Интегральный микромеханический ключ
Интегральный микромеханический ключ содержит основание, упругий элемент, прикрепленный к основанию, металлический замыкающий контакт, расположенный на упругом элементе, металлические контакты сигнальных шин, расположенные под замыкающим контактом, микропривод, осуществляющий деформацию упругого элемента до соприкосновения замыкающего контакта и контактов сигнальных шин. На упругом элементе расположен диэлектрический слой, изолирующий упругий элемент от замыкающего контакта. Замыкающий контакт частично выходит за края упругого элемента. Сигнальные шины и контакты к сигнальным шинам расположены только под частями замыкающего контакта, выходящими за края упругого элемента. В предлагаемой конструкции интегрального микромеханического ключа изменено расположение замыкающего контакта и сигнальных шин и контактов к сигнальным шинам относительно упругого элемента, что приводит к повышению надежности интегрального микромеханического ключа. 2 ил.
Полезная модель относится к коммутационной и радиочастотной технике, а именно к интегральным микромеханическим ключам, и может быть использована как в интегральных переключателях, коммутаторах, фазосдвигателях и фильтрах, так и в радиотехнических и коммутационных приборах, изготовленных на основе гибридной и микромодульной технологии.
Известна конструкция интегрального микромеханического ключа [1], содержащая основание, металлический упругий элемент, прикрепленный к основанию и имеющий выступы, выполняющие роль замыкающих контактов, металлические контакты сигнальных шин, расположенных под замыкающими контактами и электростатический микропривод. Действие ключа заключается в деформации упругого элемента до соприкосновения замыкающих контактов и контактов сигнальных шин при подаче напряжения на электростатический микропривод. Недостатком такой конструкции ключа является электрический контакт между замыкающими контактами и электростатическим микроприводом из-за использования упругого элемента в качестве одной из обкладок микропривода.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемой полезной модели является конструкция интегрального микромеханического ключа [2], содержащая основание, диэлектрический упругий элемент с отверстиями, сформированный из материала, полученного с помощью низкотемпературного (<500°С) осаждения, и прикрепленный к основанию, металлический замыкающий контакт, расположенный в отверстиях упругого элемента, металлические контакты сигнальных шин, расположенных под замыкающим контактом и электротермический микропривод. Действие ключа заключается в деформации упругого элемента до соприкосновения замыкающего контакта и контактов сигнальных шин при подаче напряжения на электротермический микропривод. Такая конструкция интегрального микромеханического ключа имеет изолированные друг от друга замыкающий контакт и микропривод, однако обладает низкой надежностью из-за низкой стабильности механических характеристик диэлектрического упругого элемента
вследствие формирования из материала, полученного с помощью низкотемпературного (<500°С) осаждения.
Целью данной полезной модели является получение интегрального микромеханического ключа, имеющего изолированные друг от друга замыкающий контакт и микропривод, и обладающего высокой надежностью за счет использования упругого элемента, сформированного из материала, полученного с помощью высокотемпературного (>500°С) осаждения.
Сущность полезной модели заключается в следующем. Интегральный микромеханический ключ содержит основание и упругий элемент, прикрепленный к основанию. На упругом элементе расположен металлический замыкающий контакт. Под замыкающим контактом на основании расположены металлические контакты сигнальных шин. На упругом элементе, или на упругом элементе и подложке, расположен микропривод, осуществляющий деформацию упругого элемента до соприкосновения замыкающего контакта и контактов сигнальных шин. На упругом элементе под замыкающим контактом расположен диэлектрический слой, изолирующий упругий элемент от замыкающего контакта. Замыкающий контакт частично выходит за края упругого элемента, и сигнальные шины и контакты к сигнальным шинам расположены под частями замыкающего контакта, выходящего за края упругого элемента.
Предлагаемая конструкция позволяет достичь более высокой механической стабильности упругого элемента и, соответственно, более высокой надежности интегрального микромеханического ключа. Это обусловлено тем, что замыкающий контакт частично выходит за края упругого элемента. В силу наличия у замыкающего контакта областей, выходящих за края упругого элемента, упругий элемент не перекрывает металлические контакты сигнальных шин, и его формирование может быть выполнено перед формированием металлических контактов сигнальных шин. Это позволяет использовать для формирования упругого элемента материалы, получаемые с помощью высокотемпературного (>500°С) осаждения, которые обладают большей стабильностью характеристик, чем материалы, получаемые с помощью низкотемпературного (<500°С) осаждения. К таким материалам, например, относится поликристаллический кремний. В результате, за счет использования материала, обладающего большей стабильностью характеристик, достигается более высокая механическая стабильность упругого
элемента и, соответственно, более высокая надежность интегрального микромеханического ключа.
На фиг. 1 показана конструкция интегрального микромеханического ключа, где цифрами обозначены: 1 - основание, 2 - упругий элемент, 3 - замыкающий контакт, 4 - контакты сигнальных шин, 5 - сигнальные шины, 6 - изолирующий слой, 7 - микропривод.
На фиг. 2 (а-е) показаны основные этапы способа формирования интегрального микромеханического ключа. На основании 1, в качестве которого может быть взята пластины из монокристаллического кремния, с помощью осаждения нитрида кремния формируют изолирующий слой 8, далее из материала, получаемого с помощью высокотемпературного осаждения, например, поликристаллического кремния, формируют нижнюю часть микропривода 7, затем из оксида кремния, получаемого с помощью высокотемпературного осаждения, формируют жертвенный слой 9, в котором формируют окна для крепления упругого элемента 10, и сигнальных шин 11, затем с помощью высокотемпературного осаждения на пластину осаждают слой материала, например, поликристаллического кремния, и формируют упругий элемент 2, далее в окнах 11 формируют сигнальные шины 5 и металлические контакты к сигнальным шинам 4, после чего с помощью низкотемпературного осаждения на пластину осаждают слой диоксида кремния и формируют жертвенный слой 12, далее формируют верхнюю часть микропривода 7, далее из нитрида кремния, получаемого с помощью низкотемпературного осаждения, формируют изолирующий слой 6, после чего из слоя металла формируют замыкающий контакт 3, затем с помощью селективного травления удаляют жертвенные слои 9 и 12.
Источники, использованные при составлении заявки:
1. R-E.Mihailovich и др, MEM relay for reconfigurable RF circuits, IEEE Microwave Wireless Соmр. Lett. Feb. 2001, Vol.11, No.2, pp.53-55.
2. P.Blondy и др., Packaged mm-wave thermal MEMS switches, 31 st European Microwave Conference, London, UK, Sept. 2001, pp.283-286 - прототип.
Интегральный микромеханический ключ, содержащий основание, упругий элемент, прикрепленный к основанию, металлический замыкающий контакт, расположенный на упругом элементе, металлические контакты сигнальных шин, расположенные под замыкающим контактом, микропривод, осуществляющий деформацию упругого элемента до соприкосновения замыкающего контакта и контактов сигнальных шин, отличающийся тем, что на упругом элементе расположен диэлектрический слой, изолирующий упругий элемент от замыкающего контакта, замыкающий контакт частично выходит за края упругого элемента, а сигнальные шины и контакты к сигнальным шинам расположены только под частями замыкающего контакта, выходящими за края упругого элемента.
