Micro electromechanical systems thermal switch |
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| 申请号 | JP2010030160 | 申请日 | 2010-02-15 | 公开(公告)号 | JP2010192443A | 公开(公告)日 | 2010-09-02 |
| 申请人 | Honeywell Internatl Inc; ハネウェル・インターナショナル・インコーポレーテッド; | 发明人 | KANG JOON-WON; | ||||
| 摘要 | PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a micro Electro-mechanical systems (MEMS) thermal switch. SOLUTION: The switch includes a FET having a source and drain in a substrate and a beam isolated from the substrate. The beam is positioned over the source and the drain and spaced by a predefined gap. When the thermal set point is reached, the beam moves to electrically connect the source to the drain. COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT | ||||||
| 权利要求 | 基板内のチャネルの対向する端に位置決めされたソース及びドレインと、 前記基板から分離され、前記基板から梁をはなす複数の絶縁体の台によって支持されたバイメタルの梁と、 を有し、 前記梁が、前記ソースと前記ドレインの間のチャネルの上方に配置されていることを特徴とする熱応動スイッチ。 前記梁は、熱的設定点を有する金属梁であり、前記熱的設定点に達すると、前記金属梁は、応力を受け、前記ソースから前記ドレインへのチャネルの伝導率を変化させるように、チャネルに関してゲートを移動させることを特徴とする請求項１に記載のスイッチ。 前記金属梁に電圧電位を加えるための電圧供給源を更に備えている、請求項２に記載のスイッチ。 前記電圧供給源は、前記金属梁と前記基板の間に或る静電力を作り出すために調整され、それによって、前記スイッチの熱的設定点又は前記スイッチのヒステリシスの内の１つ又はそれ以上が調整される、請求項３に記載のスイッチ。 前記梁は、前記ソースと前記ドレインに対して凹状を形成するように複数の絶縁体の台の間で弓形になっている、請求項１に記載のスイッチ。 前記梁は、前記ソースと前記ドレインに対して凸状を形成するように複数の絶縁体の台の間で弓形になっている、請求項１に記載のスイッチ。 前記梁はＨ形梁である、請求項１に記載のスイッチ。 熱応動スイッチを作成するための方法において、 シリコン基板を提供する段階と、 フォトレジストを塗布する段階と、 ソースマスクからはずされたドレインマスクとソースマスクに従って前記フォトレジストをマスキングする段階と、 ソース及びドレインを形成するように前記フォトレジストマスクに従って前記フォトレジストをエッチングする段階と、 ソースとドレインとの間に延びるチャネルを形成するためにＮ型又はＰ型の少なくとも１方にドープされた材料を前記基板内に注入する段階と、 前記フォトレジストを除去する段階と、 絶縁層を塗布する段階と、 所定の絶縁マスクに従って、複数の絶縁性の台を画定するように、前記絶縁層をマスキングする段階と、 前記複数の絶縁性の台を形成するように、前記絶縁マスクに従って前記絶縁層をエッチングする段階と、 犠牲層を塗布する段階と、 所定の犠牲層マスクに従って前記犠牲層をマスキングする段階と、 前記塗布された犠牲層マスクに基づいて前記犠牲層をエッチングする段階と、 梁の材料を塗布する段階と、 所定の梁のマスクに従って前記梁の材料をマスキングする段階であって、前記梁のマスクが前記複数の絶縁性の台の上をそのままにしておくように構成されることを特徴とする、マスキングする段階と、 前記複数の絶縁性の台に添付された梁を残すように、前記梁のマスクに基づいて前記梁の材料をエッチングする段階と、 前記複数の絶縁性の台によってチャネルの上に吊られた梁を残すように、前記犠牲層を除去する段階と、から成る方法。 ソースとドレインを有しているチャネルを形成するように構成された基板と、 前記基板から分離され、はなして、複数の絶縁体の台に設定され、前記ソースと前記ドレインの間に所定の温度で電流が流れるように、ソースからドレインへ延びるチャネルの上方に配置される、バイメタルの梁と、を備えている熱応動スイッチ。 前記基板に関係する前記金属の梁に電圧電位を加えるための電圧手段を更に備えている、請求項９に記載のスイッチ。 前記加えられる電圧電位は、前記金属の梁と前記基板の間に或る静電力を作り出すために調整され、それによって、前記スイッチの熱的設定点又は前記スイッチのヒステリシスの内の１つ又はそれ以上が調整される、請求項１０に記載のスイッチ。 前記梁は、前記ソースと前記ドレインに対して、複数の絶縁性の台の間で凹状に弓形になっている、請求項９に記載のスイッチ。 前記梁は、前記ソースと前記ドレインに対して、複数の絶縁性の台の間で凸状に弓形になっている、請求項９に記載のスイッチ。 前記梁はＨ形梁である、請求項９に記載のスイッチ。 |
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| 说明书全文 | 本発明は、マイクロ電気機械システム式熱応動スイッチに関する。 従来の熱応動スイッチは、切替動作を行うのにバイメタル（二層金属）又はトリメタル（三層金属）のディスクを使用している。 これらの熱応動スイッチは、金属対金属の接触点を含んでおり、その結果、マイクロ溶接、電弧及び酸化が起こり、最終的にはスイッチが永久的に故障することになりかねない。 更に、これらの熱応動スイッチは、或る寸法限界より小さくならず、従って適用性も限られてくる。 また、これらの熱応動スイッチは、費用の掛かる人手による組立を要する数多くの部品を含んでいる。 これらの熱応動スイッチの設定点は、使用される熱応動ディスクの材料と形状によって決まり、組立後に調整することはできない。 従って、これらの熱応動スイッチは、一旦製作してしまうと、設定点を調整することはできない。 従って、生産が容易で、効率的に製造でき、調整可能な設定点を有する熱応動スイッチが必要とされている。 本発明は、マイクロ電気機械システム（ＭＥＭＳ）式熱応動スイッチを提供する。 本スイッチは、基板内にソースとドレインを有するＦＥＴと、基板から分離された梁を含んでいる。 梁は、ソースとドレインの上方に配置されており、所定の空隙だけ離して配置されている。 熱的設定点に達すると、梁は、ソースをドレインに電気的に接続する。 本発明の或る態様では、電圧源は、梁に電圧電位を加える。 梁と基板の間に或る静電力を作り出すために電圧源を調整し、それによって、スイッチ又はスイッチのヒステリシスに関する１つ又は複数の熱的設定点が調整される。 本発明の別の態様では、梁は、バイメタルの梁であり、ソースとドレインに対して凹又は凸の弓形になっている。 本発明の好適な実施形態及び代わりの実施形態について、以下、図面を参照しながら詳しく説明する。 図２は、別の単一梁の熱応動スイッチ６０を示している。 スイッチ６０は、絶縁体の台６６に取り付けられている梁６４を含んでいる。 絶縁体の台６６は、酸化物又は何れかの他の絶縁材料である。 絶縁体の台６６は、シリコン基板７０に取り付けられている。 ソース７２とドレイン７４は、基板７０内に互いに隣接して埋め込まれている。 梁６４は、ソース７２とドレイン７４に対して凸状になっている。 空隙７８が、梁６４とソース７２及びドレイン７４の間に存在する。 スイッチ６０の周囲の温度が上昇すると、梁６４は、膨張しようとするが、シリコン基板７０に接続されているので膨張できない。 その結果、梁６４は、撓んでソース７２及びドレイン７４と接触し、スイッチ６０をオンにする。 ソース１０４とドレイン１０５を覆うゲート酸化物の小さな層は示していない。 ゲート酸化物は絶縁体として作用し、梁６４と基板７０の間の電気的短絡を防ぐ。 図３は、スイッチ６０と同様の構造のスイッチ８０を示しているが、スイッチ８０は、バイメタルの梁８２を含んでいる。 スイッチ８０のバイメタルの梁８２は、基板内に埋め込まれているソースとドレインに向かって又はそれらから離れる方向の動きが、スイッチ６０の梁６４の動きよりも活動的になっている。 ソースとドレイン１０５を覆う酸化物の小さな層は示していない。 図４Ａ−Ｆは、スイッチ８０を作るための製作段階を示している。 図４Ａに示すように、シリコン基板１００又は単結晶シリコンウェーハに、Ｐ型ドーピング（例えばホウ素）が施される。 シリコン基板にはＮ型ドーピングを施してもよい。 フォトレジスト層１０２がシリコン基板に塗布され、次に、ソース１０４とドレイン１０５のためのマスクに従ってエッチングされる。 次に、フォトレジスト１０２がエッチングで除去された部分を通して、リンの様なＮ型物質を使って、基板１００へのイオン注入が行われる。 シリコンウェーハがＮ型の場合には、注入はＰ型の物質を使って行われる。 その後、フォトレジスト層１０２は除去される。 図４Ｂに示すように、酸化物層がシリコン基板１００に塗布され、所定のマスクに従ってエッチングされる。 所定のマスクを使えば、梁を取り付けるための絶縁体の台１０６を作るために、酸化物を除去することができる。 ソース１０４とドレイン１０５を覆うゲート酸化物の小さな層は図示していない。 ゲート酸化物の小さな層は、絶縁性の台１０６が作られた後に成長させる。 図４Ｃに示すように、犠牲材料層１１０が、絶縁ポスト１０６とシリコン基板１００上に塗布される。 次いで、犠牲材料層１１０は、梁とソース１０４（図示せず）及びドレイン１０５（図示せず）との間に存在することになる空隙を画定するために、所定のマスクに従ってエッチングされる。 限定するわけではないが、犠牲材料層１１０に用いられる犠牲材料の例としては、チタン又は他の材料を除去することなく取り除くことができる何らかの他の材料が挙げられる。 図４Ｄに示すように、第１梁層１１２が、犠牲材料層１１０の上に塗布され、マスキングされ、エッチングされる。 第１梁層１１２は、アルミニウム、酸化物、窒化物、ポリシリコン、タングステン、又は多数の他の材料の何れかであってもよい。 次に、図４Ｅに示すように、第２梁層１２０が、絶縁性の台１０６、犠牲材料層１１０及び第１梁層１１２の上に塗布される。 第２梁層１２０は、所定のマスクに従ってエッチングされる。 第２梁層１２０は、クロム、ポリシリコン、又は第１梁層１１２と異なる膨張係数を有する別の材料であってもよい。 最後に、図４Ｆでは、犠牲材料層１１０が除去され、梁層１１２及び１２０を含む梁と、ソース１０４（図示せず）及びドレイン１０５（図示せず）との間に空隙１２６ができている。 図５は、Ｈ形梁の熱応動スイッチ２００の上面図である。 Ｈ形梁の熱応動スイッチ２００は、ソース２０４、ドレイン２０６及びＨ形梁２０８を含んでいる。 Ｈ形梁２０８は、シリコン基板２１４に張り付いている絶縁パッド（図示せず）に取り付けられている４つの取り付けパッド２１２を含んでいる。 ソース２０４とドレイン２０６は、シリコン基板２１４の中に埋め込まれている。 Ｈ形梁２０８は、２つの平行な梁２２０と２２２を含んでいる。 第１梁２２０は、固定パッド２１２ａと２１２ｂに接続しており、第２梁２２２は、固定パッド２１２ｃと２１２ｄに接続している。 横梁２３０は、梁２２０と２２２を、それらのほぼ中間点で互いに接続している。 横梁２３０は、各ソース２０４とドレイン２０６の両端より大きい寸法であるのが望ましい。 熱応動スイッチ２００がその設定点に達すると、Ｈ形梁２０８は撓んで、横梁２３０をソース２０４及びドレイン２０６の部分と接触させ、回路を閉じる。 図６は、制御回路２４０を示している。 回路２４０は、図１Ａ、図２、図３、図５に示す実施形態の何れにおいても、梁に或る電圧電位を供給する電圧供給源２５０を含んでいる。 電圧供給源２５０は調整することができる。 電圧供給源２５０（即ち、梁に掛かる電圧電位）を調整することによって、基板が接地として作用するので、梁と基板の間に生じる静電力を調整することができる。 静電力を調整することによって、各スイッチの設定点とヒステリシスを増減させることができる。 以上、本発明の好適な実施形態を図示し説明してきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変更を行うことができる。 従って、本発明の範囲は、上記好適な実施形態の開示によって限定されるものではない。 |
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