使用液態金屬mems技術的平面電感的製作方法
2023-11-11 21:35:57
專利名稱：使用液態金屬mems技術的平面電感的製作方法
技術領域：
本發明涉及平面電感。
背景技術：
隨著20世紀80年代顯微機械加工技術和微機電系統(MEMS)的引入，已經開發出了許多種機械致動方法。已經使用不同的致動方法和設計技術開發出了多種不同的微機械開關(微型開關)。許多微型開關的設計使用固-固觸頭的開關，其與大尺寸的機械開關具有一些相同的問題，例如開關觸頭的磨損和信號跳動。已經實現了各種液態金屬微型開關的結構，這些結構之間的差異包括用於致動開關(例如移動液態金屬滴或「塊」)的機構、為開關裝載液態金屬的裝置和技術以及製造技術。儘管在各種微型開關技術的發展中已經作出了很大的努力，但是很少有重點放在用於使用這些器件的其它電路部件的開發上。
發明內容
使用MEMS器件設計和製造技術，可以形成液態金屬電感。
相應地，本發明提供了一種設備，包括器件襯底；電感通道，所述電感通道由所述器件襯底的一部分至少部分地限定，其中，所述電感通道還包括大致的螺旋形狀和多個大致平行的通道部分中的至少一種；和液體導體，其布置在所述電感通道中。
本發明還提供了一種方法，包括設置第一襯底；在所述第一襯底中形成至少一部分電感通道，其中，所述電感通道進一步包括大致的螺旋形狀和多個大致平行的通道部分中的至少一種；將液體置於所述電感通道的所述至少一部分中。
圖1A-1B圖示根據本發明的液態金屬電感的兩個不同的視圖。
圖2A-2B圖示根據本發明的另一種液態金屬電感的兩個不同的視圖。
圖3A-3B圖示根據本發明的另一種液態金屬電感的兩個不同的視圖。
圖4A-4C圖示根據本發明能夠用於增強液態金屬電感的性能的幾種技術。
具體實施例方式
以下詳細描述了實現本發明的最優方式。該描述意圖說明本發明而不應當被認為是對本發明的限制。
在該申請中，會說到本領域技術人員公知的各種MEMS器件製造工藝和技術。許多這些工藝和技術可以借鑑半導體器件製造技術，例如光刻技術、薄膜沉積和生長技術、蝕刻處理等，而其它技術專門針對於MEMS應用進行了開發和/或改進。此外，現在描述的器件和技術集中於液態金屬在電感中的使用。合適的液態金屬的示例包括汞、鎵合金和銦合金(例如Galinstan或GaInSn)。具有可接受的導電性、穩定性和表面張力性質的合適的液態金屬的其它示例對於本領域技術人員來說是公知的。在其它示例中，現在描述的器件和技術可以與其它導電液體結合使用以產生電感。
圖1A-4C圖示了液態金屬電感的幾個不同實施例以及用於構造電感並將液態金屬輸送到電感中的對應的特徵。在圖示的每個示例中，電感腔被設計為在形成腔之後用液態金屬進行填充。在許多情況下，直到兩個分離的結構結合在一起才完成腔的形成。例如，各種電極、加熱器、絕緣體、腔部和其它電路/MEMS器件可以使用傳統的半導體處理技術製造在第一半導體晶片(例如矽)上。腔結構的其它部分(例如腔頂、蓋或外殼)可以製造在第二晶片上，並且兩個晶片被對準並結合以形成完整的結構。可以使用各種公知的晶片結合技術，例如陽極結合、熔接結合、玻璃燒結、粘結劑結合、共熔結合、微波結合、熱壓結合和焊接結合。儘管根據本發明的示例重點在於由兩個分離的結合層形成的器件，但是充分封閉的電感腔可以製造在單個晶片上，因此現在描述的器件和技術具有等同的應用性。
圖1A圖示液態金屬電感100的局部俯視圖，圖1B中示出剖視圖。液態金屬電感100由兩個分離的材料層150和160形成。在這種情況下，每個材料層150和160是已經結合在一起的分離的晶片(或其部分)。為了簡化說明，圖中省略了用在裝載和操作液態金屬電感中的許多結構和特徵，例如各個附加的電極、開口、電路等。液態金屬電感100是通過用液態金屬或其它充分導電的液體填充大致螺旋形的通道或腔105形成的。在此示例中，螺旋形是通過一起形成連續通道的多個平行和垂直(或者至少大致平行和垂直)的通道部分近似的。因為此通道的大致螺旋形，所以，多個通道部分的長度不同，並且可以製造各種不同的拐角形狀和特徵。在根據本發明的一個實施例中，液態金屬電感100被用於與液態金屬微型開關結合，由此可以使用相同類型的液態金屬材料來製造電感。液態金屬100填充電感通道105，在兩個端部處與電極115和120電接觸。電極115和120根據需要適當地耦合到其它電路元件(未示出)。例如，材料層160中附加的金屬跡線可以將電感100電連接至其它的無源和/或有源電路部件。如以下更詳細描述的，液態金屬電感100的感應係數主要依賴於通道的匝數、尺寸和形狀、使用的液態金屬的類型以及周圍材料的特徵(例如電介質特性)。
電極115和120形成為至少部分延伸到通道105中，並與液態金屬110電接觸。電極115和120可以由與周圍材料和製造技術相容的任意合適的導體(一種或多種)來製造。例如，基於對用於液態金屬110的材料的選擇，需要選擇一些導體用於電極115和120，使得它們不會被容易地吸收或者與液態金屬混合。此外，儘管示出相對於通道寬度具有特定的尺寸和特定的形狀，但是可以使用各種尺寸和形狀來形成電極115和120，如本領域技術人員所能夠理解的。一般來說，只要電極提供了充分的電耦合至電感的液態金屬體，它們就能起到自己的作用。
液態金屬電感100還包括入口125和排氣口130，入口125和排氣口130形成在材料層150中作為通道105的一部分或耦合到通道105。這些特徵使得能夠將液態金屬引入到通道105中，並且能夠在通道的整個長度上輸送液態金屬。流體通道105提供了液態金屬可以沿著其引入並輸送的路徑。除了入口125和排氣口130，這些通道或腔通常由壁在各個側面上包圍。如本領域技術人員所公知的，各種不同的技術(例如氣相沉積、噴嘴噴射等)可以用於將液態金屬110放在通道105中，還可以包括各種附加的器件特徵(例如附加的開口、裝載存儲器、加熱器等)以輔助這些過程。由此，根據設計和製造選擇，可以在材料層150和160結合到一起之前或之後，用液態金屬填充液態金屬電感100。
儘管根據本發明的實施例，多種液態金屬電感使用排氣口結構用於用液態金屬填充器件，但是根據本發明的一些實施例不使用排氣口，由此液態金屬電感100可以不形成排氣口130。將液態金屬裝載到通道105中的過程可以被設計為考慮沒有與腔相關的單獨排氣口的問題。在一個示例中，在真空中抽吸通道105，由此去除了通道中的一些或所有氣體。然後器件作為整體(例如結合的晶片)或者器件的封閉部分(例如由至少包圍入口125的歧管所限定的)也將在真空下經歷液態金屬浴。然後升高液態金屬浴的壓力(例如返回至大氣壓力)，通過沿著通道產生壓力梯度，以強迫液態金屬進入通道105。該壓力梯度強迫液態金屬進入腔而不需要出氣口。
在用適當量的液態金屬填充通道105的過程中使用一個或多個排氣口來提供適當的壓力梯度的那些實施例中，，排氣口可以在器件上與入口125相同的一側(相同材料層的部分)開口，如圖所示，或者其可以位於器件的相對側上(例如穿過材料層160)。排氣口130通常小於通道105(至少在橫截面積上)，以減小在填充電感的過程中或者在後續操作中液態金屬能夠從排氣口130逃離的機會。由此，因為在排氣口130與通道105的交匯點處減小的橫截面積，假設表面是非潤溼性的，則通常需要較大的壓力以強迫通道中的液態金屬進入並通過排氣口130。但是，如本領域技術人員所能理解的，即使相對較小的排氣口也能夠提供用於通道填充過程的足夠壓力梯度。
此外，需要或者必要的是在液態金屬裝載到電感中之後堵塞或密封入口125和/或排氣口130。這樣的堵塞幫助防止液態金屬的蒸發和汙染。在一些實施例中，與用於電感的液態金屬相同的液態金屬單獨或者與其它材料形成的合金可以用作塞子。在其它實施例中，還可以使用半固體或非常高粘度的材料(例如蠟、玻璃等)、焊料或結合的覆蓋層。在其它實施例中，可以沉積材料(例如通過化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)和原子層沉積(ALD))以堵塞入口/排氣口。
由此，多種不同的技術可以用於在電感通道中提供適當量的液態金屬。上述的用於液態金屬裝載的這些裝置和技術的其它示例可以在美國專利申請No.11/130,846中找到，該專利申請轉讓給本申請的受讓人。在根據本發明的另一種技術中，液態金屬被電鍍在特殊形成的接收表面上(例如汞被電鍍在銥薄膜上)。在根據本發明的另一種技術中，使用選擇的濃度在特定的成核位置上沉積液態金屬蒸氣(例如在金成核位置上的汞蒸氣)。在其它技術中，液態金屬通過噴嘴噴灑在表面上。在另一種技術中，使用的金屬通常僅在裝載過程中處於液態。例如，可以在比金屬或合金處於液態的正常操作溫度高的溫度下裝載器件。一旦裝載到電感通道中，允許冷卻液態金屬以在合適的位置使金屬凝固。
圖示的流體通道和排氣口的幾何形狀也可以根據若干參數而改變。這些路徑可以具有各種不同的長度、橫截面形狀、橫截面面積等。路徑通常可以根據需要在腔的任何表面處耦合至對應的電感腔。路徑可以是直的(例如通過孔或過孔)，具有一匝或多匝(以不同的角度)，或者甚至被彎曲或具有特定的輪廓。圖1A-1B中所示的路徑大致共面，但是並不必然是這種情況。簡言之，本領域技術人員應當認識到關於這裡所描述的排氣口和流體通道的形狀、尺寸和位置的各種變化。
因為控制液態金屬110在通道105中的位置對於適當地操作電感100是很重要的，所以各種材料特徵、裝置和技術可以用於控制通道105的不同部分的潤溼性，由此來影響液態金屬的流動特性。例如，通道105的一個或多個表面可以包括能夠改變和/或限定液態金屬110和通道105之間的接觸角的一個或多個限定的區域。接觸角(有時稱作潤溼角)是液體對固體潤溼的量化測量。在幾何上其被定義為液體在液相、氣相和固相交叉的三相邊界處形成的角度。接觸角是液體的表面張力和襯底的表面自由能的函數。一般來說，導電液體和與其接觸的表面之間的接觸角在0°-180°的範圍內，並依賴於形成滴的材料、與滴接觸的表面的材料，並特別與液體的表面張力相關。當滴接觸被稱為相對非潤溼性或較低潤溼性的表面時形成高接觸角。更加潤溼性的表面對應於比較低潤溼性表面更低的接觸角。中間接觸角是能夠通過選擇覆蓋與滴接觸的表面的材料來限定的，並通常是分別對應於非潤溼性和潤溼性表面的高接觸角和低接觸角之間的角度。
例如，可能需要防止液態金屬110容易地行進至過度靠近入口125。由此，通道105的部分可以被限定為潤溼性、非潤溼性或具有中間接觸角。通道105的靠近入口125的部分可以具有較低潤溼性或者是非潤溼性的，以防止液態金屬110進入這些區域，並且可以防止液態金屬110逃離通道或者防止氣泡進入液態金屬(例如將液態金屬分成兩個或多個分離的部分)的可能性的增加。如本領域技術人員會知道的，通過謹慎地選擇表面材料、表面特徵，並通過使用諸如電潤溼(以下詳細描述)之類的其它技術，至少可以部分地控制表面潤溼性。例如，諸如二氧化矽(SiO2)或氮化矽(SiN)之類的各種電介質、金屬和其它材料可以用於控制表面潤溼性。但是，在沿著流體路徑的一些位置處，可能需要具有潤溼性的局部區域以增強液態金屬在特定時刻(例如在液態金屬填充過程中)的運動。由此，一些位置(未示出)可能包含潤溼性的表面塗層和/或其它特徵(例如下述的用於電潤溼的電極135)以增強潤溼性。至少對於器件中使用的液態金屬調整潤溼性還可以幫助建立需要的毛細作用力(例如電介質表面通常對於液態金屬是非潤溼性的，而金屬表面通常是潤溼性的)和用在電感中的液態金屬的接觸角。
電極135通常例如使用中間絕緣層等絕緣於與液態金屬110的直接電接觸，並用於電潤溼，例如用於裝載液態金屬，用於限制液態金屬的運動等。作為電潤溼效果的示例，將液滴置於非潤溼表面上引起滴保持高接觸角。如果液滴是可被極化的和/或至少是略微導電的，那麼在滴和滴之下的被絕緣的電極之間施加的電勢會減小滴與其位於上面的表面之間的接觸角。減小滴的接觸角提高了相對於表面的潤溼性。由於靜電力試圖增加電容和儲存在滴/絕緣體/電極系統中的能量，由此發生接觸角的減小。該效果依賴於若干因素，這些因素包括施加的電壓(也因此包括電極構造)、絕緣體參數(例如厚度和介電常數)以及液滴性質。但是，利用適當選擇的系統性質，能夠實現相對大且可逆的接觸角變化。在根據本發明的一些實施例中，一些電極可以接地，而另一些保持在較高的電壓。在根據本發明的另一些實施例中，可以對電極交替供電而不使用接地電極。此技術通常需要控制電極間距充分小於液態金屬滴的尺寸。除了影響滴所處位置的局部潤溼性，電場的施加(例如在滴的一側上)能夠在液態金屬滴上引入力，因此引起致動。
電極135的尺寸和形狀僅是示例性的，並且可以使用各種不同的電極尺寸和形狀。在材料層160中或者在材料層150中可以包括附加的電極以支持一些電潤溼構造。也可以採用許多其它的電極布置。例如，接地電極可以與液態金屬絕緣或者與液態金屬直接電接觸。接地電極可以放在與控制電極相同的材料層上。此外，兩個材料層都可以包含控制電極，例如面對的電極對，當受激時具有相反的極性。一般來說，只要液態金屬滴的電勢不同於電極中的至少一個，就可以實現這樣的致動。由此，電潤溼器件和技術可以與描述的任何電感結合使用。
儘管諸如電感100之類的電感可以形成各種纏繞形狀，但是圖1A-1B中所示的平面螺旋拓撲結構通常是最容易實現的。注意圖1A-4C的電感在形狀上是大致螺旋形的，但是根據本發明在此螺旋形狀上可以進行各種變化。例如，通道105可以被製造為具有彎曲的壁，而不是圖示的直的壁，由此更加接近真實的螺旋形狀。類似地，六邊形或八邊形可以用於更加接近地模仿真實的螺旋。其它形狀對於本領域技術人員來說也會是公知的。
儘管電感通常單獨以其感應係數(或感應反作用)來表徵，但是電感性能的常用的測量是其品質因子或Q值。對於平面電感，品質因子與電感的感性係數或感應反作用成正比例，而與電感的阻抗成反比例。一般來說，Q值越高，電感越好，並且更加適合於各種應用。因為電感的感應反作用和各種阻抗影響(導線趨膚效應、輻射損耗、渦流和磁滯)隨頻率變化，所以當特定於特定的操作頻率時Q值是最有意義的。
電感100的感應係數通常由導體(液態金屬110)的整體長度和平面電感的匝數來決定。匝間電容也可以影響電感性能，因此可以選擇電感匝的分離以減小或最小化寄生電容。電感性能還可以通過採取減小電感阻抗的步驟來提高。例如，可以選擇較低阻抗的液態金屬。此外，可以設計通道105的尺寸和形狀(由此設計限制在其中的液態金屬)來減小阻抗。對於平面電感，通過電感流動的電流通常被推到線圈繞組的外側邊緣(相對於線圈的中心)。當電流聚集在外側邊緣時，增加通道的寬度(例如圖1A中所觀察到的橫截面)通常不會減小阻抗或提高Q。但是，增加導體厚度(例如圖1的橫截面中所觀察到的高度)通常會減小阻抗並提高Q。由此，通過將通道橫截面的縱橫比增加為例如圖示的2/1縱橫比或者甚至更大的例如3/1或4/1縱橫比，可以提高電感100的性能。與使用更加傳統的半導體處理技術製造的導體相比，對於液態金屬導體，導體厚度相對容易增加。電感100的性能還將依賴於電感形成於其上的襯底的損耗和寄生效應。在某種程度上，通過限制電感所使用的區域可以限制這些影響，但是如以下結合圖4A-4C所觀察到的，各種其它的技術可以用於減小由於電感襯底中感生的渦流而引起的損耗。
電感100的製造可以使用各種半導體和MEMS製造技術。在根據本發明的一個實施例中，材料層160是矽晶片襯底，其包括通常利用薄膜半導體晶片處理技術施加的多個材料層特徵(未示出)。例如通過使用薄膜沉積技術和/或薄膜篩濾技術，襯底160可以用電介質材料或其它材料層完全或部分覆蓋，可以包含單層或多層電路襯底。例如，電極135可以是隨後被電介質層覆蓋的沉積金屬層。還可以沉積金屬或其它材料，來輔助將襯底160結合到材料層150，其中材料層包含通道壁和入口特徵並用作用於器件的蓋。還可以將金屬材料沉積或以其他方式施加到材料層150以根據需要形成電極或其它特徵。材料層150可以是晶片或玻璃，例如Pyrex，或諸如矽的其它材料。將材料層150結合至襯底160還可以利用上述結合技術中的任意一種來完成。例如，兩層可以利用陽極結合來連接，在這種情況下，一個或兩個層的一些區域(未示出)可能包含無定形矽或多晶矽層以幫助結合。還可以設置合適的輸出觸頭(用於連接至其它電路)。在根據本發明的一些實施例中，電感100與各種其它電路元件集成在一起。
液態金屬電感100提供了根據本發明的基本電感設計的一個示例。圖2A-4C圖示了液態金屬電感的幾個不同的實施例。在圖示的每個示例中，器件中的通道被設計為包含液態金屬，該液態金屬用於形成電感的中間導體。以下描述這些其它實施例。但是，在上文中描述的電感100的至少一些設計變化、材料選擇、製造技術和相關的電感特徵可以應用到圖2A-4C中所示的各種電感。因此，以下為了清楚的目的不再重複許多這些設計和製造變化。
圖2A圖示了另一種液態金屬電感200的局部俯視圖，圖2B示出了剖視圖。液態金屬電感200是由兩個分離的材料層250和260形成的，例如已經被結合在一起的兩個分離的晶片(或其部分)。為了簡化描述，圖中省略了用於裝載和操作液態金屬電感的許多結構和特徵，例如各種附加的電極、排氣口、電路等。液態金屬電感200具有與電感100相同的大致螺旋形狀。由此，電感通道205用液態金屬210或其它充分導電的液體填充。與電感100相反，液態金屬電感200具有沿著通道205的底部形成並與液態金屬210電接觸的連續電極215。根據需要，一個或多個襯底跡線(例如270)將電感200耦合到其它電路元件(未示出)。電極215可以由與周圍材料和製造技術相容的任何合適的導體(一種或多種)製造。例如，基於用於液態金屬210的材料的選擇，可能需要對電極215選擇一些導體，使得它們不容易被液態金屬吸收或與液態金屬混和。此外，儘管示出相對於通道寬度具有特定的尺寸和形狀，但是可以利用各種尺寸和形狀來形成電極215，如本領域技術人員所理解的。
除了提供電接觸至液態金屬210外，電極215還作為電感的一部分攜帶電感電流。因為電極215是金屬的，所以其可以提供用於通道205的潤溼性底部，由此使液態金屬210容易裝載到通道205中。在根據本發明的一些實施例中，通過通道的改進的潤溼性所增加的毛細作用力可以足以裝載通道，例如不需要施加的壓力。儘管示出的電極215僅在通道205的底部上，但是在根據本發明的其它實施例中，電極205在通道的多個表面上，例如至少部分地在通道的由材料層250所形成的側壁和/或頂部上。
液態金屬電感200還包括在材料層250中形成作為通道205的一部分或耦合到通道205的入口225和排氣口230。這些特徵使得能夠將液態金屬引入到通道205中，並且在通道的整個長度上運送。如上所述，各種技術(例如氣相沉積、噴嘴噴射等)可以用於將液態金屬210放在通道205中，並且可以包括各種附加的器件特徵(例如附加的排氣口、裝載存儲器、加熱器、電潤溼電極、表面特徵等)以輔助該過程。
圖3A圖示另一個液態金屬電感300的局部俯視圖，圖3B示出剖視圖。液態金屬電感300由兩個分離的材料層350和360形成，例如已經結合在一起的分離的晶片(或其部分)。為了簡化說明，圖中省略了用於裝載和操作液態金屬電感的許多結構和特徵，例如各種附加的電極、排氣口、電路等。液態金屬電感300具有與電感100相同的大致螺旋形狀。由此，電感通道305包含液態金屬310或其它充分導電的液體。液態金屬310與電極315-318和320中的至少兩個電接觸。電感300包括多於三個的電極，使得可以通過限制通道310中液態金屬的量，或完全充滿通道但是選擇性地選擇表面電感線圈端部的兩個電極由此選擇線圈長度，由此來調整感應係數。因此，如圖3A-3B所示，液態金屬不必完全充滿通道305，而是可以僅填充通道305大約至電極316的位置。液態金屬310與兩端的電極(316和320)接觸，並且還與中間電極317和318接觸。電極315-318和320中的每個都根據需要適當地連接到其它電路元件(未示出)。在圖示的示例中，電極315-318彼此電連接(通過跡線370)，因為每一個都潛在地是電感的一個節點，而電極320作為電感的另一個節點。
電極315-318和320可以由與周圍材料和製造技術相容的任何合適的導體(一種或多種)製造。例如，基於用於液態金屬310的材料的選擇，可能需要選擇一些電極材料，使得它們不容易被液態金屬吸收或與液態金屬混和。此外，儘管示出相對於通道寬度具有特定的尺寸、形狀和位置，但是本領域技術人員應當理解電極315-318和320可以具有多種不同的實施方式(例如數量、尺寸位置、形狀等變化)。
如上所述，各種表面材料、表面特徵、電極等可以用於調整通道305的表面的不同位置處的潤溼性。在圖3A-3B中，包括一系列電潤溼電極340以增強液態金屬裝載和/或將液態金屬限定到通道305的特定區域。儘管僅示出在電極315和316之間，但是這樣的電極通常可以位於沿著通道305的任何位置(例如沿著通道305連續，位於通道拐角中，僅靠近電極定位等)，可以使用各種不同的電極構造，並可以形成各種形狀和尺寸，如本領域技術人員所公知的。電潤溼電極還可以包括用於其它目的的電極，例如電極315-318和320(例如用於在電潤溼過程中使液態金屬接地)。液態金屬電感300還包括形成在材料層350中作為通道305的一部分或耦合到通道的入口325和排氣口330。這些特徵使得能夠將液態金屬引入到通道305中，並且在通道的整個長度上運送。如上所述，各種技術(例如氣相沉積、噴嘴噴射等)可以用於將液態金屬310放在通道305中，並且可以包括各種附加的器件特徵(例如附加的排氣口、裝載存儲器、加熱器、電潤溼電極、表面特徵等)以輔助該過程。
如上所述，與平面電感相關的襯底損耗造成了能量損耗並因此減小了品質因子Q。襯底損耗通常是由襯底中感生的渦流所導致的(例如由於流過電感金屬至襯底電容的電流和通過電感的變化的磁場在襯底中產生的電流所引起的I2R損耗)。用於減小渦流損耗的一些技術包括縮短襯底、使用接地屏蔽和增大襯底阻抗。圖4A-4C圖示用於增加液態金屬電感形成於其上的襯底的有效阻抗的幾種技術。
或許最簡單的技術是使用固有的高阻抗或絕緣襯底，例如高阻抗矽、藍寶石、氧化鋁或諸如Pyrex之類的玻璃。但是，這些高阻抗材料的使用不能很好地適合於用於形成液態金屬平面電感的其它製造過程。圖4A圖示了液態金屬電感400，其由兩個結合的晶片405和415形成，並且具有提供用於電感的導體的液態金屬410。此處，通過去除襯底的部分，減小了襯底415(例如矽晶片)在位於電感線圈之下的區域中的有效阻抗。因此，光刻構圖和蝕刻技術(溼式或乾式)被用於製造電感線圈之下的腔420。以此方式，通過例如在後處理步驟中去除下面的矽消除了大量的襯底損耗。
圖4B圖示沒有那麼顯著、而是結構也許更加穩定的方法。此處，液態金屬電感430由兩個結合的晶片445和435形成，並且帶有設置用於電感的導體的液態金屬440。不是在電感之下完全蝕刻形成腔，而是選擇性地蝕刻電感線圈之下的區域以形成許多間隙450。儘管圖示的橫截面示出蝕刻的區域可以在電感線圈的整個寬度(也就是進出紙面)上延伸，但也可以不是這種情況。由此，蝕刻和非蝕刻區域的交替圖案可以提供減小的渦流，而仍然保持襯底445的結構完整性。在圖示的示例中，蝕刻區域的間距通常小於電感線寬度，但是也可以不是這種情況。此外，圖示的示例在蝕刻區域的位置和電感線圈部分的位置之間沒有提供特殊的關係，但是更多限定的圖案對於一些實施方式可能更加有益。因為電感線圈的部分例如可以平行於紙面，蝕刻的區域(未示出)還可以遵循電感線圈的大致區域。間隙450可以使用各種技術來形成，例如深度反應性離子蝕刻處理，例如公知的Bosch工藝。
最後，圖4C使用多孔矽480的區域來增大電感線圈下方的阻抗。因此，類似於前述實施例，液態金屬電感460由兩個結合的晶片465和475形成，並且帶有提供用於電感的導體的液態金屬470。但是，矽襯底475的一部分被預處理或者後處理以形成多孔的矽區域480。多孔的矽(包括諸如氧化的多孔矽的各種形式)通常是通過在例如稀釋的HF水溶液或者HF乙醇溶液(通常因為矽表面上的蝕刻劑的增大的潤溼性而使用)之類的氫氟酸(HF)溶液中電化學蝕刻或者電化學陽極氧化矽晶片來製造的。帶有不同陽極/陰極構造的各種陽極氧化的布置，例如恆電勢(電壓控制)或恆電流(電流控制)對於本領域技術人員來說會是公知的。此外，可以通過改變施加的電流密度來調整陽極氧化過程。該調整導致控制多孔矽的微結構和孔隙率沿著生長方向而變化。形成多孔矽的另一種技術是用HF-HNO3溶液進行的染色腐蝕或化學腐蝕(沒有電流)。蝕刻之後通常是乾燥步驟和氧化步驟以提供需要的材料性質。根據本發明的各種其它技術可以用於減小與電感的襯底相關的不需要的損耗。
本領域技術人員應當容易認識到各種不同類型的部件和材料可以用於替換上述的部件和材料。此外，在這裡提出的根據本發明的實施例的描述是示例性的，而不意圖限制由權利要求所限定的本發明的範圍。在不脫離由權利要求所限定的本發明的範圍和精神的情況下，可以基於這裡的描述對這裡公開的實施例進行各種修改。
權利要求
1.一種設備，包括器件襯底(150，160)；電感通道(105)，所述電感通道由所述器件襯底的一部分至少部分地限定，其中，所述電感通道還包括大致的螺旋形狀和多個大致平行的通道部分中的至少一種；和液體導體(110)，其布置在所述電感通道中。
2.根據權利要求1所述的設備，還包括至少一個電極(115，120)，所述至少一個電極至少部分地暴露至所述電感通道的表面，其中，所述至少一個電極能夠將所述液體導體耦合到其它電路元件。
3.根據權利要求2所述的設備，其中，至少部分地暴露至所述電感通道的表面的所述至少一個電極進一步包括多個電極，其中，所述多個電極中的至少兩個(315，316)可交替地選擇，以改變布置在所述電感通道中的所述液體導體的感應係數。
4.根據權利要求1所述的設備，還包括至少一個電極(135)，其位於所述電感通道的表面附近，並被構造為影響所述電感通道的表面的至少一部分的潤溼性。
5.根據權利要求1所述的設備，還包括結合到所述器件襯底的第二器件襯底(150，160)，其中，所述第二器件襯底的一部分進一步限定了所述電感通道。
6.根據權利要求1所述的設備，還包括蝕刻的區域(420，450，480)，所述蝕刻的區域位於所述電感通道的至少一部分之下，其中，所述蝕刻的區域形成在所述器件襯底和結合到所述器件襯底的第二器件襯底中的至少一個中，並且其中，所述蝕刻的區域具有比所述器件襯底和所述第二器件襯底中的所述至少一個的周圍部分高的阻抗。
7.一種方法，包括設置第一襯底在所述第一襯底中形成至少一部分電感通道，其中，所述電感通道進一步包括大致的螺旋形狀和多個大致平行的通道部分中的至少一種；將液體置於所述電感通道的所述至少一部分中。
8.根據權利要求7所述的方法，其中，將液體置於所述電感通道的至少一部分中進一步包括以下步驟中的至少一個將液體電鍍到所述電感通道的表面上；在所述電感通道的表面上凝結蒸氣；和將部分液體噴射到所述電感通道中。
9.根據權利要求7所述的方法或者根據權利要求1所述的設備，其中，所述液體進一步包括以下材料中的至少一種導電液體、液態金屬和液態金屬合金。
10.根據權利要求7所述的方法，還包括形成至少部分地延伸到所述電感通道中的至少一個電極。
全文摘要
本發明公開了一種利用MEMS器件設計和製造技術形成液態金屬電感(100，200，300)。這種電感器件包括襯底(150，160)；電感通道(105)，所述電感通道由所述器件襯底的一部分至少部分地限定，其中，所述電感通道還包括大致的螺旋形狀和多個大致平行的通道部分中的至少一種；和液體導體(110)，其布置在所述電感通道中。根據常用的製造技術，可以將液態金屬電感與一些MEMS微型開關更容易地集成。
文檔編號H01F41/00GK1971776SQ20061012799
公開日2007年5月30日 申請日期2006年9月1日 優先權日2005年11月21日
發明者蒂莫西·貝凌 申請人:安捷倫科技有限公司