Mechanical switches have the distinct advantages of high isolation, low on-resistance, low power consumption and abrupt switching characteristics; however, their high actuation voltage impedes wider usage. In this work, the problem of the high actuation voltage is solved in two ways. First, a novel electrode design is proposed and fabricated with cantilever-type switches. Introduction of the electrode enabled reduction of the actuation voltage to just 60 % of the level attained with conventional design. Moreover, faster switching and higher level of endurance could be achieved owing to the new electrode design. Second, an ultimate low-voltage torsional switch is proposed adopting stiction-recovery actuation. With advanced hinge design, actuation voltage was reduced to 1.5 V which is far lower than that of other mechanical switches. Moreover, the switch has shown the best performance in view of low-power consumption and reliability among other mechanical switches targeting mechanical logic application. As an example of possible applications, the switch was combined with TFT to comprise MEMS-TFT hybrid inverter and its electrical characteristics were demonstrated.
기계식 스위치는 이상적인 온/오프 특성, 낮은 온 저항, 저전력 소모, 빠른 스위칭 등의 여러가지 장점이 있으나 높은 동작전압은 큰 문제점으로 지적되어 왔다. 이 논문에서는 기계식 스위치의 높은 동작전압 문제를 해결하기 위해 두 가지 방향의 해결책을 제시한다. 첫번째는 새로운 전극 디자인을 도입하여 캔틸레버 타입 스위치의 동작전압을 약 60%로 낮추는 데 성공하였다. 뿐만 아니라 제안된 스위치는 통상적인 캔틸레버 스위치에 대비해 빠른 스피드와 신뢰성을 가짐을 모델링과 측정을 통하여 확인하였다. 두번째로, 스틱션 리커버리라는 독특한 동작 모드를 추가하여 기계식 스위치의 동작 전압을 1.5 V 내외로 획기적으로 줄이는 데 성공하였다. 제작된 스위치를 이용하여 기계식 로직을 구현하였으며 TFT와 결합하여 하이브리드 인버터의 기본 특성을 검증하였다.
