PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE60302756T2 14.06.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001429413
Titel HF MEMS Schalter
Anmelder Murata Manufacturing Co., Ltd., Nagaokakyo, Kyoto, JP
Erfinder Kawai, Hiroshi, Nagaokayo-shi, Kyoto-fu 617-8555, JP
Vertreter Schoppe, Zimmermann, Stöckeler & Zinkler, 82049 Pullach
DE-Aktenzeichen 60302756
Vertragsstaaten AT, BE, BG, CH, CY, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, FR, GB, GR, HU, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, RO, SE, SI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 18.11.2003
EP-Aktenzeichen 030265623
EP-Offenlegungsdatum 16.06.2004
EP date of grant 14.12.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 14.06.2006
IPC-Hauptklasse H01P 1/12(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01H 59/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mikroelektromechanische HF-System-Schalter (HF-MEMS-Schalter; MEMS = microelectromechanical systems), die in HF-Schaltungsmodulen zusammengefügt sind, für Überwachungsradarabtastgeräte und andere Vorrichtungen.

2. Beschreibung der verwandten Technik

Als ein Beispiel von Schaltvorrichtungen für HF-Signale, wie beispielsweise Millimeterwellen- und Mikrowellensignale, ist ein Nebenschluss-HF-MEMS-Schalter (Nebenschlussschaltvorrichtung) beispielsweise in dem Nicht-Patent-Dokument 1 mit dem Titel „High-Isolation CPW MEMS Shunt Switches-Part1: Modeling," (IEEE Transactions on Microwave Theory Techniques, Bd. 48. Nr. 6, Juni 2000, S. 1045–1052) geschrieben von J. B. Muldavin, Student Member, IEEE u. a. offenbart.

Dieser Typ eines HF-MEMS-Schalters umfasst eine HF-Signalleiteinheit, die an einem Substrat desselben vorgesehen ist. Ferner ist eine Elektrode, die zumindest einem Abschnitt der HF-Signalleiteinheit zugewandt ist, über dem Substrat angeordnet. Bei einem derartigen HF-MEMS-Schalter verändert ein Verschieben der Elektrode zu dem Substrat hin oder von demselben weg unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung die Kapazität zwischen der Elektrode und der HF-Signalleiteinheit.

Ein Reduzieren des Raums zwischen einer Signalleitung, die an der HF-Signalleiteinheit angeordnet ist, und der bewegbaren Elektrode erhöht die Kapazität zwischen der Signalleitung und der bewegbaren Elektrode, wobei so eine Leitung eines HF-Signals der Signalleitung ausgeschaltet wird. Im Gegensatz dazu verringert ein Erhöhen des Raums zwischen der Signalleitung und der bewegbaren Elektrode die Kapazität zwischen der Signalleitung und der bewegbaren Elektrode, wobei so die Leitung des HF-Signals der Signalleitung eingeschaltet wird. Mit anderen Worten schaltet bei diesem HF-MEMS-Schalter ein Variieren der Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode und der Signalleitung durch ein Verschieben der bewegbaren Elektrode eine HF-Signalleitung der HF-Signalleiteinheit ein oder aus.

Da jedoch bekannte HF-MEMS-Schalter eine Schaltvorrichtung umfassen, die mit lediglich einer bewegbaren Elektrode versehen ist, gibt es eine Möglichkeit, dass ein Einfügungsverlust und eine Rückflussdämpfung des Schalters nicht ausreichend reduziert werden können und Trenncharakteristika bzw. Isolationscharakteristika des Schalters nicht ausreichend verbessert werden können.

Ein HF-MEMS-Schalter, der eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden aufweist, ist in „Innovative micromachined microwave switch with very low insertion loss" (Sensors and actuators A, Elsevier Sequoia S. A., Lausanne, CH, Bd. 79, Nr. 1, Januar 2000, S. 71–75), von Chang C. u. a., offenbart.

Zusammenfassung der Erfindung

Um die oben beschriebenen Probleme zu überwinden, sehen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung einen HF-MEMS-Schalter vor, der einen Einfügungsverlust und eine Rückflussdämpfung des Schalters ausreichend reduziert und der Trenncharakteristika bzw. Isolationscharakteristika des Schalters ausreichend verbessert.

Ein HF-MEMS-Schalter gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine HF-Signalleiteinheit, die an dem Substrat angeordnet ist, eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden, wobei ein Raum zwischen denselben in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit vorgesehen und über der HF-Signalleiteinheit angeordnet ist, und eine Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit zum Verschieben der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden zu der gleichen Zeit in die gleiche Richtung zu der HF-Signalleiteinheit hin oder von derselben weg. Wenn alle der bewegbaren Elektroden in die Richtung weg von der HF-Signalleiteinheit durch die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit verschoben werden, um bei einer Position angeordnet zu sein, bei der das Signal eingeschaltet ist, ist eine Leitung des HF-Signals der HF-Signalleiteinheit eingeschaltet. Wenn alle der bewegbaren Elektroden in die Richtung zu der HF-Signalleiteinheit hin durch die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit verschoben werden, um bei einer Position angeordnet zu sein, bei der das Signal ausgeschaltet ist, ist eine Leitung des HF-Signals der HF-Signalleiteinheit ausgeschaltet. Die elektrische Länge der HF-Signalleiteinheit, die zwischen den bewegbaren Elektroden angeordnet ist, ist bestimmt, derart, dass die Amplitude eines kombinierten Signals, das HF-Signale umfasst, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden zugewandt sind, geringer ist als die Amplitude jedes der Signale, die bei den Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden zugewandt sind, wenn die bewegbaren Elektroden bei Positionen angeordnet sind, bei denen das Signal eingeschaltet ist.

Ein HF-MEMS-Schalter gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine HF-Signalleiteinheit, die an dem Substrat angeordnet ist, ein bewegbares Element, das über dem Substrat angeordnet ist, wobei ein Raum zwischen denselben vorgesehen ist, und zumindest einem Abschnitt der HF-Signalleiteinheit zugewandt ist, eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden, die an dem bewegbaren Element angeordnet sind und der HF-Signalleiteinheit zugewandt sind, und eine Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements in die Richtung zu dem Substrat hin oder von demselben weg unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung. Die Mehrzahl von bewegbaren Elektroden ist mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit angeordnet. Die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, definiert eine Übertragungsleitung, die eine Länge aufweist, die geringer oder gleich näherungsweise einem Viertel der Wellenlänge des leitenden HF-Signals der HF-Signalleiteinheit ist, weil die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, eine charakteristische Impedanz liefert, die größer als die Systemimpedanz ist.

Ein HF-MEMS-Schalter gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst ein Substrat, eine HF-Signalleiteinheit, die an dem Substrat angeordnet ist, eine Mehrzahl von bewegbaren Elementen, die mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit angeordnet, über dem Substrat mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum angeordnet und zumindest einem Abschnitt der HF-Signalleiteinheit zugewandt sind, bewegbare Elektroden, die an den entsprechenden bewegbaren Elementen angeordnet sind und der HF-Signalleiteinheit zugewandt sind, und eine Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben der bewegbaren Elemente zu dem Substrat hin oder von demselben weg unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung. Die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, definiert eine Übertragungsleitung, die eine Länge aufweist, die kleiner oder gleich näherungsweise einem Viertel der Wellenlänge des leitenden HF-Signals der HF-Signalleiteinheit ist, weil die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, eine charakteristische Impedanz liefert, die größer als die Systemimpedanz ist.

Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden die folgenden Wirkungen erreicht, da die Mehrzahl von bewegbaren Elektroden mit einem Raum zwischen denselben in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit angeordnet ist. Wenn alle der bewegbaren Elektroden bei Positionen angeordnet sind, bei denen das Signal eingeschaltet ist, werden HF-Signale, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden zugewandt sind, kombiniert. Zwei reflektierte Signale beispielsweise, die miteinander kombiniert werden sollen und die entgegengesetzte Phasen aufweisen, heben einander auf, wenn dieselben kombiniert werden. Somit beträgt die Amplitude des kombinierten Signals, das die reflektierten Signale umfasst, Null. Folglich ist die elektrische Länge für die HF-Signalleiteinheit, die zwischen den bewegbaren Elektroden angeordnet ist (elektrische Länge der HF-Signalleiteinheit, die zwischen den bewegbaren Elektroden positioniert ist), bestimmt, derart, dass die Amplitude eines kombinierten Signals, das HF-Signale umfasst, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden zugewandt sind, geringer ist als die Amplitude von jedem von Signalen, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden zugewandt sind. Somit ist die Amplitude (Energie) eines reflektierten Signals für ein HF-Signal reduziert, wenn eine Leitung des HF-Signals der HF-Signalleiteinheit eingeschaltet ist. Deshalb ist die Rückflussdämpfung reduziert und die Charakteristika des HF-MEMS-Schalters sind verbessert.

Gemäß bevorzugten Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung ist ein bewegbares Element, das in eine Richtung zu der HF-Signalleiteinheit hin oder von derselben weg an dem Substrat unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung verschoben wird, aufgebaut, derart, dass eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden, die an dem bewegbaren Element vorgesehen sind, mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum in die Richtung einer HF-Signalleitung angeordnet ist. Die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, definiert eine Übertragungsleitung, die eine Länge aufweist, die kleiner oder gleich näherungsweise einem Viertel der Wellenlänge des leitenden HF-Signals der HF-Signalleiteinheit ist, derart, dass die HF-Signalleiteinheit, die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden positioniert ist, eine charakteristische Impedanz liefert, die größer als die Systemimpedanz ist. Somit sind der Einfügungsverlust und die Rückflussdämpfung des Schalters reduziert und die Trennungscharakteristika sind verbessert.

Ferner verbraucht ein HF-MEMS-Schalter, der mit einem bewegbaren Element versehen ist, das eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden umfasst, viel weniger Leistung, um wirksam zu sein. Ferner sind die Kosten des HF-MEMS-Schalters dieses Typs lediglich etwas höher als ein HF-MEMS-Schalter, der mit einem bewegbaren Element versehen ist, das mit einer bewegbaren Elektrode versehen ist. Somit sind die Charakteristika des Schalters stark verbessert.

Ferner kann ein Schalter mit einer Mehrzahl von bewegbaren Elementen versehen sein, von denen jedes mit einer bewegbaren Elektrode versehen ist. In diesem Fall wird die Genauigkeit einer Anzeigesteuerung für die bewegbaren Elemente ohne Weiteres verbessert. Somit sind die Charakteristika des Schalters weiter verbessert.

Da zudem ein bewegbares Element, das einen Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, als eine Elektrode für ein niederfrequentes Signal und ein DC-Signal bzw. Gleichstromsignal wirken kann, kann das bewegbare Element selbst als eine Elektrode einer Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit wirken. Somit ist es nicht notwendig, eine Elektrode an dem bewegbaren Element für die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit vorzusehen, wodurch die Struktur und der Herstellungsprozess des HF-MEMS-Schalters vereinfacht ist. Ferner weist das bewegbare Element, das einen Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, einen sehr niedrigen dielektrischen Verlust für ein HF-Signal auf, was den Signalverlust reduziert.

Ferner ist vorzugsweise ein isolierender Film an zumindest einer der Oberflächen der HF-Signalleiteinheit und den bewegbaren Elektroden vorgesehen. In diesem Fall sind die HF-Signalleiteinheit und die bewegbaren Elektroden geschützt. Da ferner die HF-Signalleiteinheit und die bewegbaren Elektroden einander nicht berühren bzw. kontaktieren, kann eine Verhinderung eines Signalverlusts, der durch einen Kontaktwiderstandswert aufgrund eines Kontakts der HF-Signalleiteinheit und den bewegbaren Elektroden bewirkt wird, sichergestellt werden.

Ferner kann die HF-Signalleiteinheit entweder eine koplanare Leitung oder eine Mikrostreifenleitung sein und der HF-MEMS-Schalter kann eine Nebenschluss-Schaltvorrichtung sein. In diesem Fall wird eine Nebenschluss-Schaltvorrichtung zum Ein- oder Ausschalten einer Leitung eines HF-Signals in der koplanaren Leitung oder der Mikrostreifenleitung mit einem sehr niedrigen Einfügungsverlust, einer niedrigen Rückflussdämpfung und einer hohen Trennung durchgeführt.

Ferner kann ein HF-MEMS-Schalter die Leitung des Signals der HF-Signalleiteinheit durch eine Trennung oder einen direkten Kontakt zumindest eines Abschnitts der bewegbaren Elektroden und der HF-Signalleiteinheit, die einander zugewandt sind, ein- oder ausschalten. In diesem Fall ist, da eine LC-Resonanz nicht verwendet wird, ein Schalter erreicht, der ungeachtet der Frequenz des HF-Signals Breitbandtrennungscharakteristika zeigt.

Ferner können die bewegbaren Elektroden zum Liefern der Kapazität zwischen der HF-Signalleiteinheit und den bewegbaren Elektroden und der Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit unabhängig entworfen sein. Somit ist die Flexibilität bei einem Elektrodenentwurf erhöht.

Die obigen und anderen Elemente, Charakteristika, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen klar.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

1A und 1B zeigen einen HF-MEMS-Schalter gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

2A und 2B sind erläuternde Diagramme der Konfiguration eines bewegbaren Elements des HF-MEMS-Schalters gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

3A und 3B sind Modeldiagramme, die schematisch ein Beispiel der Positionsbeziehung bewegbarer Elektroden und einer koplanaren Leitung zeigen, die den HF-MEMS-Schalter gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung definieren;

4A, 4B, 4C und 4D sind Darstellungen eines Beispiels des Betriebs des HF-MEMS-Schalters gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Verwendung von Äquivalentschaltungsdiagrammen bzw. Ersatzschaltungsdiagrammen der bewegbaren Elektroden und der koplanaren Leitung, die den HF-MEMS-Schalter gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung bilden;

5 ist ein Graph, der ein Beispiel der Frequenzcharakteristika eines Einfügungsverlusts, wenn ein Signal durchläuft, zum Erläutern eines Vorteils zeigt, der durch die Struktur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird;

6 ist ein Graph, der ein Beispiel der Frequenzcharakteristika einer Rückflussdämpfung, wenn das Signal durchläuft, zum Erläutern eines Vorteils zeigt, der durch die Struktur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird;

7 ist ein Graph, der ein Beispiel der Frequenzcharakteristika einer Trennung bzw. Isolation, wenn das Signal blockiert ist, zum Erläutern eines Vorteils zeigt, der durch die Struktur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erhalten wird;

8 ist ein Graph, der ein Beispiel der Beziehung zwischen der Frequenz und dem dielektrischen Verlust (tan&dgr;) eines Halbleiters mit hohem spezifischem Widerstand durch ein Vergleichen derselben mit der Beziehung zwischen der Frequenz und einem dielektrischen Verlust von Glas zeigt;

9 ist eine Darstellung zum Erläutern eines HF-MEMS-Schalters gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

10A und 10B sind Äquivalentschaltungsdiagramme zum Erläutern eines Beispiels des Betriebs eines Schalters von einem Typ, bei dem eine Leitung eines HF-Signals der HF-Signalleiteinheit durch eine Trennung oder einen direkten Kontakt der bewegbaren Elektroden und der HF-Signalleiteinheit ein- oder ausgeschaltet wird;

11A und 11B sind Darstellungen zum Erläutern eines Beispiels der Konfiguration eines bewegbaren Elements eines HF-MEMS-Schalters, das mit lediglich einer bewegbaren Elektrode versehen ist;

12A und 12B sind Modelldiagramme, die ein Beispiel der Positionsbeziehung zwischen der bewegbaren Elektrode, die an dem in 11 gezeigten bewegbaren Element vorgesehen ist, und einer koplanaren Leitung zeigen;

13A und 13B sind Äquivalentschaltungsdiagramme der bewegbaren Elektrode und koplanaren Leitung des HF-MEMS-Schalters, der die in 11A gezeigte Struktur aufweist; und

14A und 14B sind schematische Diagramme zum Erläutern eines Ein- oder Ausschaltens einer Signalleitung des HF-MEMS-Schalters, der die in 11A und 12A gezeigte Struktur aufweist.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben.

1A ist eine schematische Draufsicht, die einen HF-MEMS-Schalter 1 gemäß einem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt. 1B ist eine schematische Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' in 1A genommen ist.

Der HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist in einer HF-Schaltung zusammengefügt und definiert eine Schaltvorrichtung für eine koplanare Leitung. Der HF-MEMS-Schalter 1 umfasst vorzugsweise ein Substrat 2 (beispielsweise ein Siliziumsubstrat oder ein Saphirsubstrat) und eine koplanare Leitung (Koplanar-Wellenleiter-Leitung (CPW-Leitung; CPW = Coplanar Waveguide)) 3, die eine HF-Signalleiteinheit definiert, ist an dem Substrat 2 angeordnet. Die koplanare Leitung 3 ist eine Leitung zum Übertragen eines HF-Signals und umfasst eine Signalleitung 3s und zwei Masseleitungen 3g1 und 3g2. Die Signalleitung 3s ist zwischen den Masseleitungen 3g1 und 3g2 angeordnet, aber befindet sich nicht in Kontakt mit denselben. Die Signalleitung 3s und die Masseleitungen 3g1 und 3g2 sind vorzugsweise aus beispielsweise leitenden Filmen hergestellt, die aus Gold (Au) oder anderen geeigneten Materialien hergestellt sind. Die Dicke der Signalleitung 3s und der Masseleitungen 3g1 und 3g2 ist auf eine erwünschte Dicke festgelegt. Die Dicke beträgt vorzugsweise z. B. näherungsweise 2 &mgr;m. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel fließt z. B. ein HF-Signal von zumindest etwa 5 GHz in der koplanaren Leitung 3.

Ein oberes Bauglied (z. B. ein Glassubstrat) 4 ist über dem Substrat 2 mit einem Raum zwischen denselben angeordnet. Das obere Bauglied 4 ist über dem Substrat 2 mit Fixiereinheiten 5 (5a und 5b) zwischen denselben fixiert. Ein bewegbares Element 6 ist in dem Raum zwischen dem Substrat 2 und dem oberen Bauglied 4 angeordnet. Das bewegbare Element 6 ist von dem oberen Ende der, koplanaren Leitung 3 getrennt und ist Abschnitten der Signalleitung 3s und der Masseleitungen 3g1 und 3g2 der koplanaren Leitung 3 zugewandt. Das bewegbare Element 6 ist durch das obere Bauglied 4 mit Trägern 7 (7a und 7b) und Haltern 8 (8a und 8b) getragen, die zwischen denselben angeordnet sind, derart, dass das bewegbare Element 6 zu dem Substrat 2 hin oder von demselben weg verschoben werden kann.

Das bewegbare Element 6 ist vorzugsweise ein Rahmen und zwei bewegbare Elektroden 10 (10a und 10b), die z. B. durch leitende Filme definiert sind, die aus Gold (Au) oder einem anderen geeigneten Material hergestellt sind, sind an der Oberfläche an der Seite des Substrats 2 des bewegbaren Elements 6 angeordnet. Die bewegbaren Elektroden 10a und 10b sind mit einem Raum zwischen denselben in die Richtung einer Signalleitung der koplanaren Leitung 3 (Längsrichtung der Signalleitung 3s) angeordnet. 2A ist eine schematische perspektivische Ansicht der Konfiguration des bewegbaren Elements 6, das über dem Substrat 2 angeordnet ist, zusammen mit den Trägern 7 (7a und 7b) und den Haltern 8 (8a und 8b). 2B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' in 2A genommen ist.

3A ist eine vereinfachte Darstellung, die die Positionsbeziehung des bewegbaren Elements 6, der bewegbaren Elektrode 10 (10a und 10b) und der koplanaren Leitung 3 von dem oberen Bauglied 4 aus betrachtet zeigt. 3B ist eine Darstellung, die die Positionsbeziehung der bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 von der Seite aus betrachtet zeigt. Wie es in 3A und 3B gezeigt ist, sind die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet, um die Masseleitung 3g1, die Signalleitung 3s und die Masseleitung 3g2 der koplanaren Leitung 3 zu kreuzen und der Signalleitung 3s und den Masseleitungen 3g1 und 3g2 mit einem Raum zwischen denselben zugewandt zu sein.

Obwohl die Breiten der Signalleitung 3s und der Masseleitungen 3g1 und 3g2 und die Räume zwischen denselben nicht speziell begrenzt sind, wie es beispielsweise in 3A gezeigt ist, sind die Breite W1 des Raums (Zwischenraums) zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g1 und die Breite W3 des Raums (Zwischenraums) zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g2 in einem Bereich, der zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist, durch W1 = W3 = in etwa 41 &mgr;m dargestellt und die Breite W2 der Signalleitung 3s in dem Bereich, der zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist, ist durch W2 = in etwa 30 &mgr;m dargestellt. Die Breite W4 des Raums zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g1 und die Breite W6 des Raums zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g2 in einem Bereich, der nicht zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist, sind jedoch durch W4 = W6 = in etwa 31 &mgr;m dargestellt und die Breite W5 der Signalleitung 3s in dem Bereich, der nicht zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist, ist durch W5 = in etwa 50 &mgr;m dargestellt. Folglich ist bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Breite der Signalleitung 3s in dem Bereich, der zwischen den bewegbaren Elektrode 10a und 10b angeordnet ist, geringer als die Breite der Signalleitung 3s in dem Bereich, der nicht zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist. Ferner beträgt die Gesamtlänge der Signalleitung 3s in dem HF-MEMS-Schalter 1 vorzugsweise in etwa 2 &mgr;m.

Wie es in 1B gezeigt ist, sind bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel isolierende Schutzfilme 11 an der Oberfläche der bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) angeordnet. Die isolierenden Filme 11 sind zum Beispiel vorzugsweise aus isolierenden Materialien hergestellt, wie beispielsweise Siliziumnitrid (SiN) oder anderen geeigneten Materialien. Die isolierenden Filme 11 sind sehr dünne Filme und weisen eine Dicke von zum Beispiel näherungsweise 0,1 &mgr;m auf.

Das obere Bauglied 4 umfasst eine Ausnehmung 4a in einem Abschnitt, der dem bewegbaren Element 6 zugewandt ist, und feste Elektroden 12 (12a und 12b), die dem bewegbaren Element 6 zugewandt sind, sind an der inneren Oberfläche der Ausnehmung 4a vorgesehen. Durchgangslöcher 13a, 13b und 13c sind in der Oberfläche des oberen Bauglieds 4 angeordnet. Die Durchgangslöcher 13a und 13b erstrecken sich von der Oberfläche des oberen Bauglieds 4 zu den festen Elektroden 12a bzw. 12b. Das Durchgangsloch 13c erstreckt sich von der Oberfläche des oberen Bauglieds 4 zu dem Halter 8b. Elektrodenanschlussflächen 14a, 14b und 14c sind an der Oberfläche des oberen Bauglieds 4 angeordnet und sind mit den Durchgangslöchern 13a, 13b bzw. 13c verbunden.

Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das bewegbare Element 6 vorzugsweise aus einem Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt. Der Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand wirkt als ein Isolator für ein HF-Signal (z. B. ein Signal von näherungsweise 5 GHz oder mehr) und wirkt als eine Elektrode für ein niederfrequentes Signal (z. B. ein Signal von näherungsweise 100 kHz oder weniger) und ein DC-Signal bzw. Gleichstromsignal. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand, der das bewegbare Element 6 definiert, einen spezifischen Widerstand in dem Bereich von etwa 1000 &OHgr;cm bis etwa 10000 &OHgr;cm auf. Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Träger 7 und die Halter 8 vorzugsweise aus den gleichen Materialien hergestellt.

Silizium mit hohem spezifischen Widerstand, das ein Beispiel des Halbleiters mit hohem spezifischen Widerstand ist, weist die folgenden Charakteristika eines dielektrischen Verlustes (tan&dgr;) auf. Wie es durch die durchgezogene Linie B in 8 gezeigt ist, erhöht sich bei höheren Frequenzen der dielektrische Verlust eines Isolators, der aus Glas hergestellt ist, wenn sich die Frequenz erhöht. Obwohl das Silizium mit hohem spezifischen Widerstand als ein Isolator bei höheren Frequenzen wirkt, verringert sich jedoch der dielektrische Verlust des Siliziums mit hohem spezifischen Widerstand, wenn sich die Frequenz verringert, wie es durch die durchgezogene Linie A in 8 gezeigt ist. In 8 stellt die durchgezogene Linie A Werte für ein Silizium mit hohem spezifischen Widerstand dar, das einen spezifischen Widerstand von etwa 2000 &OHgr;cm aufweist. Werte in einem Bereich, der durch die durchgezogene Linie a eingekreist ist, sind experimentelle Werte und die anderen sind Referenzwerte. Werte, die durch die durchgezogene Linie B dargestellt sind, sind Referenzwerte für Pyrex (eingetragene Marke) Glas.

Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel fließt ein HF-Signal von zumindest etwa 5 GHz in der koplanaren Leitung 3 und die Charakteristika eines dielektrischen Verlusts mit Bezug auf das HF-Signal des bewegbaren Elements 6, das aus dem Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt ist, sind äquivalent zu den Charakteristika eines dielektrischen Verlusts eines bewegbaren Elements, das aus einem Isolator hergestellt ist, oder denselben überlegen.

Wie es oben beschrieben ist, definieren bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, da das bewegbare Element 6, das aus dem Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt ist, selbst als eine Elektrode für ein DC-Signal (eine DC-Spannung) wirkt, das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12a und 12b eine Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements 6. Genauer gesagt erzeugt ein Anlegen einer externen DC-Spannung (z. B. näherungsweise 5 V) zwischen das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 (12a und 12b) über die Elektrodenanschlussflächen 14a, 14b und 14c und die Durchgangslöcher 13a, 13b und 13c eine elektrostatische Anziehung zwischen dem bewegbaren Element 6 und den festen Elektroden 12. Wie es durch die Pfeile B in 1B gezeigt ist, wird das bewegbare Element 6 durch diese elektrostatische Anziehung zu den festen Elektroden 12 hin angezogen. Folglich verschiebt die elektrostatische Anziehung, die zwischen dem bewegbaren Element 6 und den festen Elektroden 12 erzeugt wird, das bewegbare Element 6. Mit anderen Worten definieren bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 eine Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit zum Verschieben der bewegbaren Elektroden 10a und 10b zu der gleichen Zeit zu der koplanaren Leitung 3 hin oder von derselben weg.

Wenn ferner bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die externe DC-Spannung nicht zwischen das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 (12a und 12b) angelegt ist, sind die isolierenden Filme 11 an den bewegbaren Elektroden 10 in Kontakt mit der koplanaren Leitung 3 oder befinden sich in enger Nähe zu derselben. Wenn sich die isolierenden Filme 11 an den bewegbaren Elektroden 10 in Kontakt mit oder in enger Nähe zu der koplanaren Leitung 3 befinden, ist der Raum zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 sehr klein und die Dicke des Raums ist im Wesentlichen die gleiche wie die Dicke der isolierenden Filme 11 (z. B. 0,1 &mgr;m), wobei so die Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 erhöht wird.

Wie es beispielsweise in 11A und 11B gezeigt ist, ist ein bekannter HF-MEMS-Schalter mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen. 11A ist eine schematische perspektivische Ansicht, die ein Beispiel der Konfiguration des bewegbaren Elements 6, das an dem Substrat 2 angeordnet ist, zusammen mit Trägern 7 (7a und 7b) und Haltern 8 (8a und 8b) bei dem bekannten HF-MEMS-Schalter zeigt, der mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen ist. 11B ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie A-A' in 11A genommen ist.

Die Positionsbeziehung der einen bewegbaren Elektrode 10 und der koplanaren Leitung 3 ist in einer Draufsicht in 12A, einer Seitenansicht in 12B und einer perspektivischen Ansicht in 14A gezeigt. Ferner ist 13A ein Äquivalentschaltungsdiagramm der bewegbaren Elektrode 10 und der koplanaren Leitung 3, die in 12B gezeigt sind. In den Zeichnungen stellt C1 die Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 10 und der Masseleitung 3g1 dar, stellt C2 die Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 10 und der Masseleitung 3g2 dar und stellt C3 die Kapazität zwischen der bewegbaren Elektrode 10 und der Signalleitung 3s dar. Ferner stellen LS1 und RS1 die Induktivität bzw. den Widerstandswert der bewegbaren Elektrode 10 an der Seite der Masseleitung 3g1 dar. LS2 und RS2 stellen die Induktivität bzw. den Widerstandswert der bewegbaren Elektrode 10 an der Seite der Masseleitung 3g2 dar. Die in 13A gezeigte Äquivalentschaltung ist, wie es in 13B (14B) gezeigt ist, durch eine systematische Anordnung dargestellt. Die Kapazität C wird durch die Gleichung C = 1/((1/(C1 + C2)) + (1/C3)) berechnet, die Induktivität LS wird durch die Gleichung LS = 1/((1/LS1) + (1/LS2)) berechnet und der Widerstandswert RS wird durch die Gleichung RS 1/((1/RS1) + (1/RS2)) berechnet.

Wenn lediglich auf eine der bewegbaren Elektroden 10 bei dem HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel geachtet wird, ist eine Äquivalentschaltung einer der bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 dargestellt, wie es oben beschrieben ist. Da jedoch die zwei bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) mit einem Raum zwischen demselben in die Richtung einer Signalleitung der koplanaren Leitung 3 bei dem ersten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, ist eine Äquivalentschaltung der bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3 dargestellt, wie es in 4A gezeigt ist.

Der HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist entworfen, derart, dass eine Erhöhung bei der Kapazität C zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 aufgrund des verringerten Raums zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3, der dadurch bewirkt wird, dass das bewegbare Element 6 zu dem Substrat 2 hin abgesenkt ist, bewirkt, dass die Reihen-LC-Resonanzfrequenz f bei der in 4A gezeigten Äquivalentschaltung näherungsweise der Frequenz eines HF-Signals gleicht, das in der Signalleitung 3s fließt (mit anderen Worten f = 1/{2&pgr;√(LS·CDOWN)} wobei CDOWN die Äquivalentreihenkapazität darstellt, wenn die bewegbaren Elektroden 10 abgesenkt sind). Im Allgemeinen ist der bekannte HF-MEMS-Schalter, der mit der lediglich einen bewegbaren Elektrode 10 versehen ist, die in 11A gezeigt ist, in der gleichen Weise wie die in 13B gezeigte Äquivalentschaltung entworfen.

Infolge dessen verringert sich, wenn die bewegbaren Elektroden 10 abgesenkt sind, die Impedanz der LC-Schaltung bei einem Betrachten der Masseseite von der Seite der Signalleitung 3s aus durch die bewegbaren Elektroden 10 (die Impedanz zwischen der Signalleitung 3s der koplanaren Leitung 3 nahe den bewegbaren Elektroden 10 und der Masse) auf einen sehr kleinen Wert, wie beispielsweise Rs = etwa 0,1 bis in etwa 1 &OHgr;. Mit anderen Worten tritt ein Zustand, der äquivalent zu einem Kurzschluss ist, bei einem Betrachten der Masseseite von der Signalleitung 3s durch die bewegbaren Elektroden 10 auf. Folglich wird ein Leiten des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 bei Positionen der koplanaren Leitung 3 reflektiert, die den bewegbaren Elektroden 10 zugewandt sind, wie es durch die Pfeile D in dem Äquivalentschaltungsdiagramm in 4B gezeigt ist, und eine Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist ausgeschaltet.

Ferner reduziert ein Verschieben des bewegbaren Elements 6 in eine Richtung weg von dem Substrat 2, d. h. ein Verschieben des bewegbaren Elements 6 nach oben und ein Erhöhen des Raums zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 auf beispielsweise bis zu näherungsweise 3 &mgr;m die Kapazität C zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3, wodurch die Impedanz bei einem Betrachten der Masseseite von der Seite der Signalleitung 3s aus durch die bewegbaren Elektroden 10 erheblich erhöht wird. Mit andern Worten tritt ein Zustand, der äquivalent zu einer offenen Schaltung ist, bei einem Betrachten der Masseseite von der Signalleitung 3s aus durch die bewegbaren Elektroden 10 auf. Folglich ist die Signalleitung der koplanaren Leitung 3 eingeschaltet, wie es durch den Pfeil U gezeigt ist, der in dem Äquivalentschaltungsdiagramm in 4C gezeigt ist.

Mit anderen Worten wird bei dem HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel, wenn die bewegbaren Elektroden 10 nahe an die koplanare Leitung 3 verschoben sind, um bei Positionen angeordnet zu sein, bei denen das Signal ausgeschaltet ist, das HF-Signal in der koplanaren Leitung 3 bei Positionen reflektiert, die den bewegbaren Elektroden 10 zugewandt sind, um die Leitung des HF-Signals auszuschalten. Wenn ferner die bewegbaren Elektroden 10 in die Richtung weg von der koplanaren Leitung 3 verschoben werden, um bei Positionen angeordnet zu sein, bei denen das Signal eingeschaltet ist, ist die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 eingeschaltet.

Bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel definiert die koplanare Leitung 3, die zwischen den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, eine Übertragungsleitung mit einer Länge, die kleiner oder gleich näherungsweise einem Viertel der Wellenlänge des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist, weil die koplanare Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, eine charakteristische Impedanz liefert, die höher als die Systemimpedanz ist. Somit definiert die koplanare Leitung 3, die zwischen den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, eine Anpassungsschaltung.

Genauer gesagt sind die charakteristische Impedanz und die Leitungslänge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, optimal entworfen, um das Signal am einfachsten durchzulassen, mit anderen Worten, um eine Reflexion stark zu reduzieren, wenn die bewegbaren Elektroden 10 angehoben sind, gemäß den folgenden Gleichungen: Z1 = Z0/sin&thgr;(1) 1/(&ohgr;CUP) – &ohgr;LS = Z0/cos&thgr;(2).

Z0 stellt hier die Systemimpedanz dar. &thgr; stellt die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, dar und &lgr;/4 (&lgr; stellt die Wellenlänge eines leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 dar) wird erhalten, wenn &thgr; in etwa 90 Grad beträgt. Ferner stellt &ohgr; eine Winkelfrequenz des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 dar. CUP stellt die Äquivalentreihenkapazität jeder der bewegbaren Elektroden 10a und 10b dar, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angehoben sind. LS stellt die Äquivalentreiheninduktivität jeder der bewegbaren Elektrode 10a und 10b dar.

Mit anderen Worten ist bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, entworfen, derart, dass die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angehoben sind (wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b bei Positionen angeordnet sind, bei denen das Signal eingeschaltet ist), näherungsweise gleich einem Viertel der Wellenlänge &lgr; des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist oder sich innerhalb einer erwünschten Toleranz angesichts der Kapazität CUP zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3 befindet, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angehoben sind. Hier ist die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, zu der physischen Länge derselben unterschiedlich. Die elektrische Länge ist die elektrische Länge für ein leitendes HF-Signal der koplanaren Leitung 3 und variiert gemäß einer Frequenz des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3. Ferner ist die Kapazität C (CUP) zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3 durch die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3 beeinflusst, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist. Somit ist die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, aufgrund der Beteiligung der C (CUP) größer als die physische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist.

Da bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, (hier die elektrische Länge für die koplanare Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a10b angeordnet ist) angesichts der Kapazität C (CUP) der bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3 festgelegt ist, um näherungsweise gleich einem Viertel der Länge des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 zu sein, oder sich innerhalb der erwünschten Toleranz befindet, ist eine Reflexion des HF-Signals erheblich reduziert, wenn die beweglichen Elektroden 10a und 10b angehoben sind. Dies rührt von dem folgenden Grund her.

Da sehr wenig Kapazität CUP zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 erzeugt wird, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angehoben sind (wenn die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 eingeschaltet ist), wird ein Abschnitt bzw. Teil des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 durch die bewegbaren Elektroden 10a und 10b an Positionen der koplanaren Leitung 3 reflektiert, wie es durch die Pfeile d in 4C gezeigt ist. Da bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b vorgesehen sind, kehrt, wenn das HF-Signal in die Richtung von der bewegbaren Elektrode 10 zu der bewegbaren Elektrode 10b durchläuft, ein HF-Signal (reflektiertes Signal Sb), das bei einer Position der koplanaren Leitung 3 reflektiert wird, die der bewegbaren Elektrode 10b zugewandt ist, zu der bewegbaren Elektrode 10a hin zurück, sodass das HF-Signal (reflektierte Signal Sb) mit einem HF-Signal (reflektierten Signal Sa) kombiniert wird, das bei einer Position der koplanaren Leitung 3 reflektiert wird, die der bewegbaren Elektrode 10a zugewandt ist.

Da bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, näherungsweise gleich einem Viertel der Wellenlänge des HF-Signals ist, eilt das reflektierte Signal Sb dem reflektierten Signal Sa um näherungsweise &lgr;/2 bei dem Prozess einer Kombination des reflektierten Signals Sb und des reflektierten Signals 5a voraus. Mit anderen Worten, wenn das reflektierte Signal Sa eine Wellenform aufweist, die durch die durchgezogene Linie Sa in 4D gezeigt ist, weist das reflektierte Signal Sb, das mit dem reflektierten Signal Sa kombiniert ist, eine Wellenform auf, die durch die durchgezogene Linie Sb in 4D gezeigt ist. Das reflektierte Signal Sb weist eine Phase auf, die näherungsweise entgegengesetzt zu dem reflektierten Signal Sa ist. Somit heben die reflektierten Signale Sa und Sb einander auf, wenn dieselben miteinander kombiniert sind, derart, dass die Amplitude des kombinierten Signals näherungsweise Null ist.

Da folglich der HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b versehen ist und die elektrische Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, näherungsweise gleich einem Viertel der Wellenlänge des HF-Signals bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist, ist die Amplitude des kombinierten reflektierten Signals, wenn die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 eingeschaltet ist, aufgrund der Kombination der reflektierten Signale Sa und Sb stark reduziert verglichen mit dem bekannten HF-MEMS-Schalter, der lediglich eine bewegbare Elektrode 10 umfasst und bei dem lediglich ein reflektiertes Signal erzeugt wird, wie es durch den Pfeil D in 14A gezeigt ist.

Ein spezifisches Beispiel des optimalen Entwurfs wird nun mit Bezug auf 3A beschrieben. Hier Z0 = 50 &OHgr; (z. B. beträgt die Leitungsbreite W5 der Signalleitung 3s in etwa 50 &mgr;m und die Breite W4 des Raums (Zwischenraums) zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g1 und die Breite W6 des Raums (Zwischenraums) zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g2 betragen in etwa 31 &mgr;m), &thgr; = 53° (beispielsweise beträgt die Länge l2 der Signalleitung 3s, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, in etwa 232 &mgr;m und die Frequenz eines HF-Signals beträgt in etwa 76,5 GHz), Z1 = 63 &OHgr; (beispielsweise beträgt die Leitungsbreite W2 der Signalleitung 3s, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, in etwa 30 &mgr;m und die Breite W1 des Raums zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g1 und die Breite W3 des Raums zwischen der Signalleitung 3s und der Masseleitung 3g2 betragen in etwa 41 &mgr;m), l1 = 844 &mgr;m. l3 = 924 &mgr;m, Rs = 0,25 &OHgr;, CUP = 20 fF und LS = 43,28 pH. In diesem Fall ist die Beziehung zwischen der Frequenz des HF-Signals und dem Einfügungsverlust durch die Kennlinie a in 5 dargestellt und die Beziehung zwischen der Frequenz des HF-Signals und der Rückflussdämpfung ist durch die Kennlinie a in 6 dargestellt. Hier ist 3A ein schematisches Diagramm und die Längen von l1, l2 und l3 in 3A entsprechen nicht dem oben erwähnten Werten.

Die Kennlinien b in 5 und 6 stellen die Frequenzcharakteristika des Einfügungsverlusts bzw. die Frequenzcharakteristika der Rückflussdämpfung des bekannten HF-MEMS-Schalters dar, der in 11 gezeigt ist und der mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen ist. Die Kennlinien b werden unter den Bedingungen erhalten, dass Z0 = 50 &OHgr; und Rs = 0,25 &OHgr;, CUP = 20 fF und LS = 43,28 pH, wie es oben beschrieben ist, und die Längen l1 und l2 die in 11A gezeigt sind, festgelegt sind als: l1 = 1000 &mgr;m und l2 = 1000 &mgr;m.

Wie es in 5 und 6 gezeigt ist, unterdrückt bei dem HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Verschieben der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) zu der gleichen Zeit die Rückflussdämpfung der Wellenlänge des HF-Signals stark, das zu der koplanaren Leitung 3 eingegeben wird und bei 76,5 GHz zentriert ist, und reduziert ferner stark den Einfügungsverlust verglichen mit dem bekannten HF-MEMS-Schalter, der mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen ist.

Zudem ist bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das Signal blockiert, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b abgesenkt sind. Die Kennlinie a in 7 stellt die Trennungscharakteristika dar. Im Gegensatz dazu stellt die Kennlinie b in 7 die Trennungscharakteristika des bekannten HF-MEMS-Schalters dar, der mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen ist. Wie es durch die Kennlinien a und b gezeigt ist, verbessert der HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Trennungscharakteristika stark verglichen mit dem bekannten HF-MEMS-Schalter, der mit lediglich einer bewegbaren Elektrode 10 versehen ist. Hier stellen die in 7 gezeigten Kennlinien a und b Trennungen bzw. Isolationen dar, die unter den gleichen Bedingungen für die Kennlinien a und b erhalten werden, die in 5 bzw. 6 gezeigt sind, mit der Ausnahme von CDOWN = 100 fF.

Wie es oben beschrieben ist reduziert der HF-MEMS-Schalter 1 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel den Einfügungsverlust und die Rückflussdämpfung des Schalters stark und verbessert die Trennungscharakteristika des Schalters stark.

Ferner kann bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel die Struktur der Träger 7 und der Halter 8, die das bewegbare Element 6 tragen, das mit den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b versehen ist, auf eine ähnliche Weise wie dieselbe des bekannten HF-MEMS-Schalters gebildet sein, der mit der einen bewegbaren Elektrode 10 versehen ist. Ferner wird ein Ein- oder Ausschalten durch ein Betreiben der bewegbaren Elektroden 10a und 10b zu der gleichen Zeit mit einem stark reduzierten Leistungsverbrauch durchgeführt.

Ferner umfasst bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel das bewegbare Element 6 vorzugsweise einen Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand. Somit definiert das bewegbare Element 6 selbst eine Elektrode der Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit, wie es oben beschrieben ist. Somit gibt es keinen Bedarf, eine Elektrode an dem bewegbaren Element 6 vorzusehen, um die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zu definieren, wodurch die Struktur und der Herstellungsprozess des HF-MEMS-Schalters 1 vereinfacht sind. Folglich sind die Kosten des HF-MEMS-Schalters stark reduziert.

Das bewegbare Element 6, das den Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, definiert ferner einen Isolator für ein HF-Signal und der dielektrische Verlust (tan&dgr;) des bewegbaren Elements 6 ist kleiner oder gleich desselben des Isolators, was den Ausbreitungsverlust des HF-Signals reduziert. In den letzten Jahren hat sich die Frequenz von Signalen erhöht. Ein erhöhter dielektrischer Verlust des bewegbaren Elements, das aus dem Isolator in dem höheren Frequenzbereich gebildet ist (man nehme Bezug auf die durchgezogene Linie B in 8), erhöht den Ausbreitungsverlust des Signals durch das bewegbare Element in unvorteilhafter Weise. Da das bewegbare Element 6 gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel den Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, ist der dielektrische Verlust des bewegbaren Elements 6 jedoch reduziert, wenn sich die Frequenz des Signals erhöht (man nehme Bezug auf die durchgezogene Linie A in 8). Somit ist der Ausbreitungsverlust des Signals durch das bewegbare Element 6 durch ein Erhöhen der Frequenz des Signals reduziert. Folglich wird die Anordnung gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel in der Zukunft sogar noch nützlicher.

Falls die koplanare Leitung 3 und die bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) direkt miteinander gekoppelt wären, obwohl ein Schalter, der ungeachtet der Frequenz eines HF-Signals Breitbandtrennungscharakteristika zeigt, vorgesehen sein könnte, würde der Widerstandswert RS durch eine Kontaktwiderstandskomponente erhöht, die zu dem Widerstand RS hinzugefügt ist, und der Signalverlust wäre somit erhöht. Da bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel jedoch die koplanare Leitung 3 und die bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) miteinander gekoppelt sind, wobei sich die Kapazität zwischen denselben befindet, ist ein Kontaktwiderstandswert zwischen der koplanaren Leitung 3 und den bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) eliminiert, was dadurch den Signalverlust stark unterdrückt.

Ein zweites bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Bei der Beschreibung des zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die gleichen Elemente wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen der gleichen Elemente werden hier weggelassen.

Bei dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel sind das Durchgangsloch 13c und die Elektrodenanschlussfläche 14c, die in 1 gezeigt sind, zum leitfähigen Verbinden des bewegbaren Elements 6 mit der Außenseite desselben, weggelassen. Bei dieser Struktur ist das bewegbare Element 6 elektrisch schwebend (floating). Die Struktur gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist derselben bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit dieser Ausnahme ähnlich. Somit werden Vorteile erreicht, die denselben bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel ähnlich sind. Ferner ist die Struktur gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel, bei der das Durchgangsloch 13c und die Elektrodenanschlussfläche 14c weggelassen sind, einfacher als die Struktur gemäß dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel und somit sind die Herstellungskosten reduziert.

Ein drittes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Bei der Beschreibung des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels sind die gleichen Elemente wie dieselben bei dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel mit den gleichen Bezugszeichen versehen und die Beschreibungen dieser gleichen Elemente werden hier weggelassen.

Bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie es in 9 gezeigt ist, sind die festen Elektroden 12 (12a und 12b) unter dem bewegbaren Element 6 angeordnet. Mit anderen Worten sind die festen Elektroden 12 an dem Substrat 2 angeordnet, um einem Abschnitt dieses bewegbaren Elements 6 zugewandt zu sein. Obwohl das obere Bauglied 4, das in 1B gezeigt ist, bei dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, um die festen Elektroden 12 über dem bewegbaren Element 6 anzuordnen, ist das obere Bauglied 4 bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel weggelassen, weil die festen Elektroden 12 an dem Substrat 2 angeordnet sind. Bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ferner das bewegbare Element 6 über dem Substrat 2 über Fixiereinheiten 16 (16a und 16b) anstelle des oberen Bauglieds 4 fixiert, wobei die Träger 7 (7a und 7b) zwischen denselben vorgesehen sind.

Da bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel die festen Elektroden 12 an dem Substrat 2 angeordnet sind, bewirkt eine DC-Spannung, die zwischen das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 angelegt ist, dass das bewegbare Element 6 zu dem Substrat 2 hin angezogen wird.

Wenn somit keine DC-Spannung zwischen das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 angelegt ist, ist ein Raum zwischen den isolierenden Filmen 11 an den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 vorgesehen und die bewegbaren Elektroden 10 sind angehoben wie es in 9 gezeigt ist. Dies reduziert die Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 und die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist somit eingeschaltet. Wenn eine DC-Spannung zwischen das bewegbare Element 6 und die festen Elektroden 12 angelegt ist, wird das bewegbare Element 6 zu dem Substrat 2 hin angezogen und die bewegbaren Elektroden 10 werden abgesenkt. Dies erhöht die Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden 10 und der koplanaren Leitung 3 und die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist somit ausgeschaltet.

Bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das obere Bauglied 4, das in 1B gezeigt ist, weggelassen und somit sind die Struktur und der Herstellungsprozess des dritten bevorzugten Ausführungsbeispiels vereinfacht.

Obwohl das obere Bauglied 4 bei dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel weggelassen ist, können, selbst falls die festen Elektroden 12 an dem Substrat 2 wie bei dem dritten Ausführungsbeispiel angeordnet sind, das obere Bauglied 4 und die Fixiereinheiten 5 wie bei dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, um das bewegbare Element 6 zu schützen und den Bereich, in dem das bewegbare Element 6 angeordnet ist, hermetisch abzudichten.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf das erste bis dritte bevorzugte Ausführungsbeispiel begrenzt und andere Ausführungsbeispiele sind möglich. Obwohl z. B. die Fixiereinheiten 5 zum fixieren des oberen Bauglieds 4 über dem Substrat 2 an zwei Seiten des Substrats 2 bei dem ersten und dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, ist die Anordnung der Fixiereinheiten 5 nicht speziell begrenzt. Zum Beispiel können die Fixiereinheiten 5 entlang den vier Seiten des Substrats 2 vorgesehen sein, derart, dass der Bereich, in dem das bewegbare Element 6 angeordnet ist, durch die Fixiereinheiten 5 umgeben ist. Es ist erwünscht, dass die Fixiereinheiten 5 bei einer derartigen Anordnung und das obere Bauglied 4 vorgesehen sind, um den Bereich, in dem das bewegbare Element 6 angeordnet ist, hermetisch abzudichten.

Obwohl die koplanare Leitung bei dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel als die HF-Signalleiteinheit vorgesehen ist, kann z. B. eine Mikrostreifenleitung als die HF-Signalleiteinheit vorgesehen sein.

Obwohl Silizium mit hohem spezifischen Widerstand bei jedem der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele für den Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand verwendet wird, der das bewegbare Element 6 definiert, kann das bewegbare Element 6 aus einem Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand hergestellt sein, der z. B. aus Galliumarsenid (GaAs) oder einem anderen geeigneten Material hergestellt ist.

Ferner kann das bewegbare Element 6 aus einem Halbleiter, der eine Isolationsleistungsfähigkeit für HF-Signale zeigt, oder einem Isolator hergestellt sein. In diesem Fall sind beispielsweise bewegbare Elektroden 20 bei Positionen angeordnet, die den festen Elektroden 12 zugewandt sind, wie es durch die Strichpunktlinien in 9 gezeigt ist. Die bewegbaren Elektroden 20 und die festen Elektroden 12 wirken als eine Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements 6 zu den festen Elektroden 12 hin durch eine elektrostatische Anziehung, die durch eine DC-Spannung bewirkt wird, die zwischen die festen Elektroden 12 und die bewegbaren Elektroden 20 angelegt wird. Ferner wirken die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit und das bewegbare Element 6 als eine Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit zum Verschieben aller der bewegbaren Elektroden 10a und 10b zu der gleichen Zeit in die gleiche Richtung zu der koplanaren Leitung 3 hin oder von derselben weg.

Obwohl die isolierenden Filme 11 an den bewegbaren Elektroden 10 bei dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind, können die isolierenden Filme 11 ferner an Abschnitten der koplanaren Leitung 3 vorgesehen sein, die den bewegbaren Elektroden 10 zugewandt sind. Alternativ können die isolierenden Filme 11 an den Oberflächen der bewegbaren Elektroden 10 und der Oberfläche der koplanaren Leitung 3, die einander zugewandt sind, vorgesehen sein.

Obwohl das bewegbare Element 6 bei dem ersten bis dritten bevorzugen Ausführungsbeispiel mit den zwei bewegbaren Elektroden 10 versehen ist, kann das bewegbare Element 6 ferner mit drei oder mehr bewegbaren Elektroden 10 versehen sein. Alternativ kann eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden 10 mit Räumen zwischen denselben in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit durch ein Vorsehen einer Mehrzahl von bewegbaren Elementen 6 vorgesehen sein, die jeweils mit einer bewegbaren Elektrode 10 versehen sind. Ferner kann eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden 10 mit Räumen zwischen denselben in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit durch ein Vorsehen einer Mehrzahl von bewegbaren Elementen 6 vorgesehen sein, die jeweils mit einer Mehrzahl von bewegbaren Elektroden 10 versehen sind. Wenn drei oder mehr bewegbare Elektroden 10 angeordnet sind, ist die elektrische Länge der HF-Signalleiteinheit, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10 angeordnet ist, auf eine derartige Weise bestimmt, dass die Amplitude eines kombinierten Signals von HF-Signalen, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden 10 zugewandt sind, kleiner ist als die Amplitude jedes der Signale, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit reflektiert werden, die den bewegbaren Elektroden 10 zugewandt sind.

Obwohl ferner ein Nebenschlussschalter bei dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel verwendet wird, kann eine Leitung eines HF-Signals der HF-Signalleiteinheit durch eine Trennung oder einen direkten Kontakt zumindest eines Abschnitts der HF-Signalleiteinheit der koplanaren Leitung 3 und der bewegbaren Elektrode 10, die einander zugewandt sind, ein- oder ausgeschaltet werden. In diesem Fall ist die Äquivalentschaltung eines HF-MEMS-Schalters, der mit den zwei bewegbaren Elektroden 10a und 10b versehen ist, durch 10A und 10B dargestellt.

Mit anderen Worten stellt die in 10A dargestellte Äquivalentschaltung einen Zustand dar, bei dem die bewegbaren Elektroden 10a und 10b die koplanare Leitung 3 direkt berühren (die bewegbaren Elektroden 10a und 10b sind bei Positionen angeordnet, bei denen das Signal ausgeschaltet ist). In diesem Fall ist die Signalleitung 3s der koplanaren Leitung 3 über die bewegbaren Elektroden 10a und 10b direkt zu Masse kurzgeschlossen. Somit wird das HF-Signal bei Positionen der koplanaren Leitung 3 reflektiert, die sich mit den bewegbaren Elektroden 10a und 10b in Kontakt befinden, wie es durch die Pfeile D in 10A gezeigt ist, und die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist ausgeschaltet.

Die In 10B gezeigte Äquivalentschaltung stellt einen Zustand dar, bei dem die bewegbaren Elektroden 10a und 10b von der koplanaren Leitung 3 beabstandet sind, um bei Positionen angeordnet zu sein, bei denen das Signal eingeschaltet ist. In diesem Fall ist die Kapazität CUP zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3 reduziert und ein Zustand, der zu einer offenen Schaltung äquivalent ist, tritt auf, wenn die Masse von der Signalleitung 3s aus durch die bewegbaren Elektroden 10 (Kapazität CUP) betrachtet wird. Somit ist die Leitung des HF-Signals der koplanaren Leitung 3 eingeschaltet. Wie es oben beschrieben ist, befinden sich, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b angehoben sind, Schalter dieses Typs, bei denen die bewegbaren Elektroden 10a und 10b die koplanare Leitung 3 direkt berühren, und die Nebenschlussschalter gemäß dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel in dem gleichen Zustand.

Wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b die koplanare Leitung 3 direkt berühren, sind der Raum zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b, der Raum zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b und der koplanaren Leitung 3, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b bei Positionen angeordnet sind, bei denen das Signal eingeschaltet ist, und die Länge der koplanaren Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b positioniert ist, bestimmt, derart, dass die elektrische Länge für die koplanare Leitung 3, die zwischen den bewegbaren Elektroden 10a und 10b angeordnet ist, näherungsweise gleich einem Viertel der Wellenlänge &lgr; des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3 ist, wenn die bewegbaren Elektroden 10a und 10b bei Positionen angeordnet sind, bei denen das Signal eingeschaltet ist, wie bei dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Somit reduziert selbst ein Schalter eines Typs, bei dem die bewegbaren Elektroden 10 (10a und 10b) die koplanare Leitung 3 direkt berühren, den Einfügungsverlust und die Rückflussdämpfung wie bei dem ersten bis dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Hier weisen bei einem Schalter dieses Typs, bei dem die bewegbaren Elektroden 10 die koplanare Leitung 3 direkt berühren, die Frequenzcharakteristika näherungsweise eine konstante Trennung auf, ungeachtet der Frequenz des leitenden HF-Signals der koplanaren Leitung 3, wie es durch die Kennlinie c gezeigt ist, die durch die gepunktete Linie in 7 dargestellt ist. Ein Schalter dieses Typs, bei dem die bewegbaren Elektroden 10 die koplanare Leitung 3 berühren, verbessert die Trennung durch ein Vorsehen einer Mehrzahl von bewegbaren Elektroden 10.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf eines der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiel begrenzt und verschiedene Modifikationen sind innerhalb des in den Ansprüchen beschriebenen Schutzbereichs möglich. Ein Ausführungsbeispiel, das durch ein geeignetes Kombinieren technischer Merkmale erhalten wird, die in jedem der unterschiedlichen bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart sind, ist in dem technischen Schutzbereich der vorliegenden Erfindung enthalten.


Anspruch[de]
  1. Ein HF-MEMS-Schalter (1), der folgende Merkmale aufweist:

    ein Substrat (2);

    eine HF-Signalleiteinheit (3s), die an dem Substrat (2) angeordnet ist;

    eine Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10), die einen zwischen denselben in eine Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit (3s) vorgesehenen Raum aufweisen und über der HF-Signalleiteinheit (3s) angeordnet sind, wobei der Raum sich über eine gesamte Breite der HF-Signalleiteinheit (3s) erstreckt; und

    eine Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit (6, 12; 20) zum Verschieben der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) zu der gleichen Zeit in die gleiche Richtung zu der HF-Signalleiteinheit (3s) hin oder von derselben weg; wobei,

    wenn alle der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) in die Richtung weg von der HF-Signalleiteinheit (3s) durch die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit (6, 12; 20) verschoben werden, um bei Positionen angeordnet zu sein, bei denen ein Signal eingeschaltet ist, eine Leitung eines HF-Signals der HF-Signalleiteinheit (3s) eingeschaltet ist;

    wenn alle der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) in die Richtung zu der HF-Signalleiteinheit (3s) durch die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit (6, 12; 20) verschoben werden, um bei Positionen angeordnet zu sein, bei denen das Signal ausgeschaltet ist, eine Leitung des HF-Signals der HF-Signalleiteinheit (3s) ausgeschaltet ist; und

    eine elektrische Länge für die HF-Signalleiteinheit (3s), die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) angeordnet ist, derart ist, dass eine Amplitude eines kombinierten Signals, das aus HF-Signalen gebildet ist, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit (3s) reflektiert werden, die der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) zugewandt sind, geringer ist als eine Amplitude jedes von Signalen, die bei Positionen der HF-Signalleiteinheit (3s) reflektiert werden, die der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) zugewandt sind, wenn die Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) bei Positionen angeordnet ist, bei denen das Signal eingeschaltet ist.
  2. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die Mehrzahl von bewegbaren Elektroden ein Paar von bewegbaren Elektroden (10a, 10b) umfasst und, wenn das Paar von bewegbaren Elektroden bei Positionen, bei denen das Signal eingeschaltet ist, durch die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit (6, 12; 20) angeordnet ist, die elektrische Länge für die HF-Signalleiteinheit (3s), die zwischen dem Paar von bewegbaren Elektroden (10) angeordnet ist, näherungsweise gleich einem Viertel der Wellenlänge des leitenden HF-Signals der HF-Signalleiteinheit (3s) ist.
  3. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 1, der ferner einen isolierenden Schutzfilm (11) aufweist, der an zumindest einer der Oberflächen der HF-Signalleiteinheit (3s) und den bewegbaren Elektroden (10) vorgesehen ist, wobei die Oberfläche der HF-Signalleiteinheit (3s) den Oberflächen der bewegbaren Elektroden (10) gegenüberliegt.
  4. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 1, bei dem die HF-Signalleiteinheit (3s) eine koplanare Leitung oder eine Mikrostreifenleitung umfasst und wobei der HF-MEMS-Schalter (1) eine Nebenschluss-Schaltvorrichtung zum Ein- oder Ausschalten der Leitung des Signals der koplanaren Leitung oder der Mikrostreifenleitung, die als die HF-Signalleiteinheit (3s) wirkt, durch ein Verwenden einer Veränderung bei der Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden (10) und der HF-Signalleiteinheit (3s) ist.
  5. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 1, wobei der HF-MEMS-Schalter (1) eine Schaltvorrichtung ist zum Ein- oder Ausschalten der Leitung des Signals der HF-Signalleiteinheit (3a) durch eine Trennung oder einen direkten Kontakt von zumindest einem Abschnitt der bewegbaren Elektroden (10) und der HF-Signalleiteinheit (3), die einander zugewandt sind.
  6. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 1, der folgende Merkmale aufweist:

    ein bewegbares Element (6), das über dem Substrat (2) mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum angeordnet ist und zumindest einem Abschnitt der HF-Signalleiteinheit (3s) zugewandt ist, wobei

    die Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) an dem bewegbaren Element (6) angeordnet sind,

    wobei die Bewegbar-Elektrode-Verschiebeeinheit eine Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements (6) in eine Richtung zu dem Substrat (2) hin oder von demselben weg über eine elektrostatische Anziehung ist, und wobei

    die HF-Signalleiteinheit (3s), die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) positioniert ist, eine Übertragungsleitung definiert, die eine Länge aufweist, die kleiner oder gleich einem Viertel einer Wellenlänge des leitenden HF-Signals der HF-Signalleiteinheit (3s) ist, derart, dass die HF-Signalleiteinheit (3s), die zwischen der Mehrzahl von bewegbaren Elektroden (10) positioniert ist, eine charakteristische Impedanz liefert, die größer als eine Systemimpedanz ist.
  7. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 6, der ferner feste Elektroden (12) aufweist, die an dem Substrat (2) angeordnet sind und einem Abschnitt des bewegbaren Elements (6) zugewandt sind, wobei das bewegbare Element (6) einen Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, der einen Isolator für ein HF-Signal und eine Elektrode für ein niederfrequentes Signal und ein DC-Signal definiert, und die festen Elektroden (12) und das bewegbare Element (6) die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements (6) zu den festen Elektroden (12) hin unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung definieren, die durch eine DC-Spannung erzeugt wird, die zwischen die festen Elektroden (12) und das bewegbare Element (6) angelegt ist.
  8. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 6, der ferner ein oberes Bauglied (4), das einem oberen Abschnitt des bewegbaren Elements (6) mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum zugewandt ist, und feste Elektroden (12) aufweist, die an dem oberen Bauglied (4) angeordnet sind, um zumindest einem Abschnitt des bewegbaren Elements (6) zugewandt zu sein, wobei das bewegbare Element (6) einen Halbleiter mit hohem spezifischen Widerstand umfasst, der einen Isolator für einen HF-Signal und eine Elektrode für ein niederfrequentes Signal und ein DC-Signal definiert, und die festen Elektroden (12) und das bewegbare Element (6) die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements (6) zu den festen Elektroden (12) hin unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung definieren, die durch eine DC-Spannung bewirkt wird, die zwischen die festen Elektroden (12) und das bewegbare Element (6) angelegt ist.
  9. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 6, wobei die HF-Signalleiteinheit (3s) eine koplanare Leitung oder eine Mikrostreifenleitung umfasst und der HF-MEMS-Schalter (1) eine Nebenschluss-Schaltvorrichtung zum Ein- oder Ausschalten der Leitung des Signals der koplanaren Leitung oder der Mikrostreifenleitung, die als die HF-Signalleiteinheit (3s) wirkt, durch ein Verwenden einer Veränderung bei der Kapazität zwischen den bewegbaren Elektroden (10) und der HF-Signalleiteinheit (3s) ist.
  10. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 6, wobei der HF-MEMS-Schalter (1) eine Schaltvorrichtung zum Ein- oder Ausschalten der Leitung des Signals der HF-Signalleiteinheit (3s) durch eine Trennung oder einen direkten Kontakt zumindest eines Abschnitts der bewegbaren Elektroden (10) und der HF-Signalleiteinheit (3s) ist, die einander zugewandt sind.
  11. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 6, der ferner feste Elektroden (12), die an dem Substrat (2) angeordnet sind und einem Abschnitt des bewegbaren Elements (6) zugewandt sind, und das bewegbare Element verschiebende bewegbare Elektroden (20) aufweist, die bei Positionen des bewegbaren Elements (6) angeordnet sind, die den festen Elektroden (12) entsprechen, wobei das bewegbare Element (6) einen Halbleiter, der eine Isolationsleistungsfähigkeit für ein HF-Signal zeigt, oder einen Isolator umfasst und die das bewegbare Element verschiebenden bewegbaren Elektroden (20) und die festen Elektroden (12) die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben des bewegbaren Elements (6) zu den festen Elektroden (12) hin unter Verwendung der elektrostatischen Anziehung definieren, die durch eine DC-Spannung bewirkt wird, die zwischen die festen Elektroden und die das bewegbare Element verschiebenden bewegbaren Elektroden angelegt ist.
  12. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 11, der folgende Merkmale aufweist:

    eine Mehrzahl von bewegbaren Elementen, die mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum in die Richtung einer Signalleitung der HF-Signalleiteinheit (3s) angeordnet sind, die über dem Substrat mit einem zwischen denselben vorgesehenen Raum vorgesehen sind und zumindest einem Abschnitt der HF-Signalleiteinheit zugewandt sind, wobei

    bewegbare Elektroden (10) an den entsprechenden bewegbaren Elementen angeordnet sind und der HF-Signalleiteinheit zugewandt sind; und

    die Bewegbar-Element-Verschiebeeinheit zum Verschieben der bewegbaren Elemente in die Richtung zu dem Substrat hin oder von demselben weg unter Verwendung einer elektrostatischen Anziehung vorgesehen ist.
  13. Ein HF-MEMS-Schalter (1) gemäß Anspruch 12, der ferner einen isolierenden Schutzfilm (11) aufweist, der an zumindest einer der Oberflächen der HF-Signalleiteinheit (3s) und der bewegbaren Elektroden (10) vorgesehen ist, wobei die Oberfläche der HF-Signalleiteinheit den Oberflächen der bewegbaren Elektroden (10) gegenüberliegt.
Es folgen 14 Blatt Zeichnungen






IPC
A Täglicher Lebensbedarf
B Arbeitsverfahren; Transportieren
C Chemie; Hüttenwesen
D Textilien; Papier
E Bauwesen; Erdbohren; Bergbau
F Maschinenbau; Beleuchtung; Heizung; Waffen; Sprengen
G Physik
H Elektrotechnik

Anmelder
Datum

Patentrecherche

Patent Zeichnungen (PDF)

Copyright © 2008 Patent-De Alle Rechte vorbehalten. eMail: info@patent-de.com