專利名稱：微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)(micro-electromechanical system,MEMS)可變電容器。
背景技術(shù)：
在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，射頻(radio frequency, RF)模塊被設(shè)計(jì)用來支持許多頻帶寬度。特別地，對(duì)于每個(gè)頻帶具有不同電容的可變電容器應(yīng)被用作濾波器中所使用的與頻帶寬度直接相關(guān)的電容器。此外，作為RF模塊中的一個(gè)元件的壓控振蕩器(voltagecontrolled oscillator, VCO)調(diào)節(jié)施加到可變電容器上的電壓以改變其電容,并從而改變諧振頻率。因此，對(duì)于可調(diào)濾波器或用于RF模塊的VC0，可變電容器是非常重要的裝置
發(fā)明內(nèi)容
·技術(shù)問題本發(fā)明涉及一種解決方案，該解決方案基于電容變化率具有響應(yīng)于所施加的電壓的線性特征的事實(shí)能夠獲取穩(wěn)定的相位噪聲特性。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題不限于上述說明，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從下文的描述中清楚地知曉目前尚未提及的任何其他技術(shù)問題。技術(shù)方案為了全面或部分地實(shí)現(xiàn)至少上述的目標(biāo)，并根據(jù)本公開的目的，如所實(shí)現(xiàn)的并廣泛描述的，在本發(fā)明的一個(gè)總的方面中提供了一種MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))可變電容器，該電容器特征在于第一電極；第二電極，該第二電極懸置于所述第一電極之上；以及固定的第三電極，該第三電極能夠通過調(diào)節(jié)所述第一電極和所述第二電極之間的間隙來可變地調(diào)節(jié)電容值，其中所述第二電極通過彈簧結(jié)構(gòu)而相對(duì)于所述第一電極懸置，且RF信號(hào)從所述第一電極施加到所述第二電極。在本發(fā)明的第二個(gè)總的方面中，提供了一種MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))可變電容器，該電容器特征在于第一電極；第二電極，該第二電極與第一電極相分離；第三電極，該第三電極懸置于所述第一電極和所述第二電極之上；第四電極，所述第四電極通過彈簧結(jié)構(gòu)連接至所述第三電極；以及第五電極，所述第五電極形成為與所述第四電極相對(duì)，用于通過向所述第四電極施加電壓來調(diào)節(jié)所述第一/第二電極與第三電極之間的間隙，從而調(diào)節(jié)電容值。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，MEMS可變電容器還可包括用來支撐所述彈簧結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域的支撐結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述彈簧結(jié)構(gòu)、所述支撐結(jié)構(gòu)、所述多個(gè)第四電極和所述多個(gè)第五電極可分別成對(duì)地提供，一對(duì)彈簧結(jié)構(gòu)中的各彈簧結(jié)構(gòu)連接至所述第三電極的兩個(gè)側(cè)面的末端，并連接至一對(duì)第四電極，其中一對(duì)彈簧結(jié)構(gòu)的每個(gè)部分區(qū)域由每對(duì)支撐結(jié)構(gòu)支撐，并且所述第五電極中的每一個(gè)與所述第四電極中的每一個(gè)相對(duì)。
在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，如果從所述第五電極向所述第四電極施加到電壓，則通過該對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的上下擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，所述第三電極可具有向所述第一電極和所述第二電極升起的位移。在本發(fā)明的一些示例性實(shí)施例中，所述第一電極、所述第二電極和所述第五電極可被固定到 襯底。所以，由于電壓是由未施以RF信號(hào)的分離的電極施加以實(shí)現(xiàn)電容調(diào)節(jié)的，因此根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器是有效的。由于RF信號(hào)從所述第一電極施加到所述第三電極，并且所述RF信號(hào)從所述第三電極傳送到所述第二電極，其中RF信號(hào)沒有流向支撐著懸置的第三電極的機(jī)械彈簧結(jié)構(gòu)，從而獲得高的Q值，因此根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器是有效的。根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器的有效性還在于電容變化具有線性特性，從而能夠獲得穩(wěn)定的相位噪聲特性。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器的一個(gè)有益的效果在于，從未施以RF信號(hào)的分離的電極施加電壓，以實(shí)現(xiàn)電容調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器的另一個(gè)有益效果在于，RF信號(hào)從第一電極施加到第三電極，并且所述RF信號(hào)從第三電極傳送到第二電極，其中RF信號(hào)沒有流向支撐著懸置的第三電極的機(jī)械彈簧結(jié)構(gòu)，從而獲得高Q值。根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器的又一有益效果在于，電容變化具有線性特性，從而能夠獲得穩(wěn)定的相位噪聲特性。


將參考附圖對(duì)本發(fā)明的非限制的示例性實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。在對(duì)附圖中幾個(gè)視圖的描述中，同樣的附圖標(biāo)記指代同樣的零件或部分，在附圖中圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理圖。圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理圖。圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的比較例的MEMS可變電容器的示意性原理圖。圖4a、4b和4c為示出了根據(jù)本發(fā)明的比較例的可變電容器特性的圖。圖5a和5b為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理圖。圖6a、6b和6c為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的特性的圖。圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示例的示意性透視圖。圖8為示出了在圖7的MEMS可變電容器中電容正在變化的示意性透視圖。
具體實(shí)施方式
根據(jù)附圖和下文的示例性實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)前述的優(yōu)點(diǎn)、特征和方法將變得明顯。下面僅通過示例來描述本發(fā)明的實(shí)施例。這些示例代表了申請(qǐng)人目前所知道的將本發(fā)明付諸實(shí)踐的最佳方式，但不是能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的唯一方式。本發(fā)明可以用各種形式實(shí)現(xiàn)，且不應(yīng)被解釋為限于本文所提出的實(shí)施例。相反，提供這些實(shí)施例是為了使本公開全面且完整，并向本領(lǐng)域的技術(shù)人員完全地傳達(dá)本發(fā)明的范圍。圖I為示出了根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理 圖。根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的結(jié)構(gòu)以如下方式來構(gòu)造第二電極(102)浮置于第一電極(101)的上表面上，且電壓施加給固定的第三電極(102)，以調(diào)節(jié)第一電極和第二電極(101、102)之間的間隙并改變電容值。S卩，根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器可包括第一電極(101)；第二電極(102)，該第二電極(102)懸置于第一電極(101)的上表面之上；以及固定的第三電極(103)，該第三電極(103)能通過調(diào)節(jié)第一電極(101)和第二電極(102)之間的間隙來可變地調(diào)節(jié)電容，其中第二電極(102)通過彈簧結(jié)構(gòu)(105a、105b)懸置于第一電極(101)的上表面上，且RF信號(hào)從第一電極(101)施加到第二電極(102)。因此，本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例中的第一電極(101)和第二電極(102)之間的間隙調(diào)節(jié)是通過向第三電極(103)施加電壓并將第二電極(102)向第三電極(103)移動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。此時(shí)，隨著第二電極(102)接近第三電極(103)，第二電極(102)逐漸遠(yuǎn)離第一電極(101)。因此，在向第三電極(103)施加的電壓升高的情況下，第二電極(102)逐漸接近第三電極(103)，且第二電極(102)逐漸遠(yuǎn)離第一電極(101)，以逐漸降低電容值。簡(jiǎn)言之，因?yàn)殡妷菏菑奈词┮訰F信號(hào)的分離的電極施加來調(diào)節(jié)電容值，所以根據(jù)本發(fā)明的第一示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器是有益的。圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理圖。根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的結(jié)構(gòu)以如下方式來構(gòu)造第一電極(201)和第二電極(202 )是固定的，第三電極(203 )浮置于第一和第二電極的上表面上，電壓施加到固定的第五電極(211、212)以調(diào)節(jié)第一 /第二電極(201、202)和第三電極(203 )之間的間隙，從而改變電容值。換言之，根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器可包括第一電極(201);第二電極(202)，該第二電極(202)與第一電極(201)分離；第三電極(203)，該第三電極(203)懸浮于第一電極的上表面和第二電極的上表面；第四電極(205、207),該第四電極(205、207 )通過彈簧結(jié)構(gòu)(204、206 )連接至第三電極(203 );以及第五電極(211、212 )，該第五電極(211、212)與第四電極(205、207)相對(duì)地形成，用于通過向第四電極(205、207)施加電壓來調(diào)節(jié)第一 /第二電極(201、202 )和第三電極(203 )之間的間隙，從而調(diào)節(jié)電容值。因此，在電壓從第五電極(211、212 )施加到第四電極(205、207 )的情況下，第四電極(205、207)向第五電極(211、212)移動(dòng)，其中第三電極(203)遠(yuǎn)離第一 /第二電極(201、202)。
簡(jiǎn)言之，在第二實(shí)施例中，電壓是從未施以RF信號(hào)的分離的第五電極(211、212)施加的，并且調(diào)節(jié)第一 /第二電極(201、202)和第三電極(203)之間的間隙以改變電容值。此外，根據(jù)本發(fā)明的第二示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器被以如下方式有利地構(gòu)造RF信號(hào)從第一電極(201)施加到第三電極(203) RF信號(hào)，并且該RF信號(hào)從第三電極
(203)向第二電極(202)傳送，使得RF信號(hào)不流向支撐著第三電極(203)的機(jī)械彈簧結(jié)構(gòu)(204、206)，從而獲得高Q值。圖3為示出了根據(jù)本發(fā)明的比較例的可變電容器示意性概念圖，并且圖4a、4b和4c為示出了根據(jù)本發(fā)明的比較例的可變電容器特性的圖。
根據(jù)本發(fā)明的比較例的傳統(tǒng)的可變電容器為如下第一和第二電極(10、20)互相面對(duì)，在向第一電極(10)施加電壓的情況下，通過機(jī)械彈簧(30、40)而懸置的第二電極
(20)被下拉，以調(diào)節(jié)第一和第二電極(10、20)之間的間隙，從而改變電容值。因此，如示出了根據(jù)本發(fā)明的比較例的圖4a中的圖所示，隨著施加的電壓以恒定水平升高，作為懸浮態(tài)電極(fluidized electrode)的第二電極(20)的位移快速地增加；且如圖4b的圖中所示，隨著懸浮態(tài)電極的位移以恒定的水平增加，電容的變化快速增大；且如圖4c的圖中所示，隨著施加的電壓以恒定水平升高，電容的變化快速增大。因此，由于響應(yīng)于所施加的電壓的非線性的電容變化，比較例中的可變電容器無(wú)法獲得穩(wěn)定的相位噪聲特性，并且其難于控制在接近所施加的電壓最大值處的急劇的電容變化。圖5a和5b為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的示意性原理圖，以及圖6a、6b和6c為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器特性的圖。首先，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器為如下移動(dòng)懸置的上下擺動(dòng)結(jié)構(gòu)(seesaw structure)的懸浮態(tài)電極，以調(diào)節(jié)懸浮態(tài)電極和靜態(tài)電極之間的間隙，從而改變電容值。S卩，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器可包括第一電極(301)；第二電極(302)，該第二電極(302)與第一電極(301)分離；第三電極(320)，該第三電極
(320)懸浮于第一電極(301)的上表面和第二電極(302)的上表面；第四電極(321、322),該第四電極(321，322 )通過彈簧結(jié)構(gòu)(323a、323b )連接至第三電極(320 );第五電極(311、312)，該第五電極(311、312)形成為與第四電極(321、322)相對(duì)，通過向第四電極(321，322)施加電壓來調(diào)節(jié)第一 /第二電極(301、302)和第三電極(320)之間的間隙，從而調(diào)節(jié)的電容值；以及使彈簧結(jié)構(gòu)(323a、323b)的部分區(qū)域固定的支撐結(jié)構(gòu)(未示出)。根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器為如下如圖5a中所示，在電壓從第五電極(311、312)施加到第四電極(321、322)的情況下，如圖5b中所示，第四電極(321,322)向第五電極(311、312)的方向移動(dòng)。此時(shí)，將第三電極(320)連接至第四電極(321、322)的彈簧結(jié)構(gòu)(323a、323b)的部分區(qū)域被固定到支撐結(jié)構(gòu)，使得第四電極的區(qū)域(321、322)圍繞固定的彈簧結(jié)構(gòu)(323a、323b)的部分區(qū)域逐漸接近第五電極(311、312)，同時(shí)第三電極(320)逐漸遠(yuǎn)離第一和第二電極(301、302)。S卩，第一 /第二電極(301、302)和第三電極(320)之間的間隙從施加電壓之前的“d2”(圖5a)增至施加電壓之后的“d4”(圖5b)。此外，第四電極(321、322)和第五電極(311、312)之間的間隙從施加電壓前的“dl”(圖5a)減少至施加電壓后的“d3”(圖5b)。因此，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器為如下可通過從第五電極(311、312)施加到第四電極(321、322)的電壓的大小來調(diào)節(jié)第一 /第二電極(301、302)與第三電極(320 )之間的間隙，從而實(shí)現(xiàn)電容變化。此外，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器還以如下的方式有利地構(gòu)造RF信號(hào)從第一電極(301)施加到第三電極(320)，且該RF信號(hào)從第三電極(320)向第二電極(302)傳送，使得該RF信號(hào)不流向機(jī)械彈簧結(jié)構(gòu)(323a、323b)，從而獲取高Q值。此外，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器還以如下方式有利地 構(gòu)造電壓從作為未施以RF信號(hào)的分離的第五電極(311、312)處施加，并且調(diào)節(jié)第一 /第二電極(301、302 )與第三電極(320 )之間的間隙，以改變電容值。同時(shí)，如圖6a所示，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器為如下隨著施加的電壓以恒定水平升高，作為懸浮態(tài)電極的第三電極(320)的位移快速地增加；但如圖6b所示，隨著懸浮態(tài)電極的位移以恒定的水平增加，電容變化快速減小。因此，如圖6c中所示，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器可獲得電容變化隨所施加電壓以恒定水平升高而線性減小的特性。所以，與比較例中的可變電容相比，根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的有利之處在于，電容變化具有根據(jù)所施加電壓的線性特性，使得能夠獲得穩(wěn)定的相位噪聲特性。本發(fā)明的模式圖7為示出了根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器的一個(gè)例子的示意性透視圖，以及圖8為是出了在圖7的MEMS可變電容器中的電容正在變化的示意性透視圖。根據(jù)本發(fā)明的第三示例性實(shí)施例的MEMS可變電容器以如下方式構(gòu)造第三電極(520)是正方形的，彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)(523a、523b)對(duì)稱地連接至位第三電極(520)兩側(cè)的末端。彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)(523a、523b)中的每個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)被連接至第四電極(521、522)，且彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)(523a、523b)中的每個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域由支撐結(jié)構(gòu)(525a、525b)支撐著。由于彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)(523a、523b)的每個(gè)彈簧結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域由支承結(jié)構(gòu)(525a、525b)支撐著，因此第三電極(520)、彈簧結(jié)構(gòu)對(duì)(523a、523b)和第四電極(521、522)處于懸浮狀態(tài)。與每個(gè)第四電極(521、522)對(duì)稱地形成的每個(gè)第五電極(511、512)是固定的，且第三電極(520)被固定地布置，在其下有第一電極(501)和第二電極(502)，其中這里的詞語(yǔ)“固定的或固定地(fixed or fixedly)”定義元件被固定于實(shí)現(xiàn)MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))中的可變電容器的襯底(未示出)。第一電極(501)、第二電極(502)和第五電極被固定到襯底。因此，在電壓從第五電極(511、512)施加到第四電極(521、522)的情況下，通過上下擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)(seesawdriving)，第三電極(520)具有從第一電極的上表面(501)和第二電極(502)的上表面升起的位移，從而增加第一 /第二電極和第三電極(520)之間的間隙。
工業(yè)適用性根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器的一個(gè)工業(yè)適用性在于電壓從未施以RF信號(hào)的分離的電極處施加，以支持電容調(diào)節(jié)。根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器又一工業(yè)適用性在于，RF信號(hào)從第一電極施加到第三電極，并且該RF信號(hào)從第三電極向第二電極傳送，其中RF信號(hào)沒有流向支撐著浮置的第三電極的機(jī)械彈簧結(jié)構(gòu)，從而獲得高Q值。根據(jù)本發(fā)明的MEMS可變電容器還具有再一個(gè)工業(yè)適用性在于，電容變化具有線性特性，使得能夠獲得穩(wěn)定的相位噪聲特性雖然已參考本發(fā)明的示例性實(shí)施例具體地示出并描述了本發(fā)明，但總的發(fā)明的概念不限于上述實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將了解在不脫離由所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可進(jìn)行各種形式和細(xì)節(jié)的改變和變型。·
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，所述電容器特征在于 第一電極； 第二電極，該第二電極懸置于所述第一電極之上； 固定的第三電極，該第三電極能夠通過調(diào)節(jié)所述第一電極和所述第二電極之間的間隙來可變地調(diào)節(jié)電容值。
2.如權(quán)利要求I所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，其中所述第二電極通過彈簧結(jié)構(gòu)而相對(duì)于所述第一電極懸置。
3.如權(quán)利要求I所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，其中從所述第一電極向所述第二電極施加射頻信號(hào)。
4.一種微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，所述電容器特征在于 第一電極； 第二電極，該第二電極與所述第一電極相分離； 第三電極，該第三電極懸置于所述第一電極和第二電極之上； 第四電極，所述第四電極通過彈簧結(jié)構(gòu)連接至所述第三電極； 第五電極，所述第五電極形成為與所述第四電極相對(duì)，用于通過向所述第四電極施加電壓來調(diào)節(jié)所述第一電極/第二電極與所述第三電極之間的間隙，從而調(diào)節(jié)電容值。
5.如權(quán)利要求4所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，還包括支撐所述彈簧結(jié)構(gòu)的部分區(qū)域的支撐結(jié)構(gòu)。
6.如權(quán)利要求4所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，其中所述彈簧結(jié)構(gòu)、所述支撐結(jié)構(gòu)、所述第四電極和所述第五電極被分別成對(duì)地提供，一對(duì)彈簧結(jié)構(gòu)中的各彈簧結(jié)構(gòu)被連接至所述第三電極的兩個(gè)側(cè)面的末端，并連接至一對(duì)第四電極，其中所述的一對(duì)彈簧結(jié)構(gòu)的每個(gè)部分區(qū)域由每一對(duì)支撐結(jié)構(gòu)支撐，且所述第五電極中的每一個(gè)與所述第四電極中的每一個(gè)相對(duì)。
7.如權(quán)利要求6所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，其中如果從所述第五電極向所述第四電極施加電壓，則通過該對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的上下擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)，所述第三電極具有從所述第一電極和所述第二電極升起的位移。
8.如權(quán)利要求4所述的微機(jī)電系統(tǒng)可變電容器，其中所述第一電極、所述第二電極和所述第五電極被固定于襯底。
全文摘要
公開了一種MEMS可變電容器，所述電容器包括第一電極；第二電極，該第二電極懸置于所述第一電極的上表面上；以及第三電極，該第三電極能夠通過調(diào)節(jié)所述第一電極和所述第二電極之間的間隙來可變地調(diào)節(jié)電容值。
文檔編號(hào)H01G5/16GK102971814SQ201180033351
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2011年6月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月1日
發(fā)明者樸棟燦, 尹浚寶, 崔東勛, 李尚勛, 金昌郁, 趙盛培, 宋珠榮, 楊賢昊, 韓昌訓(xùn) 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司, 韓國(guó)高等科學(xué)技術(shù)研究所