DE102006018214A1

DE102006018214A1 - Verringerung von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter

Info

Publication number: DE102006018214A1
Application number: DE102006018214A
Authority: DE
Inventors: John Ralph Loveland Lindsey
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2006-04-19
Publication date: 2007-02-08
Also published as: JP2007035620A; US20050263379A1; GB2428891A; US7071432B2; TW200705492A; GB0614779D0

Abstract

Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Schalter ein erstes und ein zweites zusammengebrachtes Substrat, die zwischen denselben eine Anzahl von Hohlräumen definierten. Eine Mehrzahl benetzbarer Elemente ist in einem oder mehreren der Hohlräume freiliegend. Ein Schaltfluid ist in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten. Das Schaltfluid dient dazu, zumindest ein Paar der Mehrzahl benetzbarer Elemente, ansprechend auf Kräfte, die auf das Schaltfluid ausgeübt werden, zu verbinden und zu trennen. Ein Gas ist ebenfalls in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten. Das Gas ist vorgesehen, um mit Oxiden an oder in den Hohlräumen zu reagieren. Ein Betätigungsfluid ist in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten und übt die Kräfte auf das Schaltfluid aus. Verfahren zum Herstellen eines derartigen Schalters sind ebenfalls offenbart.

Description

Querverweis auf eine verwandte Anmeldung
Dies ist eine Teilfortsetzung der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennummer 10/413,794, die am 14. April 2003 eingereicht wurde und die in Bezug auf alles, was sie offenbart, hiermit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist.

Beschreibung

Flüssigmetallmikroschalter (LIMMS = liquid metal micro switches) wurden hergestellt, die ein Flüssigmetall, wie beispielsweise Quecksilber als das Schaltfluid verwenden. Das Flüssigmetall kann elektrische Kontakte herstellen und unterbrechen. Um den Zustand des Schalters zu ändern, wird eine Kraft an das Schaltfluid angelegt, die bewirkt, das dasselbe eine Form ändert und sich bewegt. Oft können sich in dem Schalter Oxide bilden und ein ordnungsgemäßes Wirken des Schalters unterbinden. Zum Beispiel können die Oxide die Oberflächenspannung des Flüssigmetalls erhöhen oder verringern, was die Energie, die erforderlich ist, damit der Schalter einen Zustand ändert, erhöhen oder verringern kann.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Verfahren und einen Schalter mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch Verfahren gemäß den Ansprüchen 1, 4, 8, 11 oder 15 sowie durch einen Schalter gemäß Anspruch 18 gelöst.

Bei einem ersten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Bilden eines Schalters offenbart. Das Verfahren wird in ei ner Umgebung durchgeführt, die einen geringen Sauerstoff-Partialdruck aufweist, wobei der geringe Sauerstoff-Partialdruck bei oder unter einer kritischen Grenze liegt, um eine Bildung von Oxiden zu verringern. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen eines Schaltfluids auf ein erstes Substrat und ein anschließendes Zusammenbringen des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat, um zwischen denselben einen Hohlraum zu definieren, der das Schaltfluid enthält. Die Größe des Hohlraums ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen.

Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel wird ein Verfahren zum Bilden eines Schalters in einer Umgebung durchgeführt, die ein anderes Gas als Sauerstoff enthält, das eine Bildung von Oxiden verringert. Das Verfahren umfasst ein Aufbringen eines Schaltfluids auf ein erstes Substrat und ein anschließendes Zusammenbringen des ersten Substrats mit einem zweiten Substrat, um zwischen denselben einen Hohlraum zu definieren, der das Schaltfluid enthält. Die Größe des Hohlraums ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden eines Schalters ein Aufbringen eines Schaltfluids auf ein erstes Substrat. Das erste Substrat wird anschließend mit einem zweiten Substrat zusammengebracht, um einen Hohlraum zwischen denselben zu definieren. Der Hohlraum enthält das Schaltfluid, und seine Größe ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen. Nachdem die Substrate zusammengebracht wurden, wird in dem Hohlraum ein Gas erzeugt, das mit Oxiden in dem Hohlraum reagieren soll.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden eines Schalters ein Aufbringen eines Schaltflu ids auf ein erstes Substrat. Das erste Substrat wird mit einem zweiten Substrat zusammengebracht, um einen Hohlraum zwischen denselben zu definieren. Der Hohlraum enthält das Schaltfluid, und seine Größe ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen. Nachdem die Substrate zusammengebracht wurden, wird in den Hohlraum ein Gas injiziert, das mit Oxiden in dem Hohlraum reagieren soll.

Bei einem fünften Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Bilden eines Schalters ein Aufbringen eines Schaltfluids auf ein erstes Substrat. Das erste Substrat wird mit einem zweiten Substrat zusammengebracht, um einen Hohlraum zwischen denselben zu definieren. Der Hohlraum enthält das Schaltfluid, und seine Größe ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen. Der Hohlraum ist ferner mit einem Gasversorgungskanal verbunden, der sich von dem Inneren des Hohlraums nach außen erstreckt. Bei einer Umgebung, die einen gesteuerten Druck eines oder mehrerer Gase enthält, ist der Schalter, der den Gasversorgungskanal umfasst, hermetisch abgedichtet, um einen gewünschten Druck des einen oder der mehreren Gase in dem Hohlraum einzufangen.

Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel umfasst ein Schalter ein erstes und ein zweites Substrat, die zusammengebracht sind, eine Mehrzahl von benetzbaren Elementen, ein Schaltfluid, ein Gas und ein Betätigungsfluid. Das erste und das zweite zusammengebrachte Substrat definieren eine Anzahl von Hohlräumen zwischen denselben. Die Mehrzahl benetzbarer Elemente ist in einem oder mehreren der Hohlräume freiliegend. Das Schaltfluid ist in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten und dient dazu, zumindest ein Paar der Mehrzahl von benetzbaren Elementen ansprechend von auf das Schaltfluid ausgeübten Kräften zu verbinden und zu trennen. Das Gas ist in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten, um mit Oxiden an oder in den Hohlräumen zu reagieren. Das Betätigungsfluid ist in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten und übt die Kräfte auf das Schaltfluid aus.

Andere Ausführungsbeispiele werden ebenfalls offenbart.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 eine perspektivische Ansicht eines ersten exemplarischen Ausführungsbeispiels eines fluidbasierten Schalters;
2 eine Draufsicht auf die Hohlräume des Schalters der 1;
3 einen Querschnitt des in 1 gezeigten Schalters;
4 ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel eines fluidbasierten Schalters;
5 ein erstes exemplarisches Verfahren zum Verringern von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter;
6 ein zweites exemplarisches Verfahren zum Verringern von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter;
7 ein drittes exemplarisches Verfahren zum Verringern von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter;
8 die Verwendung eines Katalysators, um ein Gas in einem fluidbasierten Schalter zu erzeugen;
9 ein viertes exemplarisches Verfahren zum Verringern von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter;
10 die Verwendung eines Gasinjektionskanals, um ein Gas in einen fluidbasierten Schalter zu injizieren;
11 ein fünftes exemplarisches Verfahren zum Verringern von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter; und
12 die Verwendung und hermetische Abdichtung eines Gasversorgungskanals eines fluidbasierten Schalters.
Ein fluidbasierter Schalter ist ein Schalter, bei dem ein Schaltfluid zwischen verschiedenen Zuständen bewegt wird, um die Schaltfunktion des Schalters zu erfüllen. Beispielsweise kann bei einem elektrischen Schalter ein Schaltfluid zwischen verschiedenen Zuständen bewegt werden, um Elektrodenpaare elektrisch zu koppeln und entkoppeln; und bei einem optischen Schalter kann ein opakes Schaltfluid zwischen verschiedenen Zuständen bewegt werden, um Paare von benetzbaren Anschlussflächen zu koppeln und entkoppeln, wodurch ein oder mehr Lichtpfade gesperrt und entsperrt werden.
Ein Hindernis bei der Herstellung und im Betrieb eines fluidbasierten Schalters sind Oxide. Oxide können zu einer geringen Leistungsfähigkeit von Schaltern und sogar einem Ausfall von Schaltern führen, da sie ein Schaltfluid darin hemmen oder daran hindern, Oberflächen, die es benetzen soll (z.B. Elektroden oder benetzbare Anschlussflächen), zu benetzen, und sie erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaltfluid Oberflächen benetzt, die es nicht benetzen sollte (z.B. die Wände eines Schaltfluidhohlraums).
In dem vorliegenden Dokument sind verschiedene Möglichkeiten offenbart, die Bildung von Oxiden in einem fluidbasierten Schalter zu verringern oder zu eliminieren. Bevor jedoch diese Verfahren beschrieben werden, werden einige ex emplarische fluidbasierte Schalter ausführlicher beschrieben.
1 veranschaulicht ein erstes exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Schalters 100. Der Schalter 100 umfasst ein erstes und zweites zusammengebrachtes Substrat 102, 104, die zwischen denselben eine Anzahl von Hohlräumen 106, 108, 110, 112, 114 definieren. Obwohl fünf Hohlräume 106–114 gezeigt sind, kann man sich vorstellen, dass in dem Schalter 100 auch mehr oder weniger Hohlräume gebildet sein können. Beispielsweise umfassen die Hohlräume in der Darstellung einen Schaltfluidhohlraum 108, ein Paar von Betätigungsfluidhohlräumen 106, 110 und ein Paar von Hohlräumen 112, 114, die Entsprechende der Betätigungsfluidhohlräume 106, 110 mit dem Schaltfluidhohlraum 108 verbinden. Eine Draufsicht auf diese Hohlräume 106–114 ist in 2 gezeigt.
In einem oder mehreren der Hohlräume ist eine Mehrzahl von Elektroden 116, 118, 120 (d.h. eine Mehrzahl benetzbarer Elemente) freiliegend. Obwohl der Schalter 100 drei Elektroden 116–120 umfasst, können alternative Schalterausführungsbeispiele eine andere Anzahl an Elektroden (zwei oder mehr) aufweisen.
Ein in einem oder mehreren der Hohlräume enthaltenes Schaltfluid 122 dient dazu, ansprechend auf Kräfte, die auf das Schaltfluid 122 ausgeübt werden, zumindest ein Paar der Elektroden 116–120 zu öffnen und zu schließen. Beispielsweise kann das Schaltfluid 122 ein leitfähiges flüssiges Metall umfassen, z.B. Quecksilber, Gallium, Natriumkalium oder eine Legierung derselben. Ein Betätigungsfluid 124 (z.B. ein inertes Gas oder eine inerte Flüssigkeit), das in einem oder mehreren der Hohlräume enthalten ist, kann dazu verwendet werden, die Kräfte auf das Schaltfluid 122 auszuüben.
Ein Querschnitt des Schalters 100, der das Schaltfluid 122 in Bezug auf die Elektroden 116–120 veranschaulicht, ist in 3 gezeigt.
Die auf das Schaltfluid 122 ausgeübten Kräfte können aus Druckänderungen in dem Betätigungsfluid 124 resultieren. Das heißt, dass die Druckänderungen in dem Betätigungsfluid 124 Druckänderungen bei dem Schaltfluid 122 bewirken können, wodurch bewirkt wird, dass das Schaltfluid 122 seine Form verändert, sich bewegt, sich teilt usw. Bei 1 übt der Druck des in dem Hohlraum 106 enthaltenen Betätigungsfluids 124 eine Kraft aus, um das Schaltfluid 122 zu teilen, wie veranschaulicht ist. In diesem Zustand ist das äußerste rechte Paar der Elektroden 118, 120 des Schalters miteinander gekoppelt. Wenn der Druck des in dem Hohlraum 106 enthaltenen Betätigungsfluids 124 verringert wird und der Druck des in dem Hohlraum 110 enthaltenen Betätigungsfluids 124 erhöht wird, kann das Schaltfluid 122 dazu gezwungen werden, sich zu teilen und miteinander zu verbinden, so dass die Elektroden 118 und 120 entkoppelt werden, und die Elektroden 116 und 118 gekoppelt werden.
Beispielsweise können Druckänderungen in dem Betätigungsfluid 124 anhand eines Erhitzens des Betätigungsfluids 124 oder anhand eines piezoelektrischen Pumpens erzielt werden. Ersteres ist in der US-Patentschrift 6,323,447 von Kondoh et al. mit dem Titel „Electrical Contact Breaker Switch, Integrated Electrical Contact Breaker Switch, and Electrical Contact Switching Method" beschrieben, die in Bezug auf alles, was sie offenbart, hiermit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist. Letzteres ist in der US-Patentschrift 6,750,594 von Wong mit dem Titel "A Piezoelectrically Actuated Liquid Metal Switch" beschrieben, die ebenfalls in Bezug auf alles, was sie offenbart, hiermit durch Bezugnahme in das vorliegende Dokument aufgenommen ist. Obwohl die oben erwähnten Patentschriften die Bewegung eines Schaltfluids anhand von dualen Push/Pull-Betätigungsfluidhohlräumen offenbaren, kann ein einziger Push/Pull-Betätigungsfluidhohlräum genügen, wenn bei einem Schaltfluid aus einem derartigen Hohlraum Push/Pull-Druckveränderungen bewirkt werden könnten, die bedeutend genug sind.
Zusätzliche Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise eines Schalters, wie er in 1 veranschaulicht ist, finden sich in den zuvor erwähnten Patentschriften von Kondoh et al. und Wong.
4 veranschaulicht ein zweites exemplarisches Ausführungsbeispiel eines Schalters 400. Der Schalter 400 umfasst ein erstes und zweites zusammengebrachtes Substrat 402, 404, die zwischen denselben eine Anzahl von Hohlräumen 406, 408, 410 definieren. In einem oder mehreren der Hohlräume liegt eine Mehrzahl benetzbarer Anschlussflächen 412, 414, 416 (d.h. eine Mehrzahl benetzbarer Elemente) frei. Obwohl drei Hohlräume 406–410 gezeigt sind, kann man sich vorstellen, dass in dem Schalter 400 mehr oder weniger Hohlräume gebildet sein können.
Ein in einem oder mehreren der Hohlräume enthaltenes Schaltfluid 418 benetzt die Anschlussflächen 412–416 und dient dazu, ansprechend auf Kräfte, die auf das Schaltfluid 418 ausgeübt werden, Lichtpfade 422/424, 426/428 durch einen oder mehrere der Kanäle zu öffnen und zu sperren. Beispielsweise kann das Schaltfluid 418 ein leitfähiges flüssiges Metall umfassen, z.B. Quecksilber, Gallium, Natriumkalium oder eine Legierung derselben. Die Lichtpfade können durch Wellenleiter 422–428 definiert sein, die mit lichtdurchlässigen Fenstern in dem Hohlraum 408, der das Schaltfluid 418 enthält, ausgerichtet sind. Ein Sperren der Lichtpfade 420/424, 426/428 kann dadurch erzielt werden, dass das Schaltfluid 418 opak ist. Ein in einem oder mehreren der Hohlräume enthaltenes Betätigungsfluid 420 (z.B. ein inertes Gas oder eine inerte Flüssigkeit) dient dazu, die Kräfte auf das Schaltfluid 418 auszuüben.
Zusätzliche Einzelheiten bezüglich des Aufbaus und der Funktionsweise eines Schalters, wie er in 4 veranschaulicht ist, finden sich in den zuvor erwähnten Patentschriften von Kondoh et al. und Wong.
Wie zuvor angegeben wurde, ist ein Hindernis bei der Herstellung und im Betrieb von fluidbasierten Schaltern die Bildung und das Vorliegen von Oxiden. Man hat entdeckt, dass diese Oxide auf vielerlei Arten und an vielerlei Positionen entstehen können. Beispielsweise können Oxide an oder in dem Schaltfluid 122, 418 eines Schalters entstehen. Oxide können auch auf einer Verunreinigung entstehen, die sich an oder in dem Schaltfluid 122, 418 befindet (d.h. Verunreinigungsoxide können sich an oder in dem Schaltfluid 122, 418 bilden). Oxide können auch auf oder in benetzbaren Elementen, z.B. den Elektroden 116–120 oder den benetzbaren Anschlussflächen 412-416, entstehen. Oder Verunreinigungsoxide können sich auf oder in den benetzbaren Elementen 116–120, 412–416 bilden. Oxide können auch auf den Wänden von Hohlräumen eines Schalters entstehen und können Verunreinigungsoxide an den Wänden von Hohlräumen des Schalters umfassen. Ferner können Oxide an oder in Legierungen von Elementen entstehen, die in Hohlräumen eines Schalters eingehäust sind (z.B. Legierungen, die zwischen einem Schaltfluid und seinen benetzbaren Elementen gebildet sind, oder Legierungen, die zwischen einem Schaltfluid und einer Verunreinigung gebildet sind).
Oxide können vor oder während der Schalterherstellung in Form von oxidierten Schaltermaterialien oder Verunreinigungen eingebracht werden. Oder Oxide können sich nach der Schalterherstellung (z.B. während der Verwendung) bilden. Ungeachtet dessen können Oxide zu einer geringen Leistungsfähigkeit von Schaltern und sogar einem Ausfall von Schaltern führen, da sie ein Schaltfluid darin hemmen oder daran hindern, Oberflächen, die es benetzen soll (z.B. Elektroden oder benetzbare Anschlussflächen), zu benetzen, und sie erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass ein Schaltfluid Oberflä chen benetzt, die es nicht benetzen sollte (z.B. die Wände eines Schaltfluidhohlraums).
Ein Verfahren 500 zum Verringern von Oxiden ist in 5 gezeigt. Das Verfahren 500 umfasst ein Herstellen eines Schalters 100, 400 in einer Umgebung 502, die einen niedrigen Sauerstoff-Partialdruck aufweist, wobei der niedrige Sauerstoff-Partialdruck bei oder unter einer kritischen Grenze liegt, um eine Bildung von Oxiden zu verringern. In dieser Umgebung wird ein Schaltfluid 122, 418 auf ein erstes Substrat 102, 402 des Schalters aufgebracht 504; und das erste Substrat 102, 402 wird mit einem zweiten Substrat 104, 404 zusammengebracht 506, um zwischen denselben einen Hohlraum 108, 408 zu definieren, der das Schaltfluid 122, 418 enthält. Die Größe des Hohlraums 108, 408 ist dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids 122, 418 zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen (wie z.B. unter Bezugnahme auf die Schalter 100 und 400 erörtert wurde und wie in 3 gezeigt ist).
Beispielsweise kann die Umgebung mit einem niedrigen Sauerstoff-Partialdruck in einer Vakuumkammer aufrechterhalten werden, wo der Druck von Sauerstoff (und anderen Gasen) gesteuert und aufrechterhalten wird.
Der Sauerstoff-Partialdruck, der ausreichend „niedrig" ist, um eine Bildung von Oxiden zu verringern (d.h. der Druck, der sich bei oder unter einer „kritischen Grenze" befindet), variiert je nach der Temperatur und den Materialien eines Schalters. Beispielsweise verringert ein Sauerstoff-Partialdruck von weniger als 3,5 Torr Quecksilberoxide in einem Schalter, der 1) ein Quecksilberschaltfluid verwendet und 2) bei Raumtemperatur hergestellt und verwendet wird. Doppelt logarithmische Diagramme können verwendet werden, um zu bestimmen, welcher Sauerstoff-Partialdruck für andere Kombinationen aus Temperatur und Materialien unter der „kritischen Grenze" zur Verringerung der Bildung von Oxiden liegt.
Ein anderes Verfahren 600 zum Verringern von Oxiden ist in 6 gezeigt. Das Verfahren 600 umfasst ein Herstellen eines Schalters 100, 400 in einer Umgebung 602, die ein Gas 126, 430, das nicht Sauerstoff ist, enthält, um eine Bildung von Oxiden zu verringern. In dieser Umgebung wird ein Schaltfluid 122, 418 auf ein erstes Substrat 102, 402 des Schalters aufgebracht 604; und das erste Substrat 102, 402 wird mit einem zweiten Substrat 104, 404 zusammengebracht 606, um zwischen denselben einen Hohlraum 108, 408 zu definieren, der das Schaltfluid 122, 418 enthält. Wiederum ist Die Größe des Hohlraums 108, 408 dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids 122, 418 zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen (wie z.B. unter Bezugnahme auf die Schalter 100 und 400 erörtert wurde und wie in 3 gezeigt ist).
Beispielsweise kann die gasförmige Umgebung in einer Vakuumkammer oder einer anderen gesteuerten Umgebung aufrechterhalten werden, in der die Zusammensetzung von vorhandenen Gasen gesteuert und aufrechterhalten werden kann. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann das Gas 126, 430, das „nicht Sauerstoff" ist, entweder Wasserstoffgas und Kohlenmonoxidgas oder beides umfassen. Wenn Wasserstoffgas verwendet wird, kann es mit zumindest entweder Stickstoffgas und/oder Heliumgas gemischt werden (um seine Stabilität und Sicherheit zu erhöhen). Andere Gase, die mit Sauerstoff reagieren, um ihn zu „binden" und ihn daran zu hindern, Oxide zu bilden, können ebenfalls verwendet werden.
Dadurch, dass ein Schalter 100, 400 in einer Umgebung hergestellt wird, die ein Oxid verringerndes Gas 126, 430 enthält, kann das Oxid verringernde Gas 126, 430 1) während der Herstellung des Schalters mit Sauerstoff und Oxiden reagieren und 2) in dem Schaltfluidhohlraum 108, 408 eines Schalters gefangen sein, um während des Schalterbetriebs mit Sauerstoff und Oxiden zu reagieren.
Ein wieder anderes Verfahren 700 zum Verringern von Oxiden ist in 7 gezeigt. Das Verfahren 700 umfasst ein Aufbringen 702 eines Schaltfluids 122, 418 auf ein erstes Substrat 102, 402 des Schalters; und ein anschließendes Zusammenbringen 704 des ersten Substrats 102, 402 mit einem zweiten Substrat 104, 404, um zwischen denselben einen Hohlraum 108, 408 zu definieren, der das Schaltfluid 122, 418 hält. Wiederum ist Die Größe des Hohlraums 108, 408 dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids 122, 418 zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen (wie z.B. unter Bezugnahme auf die Schalter 100 und 400 erörtert wurde und wie in 3 gezeigt ist).
Ein Gas 126, 430, das mit Sauerstoff oder Oxiden in dem Hohlraum 108, 408 reagiert, wird anschließend in dem Hohlraum 108, 408 erzeugt 706.
Das Gas 126, 430 kann erzeugt werden, indem ein Katalysator 800 auf eines der Substrate 102, 104 des Schalters aufgebracht wird, bevor die Substrate 102, 104 zusammengebracht werden. Beispielsweise kann der Katalysator Platin oder Palladium sein. Eine Schicht 802 aus Kohlenstoff kann anschließend auf den Katalysator aufgebracht werden. Nachdem die Substrate 102, 104 zusammengebracht wurden, kann der Katalysator (z.B. mittels Erwärmung oder Bestrahlung) dahin gehend angeregt werden, eine Reaktion zwischen dem Kohlenstoff und Sauerstoff (oder Oxiden) zu initiieren, was zur Herstellung von Kohlenmonoxidgas führt.
Obwohl die 8 den Katalysator 800 in dem Hohlraum 108, der das Schaltfluid 122 enthält, abgeschieden zeigt, kann der Katalysator alternativ dazu an anderen Stellen abgeschieden sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann der Katalysator beispielsweise eine Heizvorrichtung (z.B. eine Dick- oder Dünnfilm-Widerstandsheizvorrichtung) sein, die in einem der Betätigungsfluidhohlräume 106, 110 enthalten ist, und die Kohlenstoffschicht kann auf der Heizvorrichtung abgeschieden sein. Das erzeugte Gas kann dann mit der Zeit infolge der Druckänderungen in den Betätigungsfluidhohlräumen 106, 110 an den Schaltfluidhohlraum 108 verteilt werden.
Ein zusätzliches Verfahren 900 zum Verringern von Oxiden (9) umfasst ein Aufbringen 902 eines Schaltfluids 122, 418 auf ein erstes Substrat 102, 402 des Schalters; und ein anschließendes Zusammenbringen 904 des ersten Substrats 102, 402 mit einem zweiten Substrat 104, 404, um zwischen denselben einen Hohlraum 108, 408 zu definieren, der das Schaltfluid 122, 418 enthält. Wiederum ist Die Größe des Hohlraums 108, 408 dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids 122, 418 zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen (wie z.B. unter Bezugnahme auf die Schalter 100 und 400 erörtert wurde und wie in 3 gezeigt ist). Ein Gas 126, 430, das mit Sauerstoff oder Oxiden in dem Hohlraum 108, 408 reagiert, wird anschließend in den Hohlraum 108, 408 injiziert 906.
Wie in 10 gezeigt ist, kann Gas 126 mittels eines Gasinjektionskanals 1000 in den Hohlraum 108 injiziert werden. Der Gasinjektionskanal erstreckt sich vom Inneren des Hohlraums 108 nach außen und kann infolge eines Zusammenbringens von Substraten 102, 104 eines Schalters gebildet sein (wie gezeigt ist). Alternativ dazu kann der Gasinjektionskanal vollständig in einem einzigen Substrat (z.B. mittels eines vorgebohrten Kanals oder „Loches") gebildet sein.
An einem gewissen Punkt muss der Gasinjektionskanal 1000 abgedichtet werden. Bei einem Ausführungsbeispiel wird der Kanal 1000 abgedichtet, bevor Gas über den Kanal 1000 injiziert wird, und eine Spritze wird anschließend dazu verwendet, die Abdichtung vorübergehend zu durchstechen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel wird der Kanal 1000 dadurch abgedichtet, dass ein Dichtungsmittel in den Kanal 1000 injiziert wird, während eine Spritze aus dem Kanal 1000 herausgezogen wird. Bei einem wieder anderen Ausführungsbeispiel wird ein Dichtungsmittel zum Fließen gebracht, gehär tet oder geschmolzen, während eine Spritze aus dem Kanal 1000 herausgezogen wird. In jedem Fall verhindert die Abdichtung 1002, dass Gase in den oder aus dem Hohlraum 108 gelangen.
Gas 126 kann auch über den Kanal 1000 aus dem Hohlraum 108 entfernt werden. Indem andere Arten oder Mengen von Gasen entfernt oder injiziert werden, können die Drücke oder Gastypen in dem Hohlraum 108 dahin gehend eingestellt werden, die Bildung von Oxiden in dem Hohlraum 108 zu verringern.
Ein abschließendes Verfahren 1100 zum Verringern von Oxiden (11) in einem fluidbasierten Schalter umfasst ein Aufbringen 1102 eines Schaltfluids 122, 418 auf ein erstes Substrat 102, 402 des Schalters; und ein anschließendes Zusammenbringen 1104 des ersten Substrats 102, 402 mit einem zweiten Substrat 104, 404, um zwischen denselben einen Hohlraum 108, 408 zu definieren, der das Schaltfluid 122, 418 enthält. Wiederum ist Die Größe des Hohlraums 108, 408 dahin gehend bemessen, eine Bewegung des Schaltfluids 122, 418 zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen (wie z.B. unter Bezugnahme auf die Schalter 100 und 400 erörtert wurde und wie in 3 gezeigt ist).
Mit dem Hohlraum 108 ist ein Gasversorgungskanal 1200 verbunden (12). Der Gasversorgungskanal 1200 erstreckt sich vom Inneren des Hohlraums 108 nach außen und kann infolge eines Zusammenbringens der Substrate 102, 104 des Schalters gebildet werden (wie gezeigt ist). Alternativ dazu kann der Gasversorgungskanal vollständig in einem einzigen Substrat gebildet sein (z.B. mittels eines vorgebohrten Kanals oder „Loches"). In einer Umgebung, die einen gesteuerten Druck eines oder mehrerer Gase 126 enthält, wird der Schalter 100, einschließlich des Gasversorgungskanals 1200, (mittels z.B. einer hermetischen Abdichtung 1202) hermetisch abgedichtet 1106, um einen gewünschten Druck des einen oder der mehreren Gase 126 in dem Hohlraum 108 einzu fangen. Alternativ dazu wird lediglich der Gasversorgungskanal 1200 abgedichtet.
Bei einem Ausführungsbeispiel kann die Umgebung, in der das Abdichten 1106 erfolgt, durch ein Steuern des Sauerstoffdruckes in der Umgebung gesteuert werden. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Umgebung durch ein Steuern des Druckes bzw. der Drücke eines oder mehrerer Oxid verringernder Gase gesteuert werden.
In manchen Fällen können verschiedene der hierin offenbarten Verfahren 500, 600, 700, 900, 1100 kombiniert werden. Auch kann es manchmal notwendig (oder sinnvoll) sein, die Reaktion eines Gases 126, 430 mit Sauerstoff oder Oxiden zu fördern, indem man das Gas erhitzt oder indem man ansonsten einen Katalysator aktiviert.
Wenn sich auf einer Oberfläche (z.B. einer Elektrode), die mit einem Schaltfluid 122, 418 eines Schalters benetzt wird, ein Oxid bildet, ist es unwahrscheinlich, dass ein Oxid verringerndes Gas 126, 430 mit dem Oxid in Berührung kommt. Wenn jedoch das Oxid bis zu dem Punkt fortschreitet, an dem das Schaltfluid 122, 418 beginnt, die Oberfläche zu entnetzen, kommt das Oxid verringernde Gas 126, 430 dann mit dem Oxid in Berührung und reagiert mit demselben, wodurch ein Schalter 100, 400 in die Lage versetzt wird, von selbst auszuheilen.

Claims

Verfahren (500), das folgende Schritte umfasst: in einer Umgebung (502), die einen niedrigen Sauerstoff-Partialdruck aufweist, wobei der niedrige Sauerstoff-Partialdruck bei oder unter einer kritischen Grenze liegt, um eine Bildung von Oxiden zu verringern: i) Aufbringen (504) eines Schaltfluids (122) auf ein erstes Substrat (104); und ii) Zusammenbringen (506) des ersten Substrats (104) mit einem zweiten Substrat (102), wobei das erste Substrat (104) und das zweite Substrat (102) zwischen denselben einen Hohlraum (108) definieren, der das Schaltfluid (122) enthält, wobei die Größe des Hohlraums (108) dahin gehend bemessen ist, eine Bewegung des Schaltfluids (122) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, bei dem die Umgebung (502) ferner ein Gas umfasst, das nicht Sauerstoff ist und das mit Sauerstoff oder Oxiden reagiert, die sich an oder in dem Hohlraum (108), der das Schaltfluid (122) enthält, befinden; wobei die Oxide zumindest eines der folgenden umfassen: i) Oxide an oder in dem Schaltfluid (122); ii) Verunreinigungsoxide an oder in dem Schaltfluid; iii) Oxide auf Innenoberflächen des Hohlraums (108); iv) Verunreinigungsoxide auf den Innenoberflächen des Hohlraums; und v) Oxide an oder in Legierungen von Elementen in dem Hohlraum.
Verfahren (500) gemäß Anspruch 1, bei dem die Umgebung ferner ein anderes Gas als Sauerstoff umfasst, wobei das Gas zumindest eines der folgenden umfasst: Wasserstoffgas und/oder Kohlenmonoxidgas.
Verfahren (600), das folgende Schritte umfasst: in einer Umgebung (602), die ein anderes Gas (126) als Sauerstoff enthält, um eine Bildung von Oxiden zu verringern: i) Aufbringen (604) eines Schaltfluids (122) auf ein erstes Substrat (104); und ii) Zusammenbringen (606) des ersten Substrats (104) mit einem zweiten Substrat (102), wobei das erste Substrat (104) und das zweite Substrat (102) zwischen denselben einen Hohlraum (108) definieren, der das Schaltfluid (122) enthält, wobei die Größe des Hohlraums (108) dahin gehend bemessen ist, eine Bewegung des Schaltfluids (122) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen.
Verfahren (600) gemäß Anspruch 4, bei dem das Gas (126) mit Sauerstoff oder Oxiden reagiert, die sich an oder in dem Hohlraum (108), der das Schaltfluid (122) enthält, befinden; wobei die Oxide zumindest eines der folgenden umfassen: i) Oxide an oder in dem Schaltfluid (122); ii) Verunreinigungsoxide an oder in dem Schaltfluid; iii) Oxide auf Innenoberflächen des Hohlraums (108); iv) Verunreinigungsoxide auf den Innenoberflächen des Hohlraums; und v) Oxide an oder in Legierungen von Elementen in dem Hohlraum.
Verfahren (600) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem das Gas (126) zumindest eines der folgenden umfasst: Wasserstoffgas und/oder Kohlenmonoxidgas.
Verfahren (600) gemäß Anspruch 4 oder 5, bei dem das Gas (126) Wasserstoffgas umfasst, das zumindest mit einem der beiden folgenden gemischt ist: Stickstoffgas und/oder Heliumgas.
Verfahren (700), das folgende Schritte umfasst: Aufbringen (702) eines Schaltfluids (122) auf ein erstes Substrat (104); und Zusammenbringen (704) des ersten Substrats (104) mit einem zweiten Substrat (102), wobei das erste Substrat (104) und das zweite Substrat (102) zwischen denselben einen Hohlraum (108) definieren, der das Schaltfluid (122) enthält, wobei die Größe des Hohlraums (108) dahin gehend bemessen ist, eine Bewegung des Schaltfluids (122) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen; und Erzeugen (706) eines Gases (126) in dem Hohlraum (108), der das Schaltfluid (122) enthält, wobei das Gas (126) mit Sauerstoff oder Oxiden in dem Hohlraum (108) reagieren soll.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 8, das ferner folgende Schritte umfasst: vor dem Zusammenbringen (704) der Substrate (102, 104), Aufbringen eines Katalysators (800) auf eines der Substrate (102); Aufbringen einer Kohlenstoffschicht (802) auf den Katalysator (800); und nach dem Zusammenbringen (704) der Substrate (102, 104), Anregen des Katalysators (800) dahin gehend, das Gas (126) zu erzeugen.
Verfahren (700) gemäß Anspruch 8 oder 9, bei dem das Gas (126) erzeugt wird, um mit Sauerstoff in dem Schalter oder mit Oxiden an oder in dem Hohlraum, der das Schaltfluid enthält, zu reagieren; wobei die Oxide zumindest eines der folgenden umfassen: i) Oxide an oder in dem Schaltfluid (122); ii) Verunreinigungsoxide an oder in dem Schaltfluid; iii) Oxide auf Innenoberflächen des Hohlraums (108); iv) Verunreinigungsoxide auf den Innenoberflächen des Hohlraums; und v) Oxide an oder in Legierungen von Elementen in dem Hohlraum.
Verfahren (900), das folgende Schritte umfasst: Aufbringen (902) eines Schaltfluids (122) auf ein erstes Substrat (104); und Zusammenbringen (904) des ersten Substrats (104) mit einem zweiten Substrat (102), wobei das erste Substrat (104) und das zweite Substrat (102) zwischen denselben einen Hohlraum (108) definieren, der das Schaltfluid (122) enthält, wobei die Größe des Hohlraums (108) dahin gehend bemessen ist, eine Bewegung des Schaltfluids (122) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen; und Injizieren eines Gases (126) in den Hohlraum (108), wobei das Gas (126) mit Sauerstoff oder Oxiden in dem Hohlraum (108) reagieren soll.
Verfahren (900) gemäß Anspruch 11, bei dem das Gas mittels eines Gasinjektionskanals (1000), der sich von dem Inneren des Hohlraums nach außen erstreckt, in den Hohlraum injiziert wird; wobei das Verfahren ferner ein Abdichten des Gasinjektionskanals umfasst, um zu verhindern, dass Gase in den oder aus dem Hohlraum gelangen.
Verfahren gemäß Anspruch 12, bei dem das Injizieren des Gases in den Hohlraum ein Injizieren des Gases über den Gasinjektionskanal umfasst.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem das Gas injiziert wird, um mit Sauerstoff in dem Schalter oder mit Oxiden an oder in dem Hohlraum, der das Schaltfluid enthält, zu reagieren; wobei die Oxide zumindest eines der folgenden umfassen: i) Oxide an oder in dem Schaltfluid (122); ii) Verunreinigungsoxide an oder in dem Schaltfluid; iii) Oxide auf Innenoberflächen des Hohlraums (108); iv) Verunreinigungsoxide auf den Innenoberflächen des Hohlraums; und v) Oxide an oder in Legierungen von Elementen in dem Hohlraum.
Verfahren (1100) zum Verringern von Oxiden in einem Schalter (100), das folgende Schritte umfasst: Aufbringen (1102) eines Schaltfluids (122) auf ein erstes Substrat (104); und Zusammenbringen (1104) des ersten Substrats (104) mit einem zweiten Substrat (102), wobei das erste Substrat (104) und das zweite Substrat (102) zwischen denselben einen Hohlraum (108) definieren, der das Schaltfluid (122) enthält, wobei die Größe des Hohlraums (108) dahin gehend bemessen ist, eine Bewegung des Schaltfluids (122) zwischen einem ersten und einem zweiten Zustand zu ermöglichen, und wobei der Hohlraum mit einem Gasversorgungskanal (1200) verbunden ist, der sich von dem Inneren des Hohlraums nach außen erstreckt; und in einer Umgebung, die einen gesteuerten Druck eines oder mehrerer Gase (126) enthält, hermetisches Abdichten (1106) des Schalters (100), einschließlich des Gasversorgungskanals (1200), um einen gewünschten Druck des einen oder der mehreren Gase (126) in dem Hohlraum (108) einzufangen.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 15, bei dem die Umgebung einen gesteuerten Sauerstoffdruck enthält.
Verfahren (1100) gemäß Anspruch 15, bei dem die Umgebung einen gesteuerten Druck zumindest eines Oxid verringernden Gases enthält.
Schalter (100), der folgende Merkmale umfasst: ein erstes und ein zweites zusammengebrachtes Substrat (102, 104), die zwischen denselben eine Anzahl von Hohlräumen (106, 108, 110, 112, 114) definieren; eine Mehrzahl von benetzbaren Elementen (116, 118, 120), die in einem oder mehreren der Hohlräume (108) freiliegend sind; ein Schaltfluid (122), das in einem oder mehreren der Hohlräume (108) enthalten ist und das dazu dient, zumindest ein Paar der Mehrzahl von benetzbaren Elementen (116, 118, 120) ansprechend auf Kräfte, die auf das Schaltfluid (122) ausgeübt werden, zu verbinden oder zu trennen; ein Gas (126), das in einem oder mehreren der Hohlräume (108) enthalten ist und das mit Sauerstoff oder Oxiden an oder in den Hohlräumen (108) reagieren soll; und ein Betätigungsfluid (124), das in einem oder mehreren der Hohlräume (106, 110) enthalten ist und das die Kräfte auf das Schaltfluid (122) ausübt.
Schalter (100) gemäß Anspruch 18, bei dem die Mehrzahl benetzbarer Elemente (116, 118, 120) eine Mehrzahl von Elektroden umfasst.
Schalter (100) gemäß Anspruch 18, bei dem die Mehrzahl benetzbarer Elemente (116, 118, 120) eine Mehrzahl benetzbarer Anschlussflächen umfasst.
Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 20, der ferner folgende Merkmale umfasst: einen Gasinjektionskanal, der sich von dem Inneren des Hohlraums nach außen erstreckt; und eine Abdichtung, die den Gasinjektionskanal sperrt, um zu verhindern, dass Gase in den oder aus dem Hohlraum gelangen.
Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 21, bei dem das Gas (126) Wasserstoffgas umfasst, das zumindest mit einem der beiden folgenden gemischt ist: Stickstoffgas und/oder Heliumgas.
Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 22, bei dem das Schaltfluid eines der folgenden umfasst: Quecksilber, eine Quecksilberlegierung, Gallium, eine Galliumlegierung, Natriumkalium und eine Natriumkaliumlegierung.
Schalter (100) gemäß einem der Ansprüche 18 bis 23, bei dem das Gas mit zumindest einem der folgenden reagiert: i) Oxiden an oder in dem Schaltfluid (122); ii) Verunreinigungsoxiden an oder in dem Schaltfluid; iii) Oxiden an oder in den benetzbaren Elementen; iv) Verunreinigungsoxiden an oder in den benetzbaren Elementen; v) Oxiden an Wänden des Hohlraums; vi) Verunreinigungsoxiden an Wänden des Hohlraums; vii) Oxiden an oder in Legierungen von Elementen in dem Hohlraum; oder viii) Sauerstoff.