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Title:
MICROMECHANICAL SWITCH
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/064409
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a micromechanical switch (1) having a substrate (100) on which at least one first contact element (101) and at least one second contact (102) are arranged, wherein at least one of the contact elements (101, 102) can be moved, with the result that the contact elements (101, 102) can be moved from a contact position to a disconnected position, wherein the contact elements (101, 102) are at a first distance (g) from one another in the contact position and are at a second distance (G) from one another in the disconnected position, wherein the second distance (G) is greater than the first distance (g) and the first distance (g) is approximately 10 nm to approximately 200 nm.

Inventors:
LEBEDEV VADIM (DE)
CIMALLA VOLKER (DE)
Application Number:
EP2012/071094
Publication Date:
May 10, 2013
Filing Date:
October 25, 2012
Export Citation:
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Assignee:
FRAUNHOFER GESELLSCHAFT ZUR FÖRDERUNG DER ANGEW. FORSCHUNG E.V. (Hansastraße 27c, München, 80686, DE)
International Classes:
H01H57/00; H01H1/00
Domestic Patent References:
WO2010039983A2
Foreign References:
US7612424B1
US20110148251A1
Other References:
G. PIAZZA J. VAC. SCI. TECHNOL. A Bd. 27, 2009, Seite 776
Attorney, Agent or Firm:
GOEDEN, Christian et al. (Andrae Flach Haug, Balanstraße 55, München, 81541, DE)
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Claims:
Ansprüche

Mikromechanischer Schalter (1) mit einem Substrat

(100) , auf welchem zumindest ein erstes Kontaktelement

(101) und zumindest ein zweites Kontaktelement (102) angeordnet ist, wobei zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) bewegbar ist, so dass die Kontaktelemente (101, 102) von einer Kontaktstellung in eine Trennstellung bringbar sind, wobei die Kontaktelemente (101, 102) in der Kontaktstellung einen ersten Abstand (g) voneinander aufweisen und in der Trennstellung einen zweiten Abstand (G) voneinander aufweisen, wobei der zweite Abstand (G) größer ist als der erste Abstand (g)

dadurch gekennzeichnet, dass

der erste Abstand (g) etwa 10 nm bis etwa 200 nm beträgt.

Schalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kontaktstellung ein Tunnelstrom und/oder ein

Feldemissionsstrom zwischen dem ersten Kontaktelement (101) und dem zweiten Kontaktelement (102) ausbildbar ist.

Schalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) zumindest zwei aufeinander angeordnete

Schichten (111, 112) enthält, wobei zumindest eine zweite Schicht (112) ein piezoelektrisches Material enthält, welches insbesondere ausgewählt ist aus AIN und/oder ZnO und/oder PbZrxTii_x03.

Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) zumindest zwei aufeinander angeordnete

Schichten (111, 112) enthält, wobei zumindest eine erste Schicht (111) Diamant oder AIN oder zumindest ein Metall enthält, welches ausgewählt ist aus Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir und/oder Pt .

5. Schalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Diamant mit Bor oder Phosphor dotiert ist und/oder das A1N mit Silicium dotiert ist.

6. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) zumindest eine Isolationsschicht enthält.

7. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) einen piezoelektrischen Bimorph oder einen piezoelektrischen Unimorph enthält.

8. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch

gekennzeichnet, dass zumindest eines der Kontaktelemente (101, 102) weiterhin zumindest eine Elektrode (113) aus einem elektrisch leitfähigem Material enthält, welche zumindest eine Teilfläche des Kontaktelementes einnimmt.

9. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch

gekennzeichnet, dass die erste Schicht (111) einen

mehrschichtigen Aufbau aufweist, insbesondere einen zweischichtigen Aufbau, wobei zumindest eine Schicht

(1110) Diamant und/oder A1N enthält und zumindest eine Schicht ein Metall oder eine Legierung enthält.

10. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch

gekennzeichnet, dass das erste Kontaktelement (101) gegenläufig zum zweiten Kontaktelement (102) bewegbar ist.

11. Schalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch

gekennzeichnet, dass die Stirnseite (1013, 1023) von zumindest einem der Kontaktelemente (101, 102) einen

Querschnitt aufweisen, welcher geringer ist als der

Querschnitt eines angrenzenden Längsabschnitt (1011, 1021) des Kontaktelementes (101, 102).

Description:
Mikromechanischer Schalter

Die Erfindung betrifft einen mikromechanischen Schalter mit einem Substrat, auf welchem zumindest ein erstes Kontaktelement und zumindest ein zweites Kontaktelement angeordnet ist, wobei zumindest eines der Kontaktelemente bewegbar ist, so dass die Kontaktelemente von einer Kontaktstellung in eine Trennstellung bringbar sind, wobei die Kontaktelemente in der Kontaktstellung einen ersten Abstand voneinander aufweisen und in der Trennstellung einen zweiten Abstand voneinander aufweisen, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand. Mikromechanische Schalter der

eingangs genannten Art können anstelle von Feldeffekt- oder Bipolartransistoren als Schalter mit großer

Übertragungsbandbreite eingesetzt werden.

Aus G. Piazza, J. Vac . Sei. Technol . A 27, 776 (2009) ist ein mikomechanischer Schalter der eingangs genannten Art bekannt. Bei diesem bekannten Schalter wird zumindest ein Kontaktelement piezoelektrisch bewegt, so dass Schaltzeiten von etwa 1 ]is realisiert werden können. Falls hochfrequente Signale über einen solchen Schalter geleitet werden, kann die Signaltrennung in der Trennstellung mehr als 25 dB betragen und in der Kontaktstellung können die Einkoppel- Verluste bei einer Signalfrequenz von 2 GHz kleiner als 0,5 dB sein.

Gleichwohl weist dieser bekannte Schalter den Nachteil auf, dass bei hoher Schaltfrequenz mit mehreren Tausend oder gar mehreren Millionen Schaltvorgängen pro Sekunde ein rascher Verschleiß der Kontaktelemente auftritt. Dies führt zu einer raschen Verschlechterung der elektrischen Eigenschaften des Schalters .

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung somit die Aufgabe zugrunde, einen Schalter bereitzustellen, mit welchem hochfrequente Signale mit geringen Verlusten und großen Schaltfrequenzen zuverlässig geschaltet werden können .

Die Aufgabe wird durch einen mikromechanischen Schalter gemäß Anspruch 1 gelöst .

Erfindungsgemäß wird ein mikromechanischer Schalter

vorgeschlagen, welcher auf einem Substrat mit üblichen

Fertigungsverfahren der Halbleitertechnologie gefertigt werden kann. Diese Fertigungsverfahren umfassen beispielsweise das Abscheiden dünner Schichten aus einem Metall, einer Legierung, einem Halbleitermaterial oder einem

Isolator, das Abscheiden und Strukturieren von Masken, entweder in Form eines Fotolackes oder als Hartmaske, das Ätzen vorbestimmter Flächenbereiche, das Einbringen von Dotierstoffen oder weitere, hier nicht explizit genannte Verfahren. Auf diese Weise kann ein einzelner oder eine Mehrzahl mikromechanischer Schalter auf einem Substrat gefertigt werden. Auf dem Substrat können darüber hinaus weitere elektronische oder mikromechanische Bauelemente angeordnet sein, wie beispielsweise Widerstände,

Kapazitäten, Transistoren oder mikromechanische Sensoren. Das Substrat des erfindungsgemäßen mikromechanischen

Schalters kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung Saphir oder Silicium enthalten. Das Substrat kann

einkristallin sein und eine vorgebbare Kristallrichtung aufweisen. Neben den Hauptbestandteilen kann das Substrat Dotierstoffe enthalten, um eine vorgebbare Gitterkontante und/oder eine vorgebbare elektrische Leitfähigkeit

einzustellen. Daneben kann das Substrat unvermeidbare

Verunreinigungen enthalten.

Das Substrat trägt zumindest ein erstes Kontaktelement und zumindest ein zweites Kontaktelement. Zumindest eines der Kontaktelemente ist bewegbar, entweder lateral, d.h. in der durch die Substratoberfläche definierten Ebene, oder transversal, d.h. ausgehend von der Substratebene nach oben und/oder nach unten. Durch die Bewegung des zumindest einen Kontaktelementes kann die relative Lage der beiden Kontakt- elemente zueinander so beeinflusst werden, dass die beiden Kontaktelemente von einer Kontaktstellung in eine

Trennstellung bringbar sind. Die Kontaktstellung ist dabei so definiert, dass der elektrische Widerstand zwischen beiden Kontaktelementen bzw. die Einfügeverluste eines hochfrequenten elektrischen Signales einen ersten,

geringeren Wert aufweisen. In der Trennstellung weist der Wert für den elektrischen Widerstand zwischen beiden

Kontaktelementen bzw. der Wert für die Einfügeverluste einen zweiten, größeren Wert auf. Somit kann ein elektrisches Signal in der Kontaktstellung von einem Kontaktelement auf das andere Kontaktelement übertragen werden, wobei die Signalübertragung in der Trennstellung geringer ist. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die Signal - Übertragung in der Trennstellung null oder zumindest nahezu null sein.

Erfindungsgemäß wurde nun erkannt, dass eine hinreichende Signalübertragung möglich ist, wenn die Kontaktelemente in der Kontaktstellung einen ersten Abstand voneinander aufweisen und in der Trennstellung einen zweiten Abstand voneinander aufweisen, wobei der zweite Abstand größer ist als der erste Abstand. Erfindungsgemäß wird somit

vorgeschlagen, dass die Kontaktelemente sich auch in der Kontaktstellung nicht unmittelbar berühren. Durch diesen Abstand bzw. das Vermeiden der unmittelbaren Berührung wird ein abrasiver Verschleiß der Kontaktelemente vermieden, welcher bei den bekannten Schaltern zu einer Abnahme der Qualität bzw. einem Anstieg der Einfügeverluste geführt hat. Völlig überraschend ist trotz des Abstandes der Kontaktelemente zueinander eine elektrische Signalübertragung zwischen den Kontaktelementen möglich. Diese Signalübertragung beruht auf der Feldemission bzw. dem Tunneln von Elektronen. Diese werden aufgrund des zwischen den Kontaktelementen

herrschenden elektrischen Feldes durch Fowler-Nordheim- Tunneln aus einem Kontaktelement herausgelöst und vom zweiten, als Anode geschalteten Kontaktelement aufgenommen. Da die Stromdichte exponentiell vom Abstand der Kontaktelemente abhängt, kann bereits eine geringe Vergrößerung des zweiten Abstands gegenüber dem ersten Abstand zu einer signifikanten Signalabnahme bzw. zu einem vollständigen Verschwinden des elektrischen Signalflusses führen. Aufgrund des fehlenden mechanischen Kontaktes wird ein mechanischer Verschleiß der Kontaktelemente vermieden.

Um einen ungehinderten Stromfluss zwischen den Kontaktelementen zu ermöglichen, kann der erfindungsgemäße Schalter in einigen Ausführungsformen der Erfindung bei Betrieb in ein Vakuum eingebracht sein. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Druck zwischen 1Ί0 "2 mbar und 1Ί0 "10 mbar betragen. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der Druck zwischen 1Ί0 "4 mbar und 1Ί0 "8 mbar betragen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält zumindest eines der Kontaktelemente zumindest zwei aufeinander

angeordnete Schichten, wobei zumindest eine Schicht ein piezoelektrisches Material enthält. Das piezoelektrische Material kann beim Anlegen eines elektrischen Feldes seine Länge ändern. Durch die festhaftende Verbindung beider

Schichten kommt es zur Ausbildung einer mechanischen

Spannung in dem betreffenden Kontaktelement, so dass das Kontaktelement orthogonal zur Grenzfläche der beiden

Schichten verformt wird. Diese Verformung führt zur Veränderung des Abstandes zwischen beiden Kontaktelementen, so dass die Kontaktelemente durch Anlegen einer elektrischen Spannung von einer Kontaktstellung in eine Trennstellung gebracht werden können.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das piezoelektrische Material ausgewählt sein aus A1N, Zinkoxid oder Bleizirkonattitanat . Diese Materialien lassen sich einerseits mit bekannten Dünnschichtverfahren, beispielsweise einer Sputtertechnik, abscheiden und durch trocken- oder nasschemisches Ätzen strukturieren. Andererseits zeigen diese Ferroelektrika einen hinreichend großen piezoelektrischen Effekt, um die erforderliche Bewegung der Kontaktelemente zu ermöglichen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung enthält zumindest eines der Kontaktelemente zumindest zwei aufeinander

angeordnete Schichten, wobei zumindest eine erste Schicht Diamant oder A1N oder zumindest ein Metall enthält, welches ausgewählt ist aus Ti, V, Cr, Zr, Nb, Mo, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir und/oder Pt . Eine Schicht aus Diamant oder A1N kann zusätzlich Dotierstoffe aufweisen, beispielsweise Bor,

Phosphor oder Silicium, um eine vorgebbare Leitfähigkeit zu ermöglichen. Eine Schicht aus den vorgenannten Halbleitern, Metallen oder Legierungen weist einerseits einen geringen elektrischen Widerstand auf, so dass ein elektrisches Signal mit geringen Verlusten im Kontaktelement geführt werden kann. Andererseits zeigen diese Materialien eine geringe Austrittsarbeit, so dass auch bei geringen elektrischen Feldstärken zwischen beiden Kontaktelementen eine hinreichende elektrische Stromdichte erreicht wird, um das Signal zuverlässig und mit geringen Verlusten zu übertragen. Die Austrittsarbeit ist dabei definiert als Differenz zwischen dem elektronischen Vakuumniveau und der Fermi- energie des Festkörpers der ersten Schicht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste leitfähige Schicht aus einem Diamant, A1N, einem Metall oder einer Legierung neben dem Transport des Nutzsignales durch das Kontaktelement auch dazu dienen, ein elektrisches Feld an die darüber angeordnete Schicht aus einem piezoelektrischen Material anzulegen sowie zur Erzeugung einer mechanischen Spannung im Kontaktelement, wenn diese leitfähige Schicht eine geringere Längenänderung bei Anlegen eines elektrischen Feldes erfährt als die darüber angeordnete ferroelektrische bzw. piezoelektrische Schicht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der erste Abstand der beiden Kontaktelemente etwa 10 nm bis etwa

200 nm betragen. Ein solcher Abstand ist einerseits

hinreichend gering, um die Ausbildung eines elektrischen Stromes durch Feldemission zwischen beiden Kontaktelementen zu ermöglichen. Andererseits ist dieser Abstand groß genug, um einen mechanischen Verschleiß der Kontaktelemente durch fortwährende Berührung zu vermeiden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann der zweite Abstand der beiden Kontaktelemente etwa 100 nm bis etwa 10 μπι betragen. Ein solcher Abstand führt zu einer

hinreichenden Abschwächung oder zum Zusammenbruch des elektrischen Stromes durch Feldemission zwischen beiden Kontaktelementen, so dass lediglich eine kapazitive Kopplung beider Kontaktelemente verbleibt .

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eines der Kontaktelemente einen piezoelektrischen Bimorph oder einen piezoelektrischen Unimorph enthalten. Dementsprechend enthält das Kontaktelement zumindest eine oder zumindest zwei piezoelektrische Schichten, welche bei

Längenänderung eine mechanische Spannung induzieren, um die gewünschte Verformung zu ermöglichen, welche eine Bewegung von der Kontaktstellung in die Trennstellung ermöglicht.

Um ein elektrisches Feld an die zumindest eine piezoelektrische Schicht anzulegen, kann zumindest eines der Kontaktelemente weiterhin zumindest eine Elektrode aus einem elektrisch leitfähigen Material enthalten, welche zumindest eine Teilfläche des Kontaktelementes einnimmt. In einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann ein Kontaktelement auch zwei oder mehr Elektroden enthalten, bzw. die erste leitfähige Schicht aus einem Diamant, A1N, einem

Metall oder einer Legierung weist einen mehrschichtigen Aufbau auf. Dadurch kann das Anlegen des elektrischen Feldes an die piezoelektrische Schicht völlig unabhängig vom

Transport des elektrischen Nutzsignales entlang des Kontaktelementes ermöglicht wird.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung können zwischen zwei leitfähigen Schichten weitere Schichten eingebracht sein, beispielsweise Isolationsschichten. Eine solche

Isolationsschicht kann ein Oxid, ein Nitrit oder ein

Oxinitrit enthalten. Eine solche Isolationsschicht kann die Signalqualität des Nutzsignales verbessern, indem eine galvanische Trennung zwischen der das Nutzsignal führenden Schicht und der den piezoelektrischen Effekt auslösenden elektrischen Spannung erzielt wird.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das erste Kontaktelement gegenläufig zum zweiten Kontaktelement bewegbar sein. Auf diese Weise kann bereits mit geringen mechanischen Spannungen, welche eine hohe Betriebsfestigkeit der Kontaktelemente und damit des mikromechanischen

Schalters ermöglichen, eine große Änderung des Abstandes beider Kontaktelemente erzielt werden. Die Betriebs- Sicherheit und/oder die Dauerfestigkeit des Schalters wird damit erhöht.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die

Stirnseite von zumindest einem der Kontaktelemente einen Querschnitt aufweisen, welcher geringer ist als der

Querschnitt des angrenzenden Längsabschnittes. Auf diese Weise kann eine Feldüberhöhung im Zwischenraum zwischen beiden Kontaktelementen erzielt werden, welche eine erhöhte Stromdichte zwischen beiden Kontaktelementen bewirkt.

Hierdurch können die Einfügeverluste zwischen beiden

Kontaktelementen verringert werden.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann zumindest eines der Kontaktelemente ein magnetisches Material

enthalten oder daraus bestehen. Durch Kopplung des

magnetischen Momentes des Kontaktelementes an ein externes Magnetfeld kann das Kontaktelement bewegt werden. Eine solche magnetische Ansteuerung des Kontaktelementes kann alternativ oder kumulativ zur Bewegung mittels zumindest einer piezoelektrischen Schicht erfolgen.

In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Substrat zumindest eine Elektrode tragen, mit welcher das

Kontaktelement einem elektrischen Feld ausgesetzt werden kann. Durch kapazitive Kopplung kann das Kontaktelement bewegt werden. Eine solche kapazitive Ansteuerung des

Kontaktelementes kann alternativ oder kumulativ zur Bewegung mittels zumindest einer piezoelektrischen Schicht erfolgen.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen und Figuren ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens näher erläutert werden. Dabei zeigt:

Figur 1 den Querschnitt durch einen mikromechanischen

Schalter gemäß einer ersten Ausführungsform . Figur 2 zeigt den Querschnitt durch einen mikromechanischer Schalter gemäß einer zweiten Ausführungsform .

Figur 3 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des

mikromechanischen Schalters gemäß Figur 1.

Figur 4 erläutert die Funktionsweise des mikromechanischen

Schalters gemäß der zweiten Ausführungsform .

Figur 5 erläutert die Funktionsweise des mikromechanischen

Schalters gemäß der ersten Ausführungsform .

Nachfolgend wird anhand der Figuren 1, 3 und 5 eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikromechanischen Schalters erläutert. Der mikromechanische Schalter 1 ist auf einem Substrat 100 angeordnet. Das Substrat 100 kann

beispielsweise Silicium, Saphir oder Galliumarsenid enthalten. Auf dem Substrat 100 kann ein einzelner mikromechanischer Schalter oder eine Mehrzahl mikromechanischer Schalter angeordnet sein. Daneben kann das Substrat 100 weitere elektronische und/oder mikromechanische Bauelemente tragen, beispielsweise Transistoren, Widerstände,

Kondensatoren oder Leiterbahnen, so dass auf dem Substrat 100 weitere Funktionen verwirklicht sind. Diese können beispielsweise Verstärker, Koppler, Logikbausteine oder Rechenwerke umfassen.

Das Substrat 100 kann zumindest bereichsweise mit einem Dotierstoff versehen sein, um in vorgebbaren Bereichen einen vorgebbaren Wert der elektrischen Leitfähigkeit zu

ermöglichen .

Die Oberfläche 140 des Substrates 100 kann eine elektrisch isolierende Schicht aufweisen, beispielsweise ein Oxid, ein Nitrit oder ein Oxinitrit. Dieses kann in an sich bekannter Weise auf dem Substrat 100 abgeschieden werden, beispiels- weise durch Sputtern oder Tempern in einer Stickstoff- oder sauerstoffhaltigen Atmosphäre.

Auf dem Substrat 100 sind ein erstes Kontaktelement 101 und ein zweites Kontaktelement 102 angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist jedes Kontaktelement zumindest eine erste Schicht 111, eine zweite Schicht 112 und eine dritte Schicht 113 auf. Die erste Schicht 111 dient als leitfähige Schicht für das vom Schaltelement zu

transportierende bzw. zu unterbrechende elektrische

Nutzsignal. Das Nutzsignal kann in einigen Ausführungsformen der Erfindung ein hochfrequentes elektrisches Signal sein, beispielsweise mit einer Frequenz zwischen 500 MHz und

20 GHz, bevorzugt zwischen 1 GHz und 10 GHz. Die erste

Schicht 111 kann ein Refraktärmetall oder eine Legierung, welche zumindest ein Refraktärmetall enthält, enthalten oder daraus bestehen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann die erste Schicht 111 Diamant enthalten. Der Diamant kann weiterhin einen Dotierstoff enthalten, beispielsweise Bor oder Phosphor. In wiederum einer anderen Ausführungsform kann die erste Schicht 111 A1N enthalten, dessen Leitfähigkeit durch einen Dotierstoff, beispielsweise Silicium, modifiziert ist.

Wie anhand von Figur 3 erkennbar ist, kann die erste Schicht 111 aus einer Mehrzahl von Teilschichten zusammengesetzt sein, beispielsweise einer ersten Teilschicht 1110 und einer zweiten Teilschicht 1111. In diesem Fall kann die erste Teilschicht 1110 aus einem Metall oder einer Legierung bestehen und die zweite Teilschicht 1111 aus einem Metall, einer Legierung oder einem Halbleitermaterial wie Diamant oder A1N. Zwischen beiden Teilschichten kann eine

Isolationsschicht angeordnet sein, beispielsweise aus einem Oxid oder einem Nitrit oder einem Oxinitrit, so dass die erste Teilschicht 1110 von der zweiten Teilschicht 1111 galvanisch getrennt ist. Sofern die erste Schicht 111 zwei Teilschichten aufweist, kann eine Teilschicht zum Signaltransport des Nutzsignales verwendet werden und die zweite Teilschicht zum Anlegen eines elektrischen Feldes, welches in etwa senkrecht zur Erstreckungsebene des

Substrates 100 wirkt.

Die zweite Schicht 112 kann ein piezoelektrisches bzw.

ferroelektrisches Material enthalten. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die zweite Teilschicht 112 A1N, Zinkoxid oder Bleizirkonattitanat enthalten. Die zweite Schicht 112 kann die erste Schicht 111 vollflächig bedecken oder lediglich eine Teilfläche. Die zweite Schicht 112 ist auf der ersten Schicht 111 festhaftend angebracht, so dass sich bei unterschiedlicher Ausdehnung der ersten Schicht 111 und der zweiten Schicht 112 eine mechanische Spannung und daraus resultierend eine Verformung des Kontaktelementes 101 bzw. 102 einstellt.

Um die zweite Schicht 112 einem elektrischen Feld auszusetzen, ist eine dritte Schicht 113 als Elektrode

vorgesehen. Die dritte Schicht 113 kann die zweite Schicht 112 vollflächig bedecken oder lediglich eine Teilfläche der zweiten Schicht 112 des Kontaktelementes 101 bzw. 102. Die dritte Schicht 113 kann ebenfalls ein Metall, eine Legierung oder ein Halbleitermaterial enthalten. Auf diese Weise kann die erste Schicht 111 bzw. eine Teilschicht 1111 bzw. 1110 der ersten Schicht 111 sowie die dritte Schicht 113 mit den Polen einer Spannungsquelle verbunden werden. Die erste Schicht 111 und die dritte Schicht 113 bilden auf diese Weise einen Plattenkondensator, in dessen elektrischem Feld sich die zweite Schicht 112 befindet. Da die zweite Schicht 112 ein piezoelektrisches Material enthält, führt dies zu einer mechanischen Spannung innerhalb des Kontaktelementes 101 bzw. 102, so dass dieses verformt, wie anhand der Figur 5 erkennbar ist.

Durch entsprechende Polung der Steuerspannung am ersten Kontaktelement 101 und am zweiten Kontaktelement 102 können diese gegenläufig bewegt werden, so dass der erste Abstand g in den zweiten Abstand G zwischen den Stirnseiten 1013 und 1023 des ersten Kontaktelementes 101 und des zweiten

Kontaktelementes 102 vergrößert wird. Auf diese Weise kann der mikromechanische Schalter von der in Figur 1 gezeigten Kontaktstellung in die in Figur 5 angedeutete Trennstellung überführt werden. Die Verformung bleibt dabei im

Wesentlichen auf die frei auskragende Länge L der Kontaktelemente beschränkt. Um eine Bewegung des zweiten Kontaktelementes 102 nach unten zu ermöglichen, ist im Substrat 100 unter dem mikromechanischen Schalter eine Aussparung 120 ausgebildet. Diese kann durch trocken- oder nasschemisches Ätzen in das Substrat 100 eingebracht werden. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann die frei auskragende Länge L der Kontaktelemente zwischen etwa s μπι und etwa t μπι betragen .

Wie Figur 3 zeigt, ist die Stirnseite 1013 des ersten

Kontaktelementes 101 abgeschrägt, so dass der Querschnitt der Stirnseite 1013 geringer ist als der Querschnitt des angrenzenden Längsabschnittes 1011 des ersten Kontaktelementes 101. Dies führt in der Kontaktstellung der Kontaktelemente zu einer lokalen Erhöhung der elektrischen

Feldstärke und dadurch zur Feldemission von Elektronen aus der ersten Schicht 111, so dass ein Tunnelstrom über den ersten Abstand g zwischen den Kontaktelementen 101 und 102 ausgebildet wird. Bei Anlegen einer Steuerspannung an die erste und dritte Schicht 111 und 113 vergrößert sich dieser Abstand zum zweiten Abstand G, so dass der Tunnelstrom zwischen der Stirnseite 1013 des ersten Kontaktelementes 101 und der Stirnseite 1023 des zweiten Kontaktelementes 102 zumindest geringer wird oder zum Erliegen kommt. Dies wird im Sinne der vorliegenden Erfindung als Trennstellung des Schalters bezeichnet, da die SignalSpannung des an das erste Kontaktelement 101 angelegten Nutzsignals entweder nicht mehr am zweiten Kontaktelement 102 nachweisbar ist oder zumindest abgeschwächt wird. Figur 3 zeigt weiterhin Anschlusskontakte 131 und 132, welche als Eingangs- und Ausgangskontakt des mikromechanischen Schalters verwendet werden können. Auf dem Substrat 100 können optionale Masseanschlüsse 133 vorgesehen sein, so dass das Substrat auf ein vorgebbares elektrisches Potential gebracht werden kann.

Anhand der Figuren 2 und 4 wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Gleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, so dass nachfolgend nur die

wesentlichen Unterschiede der Ausführungsformen beschrieben werden. Dabei zeigt Figur 2 wiederum die Kontaktstellung des mikromechanischen Schalters, wohingegen in Figur 4 die

Trennstellung dargestellt ist.

Die zweite Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die frei auskragende Länge L des ersten Kontaktelementes 101 größer ist als die frei auskragende Länge des zweiten

Kontaktelementes 102. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist nur das erste Kontaktelement 101 beweglich ausgeführt. Das zweite Kontaktelement 102 verharrt demgegenüber in seiner Ausgangslage. Somit beruht die Vergrößerung des ersten

Abstandes g zum zweiten Abstand G allein auf der Bewegung des ersten Kontaktelementes 101. Da das zweite Kontaktelement 102 unbeweglich ist, muss dieses nicht in allen

Ausführungsformen der Erfindung ein piezoelektrisches

Material enthalten und auch nicht mit einer Ansteuerspannung versorgt werden. Der Aufbau des erfindungsgemäßen Schalters kann daher vereinfacht werden. Sofern das erste Kontaktelement 101 ausschließlich nach oben von der Oberfläche des Substrates 100 abgehoben wird, kann auch die Aussparung 120 im Substrat 100 in einigen Ausführungsformen der Erfindung entfallen .

Beiden Ausführungsformen der Erfindung ist gemeinsam, dass der mikromechanische Schalter üblicherweise in einem Vakuum betrieben wird, um den elektrischen Stromfluss über den ersten Abstand g nicht durch Stöße mit Gasmolekülen zu behindern oder gar ein Plasma zwischen den Kontaktelementen zu zünden, welches die Kontaktelemente beschädigen könnte. In einigen Ausführungsformen der Erfindung kann das Vakuum zwischen 1 x 10 "4 und 1 x 10 "8 mbar betragen.

In gleicher Weise, wie vorstehend für einen piezoelektrischen Unimorph beschrieben, kann eines der Kontaktelemente oder beide Kontaktelemente in anderen Ausführungs- formen der Erfindung auch einen piezoelektrischen Bimorph enthalten. In wiederum einer anderen Ausführungsformen der Erfindung können die Kontaktelemente elektrostatisch durch kapazitive Kopplung an eine Elektrode oder eine Elektrode oder ein Elektrodenpaar bewegt werden. In diesem Fall kann ein piezoelektrisches Material auch entfallen.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf die in den Figuren dargestellten Ausführungsformen beschränkt. Die vorstehende Beschreibung ist daher nicht als beschränkend, sondern als erläuternd anzusehen. Die nachfolgenden Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein genanntes Merkmal in zumindest einer Ausführungsform der Erfindung vorhanden ist. Dies schließt die Anwesenheit weiterer Merkmale nicht aus.