專利名稱：有平衡懸臂板的整體的mems裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光學(xué)通信設(shè)備，更特定地，涉及用于該類設(shè)備的微型機(jī)電裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)通信設(shè)備可以使用微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)。一種代表性的微機(jī)電系統(tǒng)裝置可以有一陣列微加工的反射鏡，每個(gè)反射鏡都單獨(dú)對(duì)應(yīng)一電子信號(hào)移動(dòng)。這樣的一個(gè)陣列可以被用作為波長(zhǎng)選擇開關(guān)元件。在操作中，至少該陣列中的一個(gè)反射鏡接收光束。該光束被反射鏡反射，并能通過控制鏡子的旋轉(zhuǎn)角度而被有控制地重新導(dǎo)向到不同的位置(如，經(jīng)選擇的輸出端)。
使用以前技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)裝置的一個(gè)問題涉及制造該類裝置。在制造過程中，兩個(gè)部件，如晶片，被用于組成微機(jī)電系統(tǒng)裝置，其中，該部件必須被精確對(duì)準(zhǔn)到啟動(dòng)電極相對(duì)于對(duì)應(yīng)的反射鏡的恰當(dāng)位置。對(duì)于相對(duì)較小的反射鏡和/或反射鏡數(shù)量相對(duì)較多的反射鏡陣列，可能難以實(shí)現(xiàn)這種對(duì)準(zhǔn)。
使用以前技術(shù)的微機(jī)電系統(tǒng)裝置的另一個(gè)問題是“突然損壞”。更具體地，當(dāng)在此類裝置中應(yīng)用于啟動(dòng)電極的電壓超過臨界突然損壞(snap-down)值，反射鏡的傾斜角度迅速增大且不可控制。這種行為可能引起反射鏡與電極和/或晶片的碰撞，損壞反射鏡并使微機(jī)電系統(tǒng)裝置不再可操作。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的原理，使用以前技術(shù)存在的問題通過由一個(gè)多層晶片制成的微機(jī)電系統(tǒng)裝置，這種裝置減輕了與使用兩個(gè)部件的以前技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)問題。在一個(gè)實(shí)施例中，微機(jī)電系統(tǒng)裝置有一個(gè)固定部件和一個(gè)與固定部件旋轉(zhuǎn)結(jié)合的移動(dòng)部分。固定部件有電極和與電極電絕緣的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。移動(dòng)部分有旋轉(zhuǎn)板和位于板上并與板電連接的第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和位置的選擇是為了彌補(bǔ)板相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的不穩(wěn)定性。此外，在靜止位置，第一和第二傳導(dǎo)機(jī)構(gòu)圍繞電極形成適于為電極提供電屏蔽的基本上連續(xù)的柵欄。移動(dòng)部分適于相對(duì)于固定部件旋轉(zhuǎn)，以響應(yīng)施加在第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和電極之間的電壓，這樣，在旋轉(zhuǎn)過程中，移動(dòng)部分就無法與電極進(jìn)行物理接觸，這減輕了許多以前技術(shù)裝置固有的突然損壞問題。


本發(fā)明的其他方面、特性和有利點(diǎn)將從下面詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求、附圖中更完全地顯現(xiàn)，其中圖1A至D顯示了一列開關(guān)，它代表上述‘089申請(qǐng)公開的一種開關(guān)的一個(gè)實(shí)施例；圖2A至D顯示了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一列開關(guān)；圖3A至B顯示了可以使用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的圖2所示的一列開關(guān)中的微機(jī)電系統(tǒng)裝置。
具體實(shí)施例方式
此處參照“一個(gè)實(shí)施例”或“一種實(shí)施例”表示與實(shí)施例相連的一種特殊特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可以包括在本發(fā)明至少一個(gè)實(shí)施例中。在說明書中不同地方出現(xiàn)“在一個(gè)實(shí)施例中”的句子并不必然全部涉及同一實(shí)施例，也不是與其他實(shí)施例相互獨(dú)立的個(gè)別實(shí)施例或任選實(shí)施例。
圖1A-D顯示一列開關(guān)100，該列開關(guān)代表上述‘089申請(qǐng)公開的一種開關(guān)的一種實(shí)施例(見，例如圖12-13)。更具體地，圖1A顯示開關(guān)100的頂視圖，圖1B-D顯示開關(guān)沿著標(biāo)記為A-A、B-B、C-C的剖面的3個(gè)相應(yīng)橫截面視圖?？梢允褂靡粋€(gè)多層晶片制造開關(guān)100，這樣減輕了與使用兩個(gè)部件的以前技術(shù)設(shè)計(jì)相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)問題。此外，開關(guān)100有一個(gè)邊緣場(chǎng)(FF)驅(qū)動(dòng)件，其優(yōu)點(diǎn)之一是組成邊緣場(chǎng)(散射場(chǎng)或干擾場(chǎng))驅(qū)動(dòng)件的旋轉(zhuǎn)板和啟動(dòng)電極可以被設(shè)計(jì)為在板旋轉(zhuǎn)過程中相互之間不會(huì)進(jìn)行物理接觸。因此，開關(guān)100沒有許多使用以前技術(shù)的開關(guān)固有的突然損壞問題。下面提供了與本發(fā)明相關(guān)的開關(guān)100的特征簡(jiǎn)述。
參照?qǐng)D1A-B，開關(guān)100有三個(gè)線性陣列的微機(jī)電系統(tǒng)裝置102(相應(yīng)標(biāo)記為102a、102b、102c)。每一個(gè)裝置102有一可移動(dòng)板110，通過一對(duì)蛇形彈簧112附著在一種固定結(jié)構(gòu)116上，彈簧112限定可移動(dòng)板的旋轉(zhuǎn)軸114并使板如圖1B中虛線所示圍繞著該軸旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)軸114將板110劃分為兩個(gè)位于軸上不同側(cè)的部分，在圖1B中這兩個(gè)部分被相應(yīng)標(biāo)記為110′和110″。部分110″與固定結(jié)構(gòu)116緊鄰，下面被稱為驅(qū)動(dòng)件臂110″。
對(duì)于每一個(gè)裝置102，固定結(jié)構(gòu)116都有電極120，該電極通過相應(yīng)的傳導(dǎo)軌道132連接到接觸墊130。電極120、傳導(dǎo)軌道132和接觸墊130與裝置102的其他結(jié)構(gòu)部分電絕緣，并相對(duì)于板110進(jìn)行電偏壓，例如，通過從外部發(fā)電機(jī)電動(dòng)勢(shì)(未顯示)向接觸墊施加偏壓。驅(qū)動(dòng)件臂110″和電極120組成裝置102中的邊緣場(chǎng)(FF)驅(qū)動(dòng)件。
固定結(jié)構(gòu)116還有一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140，其目的之一是減少開關(guān)100的不同裝置102之間的串?dāng)_。為達(dá)到該目的，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140有一壁142和指狀物144。壁142位于電極120和接觸墊130之間。指狀物144從壁142向外沿著電極120和驅(qū)動(dòng)件臂110″的邊延伸。這樣，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140從三邊圍繞著每一個(gè)電極，從而部分彼此屏蔽了屬于不同裝置102的電極。此外，每個(gè)對(duì)應(yīng)的指狀物144由相鄰裝置102中的電極120產(chǎn)生的電場(chǎng)而電屏蔽在一個(gè)裝置102中的驅(qū)動(dòng)件臂110″。例如，標(biāo)記為144′的指狀物部分地將裝置102a和裝置102b中的電極120彼此屏蔽。此外，指狀物144′(i)將裝置102a的驅(qū)動(dòng)件臂110″與裝置102b的電極120電屏蔽，并(ii)將裝置102b的驅(qū)動(dòng)件臂110″與裝置102a的電極120電屏蔽。
在代表性的配置中，固定結(jié)構(gòu)116(除電極120、傳導(dǎo)軌道132和接觸墊130以外)處于地電位。由于彈簧112由導(dǎo)電材料(例如硅)制成，板110也處于地電位。當(dāng)接觸墊130、傳導(dǎo)軌道132和電極120如上所述處于偏壓時(shí)，在電極120和驅(qū)動(dòng)件臂110″之間存在電壓差，這就產(chǎn)生了相應(yīng)的電場(chǎng)。接著，該電場(chǎng)在電極120和驅(qū)動(dòng)件臂110″之間產(chǎn)生了靜電引力，這使驅(qū)動(dòng)件臂向電極移動(dòng)，從而使板110如圖1B虛線所示旋轉(zhuǎn)。彈簧112變形產(chǎn)生的回復(fù)力是靜電力的反作用力。當(dāng)偏壓被移除時(shí)，彈簧的回復(fù)力使板110回到如圖1B實(shí)線所示的最初靜止位置。
在代表性實(shí)施例中，裝置102的制造以有三層的多層晶片150開始襯底層152、薄絕緣層154和重迭層156。層154使襯底層152與重迭層156電絕緣。重迭層156和襯底層152典型地為硅，絕緣層154典型地為二氧化硅。在制造過程中，附加的材料層置于晶片150之上。由此產(chǎn)生的分層結(jié)構(gòu)的不同層面被恰當(dāng)?shù)仫椧詧D案并蝕刻以形成裝置102的不同部件。
可以在上述‘089申請(qǐng)(見，如圖11A-F)中找到可以被使用于裝置102的制造過程中的代表性制造步驟的詳細(xì)描述。扼要地說，重迭層156首先被飾以圖案并蝕刻以限定板110、彈簧112、接觸墊130和傳導(dǎo)軌道132。然后，附加絕緣層158(例如，二氧化硅)被置于晶片150之上，這樣，絕緣層在電極120和固定結(jié)構(gòu)116的某些部件之間提供電絕緣。層158被飾以圖案并蝕刻以使板110、接觸墊130和傳導(dǎo)軌道132的部分134暴露。相對(duì)較厚的傳導(dǎo)層(例如，硅)160于是被置于合成結(jié)構(gòu)上。層160的材料填滿了部分134上面的層158的開口，以通過該結(jié)構(gòu)形成傳導(dǎo)，該傳導(dǎo)將電極120和傳導(dǎo)軌道132電連接。一個(gè)或多個(gè)類似地通過結(jié)構(gòu)(未顯示)形成的傳導(dǎo)可以被用來電連接(i)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140和重迭層156，以及(ii)重迭層156和襯底層152。層160于是被飾以圖案并蝕刻形成電極120和結(jié)構(gòu)140。隨后，對(duì)應(yīng)板110的襯底層152的一部分被移除。接著，絕緣層154的暴露部分被蝕刻以釋放板110和彈簧112。最后，接觸墊130被薄金屬(如，黃金)層162(見圖1B)覆蓋以完成裝置102的制造過程。
圖2A-D顯示根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的一列開關(guān)200。圖2A顯示開關(guān)200的頂視圖，圖2B-D顯示所述開關(guān)沿著標(biāo)記為A-A、B-B、C-C的剖面的3個(gè)相應(yīng)橫截面視圖。與開關(guān)100類似，開關(guān)200有三個(gè)線性排列的微機(jī)電系統(tǒng)裝置202(相應(yīng)標(biāo)記為202a，202b和202c)。除以上指出的，開關(guān)200的結(jié)構(gòu)與開關(guān)100的結(jié)構(gòu)類似，并且兩個(gè)結(jié)構(gòu)的類似部件在圖1-2中以后兩位數(shù)相同的標(biāo)簽指示。開關(guān)200和100之間的結(jié)構(gòu)差別在下面進(jìn)行更詳細(xì)描述。
與裝置102的電極120不同，裝置202有一個(gè)電極270。電極120(圖1)和電極270(圖2)之間的一個(gè)差別是前者通過使用位于晶片150之上額外層160形成，而后者通過使用晶片250的原始重迭層256形成。與開關(guān)100的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140類似，開關(guān)200的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240通過使用位于晶片250之上的額外層260形成。因此，在裝置202中，電極270相對(duì)于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240凹進(jìn)(見，例如圖2B和2D)。相反地，電極120和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140位于同一層(見，例如圖1B和1D)。
與裝置102(圖1)相比，裝置202(圖2)有一種新部件，即，位于可移動(dòng)板210的驅(qū)動(dòng)件臂210″上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280(例如圖2B和2C)。這樣，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280與板210一起移動(dòng)。由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280與板210直接電接觸，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)就是使板移動(dòng)的驅(qū)動(dòng)件的一部分。更具體地，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280和電極270形成裝置202中的邊緣場(chǎng)驅(qū)動(dòng)件。與傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240一起，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280圍繞相應(yīng)電極270形成基本上連續(xù)的傳導(dǎo)柵欄。在典型實(shí)施中，柵欄有兩個(gè)位于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240和280之間在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換件處的間隙。然而，每一個(gè)間隙都較窄，例如，其寬度比柵欄本身的寬度要小。“柵欄寬度”一詞用于指以下任何尺寸之一壁242在Y向的尺寸，指狀物244在X向的尺寸，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)在Y向的尺寸。“間隙寬度”一詞用于指X向的指狀物244和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280之間的縫隙大小。傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280可以與傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240類似地形成，例如，從位于晶片250之上的額外層260形成。
在代表性的配置中，固定結(jié)構(gòu)216(除電極270、傳導(dǎo)軌道232和接觸墊230之外)處于地電位。由于彈簧212由傳導(dǎo)材料(如，硅)制成，板210和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280也處于地電位。當(dāng)接觸墊230、傳導(dǎo)軌道232和電極270相對(duì)固定結(jié)構(gòu)216的靜止處于偏壓時(shí)，在電極和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280之間存在電壓差，這就產(chǎn)生了對(duì)應(yīng)電場(chǎng)。接著，該電場(chǎng)在電極270和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280之間產(chǎn)生了靜電引力，這使傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)向電極移動(dòng)，從而使板210如圖2B虛線所示旋轉(zhuǎn)。彈簧212變形產(chǎn)生的回復(fù)力是靜電力的反作用力。當(dāng)偏壓被移除時(shí)，彈簧的回復(fù)力使板210回到如圖2B實(shí)線所示的最初靜止位置。
每一個(gè)裝置202中的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280導(dǎo)致開關(guān)200特點(diǎn)(圖2)相對(duì)開關(guān)100(圖1)特點(diǎn)的一些差異。這些差異將在下面更詳細(xì)地說明。
第一，與板110相比，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280改進(jìn)了板210的機(jī)械平衡。更具體地，簡(jiǎn)單參照?qǐng)D1B，由于部分110′典型地比驅(qū)動(dòng)件臂110″要長(zhǎng)，軸114一邊上的可移動(dòng)質(zhì)量塊的慣量力矩就比另一邊上的慣量力矩大。在沒有傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280的情況下，類似的聲明也適用于板210(見，例如圖2B)。然而，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280增加了板210一邊的驅(qū)動(dòng)件臂的質(zhì)量，因此減少了兩邊之間的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量力矩的不一致。而且，通過正確選擇傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280的質(zhì)量及在驅(qū)動(dòng)件臂210″上相對(duì)于軸214恰當(dāng)安放傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，就可以基本上完全使板210平衡，即，基本上獲得位于軸兩邊的移動(dòng)質(zhì)量塊的同等慣量力矩。擁有平衡配置的板210可能是有益的，因?yàn)樗拱遢^不易于處于例如由外部振蕩或震動(dòng)而產(chǎn)生的無法控制的旋轉(zhuǎn)。
第二，與開關(guān)100中電極120的電力屏蔽相比，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280的存在改進(jìn)了開關(guān)200中對(duì)應(yīng)電極270的電屏蔽。更具體地，在開關(guān)100中，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140僅沿著電極的三邊提供電極120的電屏蔽，其中，壁142沿著一邊屏蔽電極，兩個(gè)手指144沿著另兩邊屏蔽電極(見圖1A)。與開關(guān)100中的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)140類似，開關(guān)200中的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240沿著三邊電屏蔽電極270。然而，除了傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)240提供的屏蔽外，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280沿著電極的第四邊提供額外的電屏蔽(見圖2A)。與開關(guān)100中不同裝置102之間的串?dāng)_水平相比，該額外電屏蔽可更有利地減少開關(guān)200中不同裝置202之間的串?dāng)_水平。
第三，由于傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280的存在，對(duì)于給定的偏壓，裝置202能夠產(chǎn)生的板210的偏差角度比裝置102中板110的偏差角度要大。該偏差角度差異可以如下以定性方式進(jìn)行理解。當(dāng)板110如圖1B所示旋轉(zhuǎn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)件臂110″和電極120面對(duì)板110的那一邊之間的縫隙(間隙)隨著旋轉(zhuǎn)角度的加大而增加。于是，增加的縫隙減少了有效的邊緣場(chǎng)強(qiáng)度及由此產(chǎn)生的從電極120作用于板110上的轉(zhuǎn)矩。相反地，當(dāng)板210如圖2B所示旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)280和電極270面對(duì)板210的那一邊之間的縫隙(間隙)隨著旋轉(zhuǎn)角度的加大而增加。相反地，減小的縫隙將使有效的邊緣場(chǎng)強(qiáng)度和從電極270作用于板210上的轉(zhuǎn)矩增加。這樣，板的旋轉(zhuǎn)對(duì)裝置102和202的有效靜電轉(zhuǎn)矩有性質(zhì)上的不同效果。因此，在相等偏壓電壓下，裝置202產(chǎn)生的板210的偏差角度比裝置102產(chǎn)生的板110的偏差角度要大。任選地，裝置202的這種特性可以被視為一種以比獲得裝置102同樣偏差角度所需偏壓電壓要低的偏壓電壓獲得期望的偏差角度的能力。
圖3A-B圖示了一種可以被用于根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的開關(guān)200中(圖2)的微機(jī)電系統(tǒng)裝置202的微機(jī)電系統(tǒng)裝置302。更具體地，圖3A是可移動(dòng)板310處于最初靜止位置的裝置302的側(cè)視圖，圖3B是可移動(dòng)板310處于偏差位置的裝置302的側(cè)視圖。圖3中的微機(jī)電系統(tǒng)裝置302與圖2中的微機(jī)電系統(tǒng)裝置202類似，兩種裝置的類似元件在圖2和圖3中以后兩位數(shù)字相同的標(biāo)簽指示。然而，裝置202和302之間的一個(gè)區(qū)別是，后者特定設(shè)計(jì)當(dāng)板310圍繞著軸314旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)380不能與電極370進(jìn)行物理接觸。
參照?qǐng)D3A，位于可移動(dòng)板310的驅(qū)動(dòng)件臂310″上的傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)380的高度為H；板310的驅(qū)動(dòng)件臂310″的長(zhǎng)度為L(zhǎng)；以及，在最初靜止位置，電極370和驅(qū)動(dòng)件臂310″之間的縫隙(間隙)為g。參照?qǐng)D3B，如圖所示，當(dāng)傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的一角382圍繞著軸314往下到電極水平時(shí)，傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)380和電極370之間可能縫隙達(dá)到最小。該位置對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)角度θ0＝arctan(H/L)，這樣旋轉(zhuǎn)角度還可以被視為電極370產(chǎn)生的靜電啟動(dòng)使裝置302中達(dá)到最大旋轉(zhuǎn)角度的近似值。當(dāng)g＞D-L，且D＝(L2+H2)1/2時(shí)，裝置302阻止傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)380和電極370進(jìn)行物理接觸。下表1提供了可以被用于裝置302的不同實(shí)施例中的H、L和g的代表值。對(duì)應(yīng)于這些實(shí)施例的θ0的值也在下表1中提供。
表1微機(jī)電系統(tǒng)裝置302不同實(shí)施例的代表性尺寸和最大旋轉(zhuǎn)角度

盡管本發(fā)明的開關(guān)曾被描述為參照使用硅/二氧化硅SOI晶片，其他的合適材料，例如鍺-補(bǔ)償硅(germanium-compensated silicon)，可以類似地使用。這些材料可以被恰當(dāng)?shù)赜靡阎夹g(shù)涂以涂料。可以通過金屬沉積來修改不同的表面等以增強(qiáng)反射率和/或電導(dǎo)率，或者通過離子種植來修改不同的表面以增強(qiáng)機(jī)械強(qiáng)度。可以無須脫離本發(fā)明的范圍和原則而使用不同形狀的板、驅(qū)動(dòng)件臂、電極、柵欄、傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和/或支持結(jié)構(gòu)。一種可移動(dòng)板(如圖2中的板210)可以通過使用一個(gè)或多個(gè)不同配置的彈簧，與對(duì)應(yīng)的固定部件結(jié)合，其中“彈簧”一詞一般指任何合適的、可以在變形后恢復(fù)到其原始形狀的彈性結(jié)構(gòu)。傳導(dǎo)軌道的不同布置對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是必需和/或明顯的。
一種本發(fā)明的微機(jī)電系統(tǒng)裝置可以被配置為在合適選擇/調(diào)整電壓的基礎(chǔ)上達(dá)到任何工作角度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)角度。本發(fā)明的單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)裝置可以不同排列以提供線性、輻射狀或兩維排列的反射鏡。由此排列的裝置可以有兩個(gè)或多個(gè)這樣的單個(gè)微機(jī)電系統(tǒng)裝置。
盡管參照指示性實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，該描述并不意味著限制性的解釋。所描述的實(shí)施例的各種變體以及本發(fā)明的其他實(shí)施例，對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見的，應(yīng)當(dāng)被視為在下面權(quán)利要求中所表述的本發(fā)明的原則和范圍內(nèi)。
出于該說明的目的，一種微機(jī)電系統(tǒng)裝置是一種有兩個(gè)或多個(gè)適于彼此相對(duì)移動(dòng)的部分的裝置，其中該運(yùn)動(dòng)是基于任何適當(dāng)?shù)南嗷プ饔没蛳嗷プ饔媒Y(jié)合，例如機(jī)械的、熱能的、電力的、磁力的、光學(xué)的和/或化學(xué)的相互作用。微機(jī)電系統(tǒng)裝置使用微型或較小的制造技術(shù)(包括毫微-技術(shù))來制造，這些技術(shù)可以包括但并不必然限制于(1)使用例如自我組裝單層、有高親和力以獲得期望的化學(xué)物質(zhì)的化學(xué)涂層、懸浮化學(xué)鍵的生產(chǎn)和飽和的自我組裝技術(shù)，(2)使用例如平板印刷、化學(xué)氣相沉積、材料形成圖案和選擇性蝕刻、表面處理、成型、電鍍和合成纖維變形工藝的晶片/材料處理技術(shù)。微機(jī)電系統(tǒng)裝置中某些元件的比例/大小可以允許量子效應(yīng)的顯現(xiàn)。微機(jī)電系統(tǒng)裝置的例子包括，但不限于，NEMS(納機(jī)電系統(tǒng))裝置、MOEMS(微光機(jī)電系統(tǒng))裝置、微型機(jī)械、微系統(tǒng)以及使用微系統(tǒng)科技或微系統(tǒng)集成而生產(chǎn)的裝置。
盡管本發(fā)明是在微機(jī)電系統(tǒng)裝置實(shí)施的范圍內(nèi)描述，本發(fā)明在理論上可以以任何比例，包括比微型比例要大的比例來實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括有電極的固定部件，和可移動(dòng)地與固定部件結(jié)合的可移動(dòng)部件，該可移動(dòng)部件有傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中電極和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成驅(qū)動(dòng)件；可移動(dòng)部件用于響應(yīng)施加于驅(qū)動(dòng)件的電壓相對(duì)于固定部件旋轉(zhuǎn)；可移動(dòng)部件有相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的短部分和長(zhǎng)部分，所述短部分和長(zhǎng)部分形成一種失衡板；并且傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)至少部分彌補(bǔ)板的不穩(wěn)定性。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其中驅(qū)動(dòng)件是一個(gè)邊緣場(chǎng)驅(qū)動(dòng)件；可移動(dòng)部件具有基本上與位于旋轉(zhuǎn)軸的不同邊上的可移動(dòng)質(zhì)量塊同等的慣性力矩；可移動(dòng)部件不能在旋轉(zhuǎn)過程中與電極進(jìn)行物理接觸；并且由驅(qū)動(dòng)件產(chǎn)生的離開靜止位置的旋轉(zhuǎn)減少了電極和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的間隙。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成一種至少沿著電極周長(zhǎng)部分的電磁柵欄，其中該柵欄適于為電極提供電屏蔽；并且該裝置是一種微機(jī)電系統(tǒng)裝置，它是有兩個(gè)或多個(gè)所述微機(jī)電系統(tǒng)裝置實(shí)例的開關(guān)的一部分，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)適于阻止不同微機(jī)電系統(tǒng)裝置實(shí)例之間的串?dāng)_。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其中該裝置使用單個(gè)的多層晶片制造，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和電極在晶片的不同層面中形成。
5.一種裝置，包括使裝置的可移動(dòng)部件相對(duì)于裝置的固定部件移動(dòng)的工具，其中所述元件包括連接到固定部件的固定部分和連接到可移動(dòng)部件的移動(dòng)部分，其中可移動(dòng)部件適于響應(yīng)施加于可移動(dòng)部分和固定部分之間的電壓相對(duì)于固定部件移動(dòng)；和連接到可移動(dòng)部件的元件，至少部分補(bǔ)償可移動(dòng)部件的短區(qū)和長(zhǎng)區(qū)之間的慣性不穩(wěn)定性。
6.一種裝置，包括有電極的固定部件，和可移動(dòng)地與固定部件結(jié)合的可移動(dòng)部件，該可移動(dòng)部件有傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其中電極和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成一邊緣場(chǎng)驅(qū)動(dòng)件；可移動(dòng)部件適于響應(yīng)施加于驅(qū)動(dòng)件的電壓相對(duì)于固定部件旋轉(zhuǎn)；并且由邊緣場(chǎng)驅(qū)動(dòng)件導(dǎo)致的離開靜止位置的旋轉(zhuǎn)減少了電極和傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間的間隙。
7.如權(quán)利要求6的裝置，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成一種至少沿著電極周長(zhǎng)部分的電磁柵欄，其中該電磁柵欄用于為電極提供電屏蔽；并且該裝置是一種微機(jī)電系統(tǒng)裝置，它是有兩個(gè)或多個(gè)所述微機(jī)電系統(tǒng)裝置實(shí)例的開關(guān)的一部分，其中傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)適于阻止不同微機(jī)電系統(tǒng)裝置實(shí)例之間的串?dāng)_。
8.一種裝置，包括有電極和與電極電絕緣的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的固定部件；和可移動(dòng)地連接固定部件的可移動(dòng)部件，其中可移動(dòng)部件用于響應(yīng)施加于可移動(dòng)部件和電極之間的電壓相對(duì)于固定部件移動(dòng)；并且第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)是至少沿著電極周長(zhǎng)部分的電磁柵欄的部分。
9.如權(quán)利要求8的裝置，其中可移動(dòng)部件有第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)；并且在靜止位置，第一和第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)圍繞電極周長(zhǎng)形成基本連續(xù)的電磁柵欄。
10.如權(quán)利要求9的裝置，其中電極凹進(jìn)在由基本連續(xù)的柵欄限定的開口中；并且電極和第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)形成邊緣場(chǎng)驅(qū)動(dòng)件。
全文摘要
一種微機(jī)電系統(tǒng)裝置由單個(gè)多層晶片制成，這減輕了與使用以前技術(shù)的兩片設(shè)計(jì)相關(guān)的對(duì)準(zhǔn)問題。在一個(gè)實(shí)施例中，微機(jī)電系統(tǒng)裝置有一固定部件和一旋轉(zhuǎn)連接固定部件的可移動(dòng)部件。該固定部件有電極和與電極電絕緣的第一傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。該可移動(dòng)部件有旋轉(zhuǎn)板和位于板上并與板電連接的第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和位置的選擇可以補(bǔ)償板相對(duì)于旋轉(zhuǎn)軸的不穩(wěn)定性。此外，在靜止位置，第一和第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)圍繞電極形成基本連續(xù)的、適于為電極提供電屏蔽的柵欄?？梢苿?dòng)部件適于相對(duì)于固定部件旋轉(zhuǎn)以響應(yīng)施加于第二傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)和電極之間的電壓，這樣可移動(dòng)部件就無法在旋轉(zhuǎn)過程中與電極進(jìn)行物理接觸，這減輕了許多使用以前技術(shù)的裝置固有的突然損壞問題。
文檔編號(hào)H02N1/00GK1756061SQ20051010711
公開日2006年4月5日 申請(qǐng)日期2005年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月29日
發(fā)明者D·S·格雷沃爾, D·M·馬羅姆 申請(qǐng)人:朗迅科技公司