专利名称：使用液态金属mems技术的平面电感的制作方法
技术领域：
本发明涉及平面电感。
背景技术：
随着20世纪80年代显微机械加工技术和微机电系统(MEMS)的引入，已经开发出了许多种机械致动方法。已经使用不同的致动方法和设计技术开发出了多种不同的微机械开关(微型开关)。许多微型开关的设计使用固-固触头的开关，其与大尺寸的机械开关具有一些相同的问题，例如开关触头的磨损和信号跳动。已经实现了各种液态金属微型开关的结构，这些结构之间的差异包括用于致动开关(例如移动液态金属滴或“块”)的机构、为开关装载液态金属的装置和技术以及制造技术。尽管在各种微型开关技术的发展中已经作出了很大的努力，但是很少有重点放在用于使用这些器件的其它电路部件的开发上。
发明内容
使用MEMS器件设计和制造技术，可以形成液态金属电感。
相应地，本发明提供了一种设备，包括器件衬底；电感通道，所述电感通道由所述器件衬底的一部分至少部分地限定，其中，所述电感通道还包括大致的螺旋形状和多个大致平行的通道部分中的至少一种；和液体导体，其布置在所述电感通道中。
本发明还提供了一种方法，包括设置第一衬底；在所述第一衬底中形成至少一部分电感通道，其中，所述电感通道进一步包括大致的螺旋形状和多个大致平行的通道部分中的至少一种；将液体置于所述电感通道的所述至少一部分中。
图1A-1B图示根据本发明的液态金属电感的两个不同的视图。
图2A-2B图示根据本发明的另一种液态金属电感的两个不同的视图。
图3A-3B图示根据本发明的另一种液态金属电感的两个不同的视图。
图4A-4C图示根据本发明能够用于增强液态金属电感的性能的几种技术。
具体实施例方式
以下详细描述了实现本发明的最优方式。该描述意图说明本发明而不应当被认为是对本发明的限制。
在该申请中，会说到本领域技术人员公知的各种MEMS器件制造工艺和技术。许多这些工艺和技术可以借鉴半导体器件制造技术，例如光刻技术、薄膜沉积和生长技术、蚀刻处理等，而其它技术专门针对于MEMS应用进行了开发和/或改进。此外，现在描述的器件和技术集中于液态金属在电感中的使用。合适的液态金属的示例包括汞、镓合金和铟合金(例如Galinstan或GaInSn)。具有可接受的导电性、稳定性和表面张力性质的合适的液态金属的其它示例对于本领域技术人员来说是公知的。在其它示例中，现在描述的器件和技术可以与其它导电液体结合使用以产生电感。
图1A-4C图示了液态金属电感的几个不同实施例以及用于构造电感并将液态金属输送到电感中的对应的特征。在图示的每个示例中，电感腔被设计为在形成腔之后用液态金属进行填充。在许多情况下，直到两个分离的结构结合在一起才完成腔的形成。例如，各种电极、加热器、绝缘体、腔部和其它电路/MEMS器件可以使用传统的半导体处理技术制造在第一半导体晶片(例如硅)上。腔结构的其它部分(例如腔顶、盖或外壳)可以制造在第二晶片上，并且两个晶片被对准并结合以形成完整的结构。可以使用各种公知的晶片结合技术，例如阳极结合、熔接结合、玻璃烧结、粘结剂结合、共熔结合、微波结合、热压结合和焊接结合。尽管根据本发明的示例重点在于由两个分离的结合层形成的器件，但是充分封闭的电感腔可以制造在单个晶片上，因此现在描述的器件和技术具有等同的应用性。
图1A图示液态金属电感100的局部俯视图，图1B中示出剖视图。液态金属电感100由两个分离的材料层150和160形成。在这种情况下，每个材料层150和160是已经结合在一起的分离的晶片(或其部分)。为了简化说明，图中省略了用在装载和操作液态金属电感中的许多结构和特征，例如各个附加的电极、开口、电路等。液态金属电感100是通过用液态金属或其它充分导电的液体填充大致螺旋形的通道或腔105形成的。在此示例中，螺旋形是通过一起形成连续通道的多个平行和垂直(或者至少大致平行和垂直)的通道部分近似的。因为此通道的大致螺旋形，所以，多个通道部分的长度不同，并且可以制造各种不同的拐角形状和特征。在根据本发明的一个实施例中，液态金属电感100被用于与液态金属微型开关结合，由此可以使用相同类型的液态金属材料来制造电感。液态金属100填充电感通道105，在两个端部处与电极115和120电接触。电极115和120根据需要适当地耦合到其它电路元件(未示出)。例如，材料层160中附加的金属迹线可以将电感100电连接至其它的无源和/或有源电路部件。如以下更详细描述的，液态金属电感100的感应系数主要依赖于通道的匝数、尺寸和形状、使用的液态金属的类型以及周围材料的特征(例如电介质特性)。
电极115和120形成为至少部分延伸到通道105中，并与液态金属110电接触。电极115和120可以由与周围材料和制造技术相容的任意合适的导体(一种或多种)来制造。例如，基于对用于液态金属110的材料的选择，需要选择一些导体用于电极115和120，使得它们不会被容易地吸收或者与液态金属混合。此外，尽管示出相对于通道宽度具有特定的尺寸和特定的形状，但是可以使用各种尺寸和形状来形成电极115和120，如本领域技术人员所能够理解的。一般来说，只要电极提供了充分的电耦合至电感的液态金属体，它们就能起到自己的作用。
液态金属电感100还包括入口125和排气口130，入口125和排气口130形成在材料层150中作为通道105的一部分或耦合到通道105。这些特征使得能够将液态金属引入到通道105中，并且能够在通道的整个长度上输送液态金属。流体通道105提供了液态金属可以沿着其引入并输送的路径。除了入口125和排气口130，这些通道或腔通常由壁在各个侧面上包围。如本领域技术人员所公知的，各种不同的技术(例如气相沉积、喷嘴喷射等)可以用于将液态金属110放在通道105中，还可以包括各种附加的器件特征(例如附加的开口、装载存储器、加热器等)以辅助这些过程。由此，根据设计和制造选择，可以在材料层150和160结合到一起之前或之后，用液态金属填充液态金属电感100。
尽管根据本发明的实施例，多种液态金属电感使用排气口结构用于用液态金属填充器件，但是根据本发明的一些实施例不使用排气口，由此液态金属电感100可以不形成排气口130。将液态金属装载到通道105中的过程可以被设计为考虑没有与腔相关的单独排气口的问题。在一个示例中，在真空中抽吸通道105，由此去除了通道中的一些或所有气体。然后器件作为整体(例如结合的晶片)或者器件的封闭部分(例如由至少包围入口125的歧管所限定的)也将在真空下经历液态金属浴。然后升高液态金属浴的压力(例如返回至大气压力)，通过沿着通道产生压力梯度，以强迫液态金属进入通道105。该压力梯度强迫液态金属进入腔而不需要出气口。
在用适当量的液态金属填充通道105的过程中使用一个或多个排气口来提供适当的压力梯度的那些实施例中，，排气口可以在器件上与入口125相同的一侧(相同材料层的部分)开口，如图所示，或者其可以位于器件的相对侧上(例如穿过材料层160)。排气口130通常小于通道105(至少在横截面积上)，以减小在填充电感的过程中或者在后续操作中液态金属能够从排气口130逃离的机会。由此，因为在排气口130与通道105的交汇点处减小的横截面积，假设表面是非润湿性的，则通常需要较大的压力以强迫通道中的液态金属进入并通过排气口130。但是，如本领域技术人员所能理解的，即使相对较小的排气口也能够提供用于通道填充过程的足够压力梯度。
此外，需要或者必要的是在液态金属装载到电感中之后堵塞或密封入口125和/或排气口130。这样的堵塞帮助防止液态金属的蒸发和污染。在一些实施例中，与用于电感的液态金属相同的液态金属单独或者与其它材料形成的合金可以用作塞子。在其它实施例中，还可以使用半固体或非常高粘度的材料(例如蜡、玻璃等)、焊料或结合的覆盖层。在其它实施例中，可以沉积材料(例如通过化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)和原子层沉积(ALD))以堵塞入口/排气口。
由此，多种不同的技术可以用于在电感通道中提供适当量的液态金属。上述的用于液态金属装载的这些装置和技术的其它示例可以在美国专利申请No.11/130,846中找到，该专利申请转让给本申请的受让人。在根据本发明的另一种技术中，液态金属被电镀在特殊形成的接收表面上(例如汞被电镀在铱薄膜上)。在根据本发明的另一种技术中，使用选择的浓度在特定的成核位置上沉积液态金属蒸气(例如在金成核位置上的汞蒸气)。在其它技术中，液态金属通过喷嘴喷洒在表面上。在另一种技术中，使用的金属通常仅在装载过程中处于液态。例如，可以在比金属或合金处于液态的正常操作温度高的温度下装载器件。一旦装载到电感通道中，允许冷却液态金属以在合适的位置使金属凝固。
图示的流体通道和排气口的几何形状也可以根据若干参数而改变。这些路径可以具有各种不同的长度、横截面形状、横截面面积等。路径通常可以根据需要在腔的任何表面处耦合至对应的电感腔。路径可以是直的(例如通过孔或过孔)，具有一匝或多匝(以不同的角度)，或者甚至被弯曲或具有特定的轮廓。图1A-1B中所示的路径大致共面，但是并不必然是这种情况。简言之，本领域技术人员应当认识到关于这里所描述的排气口和流体通道的形状、尺寸和位置的各种变化。
因为控制液态金属110在通道105中的位置对于适当地操作电感100是很重要的，所以各种材料特征、装置和技术可以用于控制通道105的不同部分的润湿性，由此来影响液态金属的流动特性。例如，通道105的一个或多个表面可以包括能够改变和/或限定液态金属110和通道105之间的接触角的一个或多个限定的区域。接触角(有时称作润湿角)是液体对固体润湿的量化测量。在几何上其被定义为液体在液相、气相和固相交叉的三相边界处形成的角度。接触角是液体的表面张力和衬底的表面自由能的函数。一般来说，导电液体和与其接触的表面之间的接触角在0°-180°的范围内，并依赖于形成滴的材料、与滴接触的表面的材料，并特别与液体的表面张力相关。当滴接触被称为相对非润湿性或较低润湿性的表面时形成高接触角。更加润湿性的表面对应于比较低润湿性表面更低的接触角。中间接触角是能够通过选择覆盖与滴接触的表面的材料来限定的，并通常是分别对应于非润湿性和润湿性表面的高接触角和低接触角之间的角度。
例如，可能需要防止液态金属110容易地行进至过度靠近入口125。由此，通道105的部分可以被限定为润湿性、非润湿性或具有中间接触角。通道105的靠近入口125的部分可以具有较低润湿性或者是非润湿性的，以防止液态金属110进入这些区域，并且可以防止液态金属110逃离通道或者防止气泡进入液态金属(例如将液态金属分成两个或多个分离的部分)的可能性的增加。如本领域技术人员会知道的，通过谨慎地选择表面材料、表面特征，并通过使用诸如电润湿(以下详细描述)之类的其它技术，至少可以部分地控制表面润湿性。例如，诸如二氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)之类的各种电介质、金属和其它材料可以用于控制表面润湿性。但是，在沿着流体路径的一些位置处，可能需要具有润湿性的局部区域以增强液态金属在特定时刻(例如在液态金属填充过程中)的运动。由此，一些位置(未示出)可能包含润湿性的表面涂层和/或其它特征(例如下述的用于电润湿的电极135)以增强润湿性。至少对于器件中使用的液态金属调整润湿性还可以帮助建立需要的毛细作用力(例如电介质表面通常对于液态金属是非润湿性的，而金属表面通常是润湿性的)和用在电感中的液态金属的接触角。
电极135通常例如使用中间绝缘层等绝缘于与液态金属110的直接电接触，并用于电润湿，例如用于装载液态金属，用于限制液态金属的运动等。作为电润湿效果的示例，将液滴置于非润湿表面上引起滴保持高接触角。如果液滴是可被极化的和/或至少是略微导电的，那么在滴和滴之下的被绝缘的电极之间施加的电势会减小滴与其位于上面的表面之间的接触角。减小滴的接触角提高了相对于表面的润湿性。由于静电力试图增加电容和储存在滴/绝缘体/电极系统中的能量，由此发生接触角的减小。该效果依赖于若干因素，这些因素包括施加的电压(也因此包括电极构造)、绝缘体参数(例如厚度和介电常数)以及液滴性质。但是，利用适当选择的系统性质，能够实现相对大且可逆的接触角变化。在根据本发明的一些实施例中，一些电极可以接地，而另一些保持在较高的电压。在根据本发明的另一些实施例中，可以对电极交替供电而不使用接地电极。此技术通常需要控制电极间距充分小于液态金属滴的尺寸。除了影响滴所处位置的局部润湿性，电场的施加(例如在滴的一侧上)能够在液态金属滴上引入力，因此引起致动。
电极135的尺寸和形状仅是示例性的，并且可以使用各种不同的电极尺寸和形状。在材料层160中或者在材料层150中可以包括附加的电极以支持一些电润湿构造。也可以采用许多其它的电极布置。例如，接地电极可以与液态金属绝缘或者与液态金属直接电接触。接地电极可以放在与控制电极相同的材料层上。此外，两个材料层都可以包含控制电极，例如面对的电极对，当受激时具有相反的极性。一般来说，只要液态金属滴的电势不同于电极中的至少一个，就可以实现这样的致动。由此，电润湿器件和技术可以与描述的任何电感结合使用。
尽管诸如电感100之类的电感可以形成各种缠绕形状，但是图1A-1B中所示的平面螺旋拓扑结构通常是最容易实现的。注意图1A-4C的电感在形状上是大致螺旋形的，但是根据本发明在此螺旋形状上可以进行各种变化。例如，通道105可以被制造为具有弯曲的壁，而不是图示的直的壁，由此更加接近真实的螺旋形状。类似地，六边形或八边形可以用于更加接近地模仿真实的螺旋。其它形状对于本领域技术人员来说也会是公知的。
尽管电感通常单独以其感应系数(或感应反作用)来表征，但是电感性能的常用的测量是其品质因子或Q值。对于平面电感，品质因子与电感的感性系数或感应反作用成正比例，而与电感的阻抗成反比例。一般来说，Q值越高，电感越好，并且更加适合于各种应用。因为电感的感应反作用和各种阻抗影响(导线趋肤效应、辐射损耗、涡流和磁滞)随频率变化，所以当特定于特定的操作频率时Q值是最有意义的。
电感100的感应系数通常由导体(液态金属110)的整体长度和平面电感的匝数来决定。匝间电容也可以影响电感性能，因此可以选择电感匝的分离以减小或最小化寄生电容。电感性能还可以通过采取减小电感阻抗的步骤来提高。例如，可以选择较低阻抗的液态金属。此外，可以设计通道105的尺寸和形状(由此设计限制在其中的液态金属)来减小阻抗。对于平面电感，通过电感流动的电流通常被推到线圈绕组的外侧边缘(相对于线圈的中心)。当电流聚集在外侧边缘时，增加通道的宽度(例如图1A中所观察到的横截面)通常不会减小阻抗或提高Q。但是，增加导体厚度(例如图1的横截面中所观察到的高度)通常会减小阻抗并提高Q。由此，通过将通道横截面的纵横比增加为例如图示的2/1纵横比或者甚至更大的例如3/1或4/1纵横比，可以提高电感100的性能。与使用更加传统的半导体处理技术制造的导体相比，对于液态金属导体，导体厚度相对容易增加。电感100的性能还将依赖于电感形成于其上的衬底的损耗和寄生效应。在某种程度上，通过限制电感所使用的区域可以限制这些影响，但是如以下结合图4A-4C所观察到的，各种其它的技术可以用于减小由于电感衬底中感生的涡流而引起的损耗。
电感100的制造可以使用各种半导体和MEMS制造技术。在根据本发明的一个实施例中，材料层160是硅晶片衬底，其包括通常利用薄膜半导体晶片处理技术施加的多个材料层特征(未示出)。例如通过使用薄膜沉积技术和/或薄膜筛滤技术，衬底160可以用电介质材料或其它材料层完全或部分覆盖，可以包含单层或多层电路衬底。例如，电极135可以是随后被电介质层覆盖的沉积金属层。还可以沉积金属或其它材料，来辅助将衬底160结合到材料层150，其中材料层包含通道壁和入口特征并用作用于器件的盖。还可以将金属材料沉积或以其他方式施加到材料层150以根据需要形成电极或其它特征。材料层150可以是晶片或玻璃，例如Pyrex，或诸如硅的其它材料。将材料层150结合至衬底160还可以利用上述结合技术中的任意一种来完成。例如，两层可以利用阳极结合来连接，在这种情况下，一个或两个层的一些区域(未示出)可能包含无定形硅或多晶硅层以帮助结合。还可以设置合适的输出触头(用于连接至其它电路)。在根据本发明的一些实施例中，电感100与各种其它电路元件集成在一起。
液态金属电感100提供了根据本发明的基本电感设计的一个示例。图2A-4C图示了液态金属电感的几个不同的实施例。在图示的每个示例中，器件中的通道被设计为包含液态金属，该液态金属用于形成电感的中间导体。以下描述这些其它实施例。但是，在上文中描述的电感100的至少一些设计变化、材料选择、制造技术和相关的电感特征可以应用到图2A-4C中所示的各种电感。因此，以下为了清楚的目的不再重复许多这些设计和制造变化。
图2A图示了另一种液态金属电感200的局部俯视图，图2B示出了剖视图。液态金属电感200是由两个分离的材料层250和260形成的，例如已经被结合在一起的两个分离的晶片(或其部分)。为了简化描述，图中省略了用于装载和操作液态金属电感的许多结构和特征，例如各种附加的电极、排气口、电路等。液态金属电感200具有与电感100相同的大致螺旋形状。由此，电感通道205用液态金属210或其它充分导电的液体填充。与电感100相反，液态金属电感200具有沿着通道205的底部形成并与液态金属210电接触的连续电极215。根据需要，一个或多个衬底迹线(例如270)将电感200耦合到其它电路元件(未示出)。电极215可以由与周围材料和制造技术相容的任何合适的导体(一种或多种)制造。例如，基于用于液态金属210的材料的选择，可能需要对电极215选择一些导体，使得它们不容易被液态金属吸收或与液态金属混和。此外，尽管示出相对于通道宽度具有特定的尺寸和形状，但是可以利用各种尺寸和形状来形成电极215，如本领域技术人员所理解的。
除了提供电接触至液态金属210外，电极215还作为电感的一部分携带电感电流。因为电极215是金属的，所以其可以提供用于通道205的润湿性底部，由此使液态金属210容易装载到通道205中。在根据本发明的一些实施例中，通过通道的改进的润湿性所增加的毛细作用力可以足以装载通道，例如不需要施加的压力。尽管示出的电极215仅在通道205的底部上，但是在根据本发明的其它实施例中，电极205在通道的多个表面上，例如至少部分地在通道的由材料层250所形成的侧壁和/或顶部上。
液态金属电感200还包括在材料层250中形成作为通道205的一部分或耦合到通道205的入口225和排气口230。这些特征使得能够将液态金属引入到通道205中，并且在通道的整个长度上运送。如上所述，各种技术(例如气相沉积、喷嘴喷射等)可以用于将液态金属210放在通道205中，并且可以包括各种附加的器件特征(例如附加的排气口、装载存储器、加热器、电润湿电极、表面特征等)以辅助该过程。
图3A图示另一个液态金属电感300的局部俯视图，图3B示出剖视图。液态金属电感300由两个分离的材料层350和360形成，例如已经结合在一起的分离的晶片(或其部分)。为了简化说明，图中省略了用于装载和操作液态金属电感的许多结构和特征，例如各种附加的电极、排气口、电路等。液态金属电感300具有与电感100相同的大致螺旋形状。由此，电感通道305包含液态金属310或其它充分导电的液体。液态金属310与电极315-318和320中的至少两个电接触。电感300包括多于三个的电极，使得可以通过限制通道310中液态金属的量，或完全充满通道但是选择性地选择表面电感线圈端部的两个电极由此选择线圈长度，由此来调整感应系数。因此，如图3A-3B所示，液态金属不必完全充满通道305，而是可以仅填充通道305大约至电极316的位置。液态金属310与两端的电极(316和320)接触，并且还与中间电极317和318接触。电极315-318和320中的每个都根据需要适当地连接到其它电路元件(未示出)。在图示的示例中，电极315-318彼此电连接(通过迹线370)，因为每一个都潜在地是电感的一个节点，而电极320作为电感的另一个节点。
电极315-318和320可以由与周围材料和制造技术相容的任何合适的导体(一种或多种)制造。例如，基于用于液态金属310的材料的选择，可能需要选择一些电极材料，使得它们不容易被液态金属吸收或与液态金属混和。此外，尽管示出相对于通道宽度具有特定的尺寸、形状和位置，但是本领域技术人员应当理解电极315-318和320可以具有多种不同的实施方式(例如数量、尺寸位置、形状等变化)。
如上所述，各种表面材料、表面特征、电极等可以用于调整通道305的表面的不同位置处的润湿性。在图3A-3B中，包括一系列电润湿电极340以增强液态金属装载和/或将液态金属限定到通道305的特定区域。尽管仅示出在电极315和316之间，但是这样的电极通常可以位于沿着通道305的任何位置(例如沿着通道305连续，位于通道拐角中，仅靠近电极定位等)，可以使用各种不同的电极构造，并可以形成各种形状和尺寸，如本领域技术人员所公知的。电润湿电极还可以包括用于其它目的的电极，例如电极315-318和320(例如用于在电润湿过程中使液态金属接地)。液态金属电感300还包括形成在材料层350中作为通道305的一部分或耦合到通道的入口325和排气口330。这些特征使得能够将液态金属引入到通道305中，并且在通道的整个长度上运送。如上所述，各种技术(例如气相沉积、喷嘴喷射等)可以用于将液态金属310放在通道305中，并且可以包括各种附加的器件特征(例如附加的排气口、装载存储器、加热器、电润湿电极、表面特征等)以辅助该过程。
如上所述，与平面电感相关的衬底损耗造成了能量损耗并因此减小了品质因子Q。衬底损耗通常是由衬底中感生的涡流所导致的(例如由于流过电感金属至衬底电容的电流和通过电感的变化的磁场在衬底中产生的电流所引起的I2R损耗)。用于减小涡流损耗的一些技术包括缩短衬底、使用接地屏蔽和增大衬底阻抗。图4A-4C图示用于增加液态金属电感形成于其上的衬底的有效阻抗的几种技术。
或许最简单的技术是使用固有的高阻抗或绝缘衬底，例如高阻抗硅、蓝宝石、氧化铝或诸如Pyrex之类的玻璃。但是，这些高阻抗材料的使用不能很好地适合于用于形成液态金属平面电感的其它制造过程。图4A图示了液态金属电感400，其由两个结合的晶片405和415形成，并且具有提供用于电感的导体的液态金属410。此处，通过去除衬底的部分，减小了衬底415(例如硅晶片)在位于电感线圈之下的区域中的有效阻抗。因此，光刻构图和蚀刻技术(湿式或干式)被用于制造电感线圈之下的腔420。以此方式，通过例如在后处理步骤中去除下面的硅消除了大量的衬底损耗。
图4B图示没有那么显著、而是结构也许更加稳定的方法。此处，液态金属电感430由两个结合的晶片445和435形成，并且带有设置用于电感的导体的液态金属440。不是在电感之下完全蚀刻形成腔，而是选择性地蚀刻电感线圈之下的区域以形成许多间隙450。尽管图示的横截面示出蚀刻的区域可以在电感线圈的整个宽度(也就是进出纸面)上延伸，但也可以不是这种情况。由此，蚀刻和非蚀刻区域的交替图案可以提供减小的涡流，而仍然保持衬底445的结构完整性。在图示的示例中，蚀刻区域的间距通常小于电感线宽度，但是也可以不是这种情况。此外，图示的示例在蚀刻区域的位置和电感线圈部分的位置之间没有提供特殊的关系，但是更多限定的图案对于一些实施方式可能更加有益。因为电感线圈的部分例如可以平行于纸面，蚀刻的区域(未示出)还可以遵循电感线圈的大致区域。间隙450可以使用各种技术来形成，例如深度反应性离子蚀刻处理，例如公知的Bosch工艺。
最后，图4C使用多孔硅480的区域来增大电感线圈下方的阻抗。因此，类似于前述实施例，液态金属电感460由两个结合的晶片465和475形成，并且带有提供用于电感的导体的液态金属470。但是，硅衬底475的一部分被预处理或者后处理以形成多孔的硅区域480。多孔的硅(包括诸如氧化的多孔硅的各种形式)通常是通过在例如稀释的HF水溶液或者HF乙醇溶液(通常因为硅表面上的蚀刻剂的增大的润湿性而使用)之类的氢氟酸(HF)溶液中电化学蚀刻或者电化学阳极氧化硅晶片来制造的。带有不同阳极/阴极构造的各种阳极氧化的布置，例如恒电势(电压控制)或恒电流(电流控制)对于本领域技术人员来说会是公知的。此外，可以通过改变施加的电流密度来调整阳极氧化过程。该调整导致控制多孔硅的微结构和孔隙率沿着生长方向而变化。形成多孔硅的另一种技术是用HF-HNO3溶液进行的染色腐蚀或化学腐蚀(没有电流)。蚀刻之后通常是干燥步骤和氧化步骤以提供需要的材料性质。根据本发明的各种其它技术可以用于减小与电感的衬底相关的不需要的损耗。
本领域技术人员应当容易认识到各种不同类型的部件和材料可以用于替换上述的部件和材料。此外，在这里提出的根据本发明的实施例的描述是示例性的，而不意图限制由权利要求所限定的本发明的范围。在不脱离由权利要求所限定的本发明的范围和精神的情况下，可以基于这里的描述对这里公开的实施例进行各种修改。
权利要求
1.一种设备，包括器件衬底(150，160)；电感通道(105)，所述电感通道由所述器件衬底的一部分至少部分地限定，其中，所述电感通道还包括大致的螺旋形状和多个大致平行的通道部分中的至少一种；和液体导体(110)，其布置在所述电感通道中。
2.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个电极(115，120)，所述至少一个电极至少部分地暴露至所述电感通道的表面，其中，所述至少一个电极能够将所述液体导体耦合到其它电路元件。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，至少部分地暴露至所述电感通道的表面的所述至少一个电极进一步包括多个电极，其中，所述多个电极中的至少两个(315，316)可交替地选择，以改变布置在所述电感通道中的所述液体导体的感应系数。
4.根据权利要求1所述的设备，还包括至少一个电极(135)，其位于所述电感通道的表面附近，并被构造为影响所述电感通道的表面的至少一部分的润湿性。
5.根据权利要求1所述的设备，还包括结合到所述器件衬底的第二器件衬底(150，160)，其中，所述第二器件衬底的一部分进一步限定了所述电感通道。
6.根据权利要求1所述的设备，还包括蚀刻的区域(420，450，480)，所述蚀刻的区域位于所述电感通道的至少一部分之下，其中，所述蚀刻的区域形成在所述器件衬底和结合到所述器件衬底的第二器件衬底中的至少一个中，并且其中，所述蚀刻的区域具有比所述器件衬底和所述第二器件衬底中的所述至少一个的周围部分高的阻抗。
7.一种方法，包括设置第一衬底在所述第一衬底中形成至少一部分电感通道，其中，所述电感通道进一步包括大致的螺旋形状和多个大致平行的通道部分中的至少一种；将液体置于所述电感通道的所述至少一部分中。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，将液体置于所述电感通道的至少一部分中进一步包括以下步骤中的至少一个将液体电镀到所述电感通道的表面上；在所述电感通道的表面上凝结蒸气；和将部分液体喷射到所述电感通道中。
9.根据权利要求7所述的方法或者根据权利要求1所述的设备，其中，所述液体进一步包括以下材料中的至少一种导电液体、液态金属和液态金属合金。
10.根据权利要求7所述的方法，还包括形成至少部分地延伸到所述电感通道中的至少一个电极。
全文摘要
本发明公开了一种利用MEMS器件设计和制造技术形成液态金属电感(100，200，300)。这种电感器件包括衬底(150，160)；电感通道(105)，所述电感通道由所述器件衬底的一部分至少部分地限定，其中，所述电感通道还包括大致的螺旋形状和多个大致平行的通道部分中的至少一种；和液体导体(110)，其布置在所述电感通道中。根据常用的制造技术，可以将液态金属电感与一些MEMS微型开关更容易地集成。
文档编号H01F41/00GK1971776SQ20061012799
公开日2007年5月30日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年11月21日
发明者蒂莫西·贝凌 申请人:安捷伦科技有限公司