发明名称 微小型单片式可变电子装置及包含此装置之设备
摘要 一种微小型可变电子装置诸如电容器(40a)包括一基本之DMD SLM(40'),其包括一基片(43)及一与其间开并安装为藉适当装置(42,44)而移动之构件(145)。一控制信号(102)加至可动构件(145),以在其与基片(43)或关连控制电极(46a)之间产生电场。该场使构件(145)对基片(43)或关连控制电极(46b)来回移动,以选择性调整其间之间距。该场由与基片(43)关连之定址电路(45)所产生。可动构件(145)及基片(43)或输出电极(46b)作用如电容器板,并且间距决定其电容。电容器(40a)可置为串联(图4)或并联(图3),而以输入信号(114)加至可动构件(145)。可动构件(145),基片(43),控制电极(46b),输出电极(46b),定址电路(45{),及电容器(40a)之其他元件包含一种使用MOS,CMOS或类似制造技术所产生之单片式结构。多联电容器可包括在传输线(图20),天线(图22),耦合器(图21),波导(图25)及其他设备上,以供其藉选择性操作定址电路(45)之数位或类比调谐或电容调整。
申请公布号 TW266327 申请公布日期 1995.12.21
申请号 TW083107891 申请日期 1994.08.29
申请人 德州仪器公司 发明人 卡布雷
分类号 H01L29/92 主分类号 H01L29/92
代理机构 代理人 蔡中曾 台北巿敦化南路一段二四五号八楼
主权项 1. 一种用以影响输入信号之微小型,单片式可变电容器,包含:(Ⅰ) 一基片;(Ⅱ) 一导电构件,以基片单片式形成并与其间开,电容器之各板为该构件及基片;(Ⅲ) 用以安装该构件以供其一部份对基片来回偏转,并用以在构件之该部份偏转脱离正常位置时储存能量之装置,储存之能量会使构件之偏转部份回至正常位置;(Ⅳ) 一控制电极,以该基片及构件单片式形成,电极沿该构件部份偏转脱离正常位置之方向与该构件间开,控制电极及构件能在其间加一控制信号足以在其间产生一场,使构件之该部份偏转脱离其正常位置,俾改变电容器之电容;以及(Ⅴ) 用以将输入信号加至电容器之装置。2. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:安装装置包含一在中央支撑该构件之柔顺装置。3. 根据申请专利范围第2项之电容器,其中:柔顺装置为一膜片。4. 根据申请专利范围第3项之电容器,其中:膜片为弹性体。5. 根据申请专利范围第3项之电容器,其中:膜片为导电金属。6. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:安装装置包含一与该构件及输入信号施加装置构成整体之柔顺装置。7. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:该构件部份之偏转包含构件绕一相对于该构件不对称之轴线旋转。8. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:该构件部份之偏转包含构件绕一相对于该构件对称之轴线旋转。9. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:该构件部份之偏转包含构件绕一轴线偏转,以及该场被控制电极及该构件部份所包围,该部份与该轴线间开。10. 根据申请专利范围第9项之电容器,其中:该轴线相对于该构件对称。11. 根据申请专利范围第9项之电容器,其中:该轴线相对于该构件不对称。12. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:柔顺装置包括扭转弹簧。13. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:柔顺装置包括悬臂弹簧。14. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:柔顺装置包括膜片。15. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:膜片之一部份包括构件之一部份。16. 根据申请专利范围第15项之电容器,其中:该构件于其一部份对基片来回偏转时以活塞状方式移动。17. 根据申请专利范围第16项之电容器,其中:该构件及膜片成整体,膜片具高柔顺性,而构件具低柔顺性。18. 根据申请专利范围第17项之电容器,其中:该构件小于膜片,并相对其位于中央。19. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:柔顺装置包括一以许多悬臂扭转弹簧构成之挠曲系统。20. 根据申请专利范围第19项之电容器,其中:该构件于其一部份对基片来回偏转时以活塞状方式移动。21. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:柔顺装置包括:允许该构件于其一部份对基片来回偏转时以活塞状方式移动。22. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:安装装置另包含:一在基片上并以基片,该构件及控制电极单片式形成之绝缘隔片,该隔片支撑柔顺装置。23. 根据申请专利范围第22项之电容器,其中:绝缘层界定一孔穴边界之一部份,该构件部份于其对基片来回偏转时移入及移出该孔穴。24. 根据申请专利范围第23项之电容器,其中:隔片为光阻材料。25. 根据申请专利范围第6项之电容器,其中:安装装置另包含:一在基片上,并以基片,该装置及控制电极单片式形成之导电柱,该柱支撑柔顺装置。26. 根据申请专利范围第25项之电容器,其中:该柱界定一孔穴边界之一部份,该构件部份于其对基片来回偏转时移入及移出该孔穴。27. 根据申请专利范围第26项之电容器,其中:该构件及柔顺装置为导电,该柱经由柔顺装置与构件电连续,以及该柱与基片电绝缘。28. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:控制电极包含基片之一部位。29. 根据申请专利范围第28项之电容器,另包含:在该基片部位与构件之间施加控制信号之装置,以及输入信号施加装置包括:一导电输入路径及一导电输出路径,二者均与该构件电连续,以便输入信号通过构件之该部份。30. 根据申请专利范围第29项之电容器,其中:控制信号施加装置包含:基片部位,及与该构件连续之导电路径之一。31. 根据申请专利范围第30项之电容器,其中:基片部位予以接地。32. 根据申请专利范围第31项之电容器,其中:输入信号为时变,及控制信号之频率实际小于输入信号者。33. 根据申请专利范围第32项之电容器,其中:控制信号实际为非时变。34. 根据申请专利范围第33项之电容器,其中:输入信号之频率相对于该构件之共振频率为足够高,致使构件部份无法对其响应而偏转。35. 一种可变电容器包括根据申请专利范围第32项之电容器,其中:输入信号之频率相对于该构件之共振频率为足够高,致使该构件部份无法对其响应而偏转,以及控制信号之频率相对于该构件之共振频率为足够低,致使该构件部份与其实际同步偏转。36. 根据申请专利范围第30项之电容器,其中:输入信号及控制信号系予重叠。37. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:一在基片上之电绝缘电介质层,用以将控制电极支撑在基片上,并使其与基片绝缘。38. 根据申请专利范围第37项之电容器,另包含:用以在控制电极与该构件间施加控制信号之装置,及一与构件电连续之导电输入路径,及一沿该构件部份之偏转方向与构件间开之导电输出路径,输入路径支撑在基片上并与其绝缘,以使作用如电容器之一板之该构件部份将输入信号加至作用如电容器之另一板之输出路径。39. 根据申请专利范围第38项之电容器,其中:控制信号施加装置包含:控制电极,及导电输入路径。40. 根据申请专利范围第39项之电容器,其中:输入信号为时变,及控制信号之频率实际小于输入信号者。41. 根据申请专利范围第40项之电容器,其中:控制信号实际为非时变。42. 根据申请专利范围第41项之电容器,其中:输入信号之频率相对于该构件之共振频为足够高,致使该构件部份无法对其响应而偏转。43. 根据申请专利范围第40项之电容器,其中:输入信号之频率相对于该构件之共振频率为足够高,致使该构件部份无法对其响应而偏转,以及控制信号之频率相对于该构件之共振频率为足够低,致使该构件部份与其实际同步偏转。44. 根据申请专利范围第38项之电容器,其中:输入信号及控制信号系予重叠。45. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:其片包含一种选自半导体,陶瓷,氧化铅,金刚矽及石英类组之材料。46. 根据申请专利范围第37项之电容器,其中:基片为半导体,以及电介质层为以一种选自绝缘氧化物,绝缘氮化物及聚合物类组之材料制成。47. 根据申请专利范围第46项之电容器,其中:半导体为矽或砷化镓,绝缘氧化物为氧化矽,绝缘氮化物为氮化矽,及聚合物为环氧树脂或丙烯酯。48. 根据申请专利范围第46项之电容器,其中:输出路径藉电介质层支撑在基片上并与其绝缘。49. 根据申请专利范围第1项之电容器,另包含:用以于该构件部份向基片移动时,防止该构件触及控制电极之装置。50. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:该构件大致为平面,及安装装置安装该构件供实际整个构件之大致共平面平移运动。51. 根据申请专利范围第50项之电容器,另包含:一膜片,其一部份包含安装装置之一部份以及其另一部份包含该构件之一部份。52. 根据申请专利范围第50项之电容器,其中:该构件为一实际刚性平面,以及安装装置系一由许多悬臂扭转弹簧构成之挠曲系统。53. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:该构件大致为平面,以及安装装置安装该装置供绕一远离该构件矩心之轴线大致旋转运动。54. 根据申请专利范围第53项之电容器,其中:安装装置为扭转弹簧。55. 根据申请专利范围第53项之电容器,其中:安装装置包括悬臂弹簧。56. 一种电路包括根据申请专利范围第1项之电容器,并且其中:输入信号施加装置包含用以使基片接地之装置,及用以将该构件连接至电路之节点,以便将节点上之至地电压加至该构件之装置,该电容器藉以与节点并联。57. 一种电路包括根据申请专利范围第1项之电容器,并且其中:输入信号施加装置包含用以将该构件连接至电路之第一节点,以便将进入第一节点电流加至该构件之装置,以及用以将该构件连接至第二节点,以便离开第二节点之电流自基片流动,该电容器藉以与该第二节点串联。58. 一种电路包括根据申请专利范围第1项之电容器,并且另包含:用以将控制信号独立于电容器影响之输入信号加至控制电极之装置。59. 一种电路包括根据申请专利范围第1项之电容器,并另包含:用以将得自电容器影响之输入信号之控制信号加至控制电极之装置。60. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:柔顺装置之选定特征为可改变,以使该构件部份之移动及因而电容器之电容为可调整,该二者均受施加选定之控制信号至控制电极所影响。61. 根据申请专利范围第60项之电容器,其中:柔顺装置之特征改变可藉选择性除去柔顺装置之一部份而达成。62. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:选择性材料去除可藉对柔顺装置选择性施加集中之辐射能而达成。63. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:控制电极为基片之一区段。98. 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:控制电极为形成于基片上之导电部位。99. 根据申请专利范围第64项之电容器,其中:导电部位与基片绝缘。100. 一种传输线,包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。101. 一种根据申请专利范围第66项之可变阻抗,微带型传输线。102. 一种阻抗匹配网路包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。103. 一种滤波器网路包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。104. 一种天线包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗及频率特征者。105. 根据申请专利范围第70项之天线,其中:该构件为天线之辐射或接收面之元件。106. 根据申请专利范围第71项之片形天线。107. 根据申请专利范围第71项之螺旋形天线。108. 根据申请专利范围第71项之槽形天线。109. 一种耦合器包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。110. 根据申请专利范围第75项之对称型耦合器。111. 根据申请专利范围第75项之非对称型耦合器。112. 根据申请专利范围第75项之环形波导型耦合器。113. 一种波导至少有一表面包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。114. 一种FIN线包括根据申请专利范围第1项之一个或多个电容器,用以改变其阻抗者。(8) 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:该构件之正常位置为离开基片,并于该构件偏转时,其为较靠近基片。(9) 根据申请专利范围第1项之电容器,其中:该构件之正常位置为向基片,并于该构件偏转时,其为较远离基片。(:) 一种用以影响输入信号之微小型,单片式可变电容器,包含:(Ⅰ) 一基片;(Ⅱ) 一导电构件,以该基片单片式形成并与其间开,基片电之一部份及构件之一部份作用如电容器之各板;(Ⅲ) 用以安装该构件以供其一部份对基片部位来回偏转,并用以在构件之该部份偏转脱离正常位置时储存能量之装置,储存之能量会使构件之偏转部份回至正常位置;(Ⅳ) 用以使该构件部份选择性偏转脱离其正常位置,以改变电容器之电容之装置;以及(Ⅴ) 用以将输入信号加至电容器装置。(;) 根据申请专利范围第83项之电容器,其中:选择性偏转装置包括:用以产生一由该构件部份所部份包围之电场之装置,该电场使该构件部份相对于基片偏转一与其大小成比例之量。(<) 根据申请专利范围第84项之电容器,其中:电场由一电压所产生,其有一频率为致使该构件部份实际与其同步偏转。(=) 根据申请专利范围第85项之电容器,其中:电压实际为非时变。(>) 根据申请专利范围第84项之电容器,其中:场产生装置所产生之偏转场被基片之部位所部份包围。() 根据申请专利范围第87项之电容器,其中:偏转场由一电压所产生,其有一频率为致使该构件部份实际与其同步偏转。(@) 根据申请专利范围第88项之电容器,其中:电压实际为非时变。(A) 根据申请专利范围第89项之电容器,其中:偏转电压加于基片与构件之间。(B) 根据申请专利范围第90项之电容器,其中:输入信号为一电压,有一频率相对于该构件之共振频率为足够高,致使该构件部份无法对其响应而偏转。(C) 根据申请专利范围第91项之电容器,其中:输入信号重叠于偏转电压上。(D) 根据申请专利范围第92项之电容器,其中:场产生装置包括:一控制电极与基片部份相关连,该电极部份包围电场,其使该构件部份偏转一由其大小所决定之量。(E) 根据申请专利范围第93项之电容器,其中:电场由一加至控制电极,并有一频率为致使该构件部份实际与其同步偏转之电压所产生。(F) 根据申请专利范围第94项之电容器,其中:偏转电压实际为非时变。(G) 根据申请专利范围第95项之电容器,其中:偏转电压加于控制电极与该构件之间,并且输入电压加至该构件。(H) 根据申请专利范围第96项之电容器,其中:控制电极及安装装置为以基片及该构件单片式形成。(I) 根据申请专利范围第97项之电容器,其中:安装装置包含:一可变形膜片,该构件存在于其上,及一在基片上之支座,膜片附着至此支座。(J) 根据申请专利范围第98项之电容器,其中:该构件包含一存在于膜片上之低柔顺性大致刚硬之元件,膜片之包围该构件之部份具有高柔顺性。(K) 根据申请专利范围第99项之电容器,其中:该构件及膜片为导电并成整体,并且该构件实际厚于膜片。( 根据申请专利范围第100项之电容器,其中:该支座为导电柱在基片上并与其绝缘。( 据申请专利范围第100项之电容器,其中:该支座为在基片上之绝缘隔片。( 根据申请专利范围第83项所述型式之可变电容器,其中:选择性偏转装置使该构件部份依时间偏转,此偏转之频率为与输入信号之频率无关。( 根据申请专利范围第103项之可变电容器,其中:偏转之频率为小于输入信号之频率。( 一种根据申请专利范围第83项所述型式之可变电容器,其中:选择偏转装置使该构件部份依时间偏转,此偏转之频率与输入信号之频率实际相同。( 根据申请专利范围第105项之非线性电容器,其中:选择性偏转装置为输入信号施加装置。( 一种用以影响输入信号之微小型,单片式可变电容器,包含:(Ⅰ) 一基片;(Ⅱ) 一微小型构件,以基片单片式形成并与其间开;(Ⅲ) 一导电部位与该构件之一部份间开,该部份及该构件部份作用如并联板电容器之各板;(Ⅳ) 用以安装该构件以供其一部份对该部位来回偏转,并用以在该构件部份向该部位偏转脱离正常位置时储存能量之装置,储存之能量会使构件之偏转部份回至正常位置;(Ⅴ) 用以使该构件部份向该部位选择性偏转脱离其正常位置,以改变电容器之电容之装置;以及(Ⅵ) 用以将输入信号加至电容器之装置。( 根据申请专利范围第103项之电容器,其中:偏转装置包括:电场产生装置,用以产生一使该构件偏转脱离正常位置之电场。( 根据申请专利范围第103项之电容器,其中:场产生装置包括:一控制电极,其部份包围电场,此电场使该构件部份向该部位偏转一与其大小成比例之量。( 根据申请专利范围第105项之电容器,其中:电场由一加至控制电极并有一频率为致使该构件部份实际与其同步偏转之电压所产生。( 根据申请专利范围第106项之电容器,其中:偏转电压实际为非时变。( 根据申请专利范围第107项之电容器,其中:偏转电压加于控制电极与该构件之间,以及输入电压加于该部位与构件之间。( 根据申请专利范围第108项之电容器,其中:控制电极及该部位实际为共平面。( 根据申请专利范围第109项之电容器,其中:控制电极及该部位形成于基片上。( 根据申请专利范围第110项之电容器,其中:控制电极及该部包括:个别交叉指状分段,其全部在该构件部份偏转时大致与其对准。( 根据申请专利范围第111项之电容器,其中:该等分段之间彼此绝缘,且与基片互相绝缘。( 一种用以响应控制信号而影响输入信号之微小型单片式装置,包含:一基片;一活动构件,其在第一位置以第一方式影响输入信号,以及其不在第一位置以第二方式影响输入信号;用以安装该构件在一与基片间开之位置,供该构件对基片来回移动,并用以于该构件移出第一位置时储存能量之装置,储存之能量将该构件向第一位置偏压;用以将输入信号加至该装置之装置;用以将控制信号选择性加至该构件之装置;以及响应控制信号以供使该构件选择性移出正常位置,以选择性改变该构件影响输入信号之方式之装置。( 根据申请专利范围第117项之电容器,其中:该构件为导电,并且对其施加控制信号产生一在其上作用之静电场,该静电场使该构件相对于基片移出第一位置。( 一种包括根据申请专利范围第118项之装置之可变电容器,其中:该构件为电容器之一板,该构件藉静电场之移动改变电容器之电容;以及输入信号及控制信号均加至该构件。(c) 根据申请专利范围第119项之电容器,其中:输入信号所取之路径为与电容器之可改变电容并联。(d) 根据申请专利范围第119项之电容器,其中:输入信号所取之路径为与电容器之可改变电容串联。(e) 根据申请专利范围第118项之电容器,其中:静电场使该构件向基片移动。(f) 一种包括根据申请专利范围第117项之装置之波导,其中:活动构件在第一位置形成该波导内表面之共平面部份;该构件之移出第一位置为自壁离开,以沿一大致与该构件之移动线平行之线减少波导之剖面。(g) 一种包括根据申请专利范围第118项之装置之可变电容器,其中:该构件为电容器之一板,该构件之移动改变电容器之电容。( 根据申请专利范围第124项之电容器,其中:电容器为与输入信号并联。( 根据申请专利范围第124项之电容器,其中:电容器为与输入信号串联。( 根据申请专利范围第118项中所述型式供配合时变输入信号使用之可变电容器,其中:选择性移动装置使该构件信时间移动,此种移动之频率为与输入信号之频率无关。( 根据申请专利范围第127项之可变电容器,其中:移动之频率为小于输入信号之频率。( 根据申请专利范围第118项之可变电容器,其中:选择性移动装置使该构件信时间移动,此种移动之频率为与输入信号之频率无关。( 根据申请专利范围第129项之非线性电容器,其中:选择性移动装置为输入信号施加装置。图示简单说明:图1为根据本发明原理之可变电容器之概括剖面侧视图,该电容器系以弹性体型DMD SLM构成;图2为根据本发明原理之二型可变电容器之概括剖面侧视图;该二型电容器系以二膜片型DMD SLM构成;图3为用作根据本发明之可变电容器,并电连接为操作如分路或并联电容之DMD SLM之略图;图4为用作根据本发明之可变电容器,并电连接为操作如串连电容之DMD SLM略图;图5为加至图3及4之可变电容器之控制信号及输入信号对时间之曲线图;图6为与图2中在左边,及在图4,以及7-9及18-25中所示者相似,膜片型可变电容器之一部份之概括顶视图,其包括结构,以操作如参照图4所述,根据本发明原理之串联可变电容器;图7为大致沿图8中之7-7线所取,膜片型可变电容器之概括剖面侧视图,其与图2-4,6,9及19-25所示者相似,其利用与图2-4中所示者相似之隔片,而非图9及18中所示之柱,该电容器包括装置,用以保证电容器之很大部份保持为平面,而非如图2-4,6,20及25(b)中所示曲线式变形。图8为图7中所示之膜片型可变电容器之概括顶视图,电容器之数部份剖开,以更佳例示其构成元件;图9包括以与使用图2及7中所示DMD SLM相同方式,使用可变电容器之膜片可DMD SLM之概括剖面侧视图;其膜片由柱而非图2及7之隔片所支撑,适当装置使变形之膜片保持为平面;图10为用作可变电容器之悬臂横杆型DMD SLM之概括剖面侧视图;图11为以与使用图10中所示DMD SLM相似之方式,用作可变电容器之悬臂横杆型DMD SLM之概括剖面侧视图,其横杆及铰链由导电柱而非图10中所示之隔片所支撑;图12为使图10及11中所示者相似之悬臂横杆型可变电容器之概括剖面侧视图,其利用与图7中所示者相似之绝缘隔片,而非图3及4中所示之柱;图13包括用作可变电容器之二不同悬臂横杆型DMDSLM之概括顶视图,图10及12之图为概括沿图13中之10-10及12-12线所取;图14包括用作可变电容器之四不同扭转横杆型DMDSLM之概括顶视图;图15为用作可变电容器之挠曲横杆型DMD SLM之概括顶视图,图16及17之图为概括沿图15中之16-16及17-17线所取;图16及17为概括沿图15中之16-16及17-17线所取,挠曲横杆型DMD SLM之概括剖面侧视图,其分别示一根据本发明,并在一构件在正常位置(图16),并且该构件在其向控制电极吸引所造成位置(图17)之可变电容器;图18(a)及18(b)分别为用作供传输线之开关之膜片型DMDSLM之概括剖面图及平面图;图19为用作可变电容器,并利用导电柱(图9中所示型式)及绝缘隔片(图7中所示型式),以支撑膜片之侧视剖面图;图20分别示用作可变阻抗带传输线之许多膜片型DMDSLM之概括剖面图及平面图;图21示四个可调谐频率快变耦合器,各利用多重根据本发明原理之DMD SLM之概括平面图;图22概括示一种频率快变及型式快变片形天线之透视图,其包括多数根据本发明原理之DMD SLM;图23为一种FIN线之概括侧视剖面图及平面图,包含操作为可变电容量,以供其调谐之DMD SLM阵列;图24为一阵列可变电容器之概括透视图,包含根据本发明,使用于波导至微波带过渡之DMD SLM;以及图25为其一部份之端部透视图及放大图,二者均示利用多重DMD SLM操作为活动构件;以供改变构件所并入之波导
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