一種多電極線性可調(diào)節(jié)的mems電容器的制造方法
【專利摘要】一種多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，包括介質(zhì)襯底、電容上極板、電容下極板、第一錨點、第二錨點以及多組控制電極，電容下極板位于第一錨點和第二錨點間，電容上極板位于第一錨點和第二錨點上，第一錨點和第二錨點的高度不同，電容上極板呈傾斜狀態(tài)，沿電容上極板傾斜下端向上端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板與電容下極板之間的電容值呈近似線性的變化。
【專利說明】—種多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于射頻微機電系統(tǒng)(RF MEMS)領(lǐng)域，具體涉及一種電容值線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻微機電系統(tǒng)(RF MEMS)是用微加工工藝制作的，集微結(jié)構(gòu)、微傳感器、微執(zhí)行器、信號處理和控制電路為一體的射頻器件或系統(tǒng)，與傳統(tǒng)固態(tài)器件相比，擁有顯著的優(yōu)勢，例如功率耗散低、插入損耗小、可罪性聞、品質(zhì)因數(shù)聞等?；贛EMS的開關(guān)和電容是射頻應(yīng)用中極為重要的元件，他們的機械結(jié)構(gòu)能夠?qū)刂齐娐泛托盘栯娐愤M(jìn)行隔離，并且防止射頻信號對電容值產(chǎn)生調(diào)制作用，因此線性度很高。
[0003]電容元件廣泛的應(yīng)用于基于MEMS的器件中，例如可調(diào)濾波器、諧振器、傳感器、可調(diào)天線等。常見的MEMS可調(diào)電容有兩種基本形式，一種是調(diào)節(jié)上下電容極板間的間距來改變電容值，這種可調(diào)電容反應(yīng)靈敏、Q值高、尺寸小，然而卻有間距調(diào)節(jié)范圍的限制，其上極板運動范圍不能大于上下極板初始間距的三分之一，否則電容上極板會被迅速下拉，因此可調(diào)范圍較小；另一種是調(diào)節(jié)電容的正對面積來改變電容值，典型的是應(yīng)用插指狀結(jié)構(gòu)，通過改變指間正對面積來改變電容值，這種結(jié)構(gòu)制作工藝復(fù)雜，電容值有限，電容的控制精度差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決上述問題，本發(fā)明提出了一種電容值線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，具有線性度高、變?nèi)莘秶?、可程控調(diào)節(jié)的特點。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案:
[0006]一種多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，包括:
[0007]介質(zhì)襯底100 ；
[0008]設(shè)置于介質(zhì)襯底100上的電容下極板300、第一錨點401、第二錨點402和多組控制電極，電容下極板300位于第一錨點401和第二錨點402之間，且相互分離，每組控制電極由對稱分布于電容下極板300兩側(cè)的結(jié)構(gòu)相同的a部分和b部分組成，a部分和b部分之間電氣連接；
[0009]以及，
[0010]位于第一錨點401和第二錨點402上的電容上極板200。
[0011]所述第一錨點401和第二錨點402的高度不同，電容上極板200呈傾斜狀態(tài)，沿電容上極板200傾斜下端向上端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板200與電容下極板300之間的電容值呈近似線性的變化。在控制電極上施加控制電壓時，電容上極板200在靜電力作用下向電容下極板方向移動
[0012]所述相鄰組的控制電極之間間距相等或者不相等。
[0013]所述控制電極為N組，N為正整數(shù)，控制電極上覆蓋一層介質(zhì)層，以實現(xiàn)與電容上極板200之間的電隔離。例如，所述N為10。
[0014]所述電容下極板300設(shè)置于電容上極板200的正下方中間位置，比電容上極板200小，電容下極板300上覆蓋一層介質(zhì)層，以實現(xiàn)與電容上極板200之間的電隔離。
[0015]所述第一錨點401和第二錨點402的高度相同，電容上極板200呈水平狀態(tài)，沿電容上極板200中間向兩端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板200與電容下極板300之間的電容值呈近似線性的變化。
[0016]位于電容下極板300的中心部位有一組控制電極，其余各組控制電極沿該中心部位的控制電極對稱，且相對稱的兩組控制電極之間電氣連接。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點是:電容上極板200呈傾斜狀態(tài)，在控制電極上逐次加由小變大的電壓時，電容上極板200由底端向高端逐漸下拉，可保證每一驅(qū)動電極在驅(qū)動時電容上極板200與驅(qū)動電極之間的初始間距均較小，以此保證每個控制電極上的下拉電壓均處于一個較小的水平，減小了電荷注入發(fā)生的可能性，提高了器件可靠性，并且使電容器在將達(dá)到最大電容值時仍保持較好的線性度，擴大了可變電容的線性范圍和變?nèi)荼取?br> 【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明的三維結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2為本發(fā)明的側(cè)視圖。
[0020]圖3為本發(fā)明部分電極上施加下拉電壓后的側(cè)視圖。
[0021]圖4為本發(fā)明的工藝流程圖。
[0022]圖5為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一個變形結(jié)構(gòu)的三維結(jié)構(gòu)圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)原理和工作原理作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0024]參見圖1和圖2，其結(jié)構(gòu)主要包括介質(zhì)襯底100、電容上極板200、電容下極板300、第一錨點401、第二錨點402、第一控制電極501、第二控制電極502、第三控制電極503、第四控制電極504、第五控制電極505、第六控制電極506、第七控制電極507、第八控制電極508、第九控制電極509和第十控制電極5010，每組控制電極由對稱分布于電容下極板300兩側(cè)的結(jié)構(gòu)相同的a部分和b部分組成，a部分和b部分之間電氣連接。即，第一控制電極501由第一控制電極a部分501a和第一控制電極b部分501b組成,第二控制電極502由第二控制電極a部分502a和第二控制電極b部分502b組成，第三控制電極503由第三控制電極a部分503a和第三控制電極b部分503b組成,第四控制電極504由第四控制電極a部分504a和第四控制電極b部分504b組成,第五控制電極505由第五控制電極a部分505a和第五控制電極b部分505b組成,第六控制電極506由第六控制電極a部分506a和第六控制電極b部分506b組成，第七控制電極507由第七控制電極a部分507a和第七控制電極b部分507b組成,第八控制電極508由第八控制電極a部分508a和第八控制電極b部分508b組成,第九控制電極509由第九控制電極a部分509a和第九控制電極b部分509b組成，第十控制電極5010由第十控制電極a部分5010a和第十控制電極b部分5010b組成。
[0025]電容下極板300、第一錨點401、第二錨點402、第一控制電極501至第十控制電極5010都設(shè)置在介質(zhì)襯底100上，第一錨點401的高度低于第二錨點402，電容上極板200設(shè)置在第一錨點401和第二錨點402上，呈傾斜狀態(tài)，由第一控制電極501向第十控制電極5010逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，可使電容上極板200與電容下極板300之間的電容值呈近似線性的變化。假設(shè)在第一控制電極501上施加電壓Vpull_in時，電容上極板200左端會發(fā)生下拉，則向第一控制電極501上施加從O到Vpull_in逐漸上升的電壓，使電容上電極200的最左端逐漸下拉，第一控制電極501上維持Vpull_in的電壓不變，在第2控制電極502上施加從O到Vpull_in逐漸上升的電壓，最后維持在Vpull_in不變，以此類推，從第一控制電極501向第十控制電極5010方向逐次加由O到Vpull_in變化的電壓，每個控制電極上的電壓達(dá)到Vpull_in后均維持在Vpull_in不變，這樣分階段的控制電容上極板200的下拉，實現(xiàn)了對電容值線性可調(diào)的控制，并且由于最大電容值可用，因此線性變?nèi)莸姆秶玫綌U大。
[0026]參見圖3，其結(jié)構(gòu)為在部分控制電極上施加下拉電壓后的側(cè)視圖，第一控制電極501，、第二控制電極502、第三控制電極503上的電壓均維持在Vpull_in，電容上電極200的左半部分已經(jīng)發(fā)生下拉，可繼續(xù)在后續(xù)控制電極上逐個施加從O到Vpull_in變化的電壓。
[0027]參見圖4，為本發(fā)明的工藝流程圖，首先制作電容下極板300及各控制電極，可用Al等金屬作為電極材料；接著制作犧牲層并刻蝕出錨點通孔；使用數(shù)字曝光技術(shù)并顯影，使?fàn)奚鼘有纬尚逼聽?；濺射或電鍍形成電容上極板200，可用Al、Au等金屬作為上極板材料；刻蝕犧牲層，釋放器件結(jié)構(gòu)。
[0028]作為本發(fā)明結(jié)構(gòu)的一個變形和改進(jìn)，第一錨點401和第二錨點402的高度相同，電容上極板200呈水平狀態(tài)，沿電容上極板200中間向兩端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板200與電容下極板300之間的電容值呈近似線性的變化。位于電容下極板300的中心部位有一組控制電極，其余各組控制電極沿該中心部位的控制電極對稱，且相對稱的兩組控制電極之間電氣連接。
[0029]該結(jié)構(gòu)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)可參見圖5，具體可包括結(jié)構(gòu)二襯底110，結(jié)構(gòu)二電容上極板210，結(jié)構(gòu)二電容下極板310，結(jié)構(gòu)二第一錨點411，結(jié)構(gòu)二第二錨點412和八組結(jié)構(gòu)二控制電極。
[0030]其中，第一組結(jié)構(gòu)二控制電極為中間控制電極，位于結(jié)構(gòu)二電容下極板310的中間位置，由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第一控制電極a部分511a和結(jié)構(gòu)二第一控制電極b部分51 Ib組成；第二組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第二控制電極a部分512a、結(jié)構(gòu)二第二控制電極b部分512b、結(jié)構(gòu)二第二控制電極c部分512c和結(jié)構(gòu)二第二控制電極d部分512d組成，結(jié)構(gòu)二第二控制電極a部分512a和結(jié)構(gòu)二第二控制電極b部分512b位于中間控制電極的一側(cè)，結(jié)構(gòu)二第二控制電極c部分512c和結(jié)構(gòu)二第二控制電極d部分512d位于中間控制電極的另一側(cè)；第三組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第三控制電極a部分513a、結(jié)構(gòu)二第三控制電極b部分513b、結(jié)構(gòu)二第三控制電極c部分513c和結(jié)構(gòu)二第三控制電極d部分513d組成，結(jié)構(gòu)二第三控制電極a部分513a和結(jié)構(gòu)二第三控制電極b部分513b位于中間控制電極的一側(cè)，結(jié)構(gòu)二第三控制電極c部分513c和結(jié)構(gòu)二第三控制電極d部分513d位于中間控制電極的另一側(cè)；依次地，第四組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第四控制電極a部分514a、結(jié)構(gòu)二第四控制電極b部分514b、結(jié)構(gòu)二第四控制電極c部分514c和結(jié)構(gòu)二第四控制電極d部分514d組成；第五組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第五控制電極a部分515a、結(jié)構(gòu)二第五控制電極b部分515b、結(jié)構(gòu)二第五控制電極c部分515c和結(jié)構(gòu)二第五控制電極d部分515d組成；第六組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第六控制電極a部分516a、結(jié)構(gòu)二第六控制電極b部分516b、結(jié)構(gòu)二第六控制電極c部分516c和結(jié)構(gòu)二第六控制電極d部分516d組成；第七組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第七控制電極a部分517a、結(jié)構(gòu)二第七控制電極b部分517b、結(jié)構(gòu)二第七控制電極c部分517c和結(jié)構(gòu)二第七控制電極d部分517d組成；第八組結(jié)構(gòu)二控制電極由電氣互連的結(jié)構(gòu)二第八控制電極a部分518a、結(jié)構(gòu)二第八控制電極b部分518b、結(jié)構(gòu)二第八控制電極c部分518c和結(jié)構(gòu)二第八控制電極d部分518d組成。
[0031]本結(jié)構(gòu)中，結(jié)構(gòu)二電容上極板210由于自身應(yīng)力作用或其他外力作用在中間位置發(fā)生下塌，使結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出對稱的兩個部分，每一部分與上述多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器結(jié)構(gòu)相同，結(jié)構(gòu)二第一控制電極a部分511a和結(jié)構(gòu)二第一控制電極b部分511b上被施以同樣的控制電壓，其他控制電極均包括a、b、c、d四個部分，四部分在電氣上相連接，被施以同樣的控制電壓，從中間控制電極向兩邊控制電極逐個施加從O到Vpull_in變化的電壓，可使該結(jié)構(gòu)電容器電容值實現(xiàn)線性可調(diào)節(jié)，該結(jié)構(gòu)制作工藝較簡單，不用使用數(shù)字曝光技術(shù)，可先制作與結(jié)構(gòu)二電容下極板310平行的結(jié)構(gòu)二電容上極板210，利用其自身應(yīng)力作用或其他外力作用實現(xiàn)在中間部位的下塌。
【權(quán)利要求】
1.一種多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，包括: 介質(zhì)襯底(100)； 設(shè)置于介質(zhì)襯底(100)上的電容下極板(300)、第一錨點(401)、第二錨點(402)和多組控制電極，電容下極板(300)位于第一錨點(401)和第二錨點(402)之間，每組控制電極由對稱分布于電容下極板(300)兩側(cè)的結(jié)構(gòu)相同的a部分和b部分組成，a部分和b部分之間電氣連接； 以及， 位于第一錨點(401)和第二錨點(402)上的電容上極板(200)。
2.如權(quán)利要求1所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述第一錨點(401)和第二錨點(402 )的高度不同，電容上極板(200 )呈傾斜狀態(tài)，沿電容上極板(200 )傾斜下端向上端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板(200)與電容下極板(300)之間的電容值呈近似線性的變化。
3.如權(quán)利要求1所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述相鄰組的控制電極之間間距相等或者不相等。
4.如權(quán)利要求1所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述控制電極為N組，N為正整數(shù)，控制電極上覆蓋一層介質(zhì)層，以實現(xiàn)與電容上極板(200)之間的電隔離。
5.如權(quán)利要求4所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述N為10。
6.如權(quán)利要求1所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述電容下極板(300)設(shè)置于電容上極板(200)的正下方中間位置，比電容上極板(200)小，電容下極板(300)上覆蓋一層介質(zhì)層，以實現(xiàn)與電容上極板(200)之間的電隔離。
7.如權(quán)利要求1所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，所述第一錨點(401)和第二錨點(402 )的高度相同，電容上極板(200 )呈水平狀態(tài)，沿電容上極板(200 )中間向兩端方向，對多組控制電極逐次加電壓，每組控制電極上的電壓均由低到高變化，使電容上極板(200)與電容下極板(300)之間的電容值呈近似線性的變化。
8.如權(quán)利要求7所述的多電極線性可調(diào)節(jié)的MEMS電容器，其特征在于，位于電容下極板(300)的中心部位有一組控制電極，其余各組控制電極沿該中心部位的控制電極對稱，且相對稱的兩組控制電極之間電氣連接。
【文檔編號】H01G5/18GK103440985SQ201310323560
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月30日
【發(fā)明者】劉澤文, 趙晨旭, 李玲 申請人:清華大學(xué)