[发明专利]MEMS可调器件

说明书

技术领域

本发明涉及MEMS器件，并涉及控制和制造这种器件的相应方法，以及具体地涉及MEMS可调电容器件。

背景技术

术语“MEMS”(微机电系统、结构或开关)可以包括多种器件。MEM器件的常见布置包括诸如独立梁之类的可移动元件，该元件的第一电极与第二电极相对。第一电极和第二电极彼此分离开一个气隙。通过施加激励电压来提供静电力，使第一电极朝向第二电极移动。使用弹力可以使第一电极移动远离第二电极。也可以使用其它力，诸如来自线圈形式的电极中的电流的感应力、气压等等。MEMS器件通常具有下述特征：元件尺寸小，例如在微米范围内(大约人类头发的厚度)、采用电信号的可电控器件以及在机械方面包含运动部件。

一些常见应用是：

-麦克风或扬声器；(使用特殊类型薄膜)

-传感器，特别是气压传感器

-谐振器

-显示器中的像素开关，或用于驱动光开关的镜片的像素开关，

-RF应用中的开关或可变电容。

一种重要的商业应用是将MEMS器件用于与诸如电话或计算机(例如笔记本电脑)之类的移动无线装置的前端中的集成波段转换的可变阻抗匹配。在WO 2004/000717中示出了采用MEMS器件的可变电容器示例。可以从基于金属的MEMS形成可调电容器，其在RF架构(例如，自适应阻抗匹配网络或可变LC VCO储能电路)中具有广泛的应用前景。

然而，这些器件的缺点是它们的固有的迟缓，尤其是当激励电压接近闭合电压时。闭合电压是当顶部金属的位移已经到达中间间隙闭合的点时的电压。在大气压力下，阻尼效应比惯性效应占优势。当达到由静电力和弹力的平衡所确定的平衡位移时，在该界限处可以计算出，接近闭合电压时，移动电极的速度以及速度对位移的导数都接近零。遗憾的是，在略低于闭合电压时出现了最大电容变化。

发明内容

本发明的目的是提供改进的MEMS器件，以及控制和制造这种器件的相应方法，具体地涉及改进的MEMS可调电容器器件。本发明的优点是能够快速地达到可调MEMS器件的工作点，例如，该可调MEMS器件具有可移动构件和在其间的可设置间隙。

根据第一方面，本发明提供：一种微机电器件，该微机电器件具有基板、可移动元件、电极对和控制器，将电极对布置在基板和可移动元件上，所述电极对相互协作来使可移动元件相对于基板移动；控制器对电极供电，以将可移动元件移动到最大位置和最小位置之间的中间位置，该控制器提供一个或多个具有比将电极保持在中间位置所需的第二电平高的第一电平的脉冲，然后将脉冲降低到第二电平以将可移动部分稳定在中间位置。优选的第一电平是接近于可以施加的(例如不会击穿的)最大电压。为了提供这个电压，可以提供独立的电压发生器。除了电压之外，还可以向感应器件施加电流。

可选地，每当在一个方向上移动可移动元件，只施加第一电平，而不考虑要达到的中间位置。改变施加第一电平脉冲的持续时间以使可移动元件接近期望的最终位置。

为了补偿上面提到的移动过阻尼和/或固有迟缓，控制器以可获得的最高电压将可移动元件尽快驱动至中间位置，这个最高电压优选地高于将可移动元件保持在中间位置的电压。如果器件是欠阻尼的，当施加一个或多个脉冲时，电极可能被迫进入振铃状态。在这种情况下，主动阻尼可以抑制振铃。通过电极电容的振荡变化可以检测振铃，并且由此产生的适当反向驱动电压可以抑制振铃。这可以降低稳定延迟(settling delay)，因此有助于克服这种延迟的缺点。理论上，该优点适用于任何可调器件。

根据另一方面，本发明提供：一种微机电器件，该微机电器件具有基板、可移动元件、电极对和控制器，将电极对布置在基板和可移动元件上，两个电极相互协作来使可移动元件相对于基板移动；控制器用于对电极供电，以使可移动元件移动到最大位置和最小位置之间的中间位置，该控制器供电以通过主动阻尼来克服振铃。理论上，该方法适用于任何可调器件。

本发明的实施例提供一种微机电器件，该微机电器件具有基板、可移动元件、电极对和控制器，将电极对布置在基板和可移动元件上，两个电极相互协作来使可移动元件相对于基板移动；控制器用于对电极供电，以通过在移动过程中对电极提供一个或多个脉冲并随后施加给定电源电平来使可移动元件移动到最大位置和最小位置之间的中间位置，例如，对应于施加到电极上的给定电源电平的中间位置，所述一个或多个脉冲被定时来补偿固有的迟缓和/或补偿移动的欠阻尼或过阻尼。这可以减小稳定延迟，因此有助于克服这种延时的缺点。理论上，这个优点适用于任何可调器件。