радиочастотный микроэлектромеханический переключатель (рч мэмс-переключатель) с гибкой и свободной мембраной переключателя

Формула изобретения

1. Радиочастотный микроэлектромеханический переключатель (РЧ МЭМС-переключатель), содержащий микромеханическое переключающее устройство, выполненное с возможностью приведения в действие между двумя положениями: первым положением (отключенное состояние) и вторым положением (включенное состояние), и активирующее устройство, предназначенное для приведения переключающего устройства в соответствующее положение, отличающийся тем, что микромеханическое переключающее устройство содержит гибкую мембрану (6), свободно поддерживаемую опорным устройством и выполненную с возможностью изгибаться под воздействием активирующего устройства (7) и свободно скользить относительно опорного устройства во время своего перемещения изгиба.

2. РЧ МЭМС-переключатель по п.1, в котором при разомкнутом переключателе гибкая мембрана (6) находится в состоянии покоя в одном из двух, первом или втором положении, предпочтительно в первом положении (отключенное состояние).

3. РЧ МЭМС-переключатель по п.2, содержащий электростатическое устройство для удержания мембраны (6) в состоянии покоя.

4. РЧ МЭМС-переключатель по п.1, в котором мембрана (6) представляет собой емкостной переключающий элемент.

5. РЧ МЭМС-переключатель по п.4, в котором на поверхности подложки (1) находится первый диэлектрический слой (2), причем переключатель содержит опорное устройство, выполненное в виде двух металлических опорных элементов (3), образующих вместе с первым диэлектрическим слоем (2) компланарный волновод, а мембрана (6) свободно поддерживается посредством указанных двух металлических опорных элементов (3).

6. РЧ МЭМС-переключатель по п.5, в котором каждый опорный элемент (3) содержит проход (3b), через который свободно проходит переключающая мембрана (6), а мембрана (6) содержит на обоих концах два участка (6b) большего размера, предназначенных для закрепления мембраны (6) на опорных элементах (3), но не ограничивающих свободное скольжение мембраны (6) относительно опорных элементов (3) во время движения переключения мембраны.

7. РЧ МЭМС-переключатель по п.3, в котором электростатическое устройство содержит третий металлический опорный элемент (4), расположенный между двумя металлическими опорными элементами (3) и используемый в качестве линии сигнала для РЧ сигнала, при этом между мембраной (6) и третьим металлическим опорным элементом (4) находится, по меньшей мере, один второй диэлектрический слой (5).

8. РЧ МЭМС-переключатель по п.7, в котором второй диэлектрический слой (5) нанесен на третий металлический опорный элемент (4).

9. РЧ МЭМС-переключатель по п.8, в котором мембрана (6) контактирует со вторым диэлектрическим слоем (5), когда мембрана (6) находится в состоянии покоя.

10. РЧ МЭМС-переключатель по любому из пп.1-9, в котором активирующее устройство является электростатическим устройством.

11. РЧ МЭМС-переключатель по любому из пп.5-9, в котором активирующее устройство является электростатическим устройством, содержащим два электрода (7), предназначенных для отгибания мембраны от подложки (1), при этом эти два электрода (7) расположены на подложке (1) за пределами компланарного волновода.

12. РЧ МЭМС-переключатель по п.4, в котором при разомкнутом переключателе гибкая мембрана (6) находится в состоянии покоя в одном из двух, первом или втором положении, предпочтительно в первом положении (отключенное состояние).

13. РЧ МЭМС-переключатель по п.12, содержащий электростатическое устройство для удержания мембраны (6) в состоянии покоя.

14. РЧ МЭМС-переключатель по п.12, в котором на поверхности подложки (1) находится первый диэлектрический слой (2), причем переключатель дополнительно содержит два металлических опорных элемента (3), образующих вместе с первым диэлектрическим слоем (2) компланарный волновод, а мембрана (6) свободно поддерживается посредством указанных двух металлических опорных элементов (3).

15. РЧ МЭМС-переключатель по п.14, в котором каждый опорный элемент (3) содержит проход (3b), через который свободно проходит переключающая мембрана (6), а мембрана (6) содержит на обоих концах два участка (6b) большего размера, предназначенных для закрепления мембраны (6) на опорных элементах (3), но не ограничивающих свободное скольжение мембраны (6) относительно опорных элементов (3) во время движения переключения мембраны.

16. РЧ МЭМС-переключатель по п.13, в котором электростатическое устройство содержит третий металлический опорный элемент (4), расположенный между двумя металлическими опорными элементами (3) и используемый в качестве линии сигнала для РЧ сигнала, при этом между мембраной (6) и третьим металлическим опорным элементом (4) находится, по меньшей мере, один второй диэлектрический слой (5).

17. РЧ МЭМС-переключатель по п.16, в котором второй диэлектрический слой (5) нанесен на третий металлический опорный элемент (4).

18. РЧ МЭМС-переключатель по п.17, в котором мембрана (6) контактирует со вторым диэлектрическим слоем (5), когда мембрана (6) находится в состоянии покоя.

19. РЧ МЭМС-переключатель по п.13, в котором на поверхности подложки (1) находится первый диэлектрический слой (2), причем переключатель содержит два металлических опорных элемента (3), образующих вместе с первым диэлектрическим слоем (2) компланарный волновод, а мембрана (6) свободно поддерживается посредством указанных двух металлических опорных элементов (3).

20. РЧ МЭМС-переключатель по п.19, в котором каждый опорный элемент (3) содержит проход (3b), через который свободно проходит переключающая мембрана (6), а мембрана (6) содержит на обоих концах два участка (6b) большего размера, предназначенных для закрепления мембраны (6) на опорных элементах (3), но не ограничивающих свободное скольжение мембраны (6) относительно опорных элементов (3) во время движения переключения мембраны.

21. РЧ МЭМС-переключатель по п.20, в котором электростатическое устройство содержит третий металлический опорный элемент (4), расположенный между двумя металлическими опорными элементами (3) и используемый в качестве линии сигнала для РЧ сигнала, при этом между мембраной (6) и третьим металлическим опорным элементом (4) находится, по меньшей мере, один второй диэлектрический слой (5).

22. РЧ МЭМС-переключатель по п.21, в котором второй диэлектрический слой (5) нанесен на третий металлический опорный элемент (4).

23. РЧ МЭМС-переключатель по п.22, в котором мембрана (6) контактирует со вторым диэлектрическим слоем (5), когда мембрана (6) находится в состоянии покоя.

24. РЧ МЭМС-переключатель по любому из пп.12-23, в котором активирующее устройство является электростатическим устройством.

25. РЧ МЭМС-переключатель по любому из пп.14-23, в котором активирующее устройство является электростатическим устройством, содержащим два электрода (7), предназначенных для отгибания мембраны от подложки (1), при этом эти два электрода (7) расположены на подложке (1) за пределами компланарного волновода.

Описание изобретения к патенту

Область техники

Заявленное изобретение относится к радиочастотным (РЧ) переключателям, выполненным посредством микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Уровень техники

Микроэлектромеханические системы (МЭМС) в настоящее время широко используются в радиочастотных (РЧ) коммуникационных системах, например в фазированных антенных решетках, фазовращателях, переключаемых настраивающих элементах и т.д.

РЧ МЭМС-переключатели, по существу, являются миниатюрными устройствами с применением механического перемещения, вызванного электрическим воздействием, с целью замыкания или размыкания цепи в РЧ линии передачи. Таким образом, РЧ МЭМС-переключатели, по существу, содержат два отдельных устройства:

- микромеханическое устройство, которое, в общем, будем называть «переключающим устройством», и которое может быть приведено в два различных положения: положение отключения, соответствующее отключенному состоянию переключателя, т.е. состоянию, при котором линия передачи разомкнута и не может быть использована для передачи РЧ сигнала, и положению включения, соответствующему включенному состоянию переключателя, т.е. состоянию, при котором линия передачи «замкнута» и может быть использована для передачи РЧ сигнала;

- электрическое устройство, которое будет, в общем, будем называть «активирующим устройством»; причем указанное активирующее устройство обычно служит для создания силы, прилагаемой к механическим переключающим устройствам, чтобы перевести последние в положение включения и/или в положение отключения.

РЧ МЭМС-переключатели можно разделить на несколько категорий в зависимости от применяемых электрических активирующих устройств, а именно электростатические, электромагнитные, пьезоэлектрические или электротермические активирующие устройства. Электростатическая активация является основным, используемым на сегодняшний день, техническим средством, поскольку она позволяет достигать более короткого времени переключения (обычно менее 200 мкс) и практически нулевого потребления энергии. Кроме того, в конструкции РЧ МЭМС-переключателей могут быть скомбинированы различные технологии активации (например, электростатическая блокировка напряжения может быть скомбинирована с термическим приводом).

РЧ МЭМС-переключатели можно также разделить на две категории в зависимости от типа контакта, используемого для переключения линии передачи, а именно «переключатели с контактом металл-металл» или «переключатели с емкостным контактом». Так называемые переключатели с контактом металл-металл (также называемые «переключатели с омическим контактом») обычно используют для переключения сигнала в диапазоне от постоянного тока до 60 ГГц. Емкостные переключатели используют в основном для переключения РЧ сигнала в диапазоне 6 ГГц-120 ГГц.

В настоящее время РЧ МЭМС-переключатели можно также подразделить на две основные категории в зависимости от конструкции микромеханического переключающего устройства.

Первая основная категория включает в себя РЧ МЭМС-переключатели, микромеханическое переключающее устройство которых содержит гибкую мембрану, прикрепленную к подложке переключателя. Вторая категория включает в себя РЧ МЭМС-переключатели, микромеханическое переключающее устройство которых содержит ненагруженный жесткий стержень, свободно установленный на подложке переключателя.

РЧ МЭМС-переключатели с гибкой прикрепленной мембраной

В первой конфигурации гибкая мембрана прикреплена к подложке с обоих концов и, таким образом, образует мостик. МЭМС-переключатели, в которых в качестве переключающего элемента использован гибкий мостик, раскрыты, например, в следующих патентных документах: патентной заявке США No 2004/0091203, патенте США No 6,621,387, европейской патентной заявке ЕР 1343189, заявке PCT WO 2004/076341.

Во второй конфигурации гибкая мембрана прикреплена к подложке только с одного конца и, таким образом, образует консоль. МЭМС-переключатели, в которых в качестве переключающего элемента использована консоль, раскрыты, например, в патенте США No 5,638,946.

Использование РЧ МЭМС-переключателей, имеющих в качестве переключающего элемента прикрепленную гибкую мембрану (мостик или консоль), имеет следующие основные недостатки. Эти переключатели являются очень чувствительными к изменениям температуры и к механическим и/или термическим деформациям подложки (первый основной недостаток). В процессе активации, когда прикрепленная переключающая мембрана деформируется под воздействием силы, созданной активирующим устройством, эта мембрана подвергается высокой механической нагрузке, которая, в свою очередь, значительно сокращает срок службы такого РЧ МЭМС-переключателя (второй основной недостаток).

РЧ МЭМС-переключатели, имеющие ненагруженный и жесткий стержень

РЧ МЭМС-переключатели, имеющие ненагруженный и жесткий стержень, раскрыты, например, в европейской патентной заявке ЕР 1489 639. В этой публикации переключающий элемент представляет собой жесткий стержень, который может свободно перемещаться между положением включения и положением выключения в плоскости, параллельной подложке. В другом варианте жесткий стержень может быть плавающим стержнем, который может свободно перемещаться между положением включения и положением отключения в направлении, перпендикулярном подложке.

В этом типе переключателей успешно устранены указанные выше недостатки РЧ МЭМС-переключателей, имеющих прикрепленную переключающую мембрану. В свою очередь у этих РЧ МЭМС-переключателей, имеющих ненагруженный и жесткий стержень, время переключения (т.е. время, необходимое для перемещения переключающего стержня между положением включения и положением отключения) длиннее. Кроме того, они являются более чувствительными к механическим сотрясениям или вибрациям.

Цели изобретения

Главной целью заявленного изобретения является создание новой конструкции РЧ МЭМС-переключателя.

Дополнительной целью заявленного изобретения является создание нового РЧ МЭМС-переключателя, в котором устранены указанные выше недостатки РЧ МЭМС-переключателей, использующих прикрепленную гибкую мембрану.

Дополнительной целью заявленного изобретения является создание нового РЧ МЭМС-переключателя, с коротким временем переключения по сравнению с вышеуказанными РЧ МЭМС-переключателями, имеющими ненагруженный и жесткий стержень.

Дополнительной целью заявленного изобретения является создание нового РЧ МЭМС-переключателя, менее чувствительного к механическим сотрясениям и вибрациям по сравнению с вышеуказанными РЧ МЭМС-переключателями, имеющими ненагруженный и жесткий стержень.

Сущность изобретения

По меньшей мере, основной вышеуказанной цели достигают посредством РЧ МЭМС-переключателя согласно п.1.

РЧ МЭМС-переключатель согласно изобретению содержит:

- микромеханическое переключающее устройство, выполненное с возможностью приведения в действия между двумя положениями: первым положением (отключенное состояние) и вторым положением (включенное состояние), и

- активирующее устройство, предназначенное для приведения переключающего устройства в соответствующее положение.

Согласно одному главному новому признаку заявленного изобретения микромеханическое переключающее устройство содержит гибкую мембрану, свободно поддерживаемую опорным устройством и способную отгибаться под воздействием активирующего устройства и свободно скользить относительно опорного устройства (3) во время своего перемещения изгиба.

Использованное здесь (в описании и в формуле изобретения) выражение «свободно поддерживаемая» означает, что переключающая мембрана может свободно скользить относительно опорного устройства во время переключающего перемещения мембраны между положением отключения и положением включения.

Краткое описание чертежей

Другие признаки и преимущества заявленного изобретения будут более понятны из последующего подробного описания, приведенного с использованием не исчерпывающего и не ограничивающего примера, и со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

- на фиг.1 представлен в разрезе (в плоскости I-I на фиг.3) вид емкостного РЧ МЭМС-переключателя согласно изобретению, причем переключатель находится в отключенном состоянии,

- на фиг.2 представлен в разрезе вид переключателя, показанного на фиг.1, причем переключатель находится во включенном состоянии,

- на фиг.3 представлен вид сверху емкостного РЧ МЭМС-переключателя, показанного на чертежах, и

- на фиг.4 представлен в разрезе вид переключателя в процессе его изготовления, непосредственно перед последним шагом освобождения.

Подробное раскрытие

На фиг.1-3 показан емкостной РЧ МЭМС-переключатель, выполненный в соответствии с предпочтительным вариантом осуществления заявленного изобретения. Однако для большей ясности следует понимать, что объем заявленного изобретения не ограничен лишь емкостным РЧ МЭМС-переключателем, но включает в себя также РЧ МЭМС-переключатели с омическим контактом. Емкостной РЧ МЭМС-переключатель согласно фиг.1-3 имеет новую конструкцию, которая далее будет раскрыта подробно, и может быть изготовлен с использованием традиционных способов микрообработки поверхности.

Представленный на фиг.1 РЧ МЭМС-переключатель содержит плату 1 (например, изготовленную из кремния), образующую подложку переключателя. На поверхность указанной платы 1 нанесен тонкий диэлектрический слой 2. На диэлектрическом слое 2 переключатель содержит:

- два отстоящих друг от друга и параллельных боковых опорных элемента 3, проходящих в поперечном направлении согласно фиг.1 (см. фиг.3 - направление Y);

- один центральный опорный элемент 4, проходящий в направлении, по существу, параллельном основному направлению боковых опорных элементов 3 (т.е. в поперечном направлении согласно фиг.1 - см. фиг.3), причем указанный центральный опорный элемент 4 расположен между двумя боковыми опорными элементами 3 и предпочтительно посередине между боковыми опорными элементами 3.

В противоположность боковым опорным элементам 3 верхняя поверхность центрального опорного элемента 4 покрыта тонким диэлектрическим слоем 5.

Два боковых опорных элемента 3 и диэлектрический слой 2 образуют компланарный волновод (КПВ), причем два боковых опорных элемента 3 соответствуют линиям заземления. Центральный опорный элемент 4 образует линию сигнала, предназначенную для передачи РЧ электрического сигнала по компланарному волноводу (КПВ).

Боковые и центральные опорные элементы 3, 4 выполнены, например, из такого металла, как золото. Диэлектрический материал для слоев 2 и 5 может быть любым материалом, в частности полимером с очень низкой электрической проводимостью. Например, диэлектрические слои 2 и 5 выполняют из нитрида кремния.

РЧ МЭМС-переключатель дополнительно содержит емкостной переключающий элемент, образованный тонкой гибкой мембраной 6, выполненной из металла, например такого, как алюминий, золото или любой проводящий сплав. Гибкая переключающая мембрана 6 свободно поддерживается, по меньшей мере, боковыми опорными элементами 3.

Представленная на фиг.3 гибкая переключающая мембрана 6 имеет основную центральную часть 6а и два противоположных концевых участка в форме пластинок 6b. В конкретном варианте осуществления, представленном на чертежах, центральная часть 6а является прямоугольной и проходит в поперечном направлении (X) над боковыми опорными элементами 3. Пластинки 6b в поперечном направлении (Y) опорных элементов 3 имеют размер (Е), который превышает ширину (е) прямоугольной части 6а. Форма гибкой мембраны 6 для заявленного изобретения несущественна.

Каждый опорный элемент 3 дополнительно содержит в своей верхней части перемычку 3а с формированием прохода 3b, в котором свободно установлена центральная часть 6а мембраны. Пластинки 6b мембран в сочетании с перемычкой 3а служат средствами крепления для удержания мембраны на опорных элементах 3, не препятствуя свободному перемещению мембраны 6 относительно опорных элементов 3 в процессе нормальной эксплуатации переключателя.

РЧ МЭМС-переключатель дополнительно содержит электростатическое активирующее устройство, предназначенное для изгибания мембраны 6 и образованное двумя боковыми закрытыми электродами 7. В предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг.1-3, закрытые электроды предпочтительно расположены снаружи компланарного волновода (КПВ) под двумя пластинками 6b переключающей мембраны 6. Верхняя поверхность каждого из электродов 7 покрыта диэлектрическим слоем 8 для предотвращения любого омического контакта между пластинками 6b мембраны и электродами 7. Диэлектрический слой 8 может быть заменен любым аналогичным средством, позволяющим избежать омического контакта между пластинками мембраны 6b и электродами 7.

Отключенное состояние

На фиг.1 показана конфигурация РЧ МЭМС-переключателя в отключенном состоянии. В данной конфигурации отключенного состояния никакой электрический активирующий сигнал на электроды 7 не поступает.

В отключенном состоянии мембрана 6 переключателя находится в состоянии покоя и в контакте с диэлектрическим слоем 5. Линия 4 сигнала разомкнута и не может пропускать по компланарному волноводу (КПВ) никакой РЧ сигнал.

Предпочтительно на центральный опорный элемент 4 подается сигнал постоянного тока, предназначенный для приложения к мембране 6 малой электростатической силы (F1) и поддержания хорошего контакта между мембраной 6 и диэлектрическим слоем 5. Указанное напряжение постоянного тока отключенного состояния предпочтительно может быть очень низким (низкое потребление).

Этот подмагничивающий сигнал постоянного тока также эффективен в том случае, если между электрическим слоем 5 и мембраной 6 будет очень маленький начальный зазор, когда мембрана находится в состоянии покоя. В этом случае напряжение подмагничивающего сигнала постоянного тока должно быть достаточным для приложения контактной силы F1 (фиг.1) к центральной части мембраны 6, превосходящей противоположно направленную силу, действующую на мембрану, находящуюся в состоянии покоя.

В отключенном положении мембрана 6 предпочтительно поддерживается в устойчивом положении тремя опорными элементами 3, 4 и, следовательно, является менее чувствительной к механическим вибрациям или сотрясениям по сравнению с РЧ МЭМС-переключателями, в которых использован ненагруженный жесткий стержень (публикация ЕР 1489639).

Предпочтительно, когда мембрана 6 находится в положении отключения, между пластинками 6b и перемычкой 3а боковых опорных элементов 3 все еще остается малый зазор [фиг.3 - размеры (d)]. Следовательно, опорные элементы 3 только поддерживают мембрану 6 в вертикальном направлении (направление Z на фиг.1) и не прикладывают никакого механического усилия к мембране в плоскости (X, Y). Следовательно, в мембране 6 не вызывается никакого механического напряжения со стороны боковых опорных элементов 3, когда мембрана 6 находится в положении выключения.

Включенное состояние

На фиг.2 показана конфигурация РЧ МЭМС-переключателя во включенном состоянии. В этой конфигурации включенного состояния мембрана 6 выгнута в направлении, противоположном подложке 1, и больше не находится в контакте с диэлектрическим слоем 5; линия РЧ сигнала может быть использована для передачи РЧ сигнала.

В этом изогнутом состоянии жесткость мембраны в направлении вне плоскости повышена, что, в свою очередь, повышает устойчивость переключающей мембраны 6 к вибрациям и сотрясениям.

Из выключенного состояния во включенное состояние

Для получения конфигурации включенного состояния к электродам 7 прикладывают сигнал постоянного тока с целью создания электростатических сил (F2) между электродами 7 и пластинками 6b мембраны. Указанные электростатические силы F2 в сочетании с боковыми опорными элементами 3 вызывают такое изгибание мембраны (фиг.2), что центральная часть 6а мембраны 6 отодвигается от диэлектрического слоя 5 (замыкая линию РЧ сигнала).

Следует отметить, что во время такого переключающего перемещения мембраны 6 (а также во время обратного переключающего перемещения из включенного состояния в выключенное состояние) мембрана 6 абсолютно свободно скользит относительно опорных элементов 3 внутри проходов 3b указанных опорных элементов 3.

Благодаря такому свободному перемещению мембраны 6 во время операций переключения в мембране 6 вызывается меньшее механическое напряжение со стороны опорных элементов 3 по сравнению с известными из уровня техники РЧ переключателями, в которых мембрана (мостик или консоль) закреплена на опорной системе. Таким образом, устраняются механическая усталость и ползучесть металла, возникающие при циклических нагрузках в крайних участках мембраны 6, и срок службы мембраны значительно повышается по сравнению с известными из уровня техники РЧ переключателями, в которых используется прикрепленная к подложке мембрана.

Благодаря тому, что мембрана 6 двигается свободно относительно опорных элементов, при воздействии на РЧ МЭМС-переключатель изменений температуры расширение и возвращение в исходное состояние переключающей мембраны 6 не влечет за собой дополнительного прогиба мембраны. Таким образом, РЧ МЭМС-переключатель согласно изобретению не является температурно-зависимым в отличие от известных из уровня техники РЧ МЭМС-переключателей, в которых используется прикрепленная к подложке мембрана.

Кроме того, благодаря использованию абсолютно свободной мембраны 6 эта конструкция не зависит от кривизны подложки (платы). В частности, малые деформации подложки 1, возникшие, например, под воздействием изменений температуры или других механических напряжений или в процессе ее изготовления, не окажут негативного влияния на операции переключения. Следовательно, РЧ МЭМС-переключатель согласно изобретению является менее чувствительным к деформациям подложки по сравнению с известными из уровня техники РЧ переключателями, в которых используется прикрепленная к подложке мембрана.

Обычно, в емкостных МЭМС-переключателях часто случается, что переключающий элемент прилипает к диэлектрическому слою в отключенном состоянии из-за наличия влаги или электростатического заряда диэлектрического слоя. В переключателе согласно изобретению благодаря применению активирующей силы (электростатическая сила F2) для перемещения мембраны 6 в положение включения, проблема прилипания мембраны к диэлектрическому слою 5 решена.

Из включенного состояния в выключенное состояние

Когда приводящий во включенное состояние сигнал постоянного тока электродов 7 ниже заданного порога (напряжение отключения), то к краям (пластинкам 6b) мембраны 6 больше не приложены электростатические активирующие силы F2, и мембрана 6 отгибается назад в положение отключения, показанное на фиг.1. Перемещение мембраны 6 из положения включения (фиг.2) в положение выключения (фиг.1) вызвано силой упругости мембраны 6, имеющей место благодаря естественной жесткости мембраны 6.

Благодаря использованию естественной жесткости мембраны перемещение из включенного состояния в выключенное состояние происходит очень быстро и не требует высоких затрат электроэнергии. Таким образом, время переключения (из положения включения в положение выключения в случае конкретного примера осуществления на фиг.1-3) РЧ МЭМС-переключателя согласно изобретению является очень коротким и не требует никаких затрат электроэнергии по сравнению с РЧ МЭМС-переключателями, в которых использован ненагруженный жесткий переключающий стержень (публикация ЕР 1489639).

Фиг.4 / процесс изготовления

РЧ МЭМС-переключатель, изображенный на фиг.1-3, может быть изготовлен с использованием традиционных технологий микрообработки поверхности (т.е. посредством нанесения и структурирования нескольких слоев на плату).

На фиг.4 представлен РЧ МЭМС-переключатель сразу после процесса изготовления и перед шагом освобождения. Были использованы три жертвенных слоя 9, 10 и 11. Эти жертвенные слои могут быть выполнены из любого материала (металла, полимера, диэлектрического материала).

Один первый жертвенный слой 9 служит для нанесения мембраны 6 на диэлектрический слой 2. На последнем шаге освобождения при удалении жертвенного слоя 9 освобождаются пластинки 6b мембраны 6 и часть мембраны 6, расположенная между боковыми опорными элементами. Другие защитные слои 10 и 11 служат для освобождения мембраны 6 от диэлектрического слоя 5 и от боковых опорных элементов 3 (линии заземления).

В ходе процесса изготовления расстояние между мембраной 6 и диэлектрическим слоем 5 (т.е. толщина жертвенного слоя 10) очень мало. Обычно это расстояние меньше 0,1 мкм. Этим преимущественно обусловлено то, что профиль мембраны 6 и профиль диэлектрического слоя 5 одинаковы. Поскольку в выключенном состоянии мембрана находится в состоянии покоя и не деформирована, а профиль мембраны 6 и профиль диэлектрического слоя 5 одинаковы, то в выключенном положении мембраны 6 между мембраной и диэлектрическим слоем 5 обеспечивается идеальный контакт поверхностей.

Изобретение не ограничено предпочтительным вариантом осуществления, представленным на фиг.1-3, но может быть распространено на все РЧ МЭМС-переключатели, содержащие гибкую переключающую мембрану, которая свободно поддерживается на подложке посредством опорных элементов или подобных им, и которая может выгибаться под воздействием приводного устройства.

Активирующее устройство предпочтительно, но не обязательно представляет собой электростатическое устройство.

Изобретение позволяет создать емкостной РЧ МЭМС-переключатель, имеющий очень низкие параметры активирующего устройства, очень быстрое переключение и улучшенные рабочие РЧ характеристики. Изобретение более конкретно предназначено и представляет основной интерес для создания емкостных РЧ МЭМС-переключателей, которые можно использовать при очень высокой частоте радиосигнала и особенно для радиочастот более 25 ГГц.

Однако изобретение не ограничено только лишь емкостными РЧ МЭМС-переключателями, но может также быть использовано для создания РЧ МЭМС-переключателей с омическими контактами (также обычно называемые «РЧ МЭМС-переключатели с контактом металл-металл»). В РЧ МЭМС-переключателях с омическими контактами согласно изобретению гибкая и свободно поддерживаемая мембрана 6, например, выполнена так, чтобы создавать в положении включения замыкание между одним первым металлическим контактом, расположенным между боковыми опорными элементами 3, и вторым металлическим контактом, который, например, может постоянно находиться в соприкосновении с мембраной 6. В положении отключения мембрана не соприкасается с указанным первым металлическим контактом.

В случае емкостного РЧ МЭМС-переключателя диэлектрический слой 5 может находиться на мембране 6, а не обязательно на линии 4 сигнала. В альтернативном варианте диэлектрический слой может находиться как на линии 4 сигнала, так и на мембране 6.

В предпочтительном варианте осуществления, представленном на фиг.1-3, приводящие электроды 7 расположены под мембраной 6 (т.е. между диэлектрическим слоем 2 и мембраной 6) и за пределами компланарного волновода (КПВ), образованного боковыми опорными элементами 3. Данное расположение электродов имеет следующие преимущества. В конфигурации включенного состояния не существует опасности взаимодействия между электростатическими силами (F2), используемыми для приведения в определенное положение мембраны 6, и РЧ сигналом, передаваемым по компланарному волноводу. Следовательно, поверхность электродов 7 может быть большой, и, в свою очередь, «напряжение включенного состояния», прикладываемое к электродам 7, может быть очень низким. Данное расположение электродов 7, однако, является лишь предпочтительным признаком данного изобретения. В другом варианте изобретения РЧ МЭМС-переключатель может быть выполнен, например, таким образом, что приводящие электроды 7 расположены над мембраной 6.