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KR20010030305A - 접이식 스프링을 구비한 초소형 전기 기계 고주파 스위치및 그 제조 방법 - Google Patents

접이식 스프링을 구비한 초소형 전기 기계 고주파 스위치및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20010030305A
KR20010030305A KR1020000053001A KR20000053001A KR20010030305A KR 20010030305 A KR20010030305 A KR 20010030305A KR 1020000053001 A KR1020000053001 A KR 1020000053001A KR 20000053001 A KR20000053001 A KR 20000053001A KR 20010030305 A KR20010030305 A KR 20010030305A
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KR
South Korea
Prior art keywords
switch
platform
lower electrode
signal line
spring suspension
Prior art date
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Ceased
Application number
KR1020000053001A
Other languages
English (en)
Inventor
선자이-큉
Original Assignee
비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨
모토로라 인코포레이티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨, 모토로라 인코포레이티드 filed Critical 비센트 비.인그라시아, 알크 엠 아헨
Publication of KR20010030305A publication Critical patent/KR20010030305A/ko
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Abstract

초소형 전기 기계 스위치(10)는 스프링 현수체(22)상에 현수된 초소형 플랫폼 구조체(20)를 사용하여 기판(20)상에 형성된다. 상기 스프링 현수체는 앵커 구조체(24)의 한 단부상에 부착되고, 신호 라인(18) 위로 대체로 8각형 방향으로 연장한다. 상기 초소형 플랫폼(20)은 상기 신호 라인에서 갭(21)과 마주하도록 위치되는 쇼팅 바아(34)를 가지며, 전기 접촉 포스트는 선정된 전압을 적용하므로써 하부 전극(14)을 향해 정전적으로 끌어당길 수 있는 커패시터 구조체를 형성하도록 상기 신호 라인상에 형성된다. 상기 스위치는, 35dB의 전기 절연과 20GHz에서 0.5dB의 삽입 손실을 가지며, DC로부터 적어도 50GHz로 작동한다. RF 스위치는 무선 통신을 포함하는 전기통신 분야에 적용할 수 있다.

Description

접이식 스프링을 구비한 초소형 전기 기계 고주파 스위치 및 그 제조 방법{Folded spring based micro electromechanical RF switch and method of making}
본 발명은 초소형 전기 기계 시스템(MEMS), 특히, DC로부터의 적어도 50GHz 이하의 신호 주파수로 작동하는 접이식 스프링 구조체를 구비한 초소형 기계 스위치에 관한 것이다.
초소형 기계, 집적 고주파(RF) 스위치는 큰 부피 및 고 비용의 문제점을 발생시키지 않고도 RF 방식에 있어서 온-상태 및 오프-상태 임피던스 사이에 큰 다이내믹 영역을 제공하므로 전기통신 응용 분야에서 선호되고 있다. 그러나, 그와 같은 초소형 기계 스위치에 있어서는 전극의 근접으로 인해 유도 스틱션(induced stiction)이 아크 방전된다는 문제점을 갖게 된다. 이와 같은 문제점은 RF 스위치가 고속으로 기계 작동되고 5GHz 이상의 주파수로 높은 동력 신호를 처리해야만 하는 MEMS에서 크게 증가된다.
미국 특허 제 5,578,976호에 공개된 MEMS는 오직 4GHz 이하의 신호 주파수에서 낮은 동력 RF신호로만 처리할 수 있으며, 이 때, "온(0n)" 상태에서 상대적으로 최소의 삽입 손실을 지속하며 "오프(off)" 상태에서 상대적으로 높은 전기 절연을 지속한다. 상기 미국 특허 제 5,578,976호에 따른 초소형 기계 스위치는 상기 특허로부터 재생한 도 1에 도시된 바와 같이 한 단부에 고정된 초소형 기계 아암 캔틸레버 엑츄에이터를 포함한다. 작동에 있어서, 상기 캔틸레버 액츄에이터가 스위치-온됨에 따라, 스위치의 고정 전기 접점과 쇼팅 바아 사이에 오직 라인 접점이 형성된다. 따라서, 상기 초소형 스위치의 부하 운반 용량은 아크 및 용접 문제로 인해 완전히 제한된다(도 2 참조).
멤브레인 구조체상에 구비되고, 기판에 대한 다수의 측부상에 고정된 초소형 스위치에 대하여는 미국 특허 제 5,619,061호에 공개되어 있다. 상기 멤브레인 구조체는 박막 응력에 민감하며, 상기 원위치에서의 멤브레인 처리 단계에서 생성될 편향을 위한 작은 공차를 갖는다. 따라서, 상기 장치의 기능적 장애는 다반사적으로 발생한다.
따라서, DC로부터의 적어도 50GHz 이하의 신호 주파수로 온에서 오프에 걸쳐 폭넓은 동적 임피던스 범위를 제공하며, 큰 부하 운반 용량을 갖는 초소형 전기 기계 스위치를 위한 전기통신 시스템에 대한 필요성이 여전히 대두되어 왔다.
본 발명은 50GHz 이하의 신호 주파수를 처리할 수 있는 초소형 전기 기계 스위치를 포함하며, 이 때, "오프" 상태에서는 우수한 전기 절연을 지속하며 "온" 상태에서는 삽입 손실을 최소화하고, 큰 부하가 운반된다.
적합한 실시예에 있어서, 상기 RF 스위치는 앵커 구조를 통해 기판에 현수되는 다수의 접이식 스프링에 의해 연결되는 현수된 초소형 플랫폼을 구비한 전기 절연 기판상에 제조된다. 상기 초소형 플랫폼 구조체는 기판상의 신호 라인으로 형성된 에어갭에 동시에 평면 대 평면으로 발생하는 전기 접점을 제공한다. 상기 플랫폼상의 상부 전극은 기판상의 신호 라인 위에 커패시터 구조체를 형성하며, 상기 커패시터 구조체는 적합하게도 상기 상부 전극 및 플랫폼을 통해 연장하는 구멍들의 그리드를 포함할 수 있다. 상기 구멍들은 적합하게도 플랫폼과 하부 전극 사이의 갭에 필적하는 차원을 가지며, 또한 장치의 벌크를 감소시키기 위해 사용된다. 상기 스위치는 상기 상부 전극에 전압을 가함으로써 가동된다. 전압이 제공될 때, 정전력은 상기 신호 라인의 갭을 폐쇄하기 위해 신호 라인을 향해 플랫폼상의 커패시터 구조체를 끌어당긴다. 상기 스위치는 DC로부터 적어도 50GHz로 작동하며, 20GHz에서 35dB의 전기 절연 및 0.5dB의 삽입 손실을 갖는다.
상기 초소형 기계 스위치를 제조하는 방법은, 상기 스위치가 마이크로파와 고주파 집적 회로로 일체화될 수 있도록, 포토데시 마스크로 저온(250℃) 처리하는 방법을 사용한다. 상기 기계 스위치는 전기통신 산업, 특히 무선 셀폰에 응용된다.
본 발명의 프로토타입(prototype)에서 증명되는 바와 같이, 상기 초소형 전기 기계 RF스위치는 정상적인 오프 상태(개방 회로)로부터 25볼트의 온 상태로 절환될 수 있으며, 상기 양 상태에서는 거의 제로 동력으로 지속된다. 저압 분위기의 헬륨의 경우, 상기 스위치에서의 페쇄 시간과 노출 시간은 약 20 마이크로초가 된다. 상기 스위치는 적어도 50mA의 전류를 처리할 수 있다.
RF 스위치의 목적은 예정된 RF 절연에 대한 신호 라인갭의 영역을 정확하게 제어하고, 또한 큰 동력 처리 용량을 가지면서도 낮은 RF 삽입 손실을 제공하는 것이다.
도 1은 미국 특허 제 5,578,976호에 따른 초소형 전기 기계 스위치의 평면도.
도 2는 도 1의 2-2 라인을 절취한 종래 기술의 초소형 전기 기계 시스템(MEMS)의 횡단면도.
도 3은 본 발명의 접이식 스프링을 구비한 스위치 구조체의 적합한 실시예에 대한 평면도.
도 4는 도 3에 도시한 접이식 스프링 구조체의 진보성을 나타내는 진보적 접이식 스프링 구조체의 사시도.
도 5a는 상기 진보적 스위치의 "오프" 상태를 타나내는 측면도.
도 5b는 본 발명의 "온" 상태를 나타내는 측면도.
도 6은 본 발명에 따른 접이식 스프링 구조체의 제 2 실시예에 대한 평면도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
10: 초소형 전기 기계 스위치 12: 기판
14: 하부 전극 16: 상부 전극
18: 신호 라인 20: 초소형 플랫폼
21: 갭 24: 앵커 구조체
32: 전기 접촉 포스트 34: 쇼팅 바아
본 발명에 따른 상술된 또는 부가의 특수 목적 및 장점은 도면과 관련된 적합한 실시예의 상세한 설명을 통해 당업자에게 명백하게 될 것이다.
본 발명은 고속으로 작동되며, DC로부터 적어도 50GHz 이하의 주파수로 고 동력 RF 신호를 처리하는 RF 스위치로 응용 가능하게 설계된 초소형 전기 기계 RF 스위치를 제공한다.
도 3에 도시된 적합한 실시예에 있어서, 스위치(10)는 예를 들면 GaAs 기판, 유리 기판, 산화 실리콘 웨이퍼 또는 인쇄 회로 보드(PCB)와 같은 전기 절연 물질로 구성된 기판(12) 위에 제조된다. 상기 스위치는 적합하게도 세라믹판에 마스킹, 에칭, 적층 및 리프트-오프를 포함하는 초소형 제조 기술을 사용하여 제조된다. 상기 스위치(10)는 앵커 구조체(24)에 의해 상기 기판(12)에 부착된다. 상기 앵커 구조체(24)는 겹겹이 적층하고 주변 물질로부터 에칭하므로써 기판(12)상에 메사로서 형성될 수 있다. 대표적으로 접지 접속되는 하부 전극(14)과 신호 라인(18)도 또한 기판(12)상에 형성된다. 하부 전극(14) 및 신호 라인(18)은 일반적으로, 예를 들어, 기판(12)상에 적층되는 금, 백금과 같이 용이하게 산화되지 않는 초소형 금속 스트립으로 구성된다. 상기 신호 라인(18)에 의해 형성된 갭(21)은 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 스위치(10)를 가동시키므로써 개방 및 폐쇄된다.
상기 스위치(10)의 가동부는 갭(21) 위로 현수되는 초소형 플랫폼 구조체(20)를 포함하며, 적합하게는 도 3에 도시된 바와 같이 접이식 스프링(22)에 의해 앵커(24)에 부착된 대칭적으로 편평한 구조체이다. 상기 접이식 스프링(22)은 직각으로 절곡되며 앵커(24)와 현수 플랫폼(20) 사이에 직각으로 배열된다. 적합하게도, 4개의 접이식 스프링은 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 앵커(24)로부터 초소형 플랫폼(20)의 각각 4개의 코너에 부착된다.
상기 접이식 스프링(22)의 2개의 평행부는 도 4에 도시된 바와 같이 각각 길이 L1과 L2를 갖는다. 상기 길이 L1과 L2는 도 4에 도시된 바와 같이 단일 신호 라인(18) 위로 갭(21)을 조절하기 위한 공구를 제공하도록 변경될 수 있다. 예를 들면, 상기 길이 L2는 일정하게 지속될 수 있고, 반면 길이 L1은 더욱 큰 공기갭을 형성하기 위해 연장될 수 있다. 공기갭이 크면 클수록 전기 절연은 높아진다; 그러나, 낮은 정전 가동 전압은 일반적으로 작은 공기갭을 필요로 한다.
상기 스프링 구조체(22)의 접이식 형상은, 대부분의 고정 및 경사 응력이 상기 스프링(22)의 접이 부위에서 해제되도록, 스위치(10)를 위한 기계적 응력 완충기로서 작용한다. 상기 스프링은 스위치(10)가 운동하는 동안 초소형 플랫폼(20)과 비교하여 큰 변위를 제공한다.
상기 초소형 플랫폼(20)에 연결되는 접이식 스프링(22)은 또한 도 4에 도시된 바와 같이 동일한 인장력을 제공한다. 상기 스프링(22)에 의해 초소형 플랫폼(20)을 고정시키므로써, 상기 초소형 플랫폼(20)은 초소형 플랫폼의 편평한 평면을 지속시키기 위해 각각 4개의 측부로부터 신장된다.
상기 초소형 플랫폼(20)은 적합하게는 전기 절연층과 전기 전도성 막을 포함하는 2개의 이형층(bimorph layer)으로 구성된다. 상기 초소형 플랫폼(20)의 전기 절연층은 저온 산화 실리콘, 질화 실리콘, 산-질화 실리콘, 탄화 실리콘 또는 공지된 기술에 따른 기타 물질로 제조될 수 있다. 상기 전기 전도성 막은 적합하게도 탄탈륨, 실리사이드, 텅스텐, 금, 백금 및 기타 종래 사용되던 물질로부터 선택될 수 있다. 유전체 절연층은 주 기계 구조 물질로서 작용하는 반면, 상기 전도성 물질은 정전 전극 또는 열적 히터로서 작용한다. 상기 이형 구조체를 형성하기 위한 2개의 층의 조합은 상기 2개의 층들 사이의 응력 부정합으로 인해 열적으로 작동될 수 있다.
상기 전기 접점 또는 접촉 포스트(32)는 도 5a 및 도 5b에 잘 도시된 바와 같이 단일 라인(18)상에 형성된다. 상기 접촉 포스트(32)는 종래부터 쉽게 산화되지 않는 금, 백금 또는 금-백금과 같은 금속으로 제조되며, 상기 초소형 플랫폼(20)의 쇼팅 바아 쪽을 향하도록 단일 라인상에 위치된다. 상기 접촉 포스트(32)는 종래 공지된 방식으로, 특히, 스퍼터링이나 또는 전자 증착법에 의해 형성된다.
상기 접촉 포스트(32)는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이 인접 하부 전극(14)보다 훨씬 높도록 연장하기 위해 신호 라인(18)상에 설치된다. 상기 접촉 포스트(32)를 하부 전극(14)보다 훨씬 높게 연장하므로써, 상기 접촉 포스트(32)와 쇼팅 바아(34) 사이에 작은 갭(21)이 형성된다.
상기 쇼팅 바아(34)는 종래 공지된 방법으로 초소형 플랫폼(20)상에 형성된다. 상기 쇼팅 바아(34)는 접촉 포스트(32)를 커버하기 위해 초소형 플랫폼(20) 아래로부터 연장한다. 상기 쇼팅 바아(34)는 적합하게는 금, 백금, 금-로듐 또는 금-백금과 같은 전도성 금속으로 제조된다.
선택적으로는, 도 3에 도시된 바와 같이, 착지용 완충기(26)는 초소형 플랫폼(20) 근방의 4개의 스프링 아래에 각각 위치한다. 적합하게도, 상기 완충기(26)는 각각의 스프링이 초소형 플랫폼(20)의 코너에 접속하는 포인트 근방에서 상기 스프링 아래에 직접 대칭적으로 위치한다. 작동에 있어서, 상기 착지용 완충기는, 상대적으로 작은 영역의 접점이 상기 초소형 플랫폼(20)과 하부 전극(14) 사이에 형성되도록 상기 초소형 플랫폼(20)이 "온" 상태로 이동할 때, 상기 초소형 플랫폼(20)을 지지한다. 상기 초소형 플랫폼(20)과 하부 전극(14) 사이의 물리적 접촉으로 인한 스틱션 문제는 극단적으로 감소된다. 상기 초소형 플랫폼(20)이 "온" 위치로 이동할 때, 상기 하부 전극(14) 외부의 기능 영역에 위치하는 착지용 완충기(26)로 인해 상기 초소형 플랫폼(20)이 하부 전극(14)에 대해 직접 충격 받는 것을 방지하기 위한 기계적 완충기로서 사용되도록, 기판에 대항하는 기계적 충격이 발생한다. 상기 착지용 완충기(26)는 전하 주입으로부터 플랫폼의 절연층 안으로 스틱션을 더욱 감소시킨다. 상기 착지용 완충기(26)는 전기적으로 부동되거나 또는 상부 전극(16)에 전기적으로 접속될 수 있다.
적합한 실시예에 있어서, 상기 스위치(10)는 도 3에 도시된 바와 같이 대칭이다. 본 발명의 접이식 스프링(22)에 대한 다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 본 제 2 실시예에 있어서, 스프링은 더욱 소형의 S-형상을 갖도록 상기 초소형 플랫폼(20)에 대해 직각 방향으로 절곡된다.
작동에 있어서, 상기 스위치가 "온" 상태에 있을 때, 상기 초소형 플랫폼(20)은 기판(12)을 향해 이동하며, 상기 쇼팅 바아(34)는 도 5b에 도시된 바와 같이 저 임피던스의 스위치 "온" 신호를 감소시키기 위해 기초 접촉 포스트(32)와 접촉한다. 상기 스위치의 전기 접촉 영역은 접촉 포스트(32)의 상부 영역의 크기에 의해 결정된다.
상기 초소형 플랫폼(20)과 접이식 스프링(22)은 금, 니켈, 백금 로듐 및 그들의 합금과 같은 단일 전도성 물질층으로 제조될 수 있다. 이들 물질이 사용될 때, 마이크로릴레이 타입 RF 스위치는 제어/RF 신호 분리나 DC/RF 분리를 발생시키지 않는 초소형 스위치 타입으로 단순화된다.
상기 접촉 포스트(32)는 금, 금-백금, 금/로듐, 은/니켈/플라티늄 및 은/로듐 뿐만 아니라 종래 공지된 기타 금속과 같은 쉽게 산화되지 않는 귀금속으로 제조될 수 있다.
대표적으로 알루미늄이나 또는 금과 같은 금속을 포함하는 상부 전극(16)은 상기 플랫폼(20)의 상부상에 형성된다. 상부 전극(16)은 앵커 구조체(24) 위에서 시작하여 상기 플랫폼(20)의 상부를 따라 연장한다. 선택적으로, 스위치 가동 성능을 강화하기 위해, 상기 플랫폼(20)은 상부 전극(16)을 통해 연장하는 구멍(28)의 그리드를 포함하도록 형성될 수 있다. 상기 구멍은 대표적으로 예를 들면 1 내지 10미크론의 치수를 갖는다.
작동에 있어서, 스위치(10)는 정상적으로는 도 5a에 도시된 바와 같이 "오프" 위치에 있게 된다. 상기 스위치(10)가 "오프" 위치에 있을 때, 상기 신호 라인(18)은 갭(21)과 신호 라인(18)의 분리로 인해 개방 회로가 된다. 상기 스위치(10)는 상부 전극(16)에 전압을 가하므로써 "온" 위치로 작동된다. 상부 전극(16)상의 전압으로, 정전력은 접촉 포스트(32)를 갖는 쇼팅 바아(34)를 생성하는 상기 플랫폼(20)을 하부 전극(14)을 향해 끌어당기며, 따라서 상기 갭(21)을 밀폐시키고, 도 5b에 도시된 바와 같이 상기 신호 라인(18)을 "온" 상태에 위치시킨다.
적합한 환경에 있어서, 상기 접촉 포스트(32)는 상기 신호 라인(18)상의 하부 전극(14)보다 훨씬 높게 연장하며, 따라서, 도 5a에 도시된 바와 같이 접촉 포스트(32)와 쇼팅 바아(34) 사이에 상대적으로 작은 갭을 잔류시킨다. 상기 "온" 위치에 있어서, 상기 플랫폼(20)은 기판을 향해 이동하며, 상기 쇼팅 바아(34)는 도 5b에 도시된 바와 같은 신호 위에 낮은 저항 스위치를 생성하기 위해 기초 고정 접촉 포스트(32)와 접촉한다. 상기 플랫폼이 스위치 온됨에 따라, 상기 착지용 완충기(26)는 상기 플랫폼(20)과, 상기 플랫폼(20) 및 하부 전극(14) 사이에 형성된 오직 소형의 물리적 접촉 영역을 지지한다.
작동에 있어서, 상기 스프링은 전극(14,16) 안에 부과되는 DC 바이어스로서 편향되며, 상기 초소형 플랫폼(20)은 접촉 포스트(32)를 향해 이동한다. 이와 같은 편향은 접이식 스프링(22)에 의해 현수된 플랫폼(20)이 기판에 부착되기 때문에 수행된다. 상기 스프링(22)은, 제공된 전압이 스위치 임계값을 초과함에 따라 상기 플랫폼(20)이 기초 접촉 포스트(32)와 접촉하기 위해 편평한 평면을 지속하도록, 대부분의 변위를 제공한다. 일단, 상기 접이식 스프링(22)이 기초 착지용 완충기(26)를 접촉하면, 상기 초소형 플랫폼(20)은 하부 전극(14)을 부분적으로 물리적 접촉시키기 위해 상기 착지용 완충기(26)에 대해 변형을 시작하고, 따라서, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이 전하 주입 및 접합 스틱션을 감소시킨다. 따라서, 하부 전극(14)을 향해 이동함에 따라, 상기 스위치(10)의 대칭 구조체와 상기 플랫폼(20)의 평면 보전은 아크 방전을 방지하고 큰 전류 운반 용량을 제공하기 위해 상기 쇼팅 바아(34)와 접촉 포스트(32) 사이의 평면 대 평면 접촉을 보장한다.
적합하게도, 상기 쇼팅 바아(34)와 접촉 포스트(32) 사이의 평면 대 평면 접촉 영역은 가능한 한 큰 전류 운반 용량을 성취할 수 있어야 좋다.
실예로서 비제한적으로, 상기 초소형 전기 기계 스위치(10)를 제조하는데 있어서 다양한 구성 요소의 치수와 설계적 제한은 다음과 같다. 상기 RF 스위치는 종래 공지된 기술과 같은 마스킹 레벨을 사용하는 표면 초소형 제조 기술을 사용하므로써 제조된다. 그의 제조 방법은 반-절연 GaAs 웨이퍼, 완전 절연 유리 또는 세라믹 웨이퍼, 또는 균일한 인쇄 회로판(PCB)과 같은 열적 산화된 고저항 실리콘 웨이퍼로 될 수 있는 기판(12)에서 시작된다.
초소형 플랫폼(20), 현수 스프링(22), 앵커(24), 쇼팅 바아(34), 접촉 포스트(32), 신호 라인(18), 착지용 완충기(26), 및 전극(14,16)의 형성에 있어서, 금속막은 기판(12)상에 적층되고, RF 신호 라인(18)과 하부 전극(14)을 형성하기 위해 에칭 또는 리프팅-오프 기술에 의해 패터닝된다. 폴리이미드층은 350℃ 이하의 온도에서의 연속 열 경화에 이어 기판(12)상에 스핀-코팅된다. 제 2 폴리이미드층은 코팅 및 경화된다. 다음에, 250nm 두께의 SiON막(36)이 마스크 물질로서 적층 및 패터닝된다. 다음에, 산소 플라즈마(RIE)(반응 이온 에칭)가 상기 패턴들을 폴리이미드의 2개의 기초층 안으로 운반하기 위해 제공된다. 상기 접촉 포스트(32)를 위한 금속막과 500nm 내지 2.0㎛ 범위의 두께를 갖는 착지용 완충기(26)가 적층된다. 금속 리프트-오프는 표준 폴리이미드 스트리퍼에서 제 2 폴리이미드층을 제거하므로써 완료된다.
제 2 폴리이미드층은 2개의 다른 물질에 의해 유발되는 어떠한 열적 팽창에 따른 문제점을 회피하도록 첫 번째 것과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 앵커 구조체(24)는 종래 공지된 기술 방법을 사용하여 제조될 수 있다. 예를 들면, 바이어(via)가 산소 플라즈마 RIE의 앵커 영역 주위의 폴리이미드 희생층(38)을 제거하므로써 형성될 수 있다. 다음에 앵커(24)는 상기 바이어 금속을 전기 도금하거나 3층 금속 리프트-오프 방법에 의해 형성된다. 다른 종래 방법에 있어서, 비교적 큰 영역의 앵커가 스프링(22)과 초소형 플랫폼(20) 아래의 폴리이미드를 가로로 절단한 후 현수 구조체를 지지하기 위해 충분한 폴리이미드를 지속하도록 설계된다.
300nm 내지 1.5㎛ 범위의 두께를 갖는 쇼팅 바아(34)를 위한 금속층은 상기 폴리이미드상에 적층되며, 쇼팅 바아(34)를 형성하기 위해 리프트-오프된다. 0.5 내지 2.5㎛ 범위의 두께를 갖는 산질화 PECVD 실리콘층, 산화 실리콘층 또는 질화 실리콘층이 현수 스프링(22)과 초소형 플랫폼(20)을 형성하기 위해 적층 및 패터닝된다. 다음에, 50nm 내지 500nm 범위의 두께를 갖는 금, 백금, 알루미늄, ti-텅스템, 또는 실리사이드와 같은 전도성 물질층이 상부 전극(16)을 형성하기 위해 적층 및 리프트-오프된다. 마지막으로, 전체 구조체가 산소 플라즈마 에셔(asher)에서 폴리이미드 희생층을 제거하므로써 복구된다.
예
DC 및 RF 특성화는 모두 기밀적으로 밀봉된 저압 헬륨 환경하에서 본 발명의 표준 RF 스위치상에서 수행되었다. 계측된 RF 스위치는 2.0㎛의 에어갭, 150㎛의 스프링 길이(L1), 1.6㎛ 두께의 절연 실리콘 산질화 구조체막, 100㎛ × 50㎛의 초소형 플랫폼, 6㎛ × 10㎛의 접촉 포스트를 갖는 유리 기판상에 제조되었다. DC 테스트로부터, 스위치-온 및 스위치-오프 저항은 각각 1.0ohm 이하와 1012ohm 이상이었다. 이와 같은 스위치는 25V 이하의 전압으로 정전적으로 스위칭되었다. 상기 스위치 개방 및 페쇄 시간은 약 20㎲였다. 높은 작동 전류가 스위치 반응 시간을 감소시킬 수 있음이 관찰되었다. 상기 RF 스위치를 위한 DC 전류 운반 용량은 50mA 이상이었다. 스위치-온 상태에서 소모되는 DC 동력은 약 1.0㎼이며, 대부분 절연막을 통한 DC 전류 누설에 사용된다. RF 프로브 테스트로부터, 상기 RF 스위치가 DC로부터 50GHz의 주파수로 브로드-뱅크 신호를 처리할 수 있으며, 낮은 삽입 손실, 높은 절연 및 낮은 복귀 손실의 경우에서 훨씬 양호한 성능을 갖는다는 사실이 확인되었다. 예를 들어, 삽입 손실이 0.2dB 이하일 경우 800MHz였던 것이 0.5dB일 경우는 20GHz가 되며; 전기 절연이 65dB 이상일 경우 800MHz였던 것이 35dB일 경우는 20GHz가 되며; 복귀 손실이 26dB 이하일 경우 800MHz였던 것이 13dB일 경우는 20GHz가 되었다.
비록, 본 발명이 특정 실시예에 대해 기술되었다 할지라도, 다양한 변화 및 변경이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 당업자에 의해 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 초소형 전기 기계 스위치는 "오프" 상태에서는 우수한 전기 절연을 지속하며 "온" 상태에서는 삽입 손실을 최소화 하고, 큰 부하가 운반된다.

Claims (5)

  1. 기판(12)상에 형성된 초소형 전기 기계 스위치(10)에 있어서,
    앵커 구조체(24), 하부 전극(14), 및 상기 기판상에 형성되고 개방 회로를 형성하는 갭(21)을 갖는 2개의 분리된 신호 라인(18)과;
    상기 앵커 구조체(24)의 한 단부상에 부착되고, 하부 전극(14)을 향해 실질적으로 8각형 방향으로 연장하는 스프링 현수체(22)와;
    상기 스프링 현수체(22)의 제 2 단부에 부착되고, 상기 스프링 현수체로부터 이격된 부위상에 형성되고 상기 신호 라인에서 갭과 마주하도록 위치되는 쇼팅 바아(34)를 갖는 초소형 플랫폼 구조체(20); 및
    상기 신호 라인상에 형성되고, 상기 쇼팅 바아와 마주하도록 위치되며, 상기 쇼팅 바아상에 전압을 선별적으로 적용하므로써 하부 전극을 향해 정전적으로 끌어당길 수 있는 커패시터 구조체를 형성하는 전기 접촉 포스트(32)를 포함하는 초소형 전기 기계 스위치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 초소형 플랫폼(20)은 대칭인 초소형 전기 기계 스위치.
  3. 기판(12)상에 형성된 초소형 전기 기계 RF 스위치(10)에 있어서,
    앵커 구조체(24), 하부 전극(14), 및 기판상에 형성되고 개방 회로를 형성하는 갭(21)을 갖는 2개의 분리된 신호 라인(18)과;
    상기 앵커 구조체(24)의 한 단부상에 부착되고, 하부 전극(14)을 향해 실질적으로 8각형 방향으로 연장하는 스프링 현수체(22)와;
    상기 스프링 현수체(22)의 제 2 단부에 부착되고, 상기 스프링 현수체로부터 이격된 단부상에 형성되고 상기 신호 라인에서 갭과 마주하도록 위치되는 쇼팅 바아(34)를 갖는 플랫폼 구조체(20)와;
    상기 신호 라인(18)상에 형성되고, 상기 쇼팅 바아와 마주하도록 위치되며, 커패시터 구조체를 형성하는 금속 접촉부(32); 및
    상기 하부 전극(14)을 향해 커패시터 구조체를 끌어당기는 정전기력을 발생시키는 상부 전극(16)에 선별적으로 제공되는 전압을 포함하며,
    상기 초소형 플랫폼상의 금속 접촉부는 신호 라인에서 갭을 페쇄하는 초소형 전기 기계 RF 스위치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 초소형 플랫폼(20)은 대칭인 초소형 전기 기계 RF 스위치.
  5. 초소형 전기 기계 스위치(10) 제조 방법에 있어서,
    기판(12)을 형성하는 공정과;
    앵커 구조체(24), 하부 전극(14), 및 상기 기판상에 2개의 분리된 신호 라인(18)을 제공하고, 상기 신호 라인은 개방 회로를 형성하는 갭(21)을 갖는 공정과;
    상기 앵커 구조체(24)의 한 단부상에 스프링 현수체(22)를 부착하고, 하부 전극(14)을 향해 실질적으로 8각형 방향으로 상기 스프링 현수체를 연장시키는 공정과;
    초소형 플랫폼(20)을 상기 스프링 현수체(22)의 제 2 단부에 부착시키는 공정과;
    상기 스프링 현수체(22)로부터 이격 위치된 초소형 플랫폼 구조체의 일부상에, 상기 신호 라인에서 갭과 마주하도록 위치되는 쇼팅 바아(34)를 형성하는 공정과;
    상기 하부 전극을 향해 정기적으로 끌어당길 수 있는 커패시터 구조체를 형성하기 위해 상기 쇼팅 바아(34)와 마주하도록 위치된 신호 라인상에 전기 접촉 포스트(32)를 형성하는 공정을 포함하는 초소형 전기 기계 스위치 제조 방법.
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