DE10233638A1

DE10233638A1 - Ein Verfahren zum Eliminieren von Braunschem Rauschen bei mikrobearbeiteten Varaktoren

Info

Publication number: DE10233638A1
Application number: DE10233638A
Authority: DE
Inventors: Marvin Glenn Wong
Original assignee: Agilent Technologies Inc
Current assignee: Agilent Technologies Inc
Priority date: 2001-10-31
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2003-07-03
Also published as: US20050057885A1; GB2384622B; US20040031912A1; TWI230140B; GB2384622A; GB0223352D0; JP2003209027A

Abstract

Gemäß der Erfindung wird Braunsches Rauschen, das durch Molekülgaszusammenstöße in einem mikrobearbeiteten Varaktor bewirkt wird, durch spezielles Häusen des mikrobearbeiteten Varaktors im wesentlichen reduziert und sogar eliminiert. Das Häusen des mikrobearbeiteten Varaktors liefert eine Änderung der Umgebung des mikrobearbeiteten Varaktors, so daß sich derselbe in einem Vakuum und nicht in einem Gas befindet. Dementsprechend können die willkürlichen Druckfluktuationen vollständig eliminiert werden. Da ein Varaktor ein Gerät ist, bei dem die beweglichen Teile nicht in Kontakt mit den festen Teilen kommen und sich dann trennen, ist Haftreibung kein Problem.

Description

Mikrobearbeitete Varaktoren werden im allgemeinen mit einer Kondensatorstruktur hergestellt, die aus einer oder mehreren festen Kondensatorplatten und einer oder mehreren beweglichen Kondensatorplatten besteht. Die Kapazität wird durch Bewegen der beweglichen Platte oder der beweglichen Platten bezüglich der festen Platte oder den festen Platten eingestellt. Die Betätigung kann beispielsweise durch elektrostatische thermische oder magnetische Einrichtungen geschehen. Ein Fachmann auf diesem Gebiet wird verstehen, daß mehrere optionale Ausführungsbeispiele möglich sind.

Der Gasdruck auf einer der beiden gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Plattenstruktur entsteht aufgrund von Zusammenstößen von Gasmolekülen. Da die Strukturen klein sind, können diese Kollisionen zu jedem Zeitpunkt unsymmetrisch sein. Unsymmetrische Zusammenstöße bewirken, daß die bewegliche Platte kleine Zufallsbewegungen ausführt. Diese kleinen Zufallsbewegungen werden als Braunsche Bewegung bezeichnet. Die Braunsche Bewegung bewirkt außerdem, daß die Kapazität willkürlich variiert. Die willkürliche Varianz bei der Kapazität wird als Braunsches Rauschen bezeichnet. Für einen gut gesteuerten Varaktor ist Braunsches Rauschen unerwünscht und bewirkt Leistungsverschlechterungen bei dem Gerät.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen mikrobearbeiteten Varaktor mit verbesserten Charakteristika und ein Verfahren zum Eliminieren von Braunschem Rauschen zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch einen Varaktor gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 5 gelöst.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Betätigungsvorrichtungsanordnung eines mikroelektromechanischen Systems (MEMS; MEMS = microelectromechanical system). Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Eliminieren von Braunschem Rauschen bei mikrobearbeiteten Varaktoren.

Gemäß der Erfindung wird Braunsches Rauschen, das durch Molekülgaszusammenstöße in einem mikrobearbeiteten Varaktor verursacht wird, durch spezialisiertes Häusen des mikrobearbeiteten Varaktors im wesentlichen reduziert und sogar eliminiert. Das Häusen des mikrobearbeiteten Varaktors liefert eine Änderung der Umgebung des mikrobearbeiteten Varaktors, so daß sich derselbe in einem Vakuum und nicht in einem Gas befindet. Dementsprechend können die willkürlichen Druckschwankungen vollständig eliminiert werden. Da ein Varaktor ein Gerät ist, bei dem die beweglichen Teile nicht in Kontakt mit den festen Teilen kommen, und sich dann trennen, ist Haftreibung kein Problem.

Die Erfindung ist mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen besser verständlich. Die Komponenten in den Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgerecht, statt dessen wurde der Schwerpunkt darauf gelegt, die Prinzipien der vorliegenden Erfindung deutlich darzustellen.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine Seitenansicht eines mikrobearbeiteten Varaktors;
Fig. 2 eine Seitenansicht eines Varaktors gemäß der Erfindung;
Fig. 3 eine Seitenansicht eines alternativen Ausführungsbeispiels eines Varaktors gemäß der Erfindung.
Der in Fig. 1 gezeigte Varaktor 100 umfaßt ein Substrat 120, das als ein Träger für den Schaltmechanismus dient, und eine nicht leitfähige dielektrische Plattform liefert. Der in Fig. 1 gezeigte Varaktor 100 umfaßt außerdem einen Ablenkbalken 130, der mit dem Substrat 110 verbunden ist. Gewöhnlich bildet der Ablenkbalken 130 eine L-Form, wobei das kurze Ende des Ablenkbalkens 130 mit dem Substrat verbunden ist. Der Ablenkbalken 130 ist aus einem nicht leitfähigen Material aufgebaut. Der Ablenkbalken 130 weist eine angezogene Platte 140 und eine erste Signalwegplatte 150 auf, die mit dem langen Schenkel verbunden sind. Eine Betätigungsvorrichtungsplatte 160 ist mit dem Substrat verbunden, direkt gegenüberliegend zu der angezogenen Platte. Eine zweite Signalwegplatte 170 ist mit dem Substrat verbunden, direkt gegenüberliegend zu der Signalwegplatte 150.
Der in Fig. 1 gezeigte Auslegerbalken 130 ist zu Beispielszwecken dargestellt. Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, daß andere Arten von Ablenkbalken möglich sind und allgemein in der Technik verwendet werden. Ein solcher Ablenkbalken ist ein Balken, der an beiden Enden befestigt ist.
Während dem Betrieb des in Fig. 1 gezeigten Varaktors wird eine Ladung an die Betätigungsvorrichtungsplatte 160 angelegt, wodurch bewirkt wird, daß die angezogene Platte 140 elektrisch angezogen wird. Diese elektrische Anziehung bewirkt eine Biegung des Ablenkbalkens 130. Die Biegung des Ablenkbalkens 130 bewirkt, daß sich die erste Signalwegplatte 50 und die zweite Signalwegplatte 170 einander annähern. Die Nähe der ersten und der zweiten Signalwegplatten 150, 170 bewirkt eine kapazitive Kopplung, und ermöglicht es somit dem Varaktor 100, den gewünschten Kapazitätswert zu erreichen. Um den. Varaktor einzustellen, wird die Spannungsdifferenz zwischen der Betätigungsvorrichtungsplatte 160 und der angezogenen Platte 140 geändert, der Ablenkbalken bewegt sich zu einer neuen Gleichgewichtsposition mit einem neuen Abschnitt der Betätigungsvorrichtungsplatte und der angezogenen Platte, und der resultierende neue Abstand zwischen den Signalwegplatten erzeugt einen neuen, gesteuerten Kapazitätswert.
Eine dielektrische Kontaktanschlußfläche 180 ist normalerweise an eine oder beide der Signalwegplatten 150, 170 befestigt. Eine dielektrische Kontaktanschlußfläche ist nicht an der Signalwegplatte 150 in Fig. 1 befestigt gezeigt. Die dielektrische Kontaktanschlußfläche hindert die Signalwegplatten 150, 170 darin, während der Biegung des Ablenkbalkens miteinander in Kontakt zu kommen.
Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist klar, daß die Größe vieler Varaktoren dieselbe anfällig gegenüber Störungen macht, die durch den Zusammenstoß von Gaspartikeln bewirkt werden. Wenn die Zusammenstöße von Gaspartikeln bezüglich des Ablenkbalkens 130 unsymmetrisch sind, können solche Zusammenstöße bewirken, daß der Balken 130 eine Braunsche Bewegung zeigt. Die Braunsche Bewegung bewirkt, daß der Abstand zwischen den Signalplatten unwillkürlich variiert. Die willkürliche Schwankung bei dem Abstand zwischen den Signalplatten führt zu einer Varianz bei der resultierenden Kapazität, und führt somit zu Braunschem Rauschen in dem Signalweg.
Fig. 2 zeigt den Varaktor von Fig. 1 und ein Gehäuse 200, das den Varaktor 130 umgibt, der mit dem Substrat 120 verbunden ist. Das Gehäuse 200, das den Varaktor 130 umgibt, bildet eine Kammer 210, die luftdicht ist. Während dem Aufbau des Varaktors 130 und des Gehäuses 200 werden alle Gasmoleküle von der Kammer 210 entfernt. Die Kammer 210 wird abgedichtet, um das Vakuum beizubehalten. Die Entfernung der Gasmoleküle führt zu der Eliminierung der Zusammenstöße von Gasmolekülen.
Fig. 3 zeigt ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Varaktors gemäß der Erfindung. Der Varaktor 300 verwendet einen Ablenkbalken 310, der an beiden Enden befestigt ist. Der in Fig. 2 gezeigte Varaktor umfaßt ein Substrat 320, das als ein Träger für den Schaltmechanismus dient und eine nicht leitfähige dielektrische Plattform liefert. Der Ablenkbalken 310 ist an jedem Ende an einem Balkenträger 330 befestigt. Die Balkenträger 330 sind an dem Substrat 320 befestigt. Der Ablenkbalken 310 ist aus einem nicht leitfähigem Material hergestellt. Der Ablenkbalken 310 weist eine angezogene Platte 340 und eine erste Signalwegplatte 350 auf, die mit einer Seite zwischen den Trägern 330 verbunden sind. Eine Betätigungsvorrichtungsplatte 360 ist direkt gegenüberliegend zu der angezogenen Platte mit dem Pfad verbunden. Eine zweite Signalwegplatte 370 ist direkt gegenüberliegend zu der Signalwegplatte 350 mit dem Substrat verbunden.
Eine dielektrische Kontaktanschlußfläche 380 ist im allgemeinen an eine oder beide der Signalwegplatten 350, 370 befestigt. Eine dielektrische Kontaktanschlußfläche ist auf der Signalwegplatte 350 in Fig. 3 nicht gezeigt. Die dielektrische Kontaktanschlußfläche hindert die Signalwegplatten 350, 370 daran, während der Biegung des Ablenkbalkens in Kontakt zu kommen. Für einen Fachmann auf diesem Gebiet ist es klar, das elektrostatische betätigte, mikroverarbeitete Hochleistungsschalter die Signale kapazitiv weiterleiten, weil die Leitung von Metall-zu-Metall bewirken kann, daß die Kontakte 350, 370 mikroschweißen. Ferner kann die starke Hitze, die in einem kapazitiven Hochleistungs-MEMS- Schalter vorliegt, das Ausglühen des Ablenkbalkens 310 bewirken, was ebenfalls zu einem kurzgeschlossenen MEMS- Schalter führt.
Der Varaktor 300 von Fig. 3 ist von einem Gehäuse 390 umgeben, das mit dem Substrat 320 verbunden ist. Das Gehäuse 390, das den Varaktor 300 umgibt, bildet eine Kammer 395, die luftdicht ist. Während dem Aufbau des Varaktors 300 und des Gehäuses 390 werden alle Gasmoleküle von der Kammer 395 entfernt. Die Kammer 395 wird abgedichtet, um das Vakuum beizubehalten. Die Entfernung der Gasmoleküle führt zu der Eliminierung der Zusammenstöße der Gasmoleküle.

Claims

1. Mikrobearbeiteter Varaktor (100), der einen Ablenkbalken (130), ein Paar von Signalwegplatten (150, 170), die an dem Ablenkbalken (130) befestigt sind, und eine Einrichtung zum Ablenken des Balkens umfaßt, wobei der Varaktor (100) in einem luftdichten Vakuum (210) gehäust ist.

2. Varaktor (100) gemäß Anspruch 1, bei dem der Ablenkbalken (130) an einem dielektrischen Substrat (120) befestigt ist, und bei dem die Einrichtung zum Ablenken des Balkens eine erste und eine zweite Betätigungsvorrichtungsplatte (140, 160) umfaßt, wobei die erste Betätigungsvorrichtungsplatte an dem Balken befestigt ist, und die zweite Betätigungsvorrichtungsplatte an dem Substrat (120) befestigt ist.

3. Varaktor (100) gemäß Anspruch 2, bei dem der Ablenkbalken (130) ein Auslegerbalken ist.

4. Varaktor (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem der Ablenkbalken (130) ein Balken mit einem ersten und einem zweiten Ende ist, und das erste und das zweite Ende befestigt sind, und die Einrichtung zum Ablenken des Balkens eine erste und eine zweite Betätigungsvorrichtungsplatte (140, 160) umfaßt, wobei die erste Betätigungsvorrichtungsplatte (140) an dem Balken befestigt ist, und die zweite Betätigungsvorrichtungsplatte (160) an dem Substrat (120) befestigt ist.

5. Verfahren zum Eliminieren von Braunschem Rauschen in einem mikrobearbeiteten Varaktor (100), das folgende Schritte umfaßt:
Häusen des Varaktors (100) in einer luftdichten Kammer (210),
Entfernen aller Gasmoleküle von der Kammer (210), und
Abdichten der Kammer (210), um ein Vakuum zu bilden.

6. Verfahren gemäß Anspruch 5 oder 6, bei dem das Häusen des Varaktors (100) in einer luftdichten Kammer (210) die Schritte des Befestigen des Varaktors (100) an einem dielektrischen Substrat (120), des Plazierens eines dielektrischen Materials (200) um den Varaktor und das Befestigen des Materials an dem Substrat (120) umfaßt.

7. Verfahren gemäß Anspruch 5, bei dem der Varaktor (100) einen Ablenkbalken (130) und ein Paar von Signalwegplatten (150, 170) umfaßt, die mit dem Balken verbunden sind.

8. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Ablenkbalken (130) ein Auslegerbalken ist.

9. Verfahren gemäß Anspruch 7, bei dem der Ablenkbalken (130) ein Balken ist, der an beiden Enden befestigt ist.