュエータ・アーマチュアの下に、夫々見られる。夫々第１（３０７）及び第３（３５７）のラッチ信号制御ラインへの所要のラッチ電極路（３１６）及び（３６６）が明瞭に見られる。夫々第２及び第４のラッチ制御信号ラインへの基板ラッチダウン電極（３１７）及び（３６７）の基板ラッチダウン電極路（３１８）及び（３７８）を図１１において見ることができる。第１アクチュエータ接点エレメント（３２０）と、第１負荷信号ラインへの負荷信号路（３２１）とを図１２において明瞭に見ることができる。第２アクチュエータ接点エレメント（３３７）と、第１アクチュエータ接点エレメントを経由する第１負荷信号ラインへの負荷信号路（３３８）も図１２に示されている。基板接点エレメント（３２２）から第２負荷信号ラインへの基板接点エレメント経路（３２３）が存在し、同じくカバー接点エレメント（３３９）から第３負荷信号ライン（２３５）へのカバー接点エレメント経路（３４０）も存在する。
図１１から１３までに描かれているリレーは二重アクチュエータ・デザインであるので、多数の接点アーマチュアが存在する。クローズダウン・アクチュエータ接点アーマチュア（３２４）は、一端（３２６）において複数のラッチ電極に取り付けられ、複数のアーマチュア接点エレメントの領域では偏向することができる（３２５）。クローズアップ・アクチュエータ接点アーマチュア（３７４）は、一端（３２６）において複数のラッチ電極に取り付けられ、複数のアーマチュア接点エレメントの領域では偏向することができる（３２５）。クローズダウン・アクチュエータは、前の実施形態の、図１３Ａで明瞭に示されているサーマル・マルチモルフと同様の材料及びジオメトリー考慮事項を有する１つの膨張性上側サーマル・バイモルフ層（３２７）及び１つの下側サーマル・バイモルフ層（３２８）から構成されている。駆動アップ・アクチュエータは、１つの上側サーマル・バイモルフ層（３７８）の下の１つの膨張性下側サーマル・バイモルフ層（３７７）から構成されている。複数の層（３２８）及び（３７８）は、図１１から１３までに描かれている実施形態について同じ公称アーマチュア材料層から構成されている。
１つの抵抗性第１加熱エレメント（３２９）は、１つの電流から成る１つの制御信号で閉成バイモルフ・アクチュエータを加熱する１つの方法を提供する。図６から１０までの実施形態について前に論じられた第１加熱エレメント（２２９）の場合と同様に、この様なエレメントは１つの第１加熱エレメント絶縁体（３３０）の表面上の１つの抵抗性の曲がりくねった経路であって良い。この様なエレメントのための複数の材料及び厚さは、前の実施形態について論じられたものと同様であろうと更に考えられる。１つの第２加熱エレメント（３７９）は、前の実施形態の第２加熱エレメントについて記載された態様と同様の１つの態様で駆動アップ・バイモルフ・アクチュエータを加熱する１つの方法を提供する。このエレメントは、１つの第２加熱エレメント絶縁体（３８０）によって電気的に絶縁されている。
２つのサーマル・バイモルフ・アクチュエータの固定されたビームは１つのカンチレバー構成と比べて窮屈な１つの運動範囲をもたらすことが認められている。
図１３Ａは図１１に描かれているサーマル・バイモルフ・アクチュエータ・リレー実施形態の１つの横断面構成図であって、複数のエレメントは図１１及び１２のとおりであって、作動信号やラッチ信号は加えられていなくて１つの中立の状態である。現在論じられている実施形態では２つのマルチモルフ・アクチュエータは複数の反対方向に作動すると認められる。この実施形態では、クローズダウン・アクチュエータは１つのクローズダウン制御信号が加えられたときにアーマチュア接点エレメントを１つの下向き方向に偏向させ、クローズアップ・アクチュエータは１つのクローズアップ制御信号が加えられたときにベース基板に垂直な１つの上向き方向に偏向する。
図６−１０に例示されている実施形態の複数のリレー状態は、図１−５の第１実施形態のそれと同一であった。前の実施形態の場合と同様に、図１３Ｂは安定な第１アクティブ状態にある１つの装置の１つの横断面構成図であり、ここでは装置の複数の機械的制約が更なるアーマチュア偏向を妨げる。図１３Ｂの閉成アクチュエータはクローズダウン制御信号から１つの下向き方向にカールしているが、固定されたビームの状態と複数の接点アーマチュアの曲げ力とによって厳しく抑えられている。アクチュエータ・アーマチュアに誘起された下向き湾曲の一部又は全部が負荷信号アーマチュアに結合されて、これをアクチュエータ接点エレメント及びベース接点エレメントと係合するポイントへ偏向させ得るように、この実施形態では図２Ａ及び３Ａの複数のアーマチュアは機械的に結合されていると考えられる。第１アーマチュア電極の、ベース基板電極のラッチダウン電極絶縁体との接触は不要であると認められるが、その様な接触が図１３Ｂにおいて図解されている。
この実施形態についての第１のラッチされた状態は、１つのラッチ制御信号を複数のラッチ電極の両方の対に加えてこれらを引き付けて複数の静電力でこれらを結合させておくことによって開始される。本発明に従う多くの装置においては、この様な作用の結果としてアーマチュア電極が平らになり、閉成された接点が保たれると考えられる。図１３Ｃに図解されている実施形態は、この様な１つの状態を反映している。第１のラッチされた状態はアクチュエータからの駆動制御信号の除去に配慮しており、リレーは第１のラッチされた状態にとどまる。
或る複数の装置では、ラッチ制御信号を後に除去することによって、複数のアーマチュア自体に内在する複数の復元力によりリレーを受動的状態に戻すことができると考えられる。現在論じられている実施形態を含む他の或る複数の装置では、クローズアップ・アクチュエータからの強制的な助力はリレーを受動的状態に復帰させるのに役立ち得ると考えられる。第２のアクティブ状態及び第２のラッチされた状態は、簡潔を期して、図解されていない。これらの状態は、図６から１０までに図解されている前の実施形態について記載された態様と同様の態様で達成され得る。
複数の本実施形態に対する種々の変更、調整は当業者にとっては明白であるということが理解されるべきである。本発明の範囲を変更せずに、本発明に付随する複数の利点を減少させずに前記のような複数の変更、調整を行うことができる。
本発明の一実施形態の１つの機能平面図である。 １つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。 １つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。 １つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。 １つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。 １つの代表的実施形態の複数のアクチュエータ・エレメントを露出させるためにカバーが取り外されている１つの平面図である。 リレーが受動的状態にあるときの負荷アーマチュアである。 １つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。 ラッチダウンされた状態にあるときのリレーの負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。 １つのリレーがアクティブアップ状態に追い込まれたときの負荷アーマチュアの曲率を示す。 ラッチアップ状態にあるときのリレー負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。 リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアである。 １つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される曲率を示す。 アーマチュア電極接触の、リレーがラッチダウンされた状態のときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。 １つのリレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起された曲率を示す。 アーマチュア電極接触の、リレーがラッチアップされた状態にあるときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。 １つのマルチモルフ・アクチュエータの領域における複数のアーマチュアの１つの横断面構成図であって、複数の電気接続部間の関係を示す。 開成リレー状態にあるラッチング及び接点メカニズムを有するリレー領域の横断面を示す クローズダウンされたリレー状態にあるラッチング及び接点メカニズムを有するリレー領域の横断面を示す。 クローズアップされたリレー状態にあるラッチング及び接点メカニズムを有するリレー領域の横断面を示す。 １つの主アクチュエータとして１つのサーマル・マルチモルフを使用する１つの実施形態の１つの機能平面図である。 リレーが受動的状態にあるときの負荷アーマチュアである。 １つのリレーが１つのアクティブダウン状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。 ラッチダウンされた状態において負荷アーマチュアに誘起される１つのリレー曲率を示す。 １つのリレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときに負荷アーマチュアに誘起される曲率を示す。 ラッチアップされた状態にあるときにリレー負荷アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。 リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアである。 リレーがアクティブダウン状態に追い込まれたときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。 アーマチュア電極接触における、ラッチダウンされたリレー状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの曲率を示す。 リレーが１つのアクティブアップ状態に追い込まれたときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。 アーマチュア電極接触における、ラッチアップされたリレー状態にあるときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される１つの可能な曲率を示す。 １つのマルチモルフ・アクチュエータの領域における複数のアーマチュアの１つの横断面構成図である。 ラッチング及び接点メカニズムが開成リレー状態にあるリレー領域の横断面を示す。 クローズダウンされたリレー状態にあるリレー領域の横断面を示す。 クローズアップされたリレー状態にあるリレー領域の横断面を示す。 複数のアクチュエータ・アーマチュア構造で構成する第３実施形態における１つのリレーを示す。 本実施形態の負荷アーマチュアの１つの横断面構成を示す。 リレーが受動的状態にあるときのアクチュエータ・アーマチュアを示す。 リレーがアクティブダウン状態に追い込まれたときにアクチュエータ・アーマチュアに誘起される曲率を示す。 ラッチダウンされた状態にあるときの複数のアクチュエータ・アーマチュアを示す。

Claims (20)

  1. マイクロ・ファブリケーションされた１つのリレーであって、
    １つの基板と、
    前記基板の上に位置する１つのカバーと、
    前記基板に取り付けられた１つのベースと、
    １つの第１負荷信号ライン、１つの第２負荷信号ライン、及び１つの第３負荷信号ラインを含む複数の負荷信号ラインと、
    １つの第１駆動信号ラインと、１つの第２駆動信号ラインと、１つの第１ラッチ信号ラインと、１つの第２ラッチ信号ラインとを含む複数の制御信号ラインと、
    １つのラッチ・アーマチュア構造を含む１つの複合アーマチュア構造と
    を備え、
    前記複合アーマチュア構造が
    １つのラッチ・アーマチュア構造であって、
    前記ベースに取り付けられた１つのアンカー領域と、
    前記アンカー領域に取り付けられた１つの第１領域と１つの受動的位置と１つの下側被ラッチ位置と１つの上側被ラッチ位置との間で移動可能な１つの第２領域とを含む１つのラッチ偏向領域と
    を備え、前記ラッチ偏向領域が、
    １つの第１刺激に応答して１つの第１量だけサイズを変化させるとともに１つの第２刺激に応答して１つの第３量だけサイズを変化させる１つの第１材料と、
    前記第１刺激により１つの第２量だけサイズを変化させるとともに前記第２刺激に応答して１つの第４量だけサイズを変化させる１つの第２材料と
    を更に備え、
    前記第１量および前記第２量は等しくなくて前記第１刺激に応答して前記ラッチ偏向領域に１つの第１偏向力を加え、前記第１偏向力は前記第２領域を前記受動的位置から前記下側被ラッチ位置の方へ移動させるのに役立ち、
    前記第３量及び前記第４量は等しくなくて、前記第２刺激に応答して１つの第２偏向力を前記ラッチ偏向領域に加え、前記第２偏向力は前記第２領域を前記受動的位置から前記上側被ラッチ位置の方へ移動させるのに役立つ
    ラッチ・アーマチュア構造と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第２領域の１つの下側面の１つの部分上に位置して前記第１ラッチ信号ラインに電気的に接続される第１ラッチ電極と、
    前記第１ラッチ電極の下で前記基板上に形成されて前記第２ラッチ信号ラインに電気的に接続される第２ラッチ電極と、
    前記偏向領域の前記第２領域が前記下側被ラッチ位置にあるときに前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との電気的接触を妨げる第１ラッチ電極絶縁体と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第２領域の１つの上面の１つの部分上に位置して前記第１ラッチ信号ラインに電気的に接続される第３ラッチ電極と、
    概して前記第３ラッチ電極の上で前記カバーの１つの下側面上に形成されて前記第３ラッチ信号ラインに電気的に接続される第４ラッチ電極と、
    １つの第２ラッチ電極絶縁体であって、前記偏向領域の前記第２領域が前記上側被ラッチ位置にあるときに前記第３ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との電気的接触を妨げる第２ラッチ電極絶縁体と、
    前記第１刺激又は前記第２刺激を前記ラッチ偏向領域に選択的に加えるための１つの手段と、
    １つの負荷アーマチュア構造と
    を備え、
    前記負荷アーマチュア構造が、
    前記ベースに取り付けられた１つのアンカー領域と、
    前記負荷アーマチュア構造を前記ラッチ・アーマチュア構造に結合させる１つの結合領域と、
    前記アンカー領域に取り付けられた１つの第１領域と、１つの開成位置と１つの下側閉成位置と１つの上側閉成位置との間を移動し得る１つの第２領域とを含む１つの接点偏向領域であって、前記下側閉成位置は前記ラッチ偏向領域の前記第２領域が前記下側被ラッチ位置にあるときに確立され、前記上側閉成位置は前記ラッチ偏向領域の前記第２領域が前記上側被ラッチ位置にあるときに確立される接点偏向領域と、
    前記接点偏向領域の前記第２領域の１つの下側面の１つの部分上に形成された１つの第１接点電極と、
    前記第１接点電極の下の前記基板上に形成された１つの第２接点電極であって、前記接点偏向領域が前記下側閉成位置にあるときに前記第１接点電極と前記第２接点電極とは電気的に接触させられ、前記接点偏向領域は前記ラッチ偏向領域と関連して動く第２接点電極と、
    前記接点偏向領域の前記第２領域の１つの上側面の１つの部分上に形成された１つの第３接点電極と、
    前記第３接点電極の上の前記カバーの１つの下側面上に形成された１つの第４接点電極であって、前記第３接点電極と前記第４接点電極とは前記接点偏向領域が前記上側閉成位置にあるときに１つの第２接触力で電気的に接触させられ、前記接点偏向領域は前記ラッチ偏向領域と関連して動く第４接点電極と
    を備える
    マイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  2. 前記第１材料が１つの第１熱膨張係数を有し、
    前記第２材料が１つの第２熱膨張係数を有し、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間を流れる１つの第１電流が、１つの熱的第１刺激を提供し、これによって前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に前記第１偏向力を発生させ、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間を流れる１つの第２電流が、１つの熱的第２刺激を提供し、これによって前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に前記第２偏向力を発生させる、
    請求項１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  3. 前記第１電流が１つの抵抗性加熱エレメントを通って流れ、前記抵抗性加熱エレメントが前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域に組み込まれ、前記第２電流が前記抵抗性加熱エレメントを通って流れる、請求項２に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  4. 前記抵抗性加熱エレメントが前記第１材料の１つの層に組み込まれている、請求項３に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  5. 前記抵抗性加熱エレメントが前記第１材料の１つの層と前記第２材料の１つの層との間に形成される、請求項３に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  6. 前記第１ラッチ電極絶縁体が前記第１ラッチ電極上に形成され、前記第２ラッチ絶縁体が前記第３ラッチ電極上に形成される、請求項１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  7. 前記第１ラッチ電極絶縁体が前記第２ラッチ電極上に形成され、前記第２ラッチ絶縁体が前記第４ラッチ電極上に形成される、請求項１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  8. 前記第１材料の１つの層が１つの第１レベルの圧電応答を有し、
    前記第２材料の１つの層は１つの第２レベルの圧電応答を有し、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間に加えられた１つの第１電圧が、１つの圧電第１刺激を提供し、これによって前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に前記第１偏向力を発生させ、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間に加えられた１つの第２電圧が、１つの圧電第２刺激を提供し、これによって前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に前記第２偏向力を発生させる、
    請求項１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  9. 前記第１材料又は前記第２材料の一方が本質的にゼロである１つのレベルの圧電応答を有する、請求項８に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  10. 前記ラッチ偏向領域が１つの第３材料の１つの層を更に含み、
    前記第３材料が１つの第３レベルの圧電応答を有し、前記第３レベルの圧電応答はゼロに等しくなく、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間に加えられる前記第１電圧が前記第３材料の前記層を横断して加えられ、
    前記第３材料の前記層の前記圧電応答が、前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に発生される前記第１偏向力に寄与し、
    前記第１駆動電極と前記第２駆動電極との間に加えられる前記第２電圧が、前記第３材料の前記層を横断して加えられ、
    前記第３材料の前記層の前記圧電応答が、前記ラッチ・アーマチュア構造の前記ラッチ偏向領域内に発生される前記第２偏向力に寄与する、
    請求項８に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  11. 前記第１材料の１つの層が１つの第１初期レベルの内部応力を有し、
    前記第２材料の１つの層が１つの第２初期レベルの内部応力を有し、
    前記第１及び第２の初期レベルの内部応力が圧縮性であり、
    １つの第１の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えると前記第１の機械的偏向刺激の方向の前記ラッチ・アーマチュア構造の１つのバックリングがもたらされ、このバックリングが、前記圧縮性初期レベルの内部応力の一部分を解放し、これによって前記ラッチ偏向領域の前記第２領域を前記下側被ラッチ位置へ動かし、
    １つの第２の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えると前記第２の機械的偏向刺激の方向の前記ラッチ・アーマチュア構造の１つのバックリングがもたらされ、このバックリングが、前記圧縮性初期レベルの内部応力の一部分を解放し、これによって前記ラッチ偏向領域の前記第２領域を前記上側被ラッチ位置へ動かす、
    請求項１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  12. １つの外部の機械的手段が前記第１の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加え、１つの外部の機械的手段が前記第２の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加える、請求項１１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  13. 前記第１刺激に対する前記ラッチ偏向領域の応答が前記第１の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加え、前記第２刺激に対する前記ラッチ偏向領域の応答が前記第２の機械的偏向刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加える、請求項１１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  14. 前記第１刺激が１つの熱的刺激及び１つの圧電刺激のうちの一方であり、
    前記第２刺激が１つの熱的刺激と１つの圧電刺激とのうちの一方である、
    請求項１３に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  15. 前記第１の機械的偏向刺激の少なくとも一部分が１つの形状記憶効果により加えられ、
    前記第１材料の１つの層が膨張のための１つの第１レベルの形状記憶効果を有し、
    前記第２材料の１つの層が１つの第２レベルの形状記憶効果を有し、前記第２の機械的偏向刺激の少なくとも一部分が１つの形状記憶効果により加えられ、
    前記第１材料の１つの層が膨張のための１つの第１レベルの形状記憶効果を有し、
    前記第２材料の１つの層は１つの第２レベルの形状記憶効果を有する、
    請求項１１に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  16. マイクロ・ファブリケーションされたリレーであって、
    １つの基板と、
    前記基板の上に位置する１つのカバーと、
    １つの第１ベースと１つの第２ベースと、
    １つの第１負荷信号ライン、１つの第２負荷信号ライン、及び１つの第３負荷信号ラインを含む複数の負荷信号ラインと、
    １つの第１駆動信号ライン、１つの第２駆動信号ライン、１つの第１ラッチ信号ライン、及び１つの第２ラッチ信号ラインを含む複数の制御信号ラインと、
    １つの複合アーマチュア構造と
    を備え、前記複合アーマチュア構造が、
    １つのラッチ・アーマチュア構造であって
    前記第１ベースに取り付けられた１つの第アンカー領域と、
    前記第２ベースに取り付けられた１つの第２アンカー領域と、
    １つのラッチ偏向領域とであって、
    前記第１アンカー領域に取り付けられた１つの第１領域と、
    前記第２アンカー領域に取り付けられた１つの第２領域と、
    １つの受動的位置及び１つの下側被ラッチ位置及び１つの上側被ラッチ位置の間を移動し得る１つの第３領域であって、
    前記ラッチ偏向領域が、
    １つの第１刺激に応答して１つの第１量だけサイズを変化させるとともに１つの第２刺激に応答して１つの第３量だけサイズを変化させる１つの第１材料と、
    前記第１刺激により１つの第２量だけサイズを変化させるとともに前記第２刺激に応答して１つの第４量だけサイズを変化させる１つの第２材料であって、前記第１及び第２の量は等しくなくて、前記第１刺激に応答して１つの第１偏向力を前記ラッチ偏向領域に加え、前記第１偏向力は前記第２領域を前記受動的位置から前記下側被ラッチ位置へ動かすのに役立ち、前記第３及び第４の量は等しくなくて、前記第２刺激に応答して１つの第２偏向力を前記ラッチ偏向領域に加え、前記第２偏向力は前記第２領域を前記受動的位置から前記上側被ラッチ位置へ動かすのに役立つ第２材料と、
    を備える第３領域と
    を備えるラッチ偏向領域と
    を備えるラッチ・アーマチュア構造と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第１領域の１つの下側面の一部分上に位置する第１ラッチ電極と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第２領域の１つの下側面の一部分上に位置する第２ラッチ電極と、
    前記第１ラッチ電極の下の前記基板上に形成される第３ラッチ電極と、
    前記第２ラッチ電極の下の前記基板上に形成される第４ラッチ電極と、
    前記偏向領域の前記第３領域が前記被ラッチ位置にあるときに前記第１ラッチ電極と前記第３ラッチ電極との電気的接触を妨げる第１ラッチ電極絶縁体と、
    前記偏向領域の前記第３領域が前記被ラッチ位置にあるときに前記第２ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との電気的接触を妨げる第２ラッチ電極絶縁体と、
    前記第１刺激を前記ラッチ偏向領域に選択的に加えるための１つの手段と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第１領域の１つの上側面の一部分上に位置する第５ラッチ電極と、
    前記ラッチ偏向領域の前記第２領域の１つの上側面の一部分上に位置する第６ラッチ電極と、
    概して前記第５ラッチ電極の上の前記カバーの１つの下側面の１つの第１部分上に形成されている第７ラッチ電極と、
    概して前記第６ラッチ電極の上の前記カバーの前記下側面の１つの第２部分上に形成されている第８ラッチ電極と、
    前記偏向領域の前記第３領域が前記上側被ラッチ位置にあるときに前記第５ラッチ電極と前記第７ラッチ電極との電気的接触を妨げる第３ラッチ電極絶縁体と、
    前記偏向領域の前記第３領域が前記上側被ラッチ位置にあるときに前記第６ラッチ電極と前記第８ラッチ電極との電気的接触を妨げる第４ラッチ電極絶縁体と、
    前記第２刺激を前記ラッチ偏向領域に選択的に加えるための１つの手段と、
    １つの負荷アーマチュア構造と
    を備え、前記負荷アーマチュア構造が、
    １つの第３ベースに取り付けられた１つのアンカー領域と、
    前記負荷アーマチュア構造を前記ラッチ・アーマチュア構造に結合させる１つの結合領域と、
    前記第３アンカー領域に取り付けられた１つの第１領域と、１つの開成位置及び１つの下側閉成位置及び１つの上側閉成位置の間を動くことのできる１つの第２領域とを含む１つの接点偏向領域であって、前記下側閉成位置は前記ラッチ偏向領域の前記第３領域が前記下側被ラッチ位置にあるときに確立され、前記上側閉成位置は前記ラッチ偏向領域の前記第３領域が前記上側被ラッチ位置にあるときに確立される接点偏向領域と、
    前記接点偏向領域の前記第２領域の１つの下側面の一部分上に形成された１つの第１接点電極と、
    概して前記第１接点電極の下の前記基板上に形成された１つの第２接点電極であって、前記第１接点電極と前記第２接点電極とは前記接点偏向領域が前記下側閉成位置にあるときに１つの第１接触力で電気的に接触させられ、前記接点偏向領域は前記ラッチ偏向領域と関連して動く第２接点電極と、
    前記接点偏向領域の前記第２領域の１つの上側面の一部分上に形成された１つの第３接点電極と、
    概して前記第３接点電極の上の前記カバーの前記下側面の１つの第３部分上に形成された１つの第４接点電極であって、前記第３接点電極と前記第４接点電極とは、前記接点偏向領域が前記上側閉成位置にあるときに１つの第２接触力で電気的に接触させられ、前記接点偏向領域は前記ラッチ偏向領域と関連して動く第４接点電極と
    を備える、
    マイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  17. 前記第１接点電極が前記ラッチ偏向領域の前記第３領域の１つの下側面上に形成され、前記第１接点電極が前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との間に位置し、
    前記第３接点電極が前記ラッチ偏向領域の前記第３領域の１つの上側面上に形成され、前記第３接点電極は前記第５ラッチ電極と前記第６ラッチ電極との間に位置する、請求項１６に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  18. 前記ラッチ偏向領域が、
    １つの第３刺激に応答してサイズを１つの第３量だけ変化させる１つの第３材料と、
    前記第３刺激によりサイズを１つの第４量だけ変化させる１つの第４材料であって、前記第３及び第４の量は等しくなくて、前記第３刺激に応答して前記ラッチ偏向領域に対して１つの第３偏向力を加え、前記第３偏向力は前記第２領域を前記下側被ラッチ位置から前記受動的位置へ動かすのに役立つ第４材料と、
    前記ラッチ偏向領域において前記第３刺激を前記第３材料及び前記第４材料に加えるための１つの手段と
    を更に備える、請求項１６に記載のマイクロ・ファブリケーションされたリレー。
  19. 請求項１に従って構成された１つのマイクロ・ファブリケーションされたリレーを動作させる方法であって、
    前記ラッチ・アーマチュア構造の前記第２領域が前記受動的位置にあって前記負荷アーマチュア構造の前記第２領域が前記開成位置にある１つの受動的状態を確立する段階と、
    １つの第１刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えることによって１つの第１アクティブ状態を確立する段階であって、
    前記第１刺激が、１つの第１偏向力を前記ラッチ・アーマチュア構造の前記偏向領域に加えるのに十分な大きさ及び持続時間を有し、
    前記第１偏向力が、前記第１ラッチ電極を前記第２ラッチ電極の近傍へ動かして前記下側被ラッチ位置を確立するのに十分であり、
    前記第１偏向力が、前記結合領域を通して前記接点偏向領域構造に伝えられて前記第１接点電極を動かして前記第２接点電極と電気的に接触させる
    第１アクティブ状態を確立する段階と、
    １つの第１電圧が前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との間に加えられる１つの下側被ラッチ状態を確立する段階であって、
    前記第１電圧が前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との１つの第１静電付着を誘起し、
    前記第１静電付着が、前記第１刺激を加え続けることなく前記下側被ラッチ位置を維持するのに十分な強度を有する
    下側被ラッチ状態を確立する段階と、
    前記下側被ラッチ状態を１つの第１所望期間にわたって維持するために前記第１電圧を維持する段階と、
    前記第１電圧を除去することによって前記マイクロ・ファブリケーションされたリレーを前記受動的状態に復帰させる段階と、
    １つの第２刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えることによって１つの第２アクティブ状態を確立する段階であって、
    前記第２刺激が前記ラッチ・アーマチュア構造の前記偏向領域に１つの第２偏向力を加えるのに十分な大きさ及び持続時間を有し、
    前記第２偏向力が、前記第３ラッチ電極を前記第４ラッチ電極の近傍へ動かして前記上側被ラッチ位置を確立するの十分であり、
    前記第２偏向力が前記結合領域を通して前記接点偏向領域構造に伝えられて前記第３接点電極を動かして前記第４接点電極と電気的に接触させる
    第２アクティブ状態を確立する段階と、
    １つの第２電圧が前記第３ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との間に加えられる１つの上側被ラッチ状態を確立する段階であって、前記第２電圧が前記第３ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との１つの第２静電付着を誘起し、前記第２静電付着は、前記第２刺激を加え続けることなく前記上側被ラッチ位置を維持するのに十分な強度を有する上側被ラッチ状態を確立する段階と、
    前記第２刺激を除去する段階と、
    前記下側被ラッチ状態を１つの第２所望期間にわたって維持するために前記第２電圧を維持する段階と、
    前記第２電圧を除去することによって前記マイクロ・ファブリケーションされたリレーを前記受動的状態に復帰させる段階と
    を備える、方法。
  20. 請求項１６に従って構成された１つのマイクロ・ファブリケーションされたリレーを動作させる方法であって、
    前記ラッチ・アーマチュア構造の前記第２領域が前記受動的位置にあって前記負荷アーマチュア構造の前記第２領域が前記開成位置にある１つの受動的状態を確立する段階と、
    １つの第１刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えることによって１つの第１アクティブ状態を確立する段階であって、
    前記第１刺激は前記ラッチ・アーマチュア構造の前記偏向領域に１つの第１偏向力を加えるのに十分な大きさ及び持続時間を有し、
    前記第１偏向力が、前記第１ラッチ電極を前記第２ラッチ電極の近傍へ動かすとともに前記第３ラッチ電極を前記第４ラッチ電極の近傍へ動かして前記下側被ラッチ位置を確立するのに十分であり、
    前記第１偏向力が、前記結合領域を通して前記接点偏向領域構造に伝えられて前記第１接点電極を動かして前記第２接点電極と電気的に接触させる
    第１アクティブ状態を確立する段階と、
    １つの下側被ラッチ状態を確立する段階であって、１つの第１電圧が前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との間に加えられ、前記第１電圧は前記第１ラッチ電極と前記第２ラッチ電極との１つの第１静電付着を誘起し、１つの第２電圧が前記第３ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との間に加えられ、前記第２電圧は前記第３ラッチ電極と前記第４ラッチ電極との１つの第２静電付着を誘起し、前記第１及び第２の静電付着は前記第１刺激を加え続けることなく前記下側被ラッチ位置を維持するのに十分な強度を有する下側被ラッチ状態を確立する段階と、
    前記第１刺激を除去する段階と、
    １つの第１所望期間にわたって前記下側被ラッチ状態を維持するために前記第１電圧と前記第２電圧とを維持する段階と、
    前記第１及び第２の電圧を除去することによって前記マイクロ・ファブリケーションされたリレーを前記受動的状態に復帰させる段階と、
    １つの第２刺激を前記ラッチ・アーマチュア構造に加えることによって１つの第２アクティブ状態を確立する段階であって、
    前記第２刺激は前記ラッチ・アーマチュア構造の前記偏向領域に１つの第２偏向力を加えるのに十分な大きさ及び持続時間を有し、
    前記第２偏向力が、前記第５ラッチ電極を前記第７ラッチ電極の近傍へ動かし且つ前記第６ラッチ電極を前記第８ラッチ電極の近傍へ動かして前記上側被ラッチ位置を確立するのに十分であり、
    前記第２偏向力が、前記結合領域を通して前記接点偏向領域構造に伝えられて前記第３接点電極を動かして前記第４接点電極と電気的に接触させる
    第２アクティブ状態を確立する段階と、
    １つの上側被ラッチ状態を確立する段階であって、１つの第３電圧が前記第５ラッチ電極と前記第７ラッチ電極との間に加えられ、前記第３電圧は，前記第５ラッチ電極と前記第７ラッチ電極との１つの第３静電付着を誘起し、前記方法は前記第６ラッチ電極と前記第８ラッチ電極との間に１つの第４電圧を加える段階を含み、前記第４電圧は前記第６ラッチ電極と前記第８ラッチ電極との１つの第４静電付着を誘起し、前記第３及び第４の静電付着は前記第２刺激を加え続けることなく前記上側被ラッチ位置を維持するのに十分な強度を有する上側被ラッチ状態を確立する段階と、
    前記方法が前記第２刺激を除去する段階と、
    １つの第２所望期間にわたって前記下側被ラッチ状態を維持するために前記第３電圧及び第４電圧を維持する段階と、
    前記第３及び第４の電圧を除去することによって前記マイクロ・ファブリケーションされたリレーを前記受動的状態に復帰させる段階と
    を備える、方法。
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