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DE102021204653A1 - In-plane MEMS varactor - Google Patents

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DE102021204653A1
DE102021204653A1 DE102021204653.3A DE102021204653A DE102021204653A1 DE 102021204653 A1 DE102021204653 A1 DE 102021204653A1 DE 102021204653 A DE102021204653 A DE 102021204653A DE 102021204653 A1 DE102021204653 A1 DE 102021204653A1
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DE
Germany
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electrode
electrode structure
actuator
mems
capacitance value
Prior art date
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Ceased
Application number
DE102021204653.3A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Stolz
. Shashank
Bert Kaiser
Anton Melnikov
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102021204653.3A priority Critical patent/DE102021204653A1/en
Priority to PCT/EP2022/062106 priority patent/WO2022233997A1/en
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Abstract

Ein MEMS-Bauelement umfasst ein in einer Substratebene angeordnetes Substrat und eine Elektrodenanordnung mit einer ersten Elektrodenstruktur und einer zweiten Elektrodenstruktur, die parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um einen elektrischen Kondensator zu bilden. Das MEMS-Bauelement umfasst einen Aktuator, der mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Elektrodenabstand zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur parallel zu der Substratebene zu verändern, um einen elektrischen Kapazitätswert des elektrischen Kondensators zu verändern. Der Aktuator weist dabei zumindest zwei parallel zu der Substratebene beabstandete und an diskreten Bereichen mechanisch miteinander verbundene Balken auf, die ein gemeinsames bewegliches Element bilden, das ausgebildet ist, um sich in-plane-bezogen auf die Substratebene zu bewegen, um den Elektrodenabstand zu verändern.

Figure DE102021204653A1_0000
A MEMS component comprises a substrate arranged in a substrate plane and an electrode arrangement with a first electrode structure and a second electrode structure which are arranged opposite one another parallel to the substrate plane in order to form an electrical capacitor. The MEMS component includes an actuator which is coupled to the electrode arrangement and is designed to change an electrode spacing between the first electrode structure and the second electrode structure parallel to the substrate plane in order to change an electrical capacitance value of the electrical capacitor. The actuator has at least two bars spaced apart parallel to the substrate plane and mechanically connected to one another in discrete areas, which form a common movable element that is designed to move in-plane relative to the substrate plane in order to change the electrode spacing .
Figure DE102021204653A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf MEMS-Bauelemente und Verfahren zum Ändern eines elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements, insbesondere solcher MEMS-Bauelemente, die durch eine Bewegung parallel zu einer Substratebene einen Kapazitätswert ändern. Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Varaktor.The present invention relates to MEMS components and methods for changing an electrical capacitance value of a MEMS component, in particular those MEMS components that change a capacitance value by moving parallel to a substrate plane. In particular, the present invention relates to a varactor.

Ein MEMS-Varaktor ist eine variable Kapazität, bei der die Kapazitätsänderung meist durch die Änderung des Elektrodenabstands realisiert wird. MEMS-Varaktoren haben typischerweise kleine Durchstimmbarkeiten (engl.: tuning ratio, TR) von weniger als 5, weil der für die Durchstimmbarkeit notwendige Elektrodenhub stark begrenzt ist. Die Begrenzung ist durch die verwendbare Aktorik erklärt. Normalerweise ist das eine klassische elektrostatische bzw. direkte Coulomb'sche Anziehung zwischen der geerdeten Elektrode und der Signallinie (RF-Line). Wegen solchen Limitierungen wie z. B. dem Pull-ln(PI)-Effekt kann beispielsweise nur ca. ein Drittel vom initialen Abstand der Elektroden zur Kapazitätsvariation genutzt werden. Die Ausnutzung dieses Abstands oder Gaps ist somit ineffizient unabhängig von dem Ausgangsabstand und führt zu einem kleinen Tuning Ratio, welches wie folgt definiert ist: T R = C / C 0

Figure DE102021204653A1_0001
A MEMS varactor is a variable capacitance in which the change in capacitance is usually realized by changing the electrode spacing. MEMS varactors typically have small tuning ratios (TR) of less than 5 because the electrode excursion required for tuning is severely limited. The limitation is explained by the actuators that can be used. Usually this is a classic electrostatic or direct Coulombic attraction between the grounded electrode and the signal (RF) line. Because of such limitations as B. the Pull-In (PI) effect, for example, only about a third of the initial distance between the electrodes can be used to vary the capacitance. The use of this distance or gap is thus inefficient independent of the starting distance and leads to a small tuning ratio, which is defined as follows: T R = C / C 0
Figure DE102021204653A1_0001

Ein Zusatzproblem bei dem Pull-In ist das Verkleben (engl.: sticking) der Elektroden, das auftreten kann.An additional problem with the pull-in is the sticking of the electrodes, which can occur.

Wünschenswert wären demnach MEMS-Bauelemente, die ein hohes Tuning Ratio aufweisen.Accordingly, MEMS components that have a high tuning ratio would be desirable.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, MEMS-Bauelemente mit einem hohen Tuning-Ratio bezogen auf eine elektrische Kapazität zu schaffen.One object of the present invention is therefore to create MEMS components with a high tuning ratio based on an electrical capacitance.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is solved by the subject matter of the independent patent claims.

Der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Elektrode einer Elektrodenanordnung, die einen elektrischen Kondensator bildet, in-plane, das bedeutet parallel zu der Substratebene, zu verändern und hierfür ein eigenes Aktuatorelement vorzusehen, wodurch eine entsprechende Haltekraft auf die bewegte Elektrode ausgeübt wird, was den Pull-In-Effekt reduzieren kann, womit der effektiv nutzbare Stellweg vergleichsweise groß ausfallen kann und damit auch ein hohes Tuning Ratio erzielt werden kann. Hierzu eignen sich einerseits Aktuatoren mit zwei oder mehr parallel zu der Substratebene beabstandeten und an diskreten Bereichen isolierten und mechanisch miteinander verbundenen Balken als auch eine Anordnung, bei der mehrere Kapazitätswerte gleichzeitig vergrößert oder gleichzeitig verkleinert werden.The core idea of the present invention is to change an electrode of an electrode arrangement that forms an electrical capacitor in-plane, i.e. parallel to the substrate plane, and to provide a separate actuator element for this purpose, as a result of which a corresponding holding force is exerted on the moving electrode. which can reduce the pull-in effect, with which the effectively usable travel can be comparatively large and thus a high tuning ratio can also be achieved. On the one hand, actuators with two or more parallel bars spaced apart from the substrate plane and isolated in discrete areas and mechanically connected to one another are suitable for this purpose, as well as an arrangement in which several capacitance values are increased or decreased simultaneously.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein MEMS-Bauelement ein in einer Substratebene angeordnetes Substrat. Ferner ist eine Elektrodenanordnung angeordnet, die eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zu der ersten Elektrodenstruktur angeordnet ist, um einen elektrischen Kondensator zu bilden. Das MEMS-Bauelement umfasst einen Aktuator, der mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Elektrodenabstand zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur parallel zu der Substratebene zu verändern, um einen elektrischen Kapazitätswert des elektrischen Kondensators zu verändern. Der Aktuator umfasst zumindest zwei parallel zu der Substratebene beabstandete und an diskreten Bereichen mechanisch miteinander verbundene, im Bedarfsfall dort auch elektrisch isolierte Balken, die ein gemeinsames bewegliches Element bilden, das ausgebildet ist, um sich in-plane-bezogen auf die Substratebene zu bewegen, um den Elektrodenabstand zu verändern. Die Kraft des Aktuators kann eine Rückstellkraft oder Haltekraft für ein durch den Aktuator bewegte Elektrode bereitstellen, was das Auftreten des Pull-In-Effekts verhindern oder hemmen kann.According to one embodiment, a MEMS component includes a substrate arranged in a substrate plane. Furthermore, an electrode arrangement is arranged, which has a first electrode structure and a second electrode structure, the second electrode structure being arranged parallel to the substrate plane opposite the first electrode structure in order to form an electrical capacitor. The MEMS component includes an actuator which is coupled to the electrode arrangement and is designed to change an electrode spacing between the first electrode structure and the second electrode structure parallel to the substrate plane in order to change an electrical capacitance value of the electrical capacitor. The actuator comprises at least two beams spaced parallel to the substrate plane and mechanically connected to one another in discrete areas, if necessary also electrically insulated there, which form a common movable element which is designed to move in-plane relative to the substrate plane, to change the electrode spacing. The force of the actuator can provide a restoring force or holding force for an electrode moved by the actuator, which can prevent or inhibit the pull-in effect from occurring.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel umfasst ein MEMS-Bauelement ein in einer Substratebene angeordnetes Substrat und eine Elektrodenanordnung, die eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zu der ersten Elektrodenstruktur angeordnet ist, um einen ersten elektrischen Kondensator mit einem ersten Kapazitätswert zu bilden. Ferner ist ein zweiter elektrischer Kondensator angeordnet, der einen zweiten Kapazitätswert bildet und eine dritte Elektrodenstruktur aufweist, die zusammen mit der ersten Elektrodenstruktur oder einer zusätzlichen vierten Elektrodenstruktur den zweiten elektrischen Kapazitätswert bereitstellt. Es ist eine Aktuatoreinrichtung vorgesehen, die mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um den ersten Kapazitätswert und den zweiten Kapazitätswert unabhängig voneinander einzustellen und/oder den ersten Kapazitätswert und den zweiten Kapazitätswert gleichzeitig zu erhöhen oder gleichzeitig zu reduzieren.According to a further exemplary embodiment, a MEMS component comprises a substrate arranged in a substrate plane and an electrode arrangement which has a first electrode structure and a second electrode structure, the second electrode structure being arranged parallel to the substrate plane opposite the first electrode structure in order to form a first electrical capacitor with a first capacitance value. A second electrical capacitor is also arranged, which forms a second capacitance value and has a third electrode structure which, together with the first electrode structure or an additional fourth electrode structure, provides the second electrical capacitance value. An actuator device is provided, which is coupled to the electrode arrangement and is designed to set the first capacitance value and the second capacitance value independently of one another and/or to simultaneously increase or simultaneously reduce the first capacitance value and the second capacitance value.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Verfahren zum Ändern eines elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements ein Ansteuern zumindest eines Balkens eines Aktuators mit zumindest zwei parallel zu einer Substratebene des MEMS-Bauelements beabstandeten und an diskreten Bereichen isolierten und mechanisch miteinander verbundenen Balken, die ein gemeinsamem bewegliches Element bilden, um das bewegliche Element in-plane bezogen auf die Substratebene zu bewegen. Das Verfahren wird so ausgeführt, dass ein Elektrodenabstand zwischen einer ersten Elektrodenstruktur einer Elektrodenanordnung und einer parallel zu der Substratebene angeordneten zweiten Elektrodenstruktur der Elektrodenanordnung parallel zu der Substratebene verändert wird, indem der Aktuator durch eine Verformung eines Balkens parallel zu der Substratebene eine Kraft auf die Elektrodenanordnung ausübt.According to one embodiment, a method for changing an electrical capacitance value of a MEMS device includes driving at least one bar of an actuator with at least two bars spaced parallel to a substrate plane of the MEMS component and isolated in discrete areas and mechanically connected to one another, which form a common movable element in order to move the movable element in-plane relative to the substrate plane. The method is carried out in such a way that an electrode spacing between a first electrode structure of an electrode arrangement and a second electrode structure of the electrode arrangement arranged parallel to the substrate plane is changed parallel to the substrate plane by the actuator exerting a force on the electrode arrangement by deforming a beam parallel to the substrate plane exercises

Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Ändern eines ersten elektrischen Kapazitätswerts und eines zweiten elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements umfasst ein Ansteuern einer Aktuatoreinrichtung, um einen ersten Abstand zwischen einer ersten Elektrodenstruktur und einer zweiten Elektrodenstruktur, die parallel zu einer Substratebene des MEMS-Bauelements gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und einen ersten elektrischen Kondensator mit einem ersten elektrischen Kapazitätswert bilden, zu ändern. Ferner wird durch das Ansteuern ein zweiter Abstand zwischen zumindest einer dritten Elektrodenstruktur und einer mit der dritten Elektrodenstruktur den zweiten elektrischen Kapazitätswert bildenden Elektrodenstruktur, die parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zu der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, geändert, um dadurch den zweiten elektrischen Kapazitätswert zu reduzieren oder zu erhöhen.A method according to an embodiment for changing a first electrical capacitance value and a second electrical capacitance value of a MEMS component includes driving an actuator device to a first distance between a first electrode structure and a second electrode structure, parallel to a substrate plane of the MEMS component opposite to each other are arranged and form a first electrical capacitor having a first electrical capacitance value. Furthermore, the actuation changes a second distance between at least a third electrode structure and an electrode structure which forms the second electrical capacitance value with the third electrode structure and is arranged parallel to the substrate plane opposite the third electrode structure, in order to thereby reduce the second electrical capacitance value or to increase.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind der Gegenstand abhängiger Patentansprüche.Further advantageous configurations are the subject matter of dependent patent claims.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Dabei zeigen:

  • 1a eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel;
  • 1b eine schematische perspektivische Ansicht des MEMS-Bauelements aus 1a;
  • 2a eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel, das zwei Kapazitätswerte aufweist;
  • 2b eine schematische Draufsicht auf das MEMS-Bauelement aus 2a, bei dem gegenüber dem unausgelenkten Zustand der 2a Elektrodenstrukturen ausgelenkt sind;
  • 3 eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine dielektrische Schicht zwischen Kondensatorelektroden aufweist;
  • 4 eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement, gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Oberflächenvergrößerung der Kondensatorelektroden aufweist;
  • 5a eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel mit einer weiteren Oberflächenvergrößerung der Elektrodenstrukturen;
  • 5b eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelementgemäß einem Ausführungsbeispiel, das das MEMS-Bauelement aus 5a dahin gehend erweitert, dass bei den Kondensatoren an zumindest einer der Elektrodenstrukturen eine Isolationsschichtangeordnet ist;
  • 6 eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere vorteilhafte Weiterbildungen implementiert sind;
  • 7 eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements aus 2a;
  • 8 eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements aus 2a analog 7, aber in einem ausgelenkten Zustand;
  • 9 eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS-Bauelements gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine Signalleitung außerhalb einer Ebene weiterer Elektrodenstrukturen angeordnet ist; und
  • 10 eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements aus 6.
Preferred embodiments of the present invention are explained below with reference to the accompanying drawings. show:
  • 1a a schematic plan view of a MEMS component according to an embodiment;
  • 1b Figure 12 shows a schematic perspective view of the MEMS device 1a ;
  • 2a a schematic plan view of a MEMS component according to an embodiment, which has two capacitance values;
  • 2 B shows a schematic plan view of the MEMS device 2a , in which compared to the undeflected state of 2a electrode structures are deflected;
  • 3 12 shows a schematic plan view of a MEMS device according to an embodiment, which has a dielectric layer between capacitor electrodes;
  • 4 a schematic plan view of a MEMS component, according to an embodiment, which has an increase in the surface area of the capacitor electrodes;
  • 5a a schematic plan view of a MEMS component according to an embodiment with a further increase in surface area of the electrode structures;
  • 5b FIG. 12 is a schematic plan view of a MEMS device according to an embodiment comprising the MEMS device. FIG 5a extended to the effect that an insulation layer is arranged on at least one of the electrode structures in the case of the capacitors;
  • 6 a schematic plan view of a MEMS component according to an embodiment, in which several advantageous developments are implemented;
  • 7 Figure 12 shows a schematic side sectional view of the MEMS device 2a ;
  • 8th Figure 12 shows a schematic side sectional view of the MEMS device 2a analogue 7 , but in a deflected state;
  • 9 a schematic side sectional view of a MEMS component according to an embodiment, in which a signal line is arranged outside a plane of further electrode structures; and
  • 10 Figure 12 shows a schematic side sectional view of the MEMS device 6 .

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.Before exemplary embodiments of the present invention are explained in more detail below with reference to the drawings, it is pointed out that identical elements, objects and/or structures that have the same function or have the same effect are provided with the same reference symbols in the different figures, so that the elements shown in different exemplary embodiments Description of these elements is interchangeable or can be applied to each other.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer Detaildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.Exemplary embodiments described below are described in connection with a large number of details. However, example embodiments can also be implemented without these detailed features. Furthermore, for the sake of comprehensibility, exemplary embodiments are described using block diagrams as a substitute for a detailed illustration. Furthermore, can Details and/or features of individual exemplary embodiments can be combined with one another without further ado, as long as it is not explicitly described to the contrary.

1a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das MEMS-Bauelement weist ein Substrat 12 auf, das in Übereinstimmung mit MEMS-Bauweisen beispielsweise ein Halbleitermaterial sein kann, etwa umfassend Silizium, Galliumarsenid oder dergleichen. Ohne Einschränkung der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele kann aber auch ein beliebiges anderes Trägermaterial als Substrat 12 verwendet werden, beispielsweise ein metallisches Material, ein Fasermaterial oder dergleichen. Das Substrat 12 erstreckt sich in einer Substratebene, die beispielsweise als x/y-Ebene dargestellt ist. Anders ausgedrückt kann sich die Substratebene x/y aus der Orientierung des Substrats 12 ergeben. In Halbleiterprozessen kann die Substratebene beispielsweise diejenige Ebene sein, in welcher ein verwendeter Wafer orientiert ist, aus welchem zumindest ein Teil des MEMS-Bauelements gebildet wird. 1a FIG. 1 shows a schematic plan view of a MEMS component 10 according to an embodiment. The MEMS device has a substrate 12, which may be, for example, a semiconductor material, such as comprising silicon, gallium arsenide, or the like, in accordance with MEMS designs. However, without restricting the exemplary embodiments described herein, any other carrier material can also be used as the substrate 12, for example a metallic material, a fiber material or the like. The substrate 12 extends in a substrate plane, which is shown as an x/y plane, for example. In other words, the substrate plane x/y can result from the orientation of the substrate 12 . In semiconductor processes, the substrate level can be that level, for example, in which a used wafer is oriented, from which at least part of the MEMS component is formed.

Das MEMS-Bauelement umfasst ferner eine Elektrodenanordnung, die eine Elektrodenstruktur 141 und eine Elektrodenstruktur 142 umfasst. Die Elektrodenstrukturen 141 und 142 sind gegenüberliegend zueinander angeordnet, um einen elektrischen Kondensator zu bilden oder bereitzustellen. Die gegenüberliegende Anordnung erfolgt dabei parallel zu der Substratebene, so dass eine Änderung eines Abstands 16 zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 142 eine Bewegung zumindest einer der Elektrodenstrukturen 141 und/oder 142 parallel zu der Substratebene x/y umfasst, das bedeutet, in-plane orientiert ist.The MEMS device further comprises an electrode arrangement comprising an electrode structure 14 1 and an electrode structure 14 2 . The electrode structures 14 1 and 14 2 are arranged opposite one another to form or provide an electrical capacitor. The opposite arrangement is parallel to the substrate plane, so that a change in a distance 16 between the electrode structures 14 1 and 14 2 includes a movement of at least one of the electrode structures 14 1 and/or 14 2 parallel to the substrate plane x/y, which means is oriented in-plane.

Ferner umfasst das MEMS-Bauelement 18 einen Aktuator 18, der mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist. Obwohl in 1a eine mechanische Kopplung durch ein Koppelelement 22 und mit der Elektrodenstruktur 142 dargestellt ist, kann alternativ oder zusätzlich auch eine mechanische Kopplung mit der Elektrodenstruktur 141 erfolgen. Eine Aktuierung des Aktuators 18 kann eine Änderung des Abstands 16 bewirken, womit basierend auf der Kondensatorgleichung C = ε 0 ε r A d

Figure DE102021204653A1_0002
eine Änderung in dem durch den elektrischen Kondensator bereitgestellten elektrischen Kapazitätswerts erzielt wird. Dabei ist ε0 die Dielektrizitätskonstante des Vakuums, εr eine relative Permittivität des Mediums zwischen den Elektroden, A die Elektrodenfläche, und d der Elektrodenabstand.Furthermore, the MEMS component 18 comprises an actuator 18 which is coupled to the electrode arrangement. Although in 1a a mechanical coupling is shown by a coupling element 22 and with the electrode structure 14 2 , a mechanical coupling with the electrode structure 14 1 can also take place as an alternative or in addition. Actuation of actuator 18 may cause distance 16 to change, thus based on the capacitor equation C = e 0 e right A i.e
Figure DE102021204653A1_0002
a change in the electrical capacitance value provided by the electrical capacitor is achieved. Here ε 0 is the dielectric constant of the vacuum, ε r is a relative permittivity of the medium between the electrodes, A is the electrode area, and d is the distance between the electrodes.

Der Aktuator umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel zumindest zwei Balken 241 und 242, die an zwei oder mehr diskreten Bereichen 261, 262 und/oder 263 mechanisch miteinander verbunden sind und somit fixiert sind. Die verbundenen Balken bilden ein gemeinsames bewegliches Element, das ausgebildet ist, um sich in-plane bezogen auf die Substratebene zu bewegen, um den Elektrodenabstand zu verändern, indem eine Bewegung 28 des Aktuators 18 an zumindest eine der Elektrodenstrukturen übertragen wird.In the present exemplary embodiment, the actuator comprises at least two bars 24 1 and 24 2 which are mechanically connected to one another at two or more discrete areas 26 1 , 26 2 and/or 26 3 and are thus fixed. The connected beams form a common moveable element configured to move in-plane with respect to the substrate plane to change the electrode spacing by imparting movement 28 of the actuator 18 to at least one of the electrode structures.

Obwohl eine symmetrische Anordnung zweier Aktuatoren und zweier Elektrodenstrukturen 141 und 143 bezüglich der Elektrodenstruktur und 142 dargestellt ist, kann das MEMS-Bauelement 20 auch lediglich eine dieser Anordnungen umfassen, was bereits in 1 angedeutet ist.Although a symmetrical arrangement of two actuators and two electrode structures 14 1 and 14 3 with respect to the electrode structure 14 and 14 2 is shown, the MEMS component 20 can also comprise only one of these arrangements, which has already been explained in 1 is indicated.

Für die Auslenkung des beweglichen Elements bzw. des Balkens 241 und/oder 242 können unterschiedliche Aktuatorprinzipien angewendet werden, darunter ein elektrostatischer Antrieb, ein piezoelektrisch erhaltener Antrieb und ein thermomechanischer Antrieb. Das bedeutet, die Balken 241 und/oder 242 können möglicherweise, aber nicht notwendigerweise als Elektrodenstrukturen gebildet sein. Für den Fall, dass Elektrodenstrukturen verwendet werden, etwa zum Implementieren eines elektrostatischen Antriebs, können die Balken vermittels der diskreten Bereiche 261 bis 263 auch elektrisch voneinander isoliert werden, etwa indem ein elektrischer Isolator als Verbindungsmaterial vorgesehen wird, beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. Ein möglicher Aufbau des Aktuators 18 ist angelehnt an eine Implementierung in einem MEMS-Lautsprecher beispielsweise der WO 2018/193109 A1 zu entnehmen.Different actuator principles can be used for deflecting the movable element or the beam 24 1 and/or 24 2 , including an electrostatic drive, a piezoelectric drive and a thermomechanical drive. That is, the beams 24 1 and/or 24 2 may possibly, but not necessarily, be formed as electrode structures. In the event that electrode structures are used, e.g. to implement electrostatic actuation, the beams can also be electrically isolated from each other by means of the discrete regions 26 1 to 26 3 , e.g. by providing an electrical insulator as the connecting material, for example silicon oxide or silicon nitride. A possible structure of the actuator 18 is based on an implementation in a MEMS loudspeaker, for example WO 2018/193109 A1 refer to.

Basierend auf einem Funktionsprinzip des Aktuators 18 und/oder einer Verschaltung des Balkens 242 und/oder der Elektrodenstruktur 142 kann das Koppelelement 22 wahlweise elektrisch isolierend oder elektrisch leitfähig gebildet sein.Based on a functional principle of the actuator 18 and/or an interconnection of the bar 24 2 and/or the electrode structure 14 2 , the coupling element 22 can be formed either electrically insulating or electrically conductive.

1b zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des MEMS-Bauelements 10 aus 1a. Dort ist noch einmal dargestellt, dass die Elektrodenstrukturen 141 und 142 parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zueinander angeordnet sind. Eine Ausdehnung entlang einer dritten kartesischen Richtung z ist dabei lediglich beispielhaft gewählt und kann, insbesondere, zum Erzeugen einer großen Kapazität, auch größer sein als eine Abmessung der Elektrodenstrukturen entlang x und/oder y. 1b FIG. 12 shows a schematic perspective view of the MEMS device 10. FIG 1a . It is shown again there that the electrode structures 14 1 and 14 2 are arranged parallel to the substrate plane opposite one another. An extension along a third Cartesian direction z is selected merely as an example and can, in particular, also be larger than a dimension of the electrode structures along x and/or y, in order to generate a large capacitance.

Der Aktuator 18 bzw. die Balken 241 und/oder 242 kann in derselben Ebene wie die Elektrodenstrukturen 141 und 142 angeordnet sein, kann aber auch in einer anderen Ebene angeordnet sein, was problemlos möglich ist, indem die Bewegung des Aktuators vermittels senkrecht zur Substratebene ausgerichteter mechanischer Elemente in die Ebene der Elektrodenstrukturen 141 und/oder 142 übertragen wird.The actuator 18 or the beams 24 1 and/or 24 2 can be arranged in the same plane as the electrode structures 14 1 and 14 2 , but can can also be arranged in another plane, which is easily possible by transferring the movement of the actuator into the plane of the electrode structures 14 1 and/or 14 2 by means of mechanical elements aligned perpendicularly to the substrate plane.

Das MEMS-Bauelement 10 kann beispielsweise als MEMS-Varaktor oder als kapazitiver Hochfrequenzschalter gebildet sein.The MEMS component 10 can be formed, for example, as a MEMS varactor or as a capacitive high-frequency switch.

Ferner sei darauf hingewiesen, dass sich die Elektrodenstrukturen 141 und 142 ebenso wie der Aktuator 18 auf unterschiedliche Weise an dem Substrat 12 abstützen können. Beispielsweise kann eine Abstützung der Elektrodenstruktur 141 entlang der z-Richtung erfolgen und/oder eine Einspannung oder Abstützung entlang der x-Richtung und/oder y-Richtung. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass sich eine Elektrodenstruktur über den Aktuator am Substrat 12 abstützt, wie es beispielsweise für die Elektrodenstruktur 142 dargestellt ist. Der Aktuator kann mit dem Substrat 12 in einer beliebigen Ebene mechanisch verbunden sein und sich daran abstützen.Furthermore, it should be pointed out that the electrode structures 14 1 and 14 2 as well as the actuator 18 can be supported on the substrate 12 in different ways. For example, the electrode structure 14 1 can be supported along the z-direction and/or clamped or supported along the x-direction and/or y-direction. Alternatively or additionally, it is possible for an electrode structure to be supported on the substrate 12 via the actuator, as is shown, for example, for the electrode structure 14 2 . The actuator can be mechanically connected to the substrate 12 in any plane and can be supported on it.

2a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das MEMS-Bauelement 20 ist beispielhaft so gebildet, dass zwei Aktuatoren 181 und 182 vorgesehen sind, um unabhängig voneinander oder synchron oder in einem bestimmten Verhältnis zueinander Abstände 161 und 162 eines ersten elektrischen Kondensators 321 und eines zweiten elektrischen Kondensators 322 zu verändern, wie es durch C1 und C2 dargestellt ist. 2a 12 shows a schematic plan view of a MEMS device 20 according to an embodiment. The MEMS component 20 is formed, for example, in such a way that two actuators 18 1 and 18 2 are provided in order to set distances 16 1 and 16 2 of a first electrical capacitor 32 1 and a second electrical capacitor 32 2 to change as represented by C 1 and C 2 .

Die Aktuatoren 181 und 182 sind beispielsweise so gebildet, dass jeweils drei Balken 241, 242 und 243 einerseits bzw. 244, 245 und 246 andererseits an diskreten Bereichen 261 bis 2610 bzw. 2611 bis 2620 miteinander mechanisch verbunden und fixiert sind.The actuators 18 1 and 18 2 are formed, for example, in such a way that three bars 24 1 , 24 2 and 24 3 on the one hand and 24 4 , 24 5 and 24 6 on the other hand are attached to discrete areas 26 1 to 26 10 or 26 11 to 26 20 are mechanically connected and fixed to one another.

Beispielsweise sind die Balken 241 bis 246 jeweils als Elektrodenstrukturen gebildet, um elektrostatische Kräfte zwischen benachbarten Balken zu erzeugen, um so eine Auslenkung des Aktuators 181 und/oder 182 zu bewirken. Die Aktuatoren 181 und/oder 182 können dabei an dem Substrat 12 abgestützt sein, indem die Balken 241 bis 246 als eingespannte Balken implementiert werden, wobei sowohl eine einseitige als auch eine zweiseitige Abstützung oder Einspannung in Betracht kommen.For example, the beams 24 1 to 24 6 are each formed as electrode structures in order to generate electrostatic forces between adjacent beams so as to cause a deflection of the actuator 18 1 and/or 18 2 . The actuators 18 1 and/or 18 2 can be supported on the substrate 12 in that the beams 24 1 to 24 6 are implemented as clamped beams, with both one-sided and two-sided support or clamping being considered.

Die elektrischen Kondensatoren 321 und 322 weisen eine gemeinsame Elektrode 142 auf, die lediglich beispielhaft als Hochfrequenz(HF; engl.: radio frequency, RF)-leitung gebildet ist. Diese Leitung kann mit einem Signaleingang 34 und/oder einem Signalausgang 36 verbunden sein, so dass beispielsweise ein entsprechendes Signal vom Eingang 34 zum Ausgang 36 geleitet wird.The electrical capacitors 32 1 and 32 2 have a common electrode 14 2 formed as a radio frequency (RF) line, by way of example only. This line can be connected to a signal input 34 and/or a signal output 36, so that a corresponding signal is routed from the input 34 to the output 36, for example.

Diese Signalleitung bzw. Elektrode 142 kann nun beidseitig mit einem Kapazitätswert C1 bzw. C2 beaufschlagt werden bzw. einen Teil hiervon bilde, wobei hierfür die Elektroden 141 und 143 gemeinsam oder unabhängig voneinander vermittels der Aktuatoren 181 und 182 eingestellt werden können.This signal line or electrode 14 2 can now have a capacitance value C 1 or C 2 applied to it on both sides or form part thereof, with electrodes 14 1 and 14 3 being set jointly or independently of one another by means of actuators 18 1 and 18 2 can become.

Es ergibt sich aber unmittelbar, dass anstelle der gemeinsamen Elektrode 142 auch eine zusätzliche Elektrodenstruktur angeordnet sein kann, so dass beispielsweise die Elektrodenstrukturen 141 und 142 einerseits und die Elektrodenstruktur 143 und eine gegenüberliegend hierzu angeordneten und nicht dargestellte Elektrodenstruktur einen jeweiligen elektrischen Kondensator bilden.However, it immediately follows that an additional electrode structure can also be arranged instead of the common electrode 14 2 , so that, for example, the electrode structures 14 1 and 14 2 on the one hand and the electrode structure 14 3 and an electrode structure arranged opposite thereto and not shown have a respective electrical capacitor form.

2b zeigt eine schematische Draufsicht auf das MEMS-Bauelement 20, bei dem gegenüber dem unausgelenkten Zustand der 2a die Elektrodenstrukturen 141 und 143 auf die dazwischenliegend angeordnete Elektrodenstruktur 142 zu bewegt sind, so dass Abstände 16'1 und 16'2 gegenüber den Abständen 161 bzw. 162 aus 2a verringert sind. Aus der Kondensatorgleichung ergibt sich daraus eine vergrößerte elektrische Kapazität der Kondensatoren 321 und 322. 2 B shows a schematic top view of the MEMS component 20, in which compared to the undeflected state of FIG 2a the electrode structures 14 1 and 14 3 are moved toward the intervening electrode structure 14 2 such that gaps 16' 1 and 16' 2 are opposite to gaps 16 1 and 16 2 , respectively 2a are reduced. An increased electrical capacitance of the capacitors 32 1 and 32 2 results from the capacitor equation.

In der Ausgestaltung des MEMS-Bauelements 20 dahin gehend, dass eine Signalleitung verwendet werden kann, um eine Elektrodenstruktur bereitzustellen, kann es vorteilhaft sein, den elektrischen Kondensator demgegenüber mit einer Elektrode zu bilden, die auf einem fliegenden Potenzial (engl.: floating) liegt oder aber mit einem Referenzpotenzial, etwa 0 Volt, Masse/GND oder dergleichen kontaktiert ist.In the configuration of the MEMS device 20 in such a way that a signal line can be used to provide an electrode structure, it can be advantageous to form the electrical capacitor with an electrode which is on a floating potential or is contacted with a reference potential, such as 0 volts, ground/GND or the like.

In der beispielhaften Ausgestaltung des Aktuators 181 und 182 vermittels jeweils dreier benachbart zueinander angeordneter Balken, kann eine vorteilhafte Kontaktierung dieser Balken so erfolgen, dass ein innerer Balken 242 bzw. 245 mit einem Steuersignal beaufschlagt wird, angedeutet durch ein „+V“. Die äußeren Balken 241 und 243 einerseits bzw. 244 und 246 andererseits können mit dem Referenzpotenzial GND beaufschlagt werden. Wird dieses Potenzial auch für die Elektroden 141 und 143 vorgesehen, so können beispielsweise die Koppelelemente 221 und/oder 222 elektrisch leitfähig gebildet sein, um das Potenzialproblemlos von dem Balken 243 zu der Elektrode 141 und/oder von dem Balken 244 zu der Elektrode 143 zu übertragen oder andersherum, was eine Schaltungskomplexität gering halten kann.In the exemplary configuration of the actuator 18 1 and 18 2 by means of three bars arranged adjacent to one another, these bars can advantageously be contacted in such a way that an inner bar 24 2 or 24 5 is acted upon by a control signal, indicated by a “+V “. The outer bars 24 1 and 24 3 on the one hand and 24 4 and 24 6 on the other hand can be charged with the reference potential GND. If this potential is also provided for the electrodes 14 1 and 14 3 , the coupling elements 22 1 and/or 22 2 can be made electrically conductive, for example, in order to easily transfer the potential from the bar 24 3 to the electrode 14 1 and/or from the bar 24 4 to the electrode 14 3 or vice versa, which can keep circuit complexity low.

Wie es in 2b beispielhaft dargestellt ist, kann eine der Elektrodenanordnungen 141 bzw. 143 zugewandte Elektrode des Aktuators 181 bzw. 182 und eine dem Aktuator zugewandte Elektrodenstruktur der Elektrodenanordnung elektrisch miteinander verbunden sein.like it in 2 B is shown by way of example, an electrode of the actuator 18 1 or 18 2 facing the electrode arrangements 14 1 or 14 3 and an electrode structure of the electrode arrangement facing the actuator can be electrically connected to one another.

Das MEMS-Bauelement 20 kann eine Ansteuereinrichtung 37 aufweisen, die ausgebildet ist, um den Aktuator 181 und/oder 182 anzusteuern. Optional aber nicht notwendigerweise kann die Ansteuereinrichtung 37 beispielsweise das Referenzpotenzial GND bereitstellen. Ein Ansteuerpotenzial 39, angedeutet als „+V“ kann für beide Aktuatoren gemeinsam oder auch individuell bereitgestellt werden. Der Aktuator 181 und/oder 182 kann eingerichtet sein, um einen linearen Zusammenhang oder einen hyperbolischen, also beispielsweise einen quadratischen Zusammenhang zwischen dem Ansteuersignal 39 und einer bewirkten Änderung des elektrischen Kapazitätswerts einzustellen. Der elektrische Kapazitätswert kann bezüglich seiner Änderungen einen über eine Funktion darstellbaren Zusammenhang aufweisen, was über die Geometrie, die bewirkten Kräfte, die Änderung des Abstands sowie die weiteren geometrischen Eigenschaften problemlos einstellbar ist.The MEMS component 20 can have a control device 37 which is designed to control the actuator 18 1 and/or 18 2 . Optionally, but not necessarily, the control device 37 can provide the reference potential GND, for example. A control potential 39, indicated as "+V", can be provided for both actuators jointly or also individually. The actuator 18 1 and/or 18 2 can be set up to set a linear relationship or a hyperbolic relationship, ie for example a quadratic relationship, between the control signal 39 and an effected change in the electrical capacitance value. With regard to its changes, the electrical capacitance value can have a relationship that can be represented via a function, which can be set without any problems via the geometry, the forces caused, the change in the distance and the other geometric properties.

Ein hyperbolischer Zusammenhang, also in Übereinstimmung mit einer Hyperbel ist bspw. gegeben durch eine inverse Abhängigkeit der Kapazität zum Abstand. Eine hyperbolische Bewegung kann erhalten werden, indem die bewegliche Elektrode linear verschoben wird, da die Kapazität ausgedrückt werden kann als : C 1/ ( g x ( t ) )

Figure DE102021204653A1_0003
g ist dabei ein Anfangsabstand und x(t) eine Elektrodenverschiebung. Für x(t) gilt x ( t ) = f ( U ( t ) )
Figure DE102021204653A1_0004
und ist eine Funktion der Aktuatorspannung. Wird eine spezielle Form der elektrischen Aktuatorspannung erzeugt und verschiebt damit die Elektrode nicht linear sondern quasi „invers hyperbolisch“ ändert sich die Kapazität basierend auf dieser Anpassung eher linear mit der angelegten Spannung als hyperbolisch.A hyperbolic connection, i.e. in accordance with a hyperbola, is given, for example, by an inverse dependence of the capacity on the distance. Hyperbolic motion can be obtained by linearly displacing the movable electrode, since the capacitance can be expressed as: C 1/ ( G x ( t ) )
Figure DE102021204653A1_0003
g is an initial distance and x(t) is an electrode displacement. For x(t) holds x ( t ) = f ( u ( t ) )
Figure DE102021204653A1_0004
and is a function of the actuator voltage. If a special form of the electrical actuator voltage is generated and the electrode is not shifted linearly but rather "inversely hyperbolically", the capacitance changes more linearly with the applied voltage than hyperbolically based on this adaptation.

Die Ansteuereinrichtung 37 kann alternativ oder zusätzlich ausgebildet sein, um den Aktuator quasi-statisch anzusteuern. Als quasi-statisch wird eine Änderung der Auslenkung des Aktuators fernab einer Resonanzfrequenz verstanden. Dies wird beispielsweise mit einer Ansteuerfrequenz von höchstens 80%, bevorzugt höchstens 50% und besonders bevorzugt höchstens 20% der Resonanzfrequenz des Aktuators bewirkt.The control device 37 can alternatively or additionally be designed to control the actuator in a quasi-static manner. A change in the deflection of the actuator far away from a resonant frequency is understood to be quasi-static. This is effected, for example, with a control frequency of at most 80%, preferably at most 50% and particularly preferably at most 20% of the resonant frequency of the actuator.

Ein Ausführungsbeispiel kann anhand von 2a und 2b und anhand von beidseitig festeingespannten LNED Aktoren 18 präsentiert und näher erläutert werden, wobei die Ausführung der Aktorik (z. B. Einspannungsart, Anzahl der Aktorelektroden, Anzahl der Aktoren, Aktorform usw.) variabel sein kann. Der Varaktor 20 besteht aus der am Substrat 12 bzw. Handle-Wafer fixierten RF-Line 142, in der ein hochfrequentes Signal (HF-Signal) propagieren kann. Von den beiden Seiten der RF-Line werden die geerdeten beweglichen Varaktorelektroden 141, 143 angeordnet.An embodiment can be based on 2a and 2 B and are presented and explained in more detail on the basis of LNED actuators 18 clamped on both sides, the design of the actuators (e.g. type of clamping, number of actuator electrodes, number of actuators, actuator shape, etc.) being variable. The varactor 20 consists of the RF line 14 2 fixed to the substrate 12 or handle wafer, in which a high-frequency signal (HF signal) can propagate. The grounded movable varactor electrodes 14 1 , 14 3 are arranged on both sides of the RF line.

Die Varaktorelektroden sind mit den im Beispiel beidseitig eingespannten LNED Aktoren 18 mechanisch mittels Verbindungselementen 22 verbunden und sind in einem definierten Abstand (bspw. von 1 µm bis 50 µm, bevorzugt von 2,5 µm bis 5 µm) von der RF-Line 142 entfernt. Die Elektroden 141, 143 sind weiterhin mechanisch mit dem umgebenden Substrat 12 verbunden.The varactor electrodes are mechanically connected to the LNED actuators 18 clamped on both sides in the example by means of connecting elements 22 and are at a defined distance (e.g. from 1 µm to 50 µm, preferably from 2.5 µm to 5 µm) from the RF line 14 2 away. The electrodes 14 1 , 14 3 are also mechanically connected to the surrounding substrate 12 .

Ausführungsbeispiele weisen eine Verbindung auf, die eine geringe Steifigkeit als das Substrat 12 und die Elektrode 141, 143 haben (federartig). Sie können auch nur durch Verbindungselemente 22 mit Aktoren und entsprechend mit dem Substrat verbunden werden und nicht mit dem umgebenen Substrat 12 verbunden sein. Die Verbindungselemente 22 können federartig ausgestaltet sein, das bedeutet, dass die Steifigkeit dieser Elemente geringer als die Steifigkeit der Elektroden 141, 143 oder der Aktoren 18 ist. Der Abstand 16 zwischen der RF-Line 142 und der geerdeten Elektroden 141, 143 definiert eine Anfangskapazität, was für eine Elektrodenseite des Varaktors 20 durch ein Plattenkondensatormodel mit einer simplen Formel beschrieben werden kann: C 0 = ε 0 ε r A g

Figure DE102021204653A1_0005
wobei ε0 - die Dielektrizitätskonstante des Vakuums, εr - relative Permittivität des Mediums, A - Elektrodenfläche, g - initiale Elektrodenabstand sind. Wird nun eine elektrische Spannung an die LNED-Aktoren 18 angelegt, führt das zum Auslenken der Aktoren 18 in der Chipebene und somit zur Verschiebung der geerdeten Varaktorelektroden 141, 143 um x in Richtung der RF-Line 142. Der Abstand 16 zwischen den Elektroden wird kleiner, was die Kapazität des Systems vergrößert. C ( x ) = ε 0 ε r A g x
Figure DE102021204653A1_0006
Embodiments have a connection that has low rigidity than the substrate 12 and the electrode 14 1 , 14 3 (spring-like). They can also be connected to actuators and accordingly to the substrate only by connecting elements 22 and not to the surrounding substrate 12 . The connecting elements 22 can be designed in the manner of springs, which means that the rigidity of these elements is less than the rigidity of the electrodes 14 1 , 14 3 or the actuators 18 . The distance 16 between the RF line 14 2 and the grounded electrodes 14 1 , 14 3 defines an initial capacitance, which for one electrode side of the varactor 20 can be described by a plate capacitor model with a simple formula: C 0 = e 0 e right A G
Figure DE102021204653A1_0005
where ε 0 - the dielectric constant of the vacuum, ε r - relative permittivity of the medium, A - electrode area, g - initial electrode spacing. If an electrical voltage is now applied to the LNED actuators 18, this leads to the deflection of the actuators 18 in the chip level and thus to the displacement of the grounded varactor electrodes 14 1 , 14 3 by x in the direction of the RF line 14 2 . The distance 16 between the electrodes decreases, which increases the capacity of the system. C ( x ) = e 0 e right A G x
Figure DE102021204653A1_0006

Die einheitslose Zahl, die die Kapazitätsänderung beschreibt, wird tuning ratio (TR) genannt und ist wie folgt definiert: T R = C ( x ) C 0

Figure DE102021204653A1_0007
The unitless number that describes the change in capacitance is called the tuning ratio (TR) and is defined as follows: T R = C ( x ) C 0
Figure DE102021204653A1_0007

Im Vergleich zu den klassischen MEMS-Varaktoren wird bei dieser Anordnung die Bewegung der GND-Elektrode nicht durch die klassische elektrostatische Anziehung zur RF-Line realisiert, sondern durch die von der parasitären elektrostatischen Anziehung entkoppelten LNED-Aktorik 18 ermöglicht. Das ermöglicht eine effizientere Ausnutzung des initialen Elektrodenabstandes und eine kontinuierliche Bewegung der GND-Platte fast bis zur Berührung mit der RF-Line 142. Dadurch können deutlich höheren TR erreicht werden als Stand der Technik anbieten kann.In comparison to the classic MEMS varactors, in this arrangement the movement of the GND electrode is not realized by the classic electrostatic attraction to the RF line, but instead is made possible by the LNED actuators 18, which are decoupled from the parasitic electrostatic attraction. This enables a more efficient utilization of the initial electrode spacing and a continuous movement of the GND plate almost up to touching the RF line 14 2 . As a result, significantly higher TR can be achieved than the state of the art can offer.

In anderen Worten zeigt 2b in einer Draufsicht den Varaktor 30 in einem ausgelenkten Zustand. Hierbei ist der Elektrodenabstand deutlich geringer und das Volumen der Kavität verringert sich. Die Verringerung des Volumens kann zur Dämpfung des Systems genutzt werden. Ausführungsbeispiele des Varaktors sehen eine einstellbare Dämpfung vor. Hierbei können die Kavitäten über Öffnungen im Deckel- und/oder Handlewafer (nicht dargestellt) mit der Umgebung verbunden werden. In diesem Fall kann Fluid (Luft) über die Öffnungen in die Kavität hineinströmen oder aus dieser herausbefördert werden.In other words shows 2 B in a plan view, the varactor 30 in a deflected state. In this case, the electrode spacing is significantly smaller and the volume of the cavity is reduced. The reduction in volume can be used to dampen the system. Embodiments of the varactor provide adjustable damping. In this case, the cavities can be connected to the environment via openings in the cover and/or handle wafer (not shown). In this case, fluid (air) can flow into or out of the cavity via the openings.

Die Bewegung der Elektroden 141, 143 gegenüber der RF Line 142 erfolgt statisch oder quasistatisch. Typische Frequenzen der Bewegung liegen zwischen 0 und 100 % der Resonanzfrequenz der Aktoren 18. Dabei ist der Bereich von < 0 - 20 % als quasistatisch anzusehen und besonders bevorzugt. 0 % der Resonanzfrequenz ist der statische Bereich. Bevorzugte Frequenzen liegen zwischen < 0 - 50% der Resonanzfrequenz.The movement of the electrodes 14 1 , 14 3 relative to the RF line 14 2 is static or quasi-static. Typical frequencies of the movement are between 0 and 100% of the resonant frequency of the actuators 18. The range of <0-20% is to be regarded as quasi-static and is particularly preferred. 0% of the resonant frequency is the static range. Preferred frequencies are between <0 - 50% of the resonance frequency.

3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieses ist vergleichbar aufgebaut mit dem MEMS-Bauelement 20 und weist darüber hinaus dielektrische Schichten 381 und 382 auf, die ein dielektrisches Material umfassen, beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder ein anderes, bevorzugt vermittels MEMS-Prozessen verarbeitbares dielektrisches Material, bspw. ein elektrisch nichtleitendes Material. Die dielektrischen Schichten 381 und/oder 382 können dabei durchgehend oder, wie dargestellt, strukturiert sein. Während dielektrische Schicht 381 zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 142 angeordnet ist, kann die dielektrische Schicht 382 zwischen den Elektrodenstrukturen 142 und 143 angeordnet sein. Obwohl beide dielektrischen Schichten 381 und 382 gleichstrukturiert dargestellt sind, können sie auch unterschiedlich voneinander strukturiert sein, oder es kann lediglich eine der beiden Schichten strukturiert sein oder es können beide Schichten unstrukturiert sein. Optional kann auch lediglich eine der beiden Schichten, strukturiert oder unstrukturiert angeordnet sein oder es kann keine der beiden Schichten angeordnet sein, wie es beispielsweise in den 2a und 2b dargestellt ist. 3 12 shows a schematic plan view of a MEMS device 30 according to an embodiment. This has a comparable structure to the MEMS component 20 and also has dielectric layers 38 1 and 38 2 which comprise a dielectric material, for example silicon oxide or silicon nitride or another dielectric material that can preferably be processed using MEMS processes, for example an electrically non-conductive material. The dielectric layers 38 1 and/or 38 2 can be continuous or, as shown, structured. While dielectric layer 38 1 is disposed between electrode structures 14 1 and 14 2 , dielectric layer 38 2 may be disposed between electrode structures 14 2 and 14 3 . Although both dielectric layers 38 1 and 38 2 are shown structured the same, they may be structured differently from each other, or only one of the two layers may be structured, or both layers may be unstructured. Optionally, only one of the two layers can be arranged in a structured or unstructured manner, or neither of the two layers can be arranged, as is the case, for example, in FIGS 2a and 2 B is shown.

Die dielektrische Schicht kann auch als Isolationsschicht bezeichnet werden und ermöglicht einerseits eine Vermeidung eines elektrischen Kurzschlusses zwischen aufeinander zu oder voneinander weg bewegten Elektrodenstrukturen 141 und 142 bzw. Elektrodenstrukturen 142 und 143.The dielectric layer can also be referred to as an insulating layer and, on the one hand, makes it possible to avoid an electrical short circuit between electrode structures 14 1 and 14 2 or electrode structures 14 2 and 14 3 that are moved toward or away from one another.

Neben einer Kapazitätserhöhung vermittels einer Dielektrizitätskonstante εr > 1 kann insbesondere durch eine Strukturierung der Schichten 381 und/oder 382 eine Anti-Stiction-Funktion implementiert werden. Durch eine Verringerung einer Oberfläche, die mit der gegenüberliegenden Elektrode mechanisch in Anschlag gebracht werden kann, beispielsweise verglichen mit der Darstellung in der 2a, werden beispielsweise auch die Haftungskräfte verringert, so dass es einfacher ist, das Anhaften der Elektroden zu lösen und/oder zu vermeiden.In addition to increasing the capacitance by means of a dielectric constant ε r >1, an anti-stiction function can be implemented in particular by structuring the layers 38 1 and/or 38 2 . By reducing a surface that can be mechanically brought into abutment with the opposing electrode, for example compared to the illustration in FIG 2a , the adhesion forces are also reduced, for example, so that it is easier to detach and/or avoid the adhesion of the electrodes.

Im Falle eines mechanischen Kontakts zwischen der ersten Elektrodenstruktur und der Isolationsschicht einerseits und der Isolationsschicht und der zweiten Elektrodenstruktur andererseits kann eine nicht-dargestellte Steuereinrichtung des MEMS-Bauelements ausgebildet sein, um ein Potenzial an eine von dem mechanischen Kontakt betroffene Elektrodenstruktur anzulegen, um es zu ermöglichen, dass Ladungsträger von der Elektrodenstruktur abfließen und so die Anhaftung (stiction) gelöst wird.In the case of a mechanical contact between the first electrode structure and the insulation layer on the one hand and the insulation layer and the second electrode structure on the other hand, a non-illustrated control device of the MEMS component can be designed to apply a potential to an electrode structure affected by the mechanical contact in order to enable charge carriers to flow away from the electrode structure and thus the adhesion (stiction) is released.

Obwohl die dielektrische Schicht 381 so dargestellt ist, dass sie an der Elektrodenstruktur 141 angeordnet ist und die dielektrische Schicht 382 so dargestellt ist, dass sie an der Elektrodenstruktur 143 angeordnet ist, kann alternativ oder zusätzlich auch eine dielektrische Schicht an der Elektrodenstruktur 142 angeordnet sein, beispielsweise der Elektrodenstruktur 141 und/oder der Elektrodenstruktur 142 zugewandt.Although dielectric layer 38 1 is shown as being disposed on electrode structure 14 1 and dielectric layer 38 2 is shown as being disposed on electrode structure 14 3 , a dielectric layer may alternatively or additionally be disposed on the electrode structure 14 2 can be arranged, for example facing the electrode structure 14 1 and/or the electrode structure 14 2 .

In anderen Worten zeigt 3 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Varaktors 30, der alternative Elektroden 141, 143 mit einer Isolationsschicht 38 enthält. Diese Isolationsschicht ist vorzugsweise unterbrochen. Dadurch wird vorteilhaft die effektive relative Dielektrizitätszahl im Elektrodenspalt 161, 162 vergrößert. Gleichermaßen wird ein unbeabsichtigtes anhaften der Elektrode 141, 143 an der RF Linie 142 verhindert. Eine ähnliche vorzugsweise unterbrochene Isolationsschicht kann auf der RF Linie 142 strukturiert werden..In other words shows 3 an alternative embodiment of a varactor 30 containing alternative electrodes 14 1 , 14 3 with an insulating layer 38 . This insulating layer is preferably interrupted. This advantageously increases the effective relative permittivity in the electrode gap 16 1 , 16 2 . Likewise, unintentional sticking of the electrode 14 1 , 14 3 to the RF line 14 2 is prevented. A similar preferably discontinuous insulating layer can be patterned on the RF line 14 2 .

4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 40, das in Übereinstimmung mit den weiteren hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgestaltet ist. Anders als beispielsweise das MEMS-Bauelement 20 kann die Elektrodenstruktur 141 und die der Elektrodenstruktur 141 zugewandte Seite der Elektrodenstruktur 142 und/oder die Elektrodenstruktur 143 und/oder die der Elektrodenstruktur 143 zugewandte Seite der Elektrodenstruktur 142 eine Oberflächenvergrößerung aufweisen. Dies kann beispielsweise vermittels einer Topographie und/oder Strukturierung erfolgen. Eine oder beide Kondensatoren 321 und/oder 322 können dabei auch so gebildet sein, dass eine der beiden Elektrodenstrukturen oder beide der Elektrodenstrukturen auch keine Oberflächenvergrößerung aufweisen. 4 FIG. 4 shows a schematic plan view of a MEMS device 40 configured in accordance with the other embodiments described herein. Unlike the MEMS component 20, for example, the electrode structure 14 1 and the side of the electrode structure 14 2 facing the electrode structure 14 1 and/or the electrode structure 14 3 and/or the side of the electrode structure 14 2 facing the electrode structure 14 3 can have an enlarged surface. This can be done, for example, by means of a topography and/or structuring. One or both capacitors 32 1 and/or 32 2 can also be formed in such a way that one of the two electrode structures or both of the electrode structures also have no surface enlargement.

Die Oberflächenvergrößerung kann auch so verstanden werden, dass zumindest eine der beiden Elektrodenstrukturen eines Kondensators zumindest bereichsweise einen entlang eines veränderlichen Orts, etwa entlang der y-Richtung, auf einer jeweiligen Elektrodenoberfläche der Elektrodenstruktur einen veränderlichen Elektrodenabstand zueinander aufweisen. Wie es beispielsweise anhand der Abstände 161-1 und 161-2 dargestellt ist, kann sich entlang der y-Richtung der Abstand zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 142 verändern.The increase in surface area can also be understood to mean that at least one of the two electrode structures of a capacitor has a variable electrode spacing from one another at least in regions along a variable location, for example along the y-direction, on a respective electrode surface of the electrode structure. As is shown, for example, using the distances 16 1-1 and 16 1-2 , the distance between the electrode structures 14 1 and 14 2 can change along the y-direction.

Eine derartige Ausgestaltung hat mehrere positive Vorteile für den Kondensator und mithin den Varaktor. Zunächst kann die wirksame Oberfläche der Elektroden gegenüber der Ausgestaltung in den 2a und 2b vergrößert werden. Darüber hinaus erfolgt beispielsweise bei einem mechanischen Kontakt, etwa infolge eines Pull-Ins eine mechanische Kontaktierung zwischen den Elektrodenflächen der Elektrodenstrukturen 141 und 142 einerseits als auch 143 und 142 andererseits an einer vergleichsweise geringeren Fläche, was in vorteilhafter Weise zu geringen Haftkräften zwischen den Elektrodenstrukturen führt. Darüber hinaus werden geometriegestützte Feldinhomogenitäten durch den nicht-planaren Verlauf der Flächen, insbesondere bei einer Veränderung des Elektrodenabstands erzeugt.Such a configuration has several positive advantages for the capacitor and therefore the varactor. First, the effective surface of the electrodes compared to the design in the 2a and 2 B be enlarged. In addition, for example, in the case of a mechanical contact, for example as a result of a pull-in, there is mechanical contact between the electrode surfaces of the electrode structures 14 1 and 14 2 on the one hand and 14 3 and 14 2 on the other hand on a comparatively smaller surface, which advantageously leads to low adhesive forces between the electrode structures. In addition, geometry-supported field inhomogeneities are generated by the non-planar shape of the surfaces, in particular when the electrode spacing changes.

In anderen Worten zeigt 4 ein alternatives Ausführungsbeispiel eines Varaktors 40, der alternative Elektroden 141, 142 und eine alternative RF Linie 142 enthält. In der Draufsicht ist erkennbar, dass sowohl die Elektrode 141, 142 als auch die RF Linie 142 keine glatten zugewandten Flächen aufweisen. Vielmehr können die Flächen wellen- oder zickzackförmige Ausbuchtungen aufweisen, die die jeweilige Oberfläche vergrößern. Beispielhaft dargestellt sind zickzackförmige Ausbuchtungen. Die Ausbuchtungen auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen können nicht periodisch und nicht symmetrisch ausgeführt werden. Vorteilhaft ist durch eine derartige Ausführungsform die Kontaktfläche zwischen Elektrode 141, 143 und RF-Linie 142 im Falle einer Berührung minimiert. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführung ist die Vergrößerung der effektiven Kapazitätsfläche und somit der Kapazitätswertes selbst. Zudem werden die geometriegestützten Feldinhomogenitäten an den nicht planparallelen Flächen zu den größeren Kapazitätsänderungen bei der Verkleinerung bzw. Vergrößerung des Elektrodenabstandes 161, 162 führen.In other words shows 4 an alternative embodiment of a varactor 40 containing alternative electrodes 14 1 , 14 2 and an alternative RF line 14 2 . In the top view it can be seen that neither the electrode 14 1 , 14 2 nor the RF line 14 2 have any smooth facing surfaces. Rather, the surfaces can have wavy or zigzag-shaped bulges that increase the respective surface area. Zigzag-shaped bulges are shown as examples. The bulges on the two opposite surfaces can be made non-periodic and non-symmetrical. Such an embodiment advantageously minimizes the contact area between the electrode 14 1 , 14 3 and the RF line 14 2 in the event of contact. Another advantage of this design is the increase in the effective capacitance area and thus the capacitance value itself. In addition, the geometry-supported field inhomogeneities on the non-plane-parallel surfaces lead to larger changes in capacitance when the electrode spacing 16 1 , 16 2 decreases or increases.

5a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 501 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das MEMS-Bauelement 501 weist eine Oberflächenvergrößerung der Elektrodenstrukturen 141, 142 und 143 auf. Anders als jedoch im Zusammenhang mit der 4 beschrieben, ist diese Oberflächenvergrößerung beispielhaft kamm-artig ausgestaltet, so dass ein im Wesentlichen gleichbleibender Abstand 161 und 162 in den Kondensatoren 321 und 322 erhalten wird. Gut erkennbar ist das ebenfalls in den MEMS-Bauelementen 20, 30 und/oder 40 implementierbare Merkmal, dass die Elektrodenstrukturen 141 und 143 lediglich über dem Aktuator 181 bzw. 182 an dem Substrat gestützt sind, aber zum Substrat 12 in der dargestellten Ebene einen Abstand aufweisen. Dies kann eine homogene Bewegung der Elektrodenstrukturen 141 und 142 bewirken, wobei es zur zusätzlichen Stabilisierung entlang der z-Richtung durchaus möglich ist, die Elektrodenstrukturen 141 und 143 in der dargestellten Ebene mit dem Substrat 12 zu verbinden. 5a 1 shows a schematic plan view of a MEMS device 50 1 according to an embodiment. The MEMS device 50 1 has an increase in the surface area of the electrode structures 14 1 , 14 2 and 14 3 . Unlike, however, in connection with the 4 described, this increase in surface area is configured in the manner of a comb, for example, so that a substantially constant distance 16 1 and 16 2 is obtained in the capacitors 32 1 and 32 2 . The feature that can also be implemented in the MEMS components 20, 30 and/or 40 is clearly visible, namely that the electrode structures 14 1 and 14 3 are only supported on the substrate above the actuator 18 1 or 18 2 , but towards the substrate 12 in the shown level have a distance. This can bring about a homogeneous movement of the electrode structures 14 1 and 14 2 , it being entirely possible for additional stabilization along the z-direction to connect the electrode structures 14 1 and 14 3 to the substrate 12 in the plane shown.

5b zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 502, das das MEMS-Bauelement 501 dahin gehend erweitert, dass bei den Kondensatoren 321 und/oder 322 an zumindest einer der Elektrodenstrukturen 141 und/oder 142 bzw. 142 und/oder 143 die Isolationsschicht 38 als strukturierte oder unstrukturierte Schicht angeordnet ist. Dies führt zu den im Zusammenhang mit der 3 erläuterten Vorteilen. 5b shows a schematic plan view of a MEMS component 50 2 , which expands the MEMS component 50 1 in such a way that the capacitors 32 1 and/or 32 2 on at least one of the electrode structures 14 1 and/or 14 2 or 14 2 and/or 14 3 the insulation layer 38 is arranged as a structured or unstructured layer. This leads to the related to the 3 explained benefits.

Anders ausgedrückt kann die dielektrische Schicht 381 an der Elektrodenstruktur 141, die dielektrische Schicht 382 an einer der Elektrodenstruktur 141 zugewandten Seite der Elektrodenstruktur 142, die dielektrische Schicht 383 an einer der Elektrodenstruktur 143 zugewandten Seite der Elektrodenstruktur 142 und/oder die dielektrische Schicht 384 an der Elektrodenstruktur 143 in strukturierter oder unstrukturierter Weise angeordnet sein.In other words, the dielectric layer 38 1 on the electrode structure 14 1 , the dielectric layer 38 2 on a side of the electrode structure 14 2 facing the electrode structure 14 1 , the dielectric layer 38 3 on a side of the electrode structure 14 2 facing the electrode structure 14 3 and /or the dielectric layer 38 4 can be arranged on the electrode structure 14 3 in a structured or unstructured manner.

In anderen Worten zeigt die 5b einen alternativen Varaktor 502 mit einer vorteilhaft vergrößerten Kapazitätsfläche und somit des Kapazitätswertes selber. Die alternative RF Linie 142 ist, genauso wie die alternativen Elektroden 141, 143 kammartig strukturiert. Diese kammartige Strukturierung ist so ausgebildet, dass die Finger der jeweiligen Kämme der Elektroden 141, 143 und 142 ineinandergreifen. Vorteilhaft wird dadurch die Dielektrizitätskonstante im Spalt erhöht und ein verbessertes tuning ratio TR stellt sich ein.In other words, the 5b an alternative varactor 50 2 with an advantageously increased capacitance area and thus the capacitance value itself. The alternative RF line 14 2 is structured like a comb, just like the alternative electrodes 14 1 , 14 3 . This comb-like structure is designed so that the fingers of each gene ridges of the electrodes 14 1 , 14 3 and 14 2 mesh. This advantageously increases the dielectric constant in the gap and an improved tuning ratio TR is established.

Darüber hinaus ist in 5b dargestellt, dass die RF-Linie 142 und die kammförmigen Elektroden 141, 143 mit einer Isolationsschicht 38 ausgestattet sind. Vorteilhaft werden dadurch Hafteffekte zwischen Elektrode 141, 143 und RF-Linie 142 vermieden.In addition, in 5b shown that the RF line 14 2 and the comb-shaped electrodes 14 1 , 14 3 are equipped with an insulation layer 38 . Adhesion effects between the electrode 14 1 , 14 3 and the RF line 14 2 are thereby advantageously avoided.

6 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein MEMS-Bauelement 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem mehrere vorteilhafte Weiterbildungen implementiert sind, die einzeln oder auch in Kombination umgesetzt werden können und darüber hinaus auch einzeln oder in Kombination mit anderen hierin beschriebenen MEMS-Bauelementen kombiniert werden können. 6 shows a schematic plan view of a MEMS component 60 according to an embodiment in which several advantageous developments are implemented, which can be implemented individually or in combination and can also be combined individually or in combination with other MEMS components described herein.

Zum einen weist das MEMS-Bauelement 60 veränderte elektrische Kondensatoren 32', und 32'2 auf. Anders als in den vorangehend beschriebenen Ausführungsbeispielen mit zwei elektrischen Kondensatoren ist dabei jede der elektrischen Kondensatoren mit einem eigenen Elektrodenpaar ausgestattet. Der elektrische Kondensator 32'1 weist dabei Elektrodenstrukturen 141 und 142 auf. Ferner weist der elektrische Kondensator 32'2 Elektrodenstrukturen 143 und 144 auf. Die Elektrodenstrukturen 142 und 144 sind dabei optional an der Hochfrequenzleitung 42 mechanisch fest angeordnet, während die Hochfrequenzleitung 42 im Ausführungsbeispiel der 6 zwar nicht Teil der elektrischen Kondensatoren 32'1 und 32'2 ist, aber im Hinblick auf die Signalleitungseigenschaften von der veränderlichen Kapazität der elektrischen Kondensatoren 32'1, und 32'2 beeinflusst ist.On the one hand, the MEMS component 60 has modified electrical capacitors 32' and 32' 2 . In contrast to the previously described exemplary embodiments with two electrical capacitors, each of the electrical capacitors is equipped with its own pair of electrodes. The electrical capacitor 32' 1 has electrode structures 14 1 and 14 2 . Furthermore, the electrical capacitor 32' 2 has electrode structures 14 3 and 14 4 . The electrode structures 14 2 and 14 4 are optionally arranged in a mechanically fixed manner on the high-frequency line 42, while the high-frequency line 42 in the exemplary embodiment of FIG 6 although not part of the electric capacitors 32' 1 and 32' 2 , is influenced by the variable capacitance of the electric capacitors 32' 1 and 32' 2 in terms of signal line characteristics.

Die Anordnung oder Befestigung der Elektrodenstrukturen 142 und 144 an der Hochfrequenzleitung 42 kann dabei vermittels einer Isolatorschicht 441 und/oder 442 erfolgen. Diese können zwar aus demselben Material wie die dielektrische Schicht 38 der anderen Ausführungsbeispiele gebildet sein, wobei hier mehr die mechanische Kontaktierung und die elektrische Isolierung im Vordergrund steht, während in anderen Ausführungsbeispielen unter Umständen auch die Dielektrizitätskonstante des verwendeten Materials berücksichtigt wird. Geeignete Isolationsmaterialien können ungeachtet dessen beispielsweise Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid umfassen.The arrangement or attachment of the electrode structures 14 2 and 14 4 to the high-frequency line 42 can be effected by means of an insulator layer 44 1 and/or 44 2 . Although these can be formed from the same material as the dielectric layer 38 of the other exemplary embodiments, mechanical contacting and electrical insulation are more important here, while in other exemplary embodiments the dielectric constant of the material used may also be taken into account. Notwithstanding this, suitable insulating materials may include, for example, silicon oxide and/or silicon nitride.

Die Elektrodenstrukturen 141 und/oder 143 können gegenüber den jeweils zugewandten Balken 263 bzw. 264 elektrisch isoliert sein, was jedoch optional ist. Eine elektrische Isolierung kann aber beispielsweise auch bei einer Ansteuerung der Aktuatoren 181 und 182 ein Anlegen eines von dem für den Aktuator verwendeten unterschiedlichen Potenzial genutzt werden. So ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Isolatorschicht 461 zwischen dem Koppelelement 221, vorgesehen. Das Koppelelement 221 durch ein Erweiterungssegment 48 fortgesetzt, um die Kraft des Aktuators 181 flächig auf die Elektrodenstruktur 141 zu übertragen.The electrode structures 14 1 and/or 14 3 can be electrically insulated from the respectively facing beams 26 3 and 26 4 , but this is optional. However, electrical insulation can also be used, for example, when actuating the actuators 18 1 and 18 2 by applying a potential that is different from that used for the actuator. In the present exemplary embodiment, for example, an insulator layer 46 1 is provided between the coupling element 22 1 . The coupling element 22 1 is continued by an extension segment 48 in order to transfer the force of the actuator 18 1 to the electrode structure 14 1 over a large area.

Die Isolatorschicht 461 kann verglichen mit den Isolatorschichten 441 und/oder 442 gleiche oder verschiedene Materialien aufweisen. Ein vergleichbarer Effekt kann ebenfalls erhalten werden, indem das Koppelelement 221 elektrisch isolierend gebildet wird. In einem solchen Fall kann unter Erhalt eines vergleichbaren Effekts auf die Isolatorschicht 461 verzichtet werden.The insulator layer 46 1 can have the same or different materials compared to the insulator layers 44 1 and/or 44 2 . A comparable effect can also be obtained by forming the coupling element 22 1 in an electrically insulating manner. In such a case, the insulator layer 46 1 can be dispensed with while obtaining a comparable effect.

In vergleichbarer Weise ist zwar eine Isolatorschicht 462 zwischen dem Erweiterungssegment 482 des Koppelelements 222 und der Elektrodenstruktur 143 angeordnet, um den Balken 264 von der Elektrodenstruktur 143 elektrisch zu isolieren. Auch hier kann ein vergleichbarer Effekt erhalten werden, indem das Koppelelement 222 elektrisch isolierend gebildet wird.In a comparable manner, an insulator layer 46 2 is arranged between the extension segment 48 2 of the coupling element 22 2 and the electrode structure 14 3 in order to electrically insulate the beam 26 4 from the electrode structure 14 3 . Here, too, a comparable effect can be obtained by forming the coupling element 22 2 in an electrically insulating manner.

In der Darstellung der 6 sind sämtliche Elektrodenstrukturen 141, 142, 143 und 144 von einer jeweiligen Umgebung elektrisch isoliert, was es ermöglicht, an jede der Elektrodenstrukturen 141 bis 144 ein individuelles Potenzial anzulegen. So wird beispielsweise an die Elektrodenstruktur 141 an einer oder mehreren Stellen das elektrische Potenzial 521 angelegt. An die Elektrodenstruktur 142 wird an einer oder mehreren Stellen das elektrische Potenzial 522 angelegt. An die Elektrodenstruktur 143 kann an einer oder mehreren Stellen das elektrische Potenzial 523 angeordnet werden, ebenso kann an die Elektrodenstruktur 144 an einer oder mehreren Stellen das elektrische Potenzial 524 angelegt werden. Die Potenziale 521 bis 524 können beispielsweise von der Ansteuereinrichtung 37, die in 6 nicht dargestellt ist, bereitgestellt werden.In the representation of 6 All electrode structures 14 1 , 14 2 , 14 3 and 14 4 are electrically isolated from a respective environment, which makes it possible to apply an individual potential to each of the electrode structures 14 1 to 14 4 . For example, the electrical potential 52 1 is applied to the electrode structure 14 1 at one or more points. The electrical potential 52 2 is applied to the electrode structure 14 2 at one or more points. The electrical potential 52 3 can be arranged on the electrode structure 14 3 at one or more points, and the electrical potential 52 4 can likewise be applied to the electrode structure 144 at one or more points. The potentials 52 1 to 52 4 can be generated, for example, by the control device 37, which is shown in 6 not shown can be provided.

Die individuelle Beaufschlagung mit individuellen Potenzialen ermöglicht es auch sogenannte „fliegende“ (engl.: floating) Potenziale anzulegen. Während beispielsweise die 2a, 2b, 3, 4, 5a und 5b Darstellungen zeigen, bei denen zumindest eine der Elektrodenstrukturen zumindest einen Teil einer Signalleitung zum Leiten eines Signals von einem Signalleitungseingang 34 zu einem Signalleitungsausgang 36 bildet und der elektrische Kondensator ausgebildet ist, um mittels der elektrischen Kapazität C1 und/oder C2 auf einer Signalleitungseigenschaft der Signalleitung einzuwirken und der Aktuator mit der anderen Elektrodenstruktur gekoppelt ist, um diese Elektrodenstruktur bezogen auf die Elektrodenstruktur der Signalleitung parallel zu der Substratebene zu bewegen, zeigt 6 eine Darstellung, bei der Elektrodenstrukturen 142 und 144 an der Signalleitung mechanisch fest verbunden sind. Ohne weiteres könnte jedoch die Signalleitung 42 auch selbst eine Elektrodenstruktur für den Kondensator 321 oder 322 bereitstellen, wie es im Zusammenhang mit anderen Ausführungsbeispielen beschrieben ist. Die Ausgestaltung der Elektrodenstrukturen 141, und 143 als elektrisch isolierte und gegebenenfalls mit einem fliegenden Potenzial zu beaufschlagende Elektrodenstrukturen bleibt hiervon unberührt.The individual application of individual potentials also makes it possible to create so-called "flying" potentials. For example, while the 2a , 2 B , 3 , 4 , 5a and 5b Show illustrations in which at least one of the electrode structures forms at least part of a signal line for conducting a signal from a signal line input 34 to a signal line output 36 and the electrical capacitor is designed to be based on the electrical capacitance C 1 and/or C 2 on a signal line property of the Act signal line and the actuator is coupled to the other electrode structure to this electrode structure relative to the electrode structure of the signal line to move parallel to the substrate plane 6 a representation in which the electrode structures 14 2 and 14 4 are mechanically firmly connected to the signal line. However, the signal line 42 itself could also readily provide an electrode structure for the capacitor 32 1 or 32 2 , as is described in connection with other exemplary embodiments. The configuration of the electrode structures 14 1 and 14 3 as electrically insulated electrode structures and, if necessary, to which a floating potential is to be applied, remains unaffected by this.

Darüber hinaus zeigt die 6 eine weitere Weise der Oberflächenvergrößerung, nämlich eine Art Sägezahnmuster, die in den gegenüberliegenden Elektrodenstrukturen 141 und 142 bzw. 143 und 144 ineinandergreifen. Auch diese optionale Ausgestaltung ist unabhängig von den weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der 6 implementierbar.In addition, the 6 another way of increasing the surface area, namely a kind of sawtooth pattern which interlocks in the opposing electrode structures 14 1 and 14 2 or 14 3 and 14 4 . This optional configuration is also independent of the other advantageous configurations 6 implementable.

Zurückkommend auf die Möglichkeit, die Elektrodenstrukturen 141, 142, 143 und/oder 144 mit einem fliegenden oder schwebenden Potenzial gegenüber der Signalleitung 42 zu beaufschlagen, sei noch erwähnt, dass dies insbesondere die Möglichkeit bietet, Potenziale anzulegen, die beispielsweise im Falle eines Sticking einen Ladungsträgertransport von den Elektrodenstrukturen weg ermöglichen, um die Anhaftung zu beenden oder aufzulösen.Coming back to the possibility of applying a flying or floating potential to the electrode structures 14 1 , 14 2 , 14 3 and/or 14 4 with respect to the signal line 42, it should also be mentioned that this offers the possibility in particular of applying potentials which, for example, In the event of sticking, enable charge carrier transport away from the electrode structures in order to end or dissolve the adhesion.

Optional kann das MEMS-Bauelement 60 auch mit einer Dielektrikumsschicht versehen sein, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit der 3 oder der 5b erläutert ist. Eine entsprechende Dielektrikumsschicht kann mit zumindest einer der Elektrodenstrukturen, etwa 141 und/oder 142 bzw. 143 und/oder 144 verbunden sein. Eine Ansteuereinrichtung, etwa die Ansteuereinrichtung 37 zum Steuern zumindest eines Teils des MEMS, etwa der Aktuatoren 181 und/oder 182 kann ausgebildet sein, um vor einer Veränderung des Elektrodenabstands und/oder im Falle eines mechanischen Kontakts zwischen den Elektrodenstrukturen und der Dielektrikumsschicht, das Dielektrikum zu entladen oder auf ein vorbestimmtes Potenzial mit Ladungsträgern zu laden.Optionally, the MEMS component 60 can also be provided with a dielectric layer, as is the case, for example, in connection with the 3 or the 5b is explained. A corresponding dielectric layer can be connected to at least one of the electrode structures, for example 14 1 and/or 14 2 or 14 3 and/or 14 4 . A control device, for example the control device 37 for controlling at least part of the MEMS, for example the actuators 18 1 and/or 18 2 can be designed to prevent a change in the electrode spacing and/or in the case of mechanical contact between the electrode structures and the dielectric layer, to discharge the dielectric or to charge it with charge carriers to a predetermined potential.

Sind beide Elektroden 141 und 142 bzw. 143 und 144 unabhängig voneinander bezüglich ihres Potenzials ansteuerbar, so ermöglicht dies auch das parallele Steuern/Laden/Entladen der Elektrodenstrukturen unabhängig voneinander.If the potential of both electrodes 14 1 and 14 2 or 14 3 and 14 4 can be controlled independently of one another, this also enables the parallel control/charging/discharging of the electrode structures independently of one another.

In den 2a, 2b, 3, 4, 5a, 5b und 6 wird die Signalleitung jeweils an zwei gegenüberliegenden Seiten von zwei elektrischen Kondensatoren 321 und 322 bzw. 32', und 32'2 beaufschlagt. Entsprechende MEMS-Bauelemente können ausgebildet sein, um die jeweiligen Aktuatoren 181 und 182 anzusteuern, um innerhalb eines Toleranzbereichs, etwa im Bereich von Fertigungstoleranzen, alternativ innerhalb eines Bereichs von ±20%, ±10% oder ±5% einen übereinstimmenden Kapazitätswert und/oder einen übereinstimmenden Elektrodenabstand in den Kondensatoren 321 und 322 zu erhalten. Alternativ kann ebenfalls vorgesehen sein, um einen voneinander abweichenden Kapazitätswert und/oder einen voneinander abweichenden Elektrodenabstand in dem ersten elektrischen Kondensator und dem zweiten elektrischen Kondensator zu erhalten. Das bedeutet, es ist nicht zwingend erforderlich, die beiden Kondensatoren synchron an die RF-Linie anzunähern. Es ist ebenfalls möglich, unterschiedlich schnell bzw. asynchron anzusteuern. Dadurch kann die Steigung der zeitlichen Kapazitätsänderungsfunktion im Sinne von C = C(t) leicht variiert werden, sofern dies im Sinne der Beeinflussung der Signalleitungseigenschaften vorteilhaft ist.In the 2a , 2 B , 3 , 4 , 5a , 5b and 6 the signal line is acted upon on two opposite sides by two electrical capacitors 32 1 and 32 2 or 32' and 32' 2 . Corresponding MEMS components can be designed to control the respective actuators 18 1 and 18 2 in order to achieve a matching capacitance value and /or to obtain matching electrode spacing in the capacitors 32 1 and 32 2 . Alternatively, provision can also be made to obtain a capacitance value that differs from one another and/or an electrode spacing that differs from one another in the first electrical capacitor and the second electrical capacitor. This means it is not absolutely necessary to synchronously approach the two capacitors to the RF line. It is also possible to control at different speeds or asynchronously. As a result, the slope of the time capacity change function can be varied slightly in the sense of C=C(t), provided that this is advantageous in terms of influencing the signal line properties.

MEMS-Bauelemente in Übereinstimmung mit hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen können ausgebildet sein, um einen elektrischen Kapazitätswert des elektrischen Kondensators 321 und/oder 322 zwischen einem minimalen Kapazitätswert (größter Elektrodenabstand) und einem maximalen Kapazitätswert (minimaler Elektrodenabstand) einzustellen. Die Aktuatoren 181 und/oder 182 bzw. der Aktuator 18 kann ausgebildet sein, um einen Aktuatorhub bereitzustellen, der ein Verhältnis zwischen dem minimalen Kapazitätswert und dem maximalen Kapazitätswert von zumindest 15 bewirkt. Die Änderung der Kapazität kann dabei in einem Verhältnis von zumindest 1, zumindest 15 oder bevorzugt zumindest 20 betragen. Eine Obergrenze des Verhältnisses kann alternativ oder zusätzlich bei 1000, 500 oder 100 liegen. So können beispielhafte Verhältnisse von Kapazitätswerten zwischen 1 und 100, 15 und 50 und/oder 20 und 30 erreicht werden.MEMS devices in accordance with embodiments described herein may be configured to adjust an electrical capacitance value of the electrical capacitor 32 1 and/or 32 2 between a minimum capacitance value (largest electrode spacing) and a maximum capacitance value (minimum electrode spacing). The actuators 18 1 and/or 18 2 or the actuator 18 can be designed to provide an actuator stroke that causes a ratio between the minimum capacitance value and the maximum capacitance value of at least 15. The change in capacitance can be in a ratio of at least 1, at least 15 or preferably at least 20. An upper limit of the ratio can alternatively or additionally be 1000, 500 or 100. Thus, exemplary ratios of capacitance values between 1 and 100, 15 and 50 and/or 20 and 30 can be achieved.

In anderen Worten ist in 6 eine sog. floating Elektrode, das Konzept der schwebenden Elektrode dargestellt. Der alternative Varaktor 60 weißt im Spalt 161, 162 zwischen Elektrode 481, 482 und RF Linie 42 eine/zwei zusätzliche Elektroden 141, 143 und/oder 142, 144 auf, die mit der Elektrode über eine elektrisch isolierende Verbindung 44 und/oder 46 mechanisch verbunden ist. Die Elektroden 141, 143 und/oder 142, 144 sind floating oder schwebende Elektroden, die jeweils einen separaten elektrischen Anschluss 521, 524 und/oder 522, 523 haben. Die floatenden Elektroden 141, 143 und/oder 142, 144 werden normalerweise elektrisch floatend gehalten oder mit anderen Signalen als den GND- und HF-Signalen versorgt, die während des Betriebs des Varaktors an die Elektroden 481, 482 bzw. die RF-Linie 42 gegeben werden. Im Standardfall wird nur eine schwebende Elektrode mit Anschlussdielektrikum verwendet, normalerweise die Elektrode 141, 143 mit Isolator 44, zusammen mit einer unstrukturierten HF-Leitung 42. Im Fall der dargestellten Elektrode 141, 143 folgt diese der Bewegung der Elektrode 481, 482 und ist weiterhin mit dem umgebenden Substrat verbunden. Dieser Verbindungsbereich weist in der Regel eine geringere Steifigkeit auf als das umgebende Substrat und die Elektroden selber. Darüber hinaus ist ein weiteres Ausführungsbeispiel in der Art ausgestaltet, dass die Elektroden 481, 482 und 141, 143 nicht mit dem umgebenden Substrat verbunden sind. Über die elektrische Kontaktierung 521, 524 mit einer weichen Feder (engl.: soft spring) oder einer direkten Verbindung in einem eingespannten Zustand (engl.: direct connection in a clamped-clamped case) sind die Elektroden 141, 143 mit separaten elektrischen Verbindungen verbunden, wohingegen die Elektrode 481, 482 gemäß 3 mit einem elektrischen Signal verbunden ist (bspw. GND).In other words is in 6 a so-called floating electrode, the concept of the floating electrode is presented. The alternative varactor 60 knows in the gap 16 1 , 16 2 between the electrode 48 1 , 48 2 and RF line 42 on one/two additional electrodes 14 1 , 14 3 and/or 14 2 , 14 4 , which are connected to the electrode via an electrically insulating compound 44 and / or 46 is mechanically connected. The electrodes 14 1 , 14 3 and/or 14 2 , 14 4 are floating electrodes which each have a separate electrical connection 52 1 , 52 4 and/or 52 2 , 52 3 . The floating electrodes 14 1 , 14 3 and/or 14 2 , 14 4 are normally kept electrically floating or supplied with signals other than the GND and RF signals applied to the electrodes 48 1 , 48 2 and .the RF Line 42 to be given. In the standard case only one floating electrode with connecting dielectric is used, normally the electrode 14 1 , 14 3 with insulator 44, together with an unstructured HF line 42. In the case of the illustrated electrode 14 1 , 14 3 this follows the movement of the electrode 48 1 , 48 2 and is further connected to the surrounding substrate. As a rule, this connection area is less rigid than the surrounding substrate and the electrodes themselves. In addition, another exemplary embodiment is designed in such a way that the electrodes 48 1 , 48 2 and 14 1 , 14 3 are not connected to the surrounding substrate. About the electrical contact 52 1 , 52 4 with a soft spring (English: soft spring) or a direct connection in a clamped state (English: direct connection in a clamped-clamped case), the electrodes 14 1 , 14 3 with separate electrical connections connected, whereas the electrode 48 1 , 48 2 according to 3 connected to an electrical signal (e.g. GND).

Durch diese Ausführungen ergeben sich eine Vielzahl von Vorteilen auf die nachfolgend eingegangen wird. Durch die weitere Elektroden 141, 143 und/oder 142, 144 reduziert sich die Gefahr einer Selbstaktuierung der Aktoren in Folge der DC-Komponente des angelegten RF-Signals in der RF-Linie und verbessert die Betriebssicherheit des Bauelements. Die Gleichstromkomponente des HF-Signals steigt mit zunehmender HF-Signalleistung und Frequenz. Durch eine floatende Elektrode erhöht sich somit die zu übertragende HF-Leistung und die HF-Frequenz, bei welcher Varaktor 60 betriebssicher eingesetzt werden kann. Es ist darüber hinaus möglich ein kontinuierliches Dielektrikum zu verwenden, da eine geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass sich das Dielektrikum auflädt und dadurch Haftreibung entsteht, da die Kontaktflächen metallisch, also elektrisch leitend sind. Dadurch erhöht sich im Spalt 161, 162 die Dielektrizitätszahl und infolge dessen stellt sich ein verbessertes tuning ratio ein. Darüber hinaus sind Kurzschlüsse zwischen Elektrode 481, 482 und RF Linie 42 verhindert. Durch die strukturierte Oberfläche der Elektroden 141, 143 und 142, 144 wird die Haftung zwischen diesen beiden Baugruppen im Falle eines Anhaftens verhindert. Durch die Verbindung der Elektroden 141, 143 und/oder 142, 144 mit GND oder einem spezifischen Spannungssignal kann diese Elektrode vor jedem Betriebszyklus entladen werden oder auf ein bestimmtes Niveau aufgeladen werden (in diesem Fall ist sie nicht mit GND verbunden), wodurch sich die Zuverlässigkeit und Ergebnis Reproduzierbarkeit des Bauelements verbessert.These designs result in a large number of advantages, which will be discussed below. The further electrodes 14 1 , 14 3 and/or 14 2 , 14 4 reduce the risk of the actuators self-actuating as a result of the DC component of the applied RF signal in the RF line and improve the operational reliability of the component. The DC component of the RF signal increases with increasing RF signal power and frequency. A floating electrode thus increases the HF power to be transmitted and the HF frequency at which the varactor 60 can be used reliably. In addition, it is possible to use a continuous dielectric, since there is less likelihood of the dielectric charging up and causing static friction, since the contact surfaces are metallic, ie electrically conductive. This increases the dielectric constant in the gap 16 1 , 16 2 and as a result an improved tuning ratio is established. In addition, short circuits between electrodes 48 1 , 48 2 and RF line 42 are prevented. The structured surface of the electrodes 14 1 , 14 3 and 14 2 , 144 prevents adhesion between these two assemblies in the event of sticking. By connecting electrodes 14 1 , 14 3 and/or 14 2 , 14 4 to GND or a specific voltage signal, this electrode can be discharged before each operating cycle or charged to a certain level (in this case it is not connected to GND) , which improves the reliability and result reproducibility of the device.

7 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements 20. Die Darstellung bezieht sich dabei auf die Schnittebene A-A aus 2a. Wie es auch in anderen Ausführungsbeispielen ausgeführt werden kann, ist die Elektrodenstruktur 142 zumindest Teil einer Signalleitung. Diese ist mit dem Substrat 12 durch eine Isolationsschicht 38 verbunden und daran abgestützt. Demgegenüber können die Aktuatoren 181 und 182 beweglich gegenüber dem Substrat 12 angeordnet sein. 7 shows a schematic side sectional view of the MEMS component 20. The illustration relates to the sectional plane AA in FIG 2a . As can also be implemented in other exemplary embodiments, the electrode structure 14 2 is at least part of a signal line. This is connected to the substrate 12 by an insulating layer 38 and supported thereon. In contrast, the actuators 18 1 and 18 2 can be arranged such that they can move with respect to the substrate 12 .

8 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements 20 analog 7, aber in einem ausgelenkten Zustand, so dass aufgrund der angelegten Signale die Abstände 161 und 162 aus 7 verringert sind, wie es durch die Abstände 16'1 und 16'2 dargestellt ist. 8th shows a schematic side sectional view of the MEMS device 20 analogously 7 , but in a deflected state such that due to the applied signals the distances 16 1 and 16 2 off 7 are reduced as illustrated by spacings 16' 1 and 16' 2 .

In anderen Worten zeigen die 7 und 8 den Varaktor 20 im bevorzugten Ausführungsbeispiel in einer Ansicht entlang der Schnittachse A-A. 7 zeigt den Varaktor 20 in einem nicht ausgelenkten Zustand. 8 zeigt den Varaktor 20 in einem ausgelenkten Zustand. Die durch die Abstände 16' definierte Kavität weist hierbei ein geringeres Volumen auf. Dargestellt ist hierbei die notwendige Isolationsschicht 38, die in Ausführungsbeispielen durchgängig ist. Bevorzugt ist diese Schicht unterbrochen ausgeführt. Typische elektrisch isolierende Werkstoffe sind hierbei Oxide, beispielsweise Siliziumoxide oder elektrisch nichtleitende Polymere.In other words, the 7 and 8th the varactor 20 in the preferred exemplary embodiment in a view along the section axis AA. 7 shows the varactor 20 in an undeflected state. 8th shows the varactor 20 in a deflected state. In this case, the cavity defined by the distances 16' has a smaller volume. The necessary insulation layer 38, which is continuous in exemplary embodiments, is shown here. This layer is preferably discontinuous. Typical electrically insulating materials here are oxides, for example silicon oxides, or electrically non-conductive polymers.

9 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS-Bauelements 90 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Verglichen mit beispielsweise der Darstellung aus 7 ist die Signalleitung, die auch als Elektrodenstruktur 142 dient, außerhalb der Ebene der Elektrodenstrukturen 141 und 143 angeordnet und bildet eine Art Deckel für die Anordnung der Aktuatoren 181 und 182. Ein solcher Deckel kann, ggf. unter Zusammenwirkung mit einem korrespondierendem Deckel, wobei beide Begriffe die Orientierung im Raum nicht einschränken, dazu genutzt werden, um die Bewegung der Elektrodenstrukturen 141 du 143 auf einander zu steuern, da ein dazwischen angeordnetes Fluid durch die Spalte zum Deckel 142 bzw. dem Boden geführt wird. Ein derartiger fluidischer Widerstand kann ein Schwingungsverhalten der Elektroden einstellen oder beeinflussen, so dass ein Spat zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 142 einerseits und 142 und 143 andererseits ebenso wie zu Boden ein Auslegungskriterium des MEMS-Bauelements sein kann. 9 FIG. 9 shows a schematic side sectional view of a MEMS device 90 according to an embodiment. Compared with, for example, the representation from 7 the signal line, which also serves as the electrode structure 14 2 , is arranged outside the plane of the electrode structures 14 1 and 14 3 and forms a kind of cover for the arrangement of the actuators 18 1 and 18 2 . Such a cover can, possibly in cooperation with a corresponding cover, both terms not restricting the orientation in space, used to control the movement of the electrode structures 14 1 du 14 3 on each other, since a fluid arranged in between through the Column to cover 14 2 and the bottom is performed. Such a fluidic resistance can set or influence an oscillation behavior of the electrodes, so that a space between the electrode structures 14 1 and 14 2 on the one hand and 14 2 and 14 3 on the other hand as well as to the ground can be a design criterion of the MEMS component.

In 9 wird deutlich, dass sich Elektrodenstrukturen, etwa Elektrodenstrukturen 141 und 143 gegenüberliegend angeordnet auf einander zu und/oder von einander weg bewegen können bzw. einen Elektrodenabstand des durch die Elektrodenstrukturen gebildeten Kondensators verändern können. Unter Einwirkung auf eine weitere Elektrodenstruktur 142 kann aber auch ein gleichbleibender Abstand zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 143 zu veränderlichen Einflüssen auf ein Bauelement führen, wenn bspw. gleichzeitig der Abstand zwischen den Elektrodenstrukturen 141 und 142 vergrößert und der Abstand zwischen den Elektrodenstrukturen 142 und 143 im selben Umfang verringert wird oder umgekehrt.In 9 It is clear that electrode structures, such as electrode structures 14 1 and 14 3 arranged opposite one another, can move towards and/or away from one another or can change an electrode spacing of the capacitor formed by the electrode structures. Under the influence of a further electrode structure 14 2 , however, a constant distance between the electrode structures 14 1 and 14 3 lead to variable influences on a component if, for example, the distance between the electrode structures 14 1 and 14 2 is increased at the same time and the distance between the electrode structures 14 2 and 14 3 is reduced to the same extent, or vice versa.

Wie auch bei den anderen hierin beschriebenen MEMS-Bauelementen kann für das MEMS-Bauelement 90 ein in einer Substratebene x/y angeordnetes Substrat 12 vorgesehen sein. Elektrodenstrukturen 141 und 143, können parallel zu der Substratebene x/y gegenüberliegend zueinander angeordnet sein. Elektrodenstrukturen 141 und 142 einerseits und 142 und 143 andererseits können auch einen Versatz senkrecht zu der Substratebene zu einander aufweisen, wobei die Elektrodenstrukturen 141 und 142, 141 und 143 und 142 und 143 jeweils einen elektrischen Kondensator zu bilden können. Ein Aktuator, der mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist, ist ausgebildet, um einen Elektrodenabstand zwischen zumindest zwei der Elektrodenstrukturen parallel zu der Substratebene zu verändern. Im MEMS-Bauelement 90 ist dies für sämtliche Elektrodenpaare möglich, etwa indem eine Verschiebung der Elektrodenstrukturen 141 und 143 auf einander zu den Abstand dazwischen beeinflusst und eine Bewegung der Elektrodenstrukturen 141 und 142 und/oder der Elektrodenstrukturen 142 und 142, relativ zu einander dieses Kriterium erfüllen, um einen elektrischen Kapazitätswert des elektrischen Kondensators zu verändern. Die beiden Aktuatoren sind ausgebildet, um die Bewegung in-plane zu erzeugen, wobei möglicherweise auch nur einer der Aktuatoren mit daran angeordneter Elektrode vorgesehen sein könnte.As with the other MEMS components described herein, a substrate 12 arranged in a substrate plane x/y can be provided for the MEMS component 90 . Electrode structures 14 1 and 14 3 can be arranged parallel to the substrate plane x/y opposite one another. Electrode structures 14 1 and 14 2 on the one hand and 14 2 and 14 3 on the other hand can also have an offset perpendicular to the substrate plane to one another, with the electrode structures 14 1 and 14 2 , 14 1 and 14 3 and 14 2 and 14 3 each having an electrical capacitor to be able to form. An actuator, which is coupled to the electrode arrangement, is designed to change an electrode spacing between at least two of the electrode structures parallel to the substrate plane. In the MEMS device 90 this is possible for all electrode pairs, for example by a displacement of the electrode structures 14 1 and 14 3 towards each other affecting the distance between them and a movement of the electrode structures 14 1 and 14 2 and/or the electrode structures 14 2 and 14 2 , relative to each other meet this criterion to change an electric capacitance value of the electric capacitor. The two actuators are designed to generate the in-plane movement, it also being possible for only one of the actuators to be provided with an electrode arranged on it.

In der gezeigten Ausführungsform sind zwei der drei Elektrodenstrukturen 141 und 143 in einer gemeinsamen Ebene parallel zu der Substratebene angeordnet und eine dritte Elektrodenstruktur 142 der drei Elektrodenstrukturen senkrecht zu der Substratebene versetzt hierzu angeordnet ist. Die Wirkung dieses Ausführungsbeispiels kann auch erhalten werden, indem bspw. lediglich das Elektrodenstrukturpaar 141 und 142 oder 142 und 143 angeordnet wäre, was einem Versatz einer der Elektrodenstrukturen des MEMS-Bauelements 10 entlang der z-Richtung entsprechen kann.In the embodiment shown, two of the three electrode structures 14 1 and 14 3 are arranged in a common plane parallel to the substrate plane and a third electrode structure 14 2 of the three electrode structures is arranged offset perpendicular to the substrate plane. The effect of this exemplary embodiment can also be obtained by arranging, for example, only the electrode structure pair 14 1 and 14 2 or 14 2 and 14 3 , which can correspond to an offset of one of the electrode structures of the MEMS component 10 along the z-direction.

In anderen Worten zeigt 9 einen Varaktor 90 mit einer RF-Linie 142, die oberhalb der Aktuierungsebene angeordnet ist. Hierbei vergrößert sich der Spalt 16 gegenüber den bisher gezeigten Lösungen, etwa im MEMS-Bauelement 20, so dass die Elektroden 141 und 143 einen größeren Hub ausführen können.In other words shows 9 a varactor 90 with an RF line 14 2 placed above the actuation plane. In this case, the gap 16 is larger than in the previously shown solutions, for example in the MEMS component 20, so that the electrodes 14 1 and 14 3 can perform a larger stroke.

10 zeigt eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS-Bauelements 60 in der B-B-Ebene. 10 FIG. 12 shows a schematic side sectional view of the MEMS device 60 in the BB plane.

Vorangehend beschriebene Ausführungsbeispiele beziehen sich auf MEMS-Bauelemente mit einem oder mehreren Aktuatoren, die jeweils zumindest zwei an diskreten Bereichen miteinander verbundene Balken umfassen. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht darauf beschränkt. Insbesondere im Falle von zumindest zwei Aktuatoren, die gegenüberliegend zu einer Signalleitung angeordnet sind, können auch andere Aktuatoren eingesetzt werden, beispielsweise piezoelektrische Biegeaktoren und/oder Stapelaktuatoren, andere Formen elektrostatischer oder thermomechanischer Aktuatoren oder auch andere Funktionsprinzipien, wie beispielsweise Spulenantriebe oder dergleichen. Ein derartiges MEMS-Bauelement umfasst, beispielsweise Bezug nehmend auf die 2a und 2b eine an einer Substratebene angeordnetes Substrat 12 und eine Elektrodenanordnung mit einer ersten Elektrodenstruktur und einer zweiten Elektrodenstruktur, etwa die Elektrodenstrukturen 141 und 142, die parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um einen ersten elektrischen Kondensator 321 mit einem ersten Kapazitätswert C1 zu bilden. Ferner ist zumindest eine dritte Elektrodenstruktur 143 vorgesehen, die parallel zu der Substratebene gegenüberliegend zu der zweiten Elektrodenstruktur angeordnet ist. Mit der zweiten Elektrodenstruktur 142 oder mit einer vierten Elektrodenstruktur 144, siehe hierzu beispielsweise 6, wird ein zweiter elektrischer Kondensator 322 mit einem zweiten Kapazitätswert C2 gebildet. Eine Aktuatoreinrichtung, die mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist, ist ausgebildet, um den ersten Kapazitätswert und den zweiten Kapazitätswert unabhängig voneinander einzustellen und/oder gleichzeitig zu erhöhen oder zu reduzieren. Die Aktuatoreinrichtung kann die hierin beschriebenen Balken basierten Aktuatoren oder die gerade erläuterten anderen Aktuatoren aufweisen.Exemplary embodiments described above relate to MEMS components with one or more actuators, each of which comprises at least two beams connected to one another at discrete areas. However, embodiments of the present invention are not limited thereto. Particularly in the case of at least two actuators that are arranged opposite a signal line, other actuators can also be used, for example piezoelectric bending actuators and/or stack actuators, other forms of electrostatic or thermomechanical actuators or other functional principles, such as coil drives or the like. Such a MEMS device includes, for example, referring to the 2a and 2 B a substrate 12 arranged on a substrate plane and an electrode arrangement with a first electrode structure and a second electrode structure, such as the electrode structures 14 1 and 14 2 , which are arranged opposite one another parallel to the substrate plane, around a first electrical capacitor 32 1 with a first capacitance value C to form 1 . Furthermore, at least one third electrode structure 14 3 is provided, which is arranged parallel to the substrate plane opposite the second electrode structure. With the second electrode structure 14 2 or with a fourth electrode structure 14 4 , see for example 6 , a second electrical capacitor 32 2 having a second capacitance value C 2 is formed. An actuator device, which is coupled to the electrode arrangement, is designed to set and/or simultaneously increase or reduce the first capacitance value and the second capacitance value independently of one another. The actuator device may include the beam-based actuators described herein or the other actuators just discussed.

Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Verfahren zum Ansteuern derartiger MEMS-Bauelemente. Während einige Verfahren zum Ändern eines elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements ein Ansteuern zumindest eines Balkens eines Aktuators mit zumindest zwei parallel zu einer Substratebene des MEMS-Bauelements beabstandeten und an diskreten Bereichen mechanisch miteinander verbundenen Balken, die ein gemeinsames bewegliches Element bilden, um das bewegliche Element in-plane bezogen auf die Substratebene zu bewegen, umfassen, und dergestalt ausgeführt werden, dass ein Elektrodenabstand zwischen einer ersten Elektrodenstruktur einer Elektrodenanordnung und einer parallel zu der Substratebene angeordneten zweiten Elektrodenstruktur der Elektrodenanordnung parallel zu der Substratebene verändert wird, indem der Aktuator durch eine Verformung zumindest eines Balkens parallel zu der Substratebene eine Kraft auf die Elektrodenanordnung ausübt, können andere Verfahren zum Ändern eines ersten elektrischen Kapazitätswerts und eines zweiten elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements, etwa unabhängig von der konkreten Implementierung des Aktuators, den Schritt aufweisen: Ansteuern einer Aktuatoreinrichtung, um einen ersten Abstand zwischen einer ersten Elektrodenstruktur und einer zweiten Elektrodenstruktur, die parallel zu einer Substratebene gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und die einen ersten elektrischen Kondensator mit einem ersten elektrischen Kapazitätswert bilden, zu ändern. Ferner wird dadurch erreicht, dass ein zweiter Abstand zwischen zumindest einer dritten Elektrodenstruktur und einer Mitte der dritten Elektrodenstruktur, der einen zweiten elektrischen bildenden Elektrodenstruktur, etwa der zweiten Elektrodenstruktur 142 oder einer Elektrodenstruktur 144, und mit welcher die dritte Elektrodenstruktur einen zweiten elektrischen Kondensator mit dem zweiten Kapazitätswert bildet, zu reduzieren oder zu erhöhen.Further exemplary embodiments relate to methods for driving such MEMS devices. While some methods for changing an electrical capacitance value of a MEMS component involve driving at least one beam of an actuator with at least two beams that are spaced apart parallel to a substrate plane of the MEMS component and are mechanically connected to one another in discrete areas, which form a common movable element in order to move the movable Element to move in-plane relative to the substrate plane, include, and be carried out in such a way that an electrode spacing between a first electrode structure of an electrode arrangement and one parallel to the substrate plane arranged second electrode structure of the electrode arrangement is changed parallel to the substrate plane, in that the actuator exerts a force on the electrode arrangement by deforming at least one bar parallel to the substrate plane, other methods for changing a first electrical capacitance value and a second electrical capacitance value of a MEMS Component, for example independently of the specific implementation of the actuator, have the step of: controlling an actuator device in order to create a first distance between a first electrode structure and a second electrode structure, which are arranged opposite one another parallel to a substrate plane and which have a first electrical capacitor with a first form electrical capacitance value to change. Furthermore, it is achieved that a second distance between at least a third electrode structure and a center of the third electrode structure, the electrode structure forming a second electrical one, for example the second electrode structure 14 2 or an electrode structure 14 4 , and with which the third electrode structure forms a second electrical capacitor forms with the second capacitance value to reduce or increase.

Ausführungsbeispiele beruhen auf dem Lösungsgedanken der Verstellung der geerdeten Varaktorelektrode, beispielsweise in einem Ausführungsbeispiel durch elektrostatisch laterale LNED-Aktorik. Das löst das oben beschriebene Problem von Pull-In für MEMS-Varaktor, weil die Bewegung bzw. Pull-In der GND-Platte entkoppelt von der Pull-In der Aktorik ist. Das ermöglicht die Ausnutzung fast des gesamten Anfangselektrodenabstandes, was die TR Faktoren von >30...50 ermöglicht. Das Problem des Verklebens existiert hier auch nicht, weil die Aktoren eine Art zusätzlichen Rückstellfeder darstellen. Durch eine spezielle Form der elektrischen Spannung kann zudem eine Linearität der Durchstimmbarkeit erreicht werden. Ein weiterer Vorteil der Verwendung der LNED-Aktorik ist, dass die Chiptiefe und nicht der Chip-Footprint für die Vergrößerung der Elektrodenfläche und somit der Anfangskapazität C0 benutzt werden kann. Das führt zum Kostenersparnis und ermöglicht die Miniaturisierung der MEMS-Varaktoren mit größeren Anfangskapazitäten.Exemplary embodiments are based on the solution idea of adjusting the grounded varactor electrode, for example in one exemplary embodiment by means of electrostatic lateral LNED actuators. This solves the pull-in problem for MEMS varactors described above, because the movement or pull-in of the GND plate is decoupled from the pull-in of the actuator. This enables almost the entire initial electrode spacing to be used, which enables TR factors of >30...50. The problem of sticking does not exist here either, because the actuators represent a kind of additional return spring. A linearity of the tunability can also be achieved through a special form of the electrical voltage. Another advantage of using the LNED actuator is that the chip depth and not the chip footprint can be used to increase the electrode area and thus the initial capacitance C 0 . This leads to cost savings and enables miniaturization of the MEMS varactors with larger initial capacitances.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mikromechanische Bauelemente. Diese werden beispielsweise dazu benötigt, elektrische Signale in mechanische Wirkung zu übersetzen. Exemplary embodiments relate to micromechanical components. These are required, for example, to translate electrical signals into mechanical effects.

Im Falle der vorliegenden verformbaren Elemente resultiert eine Verformung des Elements aus einem elektrischen Eingangssignal. In diesem Falle ist das verformbare Element ein Aktuator 18.In the case of the present deformable elements, deformation of the element results from an electrical input signal. In this case, the deformable element is an actuator 18.

Ein verformbares Element besteht aus zumindest zwei voneinander beabstandeten, balkenförmigen Elektroden, die voneinander durch eine elektrisch isolierende Schicht 26, die unterbrochen sein kann, getrennt sind. Beide Elektroden sind mit unterschiedlichen elektrischen Potentialen belegt, infolge dessen ein elektrisches Feld zwischen den Elektroden aufgespannt wird. Dadurch verformen sich die Elektroden zueinander. Durch die geometrischen Verhältnisse der Elektroden kann die Verformungsrichtung beeinflusst werden. Im vorliegenden Fall erfolgt eine laterale Verformung innerhalb der Substratebene (in plane).A deformable element consists of at least two spaced beam-shaped electrodes separated from each other by an electrically insulating layer 26, which may be discontinuous. Both electrodes have different electrical potentials, as a result of which an electrical field is created between the electrodes. As a result, the electrodes are deformed relative to one another. The direction of deformation can be influenced by the geometric conditions of the electrodes. In the present case, a lateral deformation takes place within the substrate plane (in plane).

Manche der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich auf Elektroden, die über mechanische Fixierungen miteinander verbunden sind und ausgebildet sind, um basierend auf einem elektrischen Potential eine Bewegung auszuführen. Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern können eine beliebige Art von Balkenstrukturen, d. h. Balken, aufweisen, die ausgebildet sind, um ansprechend auf eine Aktuierung eine über die mechanische Fixierung in eine Bewegung umgewandelte Kraft bereitzustellen (Aktuator), etwa unter Verwendung piezoelektrischer Werkstoffe, oder anderer aktuierbarer Stoffe. Die Balken können bspw. elektrostatische, piezoelektrische, magnetostriktive und/oder thermomechanische Elektroden sein, die basierend auf einem angelegten Potential eine Verformung bereitstellen.Some of the exemplary embodiments described herein relate to electrodes that are connected to one another via mechanical fixations and are configured to perform a movement based on an electrical potential. However, embodiments are not limited to this, but can be any type of beam structure, i. H. Beams that are designed to respond to an actuation by providing a force converted into a movement via the mechanical fixation (actuator), for example using piezoelectric materials or other actuatable substances. For example, the beams may be electrostatic, piezoelectric, magnetostrictive, and/or thermomechanical electrodes that provide deformation based on an applied potential.

Die nachfolgend vorgestellten MEMS-Bauelemente sind Schichtstapel, die zumindest aus einer Substratschicht bestehen in der die Elektroden und die passiven Elemente angeordnet sind. Weitere Schichten betreffen einen Boden, der auch als Handlewafer bezeichnet wird und einen Deckel, der auch als Deckelwafer bezeichnet wird. Sowohl Deckel- als auch Handlewafer sind über stoffschlüssige Verfahren, vorzugsweise Bonden, mit der Substratebene verbunden, wodurch abgedichtete Zwischenräume im Bauelement entstehen. In diesem Zwischenraum, der der Deviceebene entspricht verformen sich die verformbaren Bauelemente, in anderen Worten erfolgt die Verformung in plane.The MEMS components presented below are layer stacks that consist of at least one substrate layer in which the electrodes and the passive elements are arranged. Further layers relate to a base, which is also referred to as a handle wafer, and a cover, which is also referred to as a cover wafer. Both the cover wafer and the handle wafer are connected to the substrate level using material-to-material methods, preferably bonding, which creates sealed gaps in the component. In this intermediate space, which corresponds to the device plane, the deformable components deform, in other words the deformation takes place in plane.

Die Schichten können beispielsweise elektrisch leitfähige Materialien aufweisen, beispielsweise dotierte Halbleitermaterialien und/oder Metallmaterialien. Die schichtweise Anordnung elektrisch leitfähiger Schichten ermöglicht eine einfache Ausgestaltung, da durch selektives Herauslösen aus der Schicht Elektroden (für auslenkbare Elemente) und passive Elemente gebildet werden können. Sofern elektrisch nicht leitfähige Werkstoffe angeordnet sein müssen, erfolgt der schichtweise Auftrag dieser Werkstoffe durch Abscheidungsverfahren.The layers can have, for example, electrically conductive materials, for example doped semiconductor materials and/or metal materials. The layered arrangement of electrically conductive layers enables a simple design, since electrodes (for deflectable elements) and passive elements can be formed by selectively removing them from the layer. If electrically non-conductive materials have to be arranged, these materials are applied in layers using deposition processes.

Hierin beschriebene Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele können ohne weiteres miteinander kombiniert werden. Weitere Vorteile, die sich durch die hierin beschriebenen Merkmale und Ausführungsbeispiele ergeben, liegen darin, dass durch die Abstände 16 ein großer Hub der Elektroden möglich ist. Gleichermaßen zeigen die Ausführungsbeispiele, dass ein RF-HF-Signal in der RF-Linie vollständig von den Ansteuersignalen der Aktuatoren abgetrennt werden kann. Dadurch können die maximale Leistung und die maximale Frequenz innerhalb der RF-Linie der vorgestellten Varaktoren signifikant angehoben werden. Das Risiko der Selbstanregung aufgrund der Gleichstromkomponente des zugeführten HF-Signals, was in einem Pull-In enden kann, können durch die Verwendung von Elektrodenkonfigurationen mit hoher Steifigkeit, zum Beispiel beidseitig eingespannter Konfiguration der Balken der Aktuatoren oder schwebenden Elektroden, siehe 6, weiterreduziert werden.Features of individual exemplary embodiments described herein can be combined with one another without further ado. Further advantages resulting from the features and exemplary embodiments described herein are that the distances 16 allow a large stroke of the electrodes. Likewise, the exemplary embodiments show that an RF-HF signal in the RF line can be completely separated from the drive signals of the actuators. As a result, the maximum power and the maximum frequency within the RF line of the varactors presented can be significantly increased. The risk of self-excitation due to the DC component of the applied RF signal, which can result in a pull-in, can be reduced by using electrode configurations with high rigidity, for example double-clamped configuration of the beams of the actuators or floating electrodes, see 6 , to be further reduced.

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf:

  • • Ein MEMS Bauelement mit mindestens einem auslenkbaren Element und mindestens einer feststehenden Elektrode, zwischen denen ein elektrisches Feld aufgespannt ist
    • ◯ durch die Relativbewegung zwischen auslenkbaren Element erfolgt eine Änderung der Kapazität des MEMS Bauelement
    • ◯ Die Änderung der Kapazität erfolgt beispielsweise linear mit der Änderung des Eingangssignals (Zukunft)
    • ◯ Aktuell: hyperbolischer Verlauf der Spannungs- Kapazitätsänderung
  • • Eine Bewegungsrichtung in plane
  • • Eine Bewegungsart quasistatisch oder von 0-100% der Resonanzfrequenz der Aktoren, bevorzugt 0-50% und besonders bevorzugt 0-20%. 0% stellt dabei eine statische Auslenkung dar. Der Bereich 0-20% kann als quasistatisch angesehen werden.
  • • Das MEMS Bauelement ist ein Varaktor
  • • Das auslenkbare Element basiert auf einem elektrostatischen, piezo-, thermomechanischen Auslenkungsprinzip
  • • Eine Änderung der Kapazität kann in einem Verhältnis von 1-100, bevorzugt 15-50, bes. bevorzugt 20-30 eingestellt werden
  • • In einigen Ausführungsbeispielen kann die Änderung der Kapazität in einem Verhältnis von bis zu 1000 einstellbar sein
  • • RF Line ist mit dem Handle-Wafer elektrisch isoliert durch eine Isolationsschicht verbunden. Die Isolationsschicht kann unterbrochen sein. Das bedeutet, dass die RF-Line nur partiell mit dem Handle-Wafer verbunden ist
  • • Eine Verwendung der Vorrichtung als Varaktor oder als HF- kapazitativ Schalter
Examples refer to:
  • • A MEMS component with at least one deflectable element and at least one stationary electrode between which an electrical field is spanned
    • ◯ due to the relative movement between the deflectable element, there is a change in the capacitance of the MEMS component
    • ◯ For example, the change in capacitance occurs linearly with the change in the input signal (future)
    • ◯ Current: hyperbolic course of the voltage-capacitance change
  • • A direction of movement in plane
  • • A type of movement quasi-static or from 0-100% of the resonant frequency of the actuators, preferably 0-50% and particularly preferably 0-20%. 0% represents a static deflection. The range 0-20% can be viewed as quasi-static.
  • • The MEMS component is a varactor
  • • The deflectable element is based on an electrostatic, piezo, thermomechanical deflection principle
  • • A change in capacity can be adjusted in a ratio of 1-100, preferably 15-50, particularly preferably 20-30
  • • In some embodiments, the change in capacitance can be adjustable in a ratio of up to 1000
  • • The RF line is connected to the handle wafer with an electrically insulated connection using an insulation layer. The insulation layer can be broken. This means that the RF line is only partially connected to the handle wafer
  • • A use of the device as a varactor or as an RF capacitive switch

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.Although some aspects have been described in the context of a device, it is understood that these aspects also represent a description of the corresponding method, so that a block or a component of a device is also to be understood as a corresponding method step or as a feature of a method step. Similarly, aspects described in connection with or as a method step also constitute a description of a corresponding block or detail or feature of a corresponding device.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.The embodiments described above are merely illustrative of the principles of the present invention. It is understood that modifications and variations to the arrangements and details described herein will occur to those skilled in the art. Therefore, it is intended that the invention be limited only by the scope of the following claims and not by the specific details presented in the description and explanation of the embodiments herein.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2018/193109 A1 [0021]WO 2018/193109 A1 [0021]

Claims (23)

MEMS-Bauelement mit: einem in einer Substratebene (x/y) angeordneten Substrat (12); einer Elektrodenanordnung (14) mit einer ersten Elektrodenstruktur (141) und einer zweiten Elektrodenstruktur (142), die parallel zu der Substratebene (x/y) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um einen elektrischen Kondensator (32) zu bilden; einem Aktuator (18), der mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Elektrodenabstand (16) zwischen der ersten Elektrodenstruktur (141) und der zweiten Elektrodenstruktur (142) parallel zu der Substratebene (x/y) zu verändern, um einen elektrischen Kapazitätswert des elektrischen Kondensators (32) zu verändern; wobei der Aktuator (18) zumindest zwei parallel zu der Substratebene (x/y) beabstandete und an diskreten Bereichen mechanisch mit einander verbundene Balken (24) aufweist, die ein gemeinsames bewegliches Element bilden, das ausgebildet ist, um sich in-plane bezogen auf die Substratebene (x/y) zu bewegen, um den Elektrodenabstand (16) zu verändern.MEMS component with: a substrate (12) arranged in a substrate plane (x/y); an electrode arrangement (14) having a first electrode structure (14 1 ) and a second electrode structure (14 2 ) which are arranged parallel to the substrate plane (x/y) opposite one another to form an electrical capacitor (32); an actuator (18) which is coupled to the electrode arrangement and is designed to change an electrode spacing (16) between the first electrode structure (14 1 ) and the second electrode structure (14 2 ) parallel to the substrate plane (x/y), to change an electrical capacitance value of the electrical capacitor (32); wherein the actuator (18) has at least two beams (24) spaced parallel to the substrate plane (x/y) and mechanically connected to one another at discrete areas, which form a common movable element which is designed to move in-plane with respect to to move the substrate plane (x/y) to change the electrode spacing (16). MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 1, das als MEMS-Varaktor oder als kapazitiver Hochfrequenzschalter gebildet ist.MEMS device according to claim 1 , which is formed as a MEMS varactor or as a capacitive high-frequency switch. MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, bei dem die zweite Elektrodenstruktur (142) zumindest einen Teil einer Signalleitung zum Leiten eines Signals von einem Signalleitungseingang (34) zu einem Signalleitungsausgang (36) bildet; wobei der elektrische Kondensator (32) ausgebildet ist, um mittels der elektrischen Kapazität auf eine Signalleitungseigenschaft der Signalleitung einzuwirken; wobei der Aktuator (18) mit der ersten Elektrodenstruktur (141) gekoppelt ist, um die erste Elektrodenstruktur (141) bezogen auf die zweite Elektrodenstruktur (142) parallel zur Substratebene (x/y) zu bewegen.MEMS device according to claim 1 or 2 wherein the second electrode structure (14 2 ) forms at least part of a signal line for conducting a signal from a signal line input (34) to a signal line output (36); wherein the electrical capacitor (32) is designed to act on a signal line property of the signal line by means of the electrical capacitance; wherein the actuator (18) is coupled to the first electrode structure (14 1 ) in order to move the first electrode structure (14 1 ) relative to the second electrode structure (14 2 ) parallel to the substrate plane (x/y). MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 1 oder 2, mit einer Signalleitung zum Leiten eines Signals von einem Signalleitungseingang (34) zu einem Signalleitungsausgang (36), wobei der elektrische Kondensator (32) ausgebildet ist, um mittels der elektrischen Kapazität auf eine Signalleitungseigenschaft der Signalleitung einzuwirken; wobei die erste Elektrodenstruktur (141) elektrisch isoliert von der Signalleitung und mit der Signalleitung mechanisch fest verbunden ist.MEMS device according to claim 1 or 2 , having a signal line for conducting a signal from a signal line input (34) to a signal line output (36), the electrical capacitor (32) being designed to act on a signal line property of the signal line by means of the electrical capacitance; wherein the first electrode structure (14 1 ) is electrically isolated from the signal line and mechanically firmly connected to the signal line. MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 4, die erste Elektrodenstruktur (141) und/oder die zweite Elektrodenstruktur (142) mit einem schwebenden Potential gegenüber der Signalleitung gekoppelt sind.MEMS device according to claim 4 , the first electrode structure (14 1 ) and/or the second electrode structure (14 2 ) are coupled to a floating potential with respect to the signal line. MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 5, mit einem Dielektrikum (38) das mit der ersten oder zweiten Elektrodenstruktur (142) verbunden ist, und mit einer Ansteuereinrichtung (37) zum Steuern zumindest eines Teils des MEMS, die ausgebildet ist, vor einer Veränderung des Elektrodenabstands (16) das Dielektrikum (38) zu entladen oder auf ein vorbestimmtes Potential mit Ladungsträgern zu laden.MEMS device according to claim 5 , having a dielectric (38) which is connected to the first or second electrode structure (14 2 ), and having a driving device (37) for controlling at least a part of the MEMS, which is formed prior to a change in the electrode spacing (16) the dielectric (38) to discharge or charge to a predetermined potential with charge carriers. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Aktuator ein erster Aktuator (181) ist und der elektrische Kondensator ein erster elektrischer Kondensator (321) mit einem elektrischen Kapazitätswert (C1) ist; wobei das MEMS-Bauelement zumindest eine dritte Elektrodenstruktur (143) umfasst, die parallel zu der Substratebene (x/y) gegenüberliegend zu der zweiten Elektrodenstruktur (142) angeordnet ist und mit dieser oder einer vierten Elektrodenstruktur (144) einen zweiten elektrischen Kondensator (322) bildet; wobei das MEMS-Bauelement einen zweiten Aktuator (182) umfasst, der mit der dritten Elektrodenstruktur (183) gekoppelt ist und ausgebildet ist, um einen Elektrodenabstand (162) des zweiten elektrischen Kondensators (322) parallel zu der Substratebene (x/y) zu verändern, um einen elektrischen Kapazitätswert (C2) des zweiten elektrischen Kondensators (322) zu verändern.MEMS device according to one of the preceding claims, in which the actuator is a first actuator (18 1 ) and the electrical capacitor is a first electrical capacitor (32 1 ) with an electrical capacitance value (C 1 ); wherein the MEMS component comprises at least a third electrode structure (14 3 ) which is arranged parallel to the substrate plane (x/y) opposite the second electrode structure (14 2 ) and with this or a fourth electrode structure (14 4 ) a second electrical capacitor (32 2 ); wherein the MEMS device comprises a second actuator (18 2 ), which is coupled to the third electrode structure (18 3 ) and is configured to have an electrode spacing (16 2 ) of the second electrical capacitor (32 2 ) parallel to the substrate plane (x /y) in order to change an electric capacitance value (C 2 ) of the second electric capacitor (32 2 ). MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 7, bei dem das MEMS-Bauelement ausgebildet ist, um den ersten Aktuator (181) und den zweiten Aktuator (182) anzusteuern, um innerhalb eines Toleranzbereichs einen übereinstimmenden Kapazitätswert und/oder einen übereinstimmenden Elektrodenabstand (16) in dem ersten elektrischen Kondensator (321) und dem zweiten elektrischen Kondensator (322) zu erhalten.MEMS device according to claim 7 , in which the MEMS component is designed to drive the first actuator (18 1 ) and the second actuator (18 2 ) in order to achieve a matching capacitance value and/or a matching electrode spacing (16) in the first electrical capacitor ( 32 1 ) and the second electrical capacitor (32 2 ) to obtain. MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 7, bei dem das MEMS-Bauelement ausgebildet ist, um den ersten Aktuator (181) und den zweiten Aktuator (182) anzusteuern, um einen voneinander abweichenden Kapazitätswert und/oder einen voneinander abweichenden Elektrodenabstand (16) in dem ersten elektrischen Kondensator (321) und dem zweiten elektrischen Kondensator (322) zu erhalten.MEMS device according to claim 7 , in which the MEMS component is designed to control the first actuator (18 1 ) and the second actuator (18 2 ) in order to achieve a different capacitance value and/or a different electrode spacing (16) in the first electrical capacitor (32 1 ) and the second electrical capacitor (32 2 ). MEMS-Bauelement gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem zwei der drei Elektrodenstrukturen in einer gemeinsamen Ebene parallel zu der Substratebene angeordnet sind und eine dritte Elektrodenstruktur der drei Elektrodenstrukturen senkrecht zu der Substratebene versetzt hierzu angeordnet ist.MEMS device according to one of Claims 7 until 9 , in which two of the three electrode structures are arranged in a common plane parallel to the substrate plane and a third electrode structure of the three electrode structures is arranged offset perpendicularly to the substrate plane. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das ausgebildet ist, um den elektrischen Kapazitätswert zwischen einem minimalen Kapazitätswert und einem maximalen Kapazitätswert einzustellen, wobei der Aktuator (18) ausgebildet ist, um einen Aktuatorhub bereitzustellen, der ein Verhältnis zwischen dem minimalen Kapazitätswert und dem maximalen Kapazitätswert von zumindest 15 bewirkt.MEMS component according to one of the preceding claims, which is designed to have the electrical capacitance value between a mini mal capacitance value and a maximum capacitance value, wherein the actuator (18) is designed to provide an actuator stroke which causes a ratio between the minimum capacitance value and the maximum capacitance value of at least 15. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer strukturierten oder unstrukturierten Isolationsschicht (38), die zwischen der ersten Elektrodenstruktur (141) und der zweiten Elektrodenstruktur (142) angeordnet ist.MEMS component according to one of the preceding claims, having a structured or unstructured insulation layer (38) which is arranged between the first electrode structure (14 1 ) and the second electrode structure (14 2 ). MEMS-Bauelement gemäß Anspruch 12, mit einer Ansteuereinrichtung (37), die ausgebildet ist, um bei einem mechanischen Kontakt zwischen der ersten Elektrodenstruktur (141) und der Isolationsschicht einerseits und der Isolationsschicht und der zweiten Elektrodenstruktur (142) andererseits ein Potential an zumindest eine der ersten Elektrodenstruktur (141) und der zweiten Elektrodenstruktur (142) anzulegen, um Ladungsträger abzutransportieren und einem Anhaften entgegenzuwirken.MEMS device according to claim 12 , with a control device ( 37 ) which is designed to apply a potential to at least one of the first electrode structure ( 14 1 ) and the second electrode structure (14 2 ) to apply in order to transport away charge carriers and counteract adhesion. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Elektrodenstruktur (141) und die zweite Elektrodenstruktur (142) zumindest bereichsweise eine auf einander angepasste Oberflächentopographie aufweisen, und gegenüber einer planaren Ausgestaltung der Elektroden eine Oberflächenvergrößerung des elektrischen Kondensators (32) aufweisen.MEMS component according to one of the preceding claims, in which the first electrode structure (14 1 ) and the second electrode structure (14 2 ) have a surface topography adapted to one another at least in regions, and compared to a planar configuration of the electrodes an increase in the surface area of the electrical capacitor (32) exhibit. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die erste Elektrodenstruktur (141) und die zweite Elektrodenstruktur (142) zumindest bereichsweise einen entlang eines veränderlichen Orts auf einer Elektrodenoberfläche veränderlichen Elektrodenabstand (16) zu einander aufweisen.MEMS component according to one of the preceding claims, in which the first electrode structure (14 1 ) and the second electrode structure (14 2 ) have an electrode spacing (16) from one another that is variable along a variable location on an electrode surface at least in regions. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die zweite Elektrodenstruktur (142) zumindest einen Teil einer Signalleitung bildet, die mit dem Substrat (12) durch eine Isolationsschicht mechanisch fest verbunden ist.MEMS component according to one of the preceding claims, in which the second electrode structure (14 2 ) forms at least part of a signal line which is mechanically firmly connected to the substrate (12) by an insulating layer. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine der Elektrodenanordnung zugewandte Elektrode des Aktuators (18) und eine dem Aktuator (18) zugewandte Elektrodenstruktur der Elektrodenanordnung elektrisch mit einander verbunden sind.MEMS component according to one of the preceding claims, in which an electrode of the actuator (18) facing the electrode arrangement and an electrode structure of the electrode arrangement facing the actuator (18) are electrically connected to one another. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Ansteuereinrichtung (37) zum Ansteuern des Aktuators (18), die ausgebildet ist, um ein Ansteuersignal (39) an den Aktuator (18) auszugeben, das eine Änderung des Elektrodenabstands (16) bewirkt; wobei der Aktuator (18) eingerichtet ist, um einen linearen Zusammenhang oder einen hyperbolischen Zusammenhang zwischen dem Ansteuersignal (39) und einer bewirkten Änderung des elektrischen Kapazitätswerts einzustellen.MEMS component according to one of the preceding claims, having a control device (37) for controlling the actuator (18), which is designed to output a control signal (39) to the actuator (18), which causes a change in the electrode spacing (16). ; wherein the actuator (18) is set up to set a linear relationship or a hyperbolic relationship between the control signal (39) and an effected change in the electrical capacitance value. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Ansteuereinrichtung (37) zum Ansteuern des Aktuators (18), die ausgebildet ist, um den Aktuator (18) quasistatisch anzusteuern.MEMS component according to one of the preceding claims, having a control device (37) for controlling the actuator (18), which is designed to control the actuator (18) quasi-statically. MEMS-Bauelement gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem der Aktuator (18) ausgebildet ist, um zumindest eines aus einer elektrostatischen, einer piezoelektrischen und einer thermomechanischen Auslenkung bereitzustellen.MEMS component according to one of the preceding claims, in which the actuator (18) is designed to provide at least one of electrostatic, piezoelectric and thermomechanical displacement. MEMS-Bauelement mit: einem in einer Substratebene (x/y) angeordneten Substrat (12); einer Elektrodenanordnung mit einer ersten Elektrodenstruktur (141) und einer zweiten Elektrodenstruktur (142), die parallel zu der Substratebene (x/y) gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, um einen ersten elektrischen Kondensator(321) mit einem ersten Kapazitätswert zu bilden; und mit zumindest einer dritten Elektrodenstruktur, die parallel zu der Substratebene (x/y) gegenüberliegend zu der ersten Elektrodenstruktur (141) angeordnet ist und mit dieser oder einer vierten Elektrodenstruktur einen zweiten elektrischen Kondensator (322) mit einem zweiten Kapazitätswert bildet; einer Aktuatoreinrichtung die mit der Elektrodenanordnung gekoppelt ist und ausgebildet ist, um den ersten Kapazitätswert und den zweiten Kapazitätswert unabhängig voneinander einzustellen; und/oder gleichzeitig zu erhöhen oder zu reduzieren.MEMS component with: a substrate (12) arranged in a substrate plane (x/y); an electrode arrangement with a first electrode structure (14 1 ) and a second electrode structure (14 2 ) arranged parallel to the substrate plane (x/y) opposite to each other to form a first electrical capacitor (32 1 ) with a first capacitance value; and with at least one third electrode structure, which is arranged parallel to the substrate plane (x/y) opposite the first electrode structure (14 1 ) and forms a second electrical capacitor (32 2 ) with a second capacitance value with this or a fourth electrode structure; an actuator device which is coupled to the electrode arrangement and is designed to set the first capacitance value and the second capacitance value independently of one another; and/or increase or decrease at the same time. Verfahren zum Ändern eines elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements mit folgenden Schritten: Ansteuern zumindest eines Balkens (24) eines Aktuators (18) mit zumindest zwei parallel zu einer Substratebene (x/y) des MEMS-Bauelements beabstandeten und an diskreten Bereichen mechanisch mit einander verbundenen Balken (24), die ein gemeinsames bewegliches Element bilden, um das bewegliche Element in-plane bezogen auf die Substratebene (x/y) zu bewegen; so dass ein Elektrodenabstand (16) zwischen einer ersten Elektrodenstruktur (141) einer Elektrodenanordnung und einer parallel zu der der Substratebene (x/y) angeordneten zweiten Elektrodenstruktur (142) der Elektrodenanordnung parallel zu der Substratebene (x/y) verändert wird, indem der Aktuator (18) durch eine Verformung zumindest eines Balkens (24) parallel zu der Substratebene (x/y) eine Kraft auf die Elektrodenanordnung ausübt.Method for changing an electrical capacitance value of a MEMS component with the following steps: activating at least one bar (24) of an actuator (18) with at least two parallel to a substrate plane (x / y) of the MEMS component at a distance and mechanically connected to each other connected beams (24) forming a common movable element to move the movable element in-plane with respect to the substrate plane (x/y); so that an electrode spacing (16) between a first electrode structure (14 1 ) of an electrode arrangement and a second electrode structure (14 2 ) of the electrode arrangement arranged parallel to the substrate plane (x/y) is changed parallel to the substrate plane (x/y), in that the actuator (18) exerts a force on the electrode arrangement parallel to the substrate plane (x/y) by deforming at least one bar (24). Verfahren zum Ändern eines ersten elektrischen Kapazitätswerts und eines zweiten elektrischen Kapazitätswerts eines MEMS-Bauelements mit folgendem Schritt: Ansteuern einer Aktuatoreinrichtung, um einen ersten Abstand zwischen einer ersten Elektrodenstruktur (141) und einer zweiten Elektrodenstruktur (142), die parallel zu einer Substratebene (x/y) des MEMS-Bauelements gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, und einen ersten elektrischen Kondensator(321) mit einem ersten Kapazitätswert bilden, zu ändern; und um einen zweiten Abstand zwischen zumindest einer dritten Elektrodenstruktur und einer mit der dritten Elektrodenstruktur einen zweiten elektrischen Kondensator (322) bildenden Elektrodenstruktur, die parallel zu der Substratebene (x/y) gegenüberliegend zu der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, zu reduzieren oder zu erhöhen.A method for changing a first electrical capacitance value and a second electrical capacitance value of a MEMS component, comprising the following step: controlling an actuator device by a first distance between a first electrode structure (14 1 ) and a second electrode structure (14 2 ) parallel to a substrate plane (x/y) of the MEMS device are arranged opposite to each other and form a first electrical capacitor (32 1 ) having a first capacitance value; and to reduce or increase a second distance between at least a third electrode structure and an electrode structure which forms a second electrical capacitor (32 2 ) with the third electrode structure and is arranged parallel to the substrate plane (x/y) opposite the third electrode structure .
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