专利名称：半导体器件和静电致动器的驱动方法
技术领域：
本文中描述的实施例通常涉及半导体器件和静电致动器的驱动方法。
背景技术：
作为一种用于实现最近的电子器件的小型化、轻巧、低功率消耗和高度复杂的功能的技术，微电子机械系统(MEMS)的技术已经获得了很大的关注。MEMS是具有通过硅工艺技术结合的较小的机械元件和电子电路元件的系统。使用MEMS的静电致动器用在射频(RF)MEMS可变电容器或者RF-MEMS开关中。例如，静电致动器包括下电极、上电极和设置在所述电极之间的绝缘膜。为了将静电致动器从向上状态转换成向下状态，在下电极与上电极之间施加电势差以驱动上电极。
图I是示出根据一个实施例的半导体器件10的框图。图2是如图I所示的半导体器件10的电路图。图3是MEMS可变电容器11的俯视图。图4是沿图3的线A-A’得到的MEMS可变电容器11的横截面图。图5是示出参考电压生成电路31的电路图。图6是示出MEMS可变电容器11的电容与所施加的电压之间的关系的示图。图7是示出在电荷检测操作时间时的电压关系的时序图。图8是示出在向上状态和向下状态下的电压变化AV的曲线图。图9是示出在向上状态与向下状态下的电压变化AV之间的差δν的曲线图。图10是示出在电荷检测操作时间时的电压关系的时序图。图11是示出在向上状态和向下状态下的电压变化AV的曲线图。图12是示出在向上状态和向下状态下的电压变化AV之间的差δ V的曲线图。图13是示出半导体器件10的另一实例的框图。图14是示出半导体器件10的另一实例的框图。
具体实施例方式通常，根据一个实施例，提供了一种半导体器件，包括静电致动器，包括第一和第二下电极，在第一和第二下电极上方通过锚状物支撑且配置为向下移动的上电极，以及在所述上电极和所述第一和第二下电极之间提供的绝缘膜，第一下电极和上电极构成第一可变电容元件，第二下电极和上电极构成第二可变电容元件；第一固定电容元件，连接到第一下电极；第二固定电容元件，连接到第二下电极；以及检测电路，连接到上电极并且配置为检测存储在绝缘膜中的电荷量。在下文中，将参考附图描述本实施例。在以下的描述中，相同或功能等效的元件用相同的附图标记表示， 由此简化所述描述。[I]整体结构图I是示出根据一个实施例的半导体器件10的结构的框图。所述半导体器件10包括静电致动器11、两个配置为驱动静电致动器11的开关电路12和13、向开关电路12和13提供电压Vhold的电荷泵(CP) 14、检测存储在静电致动器11的绝缘膜中的电荷量的电荷检测电路15、生成用于电荷检测操作的必要的电压的电压生成电路16、两个低通滤波器(LPF) 17和18、以及控制半导体器件10的操作的控制电路19。作为静电致动器11，可以使用MEMS可变电容器或MEMS开关、并且在这个实施例中，解释了 MEMS可变电容器作为实例使用的情况。电荷泵14提升电源电压Vdd以生成比电源电压Vdd高的电压Vhold。图2是如图I所示的半导体器件的电路图。然后，解释MEMS可变电容器11、开关电路12和13以及电荷检测电路15的详细结构。[2] MEMS可变电容器11的结构例如，MEMS可变电容器11包括两个端口 Pl和P2，端口 Pl连接到用于传输高频信号的信号线，端口 P2接地。MEMS可变电容器11包括两个可变电容元件Cmemsi和Cmems2以及两个固定电容元件Cmimi和Cmim2。通过低通滤波器17将可变电容元件CMEMSi和Cmems2的上电极连接到开关电路12。此外，连接到可变电容元件Cmemsi和Cmems2的上电极的Cpaka表示寄生电容器，例如互连电容器或结电容器。可变电容元件Cmemsi与可变电容元件Cmems2串联连接。Cmimi的下电极连接到端口 Pl。可变电容元件Cmems2与固定电容元件Cmim2串联连接。Cmim2的下电极连接到端口 P2。可变电容元件CmemsI的下电极通过电阻器Rl和低通滤波器18连接到开关电路13。可变电容元件Cmems2的下电极通过电阻器R2和低通滤波器18连接到开关电路13。MEMS可变电容器11通过如下方式配置在端口 Pl与P2之间串联连接固定电容元件Qrai、可变电容元件Cmemsi、可变电容元件Cmems2和固定电容元件Cmim2。MEMS可变电容器11的电容等于四个电容元件的总电容。提供固定电容元件Cmimi和Cmim2以增强可变电容元件Cmemsi和Cmems2的耐受电压。电阻器Rl和R2起到防止可变电容元件Cmemsi和Cmems2的下电极短路的作用。具有上述结构的MEMS可变电容器11能够增强热切换特性。热切换是正在将信号功率提供到MEMS可变电容器上的同时将状态从向上状态切换到向下状态或者从向下状态切换到向上状态。通常，在热切换时，MEMS可变电容器的可靠性降低。然而，这个实施例的具有连接在端口 Pl与P2之间的多个电容元件的MEMS可变电容器11可以减小施加到可变电各兀件CmemsI和Cmems2 上的电压。然后，解释MEMS可变电容器11的结构的一个实例。图3是MEMS可变电容器11的俯视图。图4是沿图3的线A-A’得到的MEMS可变电容器11的横截面图。
在衬底41 (例如硅衬底41)上，例如，形成由氧化硅形成的绝缘层42，并且在绝缘层42上形成MEMS可变电容器11。在绝缘层42上，形成分离布置的两个下电极43和44。在下电极43和44的上方布置上电极45。在下电极43和44上形成绝缘膜46，以防止下电极43和44与上电极45发生电接触。绝缘膜46可以布置在下电极43和44与上电极45之间，例如，可以布置在上电极45下方。四个弹簧47连接到上电极45，每个弹簧47的末端由锚状物48支撑。因此，布置在下电极43和44上方的上电极45可以通过静电吸引向下移动。下电极43和上电极45构成可变电容元件Cmemsiij下电极44和上电极45构成可变电容元件Cmems2ij带有弹簧结构的互连49电连接到上电极45。互连49的末端由导电锚状物50支撑。在绝缘层42上，形成下电极51和52以夹置下电极43和44。下电极51用作端口 Pl且下电极52用作端口 P2。在下电极51上形成绝缘膜53。在绝缘膜53上形成上电极54。下电极51、绝缘膜53和上电极54构成固定电容元件CMIM1。将上电极54形成为与下电极43重叠，并且上电极54与下电极43电连接。在图3中，上电极54与下电极43之间的连接部分57用虚线表示。下电极51和43通过绝缘膜53而彼此隔离。·在下电极52上形成绝缘膜55。在绝缘膜55上形成上电极56。下电极52、绝缘膜55和上电极56构成固定电容兀件Cmim2。形成上电极56以与下电极44重叠,并且上电极56与下电极44电连接。在附图3中，在上电极56与下电极44之间的连接部分58用虚线表示。下电极52和44通过绝缘膜53而彼此隔离。MEMS可变电容器11的电容随从向上状态到向下状态或从向下状态到向上状态的变化而变化。向上状态(断开状态)是未驱动上电极45且上电极45和下电极43 (或44)是分离的状态。向下状态(闭合状态)是上电极45被驱动至下部分且上电极45和下电极43(或44)彼此接触(其间设置有绝缘膜46)的状态。[3]开关电路12和13的结构然后，解释开关电路12和13的结构。开关电路12和13是用于驱动MEMS可变电容器11的驱动电路。开关电路12和13的结构是相同的，并且下文举例解释了开关电路
12。在图2中，仅仅示出开关电路12的电路结构。如图2所示，开关电路12包括四个开关元件21至24，两个本地升压器25和26以及升压电容器CBT。使用具有高耐受电压的金属半导体场效应晶体管(MOSFET)作为开关元件21和22，例如使用N沟道MOSFET (NM0SFET)。例如，使用NM0SFET作为开关元件23和24。NM0SFET 21的漏极连接到电荷泵14的输出端，并且NM0SFET 21的源极通过节点NI连接到升压电容器CBT的第一电极。MOSFET 21的栅极电压由本地升压器(LB)25控制。NM0SFET 22的漏极连接到电荷泵14的输出端，并且NM0SFET 22的源极通过节点N2连接到升压电容器CBT的第二电极。NM0SFET 22的栅极电压由本地升压器26控制。节点NI连接到第一放电电路23。放电电路23基于来自控制电路19的控制信号将节点NI放电至地电压Vss。节点N2连接到第二放电电路24。放电电路24基于来自控制电路19的控制信号将节点N2放电至地电压Vss。放电电路23和24中的每一个均由例如NM0SFET配置而成。[4]电荷检测电路15的结构
接下来，解释电荷检测电路15的结构。当MEMS可变电容器11重复地设定在向上状态和向上状态时，出现电荷存储在上电极45与下电极43和44之间的绝缘膜46中的所谓的充电。当所存储的电荷量超出特定的阈值时，出现上电极45不从绝缘膜46分离的所谓的粘滞(sticktion)缺陷。电荷检测电路15基于MEMS可变电容器11的电容确定存储在绝缘膜46中的电荷量。作为电荷检测方法，提供一种用于在MEMS可变电容器11设定在向下状态后将MEMS可变电容器11的上电极45与下电极43 (或44)之间的施加电压设定为恒定监视电压Vmon的方法。此时，根据上电极45是否从绝缘膜46分离可以估计存储在绝缘膜46中的电荷量。如图2所示，电荷检测电路15包括参考电压生成电路31、比较器(COMP) 32和两个开关元件33和34。例如，使用NM0SFET作为开关元件33和34。
参考电压生成电路31生成参考电压Vref。参考电压生成电路31的输出端通过节点N3和NM0SFET33连接到比较器32的第一输入端子。开关电路12的节点NI通过NM0SFET34连接到比较器32的第二输入端子。电荷检测电路15连接到构成具有较小寄生电容的静电致动器的上电极和下电极中的一个。在该实施例中，固定电容元件Cmimi和Cmim2分别连接到下电极43和44，并且由于固定电容元件是金属-绝缘体-金属(MIM)结构的电容器，固定电容元件Cmimi和Cmim2的电容与寄生电容器Cpaea的电容相比更大。因此，电荷检测电路15连接到上电极45，所述上电极45的寄生电容小于下电极的寄生电容。图5是示出参考电压生成电路31的结构的电路图。参考电压生成电路31包括电荷泵14、开关电路12和13、低通滤波器(LPF)17和18、电阻器Rl和R2、寄生电容器Cpaka以及两个固定电容元件Ckefi和CKEF2。构成参考电压生成电路31的电荷泵14、开关电路12和
13、低通滤波器17和18、电阻器Rl和R2以及寄生电容器Cpaea具有与在图2中用相同附图标记表示的那些部分相同的结构，并且它们的连接关系与图2中的连接关系相同。图5中所示的电荷泵14 一般可以用于图2所示的电荷泵14。图5的开关电路12和13由控制电路19控制，以执行与图2的开关电路12和13所执行的操作相同的操作。固定电容器Ckefi可以由以下的方程式表不CREn- (CMEMS1_up+CMEMS1_dn) /2CmemsiJP表示当MEMS可变电容器11设定在向上状态时的可变电容元件Cmemsi的电容。表示当MEMS可变电容器11设定在向下状态时的可变电容元件Cmemsi的电容。固定电容器Ckef2可以由以下的方程式表不Ceef2- (CMEMS2_up+CMEMS2_dn) /2C—iUp表示当MEMS可变电容器11设定在向上状态时的可变电容元件Cmems2的电容。表示当MEMS可变电容器11设定在向下状态时的可变电容元件Cmems2的电容。具有上述结构的参考电压生成电路31可以生成参考电压Vref，该参考电压Vref是在当MEMS可变电容器11设定在向上状态时的节点NI的电压与当MEMS可变电容器11设定在向下状态时的节点NI的电压之间的中间电压。[5-1]操作 I :首先，解释MEMS可变电容器11的操作。在向上状态，上电极45与下电极43 (或44)之间的电势差小于下拉(pull-in)电压。下拉电压是用于上电极45向下移动所需要的电压，并且是使静电吸引变得大于弹簧47的回复力的电压，所述静电吸引用于将上电极45吸引向下电极43。向下状态可以通过例如使开关电路12向上电极45施加地电压Vss且使开关电路13向下电极43和44施加地电压Vss来实现。作为具体操作，在开关电路12和13的每一个中，使NM0SFET23导通，以使节点NI放电至地电压Vss。作为实现向下状态的方法，提供了一种用于在上电极45与下电极43之间施加从上电极45作用到下电极43的电场(向下电场)的方法和一种执行相反操作的方法。首先，解释用于施加向下电场的方法。以以下的顺序操作开关电路12的NM0SFET 21和22以便 驱动MEMS可变电容器11(将其设定在向下状态)(l)NMOSFET 21 :导通(2) NM0SFET 21 :关断(3 ) NM0SFET22 导通在步骤(1)，通过电荷泵14对升压电容器Cbt进行充电以将节点NI的电压设定在电压Vhold附近。电压Vhold是MEMS可变电容器11的保持电压(hold voltage)，并且设定为小于下拉电压。因此，此时，MEMS可变电容器11保持在向上状态。下拉电压是使上电极45向下移动所需的电压。保持电压是保持在上电极45向下移动且与绝缘膜46接触后所得到的状态所需的电压。随后，在步骤(2)关断NM0SFET 21，然后，在步骤(3)将节点N2的电势设定在电压Vhold附近。此时，通过升压电容器Cbt的电容耦合，节点NI的电势提升至比下拉电压高的驱动电压Vact。结果，实现了 MEMS可变电容器11的向下状态。下电极43和44通过开关电路13的NM0SFET23保持在OV。在这之后，使NM0SFET 21导通，使NM0SFET 22关断，并且使NM0SFET 24导通。结果，节点NI的电势设定在电压VhoId附近，并且保持MEMS可变电容器11的向下状态。然后，解释检测存储在MEMS可变电容器11中的电荷量的操作。如前所述，当MEMS可变电容器11重复地设定在向上状态和向下状态时，电荷存储在上电极45与下电极43和44之间的绝缘膜46中。图6是示出MEMS可变电容器11的电容与所施加的电压之间的关系的示图。在图6中，示出了在上电极45与下电极43和44之间的绝缘膜46中几乎未存储电荷的情况(虚线)以及在绝缘膜46中存储电荷的情况(实线)。图6中的横坐标表示上电极45与下电极43和44之间的电势差Λ V，纵坐标表示MEMS可变电容器11的电容。如图6所示，当在绝缘膜46中几乎未存储电荷时，用于从绝缘膜46分离上电极45的电压(上拉(pull-out)电压)变得更高。上拉电压随着存储在绝缘膜46中的电荷增多而变低。在该实施例中，根据当电势差AV设定在监视电压Vmon时上电极45是否从绝缘膜46分离来检测存储在绝缘膜46中的电荷量。监视电压Vmon的上限设定为比当在绝缘膜46中几乎未存储电荷时所设定的上拉电压低的电压。此外，监视电压Vmon的下限可以设定为比OV高的期望电压，并且设定为较低的电压，以检测在绝缘膜46中存储有较多电荷的状态。另一方面，如果检测到在绝缘膜46中存储有较少电荷的状态，则将其设定为较高的电压。监视电压Vmon是由图I的电压生成电路16生成的。图7是示出在电荷检测操作时的电压关系的时序图。图7示出当施加向下电场时的电荷检测操作的实例。首先，将MEMS可变电容器11设定在向下状态。此时，开关电路13将下电极43和44的电势设定为接地电压Vss (=OV)ο这是通过使开关电路13的NM0SFET 23导通实现的。此外，在向上电极45施加电压Vact之后，开关电路12将上电极45的电势设定为电压Vhold。结果，将MEMS可变电容器11设定在向下状态。然后，控制电路19使NM0SFET 35导通以向上电极45施加监视电压Vmon。此时，开关电路12的NM0SFET 21保持关断。同样地，控制电路19也向参考电压生成电路31施加监视电压Vmon。然后，使开关电路12的NM0SFET 22导通，并且使NM0SFET 24关断。结果，开关电路12的节点N2设定为电压Vhold。在这种情况下，设定了和CMEMS2_up< CMEMS2_dn的关系。因此，如果MEMS可变电容器11设定在向上状态(up)时，则上电极45的电极极大地上升，并且如果MEMS可变电容器11设定在向下状态(dn)时，则上电极45的电压轻微上升。就是说，如果在向上状态时的电压变化是△ V_up，在向下状态时的电压变化·是Λ V_dn,则设定了 Λ V_up> Δ V_dn的关系。Δ V_up由以下的方程式(I)表示
ΓΓ1Γ1-,ηΠ Δν up=—------Vhold
LUU/9J — cBT + cMEMSl _up+CMEMS2_up+Cpara⑴Δ V_dn由以下的方程式(2)表示
Γ^οιΠ Δν dn=—------；——--Vhold
L0081」 — Cbt+Cmems1 _dn+Cmems2 _dn+Cpara⑵通过使NM0SFET 33导通而从参考电压生成电路31向比较器32的第一输入端子施加参考电压Vref。由于参考电压生成电路31执行与开关电路12和13相同的操作，参考电压Vref设定为在“Vmon+ Δ V_up”与“Vmon+ Δ V_dn”之间的中间电压。比较器32比较上电极45的电压(节点NI的电压)与参考电压Vref。基于比较结果，在将监视电压Vmon施加到上电极45的同时可以确定MEMS可变电容器11是设定在向上状态还是向下状态。将确定结果传送给控制电路19。当驱动MEMS可变电容器11时，控制电路19基于上述确定结果确定在上电极与下电极之间的电场方向。就是说，如果确定检测操作的结果是MEMS可变电容器11设定在向上状态，则由于在绝缘膜46中未存储大于或等于阈值的电荷，控制电路19在不改变MEMS可变电容器11的上电极与下电极之间的电场方向的情况下驱动MEMS可变电容器11。另一方面，如果确定检测操作的结果是MEMS可变电容器11设定在向下状态，则由于在绝缘膜46中存储有大于或等于阈值的电荷，控制电路19改变MEMS可变电容器11的上电极与下电极之间的电场方向，并且驱动MEMS可变电容器11。(实施例)下文解释根据该实施例的操作I的半导体器件10的实验结果。在测量半导体器件10的实验结果的过程中，使用在下表中示出的编号(numeral)。此外，在如(I)至(3)所示那样改变条件的同时进行三个模式的测量。表ICmems—uP(fF)CMEMS—dn(fF)Cbt (fF)Cpara (fF)
T88. 3081867.0449002000
J176.64373484002000
~264.965601.04119002000Cmems^P表示当MEMS可变电容器11设定在向上状态时的可变电容元件Cmemsi或Cmems2的电容。CMEMS_dn表示当MEMS可变电容器11设定在向下 状态时的可变电容元件C_或Cmems2的电容。Cbt表示开关电路12的升压电容器的电容。Cpaea表示寄生电容。图8是示出向上状态中的电压变化Λ V_up和向下状态中的电压变化Λ V_dn的曲线图。图8的横坐标表不电压Vhold(V),并且纵坐标表不电压变化Δ V。图8中的编号(I)至(3)对应于以上表格中的编号。如从图8中所理解的，在AV_up与AV_dn之间的差值在三种条件(I)至(3)中的任意一种情况下变得较大。因此，在电荷检测操作中可以确定MEMS可变电容器11的向上状态和向下状态。图9是示出向上状态中的电压变化Λ V_up与向下状态中的电压变化AV_dn之间的电势差δ V的曲线图。图9的横坐标表示电压Vhold (V),并且纵坐标表示电势差δν(V)。电势差δ V由以下的方程式表示δ V= Δ V_up- Δ V_dn如从图9中所理解的，电势差δ V在三种条件(I)至(3)中的任意一种情况下变得较大。[5-2]操作 2 然后，解释当驱动MEMS可变电容器11时在下电极43与上电极45之间施加从下电极43作用到上电极45的电场(向下电场)的实例。通过反转在前述的操作I中的开关电路12和13的操作可以实现施加向上电场以将MEMS可变电容器11设定在向下状态的操作。下文解释在向上施加电场时的电荷检测操作的实例。图10是示出电荷检测操作时的电压关系的时序图。首先，MEMS可变电容器11设定在向下状态。此时，开关电路12将上电极45的电势设定为0V。这是通过使开关电路12的NM0SFET 23导通实现的。此外，开关电路13在将电压Vact施加到下电极43和44之后将下电极43和44的电势设定为电压Vhold。结果，MEMS可变电容器11设定在向下状态。随后，控制电路19使NM0SFET 36导通，并且将固定电压VA施加到上电极45。同样地，控制电路19也将固定电压VA施加到参考电压生成电路31。此外，控制电路19使NM0SFET 37和38导通，并且将电压“VA+Vmon”施加到下电极43和44。通过电压生成电路16生成固定电压VA。固定电压VA基本上设定为与监视电压Vmon相同的电压。结果,在电荷检测中的操作点可以设定为与施加向上电场的情况下的点相同的点。如果所述操作点不需要设定为所述相同点，则VA可以设定为0V。
然后，控制电路19使开关电路13的NMOSFET 21导通，并且将电压Vhold施加到下电极43和44。此外，控制电路19关断开关电路12的NMOSFET 22和24，以使开关电路12的节点N2浮置。使开关电路12的节点N2浮置的原因是为了抑制开关电路12的升压电容器Cbt带来的影响。此时，如果MEMS可变电容器11设定在向下状态(dn)，则上电极45的电压极大地上升，并且如果MEMS可变电容器11设定在向上状态(up)，则上电极45的电压轻微地上升。就是说，如果向上状态中的电压变化是ΛV_up，向下状态中的电压变化是AV_dn，则设定了 Δ V_up< Δ V_dn 的关系。Λ V_up由以下的方程式(3)表示
权利要求
1.一种半导体器件,包括 静电致动器，包括第一和第二下电极，所述第一和第二下电极上方通过锚状物支撑的且配置为向下移动的上电极，以及所述上电极与所述第一和第二下电极之间提供的绝缘膜，所述第一下电极和上电极构成第一可变电容元件，所述第二下电极和上电极构成第二可变电容元件； 第一固定电容元件，连接到所述第一下电极； 第二固定电容元件，连接到所述第二下电极；以及 检测电路，连接到所述上电极并且配置为检测存储在所述绝缘膜中的电荷量。
2.根据权利要求I所述的器件，进一步包括 驱动电路，包括升压电容器，所述升压电容器的第一电极连接到所述上电极，所述驱动电路配置为在所述下电极与所述上电极之间施加向下的电场以向下驱动所述上电极且将所述静电致动器设定在向下状态； 电压生成电路，配置为生成监视电压，该监视电压用于确定存储在所述绝缘膜中的所述电荷量是否不小于阈值；以及 控制电路，配置为在所述静电致动器保持在所述向下状态的同时，在将所述监视电压施加到所述上电极之后将第一电压施加到所述升压电容器的第二电极， 其中，在将所述第一电压施加到所述升压电容器的所述第二电极时，所述检测电路检测所述上电极的电压变化的程度。
3.根据权利要求2所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向下状态，并且当所述电荷量小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向上状态。
4.根据权利要求3所述的器件，其中，所述向上状态中的所述电压变化大于所述向下状态中的所述电压变化。
5.根据权利要求2所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时，所述控制电路改变在所述下电极与所述上电极之间的电场方向。
6.根据权利要求I所述的器件，进一步包括 驱动电路，配置为在所述下电极与所述上电极之间施加向上的电场以向下驱动所述上电极且将所述静电致动器设定在向下状态； 电压生成电路，配置为生成监视电压，该监视电压用于确定存储在所述绝缘膜中的所述电荷量是否不小于阈值；以及 控制电路，配置为在所述静电致动器保持在向下状态的同时，在将所述监视电压施加到所述下电极之后将第一电压施加到所述下电极， 其中，在将所述第一电压施加到所述下电极时，所述检测电路检测所述上电极的电压变化的程度。
7.根据权利要求6所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向下状态，并且当所述电荷量小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向上状态。
8.根据权利要求7所述的器件，其中，所述向上状态中的所述电压变化小于所述向下状态中的所述电压变化。
9.根据权利要求6所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时，所述控制电路改变在所述下电极与所述上电极之间的电场方向。
10.一种半导体器件，包括 静电致动器，包括下电极，所述下电极上方通过锚状物支撑的且配置为向下移动的上电极，以及在所述上电极与所述下电极之间提供的绝缘膜；以及 检测电路，连接到所述下电极和所述上电极中的具有较小寄生电容的一个，并且用于检测存储在所述绝缘膜中的电荷量。
11.根据权利要求10所述的器件，进一步包括 驱动电路，包括升压电容器，所述升压电容器的第一电极连接到所述上电极，所述驱动电路配置为在所述下电极与所述上电极之间施加向下的电场以向下驱动所述上电极且将所述静电致动器设定在向下状态； 电压生成电路，配置为生成监视电压，该监视电压用于确定存储在所述绝缘膜中的所述电荷量是否不小于阈值；以及 控制电路，配置为在所述静电致动器保持在所述向下状态的同时，在将所述监视电压施加到所述上电极之后将第一电压施加到所述升压电容器的第二电极， 其中，在将所述第一电压施加到所述升压电容器的所述第二电极时，所述检测电路检测所述上电极的电压变化的程度。
12.根据权利要求11所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向下状态，并且当所述电荷量小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向上状态。
13.根据权利要求11所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时，所述控制电路改变所述下电极与所述上电极之间的电场方向。
14.根据权利要求10所述的器件，进一步包括 驱动电路，配置为在所述下电极与所述上电极之间施加向上的电场以向下驱动所述上电极且将所述静电致动器设定在向下状态； 电压生成电路，配置为生成监视电压，该监视电压用于确定存储在所述绝缘膜中的所述电荷量是否不小于阈值；以及 控制电路，配置为在所述静电致动器保持在向下状态的同时，在将所述监视电压施加到所述下电极之后将第一电压施加到所述下电极， 其中在施加所述第一电压时，所述检测电路检测所述上电极的电压变化的程度。
15.根据权利要求14所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向下状态，并且当所述电荷量小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向上状态。
16.根据权利要求14所述的器件，其中，当所述电荷量不小于所述阈值时，所述控制电路改变所述下电极与所述上电极之间的电场方向。
17.一种静电致动器的驱动方法，所述静电致动器包括下电极，所述下电极上方通过锚状物支撑的且配置为向下移动的上电极，以及所述下电极与所述上电极之间提供的绝缘膜，所述方法包括 在所述下电极与所述上电极之间施加向下的电场，向下驱动所述上电极以将所述静电致动器设定在向下状态， 将监视电压施加到所述上电极以确定存储在所述绝缘膜中的电荷量是否不小于阈值，将第一电压施加到升压电容器的第二电极，所述升压电容器的第一电极连接到所述上电极，以及 检测所述上电极的电压变化的程度。
18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括 将所述电压变化与参考值进行比较；以及 当所述电压变化大于所述参考值时，确定所述电荷量不小于所述阈值。
19.根据权利要求18所述的方法，进一步包括 当所述电荷不小于所述阈值时，改变在所述下电极与所述上电极之间的电场方向。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，当所述电荷不小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向下状态，并且当所述电荷小于所述阈值时所述静电致动器设定在所述向上状态。
全文摘要
根据一个实施例，半导体器件包括静电致动器，所述静电致动器包括第一和第二下电极(43，44)，所述第一和第二下电极(43，44)上方通过锚状物支撑的且配置为向下移动的上电极(45)，以及所述上电极(45)与所述第一和第二下电极(43，44)之间提供的绝缘膜(46)，所述第一下电极(43)和上电极(45)构成第一可变电容元件(CEMS1)，所述第二下电极(44)和上电极(45)构成第二可变电容元件(CMEMS2)；第一固定电容元件(CMIM1)，连接到所述第一下电极(43)；第二固定电容元件(CMIM2)，连接到所述第二下电极(44)；以及检测电路(15)，连接到所述上电极(45)并且配置为检测存储在所述绝缘膜(46)中的电荷量。
文档编号H02N1/00GK102959850SQ20118002939
公开日2013年3月6日 申请日期2011年8月26日 优先权日2010年8月30日
发明者池桥民雄, 宫崎隆行, 原浩幸 申请人:株式会社东芝