DE19854450A1 - Micromechanical electrostatic relay - Google Patents

Micromechanical electrostatic relay

Info

Publication number
DE19854450A1
DE19854450A1 DE1998154450 DE19854450A DE19854450A1 DE 19854450 A1 DE19854450 A1 DE 19854450A1 DE 1998154450 DE1998154450 DE 1998154450 DE 19854450 A DE19854450 A DE 19854450A DE 19854450 A1 DE19854450 A1 DE 19854450A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
substrate
base substrate
electrode
armature
tongue
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Granted
Application number
DE1998154450
Other languages
German (de)
Other versions
DE19854450C2 (en
Inventor
Susanna Kim Hesse
Hans-Juergen Gevatter
Helmut Schlaak
Martin Hanke
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.)
TE Connectivity Solutions GmbH
Original Assignee
Tyco Electronics Logistics AG
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 Tyco Electronics Logistics AG filed Critical Tyco Electronics Logistics AG
Priority to DE1998154450 priority Critical patent/DE19854450C2/en
Priority to PCT/DE1999/003744 priority patent/WO2000031767A1/en
Publication of DE19854450A1 publication Critical patent/DE19854450A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19854450C2 publication Critical patent/DE19854450C2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H59/0009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics
    • H01H2059/0081—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays making use of micromechanics with a tapered air-gap between fixed and movable electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H59/00—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays
    • H01H2059/009—Electrostatic relays; Electro-adhesion relays using permanently polarised dielectric layers

Abstract

The inventive micromechanical electrostatic relay has at least one base substrate (1) with a flat base electrode, and an armature tongue (21) that has been relieved from an armature substrate (2), with a flat armature electrode. A wedge-shaped air gap (10) is formed between the base substrate (1) and the armature tongue. An electret layer (15, 25) is also configured on at least one of the substrate surfaces (11; 31), this electret layer being made up of a plurality of programmable, non-volatile storage locations (EEPROMs). A switching characteristic in the form of a make-contact, a break-contact or a changeover switch can be obtained in this manner.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches elektrostati­ sches Relais mit einem Festkörper als Basissubstrat,
The invention relates to a micromechanical electrostatic relay with a solid body as the base substrate,

  • - einer aus festem Material freigearbeiteten, flexiblen An­ kerzunge, welche einseitig an dem Basissubstrat angebunden ist, mit diesem einen keilförmigen, sich zum offenen Ende hin stetig erweiternden Arbeitsluftspalt bildet und bei Be­ tätigung auf dem Basissubstrat abrollbar ist,- A flexible, machined from solid material candle tongue, which is connected on one side to the base substrate is, with this one wedge-shaped, towards the open end forms continuously expanding working air gap and at Be operation can be unrolled on the base substrate,
  • - einer auf dem Basissubstrat ausgebildeten, flächigen Basi­ selektrode,- A flat base formed on the base substrate electrode,
  • - einer auf der Ankerzunge ausgebildeten, der Basiselektrode flächig gegenüberstehenden Ankerelektrode,- One formed on the anchor tongue, the base electrode flat opposite armature electrode,
  • - mindestens einem auf dem Basissubstrat angeordneten fest­ stehenden Kontakt und- Fixed at least one arranged on the base substrate standing contact and
  • - mindestens einem auf der Ankerzunge angeordneten, dem fest­ stehenden Kontakt gegenüberstehenden beweglichen Kontakt.- At least one arranged on the anchor tongue, the fixed standing contact opposite moving contact.

Ein derartiges mikromechanisches Relais ist grundsätzlich be­ reits in der DE 42 05 029 C1 beschrieben. Durch den keilför­ migen Luftspalt zwischen der Basiselektrode und der Ankere­ lektrode ergibt sich beim Anlegen einer Spannung zwischen beiden Elektroden ein Abrollen der Ankerzunge auf der Basise­ lektrode, wodurch der enge Abstand zwischen beiden Elektroden von der Einspannstelle bis zum freien, kontaktgebenden Ende hin weiterwandert (Wanderkeil-Prinzip). Auf diese Weise ist es möglich, einerseits mit einem ausreichenden Kontaktabstand die Isolationsfestigkeit zwischen feststehendem Kontakt und beweglichem Kontakt in geöffnetem Zustand sicherzustellen und andererseits mit verhältnismäßig geringer Schaltleistung den Anker elektrostatisch zum Ansprechen zu bringen. Allerdings sind bei einem derartigen, rein elektrostatischen Schaltprin­ zip relativ hohe Schaltspannungen erforderlich; außerdem sind die erzielbaren Kontaktkräfte noch verhältnismäßig gering. Such a micromechanical relay is basically be already described in DE 42 05 029 C1. Through the wedge air gap between the base electrode and the armature electrode results when a voltage is applied between both electrodes roll off the anchor tongue on the base electrode, creating the close distance between the two electrodes from the clamping point to the free, contacting end hikes there (wedge principle). That way it is possible, on the one hand, with a sufficient contact distance the insulation strength between the fixed contact and ensure movable contact in the open state and on the other hand with a relatively low switching capacity To make the anchor respond electrostatically. Indeed are in such a purely electrostatic circuit zip relatively high switching voltages required; are also the achievable contact forces are still relatively low.  

Darüber hinaus sind bei diesem Prinzip Öffnerkontakte bzw. Wechslerkontakte nur sehr schwer zu verwirklichen.In addition, normally closed contacts or Changeover contacts are very difficult to implement.

Aus der US 5 544 001 ist ferner bereits ein elektrostatisches Relais bekannt, bei dem eine bewegliche Zunge zwischen zwei stationären Elektroden umschaltbar ist und wobei die statio­ nären Elektroden zusätzlich mit Elektreten versehen sind. Al­ lerdings sind dort die stationären Elektroden mit verhältnis­ mäßig großem Abstand zur beweglichen Zunge angeordnet, so daß diese sich in den jeweiligen Schaltstellungen nur unter einem spitzen Winkel an die Gegenelektroden anlegen und diese al­ lenfalls über einen Teil ihrer Fläche berühren kann. Dies gilt auch, obwohl dort bereits vorgesehen ist, daß der Luftspalt zwischen der Ankerzunge und den stationären Elek­ troden durch stufenförmige Gestaltung oder durch schrägen Verlauf der stationären Elektroden im Einspannbereich der An­ kerzunge kleiner sein soll als an ihrem kontaktgebenden Ende; denn auch in diesem Fall verbleibt im Bereich des befestigten Abschnittes der Ankerzunge ein beträchtlicher Abstand zu den stationären Elektroden bzw. Elektreten, so daß zumindest über einen wesentlichen Teil der Länge der Ankerzunge ein flächi­ ges Anliegen an dem stationären Elektret nicht möglich ist.From US 5 544 001 is also already an electrostatic Relay known in which a movable tongue between two stationary electrodes is switchable and the statio nary electrodes are additionally provided with electrets. Al However, the stationary electrodes are proportionate there arranged moderately large distance from the movable tongue, so that these are only under one in the respective switch positions create an acute angle on the counter electrodes and al if necessary over a part of their area. This also applies, although it is already provided there that the Air gap between the anchor tongue and the stationary elec Tread through stepped design or through inclined Course of the stationary electrodes in the clamping area of the An candle should be smaller than at its contacting end; because even in this case remains in the area of the fortified Section of the anchor tongue a considerable distance from the stationary electrodes or electrets, so that at least over a substantial part of the length of the anchor tongue a flat concerns about the stationary electret is not possible.

Darüber hinaus haben bekannte Elektreten, wie sie auch bei dem erwähnten elektrostatischen Relais Verwendung finden, den Nachteil, daß sie durch Einbringen von Ladungsträgern in eine dielektrische Schicht gebildet werden, wobei es schwierig ist, eine homogene Ladungsverteilung zu erzeugen und über die Lebensdauer stabil zu halten. Die Aufladung des Dielektrikums muß bei derartigen Elektreten während der Fertigung der ein­ zelnen Schichten erfolgen. Der Ausgleich von Ladungsverlusten aufgrund von Oberflächeneffekten im späteren Betrieb oder ei­ ne Veränderung der Elektretspannung sind nicht möglich.They also have well-known electrets, such as those at the mentioned electrostatic relay find the Disadvantage that they can be introduced into a dielectric layer are formed, making it difficult is to generate a homogeneous charge distribution and over the To keep lifespan stable. The charging of the dielectric with such electrets during the manufacture of the individual layers. The compensation of cargo losses due to surface effects in later operation or egg ne change of the electret voltage is not possible.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein elektro­ statisches Relais der eingangs genannten Art so weiterzubil­ den, daß mit relativ geringen Schaltspannungen ein verbesser­ tes Schaltverhalten mit einer gewünschten Sprung- Schaltcharakteristik und mit ausreichend hohen Kontaktkräften erzielt wird. Dabei soll es möglich sein, eine gewünschte Schaltcharakteristik, wie Öffner, Schließer und Wechsler und die entsprechenden Schaltschwellen auch nach der Fertigung für einen bestimmten Anwendungsfall einzustellen oder auch wieder zu verändern.The aim of the present invention is therefore an electro static relay of the type mentioned so to continue that improve with relatively low switching voltages  switching behavior with a desired jump Switching characteristics and with sufficiently high contact forces is achieved. It should be possible to find a desired one Switching characteristics, such as break contacts, make contacts and changeover contacts the corresponding switching thresholds even after production set for a specific application or also to change again.

Erfindungsgemäß besitzt ein Relais zur Erreichung dieses Zie­ les den eingangs genannten Aufbau und darüber hinaus minde­ stens eine auf dem Basissubstrat angeordnete, in die Oberflä­ che des keilförmigen Luftspaltes einbezogene Elektret- Ladungsschicht, welche durch eine Mehrzahl von programmierba­ ren, nicht flüchtigen Ladungsspeicherzellen, sog. EEPROMs, gebildet ist.According to the invention has a relay to achieve this goal les the structure mentioned above and beyond least one arranged on the base substrate, in the surface surface of the wedge-shaped air gap Charge layer, which by a plurality of programmable ren, non-volatile charge storage cells, so-called EEPROMs, is formed.

Durch die erfindungsgemäße Einbeziehung einer Elektretschicht in den keilförmigen Luftspalt läßt sich die Schaltcharakteri­ stik des Relais sehr gut auf den jeweiligen Anwendungsfall einstellen. Da die Elektretschicht sich bis in die Spitze des keilförmigen Luftspaltes hineinerstreckt, werden die elektri­ schen Ladungen des Elektrets bereits von Beginn der Schaltbe­ wegung an zugleich mit dem Anlegen der Steuerspannung wirk­ sam, so daß die Steuerspannung selbst entsprechend geringer sein kann. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Elektretschicht jeweils durch eine Mehrzahl von ladungsspei­ chernden Zellen gebildet ist, durch die eine gewünschte homo­ gene Ladungsverteilung genau und stabil eingestellt werden kann. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektreten, bei denen die Ladungsträger in eine dielektrische Schicht, zum Beispiel SiO2 oder SiO2-Si3N4-Verbundstrukturen eingebracht werden, wird bei der Erfindung die Elektretfunktion durch das Ein­ bringen von Ladungen in eine allseitig von einem Isolator um­ schlossene, elektrisch leitende Speicherschicht realisiert. Dieses Konzept basiert auf Strukturen, die sich im Bereich der Mikroelektronik als nichtflüchtige, wiederbeschreibbare Speicherzellen (EEPROMs) durchgesetzt haben. Dieses Prinzip wird mit einer entsprechenden Dimensionierung der Schichtdic­ ken und der Flächen der einzelnen Speicherzellen an die Er­ fordernisse des Mikrorelais angepaßt. Über die Menge der je­ weils eingebrachten Ladungsträger, die bei gegebener Dimen­ sionierung über die Aufladungsdauer und Aufladungsspannung gesteuert werden kann, wird das jeweilige Elektretpotential und damit die Schaltcharakteristik vorgegeben.By including an electret layer in the wedge-shaped air gap according to the invention, the switching characteristics of the relay can be set very well to the respective application. Since the electret layer extends into the top of the wedge-shaped air gap, the electrical charges of the electret are effective from the start of the Schaltbe movement at the same time as the control voltage is applied, so that the control voltage itself can be correspondingly lower. Furthermore, it is provided according to the invention that the electret layer is formed in each case by a plurality of charge-storing cells, by means of which a desired homogeneous charge distribution can be set precisely and stably. In contrast to conventional electrets, in which the charge carriers are introduced into a dielectric layer, for example SiO 2 or SiO 2 -Si 3 N 4 composite structures, in the invention the electret function is achieved by introducing charges into one side of an insulator realized around closed, electrically conductive storage layer. This concept is based on structures that have established themselves in the field of microelectronics as non-volatile, rewritable memory cells (EEPROMs). This principle is adapted to the requirements of the microrelay with appropriate dimensioning of the layer thickness and the areas of the individual memory cells. The respective electret potential and thus the switching characteristic is specified via the amount of the charge carriers introduced at a time, which can be controlled for a given dimensioning via the charging duration and charging voltage.

Besonders vorteilhaft bei der erfindungsgemäßen Relaisgestal­ tung ist die Möglichkeit, die Speicherschicht nach Beendigung des Fertigungsprozesses aufzuladen. Damit kann der Program­ miervorgang aber auch (bei geeigneter äußerer Beschaltung) beliebig oft wiederholt werden, so daß eine Anpassung des Schaltverhaltens an die jeweiligen Erfordernisse im Betrieb jederzeit möglich ist. Die fertigungstechnischen Freiheits­ grade werden damit erhöht; zugleich können Toleranzen in der beim Fertigungsvorgang erzeugten Geometrie durch den Program­ miervorgang kompensiert werden. Auch können Ladungsverluste im Betrieb jederzeit wieder ausgeglichen werden.Particularly advantageous in the relay configuration according to the invention tion is the ability to save the storage layer after completion of the manufacturing process. So that the program lubrication process but also (with suitable external wiring) can be repeated any number of times, so that an adjustment of the Switching behavior to the respective requirements in operation is possible at any time. The freedom of manufacturing technology just be increased with it; at the same time, tolerances in the geometry generated by the program during the manufacturing process lubrication process can be compensated. Charge losses can also occur be compensated for at any time during operation.

Das Schaltverhalten kann also in seinen qualitativen und quantitativen Merkmalen zu einem beliebigen Zeitpunkt mittels eines Programmierschrittes festgelegt und auch wieder verän­ dert werden. So ist es beispielsweise möglich, eine Mikrore­ lais-Familie zu realisieren, deren einzelne Varianten zu­ nächst alle den gleichen Aufbau und damit den gleichen Ferti­ gungsablauf aufweisen, deren Schalteigenschaften aber durch die nachträgliche Programmierung erst eingestellt werden.The switching behavior can be in its qualitative and quantitative characteristics at any point in time a programming step and change it again be changed. For example, it is possible to create a microre to realize the lais family, their individual variants too next all the same structure and thus the same Ferti exhibit sequence, but their switching properties by the subsequent programming can only be set.

Je nach der vorgesehenen elektrischen Ladungsdichte der Elek­ tretschicht bzw. der Ladungsspeicherschicht kann die Charak­ teristik des Relais unterschiedlich gewählt werden. So kann die Ladungsdichte so hoch gewählt werden, daß bereits ohne Ansteuerung die Anziehungskraft des Elektrets die mechanische Vorspannungskraft der Ankerzunge übersteigt, mit der diese aufgrund ihrer Grundform vom Basissubstrat weg vorgespannt ist. In diesem Fall legt sich also die Ankerzunge im Ruhezu­ stand an das Basissubstrat an und es wird ein Öffnerkontakt gebildet. Ist dagegen bei geringerer Ladungsdichte diese An­ zugskraft geringer als die Vorspannungskraft, so entsteht ein Schließer. In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein zu­ sätzliches Deckelsubstrat über dem Basissubstrat so angeord­ net, daß diese beiden feststehenden Substrate einen keilför­ migen Luftspalt bilden, in welchem die Ankerzunge schwenkbar angeordnet ist und sich wahlweise an die Basiselektrode bzw. an die Deckelelektrode anlegt. In diesem Fall ist auf dem Ba­ sissubstrat und auf dem Deckelsubstrat jeweils eine Elektret­ schicht vorgesehen, wobei diese Elektretschichten Ladungen mit unterschiedlichen Vorzeichen tragen. Auch in diesem Fall läßt sich die Charakteristik durch die Abstimmung der La­ dungsdichten in beiden Elektretschichten einstellen. Wenn die Ladungen unterschiedlichen Vorzeichens in beiden Elektret­ schichten ihren Absolutwerten nach gleich sind, ihre Summe also Null ergibt, so läßt sich auf diese Weise eine bistabile oder bei entsprechender Feinabstimmung auch eine tristabile Schaltcharakteristik erzielen. Andererseits läßt sich durch unterschiedliche Ladungsdichten in den beiden Elektretschich­ ten ein monostabiles Schaltverhalten erzielen.Depending on the intended electrical charge density of the elec footing layer or the charge storage layer can the Charak teristics of the relay can be selected differently. So can the charge density should be chosen so high that without Controlling the attraction of the electret the mechanical Pretensioning force of the anchor tongue with which it exceeds biased away from the base substrate due to its basic shape is. In this case, the anchor tongue is at rest  stood against the base substrate and it becomes an NC contact educated. In contrast, if the charge density is lower, this is tensile force less than the pre-tensioning force, so a NO contact. In a preferred embodiment, one becomes additional lid substrate arranged above the base substrate net that these two fixed substrates a keilför Form air gap in which the anchor tongue is pivotable is arranged and optionally on the base electrode or applied to the lid electrode. In this case, the Ba and an electret on the cover substrate Layer provided, these electret layers charges wear with different signs. In this case, too the characteristic can be coordinated by La Set the seal densities in both electret layers. If the Charges of different signs in both electrets strata are equal according to their absolute values, their sum So if there is zero, a bistable can be created in this way or, if fine-tuned accordingly, a tristable one Achieve switching characteristics. On the other hand, different charge densities in the two electret layers achieve a monostable switching behavior.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist die Luftspalt­ oberfläche des Basissubstrats und gegebenenfalls des Deckel­ substrats jeweils so gekrümmt, daß im Bereich der Einspannung der Ankerzunge die größte Krümmung auftritt und daß der Ab­ stand zwischen der Basiselektrode und der Ankerzunge bzw. zwischen der Basiselektrode und der Deckelelektrode von der Einspannstelle der Ankerzunge zu deren freiem Ende hin stetig größer wird.In a preferred embodiment of the invention, the air gap is surface of the base substrate and possibly the lid Substrate each curved so that in the area of the clamping the anchor tongue has the greatest curvature and that the Ab stood between the base electrode and the anchor tongue or between the base electrode and the lid electrode from the Clamping point of the anchor tongue steadily towards its free end gets bigger.

Als Werkstoff für das Basis- und das Deckelsubstrat sowie für die Ankerzunge wird vorzugsweise Silizium oder ein kristalli­ nes Material mit ähnlichen Eigenschaften verwendet. Für die Ankerzunge kommen neben dem kristallinen Silizium auch Poly­ silizium, Metalle und auch in der Mikromechanik verarbeitbare Kunststoffe - mit Metallbeschichtung - in Betracht. Die ein­ zelnen Speicherzellen der Elektretschicht bestehen, wie er­ wähnt, aus einer metallischen Ladungsspeicherschicht mit frei verschiebbarem Potential, die ihrerseits zwischen Isolations­ schichten eingebettet ist. Lediglich gegenüber einer Aufla­ dungselektrode besitzen diese Speicherzellen ein Tunnelfen­ ster, bei dem eine relativ dünne Tunneloxidschicht den Durch­ tritt von Ladungen beim Anlegen einer Spannung gestattet.As a material for the base and lid substrates as well as for the anchor tongue is preferably silicon or a crystalline material with similar properties. For the In addition to crystalline silicon, anchor tongues also come in poly silicon, metals and also processable in micromechanics Plastics - with a metal coating - into consideration. The one  individual memory cells of the electret layer exist as he thinks of a metallic charge storage layer with free displaceable potential, which in turn is between isolation layers is embedded. Only compared to an edition tion electrode, these memory cells have a tunnel fen ster, in which a relatively thin tunnel oxide layer the through occurs from charges when voltage is applied.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Relais der eingangs genannten Art besteht darin, daß in einem kristallinen Basissubstrat durch Abtragung der Ober­ fläche ein der gewünschten keilförmigen Luftspaltoberfläche entsprechendes Profil erzeugt und durch selektive Beschich­ tung und Strukturierung mindestens eine Isolationsschicht, eine Metallschicht zur Bildung der Basiselektrode und minde­ stens einer Lastkreiszuführung, eine zwischen Isolations­ schichten eingefügte, in einzelne Ladungsspeicherzellen un­ terteilte elektrisch leitende Elektretschicht sowie minde­ stens ein Kontaktstück ausgebildet werden, daß auf der Unter­ seite eines Ankersubstrats durch selektive Beschichtung und Strukturierung mindestens eine Isolationsschicht, eine Me­ tallschicht zur Bildung einer Ankerelektrode und mindestens eines beweglichen Kontaktelementes sowie eine Oberflächen­ isolationsschicht erzeugt werden, daß das Ankersubstrat mit seiner strukturierten Unterseite auf die strukturierte Ober­ seite des Basissubstrates gebondet sowie bis auf eine ge­ wünschte Ankerdicke abgetragen wird und daß dann die Kontur der Ankerzunge von drei Seiten freigelegt wird. Vorzugsweise wird außerdem ein Deckelsubstrat in analoger Weise wie das Basissubstrat beschichtet und strukturiert und dann mit sei­ ner strukturierten Seite auf das Ankersubstrat gebondet.A method according to the invention for the production of a several relays of the type mentioned is that in a crystalline base substrate by removing the surface area of the desired wedge-shaped air gap surface appropriate profile generated and by selective coating processing and structuring at least one insulation layer, a metal layer to form the base electrode and mind At least one load circuit lead, one between insulation layers inserted into individual charge storage cells divided electrically conductive electret layer and mind least a contact piece are formed that on the sub side of an armature substrate by selective coating and Structuring at least one insulation layer, one me tallschicht to form an anchor electrode and at least a movable contact element and a surface Insulation layer are generated that the anchor substrate with its structured underside on the structured upper side of the base substrate bonded as well as one ge desired anchor thickness is removed and then the contour the anchor tongue is exposed from three sides. Preferably also becomes a lid substrate in an analogous manner to that Base substrate coated and structured and then with A structured side is bonded to the anchor substrate.

Für die einzelnen Herstellungsschritte des Relais finden gleiche oder ähnliche Ätz-, Beschichtungs-, Strukturierungs- und Dotierungsverfahren Anwendung, wie sie in der Halbleiter­ technik bzw. sonst in der Mikromechanik verwendet werden. Die gekrümmten Profile für die Luftspaltoberflächen des Basis­ substrats und gegebenenfalls des Deckelsubstrats werden vor­ zugsweise mittels Grauton-Lithografie oder Opfermaskentechnik gewonnen.Find for the individual manufacturing steps of the relay same or similar etching, coating, structuring and doping method application as used in the semiconductor technology or otherwise used in micromechanics. The curved profiles for the air gap surfaces of the base  substrate and, if necessary, the lid substrate are before preferably using gray-tone lithography or sacrificial mask technology won.

Da bei einer derartigen Herstellungsweise in der Regel eine Vielzahl von gleichen Systemen auf einem Silizium-Wafer in Vielfachanordnung gewonnen werden (Nutzen-Fertigung), kann es von Vorteil sein, die einzelnen Relaissysteme nach der Her­ stellung nicht voneinander zu trennen, sondern in der Viel­ fachanordnung zu belassen und beispielsweise in einem gemein­ samen Gehäuse unterzubringen. Dabei können die einzelnen Re­ laissysteme durch geeignete Wahl der Anschlußelemente einzeln oder parallel angesteuert werden.As a rule, with such a method of production Large number of identical systems on a silicon wafer Multiple arrangement can be won (benefit manufacturing), it can be advantageous, the individual relay systems after the Her position not to separate from each other, but in the many to keep subject arrangement and, for example, in one common housing the housing. The individual Re Lay systems by suitable choice of the connection elements individually or controlled in parallel.

In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen genannt.Further refinements are mentioned in the subclaims.

Die Erfindung wird nachfolgend an Ausführungsbeispielen an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigenThe invention is based on exemplary embodiments hand of the drawing explained in more detail. Show it

Fig. 1 eine Umschalterstruktur eines erfindungsgemäßen mi­ kromechanischen Relais, FIG. 1 shows a switch structure of an inventive mi kromechanischen relay

Fig. 2 das Prinzip der Anordnung einzelner Speicherzellen auf der Basiselektrode eines Relais gemäß Fig. 1, Fig. 2 shows the principle of the arrangement of individual memory cells on the base electrode of a relay according to Fig. 1,

Fig. 3 und 4 das Modell einer Ladungsspeicherzelle einer An­ triebselektrode gemäß Fig. 2 im Schnitt und in Draufsicht, FIGS. 3 and 4, the model of a cell of a charge storage electrode to drive shown in FIG. 2, in section and in plan view,

Fig. 5 bis 14 verschiedene Fertigungsschritte bei der Her­ stellung der ladungsspeichernden Elemente für ein erfindungs­ gemäßes Relais, jeweils im Schnitt und in Draufsicht, Fig. 5 to 14 different manufacturing steps in the forth position of the charge-storing elements of a relay according Invention, respectively in section and in plan view,

Fig. 15A bis 15E eine schematische Schnittdarstellung eines Basissubstrats in verschiedenen Verfahrensschritten der Her­ stellung, FIG. 15A to 15E is a schematic sectional view of a base substrate in position different method steps in the manufacturing,

Fig. 16A bis 16H in schematischer Schnittdarstellung die Herstellung einer (bzw. zweier) Ankerzunge(n) in mehreren Verfahrensschritten, die Verbindung mit einem Basissubstrat und das Aufbringen eines zusätzlichen Deckelsubstrats, FIG. 16A to 16H in a schematic sectional representation of the preparation of a (or two) anchor tongue (s) in several process steps, the compound with a base substrate, and applying an additional cover substrate,

Fig. 17 eine perspektivische Darstellung einer Relais- Vielfachanordnung mit einem gemeinsamen Basissubstrat, einer Vielzahl von zusammenhängenden Ankerzungen und einem gemein­ samen Deckelsubstrat. Fig. 17 is a perspective view of a relay array with a common base substrate, a plurality of contiguous anchor tongues and a common cover substrate.

Fig. 1 zeigt schematisch den Aufbau eines erfindungsgemäßen Wechslerrelais. Es besteht aus einem Basissubstrat 1, einem Ankersubstrat 2 mit einer Ankerzunge 21 und einem Deckel­ substrat 3, wobei zwischen dem Basissubstrat 1 und dem Dec­ kelsubstrat 3 ein keilförmiger Luftspalt 10 gebildet und die Ankerzunge 21 zwischen diesen beiden Substraten 1 und 3 ein­ geschlossen ist. Das Deckelsubstrat 3 ist vorzugsweise iden­ tisch mit dem Basissubstrat 1 gestaltet und um 180° gedreht auf dieses unter Zwischenfügung eines Ankersubstrats 2 aufge­ setzt. Die dem Luftspalt 10 zugekehrten Oberflächen 11 des Basissubstrats und 31 des Deckelsubstrats sind so gekrümmt, daß sie ihre größte Krümmung im Bereich des spitz zulaufenden inneren Luftspaltendes besitzen, während diese Krümmung zum offenen Ende des Luftspaltes hin stetig flacher wird, wobei der Luftspalt insgesamt sich zum offenen Ende hin stetig ver­ größert. Entsprechend dem jeweiligen Schaltzustand kann sich die Ankerzunge 21 wahlweise an die Oberfläche des Deckel­ substrates 3 (in durchgehenden Linien gezeichnet) oder an die Oberfläche des Basissubstrates 1 (gepunktet angedeutet) an­ schmiegen. Fig. 1 shows schematically the structure of a changeover relay according to the invention. It consists of a base substrate 1, an armature substrate 2 with an armature tongue 21 and a cover substrate 3, wherein between the base substrate 1 and the Dec kelsubstrat 3 a wedge-shaped air gap 10 is formed and the anchor tongue 21 between these two substrates 1 and 3 is a closed. The lid substrate 3 is preferably designed identically with the base substrate 1 and rotated by 180 ° on this with the interposition of an armature substrate 2 . The surfaces 11 of the base substrate and 31 of the cover substrate facing the air gap 10 are curved so that they have their greatest curvature in the region of the tapering inner air gap end, while this curvature becomes steadily flatter towards the open end of the air gap, the air gap increasing overall open end steadily enlarged. Depending on the respective switching state, the armature tongue 21 can either nestle against the surface of the lid substrate 3 (drawn in solid lines) or against the surface of the base substrate 1 (indicated by dots).

Grundsätzlich könnten die Substrate 1 und 3 mit entsprechen­ der Dotierung selbst als Basis- bzw. Deckelelektrode fungie­ ren. Ebenso könnte das Ankersubstrat 2 bzw. die Ankerzunge 21 unmittelbar eine Ankerelektrode bilden. Vorzugsweise wird man jedoch auf der Basisoberfläche eine Basiselektrode 12, auf der Deckeloberfläche eine Deckelelektrode 32 und auf den je­ weiligen Oberflächen der Ankerzunge 21 metallische Ankerelek­ troden 22 und 23 vorsehen. Die Metallschichten zur Bildung der Elektroden können dann durch entsprechende Strukturierung auch von den Elektroden isolierte Zuführungsleitungen für den Laststromkreis bilden. Gleichzeitig mit der Basiselektrode 11 wird auch eine Aufladungselektrode 13 und mit der Deckelelek­ trode 31 eine Aufladungselektrode 33 erzeugt. Durch eine Iso­ lierschicht 14 bzw. 34 von den Elektroden 12 und 13 bzw. 32 und 33 getrennt, ist dann auf der Basiselektrode eine La­ dungsspeicherschicht 15, auf der Deckelelektrode eine La­ dungspeicherschicht 35 angeordnet, die wiederum nach außen durch eine weitere Isolationsschicht 16 bzw. 36 abgedeckt ist. Die Ladungsspeicherschichten 15 bzw. 35 sind jeweils im Bereich der Aufladungselektroden 13 bzw. 33 an letztere ange­ nähert, so daß die Isolationsschicht 14 bzw. 34 an dieser Stelle jeweils einen Tunnelbereich 17 bzw. 37 geringer Dicke bildet, in welchem bei Anlegen einer entsprechenden Spannung elektrische Ladungen in die Speicherschicht 15 bzw. 35 hin­ eintransportiert werden können.Basically, the substrates 1 and 3 with the corresponding doping themselves could function as a base or cover electrode. Likewise, the armature substrate 2 or the armature tongue 21 could directly form an armature electrode. Preferably, however, one will provide a base electrode 12 on the base surface, a cover electrode 32 on the cover surface, and metallic anchor electrodes 22 and 23 on the respective surfaces of the anchor tongue 21 . The metal layers for forming the electrodes can then also form supply lines for the load circuit which are insulated from the electrodes by appropriate structuring. Simultaneously with the base electrode 11 , a charging electrode 13 and with the lid electrode 31, a charging electrode 33 is generated. Separated by an insulating layer 14 or 34 from the electrodes 12 and 13 or 32 and 33 , a charge storage layer 15 is then arranged on the base electrode, a charge storage layer 35 is arranged on the cover electrode, which in turn is outwardly through a further insulation layer 16 or 36 is covered. The charge storage layers 15 and 35 are each approached in the region of the charging electrodes 13 and 33 , so that the insulation layer 14 and 34 at this point each form a tunnel region 17 and 37 of small thickness, in which when a corresponding voltage is applied electrical charges can be transported into the storage layer 15 or 35 .

Das Kontaktsystem des Wechslerrelais besteht gemäß Fig. 1 aus einem Basis-Festkontakt 19, einem Deckel-Festkontakt 39 und einem beweglichen Mittelkontakt 29, der auf der Ankerzun­ ge 21 angeordnet ist. Dieser bewegliche Mittelkontakt 29 ist in einem beweglichen Kontaktbereich 24 angeordnet, der sei­ nerseits durch spiralförmig bzw. sonnenradförmig ineinander­ greifende Schlitze 25 über dazwischenliegende bewegliche Ste­ ge in der Ankerzunge 21 aufgehängt ist, so daß er bei der Kontaktgabe jeweils aus der Ebene der Ankerzunge 21 heraus bewegbar ist und auf diese Weise die gewünschte Kontaktkraft erhält (siehe auch Fig. 2). Eine derartige Gestaltung einer Ankerzunge mit beweglich aufgehängtem Kontakt ist bereits in der DE 44 37 259 C1 beschrieben. Der Kontakt ist über eine nicht gezeigte Leiterbahn mit einem nicht dargestellten An­ schluß im Bereich der Einspannstelle der Ankerzunge 21 ver­ bunden. Lediglich schematisch ist in Fig. 1 außerdem die Spannungsbeschaltung des Relais angedeutet. Dabei liegen die beiden feststehenden Elektroden, also die Basiselektrode 11 und die Deckelelektrode 31, jeweils an Masse, während an die Ankerzunge 21 eine Steuerspannung Us angelegt wird. Diese Steuerspannung ist je nach gewünschter Schaltbewegung in Ab­ stimmung mit der Ladung der beiden Elektretschichten 15 und 35 entweder positiv oder negativ. Durch Anlegen der Steuer­ spannung Us wird die Ankerzunge mit einem bestimmten Potenti­ al beaufschlagt, wodurch sie von der Elektretladung der einen Elektretschicht abgestoßen und von der anderen Elektret­ schicht angezogen wird.The contact system consists of the change-over relay of FIG. 1 of a base-fixed contact 19, a lid-fixed contact 39 and a movable center contact 29, is disposed on the GE Ankerzun 21st This movable center contact 29 is arranged in a movable contact area 24 , which is on the other hand by spiral or sun gear interlocking slots 25 ge interposed movable webs in the armature tongue 21 so that it is in contact with each other out of the plane of the armature tongue 21 is movable and in this way receives the desired contact force (see also Fig. 2). Such a design of an anchor tongue with a movably suspended contact has already been described in DE 44 37 259 C1. The contact is connected via a conductor track, not shown, to a circuit, not shown, in the region of the clamping point of the anchor tongue 21 . The voltage connection of the relay is also indicated only schematically in FIG. 1. The two fixed electrodes, that is to say the base electrode 11 and the cover electrode 31 , are each connected to ground, while a control voltage U s is applied to the armature tongue 21 . This control voltage is either positive or negative depending on the desired switching movement in accordance with the charge of the two electret layers 15 and 35 . By applying the control voltage U s , the anchor tongue is acted upon with a certain potential, whereby it is repelled by the electret charge of one electret layer and attracted by the other electret layer.

Fig. 2 zeigt das Prinzip der Anordnung der einzelnen Spei­ cherzellen einer Elektretschicht, wie sie beispielsweise bei Draufsicht auf das Basissubstrat 1 von Fig. 1 erscheinen; das Substrat selbst ist dabei nicht näher dargestellt. Außer­ dem ist in Fig. 2 die Kontur der auf dem Basissubstrat lie­ genden Ankerzunge 21 gestrichelt dargestellt, um die räumli­ che Anordnung der Einspannung bzw. des Kontaktbereiches und die Anpassung der Speicherzellen an diesen Kontaktbereich darzustellen. Fig. 2 shows the principle of the arrangement of the individual memory cells of an electret layer, as they appear, for example, when the top view of the base substrate 1 of Fig. 1; the substrate itself is not shown in detail. In addition, the contour of the anchor tongue 21 lying on the base substrate is shown in broken lines in FIG. 2 in order to show the spatial arrangement of the clamping or the contact area and the adaptation of the memory cells to this contact area.

Wie in Fig. 2 zu erkennen ist, sind die einzelnen Speicher­ zellen 41 matrixartig über die gesamte aktive Oberfläche des Basissubstrats unterhalb der Ankerzunge verteilt angeordnet, lediglich der Bereich unterhalb des kontaktgebenden Bereiches 24 der Ankerzunge ist nicht mit Speicherzellen belegt. Unter­ halb der Speicherzellen liegt eine in Fig. 2 nicht darge­ stellte Antriebselektrode bzw. Basiselektrode 11 (Fig. 1), die zugleich als Steuerelektrode für die Aufladung der Spei­ cherzelle dient. Gepunktet angedeutet ist in Fig. 2 ein Feld von Aufladungselektroden 43, die unterhalb einer jeden Spei­ cherzelle neben einem entsprechenden Abschnitt der Steuere­ lektrode liegen, und an die zur Aufladung der Speicherzellen eine bestimmte Spannung über die Zuleitung 43a angelegt wird.As can be seen in FIG. 2, the individual memory cells 41 are arranged in a matrix-like manner over the entire active surface of the base substrate below the anchor tongue, only the area below the contacting area 24 of the anchor tongue is not occupied by memory cells. Below half of the memory cells is a drive electrode or base electrode 11 ( FIG. 1) not shown in FIG. 2, which also serves as a control electrode for charging the memory cell. Dotted is indicated in Fig. 2, a field of charging electrodes 43 , which are beneath each memory cell next to a corresponding section of the control electrode, and to which a certain voltage is applied via the lead 43 a for charging the memory cells.

Der Aufbau der einzelnen Speicherzellen und der Aufladungs­ vorgang soll nunmehr anhand der Fig. 3 und 4 erläutert werden. Jede Speicherzelle 41 besitzt demnach eine Ladungs­ speicherschicht 45, die zwischen zwei Isolatorschichten 44 und 46 liegt, die beispielsweise aus Siliziumdioxid SiO2 be­ stehen. Die Ladungsspeicherschicht 45 ist eine metallische Schicht. In einer Lücke einer Steuerelektrode 42, die der Ba­ siselektrode 12 in Fig. 1 entspricht, liegt die Aufladungs­ elektrode 43, die der Ladungsspeicherschicht in einem gerin­ gen Abstand dinj gegenübersteht und auf diese Weise einen Tun­ nelbereich 47 zum Aufladen bildet. Dieser Abstand dinj beträgt beispielsweise 10 bis 25 nm, während die normale Schichtdicke ds der Isolationsschicht 44 beispielsweise 200 bis 500 nm be­ trägt. Wie aus Fig. 2 noch zu erkennen ist, sind die einzel­ nen Speicherzellen 41 vorzugsweise rechteckig und so angeord­ net, daß sie in Längsrichtung bzw. in Abrollrichtung der An­ kerzunge eine geringere Ausdehnung besitzen als in der Quer­ richtung. Auf diese Weise läßt sich die gewünschte Ladungs­ verteilung und eine entsprechende Schaltcharakteristik beson­ ders gut einstellen. Die Abmessungen einer derartigen Spei­ cherzelle 41 betragen vorzugsweise in Längsrichtung der An­ kerzunge l1 = 25 bis 50 µm, in Querrichtung b1 = 25 bis 100 µm. Die wirksame Fläche Ainj der Aufladungselektrode ergibt sich aus ihren Abmessungen, die in Länge l2 und Breite b2 jeweils zwischen 5 und 15 µm betragen können, während die wirksame Fläche As der Steuerelektrode annähernd den Rest der Ge­ samtfläche der Speicherzelle einnimmt.The structure of the individual memory cells and the charging process will now be explained with reference to FIGS . 3 and 4. Each memory cell 41 accordingly has a charge storage layer 45 which lies between two insulator layers 44 and 46 , which are made of silicon dioxide SiO 2 , for example. The charge storage layer 45 is a metallic layer. In a gap of a control electrode 42 , which corresponds to the base electrode 12 in FIG. 1, is the charging electrode 43 , which faces the charge storage layer at a slight distance d inj and in this way forms a channel region 47 for charging. This distance d inj is, for example, 10 to 25 nm, while the normal layer thickness d s of the insulation layer 44 is, for example, 200 to 500 nm. As can still be seen from Fig. 2, the single NEN memory cells 41 are preferably rectangular and so angeord net that they have a smaller extent in the longitudinal direction or in the rolling direction of the candle tongue than in the transverse direction. In this way, the desired charge distribution and a corresponding switching characteristic can be adjusted particularly well. The dimensions of such a memory cell 41 are preferably in the longitudinal direction of the plug tongue l 1 = 25 to 50 μm, in the transverse direction b 1 = 25 to 100 μm. The effective area A inj of the charging electrode results from their dimensions, which can be between 5 and 15 μm in length l 2 and width b 2 , while the effective area A s of the control electrode takes up almost the rest of the total area of the memory cell.

Zum Einbringen von Ladungsträgern in die Speicherschicht ei­ ner Speicherzelle 41 wird zwischen der Steuerelektrode 42 und der Aufladungselektrode 43 eine elektrische Steuerspannung Uinj angelegt. Entsprechend dem kapazitiven Spannungsteiler­ verhältnis der Anordnung fällt ein Teil der Steuerspannung über dem Tunneloxid ab und bestimmt den konstanten Anteil der elektrischen Feldstärke im Tunnelbereich 47. Aus der Ge­ samtfeldstärke im Tunnelbereich ergibt sich mit der Fowler- Nordheim-Beziehung die Tunnelstromdichte. Infolge des La­ dungstransports in die Speicherschicht 45 hinein baut sich ein elektrisches Feld auf, das dem Steuerfeld entgegenwirkt und somit eine allmähliche Verringerung der Stromdichte be­ dingt; der Aufladungsvorgang läuft also in eine Sättigung hinein. Dementsprechend kann die insgesamt in die Speicher­ schicht eingebrachte Ladungsmenge, welche bei gegebener Zel­ lenfläche die Elektretspannung bestimmt, entweder über die Aufladungszeit (bei fest gewählter Steuerspannung) oder über die Steuerspannung (bei fest gewählter Aufladungszeit) kon­ trolliert werden.To introduce charge carriers into the storage layer of a storage cell 41 , an electrical control voltage U inj is applied between the control electrode 42 and the charging electrode 43 . Corresponding to the capacitive voltage divider ratio of the arrangement, part of the control voltage drops across the tunnel oxide and determines the constant proportion of the electric field strength in the tunnel region 47 . From the total field strength in the tunnel area, the Fowler-Nordheim relationship gives the tunnel current density. As a result of the charge transport into the storage layer 45 , an electric field builds up which counteracts the control field and thus causes a gradual reduction in the current density; the charging process runs into saturation. Accordingly, the total amount of charge introduced into the storage layer, which determines the electret voltage for a given cell area, can be controlled either via the charging time (with a fixed control voltage) or via the control voltage (with a fixed charging time).

In den Fig. 5 bis 14 sind die Hauptprozeßschritte zur Fer­ tigung der ladungsspeichernden Elemente 41 gezeigt, und zwar jeweils in Draufsicht und im Schnitt.In FIGS. 5 through 14, the main process steps for manufac turing the charge-storing elements 41 shown, respectively in plan and in section.

Wie in den Fig. 5 und 6 zu sehen ist, wird zunächst - ge­ genüber dem Substrat 1 isoliert - eine elektrisch leitende Schicht aufgebracht und so strukturiert, daß eine Steuerelek­ trode 42 und eine Aufladungselektrode 43 gebildet wird. Diese beiden Elektroden sind ineinander verzahnt angeordnet, um für die später aufzubringenden einzelnen Speicherzellen jeweils die Steuer- und Aufladungselektroden in der in Fig. 3 und 4 gezeigten Weise vorzusehen. . Ge genüber the substrate 1 isolated - - an electrically conductive layer is applied and structured so that a Steuerelek trode 42 and a charging electrode 43 is formed as seen in Figures 5 and 6, is first. These two electrodes are arranged in a toothed manner in order to provide the control and charging electrodes for the individual memory cells to be applied later in the manner shown in FIGS. 3 and 4.

In den Fig. 7 und 8 ist als nächster Schritt das Aufbrin­ gen des Tunneloxids 47 gezeigt, welches mit der Dicke dinj den ersten Teil der Isolierschicht 44 (Fig. 3) bildet. Die Auf­ ladungselektrode 43 und die Steuerelektrode 42 werden von dieser ersten Oxidschicht 47 vollständig bedeckt.In Figs. 7 and 8 is shown gene of the tunnel oxide 47 as next step, the Aufbrin which d with the thickness inj the first part of the insulating layer 44 (Fig. 3) is formed. The charge electrode 43 and the control electrode 42 are completely covered by this first oxide layer 47 .

Im nächsten Schritt, der in den Fig. 9 und 10 zu sehen ist, wird die Isolierschicht 44 auf die gesamte Dicke ds so verstärkt, daß die Tunnelfenster 44a freibleiben, in denen die Tunneloxidschicht 47 offenliegt.In the next step, which can be seen in FIGS. 9 and 10, the insulating layer 44 is reinforced to the entire thickness d s in such a way that the tunnel windows 44 a remain free, in which the tunnel oxide layer 47 is exposed.

Im nächsten Schritt, der in den Fig. 11 und 12 gezeigt ist, wird dann die Speicherschicht, strukturiert nach den einzelnen Speicherzellen 45, aufgebracht. Diese Speicher­ schicht erstreckt sich jeweils auch in die Tunnelfenster 44a, wo sie unmittelbar auf der Oxidschicht 47 aufliegt.In the next step, which is shown in FIGS. 11 and 12, the storage layer, structured according to the individual storage cells 45 , is then applied. This storage layer also extends into the tunnel window 44 a, where it lies directly on the oxide layer 47 .

Der abschließende Schritt, der in den Fig. 13 und 14 ge­ zeigt ist, umfaßt die Aufbringung der isolierenden Deck­ schicht 46, die die gesamte Speicherschicht, das heißt alle Speicherzellen, nach außen elektrisch isoliert. Es sei noch ergänzt, daß in den Fig. 6, 8, 10, 12 und 14 jeweils nur ein abgebrochen gezeichneter Teil der Substratbeschichtung und das Substrat selbst verkürzt dargestellt sind. Die Grö­ ßenverhältnisse ergeben sich aus Fig. 2, wo deutlich ist, daß die einzelnen Speicherzellen 41 eine geringere Ausdehnung l in Längsrichtung bzw. in Abrollrichtung der Ankerzunge und ihre größere Ausdehnung b quer zu dieser Abrollrichtung be­ sitzen.The final step, which is shown in FIGS. 13 and 14, comprises the application of the insulating cover layer 46 , which electrically insulates the entire storage layer, that is to say all the storage cells, from the outside. It should be added that only a broken-off part of the substrate coating and the substrate itself are shown in abbreviated form in FIGS. 6, 8, 10, 12 and 14. The size ratios result from Fig. 2, where it is clear that the individual memory cells 41 have a smaller extent l in the longitudinal direction or in the unwinding direction of the anchor tongue and its greater extent b transverse to this unrolling direction be.

In den Fig. 15A bis 15I sowie 16A bis 16M sind die wesent­ lichen Herstellungsschritte für ein Relais gemäß Fig. 1 ge­ zeigt. Dargestellt ist jeweils ein Längsschnitt durch das je­ weilige Substrat, wobei lediglich die wichtigsten Prozeß­ schritte aufgeführt werden. So wird beispielsweise nicht auf Zwischenschritte wie Maskieren oder Aufbringen von ferti­ gungstechnisch notwendigen Zusatzschichten mit Haftvermitt­ lern, Diffusionssperren usw. eingegangen. Derartige Verfah­ rensschritte sind den Fachleuten in der Bearbeitung von Sili­ ziumwafern oder dergleichen Substraten in der Halbleitertech­ nik bzw. in der mikromechanischen Verfahrenstechnik bekannt.In FIGS. 15A to 15I and 16A to 16M, the union Wesent manufacturing steps for a relay 1 are as shown in Fig. Ge. A longitudinal section through the respective substrate is shown, only the most important process steps being listed. For example, intermediate steps such as masking or application of additional layers required in terms of production technology with adhesion promoters, diffusion barriers etc. are not dealt with. Such procedural steps are known to the experts in the processing of silicon wafers or the like substrates in semiconductor technology or in micromechanical process engineering.

Fig. 15A zeigt grundsätzlich einen Schnitt durch ein Silizi­ umsubstrat 100, welches als Ausgangssubstrat für ein Basis­ substrat 1 oder ein Deckelsubstrat 3 dient. Dieses Substrat 100 wird zunächst oberflächlich abgetragen, um die für den keilförmigen Arbeitsluftspalt erforderliche gekrümmte Ober­ fläche 101 zu erhalten. Wie aus Fig. 15B ersichtlich ist, werden aus fertigungstechnischen Gründen jeweils zwei spie­ gelverkehrt angeordnete Substratsysteme gleichzeitig gefer­ tigt, nämlich eine Elektrodenoberfläche 101a in der linken Hälfte des Substrats und eine gespiegelte Elektrodenoberflä­ che 101b in der rechten Hälfte des Substrats. Die Erzeugung dieses Basiselektrodenprofils erfolgt vorzugsweise mittels Grauton-Lithografie; denkbar wären aber auch andere Bearbei­ tungsverfahren, etwa eine Opferschichttechnik oder andere Ätzverfahren aus der Halbleiterbearbeitung. FIG. 15A generally shows a section through a Silizi umsubstrat 100 which substrate as the starting substrate for a base 1 and a lid substrate 3 is used. This substrate 100 is first removed on the surface in order to obtain the curved upper surface 101 required for the wedge-shaped working air gap. As can be seen from FIG. 15B, two substrate systems arranged in a mirror-inverted fashion are produced at the same time for manufacturing reasons, namely an electrode surface 101 a in the left half of the substrate and a mirrored electrode surface 101 b in the right half of the substrate. This base electrode profile is preferably generated using gray-tone lithography; However, other processing methods would also be conceivable, such as sacrificial layer technology or other etching methods from semiconductor processing.

Danach werden nacheinander eine Isolationsschicht 102 gemäß Fig. 15C, eine Metallschicht 103 (Fig. 15D) zur Bildung der Antriebselektrode bzw. Steuerelektrode 42 und der Aufladung­ selektrode 43 sowie zur Bildung von nicht näher gezeigten Lastkreiszuführungen aufgebracht und strukturiert. Danach wird gemäß Fig. 15E eine dünne Isolationsschicht 107 zur Bildung der Tunnelstrecke 17 und gemäß Fig. 15F eine dicke Isolationsschicht 104 aufgebracht und im Bereich der Aufla­ dungselektrode 13 bzw. 43 strukturiert.An insulation layer 102 according to FIG. 15C, a metal layer 103 ( FIG. 15D) for forming the drive electrode or control electrode 42 and the charging electrode 43 and for forming load circuit leads (not shown in detail) are then applied and structured in succession. Thereafter, Fig a thin insulating layer, a thick insulating layer 104 is in accordance. 15E 107 for forming the tunnel section 17, and FIG. 15F and applied in the field of Aufla dung electrode 13 and 43 structured.

Gemäß Fig. 15G wird dann eine Metallisierungsschicht 105 als ladungsspeichernde Schicht aufgebracht und zur Bildung der einzelnen Speicherzellen 41 strukturiert. Gemäß Fig. 15H wird schließlich eine oberste Isolationsschicht 106 aufge­ bracht und strukturiert, um gemäß Fig. 15I die ruhenden Kon­ taktstücke 109 galvanisch verstärken zu können.According to FIG. 15G, a metallization layer 105 is then applied as a charge-storing layer and structured to form the individual memory cells 41 . Referring to FIG. 15H, a top insulating layer 106 will eventually be applied and patterned as shown in FIG. 15I clock pieces dormant Kon 109 to electrically amplify.

In Fig. 16A bis 16M ist schematisch die weitere Gewinnung einer Ankerzunge 21 aus einem Ankersubstrat 200 und deren Verbindung mit einem Basissubstrat sowie einem Deckelsubstrat 300 dargestellt. Dabei wird zunächst ein plattenförmiges An­ kersubstrat 200 auf der Waferunterseite mit einer Isolations­ schicht 201 (Fig. 16B) versehen, und auf dieser Isolations­ schicht wird eine Metallschicht 202 (Fig. 16C) aufgebracht und zur Bildung einer Ankerelektrode 22 (Fig. 1) sowie von Lastkreiszuführungen strukturiert.In FIGS. 16A to 16M, the further recovery of an anchor tongue 21 of an armature substrate 200 and the compound is represented with a base substrate and a lid substrate 300 schematically. First, a plate-shaped core substrate 200 is provided on the underside of the wafer with an insulation layer 201 ( FIG. 16B), and a metal layer 202 ( FIG. 16C) is applied to this insulation layer and to form an anchor electrode 22 ( FIG. 1) and structured from load circuit feeders.

Gemäß Fig. 16D wird dann eine weitere Isolationsschicht 203 aufgebracht und strukturiert, so daß gemäß Fig. 16E durch galvanisches Verstärken auf der Metallschicht 202 bewegliche Kontakte 209 ausgebildet werden können.According to FIG. 16D, a further insulation layer 203 is then applied and structured, so that, according to FIG. 16E, movable contacts 209 can be formed on the metal layer 202 by galvanic amplification.

Das so gewonnene und strukturierte Ankersubstrat 200 wird dann auf ein Basissubstrat 100, das gemäß Fig. 15I gestaltet ist, anodisch oder eutektisch oder auf andere Weise gebondet (siehe Fig. 16F). Danach wird gemäß Fig. 16G das Anker­ substrat bis auf eine gewünschte Dicke der Ankerzunge 21 ab­ geätzt. Eine solche Dicke liegt beispielsweise in der Größen­ ordnung von 10 µm. Die so gewonnene Ankerzungenschicht 210 könnte nun, falls lediglich ein Öffner oder Schließer erzeugt werden sollte, in der Mitte im Bereich 211 getrennt werden, so daß zwei in Klammern bezeichnete, spiegelverkehrt angeord­ nete Ankerzungen 21 gewonnen würden.The thus obtained and structured anchor substrate 200 is then anodically or eutectically or otherwise bonded to a base substrate 100 , which is designed according to FIG. 15I (see FIG. 16F). Thereafter, according to FIG. 16G, the anchor substrate to a desired thickness of the anchor tongue 21 is etched off. Such a thickness is for example in the order of 10 microns. The anchor tongue layer 210 obtained in this way could, if only one opener or closer should be produced, be separated in the middle in the area 211 , so that two anchor tongues 21 indicated in brackets, mirror-invertedly arranged, would be obtained.

Zur Gewinnung eines Wechslerrelais gemäß Fig. 1 wird jedoch die Oberseite der Ankerzungenschicht 210 weiter strukturiert, nämlich durch Aufbringen einer weiteren Isolationsschicht 205 gemäß Fig. 16H, durch Aufbringen und Strukturierung einer Metallschicht 206 für eine weitere Anker-Antriebselektrode 23 (Fig. 1) und gegebenenfalls für Lastkreiszuführungen sowie durch Aufbringen und Strukturieren einer weiteren Isolations­ schicht 207 (Fig. 16J). Danach werden durch galvanisches Verstärken der Metallschicht 206 bewegliche Kontaktstücke 208 ausgebildet (Fig. 16K), und schließlich werden zwei Anker­ zungen 21 durch lateral strukturiertes, dreiseitiges Freile­ gen gewonnen, wie dies in Fig. 16L (allerdings nur im Schnitt) gezeigt ist. Schließlich wird ein Deckelsubstrat 300, das wie das Basissubstrat 100 gemäß Fig. 15I gestaltet ist, von oben mit der strukturierten Oberfläche nach unten auf das Ankersubstrat 200 gebondet. Auf diese Weise ist gemäß Fig. 16M ein Relais mit zwei einander gegenüberstehenden An­ kerzungen 21 gebildet, wobei die Basis-Festkontakte 19 und die Deckel-Festkontakte 39 beider Systeme über die Metall­ schichten 103 zusammenhängen. Sollen die Systeme getrennt schaltbar sein, so wären im Fertigungsverlauf diese Schichten entsprechend voneinander zu trennen bzw. zu isolieren.To obtain a changeover relay according to FIG. 1, however, the top of the armature tongue layer 210 is structured further, namely by applying a further insulation layer 205 as shown in FIG. 16H, by applying and structuring a metal layer 206 for a further armature drive electrode 23 ( FIG. 1) and if necessary for load circuit feeders and by applying and structuring a further insulation layer 207 ( FIG. 16J). Thereafter, movable contact pieces 208 are formed by galvanically strengthening the metal layer 206 ( FIG. 16K), and finally two anchor tongues 21 are obtained by laterally structured, three-sided exposure, as shown in FIG. 16L (but only in section). Finally, a cover substrate 300 , which is designed like the base substrate 100 according to FIG. 15I, is bonded from above with the structured surface down to the anchor substrate 200 . In this way, according to FIG. 16M, a relay is formed with two opposing spark plugs 21 , the base fixed contacts 19 and the cover fixed contacts 39 of both systems being connected via the metal layers 103 . If the systems were to be switchable separately, these layers would have to be separated or insulated accordingly in the course of production.

In der Praxis erfolgt die Bearbeitung der einzelnen Substrate nicht nur mit zwei Ankerzungen gemäß Fig. 15 und 16, son­ dern im Vielfach, so daß eine Matrixanordnung mit einer Viel­ zahl von Relaissystemen gewonnen wird. Ein derartiges Viel­ fach ist in Fig. 17 gezeigt, wobei ein gemeinsames Basis­ substrat 100 und ein gemeinsames Deckelsubstrat 300 ein An­ kersubstrat 200 mit einer Vielzahl von Ankerzungen 21 ein­ schließen. Die einzelnen Schalteinheiten mit jeweils einer Ankerzunge 21 können dabei durch entsprechende Gestaltung der Zuführungsbahnen getrennt oder parallel angesteuert und ge­ staltet werden.In practice, the processing of the individual substrates is carried out not only with two anchor tongues according to FIGS . 15 and 16, but in multiples, so that a matrix arrangement with a large number of relay systems is obtained. Such a multiple is shown in FIG. 17, with a common base substrate 100 and a common cover substrate 300 including an anchor substrate 200 with a plurality of anchor tongues 21 . The individual switching units, each with an armature tongue 21, can be controlled separately or in parallel and designed by appropriate design of the feed tracks.

Das einzelne Relaissystem oder die Relais-Vielfachanordnung wird in üblicher Weise in einem Gehäuse untergebracht, das nicht eigens dargestellt ist. Ein solches Gehäuse wird vor­ zugsweise hermetisch dicht abgeschlossen und kann beispiels­ weise evakuiert oder mit einem Schutzgas (N2 oder SF6) ge­ füllt werden. Ferner ist es zweckmäßig, das Gehäuse zum Zweck einer elektrostatischen Abschirmung aus Metall herzustellen.The individual relay system or the relay multiple arrangement is accommodated in a conventional manner in a housing, which is not specifically shown. Such a housing is preferably hermetically sealed and can be evacuated, for example, or filled with a protective gas (N 2 or SF 6 ). It is also expedient to manufacture the housing from metal for the purpose of electrostatic shielding.

Alle Darstellungen in den Ausführungsbeispielen sind stark vergrößert, wobei die Größenverhältnisse nicht in allen Fäl­ len maßstäblich sind; insbesondere sind einige Schichtdicken der Anschaulichkeit halber übertrieben gezeichnet. Typische Abmessungen einer Ankerzunge sind beispielsweise:
Länge 1500 bis 2000 µm
Breite ca. 1000 µm
Dicke 10 µm.All representations in the exemplary embodiments are greatly enlarged, the proportions not being to scale in all cases; in particular, some layer thicknesses are exaggerated for the sake of clarity. Typical dimensions of an anchor tongue are, for example:
Length 1500 to 2000 µm
Width about 1000 µm
10 µm thick.

Claims (23)

1. Mikromechanisches elektrostatisches Relais mit
  • - einem Festkörper als Basissubstrat (1; 100),
  • - einer aus festem Material freigearbeiteten, flexiblen An­ kerzunge (21), welche einseitig an dem Basissubstrat (2; 200) angebunden ist, mit diesem einen keilförmigen, sich zum offenen Ende hin stetig erweiternden Arbeitsluftspalt (10) bildet und bei Betätigung auf dem Basissubstrat (1) abrollbar ist,
  • - einer auf dem Basissubstrat (1; 100) ausgebildeten flächigen Basiselektrode (12),
  • - einer auf der Ankerzunge (21) ausgebildeten, der Basiselek­ trode (12) flächig gegenüberstehenden Ankerelektrode (22, 23),
  • - mindestens einem auf dem Basissubstrat (1) angeordneten feststehenden Kontakt (19) und
  • - mindestens einem auf der Ankerzunge (21) angeordneten, dem feststehenden Kontakt gegenüberstehenden beweglichen Kon­ takt (29),
gekennzeichnet durch mindestens eine auf dem Basissubstrat (1) angeordnete, in die Oberfläche des keilförmigen Luftspaltes einbezogene Elektret-Ladungsschicht (15), welche durch eine Mehrzahl von programmierbaren, nicht flüchtigen Ladungsspeicherzellen (EEPROMs) (41) gebildet ist.1. Micromechanical electrostatic relay with
  • - a solid as a base substrate ( 1 ; 100 ),
  • - A machined from solid material, flexible to tongue ( 21 ), which is connected on one side to the base substrate ( 2 ; 200 ), with this forms a wedge-shaped, continuously expanding towards the open end working air gap ( 10 ) and when actuated on the base substrate ( 1 ) can be unrolled,
  • - a flat base electrode ( 12 ) formed on the base substrate ( 1 ; 100 ),
  • - An on the armature tongue ( 21 ) formed, the Basiselek electrode ( 12 ) flat opposite armature electrode ( 22 , 23 ),
  • - At least one fixed contact ( 19 ) arranged on the base substrate ( 1 ) and
  • - At least one on the anchor tongue ( 21 ) arranged, the fixed contact opposite movable contact Kon ( 29 ),
characterized by at least one electret charge layer ( 15 ) arranged on the base substrate ( 1 ) and included in the surface of the wedge-shaped air gap, which is formed by a plurality of programmable, non-volatile charge storage cells (EEPROMs) ( 41 ). 2. Relais nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel­ nen Speicherzellen (41) in Abrollrichtung der Ankerzunge (21) eine geringere Ausdehnung besitzen als in der dazu senkrech­ ten Richtung.2. Relay according to claim 1, characterized in that the individual NEN memory cells ( 41 ) in the rolling direction of the armature tongue ( 21 ) have a smaller extent than in the direction perpendicular thereto. 3. Relais nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel­ nen Speicherzellen (41) jeweils eine Ausdehnung in Abroll­ richtung der Ankerzunge zwischen 25 µm und 50 µm und in der dazu senkrechten Richtung zwischen 25 µm und 100 µm besitzen. 3. Relay according to claim 1 or 2, characterized in that the individual NEN memory cells ( 41 ) each have an extension in the rolling direction of the anchor tongue between 25 microns and 50 microns and in the perpendicular direction between 25 microns and 100 microns. 4. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einzel­ nen Speicherzellen (41) jeweils eine metallische Ladungsspei­ cherschicht (45) aufweisen, die zwischen zwei Isolations­ schichten (44, 46) eingebettet ist, wobei eine der Isolations­ schichten die Ladungsspeicherschicht (45) von einer Steuere­ lektrode (42) trennt und wobei eine zusätzliche Aufladungse­ lektrode (43) vorgesehen ist, die von der Ladungsspeicher­ schicht (45) nur durch eine Tunnel-Isolationsschicht (47) ge­ trennt ist, deren Dicke (dinj) nur einen Bruchteil der Dicke (ds) der die Steuerelektrode (42) von der Ladungsspeicher­ schicht (45) trennenden Isolationsschicht (44) aufweist.4. Relay according to one of claims 1 to 3, characterized in that the individual NEN memory cells ( 41 ) each have a metallic Ladungsspei cherschicht ( 45 ) which is embedded between two insulation layers ( 44 , 46 ), one of the insulation layers the charge storage layer (45) by a Steer lektrode (42) divides, and wherein an additional Aufladungse lektrode is provided (43), the layer of the charge storage (45) (47) ge separated only by a tunnel insulation layer whose thickness (d inj ) has only a fraction of the thickness (d s ) of the insulation layer ( 44 ) separating the control electrode ( 42 ) from the charge storage layer ( 45 ). 5. Relais nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnel- Isolationsschicht eine Schichtdicke (dinj) zwischen 10 und 25 nm und die Isolationsschicht zwischen der Ladungsspeicher­ schicht (45) und der Steuerelektrode (42) eine Schichtdicke (ds) zwischen 200 und 500 nm besitzt.5. Relay according to claim 4, characterized in that the tunnel insulation layer has a layer thickness (d inj ) between 10 and 25 nm and the insulation layer between the charge storage layer ( 45 ) and the control electrode ( 42 ) has a layer thickness (d s ) between 200 and has 500 nm. 6. Relais nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuere­ lektrode (42) und die Aufladungselektrode (43) durch Struktu­ rierung aus ein und derselben Metallschicht (103) gebildet sind.6. Relay according to claim 4 or 5, characterized in that the control electrode ( 42 ) and the charging electrode ( 43 ) are formed by structuring from one and the same metal layer ( 103 ). 7. Relais nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuere­ lektrode (42) zugleich als Basiselektrode (12) bzw. Deckel­ elektrode (32) für den Schaltantrieb des Relais dient.7. Relay according to one of claims 4 to 6, characterized in that the control electrode ( 42 ) also serves as a base electrode ( 12 ) or cover electrode ( 32 ) for the switching drive of the relay. 8. Relais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Basis­ substrat (1) eine ebene Oberfläche (11) aufweist und daß die Ankerzunge (21) von dem Basissubstrat (1) weg in einer stetig gekrümmten Grundform vorgespannt ist. 8. Relay according to Claim 1 to 7, characterized in that the base substrate (1) has a flat surface (11) and that the armature tongue (21) is biased from the base substrate (1) away in a continuously curved basic shape. 9. Relais nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker­ zunge (21) eine ebene Grundform besitzt und daß das Basis­ substrat (1) eine von der Ankerzunge (21) weg stetig gekrümm­ te Oberfläche (11) aufweist.9. Relay according to claim 1 to 7, characterized in that the anchor tongue ( 21 ) has a flat basic shape and that the base substrate ( 1 ) from the anchor tongue ( 21 ) away continuously curved surface ( 11 ). 10. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektri­ schen Ladungen der Elektretschicht (15, 35) eine Anzugskraft zwischen dem Basissubstrat (1) und der Ankerzunge (21) erzeu­ gen, die geringer ist als die von dem Basissubstrat (1) weg­ gerichtete Vorspannungskraft der Ankerzunge (21), so daß ein Schließerkontakt gebildet wird.10. Relay according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical charges of the electret's layer ( 15 , 35 ) generate a pulling force between the base substrate ( 1 ) and the armature tongue ( 21 ) which is less than that of the Base substrate ( 1 ) directed biasing force of the armature tongue ( 21 ), so that a normally open contact is formed. 11. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die elektri­ schen Ladungen der Elektretschicht (15, 35) eine Anzugskraft zwischen dem Basissubstrat (1) und der Ankerzunge (21) erzeu­ gen, die größer ist als die von dem Basissubstrat weggerich­ tete Vorspannungskraft der Ankerzunge (21), so daß ein Öff­ nerkontakt gebildet wird.11. Relay according to one of claims 1 to 9, characterized in that the electrical charges of the electret layer ( 15 , 35 ) generate a pulling force between the base substrate ( 1 ) and the armature tongue ( 21 ) which is greater than that of the Base substrate weggerich tete biasing force of the armature tongue ( 21 ), so that an open contact is formed. 12. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Deckelsubstrat (3; 300) über dem Basissubstrat (1) unter Bildung eines stetig keilförmigen Luftspaltes (10) angeordnet ist und eine der Ankerelektrode (22, 23) flächig gegenüberste­ hende Deckelelektrode (32) trägt,
daß die Ankerzunge (21) zwischen den beiden Substraten (1, 3; 100, 300) eingespannt ist und sich in einer ersten Schaltstellung an das Deckelsubstrat (3; 300) und einer zwei­ ten Schaltstellung an das Basissubstrat (1; 100) anzulegen vermag und
daß auf dem Basissubstrat (1) und dem Deckelsubstrat (3) je­ weils eine Elektretschicht (15, 35) mit Ladungen von jeweils unterschiedlicher Polarität angeordnet ist. 12. Relay according to one of claims 1 to 11, characterized in that in addition a cover substrate ( 3 ; 300 ) over the base substrate ( 1 ) is arranged to form a continuously wedge-shaped air gap ( 10 ) and one of the armature electrodes ( 22 , 23 ) flat opposite electrode ( 32 ) carries,
that the armature tongue ( 21 ) between the two substrates ( 1 , 3 ; 100 , 300 ) is clamped and in a first switching position on the cover substrate ( 3 ; 300 ) and a two-th switching position on the base substrate ( 1 ; 100 ) can apply and
that an electret layer ( 15 , 35 ) with charges of different polarities is arranged on the base substrate ( 1 ) and the cover substrate ( 3 ). 13. Relais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der elektrischen Ladungen in beiden Elektretschichten (15, 35) dem Betrag nach gleich ist.13. Relay according to claim 12, characterized in that the sum of the electrical charges in both electret layers ( 15 , 35 ) is the same in amount. 14. Relais nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der elektrischen Ladungen in beiden Elektretschichten (12, 32) dem Betrag nach unterschiedlich ist.14. Relay according to claim 12, characterized in that the sum of the electrical charges in the two electret layers ( 12 , 32 ) is different in amount. 15. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die den keilförmigen Luftspalt (10) zwischen dem Basissubstrat (1), der Ankerzunge (21) und gegebenenfalls dem Deckelsubstrat (3) bildenden gekrümmten Oberflächen jeweils in der Nähe der Ein­ spannung der Ankerzunge (21) einen Bereich größter Krümmung aufweisen.15. Relay according to one of claims 1 to 14, characterized in that the wedge-shaped air gap ( 10 ) between the base substrate ( 1 ), the armature tongue ( 21 ) and optionally the cover substrate ( 3 ) forming curved surfaces in each case in the vicinity of the one tension of the anchor tongue ( 21 ) have an area of greatest curvature. 16. Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Anker­ zunge (21) im Bereich ihres beweglichen Endabschnittes minde­ stens einen, den beweglichen Kontakt (29) tragenden, über flexible Bänder aus der Ankerebene heraus elastisch bewegba­ ren Kontaktabschnitt (24) aufweist.16. Relay according to one of claims 1 to 15, characterized in that the armature tongue ( 21 ) in the region of its movable end section at least one, the movable contact ( 29 ) carrying, via flexible bands from the anchor plane out elastically movable contact section ( 24 ). 17. Anordnung einer Mehrzahl von Relais nach einem der An­ sprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß alle Relais zumindest über ihre Basissubstrate (1) an einem einstückigen Trägersubstrat (100) in Vielfach-Anordnung zusammenhängen.17. Arrangement of a plurality of relays according to one of claims 1 to 16, characterized in that all relays are connected at least via their base substrates ( 1 ) on a one-piece carrier substrate ( 100 ) in multiple arrangement. 18. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trä­ gersubstrat (100) Steuerleitungen für jedes einzelne Relais vorgesehen sind. 18. The arrangement according to claim 17, characterized in that control lines are provided for each individual relay on the carrier substrate ( 100 ). 19. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Trä­ gersubstrat (100) Ansteuerleitungen zur parallelen Ansteue­ rung mehrerer Relais vorgesehen sind.19. The arrangement according to claim 17, characterized in that on the carrier substrate ( 100 ) control lines for parallel control of several relays are provided. 20. Verfahren zur Herstellung eines oder mehrerer Relais nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kristallinen Basissubstrat (100) durch Abtragung der Oberflä­ che ein dem gewünschten keilförmigen Luftspalt entsprechendes Profil (101) erzeugt wird und daß durch selektive Beschich­ tung und Strukturierung mindestens folgende Schichten aufge­ bracht werden:
  • a) eine Isolationsschicht (102),
  • b) eine Metallschicht (103) zur Bildung einer Basiselektrode (12), einer Aufladungselektrode (13) und mindestens einer Lastkreiszuführung,
  • c) eine dünne Isolationsschicht (107) zur Erzeugung einer Tunnelstrecke (17),
  • d) eine dicke Isolationsschicht (104) im Bereich der Antrieb­ selektrode,
  • e) eine ladungsspeichernde Metallschicht (105),
  • f) eine Oberflächen-Isolationsschicht (106),
daß auf der Unterseite eines Ankersubstrats (200) durch se­ lektive Beschichtung und Strukturierung mindestens eine Iso­ lationsschicht (201), eine Metallschicht (202) zur Bildung einer Ankerelektrode (22) und mindestens eines beweglichen Kontaktelementes (209) sowie eine Oberflächen- Isolationsschicht (203) erzeugt werden,
daß das Ankersubstrat (200) mit seiner strukturierten Unter­ seite auf die strukturierte Oberseite des Basissubstrates (100) gebondet sowie bis auf eine gewünschte Ankerdicke abge­ tragen wird und daß dann die Kontur der Ankerzunge (21) von drei Seiten her freigelegt wird. 20. A method for producing one or more relays according to one of claims 1 to 19, characterized in that in a crystalline base substrate ( 100 ) by removal of the surface a profile corresponding to the desired wedge-shaped air gap ( 101 ) is generated and that by selective coating The following layers should be applied and structured:
  • a) an insulation layer ( 102 ),
  • b) a metal layer ( 103 ) for forming a base electrode ( 12 ), a charging electrode ( 13 ) and at least one load circuit lead,
  • c) a thin insulation layer ( 107 ) for creating a tunnel section ( 17 ),
  • d) a thick insulation layer ( 104 ) in the area of the drive electrode,
  • e) a charge-storing metal layer ( 105 ),
  • f) a surface insulation layer ( 106 ),
that on the underside of an armature substrate ( 200 ) by selective coating and structuring at least one insulation layer ( 201 ), a metal layer ( 202 ) to form an armature electrode ( 22 ) and at least one movable contact element ( 209 ) and a surface insulation layer ( 203 ) be generated,
that the armature substrate ( 200 ) with its structured underside is bonded to the structured upper side of the base substrate ( 100 ) and is worn down to a desired armature thickness and that the contour of the armature tongue ( 21 ) is then exposed from three sides. 21. Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß ein kri­ stallines Deckelsubstrat (300) in analoger Weise wie das Ba­ sissubstrat (100) beschichtet und strukturiert wird und daß dieses Deckelsubstrat (300) mit seiner strukturierten Seite auf das Ankersubstrat (200) gebondet wird.21. The method according to claim 20, characterized in that a crystalline cover substrate ( 300 ) is coated and structured in a manner analogous to the base substrate ( 100 ) and in that this cover substrate ( 300 ) is bonded with its structured side onto the anchor substrate ( 200 ) becomes. 22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, dadurch gekennzeichnet, daß die gekrümm­ te Luftspaltoberfläche (101) des Basissubstrats (1) und/oder des Deckelsubstrats (3) durch Grauton-Lithografie erzeugt wird.22. The method according to claim 20 or 21, characterized in that the curved air gap surface ( 101 ) of the base substrate ( 1 ) and / or the cover substrate ( 3 ) is produced by gray-tone lithography. 23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Verbindung des Ankersubstrats (200) mit dem Basissubstrat (100) und gegebenenfalls mit dem Deckelsubstrat (300) eine Aufladespannung (Uinj) zwischen der Steuerelektrode (12; 32; 42) und der Aufladungselektrode (13; 33; 43) angelegt wird, und daß durch Einstellung der Aufladungsspannung und/oder der Aufla­ dungszeit eine vorbestimmte elektrische Ladung in den einzel­ nen Speicherzellen (41) erzeugt wird.23. The method according to any one of claims 20 to 22, characterized in that after the connection of the armature substrate ( 200 ) with the base substrate ( 100 ) and optionally with the cover substrate ( 300 ), a charging voltage (U inj ) between the control electrode ( 12 ; 32nd ; 42 ) and the charging electrode ( 13 ; 33 ; 43 ) is applied, and that a predetermined electric charge is generated in the individual NEN memory cells ( 41 ) by adjusting the charging voltage and / or the charging time.
DE1998154450 1998-11-25 1998-11-25 Micromechanical electrostatic relay Expired - Fee Related DE19854450C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998154450 DE19854450C2 (en) 1998-11-25 1998-11-25 Micromechanical electrostatic relay
PCT/DE1999/003744 WO2000031767A1 (en) 1998-11-25 1999-11-25 Micromechanical electrostatic relay

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE1998154450 DE19854450C2 (en) 1998-11-25 1998-11-25 Micromechanical electrostatic relay

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19854450A1 true DE19854450A1 (en) 2000-06-15
DE19854450C2 DE19854450C2 (en) 2000-12-14

Family

ID=7889028

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE1998154450 Expired - Fee Related DE19854450C2 (en) 1998-11-25 1998-11-25 Micromechanical electrostatic relay

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE19854450C2 (en)
WO (1) WO2000031767A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10118195C1 (en) * 2001-04-11 2002-11-07 Siemens Ag Nuclear magnetic resonance (NMR) machine for patient imaging uses an electrostatic relay for switching of the conductor system so that problems caused by magnetic field interference do not occur
US7139159B2 (en) 2000-09-22 2006-11-21 Pepper1 + Fuchs Gmbh Sensor device
WO2015050761A1 (en) * 2013-10-02 2015-04-09 Cavendish Kinetics, Inc Curved rf electrode for improved cmax
EP3979291A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Electronics module and system

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7177505B2 (en) * 2004-03-04 2007-02-13 Rosemount Inc. MEMS-based actuator devices using electrets

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
DE4437259C1 (en) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Micro-mechanical electrostatic relay with spiral contact spring bars
US5544001A (en) * 1993-01-26 1996-08-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Electrostatic relay
DE19807214A1 (en) * 1998-02-20 1999-09-16 Siemens Ag Micromechanical electrostatic relay

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4205029C1 (en) * 1992-02-19 1993-02-11 Siemens Ag, 8000 Muenchen, De Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
US5544001A (en) * 1993-01-26 1996-08-06 Matsushita Electric Works, Ltd. Electrostatic relay
DE4437259C1 (en) * 1994-10-18 1995-10-19 Siemens Ag Micro-mechanical electrostatic relay with spiral contact spring bars
DE19807214A1 (en) * 1998-02-20 1999-09-16 Siemens Ag Micromechanical electrostatic relay

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7139159B2 (en) 2000-09-22 2006-11-21 Pepper1 + Fuchs Gmbh Sensor device
DE10118195C1 (en) * 2001-04-11 2002-11-07 Siemens Ag Nuclear magnetic resonance (NMR) machine for patient imaging uses an electrostatic relay for switching of the conductor system so that problems caused by magnetic field interference do not occur
US6710597B2 (en) 2001-04-11 2004-03-23 Siemens Aktiengesellschaft Magnetic resonance tomography apparatus and method for operating same employing an electrostatic relay
WO2015050761A1 (en) * 2013-10-02 2015-04-09 Cavendish Kinetics, Inc Curved rf electrode for improved cmax
US9711290B2 (en) 2013-10-02 2017-07-18 Cavendish Kinetics, Inc. Curved RF electrode for improved Cmax
EP3979291A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-06 Siemens Aktiengesellschaft Electronics module and system
WO2022069469A1 (en) * 2020-09-30 2022-04-07 Siemens Aktiengesellschaft Electronic module and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
WO2000031767A1 (en) 2000-06-02
DE19854450C2 (en) 2000-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19736674C1 (en) Micromechanical electrostatic relay
DE4205029C1 (en) Micro-mechanical electrostatic relay - has tongue-shaped armature etched from surface of silicon@ substrate
DE2063579C3 (en) Codable semiconductor device
DE19949364A1 (en) Semiconductor component with MOS gate control used for battery powered, portable electronic components, e.g. laptop computers
EP0987764A1 (en) Electrically programmable non-volatile memory cell arrangement
DE1954967A1 (en) Film-formed semiconductor device and method for making the same
DE2714682C2 (en) Luminescent device
DE10031569A1 (en) Highly miniaturized relay in integrated circuit form, providing reliable operation and high isolation at high frequencies, includes see-saw mounted plate alternately closing contacts on substrate when rocked
DE4232820B4 (en) Method for producing a MOSFET
EP0623960B1 (en) IGBT having at least two opposite channel regions per source region and method of making the same
DE10234996B4 (en) Method for producing a transistor arrangement with trench transistor cells with field electrode
DE2922016A1 (en) VLSI CIRCUITS
DE19823690C1 (en) Micromechanical electrostatic relay
DE19807214A1 (en) Micromechanical electrostatic relay
DE19854450C2 (en) Micromechanical electrostatic relay
WO2005071754A1 (en) Semi-conductor circuit and suitable production method therefor
DE4305033A1 (en) Micro-mechanical relay with hybrid drive - has electrostatic drive combined with piezoelectric drive for high force operation and optimum response
DE19832552B4 (en) A semiconductor device having a void between the gate electrode and the semiconductor substrate and between the insulation side wall pieces and the semiconductor substrate and a method for producing the same
DE4441901C2 (en) MOSFET on SOI substrate and method for its production
DE4328474A1 (en) Structure for connecting a plurality of layers of a semiconductor device
DE102004038369A1 (en) High-voltage NMOS transistor
DE19906841B4 (en) Spark gap arrangement and method for producing a vertical spark gap
EP4057317A1 (en) Encapsulated mems switching element, device and manufacturing method
DE4340976A1 (en) Transistor with an unevenly doped channel and method for its production
EP1246215B1 (en) Microrelay with new construction

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
D2 Grant after examination
8364 No opposition during term of opposition
8339 Ceased/non-payment of the annual fee