特許 6861750 光絶縁型マイクロマシン（ＭＥＭＳ）スイッチおよび関連する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6861750

(24)【登録日】2021年4月1日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】光絶縁型マイクロマシン（ＭＥＭＳ）スイッチおよび関連する方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/12 20060101AFI20210412BHJP

   B81B 3/00 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   H01L31/12 F

   B81B3/00

   H01L31/12 D

【請求項の数】18

【外国語出願】

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2019-47031(P2019-47031)

(22)【出願日】2019年3月14日

(65)【公開番号】特開2019-195048(P2019-195048A)

(43)【公開日】2019年11月7日

【審査請求日】2019年3月18日

(31)【優先権主張番号】62/643,567

(32)【優先日】2018年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】16/137,640

(32)【優先日】2018年9月21日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】517338467

【氏名又は名称】アナログ・ディヴァイシス・グローバル・アンリミテッド・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(74)【代理人】

【識別番号】100133400

【弁理士】

【氏名又は名称】阿部 達彦

(72)【発明者】

【氏名】イン・ジャオ

(72)【発明者】

【氏名】アラン・オドネル

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ジェームズ・トゥーヒグ

(72)【発明者】

【氏名】オリー・ジェイ・キアース

(72)【発明者】

【氏名】ジェームズ・トーマス・シーラン

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・シー・ダブリュー・コルン

(72)【発明者】

【氏名】ポール・ダブリュー・スティーヴンズ

(72)【発明者】

【氏名】ブルース・エー・ヘクト

(72)【発明者】

【氏名】パドレイグ・フィッツジェラルド

(72)【発明者】

【氏名】マーク・シャーマー

【審査官】 山本 元彦

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００４−１０３５５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５０３５８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３５４２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５９−１１４８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１６−５２０２５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０４６１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１５−１６４２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１７５７０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１７６１３５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ３１／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

高電圧光絶縁システムであって、
制御端子を有するスイッチと、
前記スイッチの前記制御端子に結合された光受信器であって、光信号の受信に応答して、２０Ｖから１００００Ｖである電圧を出力するように構成されている光受信器と、を備え、
前記光受信器が、異なる波長で動作するように構成された複数の光受信器を含み、
前記高電圧光絶縁システムが、
１つの光源と、
前記１つの光源と前記複数の光受信器との間に配置された複数の光学フィルタと、をさらに備え、
前記複数の光学フィルタの各々が、対応する光学受信器が指定された波長を受信するように、所定の波長をフィルタリングするように構成される、高電圧光絶縁システム。

【請求項2】

前記スイッチおよび前記光受信器が、同じパッケージ内に配置されている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項3】

前記光受信器が、光信号の受信に応答して、６０Ｖから１００００Ｖである電圧を出力するように構成されている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項4】

前記複数の光受信器の各々が、複数の光検出器を備える、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項5】

前記高電圧光絶縁システムが、チャージポンプおよび高電圧供給を欠いている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項6】

前記光源が、前記光受信器の上部に積層されている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項7】

前記光源が、接着性光透過層を介して前記光受信器の上に積層されている、請求項６に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項8】

前記光受信器に隣接して配置された非平面状光セパレータをさらに備える、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項9】

前記スイッチが、移動可能な梁を有するＭＥＭＳスイッチを備える、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項10】

前記光受信器に、かつ前記スイッチの前記制御端子に結合されたスルーレート制限回路をさらに備え、前記スルーレート制限回路が、前記スイッチの前記制御端子に印加される電圧のスルーレートを制限するように構成されている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項11】

前記光受信器に、かつ前記スイッチの前記制御端子に結合された解放回路をさらに備え、前記解放回路が、前記スイッチの前記制御端子に放電経路を提供するように構成されている、請求項１に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項12】

電子デバイス間の電気的絶縁を提供するための方法であって、
入力信号で１つの光源を駆動して、前記１つの光源に光信号を放射させることと、
前記光信号の受信に応答して、光受信器で、２０Ｖを超える電圧を発生させることと、
スイッチの状態を前記電圧で制御することと、を含み、
前記光受信器が、異なる波長で動作するように構成された複数の光受信器を含み、
前記方法が、
前記１つの光源と前記複数の光受信器との間に配置された複数の光学フィルタにより、対応する光学受信器が指定された波長を受信するように、前記光信号の所定の波長をフィルタリングすること、をさらに含む、方法。

【請求項13】

電気信号を前記スイッチに通過させることをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

高電圧光絶縁システムであって、
制御端子を有するスイッチと、
前記スイッチの前記制御端子に結合された光受信器であって、光信号の受信に応答して、２０Ｖから１００００Ｖである電圧を出力するように構成されている光受信器と、
前記光受信器に、かつ前記スイッチの前記制御端子に結合された解放回路であって、前記スイッチの前記制御端子に放電経路を提供するように構成されている解放回路と、を備え、
前記光受信器が、異なる波長で動作するように構成された複数の光受信器を含み、
前記高電圧光絶縁システムが、
１つの光源と、
前記１つの光源と前記複数の光受信器との間に配置された複数の光学フィルタと、をさらに備え、
前記複数の光学フィルタの各々が、対応する光学受信器が指定された波長を受信するように、所定の波長をフィルタリングするように構成される、高電圧光絶縁システム。

【請求項15】

前記複数の光受信器の各々が、複数の光検出器を備える、請求項１４に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項16】

前記解放回路が、カスコード構成で配設された複数のトランジスタを備える、請求項１４に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項17】

前記スイッチおよび前記光受信器が、同じパッケージ内に配置されている、請求項１４に記載の高電圧光絶縁システム。

【請求項18】

前記光受信器に、かつ前記スイッチの前記制御端子に結合されたスルーレート制限回路をさらに備え、前記スルーレート制限回路が、前記スイッチの前記制御端子に印加される電圧のスルーレートを制限するように構成されている、請求項１４に記載の高電圧光絶縁システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、弁護士整理番号Ｇ０７６６．７０２４１ＵＳ００のもとで、２０１８年３月１５日に出願された米国仮特許出願第６２／６４３，５６７号「ＯＰＴＩＣＡＬＬＹ ＩＳＯＬＡＴＥＤ ＭＩＣＲＯＭＡＣＨＩＮＥＤ （ＭＥＭＳ）ＳＷＩＴＣＨＥＳ ＡＮＤ ＲＥＬＡＴＥＤ ＭＥＴＨＯＤＳ」に基づく利益を主張し、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本出願は、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチに関する。

【背景技術】

【0003】

いくつかの微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）スイッチは、移動可能な梁を含む。オン状態にあるとき、移動可能な梁は、電気信号の通路を提供し、オフ状態のときは、通路を遮断する。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

いくつかの実施形態は、光絶縁型マイクロマシン（ＭＥＭＳ）スイッチおよび関連する方法を対象とする。本明細書に記載の光絶縁型ＭＥＭＳスイッチは、電子デバイス間の絶縁を提供するために使用され得る。例えば、本明細書に記載の種類の光絶縁型ＭＥＭＳスイッチは、受信電子デバイスと制御回路との間に別々の接地を使用することを可能にする。高電圧信号および高電圧電源の絶縁は、光アイソレータおよびＭＥＭＳスイッチを使用することによって達成することができ、光アイソレータは、ＭＥＭＳスイッチの状態を制御する。いくつかの実施形態において、高電圧を提供するために光アイソレータを利用して、高電圧電源およびチャージポンプなどの電気的な高電圧源の必要性が取り除かれ、したがって受信電子デバイスに対する潜在的損傷の原因を取り除き得る。一例において、光アイソレータおよびＭＥＭＳスイッチは、同じ基板上に一緒にパッケージ化することができる。

【0005】

いくつかの実施形態は、制御端子を有するスイッチと、スイッチの制御端子に結合され、光信号の受信に応答して、２０Ｖ〜１００００Ｖである電圧を出力するように構成されている光受信器と、を備える高電圧光絶縁システムを対象とする。

【0006】

いくつかの実施形態は、電子デバイス間の電気的絶縁を提供するための方法を対象とし、その方法は、入力信号で光源を駆動して光源に光信号を放射させることと、光信号の受信に応答して、光受信器で、２０Ｖを超える電圧を発生させることと、スイッチの状態を電圧で制御することと、を含む。

【0007】

いくつかの実施形態は、制御端子を有するスイッチと、スイッチの制御端子に結合され、光信号の受信に応答して、２０Ｖ〜１００００Ｖである電圧を出力するように構成されている光受信器と、光受信器およびスイッチの制御端子に結合され、スイッチの制御端子に放電経路を提供するように構成されている解放回路と、を備える高電圧光絶縁システムを対象とする。

【0008】

本出願の様々な態様および実施形態は、以下の図を参照して記載される。図は必ずしも一定の縮尺で描かれていないことを理解されたい。複数の図に示される項目は、それらが示される全ての図において同じ参照番号によって示される。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】いくつかの非限定的な実施形態による、光絶縁型ＭＥＭＳスイッチを有するアイソレータシステムを示す概略図である。

【図2A】いくつかの非限定的な実施形態による、ＭＥＭＳスイッチと一緒にパッケージ化された光アイソレータを有するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図2B】いくつかの非限定的な実施形態による、積層構成で配設された光源および光受信器を示す概略図である。

【図3A】いくつかの非限定的な実施形態による、ＭＥＭＳスイッチに複数の制御信号を提供するために使用され得るマルチ−チャネルアイソレータシステムを示す断面図である。

【図3B】いくつかの非限定的な実施形態による、複数の光受信器が同じダイに一体化されているマルチ−チャネルアイソレータシステムを示す断面図である。

【図3C】いくつかの非限定的な実施形態による、複数の光受信器が別々のダイに一体化されているマルチ−チャネルアイソレータシステムを示す断面図である。

【図3D】いくつかの非限定的な実施形態による、１つの光源が複数の光受信器を照明するマルチ−チャネルアイソレータシステムを示す断面図である。

【図4】いくつかの非限定的な実施形態による、ゲルドーム（ｇｅｌ ｄｏｍｅ）で封入された光アイソレータを例示する断面図である。

【図5】いくつかの非限定的な実施形態による、光源と光受信器との間に配置された光透過層を示す分解断面図である。

【図6A】いくつかの非限定的な実施形態による、光受信器およびその隣に配置された溝を示す断面図である。

【図6B】いくつかの非限定的な実施形態による、図６Ａの光受信器の斜視図である。

【図7A】いくつかの非限定的な実施形態による、光受信器およびその隣に配置された障壁を示す断面図である。

【図7B】いくつかの非限定的な実施形態による、図７Ａの光受信器の斜視図である。

【図8A】いくつかの非限定的な実施形態による、パッケージを通って形成された複数の光導管を有するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図8B】いくつかの非限定的な実施形態による、光受信器の上に配置された誘電体層を有するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図8C】いくつかの非限定的な実施形態による、光ファイバを介して受光するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図8D】いくつかの非限定的な実施形態による、光受信器への光路に配置されたフィルタを有するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図8E】いくつかの非限定的な実施形態による、封入層を有するアイソレータシステムを示す断面図である。

【図9】いくつかの非限定的な実施形態による、光絶縁型ＭＥＭＳスイッチとエネルギー貯蔵要素とを有するシステムを示す断面図である。

【図10A】いくつかの非限定的な実施形態による、片持ちＭＥＭＳスイッチ、ならびにスルーレートリミッタおよび解放回路を含む回路を示す回路図である。

【図10B】いくつかの非限定的な実施形態による、シーソー型ＭＥＭＳスイッチ、ならびにスルーレートリミッタおよび解放回路を含む回路を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

出願人は、光絶縁型ＭＥＭＳスイッチを用いて電子デバイス間を絶縁することができるということを理解している。絶縁は、相互に電気的に絶縁された状態で、電気信号をある電圧ドメインから別の電圧ドメインに転送するために使用される技術である。絶縁は、例えば、高電圧がそのような電圧に耐えるように設計されていない低電圧システムを損傷するのを防止するために使用することができる。

【0011】

本出願の一態様によれば、光絶縁型ＭＥＭＳスイッチを使用して、受信電子デバイスを高電圧信号から、ならびに高電圧電源から絶縁することができ、したがって、特に、雷、静電放電、無線周波数伝送、スイッチングパルス、および電源の変動による電圧サージに対する受信デバイスの堅牢性を改善する。本明細書に記載の種類の光絶縁型ＭＥＭＳスイッチは、電子機器と、機器を操作する人間のユーザとの両方を保護することができる。例えば、本明細書に記載の種類の光絶縁型ＭＥＭＳスイッチは、受信電子デバイスと制御回路との間に別々の接地を使用することを可能にすることができる。

【0012】

高電圧信号および高電圧電源の絶縁は、少なくともいくつかの実施形態においては、光アイソレータおよびＭＥＭＳスイッチを使用することによって達成することができ、光アイソレータは、ＭＥＭＳスイッチの状態を制御する。光アイソレータによって提供される制御信号に応じて、ＭＥＭＳスイッチは、オン状態となり、それによって電気信号の通過のための経路を提供し、またはオフ状態となり、それによって経路を遮断することができる。

【0013】

本明細書に記載の種類のＭＥＭＳスイッチは、少なくともいくつかの実施形態において、梁（ｂｅａｍ）を含むことができる。これらの実施形態において、ＭＥＭＳスイッチをオン状態とオフ状態との間で（またはその逆に）切り替えることは、梁を第１の位置と第２の位置との間で移動させることを含み得る。第１の位置において、梁は、電気信号が通過するための導電経路を提供し、第２の位置において、導電経路が開かれ、したがって電気信号が遮断される。梁は、静電力（例えば引力または反発力）を使用して移動させることができる。ＭＥＭＳスイッチの耐久性および信頼性を増加させるために、梁は、剛性となるようにサイズ決定および形状化され得る。結果として、そのような堅い梁を移動させるために必要とされる電界は、非常に大きくなる（例えば、１００Ｖ／μｍを超える）可能性があり、それは、ひいては高電圧源を必要とする。しかしながら、高電圧源は、受信電子デバイスを損傷する可能性がある。出願人は、これらの電圧を供給するために光アイソレータを利用することによって、高電圧電源およびチャージポンプなどの電気的な高電圧源の必要性を取り除き、したがって受信電子デバイスに対する潜在的損傷の原因を取り除くことができるということを理解している。ＭＥＭＳスイッチを作動させるために使用されるとき、本明細書に記載される種類の光アイソレータは、梁に印加される電位に関係なく、制御端子とＭＥＭＳスイッチの梁との間で実質的に一定の電圧を維持するように構成され得る。制御端子と梁間の電圧は梁の電位とは無関係であるため、非常に大きな電位を、梁を通って安全に負荷に転送することができる。さらに、ＭＥＭＳスイッチを作動させるために使用される電圧は、負荷に伝達されず、したがって、これらの電圧は、絶縁システム内で内部的に発生され、出力端子に反映されないので、ガルバニック絶縁に寄与する。本明細書に記載の種類の光アイソレータは、２０Ｖ〜１００００Ｖ、４０Ｖ〜１００００Ｖ、６０Ｖ〜１００００Ｖ、８０Ｖ〜１００００Ｖ、１００Ｖ〜１００００Ｖ、２００Ｖ〜１００００Ｖ、または５００Ｖ〜１００００Ｖの電圧を絶縁するように構成される。このようにして、低電圧領域を、高電圧領域から分離することができる。チャージポンプおよび高電圧電源を取り除くことは、少なくともいくつかの状況において、とりわけ、回路の複雑さの全体的な減少、コストの減少、および／またはノイズの減少をもたらすことができるということを理解すべきである。

【0014】

さらに、本明細書に記載の種類のアイソレータシステムは、ＭＥＭＳスイッチを使用することによって、受信電気デバイスを高電圧信号から絶縁する。したがって、ＭＥＭＳスイッチを作動させるために使用される高電圧は、梁電極および制御電極を含む基板に対して局所的であり、受信電気デバイスに伝搬しない可能性がある。

【0015】

本明細書に記載の種類の光アイソレータは、光源および光受信器を使用して実装することができる。光源は、光子（すなわち光）を放射する。光受信器は、光源によって放射された光子を受信し、かつそれに応答して、高電圧を発生させる。光源から放射された光子の受信に応答して、２０Ｖを超える電圧を発生させるように構成された光受信器は、本明細書では高電圧光受信器と称される。いくつかの実施形態においては、高電圧光受信器は、光検出器のアレイを使用して実装され得る。このような光検出器は、例えば、各光検出器によって生成された電圧が一緒に加算されるように、互いに直列に配設されてもよい。このようにして、低電圧光検出器（例えばシリコン光検出器）を使用して、高電圧を得ることができる。一緒に直列に接続された光検出器の数は、ＭＥＭＳスイッチを作動させるために必要な電圧を生成するように選択されてもよい。

【0016】

一例として、非限定的な実施形態によるＭＥＭＳスイッチは、９０Ｖの作動信号を必要とし得る。この非限定的な例において、アレイの各光検出器は、照明されると、０．６Ｖの開回路電圧を出力することができる。この場合、必要な活性化電圧は、１５０個（すなわち、９０Ｖ作動信号／光検出器当たり０．６Ｖ）の光検出器を互いに直列に接続することによって達成することができる。当然のことながら、追加の光検出器を、冗長性のために直列に接続してもよい。

【0017】

低電圧光検出器の非限定的な例には、シリコンＰＮ接合およびＰＩＮ接合が含まれる。当然のことながら、ゲルマニウム、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、窒化アルミニウム、リン化インジウム、または他のＩＩＩ−Ｖ合金を含むがこれらに限定されない、シリコン以外の他の材料を使用することができる。

【0018】

光源は、異なる方法で実装してもよい。一例においては、発光ダイオード（ＬＥＤ）を光源として使用することができる。他の実施形態においては、レーザーを光源として使用することができる。光源によって生成された光は、直接（光の空間伝播を介して）高電圧光受信器に伝達されてもよいし、間接的に（光ファイバのような光導管を介して）伝達されてもよい。他の状況において、追加の光子を生成するために複数のＬＥＤおよび／またはレーザーを一緒に使用することができる。

【0019】

出願人はさらに、少なくともいくつかの状況において、光アイソレータ（または少なくとも高電圧光受信器）をＭＥＭＳスイッチと一緒にパッケージすることが有利であり得るということを理解している。したがって、これらの部品を同じパッケージに位置付けることが、製造コストを削減することができ、かつアイソレータシステムのフォームファクタを削減することができ、そのため、より多くのデバイスを同じスペースに集積することを可能にする。光アイソレータ（または少なくとも高電圧光受信器）およびＭＥＭＳスイッチを収容するために、異なるパッケージを使用することができる。そのようなパッケージの非限定的な例には、とりわけ、スルーホールパッケージ、表面実装パッケージ、ダイキャリア、ピングリッドアレイ、フラットパッケージ、スモールアウトラインパッケージ、ダイスケールパッケージ、ボールグリッドアレイが含まれる。

【0020】

ＬＥＤまたはレーザーが光源として使用される実施形態の少なくともいくつかにおいて、光アイソレータは、光源および高電圧光受信器が互いの上に積層される、積層構成で配設されてもよい。積層構成は、いくつかの利点を提供し得る。第１に、アイソレータシステムのフォームファクタがよりコンパクトになる可能性がある。第２に、製造コストを削減することができる。第３に、実際に高電圧光受信器によって吸収される、光源によって放射された光子の割合を高めることができ、したがって光効率を高めることができる。

【0021】

他の技術を使用して、積層構成に加えて（または代替的に）、光学効率を高めることができる。いくつかの実施形態において、反射コーティングで被覆されたゲルドームを使用して、光アイソレータを封入することができる。反射性であるため、光子の反射が増強され、したがってこれらの光子が最終的に光受信器によって吸収される可能性が高まる。

【0022】

本出願の別の態様によれば、マルチ−チャネル光アイソレータシステムが提供され得る。マルチ−チャネル光アイソレータシステムは、複数の光アイソレータを含むことができ、ここで、異なる光アイソレータは、異なる波長で動作するように構成することができる。異なるチャネルは、異なるＭＥＭＳスイッチを制御するために、および／または同じＭＥＭＳスイッチの動作の異なる態様を制御するために使用され得る。

【0023】

いくつかの実施形態において、マルチ−チャネル配設においてチャネル間のフォトニック絶縁を改善するために（例えば、異なる高電圧光受信器間のクロストークを制限するために）、溝および／または障壁を光受信器の近くの領域に（例えば、隣接する光受信器の間に）形成することができ、したがって、望ましくない方向に進む光子を遮断し、これらの光子が誤った光受信器によって吸収される可能性を制限する。

【0024】

出願人は、少なくともいくつかの状況において、本明細書に記載の種類のＭＥＭＳスイッチは、活性化を引き起こす光信号の除去時に急速な不活性化（本明細書では「解放（ｒｅｌｅａｓｅ）」とも称する）を示すように設計され得るということをさらに理解している。したがって、いくつかの実施形態において、解放回路を使用して高電圧を急速に放電し、それによってスイッチの応答時間を改善することができる。

【0025】

本出願人は、少なくともいくつかの状況において、本明細書に記載の種類のＭＥＭＳスイッチは、少それらを制御する高電圧光受信器が急激な応答を示す（例えば、非常に速いターンオンおよび／またはターンオフ遷移を示す）という事実によって引き起こされる損傷を受けやすいということをさらに理解している。したがって、移動可能な梁を含むＭＥＭＳスイッチが急激な遷移（例えば、論理０から論理１への非常に速い遷移）を受信すると、移動可能な梁は、取り扱うことができる速度よりも速い速度で移動する可能性があり、結果として衝突または跳ね返ることがある。これらの急激な遷移によって引き起こされるＭＥＭＳスイッチへの損傷を制限するために、いくつかの実施形態では、スルーレート限回路を使用することができる。本明細書に記載の種類のスルーレート制限回路は、スイッチドライバのスルーレートを制限するように構成されてもよく、したがって制御信号の急激さを低減する。

【0026】

図１は、いくつかの非限定的な実施形態による、光絶縁型ＭＥＭＳスイッチを有するアイソレータシステムを示す概略図である。アイソレータシステム１００は、光アイソレータ１０２と、信号源１０８と、ＭＥＭＳスイッチ１１０と、負荷１１２と、を含み得る。光アイソレータ１０２は、光源１０４と、高電圧光受信器１０６と、を含み得る。光絶縁型ＭＥＭＳスイッチは、信号源１０８と負荷１１２との間で信号を互いに電気的に絶縁しながら、それらの間で信号を転送するように構成され得る。

【0027】

高電圧光受信器１０６は、図１の実施形態では、光検出器のアレイとして実装されているが、２０Ｖを超える電圧を出力することが可能である他の種類の光受信器を代替的に使用してもよいということを理解されたい。光受信器１０６が光検出器アレイを含む実施形態においては、光検出器の数は、直列に接続されたときに、少なくともＭＥＭＳスイッチ１１０を作動させるために必要な電圧を集合的に生成するように選択され得る。例えば、それぞれ０．６Ｖを生成する１５０個の光検出器は、集合的に９０Ｖを生成することができる。

【0028】

ＭＥＭＳスイッチ１１０は、梁と、制御端子１１１と、出力端子１１３と、を含み得る。ＭＥＭＳスイッチがオン状態になると、梁は出力端子１１３に接触し、それによって信号源１０８によって生成された信号が負荷１１２に到達するための経路を提供する。ＭＥＭＳスイッチがオフ状態になると、移動可能な梁は、出力端子１１３に接触せず、それによって経路は遮断される。移動可能な梁の位置は、高電圧光受信器１０６に結合することができる制御端子１１１を介して、静電的に制御することができる。ＭＥＭＳスイッチ１１０は、（図１の実施形態に示されるように）片持ち梁として、シーソー梁として、または他の任意の好適な方法で実装することができる。

【0029】

光源１０４は、図１では単一のデバイスとして表されているが、状況によっては、いくつかの発光体（例えば、いくつかのＬＥＤまたはレーザ）を備えてもよい。光源１０４は、信号源１０３を用いて制御されてもよい。したがって、信号源１０３が光源の閾値を超える信号（例えば、電圧および／または電流）を出力すると、光源１０４は、光子を放射することによって応答する。光源１０４によって放射された光子は、光チャネル１０５を介して、高電圧光受信器１０６に運ばれ得る。光源１０４内にいくつかのエミッタが存在する場合、これらのエミッタを互いに並列に接続して、信号源１０３の電圧をエミッタの数とは無関係に設定することができる。光チャネル１０５は、光学装置（例えば、フィルタ、レンズ、および拡散器）、光導管（例えば、光ファイバおよび導波路）、または単なる自由空間を含み得る。

【0030】

光子の受信に応答して高電圧光受信器１０６によって生成された電圧は、引力を介して、梁の位置を例えば静電的に制御することによって、ＭＥＭＳスイッチの状態を制御するために使用され得る。光受信器１０６は、その剛性のために、梁を静電的に移動させるために必要とされる電界が大きくなり得るので、高電圧（例えば、２０Ｖ〜１００００Ｖ、４０Ｖ〜１００００Ｖ、８０Ｖ〜１００００Ｖ、１２０Ｖ〜１００００Ｖ、２００Ｖ〜１００００Ｖ、または５００Ｖ〜１００００Ｖ）を生成するように設計され得るということを理解されたい。例えば、４端子リレーを含む、ＭＥＭＳスイッチ以外の他の種類のスイッチを使用することができるということに留意されたい。これらのスイッチは、反発力によって作動し得る。

【0031】

梁を移動させるために必要な電圧を発生させるために、光アイソレータ１０２が使用されるので、いくつかの実施形態では、追加の高電圧発生器は必要とされない。したがって、本明細書に記載の種類のアイソレータシステムは、（例えば、２０Ｖを超える電圧を供給する）高電圧電源およびチャージポンプなどの高電圧発生器を欠いていてもよい。チャージポンプおよび／または高圧電源を取り除くと、ノイズが大幅に減少し得る。例えば、チャージポンプおよび／または高電圧電源を有するある回路では、最大１１５ｄＢｍのノイズが発生する可能性がある。チャージポンプおよび／または高電圧電源を取り除くと、ノイズが、例えば−１３５ｄＢｍ未満または−１５７ｄＢｍ未満になる可能性がある。

【0032】

さらに、本明細書に記載の種類のアイソレータシステムは、ＭＥＭＳスイッチを作動させるために使用される電圧がアイソレータシステム１００内で内部的に発生され、出力端子１１３の電位に影響を及ぼさないため、そのような電圧を負荷１１２から絶縁する。

【0033】

絶縁が光学的に提供されるという事実により、制御端子１１１と移動可能な梁との間の電圧は、経時的に実質的に（例えば、一定値から５％未満の変動で）一定である。電圧が実質的に一定のままであるため、ＭＥＭＳスイッチに関連付けられた抵抗もまた実質的に一定であり、ＭＥＭＳスイッチの梁とは実質的に無関係（例えば、梁形状、種類、材料位置、および／または電気特性と実質的に無関係）である。例えば、ＭＥＭスイッチの中には、０．１Ω／１００Ｖ未満の抵抗対梁の電位勾配を示すものがある。ＭＥＭスイッチの梁に印加される電位と実質的に無関係の抵抗は、歪みを低減し、その結果として信号の完全性を向上させることができるという点でＭＥＭＳスイッチに利益をもたらし得る。一例において、移動可能な梁を０Ｖに、制御端子１１１を８０Ｖに設定することができる。移動可能な梁の電位が１０Ｖまで増加すると、制御端子１１１の電位は、９０Ｖまで増加する。電圧が８０Ｖまで一定であるので、ＭＥＭＳスイッチを損傷すること、または歪みを生じさせることなく、大きな信号をＭＥＭＳスイッチに印加することができる（例えば、移動可能な梁上で１００Ｖ、制御端子１１１上で１８０Ｖ）。

【0034】

いくつかの実施形態において、高電圧光受信器１０６およびＭＥＭＳスイッチ１１０は、同じチップ（例えば、シリコンダイ）上に配置されてもよい。これらの実施形態において、高電圧光受信器１０６をＭＥＭＳスイッチ１１０に電気的に結合するための相互接続もまた、共通チップの一部であり得る。この実装の利点は、システム全体のフォームファクタを減らすことができ、これにより、ある用途に対してより好適になり得る。共通チップは、例えばチップスケールパッケージング（ｃｈｉｐ ｓｃａｌｅ ｐａｃｋａｇｉｎｇ、ＣＳＰ）およびベアダイ（ｂａｒｅ ｄｉｅ）アセンブリを含む任意の好適な技術を用いてパッケージングすることができる。ベアダイアセンブリが使用される実施形態のうちの少なくともいくつかにおいて、オーバーモールドパッケージ（ｏｖｅｒｍｏｌｄｅｄ ｐａｃｋａｇｅｓ）を省略することができ、それによってパッケージングコストが削減される。

【0035】

いくつかの実施形態においては、光アイソレータ（または光アイソレータの少なくとも一部）とＭＥＭＳスイッチとを一緒にパッケージ化することができ、それによって製造コストおよびフォームファクタを削減することができる。図２Ａは、高電圧光受信器２０６と、光源２０４と、ＭＥＭＳスイッチ２１０と、を含む、パッケージを示す。ＭＥＭＳスイッチ２１０および高電圧光受信器２０６は、共通基板２２０（例えばインターポーザ）上に配置されてもよい。光源２０４は、光源１０４として機能し、高電圧光受信器２０６は、高電圧光受信器１０６として機能し、ＭＥＭＳスイッチ２１０は、ＭＥＭＳスイッチ１１０として機能する。ＭＥＭＳスイッチ２１０および高電圧光受信器２０６は、図２Ａに示されるように、ワイヤボンドを介して互いに電気的に結合されてもよいが、他の配設も可能である。いくつかの実施形態において、図２Ｂに示すように、光源２０４を、高電圧光受信器２０６の上に積層され得る。この配設により、製造コストをさらに削減することができ、２つの構成要素が近接していることを考慮に入れると、光源から放射された光子が高電圧光受信器によって実際に吸収される割合を高めることができる。

【0036】

高電圧光受信器１０６およびＭＥＭＳスイッチ１１０が同じチップ上に配置されている実施形態の少なくともいくつかにおいて、光源２０４は、高電圧光受信器２０６の上に積層されてもよい（またはそうでなければ一緒にパッケージ化されてもよい）。

【0037】

いくつかの実施形態は、マルチ−チャネルアイソレータシステムに関する。各チャネルは、異なる波長によってサポートされてもよく、異なる目的のために使用されてもよい。例えば、シーソー型ＭＥＭＳスイッチが使用されるとき、１つのチャネルは、シーソー梁を一方向に移動させるために使用され得、別のチャネルは、梁を他の方向に移動させるために使用され得る。いくつかの実施形態によるマルチ−チャネルアイソレータシステムの例が、図３Ａに示されている。この場合、複数の高電圧光受信器２０６_Ａ、２０６_Ｂ、および２０６_Ｃが使用される（全ての実施形態が３つの光受信器に限定されるわけではない）。

【0038】

いくつかの実施形態において、各光受信器は、異なる光波長を受信するように構成されてもよい。しかしながら、他の実施形態において、同じ波長が２つ以上の光受信器に使用されてもよく、各光源は、対応する光受信器のみを（または少なくとも主に）照らすように構成されてもよい。異なる波長が使用される実施形態の少なくともいくつかにおいて、光フィルタを使用して、望ましくない波長を除去することができる。光学フィルタは、光源とそれぞれの光受信器との間の光路に沿って配置することができる。

【0039】

いくつかの実施形態において、光受信器は、溝によって互いに分離されてもよく、これについては以下でさらに記載する。異なる光受信器は、（図３Ｂに示されるように）同じダイ上に（図３Ｃに示されるように）、または別々のダイ内に配置されてもよい。図３Ｂの例において、異なる光源２０４は、溝２２２によって互いに分離されており、光源２０４は、それぞれの光受信器２０６に光学的に結合されている。いくつかの実施形態において、各光源２０４は、光受信器２０６の上に位置付けられている別々のダイ上に製造される。他の実施形態において、光源２０４は、光源２０４間に溝２２２を形成するようにエッチングされた共通のダイ上に製造される。溝２２２は、光源２０４のダイ全体、またはその一部のみを通って延在することができる。

【0040】

図３Ｃの例において、光受信器２０６および光源２０４は、溝２２３によって互いに分離されている。いくつかの実施形態において、各光受信器２０６は、基板２２０上に位置付けられた別々のダイ上に製造される。他の実施形態において、光受信器２０６は、同じ共通のダイ上に製造され、ダイは、光受信器２０６の間に溝２２３を形成するためにエッチングされる。溝２２３は、光受信器２０６のダイ全体、またはその一部のみを通って延在してもよい。

【0041】

いくつかの実施形態において、１つの光源を、２つ以上の光受信器に使用することができる。図３Ｄの例は、そのような一例を示す。この場合、光源２０４は、３つの光受信器２０６を照明する（ただし、他の実施形態においては、任意の他の好適な数の受信器が１つの共通の光源によって照明されてもよい）。光源は、異なる波長の信号を放射することができ、各波長は、それぞれの光受信器のために意図されている。各受信器が指定された波長のみを受信することを確実にするために、光源と受信器との間に光学フィルタ（図３Ｄには図示せず）を使用することができる。

【0042】

いくつかの実施形態において、光アイソレータは、高電圧光受信器によって放射された光子の吸収を高めるように封入されてもよい。例えば、図４は、（他のカプセル化材料および／または構成を代替的に使用してもよいが）光源２０４および高電圧光受信器２０６がゲルドーム４０２でカプセル化されている実施形態を示す。ゲルドーム４０２は、少なくとも部分的に反射コーティング４０４で被覆されてもよい。反射コーティング４０４は、光受信器によって吸収される光子の割合を増加させることができる。

【0043】

いくつかの実施形態においては、光学装置を光源２０４と光受信器２０６との間に設けて、放射光場を処理する（例えば、フィルタをかける、ガイドする、方向付ける、焦点を合わせる、および／または拡散させる）ことができる。光学装置は、所望に応じて、光場を処理するように、成形することができ、かつ構成された材料で作ることができる。光学装置は、所望の波長の光に対して少なくとも部分的に透明である１つ以上の誘電体層を使用して実装することができる。例えば、図５は、積層構成で光源２０４と光受信器２０６との間に配置された光透過層５００を示す分解図である。光透過層５００は、他の材料の中でも、ゲルまたはガラスで作ることができるが、複合材料も使用することができる。光透過層５００は、他の可能な光学処理技術の中でも、光を光受信器のダイの特定の領域に集束させ、光を拡散させて光受信が均一に照らされ、および／または特定の波長をフィルタリングするように構成され得る。光透過層５００は、接着材料から作られてもよく、そうでなければ接着材料を含んでもよい。接着材料は、可視光に対する７５％〜１００％の透過率を有することができる。接着材料は、可視スペクトルにおいて、１．３から２．５の間、例えば１．４から１．７の間の屈折率を有することができる。接着材料は、とりわけ、ガラス、金属、プラスチック、またはそれらの任意の好適な組み合わせから作ることができる。接着材料の例には、エポキシ、ウレタン、シリコン、シアノアクリレート、および紫外線硬化アクリルが含まれる。

【0044】

複数のチャネルが使用される実施形態において、チャネル間の光クロストークが制限されるように光受信器を設計することが望ましい場合がある。異なるチャネル間のクロストークを制限するために、非平面状光学分離器を隣接する光受信器間に配置することができる。これらの非平面状光学分離器は、所望の方向以外の方向に伝播する光を遮断することができ、光受信器を受け入れるダイの表面に形成することができる。非平面光学分離器の例は、溝および障壁を含む。

【0045】

図６Ａおよび図６Ｂは、それぞれその隣に形成された溝６２２を有する光受信器２０６の、それぞれ断面図および斜視図である。様々な光受信器が同じダイ上、または別々のダイ上に配置されるかどうかにかかわらず、溝は、隣接する光受信器の間にあってもよく、所望の光受信器に向けられていない光を散乱および／または吸収するように構成され得る。このようにして、異なるチャネル間のクロストークを軽減することができる。溝６２２は、少なくともいくつかの実施形態において、光受信器２０６がその上に製造されるダイの表面の一部をエッチングすることによって形成することができる。他の実施形態において、溝６２２が基板２２０上に形成され、それが製造されると、光受信器２０６がその上に配置される。

【0046】

図７Ａおよび図７Ｂは、その隣に形成された障壁７２２を有する光受信器２０６の、それぞれ断面図および斜視図である。様々な光受信器が同じダイ上、または別々のダイ上に配置されるかどうかにかかわらず、障壁は、隣接する光受信器の間にあってもよく、所望の光受信器に向けられていない光を反射、散乱および／または吸収するように構成され得る。障壁７２２は、ダイの上面に対して隆起していてもよい。

【0047】

いくつかの実施形態において、光源は、別個のパッケージ上に配置されてもよい。これらの実施形態のいくつかにおいて、光子は、１つ以上の光ファイバ、または他の種類の光導波路を通って高電圧光受信器に運ばれてもよい。光ファイバは、高電圧光受信器に向かって光子を放射するように構成された端部を伴って配設されてもよい。図８は、いくつかの実施形態による、光ファイバを使用して光子を複数の高電圧光受信器に運ぶ配設を示す図である。この場合、光ファイバ８０２_Ａ、８０２_Ｂおよび８０２_Ｃ（光ファイバの端部のみが示されている）は、（例えば、上面に対する垂線に対する角度が５°未満の角度で）、基板２２０の上面に対して実質的に垂直な軸を有する。

【0048】

光ファイバと、対応する光受信器２０６_Ａ、２０６_Ｂ、および２０６_Ｃとの間の光結合を容易にするために、光導管８０４_Ａ、８０４_Ｂ、および８０４_Ｃがパッケージ内に形成され得る。これらの光導管は、例えば、パッケージの上面（基板２２０とは反対側のパッケージの表面）を通る開口部を創り出すことによって形成することができる。光導管８０４_Ａ、８０４_Ｂ、および８０４_Ｃは、クロストークを制限しながら、光ファイバによって放射された光子をそれぞれの光受信器に送ることができる。本明細書に記載されている種類の光導管は、マルチ−チャネルならびにシングルチャネルの光アイソレータに関して使用することができる。いくつかの実施形態において、光導管をガラスまたはゲルなどの誘電材料で充填して、導管を伝わる光を処理（例えば、フィルタ処理、集束、拡散）することができる。いくつかの実施形態において、導管の周波数応答は、用途に応じて（例えば、導管内に置かれたフィルタの応答を調整することによって）調整されてもよい。

【0049】

いくつかの実施形態において、図８Ｂに示すように、ガラスまたは他の透明誘電材料の層を光受信器の上に配置して光を拡散させ、それによって光受信器間で光を均一に分配することができる。

【0050】

図８Ｃは、いくつかの非限定的な実施形態による、光ファイバを介して受光するアイソレータシステムを示す断面図である。この例において、第１の光ファイバ８１０が、光受信器２０６が配置されている基板の一方の側に接続され、第２の光ファイバ８１２が基板の上面に接続されている。光ファイバから放射された光は、それぞれの光受信器２０６を照明する。

【0051】

図８Ｄは、いくつかの非限定的な実施形態による、光受信器への光路に配置されたフィルタを有するアイソレータシステムを示す断面図である。示されるように、光学フィルタ８１４および８１６は、対応する光受信器２０６への光路上に配置される。フィルタ８１４は、基板の表面と同一平面上にあり、フィルタ８１６は、光受信器の上に形成された空洞内に配置されている。

【0052】

図８Ｅは、いくつかの非限定的な実施形態による、封入層を有するアイソレータシステムを示す断面図である。示されるように、基板は、チャネルが光子の通過を可能にするために形成される層８２０で封入されている。

【0053】

いくつかの実施形態においては、ある期間にわたるある事象の発生に応じて、ＭＥＭＳスイッチを作動させることが望ましい場合がある。例えば、ある波長の光が少なくとも６０秒間（連続的または累積的に）受光された場合、ＭＥＭＳスイッチを作動させることが望ましい場合がある。ＭＥＭＳスイッチの活性化／不活性化のパラメータとして時間を有効にするために、貯蔵デバイスを使用することができる。貯蔵デバイスは、例えば、光子が光受信器によって吸収されるにつれて電荷を蓄積することができる。貯蔵デバイスおよびＭＥＭＳスイッチに結合された制御回路を使用して、蓄積電荷に基づいてＭＥＭＳスイッチをいつ活性化させるかを決定することができる。例えば、制御回路は、蓄積電荷が所定の閾値を超えた場合にＭＥＭＳスイッチを活性化させると決定することができる。いくつかの実施形態による、貯蔵デバイスを含むシステムの一例が図９に示されている。示されるように、貯蔵デバイス９００は、光受信器２０６およびＭＥＭＳスイッチ２１０に隣接して基板２２０上に配置されてもよい。いくつかの実施形態においては、貯蔵デバイス９００は、１つ以上のコンデンサまたは電池として実装することができる。いくつかの実施形態において、貯蔵デバイス９００は、（例えばワイヤボンド９１０を介して）光受信器２０６および（例えばワイヤボンド９１２を介して）ＭＥＭＳスイッチ２１０に電気的に結合されてもよい。貯蔵デバイス９００は、記憶セルと、記憶セルの動作を制御するための回路と、を含み得る。この例においては、光ファイバ８０２が光受信器２０６に結合されている。光ファイバ８０３は、接着材料８０３（例えば、エポキシまたは接着剤）を介して光受信器２０６のダイ（２０７）に取り付けることができる。しかしながら、他の例においては、光は、光受信器２０６に結合され得る、本明細書に記載される種類の光源を通って提供され得る。

【0054】

図９の配設は、少なくともいくつかの実施形態では、環境発電ワイヤレスセンサノードの一部として使用され得る。センサノードは、電力にアクセスすることなく遠隔地に置くことができ、とりわけ温度、圧力、応力、湿度などの環境量を測定するように構成することができる。測定された量は、連続的にまたは周期的に基地局にワイヤレスで送信されてもよい。センサノードの動作に電力を供給するためのエネルギーは、光受信器２０６で光を捕捉することによって環境から収集することができる。収穫されたエネルギーは、貯蔵デバイス９００に貯蔵することができる。

【0055】

状況によっては、本明細書に記載の種類のＭＥＭＳスイッチは、それらを制御する高電圧光受信器が非常に急激な応答を示す可能性があるという事実によって引き起こされる損傷を受けやすい可能性がある。結果として、ＭＥＭＳスイッチの移動可能な梁は、それが取り扱うことができるよりも迅速に制御されることがあり、結果として衝突または跳ね返ることがある。高速遷移によって引き起こされるＭＥＭＳスイッチへの損傷を制限するために、いくつかの実施形態においては、スルーレート制限回路を使用することができる。

【0056】

スルーレート制限回路は、ＭＥＭＳスイッチの活性化中に作用することができ、ＭＥＭＳスイッチの制御端子に印加される高電圧が立ち上がる速度を制御することができる。したがって、本明細書に記載の種類のスルーレート制限回路は、梁が過度に加速されると接点が跳ね返ったり、接点が変形したり損傷したりする可能性があるため、スイッチに印加される力が過大でないことを保証する。いくつかの実施形態においては、スルーレート制限回路は電圧の導関数を監視することができ、導関数が所定の閾値を超えると判定された場合、光受信器によって発生された電流の一部を吸収することができる。このようにして、得られるスルーレートは、所望の限界よりも低い。

【0057】

加えてまたは代替的に、少なくともいくつかの実施形態において、本明細書に記載の種類のＭＥＭＳスイッチは、活性化を引き起こす光信号の除去時に急速な放出を示すことが望ましい場合がある。スイッチが解放される速度を改善させるために、いくつかの実施形態において、解放回路を使用することができる。光源が光の供給を停止したときにＭＥＭＳスイッチを不活性化すると、ＭＥＭＳスイッチの制御端子における高電圧が除去され、したがって梁を開位置に戻すことが可能になる。しかしながら、（光受信器の逆方向漏れ電流によって引き起こされる電流経路を除いて）高電圧を消散させるための電流経路は設けられていない。その結果、高電圧の消散は制御されない可能性があり、状況によっては、過度の時間（例えば、約１秒）がかかることがある。本明細書に記載の種類の解放回路は、高電圧用の放電経路を提供することができ、したがってスイッチの迅速な開放を可能にする。

【0058】

図１０Ａ〜図１０Ｂは、そのような解放回路の例を示している。図１０Ａの解放回路が使用されるのは、片持ちＭＥＭＳスイッチ１０１０Ａとの接続であり、図１０Ｂの解放回路が使用されるのは、シーソー型ＭＥＭＳスイッチ１０１０Ｂとの接続である。

【0059】

図１０Ａのシステムは、光源２０４として機能するＬＥＤ１００４、高電圧光受信器２０６として機能する光検出器１００６のアレイ、ＭＥＭＳスイッチ２１０として機能する片持ちＭＥＭＳスイッチ１０１０、スイッチドライバ、解除回路、およびスルーレート制限回路を含む。図１０Ａの回路は、トランジスタＱ１、Ｑ２、Ｑ３、Ｑ４およびＱ５、コンデンサＣならびに抵抗器Ｒ１およびＲ２を含む。

【0060】

ＬＥＤ１００４が（例えば端子ＩｎＰとＩｎＮとの間に電圧を印加することによって）活性化されると、それに応じて光検出器１００６は電流を生成することができる。（抵抗Ｒ２と並列に集合的に位置付けられた）下側のフォトダイオードは、Ｒ２の両端に電圧を発生させることがある。この電圧は、トランジスタＱ３に電流の伝導を停止させ得る（例えば、トランジスタＱ３は、そのゲート−ソース間電圧が閾値を下回るときに電流を伝導し得るように、空乏モード電界効果トランジスタであり得る）。その間、他の光検出器によって発生された電流がコンデンサＣを充電し、それによってＭＥＭＳスイッチの制御端子における電圧を上昇させ、それが次に梁を閉じさせることがある。その結果、端子ＯｕｔＡとＯｕｔＢとの間に導電路が形成される。コンデンサＣを充電する電流は抵抗器Ｒ１も通過し得る。コンデンサＣを通る電流は、その端子間の電圧のスルーレートに比例し得ることに留意されたい。その結果、Ｒ１を通る電流、したがってベース（またはＱ１に使用されるトランジスタの種類に応じてゲート）に印加される電圧は、スルーレートに比例する。過度のスルーレートは、Ｑ１をオンにさせ、それにより、トランジスタＱ５、Ｑ４、およびＱ１を含む経路を通る光検出器電流の一部をシンクさせ得る。そのために、このフィードバックループはスルーレートを所定の限度未満に制限することができる。

【0061】

ＬＥＤ１００４が光を放射することを停止すると、光検出器１００６はそれに応じて電流の生成を停止することができる。その結果、下側の下部光検出器はもはやＲ２の両端に電圧を発生させることができず、Ｑ３は導通し始めることができる。したがって、トランジスタＱ５、Ｑ４、およびＱ３を通る高電圧の放電経路が形成され得、ＭＥＭＳスイッチの梁が開き得る。この放電経路は、高電圧がスイッチの制御端子から消散する速度を加速させる可能性がある。

【0062】

コンデンサＣに発生した高電圧の負のスルーは抵抗Ｒ１の両端に負の電圧を発生させる可能性があることに注意すべきである。そのような負電圧はトランジスタＱ１のベース−エミッタ接合を損傷する可能性がある。しかしながら、トランジスタＱ２はダイオードとして動作するように配設され、それによってそのような負の偏位を小さい値にクランプする。

【0063】

いくつかの実施形態においては、トランジスタＱ３はデプレッションモード電界効果トランジスタであり得るが、他の実装形態も可能である。トランジスタＱ４およびＱ５は、例えば、電界効果トランジスタまたはバイポーラトランジスタを含む、任意の好適な種類のトランジスタを使用して実装することができる。トランジスタＱ４およびＱ５はカスコード構成で配設されてもよく、これらのトランジスタが個々に高電圧を処理するように構成されていなくても、それらが集合的にそうすることができるように光ダイオードによって発生された高電圧を分割してもよい。

【0064】

図１０Ｂのシステムは、シーソー型ＭＥＭＳスイッチ１０１０Ｂ、ＬＥＤ１００４Ａおよび１００４Ｂ、２組の光検出器１００６Ａおよび１００６Ｂ、ならびにそれぞれのスイッチドライバおよびスルーレート制限回路を含む。ＬＥＤ、光検出器、スイッチドライバ、およびスルーレート制限回路の各組は、シーソー梁の片側を制御するように配設することができる。前の例のように、トランジスタＱ１およびＱ２、コンデンサＣならびに抵抗Ｒ１は、スルーレート制限回路および／または解放回路として機能することができる。

【0065】

いくつかの実施形態においては、左側のＬＥＤ（１００４Ａ）および右側のＬＥＤ（１００４Ｂ）のうちの少なくとも１つのＬＥＤは、（例えば、Ｉｎ１ＰとＩｎ１Ｎとの間、またはＩｎ２ＰとＩｎ２Ｎとの間に電圧を印加することによって）活性になり得、これにより、ＭＥＭＳスイッチの梁は一方の側または他方の側で傾斜する。その結果、梁はＯｕｔ１またはＯｕｔ２に接触する可能性がある。いくつかの実施形態においては、図１０Ｂの回路は対称的であってもよく、したがって、簡潔にするために片側だけを論じる。図１０Ａに関して記載したように、コンデンサＣ、抵抗器Ｒ１、およびトランジスタＱ１は、高電圧の立ち上がり中にスルー制限を提供することができる。トランジスタＱ４は、トランジスタＱ１およびＱ３が過度に高い電圧によって損傷を受けないように、高電圧を分割するためのカスコードデバイスとして機能し得る。この配設では、２つの組の光検出器（１００６Ａおよび１００６Ｂ）を使用して、片側に発生する電圧／電流が反対側に放電を引き起こすようにすることができる。トランジスタＱ２は、放電中にトランジスタＱ１を逆ベース電圧から保護するように構成することができる。

【0066】

このように本出願の技術のいくつかの態様および実施形態を説明してきたが、当業者には様々な変更、改変、および改良が容易に思い浮かぶであろうことを理解されたい。そのような変更、改変、および改良は、本出願に記載されている技術の精神および範囲内にあることが意図されている。したがって、前述の実施形態は例としてのみ提示されており、添付の特許請求の範囲およびその均等物の範囲内で、本発明の実施形態は具体的に記載されたものとは別の方法で実施できることを理解されたい。さらに、本明細書に記載の２つ以上の特徴、システム、物品、材料、および／または方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、および／または方法が互いに矛盾しない限り、本発明の範囲内に含まれる。

【0067】

また、記載したように、いくつかの態様は１つ以上の方法として具現化することができる。方法の一部として実行される行為は、任意の好適な方法で順序付けられてもよい。したがって、例示的な実施形態では順次行為として示されていても、行為が図示された順序とは異なる順序で実行される実施形態を構成することができ、それはいくつかの行為を同時に実行することを含み得る。

【0068】

本明細書で定義および使用される全ての定義は、辞書の定義、参照により組み込まれる文書中の定義、および／または定義された用語の通常の意味を支配すると理解されるべきである。

【0069】

本明細書および特許請求の範囲で使用される不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、そうでないことが明確に示されていない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。

【0070】

本明細書および特許請求の範囲で使用される「および／または」という句は、そのように結合された要素、すなわち場合によっては結合的に存在し、他の場合には分離的に存在する要素の「いずれかまたは両方」を意味すると理解されたい。

【0071】

本明細書および特許請求の範囲で使用されるように、１つ以上の要素のリストに関して、句「少なくとも１つ」は、要素のリスト中の任意の１つ以上の要素から選択される少なくとも１つの要素を意味するが、要素のリスト内に具体的に載せられた各要素および全ての要素の少なくとも１つを必ずしも含まず、また要素リスト中の要素の組み合わせを除外しない、と理解されるべきである。この定義はまた、「少なくとも１つ」という句が指す要素のリスト内で具体的に識別された要素以外の要素が、具体的に識別された要素に関係しようが無関係であろうが、任意選択的に存在することを可能にする。

【0072】

「およそ（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅｌｙ）」および「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、いくつかの実施形態では目標値の±２０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±１０％以内、いくつかの実施形態では目標値の±５％以内、いくつかの実施形態では目標値のさらに±２％以内を意味するために使用され得る。用語「およそ」および「約」は、目標値を含み得る。

【符号の説明】

【0073】

１００ アイソレータシステム
１０２ 光アイソレータ
１０３ 信号源
１０４ 光源
１０５ 光チャネル
１０６ 高電圧光受信器
１０８ 信号源
１１０ ＭＥＭＳスイッチ
１１１ 制御端子
１１２ 負荷
１１３ 出力端子
２０４ 光源
２０６，２０６_Ａ，２０６_Ｂ，２０６_Ｃ 高電圧光受信器
２０７ ダイ
２１０ ＭＥＭＳスイッチ
２２０ 共通基板
２２２ 溝
２２３ 溝
４０２ ゲルドーム
４０４ 反射コーティング
５００ 光透過層
６２２ 溝
７２２ 障壁
８０２，８０２_Ａ，８０２_Ｂ，８０２_Ｃ 光ファイバ
８０３ 接着材料
８０４_Ａ，８０４_Ｂ，８０４_Ｃ 光導管
８１０ 第１の光ファイバ
８１２ 第２の光ファイバ
８１４ 光学フィルタ
８１６ 光学フィルタ
８２０ 層
９００ 貯蔵デバイス
９１０ ワイヤボンド
９１２ ワイヤボンド
１００４，１００４Ａ，１００４Ｂ ＬＥＤ
１００６，１００６Ａ，１００６Ｂ 光検出器
１０１０Ａ 片持ちＭＥＭＳスイッチ
１０１０Ｂ シーソー型ＭＥＭＳスイッチ

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7A】

【図7B】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図8D】

【図8E】

【図9】

【図10A】

【図10B】