+

WO2006000731A1 - Microcommutateur a commande piezoelectrique - Google Patents

Microcommutateur a commande piezoelectrique Download PDF

Info

Publication number
WO2006000731A1
WO2006000731A1 PCT/FR2005/050439 FR2005050439W WO2006000731A1 WO 2006000731 A1 WO2006000731 A1 WO 2006000731A1 FR 2005050439 W FR2005050439 W FR 2005050439W WO 2006000731 A1 WO2006000731 A1 WO 2006000731A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
actuator
resonator
microswitch
piezoelectric
Prior art date
Application number
PCT/FR2005/050439
Other languages
English (en)
Inventor
Grégory Caruyer
Guillaume Bouche
Pascal Ancey
Original Assignee
Stmicroelectronics Sa
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Stmicroelectronics Sa filed Critical Stmicroelectronics Sa
Priority to US11/629,586 priority Critical patent/US7960900B2/en
Publication of WO2006000731A1 publication Critical patent/WO2006000731A1/fr

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/0015—Cantilevers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/15—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material
    • H03H9/17—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator
    • H03H9/171—Constructional features of resonators consisting of piezoelectric or electrostrictive material having a single resonator implemented with thin-film techniques, i.e. of the film bulk acoustic resonator [FBAR] type
    • H03H9/172—Means for mounting on a substrate, i.e. means constituting the material interface confining the waves to a volume
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • B81B2201/032—Bimorph and unimorph actuators, e.g. piezo and thermo
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/03—Static structures
    • B81B2203/0315—Cavities
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H57/00—Electrostrictive relays; Piezoelectric relays
    • H01H2057/006—Micromechanical piezoelectric relay
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H9/00—Networks comprising electromechanical or electro-acoustic elements; Electromechanical resonators
    • H03H9/24—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive
    • H03H9/2405—Constructional features of resonators of material which is not piezoelectric, electrostrictive, or magnetostrictive of microelectro-mechanical resonators
    • H03H2009/241—Bulk-mode MEMS resonators
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49105—Switch making

Definitions

  • the present invention relates to the field of electromechanical circuits or microsystems (MEMS). These circuits are in particular ⁇ used in applications radio frequency tele- mobile telephone.
  • DESCRIPTION OF THE PRIOR ART Application WO 01/13457 discloses a flush-mounted switch at one end comprising a piezoelectric actuation means consisting of a module placed on a portion of the movable beam. This module consists of several layers deposited parallel to the surface of the beam. The first layer is a conductive electrode, the second layer is a piezoelectric layer (PZT), the third layer is a second conductive electrode. When an electric voltage is applied between the first and second electrodes, the module expands in the direction of the length of the beam.
  • PZT piezoelectric layer
  • An object of the present invention is to provide a micromechanical switch with piezoelectric actuation of simple structure. Another object of the present invention is to provide such a micromechanical switch piezoelectric actuator simply assembled with an acoustic resonator into an integrated device. Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing the integrated device, using conventional technology for producing integrated circuits.
  • the present invention provides an electromechanical microswitch having a beam movable over a substrate and an actuator formed in a piezoelectric material capable of bending the beam, in which actuator forms a zone of the beam and a portion of The actuator is secured to the substrate by one of its faces.
  • at least one pair of electrodes is disposed on either side of the piezoelectric material.
  • at least a portion of said beam constitutes the piezo electric element ⁇ a bulk acoustic wave resonator.
  • at least one pair of electrodes is disposed on either side of said part of the beam.
  • said part of the beam is formed of the same piezoelectric material ⁇ as said actuator.
  • the material constituting the movable beam is part of the group comprising I 1 AlN, ZnO and a ceramic PZT (Pb x Zr v Ti z O-
  • the mobile beam is made of AlN.
  • the present invention also provides a method of manufacturing a device comprising a switch microméca ⁇ nique comprising a movable beam including a resonator acous ⁇ tick, comprising the steps of: a) depositing a conductive contact in a recess in a substrate ; b) recess filling with a sacrificial material; c) forming metal electrodes on the sacrificial material ⁇ ficial; d) depositing a piezoelectric material for forming the movable beam; e) deposition of metal electrodes on the beam; and f) patterning the piezoelectric material and removing said sacrificial material.
  • FIGS. and IB represent an embodiment of a device according to the invention, in first and second switching positions;
  • FIG. 2 represents another embodiment of a device according to the invention;
  • 3A to 3F illustrate exemplary successive stages of manufacture of a device according to the inven ⁇ .
  • FIGS. and IB represent an embodiment of a device according to the invention, in first and second switching positions;
  • FIG. 2 represents another embodiment of a device according to the invention;
  • 3A to 3F illustrate exemplary successive stages of manufacture of a device according to the inven ⁇ .
  • FIGS. and IB represent an embodiment of a device according to the invention, in first and second switching positions;
  • FIG. 2 represents another embodiment of a device according to the invention;
  • 3A to 3F illustrate exemplary successive stages of manufacture of a device according to the inven ⁇ .
  • FIG. 1A and 1B show in part and in simplified form an embodiment of a device according to the invention incorporating a micromechanical switch and a volume acoustic wave resonator.
  • the switch is represented in the open state.
  • FIG. 1B the switch is shown in the closed state.
  • the device comprises an insulating substrate 1, for example glass, alumina (Al2O3) or aluminum nitride (AlN).
  • the substrate may also be a conductive or semiconductor material coated with an insulating layer where isolation is required.
  • a movable beam 2 rests on the substrate 1 and extends over a recess 3. At the bottom of the recess 3 is a conductive contact 4. On the lower face of the movable beam 2 is a conductive contact 12.
  • the assembly of the movable beam 2 and contacts 4 and 12 constitutes an electromechanical microswitch.
  • the present invention provides that the beam is actuated by a piezoelectric type actuator.
  • This actuator forms, locally, the body of this beam.
  • the reference 14 designates a piezoelectric zone disposed between electrodes 15 and 16. Part of the lower face of this piezoelectric zone is secured to the substrate 1 via the electrode 15.
  • the piezoelectric material 14 it will also deform transversely to absorb a portion of the stresses generated in its integral part of the substrate.
  • the present invention further provides for integrating in such a switch a volume acoustic wave resonator.
  • the beam 2 or at least a part 10 of this beam is made of a material suitable for constituting, once placed between two electrodes, the body of a volume acoustic wave resonator.
  • the portion 10 is disposed between upper and lower electrodes 11.
  • the material 10 is a piezoelectric material.
  • piézoélec- stick material includes any material suitable to form the body of a resonator bulk acoustic wave, e.g. material having a piezoelectric and electrostrictive character.
  • a resonator wave acous ⁇ volume ticks capable of operating at frequencies of the order of gigahertz, provision may be of dimensions in view of the order of hundreds of micrometers and a thickness of the order of a few micrometers, which is quite ⁇ compa tible with the usual dimensions of a beam microcommuta ⁇ electromechanical tor, such switches having a common order of beam length of a few hundred micro meters and a ⁇ thickness of the order of a few micrometers.
  • the area 10 forming the RESONA ⁇ tor is disposed between electrodes 11 and 12, the electrode 12 being common with the region of contact of the microswitch disposed on the beam 2.
  • FIGS. 1A and 1B only the useful parts of the contact electrodes, the resonator and the deformation of the mobile beam are shown. These electrodes will be connected to the
  • a beam 21 rests at both ends on a substrate 1 and extends above a recess 3 of the substrate.
  • a contact pad 22 is disposed substantially in the middle of recess 3.
  • the beam comprises two resonator portions 23 and 24.
  • a lower electrode 25 extends under the first resonator portion.
  • the central portion of the electrode 25 constitutes the upper contact pad of the microswitch.
  • Upper electrodes 26 and 27 are disposed above each of the resonator regions. To deform the beam 21 and close the switch, there are two regions 31 and 32 of piezoelectric material framed with respective electrodes 33-34 and 35-36.
  • the structure of Figure 2 is capable of many variants, for example, the presence of two regions 31 and 32 of action on the switch is not strictly necessary, only one of these regions can be provided.
  • other modes of operation of the microswitch may be provided.
  • the two resonators can be characteristic ⁇ c identical or different. For charac ⁇ different ticks, can be for example foreseen that these micro ⁇ resonators have electrode shapes or different dimensions.
  • An electrical signal having a DC component and an AC component is applied to the pair of electrodes.
  • the deformation of the beam is provided by the DC component of the signal, the device can come into resonance under the effect of the AC component of the same signal.
  • the free length of the beam 2 above the recess 3 is about 300 microns.
  • the width of the beam is about 50 microns.
  • the actuator-resonator device forms the body of the beam over a length of 210 microns and rests solidly on the substrate 1 over a length of 10 microns. Thus, the greater part (200 ⁇ m) of this actuator-resonator device is situated above the recess 3.
  • FIGS. 3A to 3F illustrate an embodiment of the structure of FIGS. 1A and 1B. Many other embodiments can be imagined by those skilled in the art. The same elements, even in manufacturing steps inter ⁇ intermediaries will be designated by the references they carry in Figure 2.
  • a layer sacrificed ⁇ cial 41 for example resin, fills recess 3.
  • a layer of metal- lisation is formed and etched to form the electrodes 12 and 15. In the step illustrated in FIG.
  • the material intended to form the beam 2, the active part 10 of the resonator and the actuation zone 14 are grown.
  • This material is, for example, nitride. aluminum (AlN).
  • AlN aluminum
  • the metal electrodes 12 and 15 is suitably selected, for example tungsten or molybdenum, a crystal growth is obtained AlN, hence it follows that I 1 is a good AlN piezoelectric material above metallizations, in the hatched areas in FIG.
  • the deposit of AlN is for example made by a physical deposition by spraying an aluminum target in a nitrogen-containing reactive medium. Above the resin, the AlN layer may have poor piezoelectric properties, but in these regions such characteristics are not useful.
  • the lower layer for example gold, serving as a contact electrode
  • the top layer for example in Mo
  • the material constituting the movable beam will preferably be chosen from the group comprising I 1 AlN, ZnO and PZT ceramic (Pb x ZryTi z O t with 0.8 ⁇ x ⁇ l, 2, 0.8 ⁇ y ⁇ l, 2 0.8 ⁇ z ⁇ 1, 2; 2 ⁇ t ⁇ 4).
  • the sacrificial material (41) instead of resin, may be used any material louse ⁇ efore easily be removed by selective etching, for example a silicon-germanium alloy, or a silicon oxide.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Piezo-Electric Or Mechanical Vibrators, Or Delay Or Filter Circuits (AREA)

Abstract

L'invention concerne un dispositif comprenant un microcommutateur électromécanique comportant une poutre mobile (2). Au moins une partie (14) de la poutre constitue l'élément piézoélectrique d'un actionneur en matériau piézoélectrique.

Description

l'
MICROCOMMUTATEUR A COMMANDE PIEZOELECTRIQtJE
Domaine de invention La présente invention concerne le domaine des circuits ou microsystèmes électromécaniques (MEMS) . Ces circuits sont notam¬ ment utilisés dans des applications radio fréquence de télé- phonie mobile. Exposé de l'art antérieur La demande WO 01/13457 décrit un commutateur à poutre encastrée par une extrémité comportant un moyen d'actionnement piézoélectrique constitué d'un module posé sur une portion de la poutre mobile. Ce module est constitué de plusieurs couches déposées parallèlement à la surface de la poutre. La première couche est une électrode conductrice, la deuxième couche est une couche piézoélectrique (PZT) , la troisième couche est une seconde électrode conductrice. Lorsqu'une tension électrique est appliquée entre les première et deuxième électrodes, le module se dilate dans le sens de la longueur de la poutre. Il en résulte un effet bilame entre la poutre et le module piézo¬ électrique qui entraîne le flambage de la poutre. Cette structure est complexe à réaliser et nécessite de nombreuses étapes pour empiler les différentes couches. Par ailleurs, la demande de brevet EP 0963000 propose un commutateur micromécanique à actionnement électrostatique et l'l'
un résonateur assemblés dans un même dispositif. Ce mode d'actionnement est mal adapté à de nombreuses applications et l'utilisation d'un actionneur piézoélectrique du type ci-dessus dans un tel dispositif conduirait à une structure complexe. Résumé de invention Un objet de la présente invention est de prévoir un commutateur micromécanique à actionnement piézoélectrique de structure simple. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un tel commutateur micromécanique à actionnement piézoélectrique assemblable simplement avec un résonateur acoustique en un dispositif intégré. Un autre objet de la présente invention est de prévoir un mode de fabrication du dispositif intégré, en utilisant une technologie classique de réalisation de circuits intégrés. Pour atteindre ces objets, la présente invention prévoit un microcommutateur électromécanique comportant une poutre mobile au-dessus d'un substrat et un actionneur formé dans un matériau piézoélectrique apte à courber la poutre, dans lequel actionneur forme une zone de la poutre et une partie de 1' actionneur est solidaire du substrat par une de ses faces. Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une paire d'électrodes est disposée de part et d'autre du matériau piézoélectrique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une partie de ladite poutre constitue l'élément piézo¬ électrique d'un résonateur à ondes acoustiques de volume. Selon un mode de réalisation de la présente invention, au moins une paire d'électrodes est disposée de part et d'autre de ladite partie de la poutre. Selon un mode de réalisation de la présente invention, ladite partie de la poutre est formée du même matériau piézo¬ électrique que ledit actionneur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, une seule portion de matériau piézoélectrique, flanquée d'une l'
paire d'électrodes, cumule les fonctions d'actionneur et de résonateur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le matériau constituant la poutre mobile fait partie du groupe comprenant I1AlN, le ZnO et une céramique PZT (PbxZrvTizO-|- avec 0,8<x<l,2 ; 0,8<y<l,2 ; 0,8<z<l,2 ; 2<t<4) . Selon un mode de réalisation de la présente invention, la poutre mobile est en AlN. La présente invention prévoit aussi un procédé de fabrication d'un dispositif comprenant un commutateur microméca¬ nique comportant une poutre mobile incluant un résonateur acous¬ tique, comprenant les étapes suivantes : a) dépôt d'un contact conducteur dans un évidement situé dans un substrat ; b) remplissage de évidement par un matériau sacrificiel ; c) formation d'électrodes métalliques sur le matériau sacri¬ ficiel ; d) dépôt d'un matériau piézoélectrique destiné à former la poutre mobile ; e) dépôt d'électrodes métalliques sur la poutre ; et f) gravure selon un motif du matériau piézoélectrique et élimination dudit matériau sacrificiel. Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : les figures IA et IB représentent un mode de réalisa- tion d'un dispositif selon l'invention, dans des première et seconde positions de commutation ; la figure 2 représente un autre mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention ; et les figures 3A à 3F illustrent à titre d'exemple des étapes successives de fabrication d'un dispositif selon l'inven¬ tion. Description détaillée Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été dési¬ gnés par de mêmes références aux différentes figures. De plus, comme cela est habituel dans la représentation des circuits intégrés et des microcircuits électromécaniques, les diverses figures ne sont pas tracées à l'échelle. Les figures IA et IB représentent de façon partielle et simplifiée un exemple de réalisation d'un dispositif selon 1'invention intégrant un commutateur micromécanique et un résonateur à ondes acoustiques de volume. En figure IA, le commutateur est représenté à l'état ouvert. En figure IB, le commutateur est représenté à l'état fermé. Le dispositif comprend un substrat isolant 1, par exemple en verre, en alumine (AI2O3) ou en nitrure d'aluminium (AlN) . Le substrat peut également être en un matériau conducteur ou semiconducteur, revêtu d'une couche isolante là où un isole- ment est requis. Une poutre mobile 2 repose sur le substrat 1 et s'étend au-dessus d'un évidement 3. Au fond de l'évidement 3 se trouve un contact conducteur 4. Sur la face inférieure de la poutre mobile 2 se trouve un contact conducteur 12. L'ensemble de la poutre mobile 2 et des contacts 4 et 12 constitue un microcommutateur électromécanique. La présente invention prévoit que la poutre est actionnée par un actionneur de type piézoélectrique. Cet action- neur forme, localement, le corps de cette poutre. La référence 14 désigne une zone piézoélectrique disposée entre des électro- des 15 et 16. Une partie de la face inférieure de cette zone piézoélectrique est solidaire du substrat 1 par l'intermédiaire de l'électrode 15. Ainsi, en cas de contrainte longitudinale du matériau piézoélectrique 14, celui-ci se déformera également transversalement pour absorber une partie des contraintes géné- rées dans sa partie solidaire du substrat. Quand une tension continue est appliquée entre les électrodes 15 et 16, cela provoque par exemple une dilatation de la zone 14 et il en résulte une flexion de la poutre et on passe de l'état représenté en figure IA à l'état représenté en figure IB. La présente invention prévoit en outre d'intégrer dans un tel commutateur un résonateur à ondes acoustiques de volume. Pour cela, la poutre 2 ou au moins une partie 10 de cette poutre est en un matériau propre à constituer, une fois placé entre deux électrodes, le corps d'un résonateur à ondes acoustiques de volume. Comme cela est illustré en figures IA et IB, la partie 10 est disposée entre des électrodes supérieure 11 et inférieure 12. Couramment, le matériau 10 est un matériau piézoélectrique. Dans la suite de la description et dans les revendications, on compren¬ dra de façon générale que ce que l'on appelle matériau piézoélec- trique englobe tout matériau propre à constituer le corps d'un résonateur à ondes acoustiques de volume, par exemple un matériau présentant un caractère piézoélectrique et electrostrictif. Couramment, pour réaliser un résonateur à ondes acous¬ tiques de volume apte à fonctionner à des fréquences de l'ordre du gigahertz, on pourra prévoir des dimensions en vue de dessus de l'ordre de la centaine de micromètres et une épaisseur de l'ordre de quelques micromètres, ce qui est tout à fait compa¬ tible avec les dimensions usuelles d'une poutre de microcommuta¬ teur électromécanique, de tels commutateurs ayant couramment une longueur de poutre de l'ordre de quelques centaines de micro¬ mètres et une épaisseur de l'ordre de quelques micromètres. En figures IA et IB, la zone 10 constituant le résona¬ teur est disposée entre des électrodes 11 et 12, l'électrode 12 étant commune avec la région de contact du microcommutateur disposée sur la poutre 2. Ceci correspond à une association d'un résonateur et d'un commutateur dans laquelle une borne du résonateur est connectée à une borne du commutateur. En figures IA et IB, on a représenté seulement les parties utiles des électrodes de contact, du résonateur et de déformation de la poutre mobile. Ces électrodes seront reliées à l'
des bornes externes par des pistes conductrices non représentées formées sur la poutre. De même, une connexion sera établie avec le plot de contact conducteur 4. Selon les technologies employées, les pistes allant des électrodes 11 et 12 vers les bornes supérieures du substrat passeront à côté des électrodes 16 et 15 qui n'occuperont pas toute la largeur de la poutre ou bien seront prévues à un niveau de métallisation inférieur ou supérieur. De plus, comme cela est usuel, des contacts sont pris avec les pistes de connexion par des vias. La figure 2 représente une variante de la présente invention dans laquelle deux résonateurs sont disposés sur une même poutre mobile 21 encastrée à ses deux extrémités, le point milieu de ces résonateurs étant relié à une borne d'un micro¬ commutateur. Dans le cas de la figure 2, une poutre 21 repose à ses deux extrémités sur un substrat 1 et s'étend au-dessus d'un évidement 3 de ce substrat. Un plot de contact 22 est disposé sensiblement au milieu de évidement 3. La poutre comprend deux parties de résonateur 23 et 24. Une électrode inférieure 25 s'étend sous la première partie de résonateur. La partie cen- traie de l'électrode 25 constitue le plot de contact supérieur du microcommutateur. Des électrodes supérieures 26 et 27 sont disposées au-dessus de chacune des régions de résonateur. Pour déformer la poutre 21 et fermer le commutateur, il est prévu deux régions 31 et 32 de matériau piézoélectrique encadrées d'électrodes respectives 33-34 et 35-36. Quand une tension est appliquée entre les électrodes 33-34 et 35-36, la poutre 21 est amenée à se déformer de sorte qu'il s'établit un contact entre la partie centrale de la métallisation 25 et le plot de contact 22 du commutateur. La structure de la figure 2 est susceptible de nombreuses variantes, par exemple, la présence de deux régions 31 et 32 d'action sur le commutateur n'est pas strictement nécessaire, une seule de ces régions pouvant être prévue. D'autre part, comme cela a été indiqué précédemment, d'autres modes d'actionnement du microcommutateur pourront être prévus. Les deux résonateurs pourront avoir des caractéristi¬ ques identiques ou différentes. Pour obtenir des caractéris¬ tiques différentes, on pourra par exemple prévoir que ces micro¬ résonateurs ont des formes d'électrode ou des dimensions distinctes. On pourra aussi modifier la fréquence centrale de l'un des résonateurs en le recouvrant d'une couche supplémen¬ taire, par exemple de Siθ2 ou de SiN. De plus, aussi bien dans le cas de la figure 1 que dans le cas de la figure 2, on pour¬ rait augmenter encore le nombre de résonateurs formés sur la poutre si les dimensions des résonateurs et de la poutre sont compatibles avec les dimensions usuelles de réalisation de tels dispositifs. De plus, en figure 2, comme en figures IA et IB, on n'a pas représenté les connexions avec les diverses électrodes. Comme cela a été indiqué précédemment, ces connexions pourront être réalisées par l'homme de l'art de toute façon classique. Selon une variante de mise en oeuvre, l'invention pré¬ voit la réalisation d'un dispositif comprenant une zone piézoélectrique unique cumulant les fonctions d' actionneur et de résonateur. Une seule paire d'électrodes adresse ce dispositif. Un signal électrique comportant une composante continue et une composante alternative est appliqué à la paire d'électrodes. La déformation de la poutre est assurée par la composante continue du signal, le dispositif pouvant entrer en résonance sous l'effet de la composante alternative de ce même signal. Dans un exemple de cette configuration, la longueur libre de la poutre 2 au-dessus de l'évidement 3 est d'environ 300 μm. La largeur de la poutre est d'environ 50 μm. Le dispositif actionneur- résonateur forme le corps de la poutre sur une longueur de 210 μm et repose solidairement sur le substrat 1 sur une longueur de 10 μm. Ainsi la plus grande partie (200 μm) de ce dispositif actionneur-résonateur est située au-dessus de l'évidement 3. La réalisation d'une structure selon l'invention peut être effectuée par des procédés classiques dans le domaine de la l'
réalisation des circuits intégrés et des microcomposants élec¬ tromécaniques. Les figures 3A à 3F illustrent un exemple de réalisa¬ tion de la structure des figures IA et IB. De nombreuses autres variantes de réalisation pourront être imaginées par l'homme de l'art. De mêmes éléments, même à des étapes de fabrication inter¬ médiaires, seront désignés par les références qu'ils portent en figure 2. A une étape initiale illustrée en figure 3A, on forme dans un substrat 1 un évidement 3 et un contact conducteur 4 au fond de cet évidement. A l'étape illustrée en figure 3B, une couche sacrifi¬ cielle 41, par exemple en résine, remplit évidement 3. A l'étape illustrée en figure 3C, une couche de métal- lisation est formée et gravée pour constituer les électrodes 12 et 15. A l'étape illustrée en figure 3D, on procède à la croissance du matériau destiné à former la poutre 2, la partie active 10 du résonateur et la zone d'actionnement 14. Ce maté- riau est par exemple du nitrure d'aluminium (AlN) . De façon connue, si le métal des électrodes 12 et 15 est convenablement choisi, par exemple du tungstène ou du molybdène, on obtient une croissance cristalline d'AIN, d'où il résulte que I1AlN constitue un bon matériau piézoélectrique au-dessus des métallisations, dans les zones hachurées en figure 3D. Le dépôt d'AIN est par exemple réalisé par un dépôt physique par pulvérisation d'une cible d'aluminium en milieu réactif azoté. Au dessus de la résine, la couche d'AIN présente éventuellement des propriétés piézoélectriques médiocres mais, dans ces régions, de telles caractéristiques ne sont pas utiles. A l'étape illustrée en figure 3E, on forme une couche de métallisation supérieure qui est gravée pour former les élec¬ trodes 11 et 16. C'est éventuellement au cours de cette même étape de gravure que l'on définit les connexions destinées à établir des contacts avec les électrodes 11 et 16. De même, lors de la formation de la région 4 sur le substrat et des régions 12 et 15, on pourra au cours d'une même étape réaliser des inter¬ connexions. A l'étape illustrée en figure 3F, on grave I1AlN pour définir la forme de la poutre et accéder à la résine sous-jacente, puis on élimine la couche sacrificielle 41 et on obtient la structure illustrée en figure IA. Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, les électrodes métalliques sont en des matériaux classiquement utilisés pour la réalisation de micro¬ commutateurs électromécaniques. A titre d'exemple, on peut citer l'aluminium, le tungstène, le platine, l'or et le molybdène. On pourra aussi utiliser des bicouches, la couche inférieure, par exemple en or, servant d'électrode de contact, tandis que la couche supérieure, par exemple en Mo, vise à bien orienter cristal- lographiquement la couche. Le matériau constituant la poutre mobile sera préférentiellement choisi dans le groupe comprenant I1AlN, le ZnO et une céramique PZT (PbxZryTizOt avec 0,8<x<l,2 ; 0,8<y<l,2 ; 0,8<z<l,2 ; 2<t<4) . Pour le matériau sacrificiel (41) , au lieu de résine, on pourra utiliser tout matériau pou¬ vant facilement être éliminé par une gravure sélective, par exemple un alliage de silicium-germanium ou un oxyde de silicium.

Claims

l'REVENDICATIONS
1. Microcommutateur électromécanique comportant une poutre mobile (2) au-dessus d'un substrat (1) et un actionneur formé dans un matériau piézoélectrique (14 ; 31 ; 32) apte à courber la poutre, caractérisé en ce que actionneur forme une zone de la poutre et en ce que une partie de l' actionneur est solidaire du substrat par une de ses faces.
2. Microcommutateur électromécanique selon la revendi¬ cation 1, dans lequel une paire d'électrodes (15-16 ; 33-34 ; 35-36) est disposée de part et d'autre du matériau piézoélec- trique (14 ; 31 ; 32) .
3. Microcommutateur selon la revendication 1, dans lequel au moins une partie (10 ; 23, 24) de ladite poutre (2) constitue l'élément piézoélectrique d'un résonateur à ondes acoustiques de volume.
4. Microcommutateur selon la revendication 3, dans lequel au moins une paire d'électrodes (11-12 ; 25-23 ; 25-24) est disposée de part et d'autre de ladite partie (10 ; 23, 24) de la poutre (2) .
5. Microcommutateur selon la revendication 3, dans lequel ladite partie (10 ; 23, 24) de la poutre (2) est formée du même matériau piézoélectrique (14 ; 31 ; 32) que ledit actionneur.
6. Microcommutateur selon la revendication 5, dans lequel une seule portion de matériau piézoélectrique, flanquée d'une paire d'électrodes, cumule les fonctions d'actionneur et de résonateur.
7. Microcommutateur selon la revendication 1, dans lequel le matériau constituant la poutre mobile (2) fait partie du groupe comprenant I1AlN, le ZnO et une céramique PZT (PbxZryTizOt avec 0,8<x<l,2 ; 0,8<y<l,2 ; 0,8<z<l,2 ; 2<t<4) .
8. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel la poutre mobile (2) est en AlN.
9. Procédé de fabrication d'un dispositif comprenant un commutateur micromécanique comportant une poutre mobile (2) incluant un résonateur acoustique, comprenant les étapes sui¬ vantes : a) dépôt d'un contact conducteur (4) dans un évidément (3) situé dans un substrat (1) ; b) remplissage de l'évidement (3) par un matériau sacri¬ ficiel (41) ; c) formation d'électrodes métalliques (12-15) sur le maté¬ riau sacrificiel ; d) dépôt d'un matériau piézoélectrique destiné à former la poutre mobile (12) ; e) dépôt d'électrodes métalliques (11-16) sur la poutre ; et f) gravure selon un motif du matériau piézoélectrique et élimination dudit matériau sacrificiel (41) .
10. Procédé selon la revendication 9, dans lequel le matériau de la poutre mobile (2) est choisi dans le groupe comprenant I1AlN, le ZnO et la céramique PZT (PbxZryTizO-|- avec 0,8<x<l,2 ; 0,8<y<l,2 ; 0,8<z<l,2 ; 2<t<4) .
PCT/FR2005/050439 2004-06-14 2005-06-13 Microcommutateur a commande piezoelectrique WO2006000731A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US11/629,586 US7960900B2 (en) 2004-06-14 2005-06-13 Assembly of a microswitch and of an acoustic resonator

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR0451171 2004-06-14
FR0451171 2004-06-14

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2006000731A1 true WO2006000731A1 (fr) 2006-01-05

Family

ID=34945189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2005/050439 WO2006000731A1 (fr) 2004-06-14 2005-06-13 Microcommutateur a commande piezoelectrique

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7960900B2 (fr)
WO (1) WO2006000731A1 (fr)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102004026654B4 (de) * 2004-06-01 2009-07-09 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanisches HF-Schaltelement sowie Verfahren zur Herstellung
DE102008056127A1 (de) * 2008-11-06 2010-06-10 Albert-Ludwigs-Universität Freiburg Elektromechanischer Energiewandler zur Erzeugung von elektrischer Energie aus mechanischen Bewegungen
US20140202837A1 (en) * 2010-06-14 2014-07-24 Purdue Research Foundation Low-cost process-independent rf mems switch
JP6260108B2 (ja) * 2013-05-15 2018-01-17 株式会社リコー 電子デバイスの製造方法
CN103618044B (zh) * 2013-11-29 2018-12-18 上海集成电路研发中心有限公司 压电悬臂梁传感器结构制造方法
US20170287664A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Intel Corporation Thermally activated switch
US20170283249A1 (en) * 2016-04-01 2017-10-05 Intel Corporation Piezoelectric package-integrated switching devices
US10662058B1 (en) * 2019-03-05 2020-05-26 Rosemount Aerospace Inc. Wet etch patterning of an aluminum nitride film

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0963000A2 (fr) * 1998-06-02 1999-12-08 Nokia Mobile Phones Ltd. Structures de résonateurs
FR2835981A1 (fr) * 2002-02-13 2003-08-15 Commissariat Energie Atomique Microresonateur mems a ondes acoustiques de volume accordable

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USRE33691E (en) * 1984-12-21 1991-09-17 General Electric Company Piezoelectric ceramic switching devices and systems and method of making the same
US4585970A (en) * 1985-03-11 1986-04-29 Koal Jan G Flexible piezoelectric switch
US4906840A (en) * 1988-01-27 1990-03-06 The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr., University Integrated scanning tunneling microscope
US6379510B1 (en) * 2000-11-16 2002-04-30 Jonathan S. Kane Method of making a low voltage micro-mirror array light beam switch
WO2002073673A1 (fr) * 2001-03-13 2002-09-19 Rochester Institute Of Technology Commutateur micro-electromecanique et un procede de sa mise en oeuvre et de sa fabrication
US7098577B2 (en) * 2002-10-21 2006-08-29 Hrl Laboratories, Llc Piezoelectric switch for tunable electronic components
WO2004040611A1 (fr) * 2002-10-29 2004-05-13 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Appareil de commutation, procede d'application de champ electrique et systeme de commutation
EP1648038B1 (fr) * 2003-07-22 2011-02-16 NGK Insulators, Ltd. Element d'actionnement et dispositif comprenant ledit dispositif d'actionnement
JP2007522609A (ja) * 2003-12-22 2007-08-09 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ ピエゾ電気材料でできたマイクロ電気機械スイッチを備える電子装置
US7323805B2 (en) * 2004-01-28 2008-01-29 Kabushiki Kaisha Toshiba Piezoelectric thin film device and method for manufacturing the same
JP4580745B2 (ja) * 2004-12-08 2010-11-17 株式会社東芝 圧電駆動型ｍｅｍｓ装置
JP4580826B2 (ja) * 2005-06-17 2010-11-17 株式会社東芝 マイクロメカニカルデバイス、マイクロスイッチ、容量可変キャパシタ、高周波回路及び光学スイッチ
US7586238B2 (en) * 2006-08-17 2009-09-08 Freescale Semiconductor, Inc. Control and testing of a micro electromechanical switch having a piezo element

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0963000A2 (fr) * 1998-06-02 1999-12-08 Nokia Mobile Phones Ltd. Structures de résonateurs
FR2835981A1 (fr) * 2002-02-13 2003-08-15 Commissariat Energie Atomique Microresonateur mems a ondes acoustiques de volume accordable

Also Published As

Publication number Publication date
US20080283373A1 (en) 2008-11-20
US7960900B2 (en) 2011-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1639613B1 (fr) Micro-commutateur bistable a faible consommation
JP5193051B2 (ja) 電気音響素子
EP1480335B1 (fr) Procédé de fabrication de résonateur à ondes acoustiques de volume utilisant les contraintes internes d&#39;une couche métallique et résonateur obtenu par ce procédé
US8018308B2 (en) Downward type MEMS switch and method for fabricating the same
KR101688361B1 (ko) 미소 음향 소자 및 그 제조 방법
EP1474866A2 (fr) Microresonateur mems a ondes acoustiques de volume accordable
US7489067B2 (en) Component with a piezoelectric functional layer
US20080116999A1 (en) Integrated device and fabricating method thereof
JP2009516966A (ja) 電気音響的構成素子
EP1863174A1 (fr) Composant contenant un filtre BAW
US7345404B2 (en) Electronic device
JP2010521114A (ja) 指向性バルク超音波連動素子
EP1760880A1 (fr) Support pour résonateur acoustique et circuit intégré correspondant
WO2006000731A1 (fr) Microcommutateur a commande piezoelectrique
EP1774651A1 (fr) Microresonateur composite a forte deformation
EP1458095A2 (fr) Procédé de réalisation d&#39;un microrésonateur piézoélectrique accordable
US20190221607A1 (en) Microfabricated device with piezoelectric substrate and method of manufacture
WO2004030005A1 (fr) Microcommutateurs a actuation electrostatique a faible temps de reponse et a commutation de puissance et procede de realisation associe
CN111327291A (zh) 体声波谐振器及弹性波滤波器装置
US20050168104A1 (en) Acoustic resonator device
FR2864951A1 (fr) Dispositif de type microsysteme electromecanique a film mince piezoelectrique
CN113037245B (zh) 基于压电薄膜换能的石英谐振器以及电子设备
EP2024986A1 (fr) Structure de micro-commutateurs radiofrequence ou hyperfrequence et procede de fabrication d&#39;une telle structure
FR2862806A1 (fr) Composant incluant un condensateur variable
KR102345121B1 (ko) 체적 음향 공진기 및 탄성파 필터 장치

Legal Events

Date Code Title Description
AK Designated states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO RU SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW

AL Designated countries for regional patents

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): BW GH GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWW Wipo information: withdrawn in national office

Country of ref document: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase
WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 11629586

Country of ref document: US

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务，不要输入任何密码和下载