專利名稱：用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動和控制微機械裝置的方法和裝置，以及使用該方法 和該裝置的可變電容元件和可變電容開關(guān)，其中該微機械裝置由彼此相對的 第一 電極和第二電極、以及設(shè)置在第一 電極與第二電極之間的介電層構(gòu)成。
背景技術(shù)：
近來，通過利用微機械處理技術(shù)[也被稱作MEMS (微機電系統(tǒng))或MST (微系統(tǒng)技術(shù))]的工藝而獲得的微結(jié)構(gòu)在微機械裝置的無線通信電路中的應(yīng) 用受到關(guān)注(參見美國專利No. 6391675、日本未經(jīng)審査的專利公布No. 2002-84148和No. 2002-36197)。微機械裝置具有通過控制機械參數(shù)來改變電容或電開關(guān)的功能。因此， 其材料很難影響諸如損耗之類的電氣特性，所以微機械裝置比使用半導(dǎo)體的 開關(guān)或可變電容裝置更容易獲得優(yōu)良的電性能。注意，微機械裝置也被稱作 "微加工裝置"、"微機械元件"、"MEMS機電元件"等。此處參照圖1描述利用微機械裝置實現(xiàn)的可變電容裝置(可變電容元件) 的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)。在圖1中，可變電容裝置由襯底21、下電極24、覆蓋下電極24的介電 膜26、支撐膜22以及由在襯底21上形成的支撐膜22支撐的上電極25。在 介電膜26與上電極25之間存在空間KG。下電極24與上電極25之間的電 容CP根據(jù)上電極25的位移而改變。更具體地，當(dāng)在下電極24與上電極25之間施加電壓時，由于電極之間 的靜電吸引力而使上電極25被吸近下電極24，從而使空間KG減小，且電 容CP值增大。施加在下電極24與上電極25之間的電壓被稱作"控制電壓" 或"控制電壓VC"。如果控制電壓VC足夠大，則上電極25移位直到它直 接接觸介電膜26，這樣一來，空間KG消失。電容CP因此而大大增加。根 據(jù)美國專利No. 6391675中的描述，這種可變電容裝置被用作所謂的可變電容開關(guān)(電容開關(guān))。然而，由于電容CP相對于控制電壓cv的改變量會表現(xiàn)出磁滯現(xiàn)象 (hysteresis)，所以可再現(xiàn)性很差，以至不能精確地獲得所期望的電容CP， 因此實際上很難控制傳統(tǒng)的可變電容裝置。圖4A示出當(dāng)控制電壓VC緩慢變化時電容CP的變化。更具體地，控制 電壓VC從0V緩慢地增加至IOV，然后降至0V并進一步降至-10V，接著再 增加到0V。在這個周期中會發(fā)生磁滯現(xiàn)象，因此在相同控制電壓VC處的電 容CP的值在上升時間和下降時間是完全不同的。此外，在控制電壓VC為 OV時，電容CP會向(電容)較大側(cè)偏移，所以具有相對于OV時的電容CP 的固有值的偏移量，并且不能被復(fù)位(reset)。作為結(jié)果，例如，控制電壓 VC為OV時的電容CP大于4V時的電容CP。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在微機械裝置的控制中抑制磁滯現(xiàn)象的發(fā)生，該微機械 裝置由彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在第一電極與第二電極之 間的介電層構(gòu)成，以實現(xiàn)比傳統(tǒng)方法更容易和更準(zhǔn)確的控制。根據(jù)本發(fā)明方案的方法是一種用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，該微機 械裝置由彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在第一電極與第二電極 之間的介電層構(gòu)成。該驅(qū)動控制方法包括如下步驟在該第一電極與該第二 電極之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第二電極施加用于使該第一電 極或該第二電極移位的靜電力；以及以預(yù)定周期或比該預(yù)定周期更短的周期 切換控制電壓的極性。由于以預(yù)定周期或比該預(yù)定周期更短的周期切換控制電壓的極性，例如 以比某一特定的時間周期更短的時間周期進行切換，所以能夠防止介電層充 電，從而能夠抑制磁滯現(xiàn)象在電容中產(chǎn)生。注意，如果切換是重復(fù)進行的， 則其周期(時間周期)可以彼此不同。用于切換控制電壓極性的周期是短時間周期，在該短時間周期中，在介 電層內(nèi)沒有發(fā)生因空間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。例如，該周期為100毫秒或 更短。另外，根據(jù)本發(fā)明另一方案的阻抗匹配電路包括可變電容元件，該可變電容元件為電容可變的微機械裝置，該微機械裝置具有彼此相對的第一電極 和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層。在該第一 電極與該第二電極之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第二電極施加用 于使該第一電極或該第二電極和該匹配阻抗移位的靜電力，并且在通信電路的閑置周期(idleperiod)中切換控制電壓的極性。由于是在通信電路的閑置時間期間切換控制電壓的極性，所以能夠抑制 在可變電容(可變電容元件)中空間電荷的產(chǎn)生。因此，消除了切換控制電 壓時電容波動的影響，從而不會對阻抗匹配電路的功能產(chǎn)生不良影響。根據(jù)本發(fā)明又一方案的發(fā)送和接收切換電路包括由微機械裝置制成的 第一可變電容開關(guān)，其在被導(dǎo)通時能夠使發(fā)送電路執(zhí)行發(fā)送操作；以及由微 機械裝置制成的第二可變電容開關(guān)，其在被導(dǎo)通時能夠使接收電路執(zhí)行接收 操作。該第一可變電容開關(guān)和該第二可變電容開關(guān)均包括彼此相對的第一電 極和第二電極、以及設(shè)置在第一電極與第二電極之間的介電層。當(dāng)在該第一 電極與該第二電極之間施加控制電壓時，該第一電極或該第二電極移位以導(dǎo) 通或斷開電路。當(dāng)該第一可變電容開關(guān)和該第二可變電容開關(guān)均從斷開切換 為導(dǎo)通時，切換待施加的該控制電壓的極性。以這種方式，利用由微機械裝置制成的可變電容開關(guān)，能夠以簡單的結(jié) 構(gòu)安全地執(zhí)行發(fā)送和接收的切換操作。根據(jù)本發(fā)明，能夠抑制微機械裝置的電壓控制特性中的磁滯現(xiàn)象的產(chǎn) 生，該微機械裝置包括彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在它們之 間的介電層。從而能夠比傳統(tǒng)方法更容易地執(zhí)行更精確的控制。


圖1為示出根據(jù)本發(fā)明實施例的微機械系統(tǒng)的實例的示意圖。圖2為示出驅(qū)動電路的結(jié)構(gòu)實例的框圖。圖3A和圖3B為示出控制電壓的電壓波形的實例的示意圖。圖4A和圖4B為示出可變電容裝置的控制電壓與電容之間關(guān)系的示意圖。圖5為示出隨著頻率參數(shù)的不同，控制電壓與偏移值之間關(guān)系的示意圖。 圖6A-圖6F為用于解釋可變電容裝置的充電的示意圖。圖7為示出根據(jù)第一變型的可變電容裝置的示意圖。圖8為示出根據(jù)第二變型的可變電容裝置的示意圖。圖9為示出根據(jù)第三變型的可變電容裝置的示意圖。圖IO為示出無線發(fā)送電路的阻抗匹配電路的實例的示意圖。圖11為示出用于切換控制電壓的極性的時序的示意圖。圖12為示出發(fā)送/接收與用于切換極性的時序之間關(guān)系的實例的示意圖。圖13為示出發(fā)送/接收與用于切換極性的時序之間關(guān)系的另一實例的示 意圖。圖14為示出用于移動終端的發(fā)送和接收的切換電路的示意圖。圖15A和圖15B為可變電容開關(guān)的操作狀態(tài)的示意圖。圖16為示出發(fā)送/接收與用于切換極性的時序之間關(guān)系的示意圖。
具體實施方式
現(xiàn)在參照附圖詳細描述本發(fā)明。 [微機械系統(tǒng)]在圖1中，微機械系統(tǒng)3由可變電容裝置11和驅(qū)動電路12構(gòu)成，該可 變電容裝置ll為微機械裝置。可變電容裝置(可變電容元件)ll包括由硅、玻璃或類似物制成的襯底 21、在襯底21上形成的下電極24以及覆蓋下電極24的介電膜26。此外， 在襯底21上還形成支撐膜22和23以及由支撐膜22和23支撐的上電極25。 在介電膜26與上電極25之間提供空間KG。在下電極24與上電極25之間 存在電容CP，電容CP根據(jù)上電極25的位移而改變。更具體地，驅(qū)動電路12在下電極24與上電極25之間施加控制電壓VC。 根據(jù)控制電壓VC的絕對值，在下電極24與上電極25之間施加相應(yīng)的靜電 力(靜電吸引力)。作為結(jié)果，上電極25被吸引并向下移位。因此，空間 KG減小，從而導(dǎo)致電容CP值增大。在圖2中，驅(qū)動電路12由輸出電壓調(diào)節(jié)部33和從外部提供的極性反轉(zhuǎn) 信號Sl構(gòu)成。注意，通過使用模擬或數(shù)字電路元件的硬件、或使用執(zhí)行適 當(dāng)程序的CPU、 DSP等的軟件、或二者的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電路12。輸出電壓調(diào)節(jié)部33將施加至可變電容裝置11的控制電壓VC調(diào)節(jié)至預(yù) 定值。根據(jù)控制的目的和內(nèi)容來確定控制電壓VC的值。此外，控制電壓VC 的極性根據(jù)從外部提供的極性反轉(zhuǎn)信號Sl而改變。雖然控制電壓VC的極性改變與可變電容裝置11的結(jié)構(gòu)、尺寸、材料等 有關(guān)，但優(yōu)選地，是以200毫秒或更短的周期，即以5Hz或更高的頻率來執(zhí) 行該控制電壓VC的極性改變。更優(yōu)選地，是以10Hz或更高頻率(100毫秒 或更短)來執(zhí)行該控制電壓VC的極性改變。此外，極性改變的周期例如可 為大約50-200Hz。在任何情況下，控制電壓VC都是具有如圖3A所示的矩形波的電壓， 利用該矩形波基本上以周期性間隔來改變其極性。作為振幅的電壓VS的值 可被設(shè)為從0至最大值范圍內(nèi)的任何值。另外，還能夠采用如圖3B所示的 控制電壓VC2的波形，其中當(dāng)極性改變時，在周期T2和T4中的電壓為0。由于控制電壓VC的極性基本上是以周期性間隔發(fā)生改變，所以在介電 膜26內(nèi)沒有產(chǎn)生由于空間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。即使產(chǎn)生了極化，其數(shù) 量也非常少，所以在由控制電壓VC對電容CP進行的控制中不會發(fā)生磁滯 現(xiàn)象，或者磁滯現(xiàn)象被充分降低。下面將參照圖6A至圖6F來說明原因。在圖6A至圖6F中，下電極24接地，并在下電極24與上電極25之間 施加控制電壓VC。換言之，在這種情況下，用于控制電壓VC的電極之一 接地。如圖6A所示，如果控制電壓VC為OV，則在下電極24、上電極25 及介電膜26內(nèi)不存在電荷。圖6B示出控制電壓VC的電壓Vs變?yōu)?aV的狀態(tài)，艮P，對上電極25 施加+aV的正電壓的狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，當(dāng)在上電極25的表面處產(chǎn)生正 電荷時，在下電極24與介電膜26之間的界面處產(chǎn)生負電荷。此時，在介電 膜26內(nèi)產(chǎn)生極化BK1，從而抵消了有電極的界面處的電荷。這種極化BK1 是跟隨上電極25和下電極24的電勢改變而產(chǎn)生的。除了該極化BK1之外， 在介電膜26內(nèi)伴隨離子的遷移還會產(chǎn)生空間電荷，并且該空間電荷的產(chǎn)生 需要用于離子遷移的時間。圖6C示出在圖6B所示的狀態(tài)之后大約1秒時的電荷狀態(tài)。在介電膜 26內(nèi)，產(chǎn)生與極化BK1的電荷類似的正空間電荷KD1，并產(chǎn)生負空間電荷KD2。電荷被提供給上電極25和下電極24以抵消空間電荷KD1和KD2。圖6D示出控制電壓VC再次降至0V，且上電極25的電勢變?yōu)?V時的 狀態(tài)。在這種狀態(tài)下，需要遷移時間的空間電荷KD1和KD2被保留。由于 空間電荷KD1和KD2以這種方式被保留，所以即使控制電壓VC變?yōu)?， 如圖4A所示，電容CP也不能回到原始狀態(tài)。因此，電容CP相對于電容 CP的初始值而具有偏移值(偏移電容)AC0。圖6E示出控制電壓VC從圖6D所示的狀態(tài)進一步降低，且上電極25 的電勢變?yōu)?aV時的狀態(tài)。上電極25和下電極24分別產(chǎn)生負電荷和正電荷。 與此相伴隨，在介電膜26內(nèi)產(chǎn)生極化BK2。在該時間點，空間電荷KD1和 KD2仍部分地保留。隨著時間流逝，空間電荷KD1和KD2被抵消，最后由 具有相反極性的電荷導(dǎo)致空間電荷KD3和KD4產(chǎn)生，如圖6F所示。以這 種方式，重復(fù)進行空間電荷KD的遷移，就會出現(xiàn)如圖4A所示的磁滯現(xiàn)象。 注意，在介電膜26內(nèi)，剩余的空間電荷KD隨著給上電極25和下電極 24施加電壓的時間周期的變長、以及隨著待施加的電壓的增大而增加。雖然 可以試圖對產(chǎn)生空間電荷KD的機制進行其它解釋，但是具有高遷移速度的 極化情況和具有低遷移速度的極化情況相同，例如在介電膜26內(nèi)會同時存 在空間電荷KD。以這種方式，如果在可變電容裝置11中，電容CP相對于控制電壓VC 而表現(xiàn)出磁滯現(xiàn)象，則電容CP的可再現(xiàn)性變差，從而使其控制變得困難。因此，在本實施例中，為了抑制空間電荷KD的產(chǎn)生，需要以比空間電 荷KD的遷移時間更短的時間周期來交換施加至上電極25和下電極24的電 壓極性。當(dāng)用與上述圖4A所示相同的方式改變控制電壓VC的振幅并提高改變 速度時，圖4B示出電容CP的變化。更具體地，其示出了將具有如圖3A所 示波形的電壓作為控制電壓VC，并將電壓的周期T設(shè)為IO毫秒(即，頻率 fs=100Hz)時的情形。在這種情形下，每隔5毫秒交換施加至上電極25和 下電極24的電壓的極性。如果以這樣高的速度交換極性，則能夠在沒有空間電荷KD遷移的情況 下控制可變電容裝置11，所以幾乎不會產(chǎn)生電容CP的磁滯現(xiàn)象。如上所述，使用如圖3A和圖3B所示的控制電壓VC即可防止介電膜26的充電，并且當(dāng)控制電壓VC的交換極性的周期T/2更短時，更容易獲得 這種效果?？刂齐妷篤C的交換周期根據(jù)可變電容裝置11所使用的介電膜 26的材料而變化。如果Al203或Si02用于介電膜26，則可將交換周期T/2 設(shè)為100毫秒或更短的數(shù)值，以防止介電膜26充電。圖5示出隨著交換控制電壓VC的極性的頻率參數(shù)fs的變化，控制電壓 VC的電壓VS與電容CP的偏移值A(chǔ)CO之間的關(guān)系。更具體地，其示出相對 于控制電壓VC的電壓VS的最大值而言偏移值A(chǔ)CO的數(shù)據(jù)，該偏移值A(chǔ)C0 是相對于電壓VS為O伏時的電容CP的初始值的偏移。注意，頻率fs具有 如下關(guān)系fsl<fS2<fS3<fS4?；趫D5，根據(jù)介電膜26所使用的介電材料， 即可確定合適的控制電壓VC的極性交換周期。如果偏移值A(chǔ)C0與電容CP 的最大值的比率為10%或更小，則可將其用于普通電路中，且處在不會帶來 任何問題的誤差范圍內(nèi)。從圖5中可看出，頻率fs越高，偏移值A(chǔ)C0越小。例如，如果頻率為fs4， 由于偏移值A(chǔ)CO足夠小，所以如果該偏移值小于電容CP的最大值的10%或 更小，即可使用頻率為fs4的控制電壓VC。[可變電容裝置的變型]接下來描述可變電容裝置11的各種變型。圖7為示出根據(jù)第一變型的可變電容裝置11B的示意圖，圖8為示出根 據(jù)第二變型的可變電容裝置11C的示意圖，以及圖9示出根據(jù)第三變型的可 變電容裝置11D的示意圖。在圖1所示的可變電容裝置11中，在襯底21上形成下電極24，以使其 直接固定至該襯底。然而，還可以采用另一種結(jié)構(gòu)，其中下電極24經(jīng)由間 隙(gap)而固定至襯底21，雖然其圖被省略。另外，雖然在圖l所示的可變電容裝置ll中，介電膜26是覆蓋下電極 24，但是也可采用另一種結(jié)構(gòu)，如圖7所示的第一變型的可變電容裝置IIB， 其中介電膜27是覆蓋上電極25。另外，也可采用另一種結(jié)構(gòu)，如圖8所示的第二變型的可變電容裝置 IIC，其中介電膜26覆蓋下電極24，而介電膜27覆蓋上電極25。另外，雖然該圖被省略，對于上述可變電容裝置11、 IIB、 IIC等，還 能夠在介電膜26和27中的一個介電膜的表面上部分地提供金屬膜。如果提供了金屬膜，則更容易釋放介電膜26或27中剩余的電荷。另夕卜，雖然在圖l、圖7和圖8所示的可變電容裝置11、 11B和11C中， 用以施加電壓VS以使上電極25位移的電極與用于產(chǎn)生電容CP的電極是相 同的電極，但是也可以彼此獨立地提供這些功能。更具體地，在圖9所示的可變電容裝置UD中，在襯底21上，在用于 產(chǎn)生電容CP的下電極24B的兩側(cè)形成兩個分開的下電極24A和24A，并且 下電極24B和24A的上部用介電膜26覆蓋。由襯底21上的支撐膜22和支 撐膜23支撐的絕緣膜28被設(shè)置在下電極24B和下電極24A的上方，并且上 電極25A和上電極25B分別形成在絕緣膜28的下表面上與下電極24A和下 電極24B相對應(yīng)的位置處。在介電膜26與上電極25A或25B之間提供空間 KG，所以在下電極24B和上電極25B之間形成電容CP。當(dāng)在兩個下電極24A與兩個上電極25A之間施加控制電壓VC時，由于 它們之間的靜電吸引力而使得上電極25A和絕緣膜28被向下吸引。結(jié)果， 空間KG減小，從而增大電容CP的值。在這種情況下，如果控制電壓VC 為直流電，則在作為控制電極的下電極24A和上電極25A中會發(fā)生磁滯現(xiàn) 象。如上所述，通過使用極性按預(yù)定周期而改變的控制電壓VC，能夠精確 地控制上電極25A和絕緣膜28的位移，從而能夠精確地控制電容CP。[阻抗匹配電路]接下來將描述另一實例，在該實例中，將可變電容裝置11應(yīng)用于設(shè)置 在無線傳輸電路的末端的阻抗匹配電路中。圖10為示出無線傳輸電路的阻抗匹配電路40的實例的示意圖，圖11 示出用于切換控制電壓VC的極性的時序示意圖。在圖10中，通過位于電路末端的高頻功率放大器45放大來自傳輸信號 處理電路44的信號。對于高頻功率放大器45的輸出，阻抗匹配電路40執(zhí) 行其與天線46的阻抗匹配。阻抗匹配電路40是由可變電容41和可變電容 42以及電感43構(gòu)成的7T型電路。通常，根據(jù)要使用的頻帶和放大輸出功率 的不同，功率放大電路具有極其不同的阻抗值，所以這種阻抗匹配電路40 是必需的。此處，將可變電容裝置ll、 IIB、 IIC或11D用作可變電容41和可變 電容42，并且通過上述的控制電壓VC進行控制。調(diào)節(jié)控制電壓VC，從而調(diào)節(jié)可變電容41和可變電容41的電容值CP，以實現(xiàn)與天線46的阻抗匹配。 在該說明書中，在某些情況下，"可變電容41和可變電容42"是指"可 變電容元件(可變電容器)"，其作為由可變電容裝置ll、 IIB、 11C或11D 實現(xiàn)的裝置，而在其它情況下，它們是指由可變電容裝置ll、 IIB、 IIC或 11D實現(xiàn)的功能?？刂齐妷篤C是具有圖3A或圖3B所示的波形的電壓，并且其極性以預(yù) 定周期T/2發(fā)生改變，以抑制在可變電容41和42中產(chǎn)生的空間電荷。然而， 如果控制電壓VC的極性被改變，并且此時高頻功率放大器45正在工作，即 正執(zhí)行傳輸，則在切換極性時電壓VS會降低。結(jié)果，可變電容41和42的 電容值CP被改變，所以阻抗匹配可能會失敗。因此，在本實施例中，控制電壓VC的極性改變是在高頻功率放大器45 不工作時，即不執(zhí)行傳輸時進行。換言之，是在沒有信號流入可變電容41 和42時改變極性。由此消除了切換控制電壓VC時電容值CP的波動所產(chǎn)生 的影響，所以不會對阻抗匹配電路40的功能產(chǎn)生不良影響。更具體地，如圖11所示，控制電壓VC的極性是在傳輸電路不執(zhí)行傳輸 的時間周期中進行切換的?？刂齐妷?1)是這樣一種情況下的實例，即僅 具有正電壓VS和負電壓VS，并在傳輸電路的閑置周期中改變極性?？刂齐?壓(2)是這樣一種情況下的實例，即在正電壓VS和負電壓VS之間具有OV 周期，并且在輸出電路的閑置周期中將OV周期設(shè)置得盡可能長。在后一種 情況下，其波形類似于圖3B所示的控制電壓VC2，并且能夠經(jīng)過該OV周 期而更有效地防止介電膜26充電。雖然圖10中沒有示出，但一定不能將用于控制可變電容41和42的控 制電壓VC施加至高頻功率放大器45或類似裝置。為此目的，可采用各種措 施，例如使用具有適當(dāng)電容值的電容器以斷開低頻元件，以及使用適當(dāng)?shù)腖C 濾波器以斷開高頻元件。[移動終端中的控制電壓的極性切換]接下來，針對將可變電容裝置ll、 IIB、 11C或11D整合在移動終端中 的情況，描述改變控制電壓VC的極性的時序。下面描述移動終端的實例， 該移動終端為TDD方式[發(fā)送和接收的分時雙工方式(time-division duplex method)]的移動電話。作為TDD方式的有GSM (全球移動通信系統(tǒng))、WiMAX (正EE802.16標(biāo)準(zhǔn)的微波存取全球互通)或類似系統(tǒng)。圖12為示出WiMAX的發(fā)送/接收順序與用于切換控制電壓VC的極性 的時序之間的關(guān)系。如圖12所示，用5ms (毫秒)裝置將發(fā)送和接收分開，在每一分開的發(fā) 送和接收段KK中，依次執(zhí)行一個接收和一個發(fā)送。更具體地，在每一發(fā)送 和接收段KK的開始時，移動終端接收來自基站的接收信號(下行鏈路信號)， 然后其向基站發(fā)送傳輸信號(上行鏈路信號)。在接收來自基站的接收信號的周期中，如圖10所示的發(fā)送電路處于閑 置狀態(tài)，在該周期中切換用于控制可變電容41和42的控制電壓VC的極性。 每次當(dāng)發(fā)送電路變?yōu)殚e置狀態(tài)時、或每次當(dāng)發(fā)送電路變?yōu)殚e置狀態(tài)直到數(shù)個 回合時，可以執(zhí)行控制電壓VC的極性切換。在圖12所示的實例中，極性的 改變以發(fā)送電路的六個閑置狀態(tài)為期，即每當(dāng)執(zhí)行了六個發(fā)送和接收段KK 時執(zhí)行一次極性改變。因此，在這種情況下，是以30ms的周期來改變極性。通過執(zhí)行這種控制，如上所述，消除了由于介電膜26的充電所導(dǎo)致的 磁滯現(xiàn)象，所以能夠精確地調(diào)節(jié)由可變電容裝置制成的可變電容41和可變 電容42。此外，由于是在發(fā)送電路的閑置周期中切換控制電壓VC的極性的， 所以能夠避免可變電容41和可變電容42的瞬態(tài)變化(instant variation)的 影響。圖13為示出另一實例中WiMAX的發(fā)送/接收順序與用于切換控制電壓 VC的極性的時序之間關(guān)系的示意圖。在圖12中，是在移動終端的接收段直接切換控制電壓VC的極性。與之 不同，在圖13中，是在OV周期之后切換控制電壓VC的極性。更具體地，在移動終端的接收段，是在初始時序段將控制電壓VC設(shè)為 0V，在結(jié)束時序段改變并提升控制電壓VC的極性。因此，控制電壓VC僅 在覆蓋移動終端的發(fā)送段并大體與其相等的周期中變?yōu)檎妷?+VS)或負 電壓(-VS)。以這種方式，能夠確實防止介電膜26充電，所以通過延長不 施加電壓VS的時間，能夠精確地控制可變電容裝置。如圖13所示，利用WiMAX方式的無線通信的發(fā)送和接收的時間分割 段為5毫秒。因此，由于極性交換周期為5毫秒，所以能夠抑制可變電容裝置的介電膜26充電。因此在可變電容的控制精確性方面基本上不存在問題。 換言之，例如，當(dāng)切換控制電壓VC的極性的周期為5毫秒時，如果電容值CP相對其電容初始值的改變量為10%或更小，則該可變電容裝置可應(yīng)用于WiMAX移動終端的發(fā)送和接收電路。此外，為了制造能夠滿足上述應(yīng)用的可變電容裝置，應(yīng)該選擇介電層的材料、厚度等。 [通過可變電容開關(guān)切換移動終端的發(fā)送和接收]接下來將描述將可變電容裝置ll、 IIB、 11C或11D整合于移動終端而 作為可變電容開關(guān)的情形。圖14為示出用于移動終端的發(fā)送和接收的開關(guān)電路的示意圖，圖15A 和圖15B為示出可變電容開關(guān)的操作狀態(tài)的示意圖。圖16為示出發(fā)送/接收 的切換時序與用于切換控制電壓VC的極性的時序之間的關(guān)系的示意圖。在圖14中，提供可變電容開關(guān)54和55，以選擇性地將天線53連接至 用于發(fā)送和接收的開關(guān)電路50中的接收電路51或發(fā)送電路52。換言之，可 變電容開關(guān)54是用于連接或斷開天線53與接收電路51的開關(guān)，而可變電 容開關(guān)55是用于連接或斷開天線53與發(fā)送電路52的開關(guān)。注意，在該圖 中省略了阻抗匹配電路等。上述的可變電容裝置ll、 UB、 IIC或11D被用作可變電容開關(guān)54和 55，并將控制電壓VC設(shè)置為足夠大的值。因此，電容CP的變化會很大， 所以電阻抗的變化也很大。由于移動終端使用的射頻處于千兆赫波段或與此 接近，所以通過改變電容CP而實現(xiàn)的操作與電子開關(guān)等效。在圖14中，用于接收電路的可變電容開關(guān)54被斷開，而用于發(fā)送電路 的可變電容開關(guān)55被導(dǎo)通。因此，天線53連接至發(fā)送電路52。在這種狀態(tài)下，如圖15A所示，沒有給可變電容開關(guān)54施加控制電壓 VC。上電極25與介電膜26分開，電容CP較小。另夕卜，如圖15B所示，給 可變電容開關(guān)55施加作為控制電壓VC的最大電壓VS，在這種狀態(tài)下，上 電極25接觸介電膜26。因此，電容CP非常大。此外，通過將控制電壓VC 改變?yōu)橄喾吹臓顟B(tài)，可變電容開關(guān)54被導(dǎo)通，而可變電容開關(guān)55被斷開。如圖16所示，對發(fā)送和接收的交替切換與切換時序同步進行，針對可 變電容開關(guān)54和55來切換控制電壓VC的極性。更具體地，在接收期間，用于接收電路的可變電容開關(guān)54的控制電壓vc變?yōu)轭A(yù)定電壓vs，而在發(fā)送期間則變?yōu)閛v。每次當(dāng)變?yōu)榻邮諘r段時， 切換該控制電壓vc的極性。此外，在發(fā)送期間，用于發(fā)送電路的可變電容開關(guān)55的控制電壓VC 變?yōu)轭A(yù)定電壓VS，而在接收期間則變?yōu)镺V。每次當(dāng)變?yōu)榘l(fā)送時段時，切換 該控制電壓VC的極性。以這種方式，在可變電容裝置ll、 IIB、 11C或11D用作可變電容開關(guān) 54和55的情況下，通過以適當(dāng)?shù)闹芷谇袚Q控制電壓VC的極性，能夠防止 介電膜26充電，從而能夠安全地執(zhí)行切換操作。根據(jù)上述實施例，能夠提供可變電容元件、可變電容開關(guān)、阻抗匹配電 路或發(fā)送和接收切換電路，其能夠通過抑制磁滯現(xiàn)象的發(fā)生而實現(xiàn)比傳統(tǒng)元 件更精確的控制。在上述實施例中，可變電容裝置ll、 IIB、 11C和11D的結(jié)構(gòu)、形狀、 材料、數(shù)量等可進行各種改變。此外，根據(jù)本發(fā)明的精神，如果有必要，也 可以改變所述可變電容裝置、阻抗匹配電路40、可變電容開關(guān)54和55、驅(qū) 動電路12和微機械系統(tǒng)3中的所有部件或一部分部件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸、 數(shù)量、材料，還可以改進電路結(jié)構(gòu)、控制電壓VC的波形、極性切換時序、 周期或頻率等。雖然上面的描述舉例說明的是用可變電容裝置作為微機械裝置，但是對 于因控制電壓VC而可能出現(xiàn)充電的其它微機械裝置而言，通過以周期性間 隔改變控制電壓VC的極性也能夠預(yù)期產(chǎn)生相同的效果。雖然上文參照幾個實例描述了本發(fā)明的實施例，然而對本發(fā)明可如權(quán)利 要求所述那樣來進行各種實施，而不限于上述實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，該微機械裝置由彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層構(gòu)成，該驅(qū)動控制方法包括如下步驟在該第一電極和該第二電極之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第二電極施加用于使該第一電極或該第二電極移位的靜電力；以及以預(yù)定周期或比該預(yù)定周期更短的周期切換該控制電壓的極性。
2. 如權(quán)利要求1所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，其中用于切換 該控制電壓的極性的預(yù)定周期為短時間周期，在該短時間周期中，在該介電 層內(nèi)沒有發(fā)生由于空間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。
3. 如權(quán)利要求1所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，其中用于切換 該控制電壓的極性的預(yù)定周期為100毫秒或更短。
4. 如權(quán)利要求1所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，其中該微機械 裝置是能夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元 件，并且，用于切換該控制電壓的極性的預(yù)定周期為短時間周期，在該短時 間周期中，該第一電極與該第二電極之間的電容在開始施加該控制電壓之后 相對其電容初始值的改變量為100%或更小。
5. 如權(quán)利要求1所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法，其中該微機械 裝置是能夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元 件，并且，在連接該可變電容元件的電路的閑置周期中切換該控制電壓的極 性。
6. —種用于微機械裝置的驅(qū)動控制裝置，該微機械裝置由彼此相對的第 一電極和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層構(gòu) 成，該驅(qū)動控制裝置設(shè)有控制電壓施加部，用于在該第一電極與該第二電極 之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第二電極施加用于使該第一電極或 該第二電極移位的靜電力，其中該控制電壓施加部將該控制電壓施加至該第一電極和該第二電極，以預(yù) 定周期或比該預(yù)定周期更短的周期切換該控制電壓的極性。
7. 如權(quán)利要求6所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制裝置，其中用于切換該控制電壓的極性的預(yù)定周期為短時間周期，在該短時間周期中，在該介電 層內(nèi)沒有發(fā)生由于空間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。
8. 如權(quán)利要求6所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制裝置，其中用于切換 該控制電壓的極性的預(yù)定周期為100毫秒或更短。
9. 如權(quán)利要求6所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制裝置，其中該微機械 裝置為能夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元 件，并且，用于切換該控制電壓的極性的預(yù)定周期為短時間周期，在該短對 間周期中，該第一電極與該第二電極之間的電容在開始施加該控制電壓之后 相對其電容初始值的改變量為10%或更小。
10. 如權(quán)利要求6所述的用于微機械裝置的驅(qū)動控制裝置，其中該微機 械裝置為能夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容 元件，并且，在連接該可變電容元件的電路的閑置周期中切換該控制電壓的 極性。
11. 一種可變電容開關(guān)，由微機械裝置制成，該微機械裝置包括彼此相 對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電 層，當(dāng)在該第一電極與該第二電極之間施加控制電壓時，該第一電極或該第 二電極發(fā)生位移，以導(dǎo)通或斷開電路，其中選擇并形成該介電層的材料和厚度，使得在以5毫秒的周期切換該控制 電壓的極性時，該第一電極與該第二電極之間的電容相對其電容初始值的改 變量為10%或更小。
12. 如權(quán)利要求ll所述的可變電容開關(guān)，還包括 絕緣膜，隨著該第一電極或該第二電極的位移而移位； 第三電極，被提供給該絕緣膜；第四電極，與該第三電極相對；以及 第二介電層，形成在該第三電極與該第四電極之間，其中 隨著該絕緣膜移位，該第三電極與該第四電極之間的空間發(fā)生變化，這 種空間變化導(dǎo)致阻抗改變，以切換電路的導(dǎo)通或斷開。
13. —種阻抗匹配電路，包括提供給通信電路的可變電容元件，其中 該可變電容元件為電容可變的微機械裝置，該微機械裝置具有彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層，在該第一電極與該第二電極之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第 二電極施加用于使該第一電極或該第二電極移位、并據(jù)此而匹配阻抗的靜電 力，以及在該通信電路的閑置周期中切換該控制電壓的極性。
14. 如權(quán)利要求13所述的阻抗匹配電路，其中用于切換該控制電壓的極 性的周期為短時間周期，在該短時間周期中，在該介電層內(nèi)沒有發(fā)生由于空 間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。
15. 如權(quán)利要求13所述的阻抗匹配電路，其中用于切換該控制電壓的極 性的周期為100毫秒或更短。
16. 如權(quán)利要求13所述的阻抗匹配電路，其中該微機械裝置為能夠通過 該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元件，以及用于切換該控制電壓的極性的周期為短時間周期，其中在該短時間周期 中，該第一電極與該第二電極之間的電容在開始施加該控制電壓之后相對其 電容初始值的改變量為10%或更小。
17. 如權(quán)利要求13所述的阻抗匹配電路，其中該微機械裝置為能夠通過 該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元件，以及在連接該可變電容元件的電路的閑置周期中切換該控制電壓的極性。
18. —種發(fā)送和接收切換電路，用于在發(fā)送電路的發(fā)送操作與接收電路 的接收操作之間進行切換，該發(fā)送和接收切換電路包括-由微機械裝置制成的第一可變電容開關(guān)，在被導(dǎo)通時能夠使該發(fā)送電路 執(zhí)行該發(fā)送操作；以及由微機械裝置制成的第二可變電容開關(guān)，在被導(dǎo)通時能夠使該接收電路 執(zhí)行該接收操作，其中該第一可變電容開關(guān)和該第二可變電容開關(guān)均包括彼此相對的第一電 極和該第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層，當(dāng)在 該第一電極與該第二電極之間施加控制電壓時，該第一電極或該第二電極移 位以導(dǎo)通或斷開電路，以及當(dāng)該第一可變電容開關(guān)和該第二可變電容開關(guān)均從斷開切換為導(dǎo)通時， 切換待施加的該控制電壓的極性。
19. 如權(quán)利要求18所述的發(fā)送和接收切換電路，其中交替導(dǎo)通該第一可 變電容開關(guān)和該第二可變電容開關(guān)，以按周期性間隔交替切換該發(fā)送電路的 發(fā)送操作和該接收電路的接收操作。
20. 如權(quán)利要求18所述的發(fā)送和接收切換電路，其中用于切換該控制電 壓的極性的周期為短時間周期，在該短時間周期中，在該介電層內(nèi)沒有發(fā)生 由于空間電荷轉(zhuǎn)移而導(dǎo)致的極化。
21. 如權(quán)利要求18所述的發(fā)送和接收切換電路，其中用于切換該控制電 壓的極性的周期為100毫秒或更短。
22. 如權(quán)利要求18所述的發(fā)送和接收切換電路，其中該微機械裝置為能 夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元件，以及用于切換該控制電壓的極性的周期為短時間周期，其中在該短時間周期 中，該第一電極與該第二電極之間的電容在開始施加該控制電壓之后相對其 電容初始值的改變量為10%或更小。
23. 如權(quán)利要求18所述的發(fā)送和接收切換電路，其中該微機械裝置為能 夠通過該第一電極或該第二電極的位移而改變電容的可變電容元件，以及在連接該可變電容元件的電路的閑置周期中切換該控制電壓的極性。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于微機械裝置的驅(qū)動控制方法及裝置。該微機械裝置由彼此相對的第一電極和第二電極、以及設(shè)置在該第一電極與該第二電極之間的介電層構(gòu)成。該驅(qū)動控制方法包括如下步驟在該第一電極與該第二電極之間施加控制電壓，以對該第一電極和該第二電極施加用于使該第一電極或該第二電極移位的靜電力；以及以預(yù)定周期或比該預(yù)定周期更短的周期切換該控制電壓的極性。本發(fā)明能夠抑制微機械裝置的電壓控制特性中的磁滯現(xiàn)象的產(chǎn)生，并且能夠比傳統(tǒng)方法更容易地執(zhí)行更精確的控制。
文檔編號H01G5/00GK101231921SQ20081000870
公開日2008年7月30日 申請日期2008年1月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月24日
發(fā)明者三島直之, 中谷勇太, 宓曉宇, 島內(nèi)岳明, 米澤游, 青木信久, 高野健 申請人:富士通株式會社;富士通媒體部品株式會社