BR102023003783A2 - Dispositivo tridimensional sensível à tensão - Google Patents
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Abstract
dispositivo tridimensional sensível à tensão. em um aspecto, um dispositivo sensível à tensão inclui um substrato tendo uma primeira superfície com uma cavidade definida no mesmo e um material tridimensional deformável que se estende ao longo da primeira superfície e para dentro da cavidade. o material deformável tridimensional tem uma característica elétrica responsiva à deformação. um método para formar um dispositivo sensível à tensão tridimensional inclui fornecer um substrato com uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície, formar uma cavidade no substrato, em que a cavidade é aberta para a primeira superfície, depositar uma camada de proteção na cavidade, depositar um material deformável na camada de proteção e remover pelo menos uma porção da camada de proteção para formar um espaço intersticial entre o material deformável e o substrato na cavidade.
Description
[001] A presente divulgação refere-se geralmente a circuitos integrados e dispositivos de sistemas microeletromecânicos (MEMS) e mais especificamente a dispositivos sensíveis a tensão e métodos de fabricação.
[002] Dispositivos de detecção de pressão sensíveis a tensão convencionais, tais como sensores de pressão piezoresistivos, são feitos formando um resistor ou conjunto de resistores compostos por um material piezoresistivo planar sobre a(s) borda(s) de uma membrana deformável suspensa sobre uma cavidade. Esses dispositivos exigem grandes áreas de superfície em seu substrato. A maior tensão e, portanto, a maior pressão (deformação), ocorre no centro de uma borda longa da membrana deformável e os piezoresistores são vantajosamente colocados sobre essas porções da membrana deformável que têm a maior tensão para fornecer a maior sensibilidade. Os dispositivos piezorresistivos planares de superfície da técnica anterior têm apenas um conjunto de bordas que podem deformar, o que limita o número e o tamanho dos resistores que podem ser colocados sobre esse conjunto de bordas. Além disso, os sensores de pressão da técnica anterior são tipicamente sensíveis às tensões colocadas no dispositivo por sua embalagem. Algumas atenuações de alívio de tensão que podem ser necessárias para aliviar as tensões de empacotamento incluem montar a matriz em um pedestal, colocar o dispositivo em balanço longe da embalagem e semelhantes. Essas técnicas de atenuação podem dificultar o dispositivo e a embalagem e aumentar o custo da unidade montada. Além disso, muitos dispositivos de detecção de pressão sensíveis à tensão se destacam acima de uma superfície de substrato onde podem ser suscetíveis a danos. Finalmente, a altura do eixo z das películas sacrificiais sobre as quais uma camada de dispositivo pode ser formada é tipicamente limitada por preocupações práticas, tais como tensão na película e espessura prática da película durante a deposição ou crescimento e aderência da película continua a ser um desafio na fabricação.
[003] Existe uma necessidade de dispositivos sensíveis à tensão que sejam menos suscetíveis a danos, tensões de empacotamento e restrições de fabricação e que forneçam operabilidade aprimorada sem consumir qualquer espaço valioso adicional em uma superfície de um substrato.
[004] Em um aspecto, um dispositivo sensível a tensão inclui um substrato tendo uma primeira superfície com uma cavidade definida no mesmo e um material deformável tridimensional que se estende ao longo da primeira superfície e para dentro da cavidade. O material deformável tridimensional tem uma característica elétrica responsiva à deformação.
[005] Em outro aspecto, um método para formar um dispositivo sensível à tensão tridimensional inclui fornecer um substrato com uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície, formar uma cavidade no substrato, em que a cavidade é aberta para a primeira superfície, depositar uma camada de proteção na cavidade, depositar um material deformável na camada de proteção e remover pelo menos uma porção da camada de proteção para formar um espaço intersticial entre o material deformável e o substrato na cavidade.
[006] O presente sumário é fornecido apenas a título de exemplo, e não limitação. Outros aspectos da presente divulgação serão apreciados em vista da totalidade da presente divulgação, incluindo o texto inteiro, reivindicações e figuras anexas.
[007] A FIG. 1 é uma seção transversal de uma vista isométrica de um dispositivo sensível à tensão com uma estrutura tridimensional deformável.
[008] A FIG. 2 é uma vista superior do dispositivo sensível à tensão da FIG. 1
[009] A FIG. 3 é uma vista em corte transversal de uma modalidade alternativa do dispositivo sensível à tensão da FIG. 1 tendo um espaço intersticial entre a estrutura tridimensional deformável e uma cavidade em um substrato que é vedado.
[0010] A FIG. 4 é uma vista em corte transversal de uma modalidade alternativa do dispositivo sensível à tensão da FIG. 3 com um espaço intersticial vedado.
[0011] A FIG. 5 é uma seção transversal de uma vista isométrica de outra modalidade alternativa de um dispositivo sensível à tensão com uma estrutura tridimensional deformável e espaço intersticial vedado.
[0012] A FIG. 6 é uma vista em corte transversal de um dispositivo sensível à tensão com uma matriz de estruturas deformáveis tridimensionais.
[0013] A FIG. 7 é uma vista em corte transversal de ainda outro dispositivo sensível à tensão configurado para funcionar como um dispositivo de Função Fisicamente Não Clonável (PUF).
[0014] A FIG. 8 é uma vista superior do dispositivo sensível à tensão da FIG. 7.
[0015] A FIG. 9 é uma seção transversal de uma vista isométrica de ainda outra modalidade de um dispositivo sensível à tensão tendo múltiplos resistores dispostos em uma camada deformável tridimensional.
[0016] A FIG. 10 é um fluxograma de um método para formar um dispositivo tridimensional sensível à tensão.
[0017] A FIG. 11 é um fluxograma incluindo vistas em corte transversal das etapas de um método para formar uma modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão.
[0018] A FIG. 12 é um fluxograma incluindo vistas em corte transversal das etapas de um método para formar outra modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão.
[0019] A FIG. 13 é uma vista superior do dispositivo tridimensional sensível à tensão da FIG. 12.
[0020] A FIG. 14 é um fluxograma incluindo vistas em corte transversal das etapas de um método para formar ainda outra modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão.
[0021] Embora as figuras acima identificadas estabeleçam modalidades da presente invenção, outras modalidades também são contempladas, como observado na discussão. Em todos os casos, esta divulgação apresenta a invenção por meio de representação e não de limitação. Deve-se entender que outras numerosas modificações e modalidades podem ser planejadas por aqueles versados na técnica, que se encontram dentro do escopo e do espírito dos princípios da invenção. As figuras podem não ser desenhadas em escala, e as aplicações e as modalidades da presente invenção podem incluir características, etapas e/ou componentes não especificamente mostrados nos desenhos.
[0022] A presente divulgação refere-se a dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão e método de fabricação, que superam os desafios dos dispositivos sensíveis à tensão da técnica anterior. Ao contrário da membrana móvel plana usada em dispositivos sensíveis à tensão da técnica anterior, a estrutura tridimensional descrita neste documento fornece múltiplas bordas e/ou superfícies que podem deformar ou flexionar sob uma pressão aplicada. Como tal, um material sensível à tensão (por exemplo, material piezoresistivo) pode experimentar mais deformação (deformação) do que uma estrutura bidimensional da técnica anterior e pode, assim, fornecer um sinal de saída maior em comparação com um dispositivo plano, bidimensional, para qualquer pressão aplicada. Em algumas modalidades, a estrutura tridimensional deformável pode fornecer uma força de sinal melhorada para uma área de superfície de substrato reduzida em comparação com dispositivos da técnica anterior, permitindo assim que mais dispositivos sejam produzidos em um único substrato. Uma estrutura tridimensional sensível à tensão pode ser suspensa a partir de uma superfície do substrato e se estender para uma depressão do substrato ou cavidade subsuperficial. A suspensão de subsuperfície das estruturas tridimensionais sensíveis à tensão pode reduzir a suscetibilidade a tensões externas, tais como aquelas aplicadas ao dispositivo de embalagem, processamento e manuseio, e pode permitir liberdade na seleção de métodos de fixação de matriz, o que pode reduzir a complexidade da embalagem. Conforme descrito adicionalmente neste documento, as estruturas tridimensionais sensíveis à tensão podem ser adequadas para a fabricação de, por exemplo, sensores de pressão piezoresistivos, sensores de pressão de capacitância e dispositivos de Função Fisicamente Não Clonável (PUF). Dependendo da configuração e do empacotamento do dispositivo, os dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão da presente divulgação podem ser usados para medir pressão absoluta, calibre ou diferencial.
[0023] Conforme descrito adicionalmente neste documento, a fabricação dos dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão divulgados pode empregar técnicas de processamento planar conhecidas nas indústrias de circuito integrado (IC) e MEMS, permitindo a fabricação simples e barata. Os dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão descritos podem ser formados simultaneamente com ou após o processamento regular e necessário de um dispositivo IC ou MEMS.
[0024] Será entendido por um versado na técnica que os dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão divulgados podem ser projetados com diferentes faixas de operação. Além disso, a presente divulgação contempla variações nos parâmetros de projeto incluindo, mas não se limitando a, profundidade de depressão do substrato, área e métodos de formação de depressões do substrato ou cavidades de subsuperfície; seleção de materiais estruturais, incluindo materiais piezoresistivos ou outros sensíveis à tensão, características de dopagem, materiais dielétricos, materiais condutores e semelhantes; seleção de material(is) isolante(s); seção de material(is) de proteção(is); seleção de outros materiais, incluindo, mas não se limitando a, vedações e materiais de embalagem; e dimensões do material incluindo, mas não se limitando a, espessuras, comprimentos, áreas e distâncias de separação.
[0025] Conforme divulgado neste documento, os dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão, cavidade de pressão ou cavidades nas quais eles são formados e lacunas ou espaço intersticial formado entre os mesmos podem ter qualquer número de formas ou geometrias tridimensionais. Além disso, qualquer número de dispositivos ou estruturas tridimensionais sensíveis à tensão pode ser formado em um único substrato em uma variedade de arranjos vantajosos. Em algumas modalidades, uma matriz de dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão pode ser usada para amplificar ainda mais um sinal de saída. Matrizes de dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão podem ser dispostas em múltiplas cavidades. Cada cavidade pode incluir uma ou mais portas, que podem ser abertas para uma pressão externa ou podem ser vedadas para manter uma pressão definida.
[0026] A FIG. 1 é uma seção transversal de uma vista isométrica de um dispositivo sensível à tensão com uma estrutura tridimensional deformável. A FIG. 2 é uma vista superior do dispositivo sensível à tensão da FIG. 1. A FIG. 1 mostra o dispositivo sensível à tensão 10, o substrato 12 e a estrutura tridimensional deformável 14. O substrato 12 inclui superfícies superior e inferior dispostas de forma oposta 16 e 18, cavidade 20 definida por paredes de cavidade 22A-22E e porta 24. A estrutura tridimensional deformável 14 inclui almofada de entrada 26, almofada de saída 28, porção plana 30 e porção tridimensional 32 definida por paredes deformáveis 34A- 34E e bordas deformáveis 36A-36L. A porção tridimensional 32 é separada das paredes da cavidade 22 pelo espaço intersticial 38. A porção plana 30 pode ser disposta em uma camada isolante 39. Conforme descrito adicionalmente neste documento, em algumas modalidades, a camada isolante 39 também pode revestir as paredes da cavidade 22A-22E. A FIG. 1 mostra adicionalmente pressões externas P1 e P2 aplicadas à estrutura tridimensional deformável 14. A FIG. 2 mostra substrato 12, estrutura tridimensional deformável 14, cavidade 20, porta 24, bordas 36A-36D, almofada de entrada 26 e almofada de saída 28.
[0027] O dispositivo sensível à tensão 10 pode ser um medidor ou sensor de pressão diferencial usado para medir a pressão P1 com referência à pressão atmosférica P2, ou uma diferença entre as pressões externas variáveis P1 e P2. Em modalidades alternativas, P1 pode ser pressão atmosférica e P2 pode ser uma pressão variável externa. Tanto uma cavidade definida por paredes deformáveis 34 e aberta para a superfície do substrato 16 quanto o espaço intersticial 38 são submetidos a pressões variáveis e/ou atmosféricas exercidas por P1 e P2, o que pode causar paredes deformáveis 34A-34D e bordas deformáveis 36A-36L para flexionar ou deformar (pressão) em resposta. A estrutura tridimensional deformável 14 pode ser formada de um material com uma característica elétrica responsiva à deformação ou pressão. Uma polarização pode ser aplicada através de almofadas de entrada e saída elétricas 26, 28 e a estrutura resultante pode ser usada para medir uma mudança na resistência devido à deformação da estrutura tridimensional deformável.
[0028] O substrato 12 pode ser uma pastilha de silício (por exemplo, silício de cristal único), como conhecido na técnica, ou outro material semicondutor ou não semicondutor conhecido, incluindo mas não limitado a Pyrex, óxido, vidro, safira e semicondutores III-V. O substrato 12 pode ser de qualquer espessura conhecida. O substrato 12 tem superfícies superior e inferior dispostas de forma oposta 16 e 18 sobre as quais um ou mais dispositivos IC ou MEMS ou substratos adicionais podem ser fornecidos. A cavidade 20 é definida no substrato 12 e está aberta para a superfície 16. A cavidade 20 pode estender uma profundidade parcial do substrato 12 (por exemplo, depressão na superfície superior do substrato 16). Como ilustrado na FIG. 1, a cavidade 12 pode ter uma forma cúbica aberta definida por quatro paredes laterais 22A, 22B, 22C (22D não mostradas) e uma parede inferior 22E. As paredes de cavidade 22A-22E podem ser planas. As paredes de cavidade 22A-22E podem ser formadas por gravação como descrito mais adiante neste documento. Uma profundidade da cavidade 20 pode variar dependendo de uma espessura do substrato 12. Em algumas modalidades, a cavidade 20 pode ter uma profundidade que varia de frações de um mícron a quase uma espessura do substrato 12 (por exemplo, pastilha de silício de até ^ de polegada de espessura).
[0029] A camada isolante 39 pode ser disposta em uma ou ambas as superfícies de substrato 16 e 18. A camada isolante 39 pode ser uma película eletricamente isolante ou uma combinação de películas isolantes como conhecido na técnica. Por exemplo, a(s) camada(s) isolante(s) 39 pode(m) ser um óxido de silício ou nitreto de silício. Em algumas modalidades, a camada isolante 39 pode revestir as paredes da cavidade 22A-22E.
[0030] Para sensores de pressão capacitivos, as paredes de cavidade 22A-22E podem ser adicional ou alternativamente dopadas ou revestidas com um material condutor (não mostrado) como descrito adicionalmente neste documento para formar uma segunda placa de um capacitor.
[0031] A porta 24 pode se estender da superfície do substrato inferior 18 através de uma espessura parcial do substrato 12 para a cavidade 20 e, mais especificamente, para o espaço intersticial 38. Como ilustrado na FIG. 2, a porta 24 pode ser localizada centralmente na parede inferior 22E da cavidade 20. A porta 24 pode ter uma área de seção transversal menor que uma área de seção transversal da cavidade 20. Geralmente, a área de seção transversal da porta 24 pode ser dimensionada conforme necessário para remover uma camada de material de proteção e aplicar pressão externa P2. Em outras modalidades, uma ou mais portas 24 podem ser formadas no substrato 12 e abertas para a cavidade 20 e o espaço intersticial 38 e podem ser fornecidas em qualquer configuração ou arranjo. Conforme descrito adicionalmente neste documento, uma ou mais portas 24 podem ser formadas por meio de gravação e podem ser formadas a partir da superfície superior 16 ou da superfície inferior 18. Conforme discutido mais adiante neste documento, a porta 24 pode ser formada no processo de fabricação para fornecer acesso a uma camada de proteção disposta entre a estrutura tridimensional deformável 14 e as paredes da cavidade 22A-22E. A porta 24 pode ter qualquer forma conhecida limitada apenas por técnicas de fabricação. Conforme ilustrado nas FIGs. 1 e 2, a porta 24 tem uma forma substancialmente cilíndrica.
[0032] A estrutura tridimensional deformável 14 pode ser um material piezoresistivo, tal como polissilício intrínseco ou dopado, como conhecido na técnica. O material piezoresistivo pode ser dopado in situ durante sua deposição ou via dopagem de implante ou qualquer outro método de dopagem conhecido para otimizar a resistividade e/ou as propriedades físicas do material (isto é, mudar a tensão na estrutura de compressiva para neutra para tensão dependendo das condições de processamento). O material piezoresistivo pode ser dopado com quaisquer dopantes conhecidos, incluindo, mas não se limitando a, boro e fósforo para polissilício. Outros materiais piezorresistivos e dopantes conhecidos são contemplados e se enquadram no escopo da presente divulgação.
[0033] Conforme descrito adicionalmente neste documento, em algumas modalidades, a estrutura tridimensional deformável 14 pode ser um material condutor disposto para formar uma primeira placa de um capacitor. As paredes de cavidade 22A-22E podem ser revestidas com um material condutor para formar uma segunda placa do capacitor. O espaço intersticial 38 entre as paredes da cavidade 22A-22E e a estrutura tridimensional deformável 14 pode funcionar como uma camada isolante entre a primeira e a segunda placas.
[0034] A estrutura tridimensional deformável 14 inclui uma porção bidimensional plana 30 e uma porção tridimensional 32. A porção plana 30 está disposta em toda a superfície superior do substrato 16. A porção plana 30 pode ser disposta na camada isolante 39 disposta na superfície do substrato 16 de modo que a porção plana 30 não esteja em contato direto com o substrato 12. A porção plana 30 pode se estender para cobrir a superfície do substrato 16 totalmente circundando a cavidade 20. Como mais bem ilustrado na FIG. 2, a porção plana 30 pode ter uma forma retangular centrada em torno da cavidade 20. A porção plana 30 pode se estender ao longo das bordas da cavidade 20 definida pelas paredes da cavidade 22A-22D, de modo que uma porção da porção plana 30 saliente a cavidade 20. Em modalidades alternativas, a porção plana 30 pode se estender para saltar apenas uma porção da cavidade 20. Por exemplo, as tiras da porção plana 30 podem se estender em ambos os lados da cavidade 20, pendendo sobre as paredes da cavidade dispostas de forma oposta 22A e 22C ou 22B e 22D.
[0035] A almofada de entrada 26 e a almofada de saída 28 podem ser dispostas na porção plana 30 em lados opostos da cavidade 20. Desta maneira, o dispositivo sensível à tensão 10 fornece dois resistores paralelos - um caminho de resistência entre a almofada de entrada 26 e a almofada de saída 28 que se estende efetivamente em torno da cavidade 20 através da porção plana 30 e um caminho de resistência entre a almofada de entrada 26 e a almofada de saída 28 que se estende através da cavidade 20 através da porção plana 30 e da porção tridimensional 32. Uma pressão externa P1/P2 fazendo com que a estrutura tridimensional deformável 14 flexione ou deforme em qualquer direção causará uma mudança mensurável na resistência. A resistência entre a almofada de entrada 26 e a almofada de saída 28 através da parte superior do substrato 12 (porção plana 30 sozinha) não mudará, mas a resistência como um todo mudará de valor devido à deflexão da porção tridimensional 32 na cavidade 20 e nas bordas 36A-36D que unem a porção plana 30.
[0036] A porção tridimensional 32 pode ter uma forma cúbica, como ilustrado na FIG. 1, correspondendo a uma forma da cavidade 20. A porção tridimensional 32 é definida por quatro paredes laterais deformáveis 34A, 34B, 34C e 34D (não mostradas) e parede inferior 34E. As paredes deformáveis adjacentes 34A-34E são conectadas por bordas laterais deformáveis 36I-36L. As paredes laterais deformáveis 34A-34D são adicionalmente conectadas à porção plana 30 através de bordas deformáveis 36A-36D e à parede inferior deformável 34E por bordas deformáveis 36E- 36H. A porção tridimensional 32 forma uma cavidade de volume variável aberta para a superfície do substrato 16. Cada uma das paredes deformáveis 34A-34E e bordas deformáveis 36A-36L pode flexionar ou deformar quando uma pressão externa é aplicada via P1 e/ou P2, o que pode mudar a forma da porção tridimensional 32 e cavidades definidas por meio disso (isto é, cavidade de volume variável aberta para a superfície do substrato 16 e espaço intersticial 38). Por exemplo, uma pressão maior P1 pode fazer com que as paredes deformáveis 34A-34E e/ou bordas deformáveis 36A-36L se inclinem para fora em direção às paredes da cavidade 22A-22E, reduzindo assim uma área de espaço intersticial 38 e expansão de volume da cavidade definida pelas paredes deformáveis 34A-34E e aberta para a superfície do substrato 16. Alternativamente, uma pressão maior P2 pode causar uma contração de volume da porção tridimensional 32 ou curvatura para dentro das paredes deformáveis 34A-34E e/ou bordas deformáveis 36A-36L. A deformação da estrutura tridimensional deformável 14 causada pela aplicação de uma pressão externa faz com que o material piezoresistivo altere a resistência em proporção à pressão aplicada. Na estrutura cúbica da FIG. 1, todas as 12 bordas 36A-36L e todas as cinco paredes deformáveis 34A-34E podem flexionar e contribuir para a saída do dispositivo sensível à tensão 10, o que é uma melhoria significativa em relação ao estado da técnica. A capacidade de expansão e contração de volume da presente divulgação é uma característica distintiva adicional sobre a deformação plana da técnica anterior e, além da deformação de múltiplas paredes 34A-34E e bordas 36A-36L, pode fornecer significativamente mais deformação no dispositivo do que um dispositivo convencional, resultando em um sinal maior para qualquer dada pressão aplicada. Para sensores de capacitância, a capacitância entre a porção tridimensional 32 e as paredes da cavidade 22A-22E muda. Quando a pressão externa P2 é maior que a pressão externa P1, a porção tridimensional 32 se contrai, aumentando uma lacuna capacitiva (dimensão de distância do espaço intersticial 38 entre as porções tridimensionais 32 e as paredes da cavidade 22A-22E) e a capacitância é diminuída. Por outro lado, quando a pressão externa P2 é menor que a pressão externa P1, a porção tridimensional 32 se expande, diminuindo a folga capacitiva e, assim, aumentando a capacitância. Tanto a pressão positiva quanto a negativa podem ser medidas em relação a um estado padrão definido e tanto a magnitude da pressão quanto o sinal da pressão podem ser conhecidos.
[0037] Como discutido mais adiante neste documento, a porção tridimensional 32 não está limitada à forma cúbica da FIG. 1. Múltiplas formas geométricas, incluindo caixa retangular, hemisfério, piramidal, piramidal truncada, cilíndrica e semelhantes, podem fornecer múltiplas bordas e paredes propensas a deformação e/ou fornecer expansão e contração de volume para aumentar a tensão no dispositivo em relação aos dispositivos planos convencionais. As bordas são áreas de maior deformação ou pressão e funcionam como “concentradores de pressão”. Pode ser compreendido que mais bordas multiplicam a pressão. A pressão também pode ser aumentada pela expansão ou contração do volume. Por exemplo, a pressão em uma estrutura tridimensional deformável com uma forma hemisférica será predominantemente na forma de expansão e contração de volume à medida que a porção hemisférica da estrutura se expande ou se contrai em todas as direções (por exemplo, como um balão) dependendo da pressão externa aplicada. Nem todos os projetos de forma geométrica são ilustrados na presente divulgação, mas podem ser fabricados usando os métodos divulgados neste documento e podem oferecer vantagens dependendo do tipo de dispositivo sensível à tensão e da área de superfície do substrato disponível e do volume de subsuperfície. Por exemplo, uma estrutura tridimensional deformável piramidal ou truncada piramidal com uma abertura para a superfície do substrato a partir da extremidade do ápice da estrutura pode reduzir a pegada do dispositivo na superfície do substrato. As configurações de projeto podem aproveitar a capacidade de todas e quaisquer bordas e lados se deformarem em qualquer estrutura tridimensional geométrica quando uma pressão externa é aplicada.
[0038] A razão de aspecto da superfície para as áreas de subsuperfície é um parâmetro de projeto importante, assim como a área de superfície do dispositivo no substrato. Por exemplo, uma porção truncada tridimensional piramidal tem uma área deformável bastante grande e uma área de superfície de substrato significativamente menor e fornecerá um sinal aumentado sobre um dispositivo bidimensional convencional cobrindo a mesma área de superfície. Da mesma forma, a resposta de uma estrutura tridimensional deformável com uma forma de prisma retangular pode ser aumentada aumentando a razão de aspecto do prisma retangular (isto é, estendendo a porção tridimensional mais profundamente no substrato e reduzindo a área na superfície). Além disso, como discutido em relação à FIG. 9, as bordas adicionais fornecidas por estruturas tridimensionais aumentam o número de vezes que um resistor de serpentina pode atravessar uma borda, o que também aumenta o sinal.
[0039] A porção tridimensional 32 é separada das paredes da cavidade 22A-22E pelo espaço intersticial 38 (ou seja, lacuna). Uma distância entre as paredes da cavidade 22A-22E e a porção tridimensional 32 pode tipicamente variar de aproximadamente várias centenas de Angstroms a vários milhares de mícrons.
[0040] Uma altura da porção tridimensional 32 pode variar dependendo da espessura do substrato 12 e da profundidade da cavidade 20. A altura da porção tridimensional 32 geralmente não é limitada por restrições de fabricação e permite um sinal melhorado quando comparado aos dispositivos planos da técnica anterior.
[0041] A FIG. 3. é uma vista em corte transversal de uma modalidade alternativa do dispositivo sensível à tensão da FIG. 1 tendo um espaço intersticial entre a estrutura tridimensional deformável e uma cavidade em um substrato que é vedado. A FIG. 3 mostra o dispositivo sensível à tensão 40. O dispositivo sensível à tensão 40 é substancialmente semelhante ao dispositivo sensível à tensão 10, incluindo substrato 12 e estrutura tridimensional deformável 14. Em contraste com o dispositivo sensível à tensão 10, o dispositivo sensível à tensão 40 inclui um segundo substrato 42, que veda a porta 24 e o espaço intersticial 38. Com a porta 24 vedada à pressão externa, o dispositivo sensível à tensão 40 pode funcionar como um sensor de pressão absoluta. Como tal, o dispositivo sensível à tensão 40 apenas mede a pressão externa aplicada P1.
[0042] O substrato 42 pode ser o mesmo material (por exemplo, pastilha de silício) que o substrato 12 e pode ter a mesma espessura que o substrato 12. Será entendido que todas as figuras são fornecidas apenas para fins ilustrativos e não são desenhadas em escala. O substrato 42 pode vedar hermeticamente uma pressão no espaço intersticial 38, permitindo assim que o dispositivo sensível à tensão 40 funcione como um sensor de pressão absoluta para medir uma pressão externa aplicada P1. O substrato 42 pode ser ligado diretamente à superfície 18 do substrato 12 por métodos conhecidos na técnica.
[0043] A FIG. 4 é uma vista em corte transversal de uma modalidade alternativa do dispositivo sensível à tensão da FIG. 3 com um espaço intersticial vedado 38. A FIG. 4 mostra o dispositivo sensível à tensão 44. O dispositivo sensível à tensão 44 inclui substratos 12 e 42 e estrutura tridimensional deformável 14. O dispositivo sensível à tensão 44 também funciona como um sensor de pressão absoluta para medir uma pressão externa aplicada P1. Em contraste com o dispositivo sensível à tensão 40, o substrato 42 do dispositivo sensível à tensão 44 não está diretamente ligado ao substrato 12, mas em vez disso ligado ao redor da porta 24 através da frita de vidro 46 ou outro agente de ligação capaz de formar uma vedação hermética. A frita de vidro 46 pode ser disposta em torno de um perímetro da superfície inferior 18 do substrato 12, de modo que as bordas dos substratos 12 e 42 sejam vedadas. O agente de ligação e o método de ligação para ambos os dispositivos sensíveis à tensão 40 e 44 podem ser selecionados com base no material ou materiais de substrato. Em algumas modalidades, os substratos 12 e 42 podem ser formados por diferentes materiais.
[0044] Em modalidades alternativas, a porta 24 pode permanecer aberta à pressão externa P2 e uma tampa ou cobertura (ver FIG. 7 e discussão relacionada) pode ser formada para encerrar a superfície do substrato 16 e vedar hermeticamente uma pressão entre a tampa e a estrutura tridimensional deformável 14. A pressão externa P2 aplicada ao espaço intersticial 38 pode causar expansão de volume ou contração da cavidade de volume variável formada por paredes deformáveis 34A-34E.
[0045] A FIG. 5 é uma seção transversal de uma vista isométrica de outra modalidade alternativa de um dispositivo sensível à tensão com uma estrutura tridimensional deformável e espaço intersticial vedado. O dispositivo sensível à tensão 48 é substancialmente semelhante aos dispositivos sensíveis à tensão 40 e 44. Como ilustrado, o dispositivo sensível à tensão 48 pode funcionar como um sensor de pressão absoluta para medir uma pressão externa aplicada P1. A FIG. 5 mostra o dispositivo sensível à tensão 48; substrato 50, tendo superfícies superior e inferior dispostas de forma oposta 52 e 54, cavidade 56 definida pelas paredes 58A-58E (58D não mostradas) e porta 60, incluindo porção de vala 62; estrutura tridimensional deformável 14 como descrito em relação às FIGS. 1-4; espaço intersticial 64; e vedação 66. Em contraste com os dispositivos sensíveis à tensão 40 e 44, o espaço intersticial 64 do dispositivo sensível à tensão 48 é vedado na superfície superior 52 do substrato 50 adjacente à porção plana 30 da estrutura tridimensional deformável 14.
[0046] A cavidade 56 é substancialmente semelhante à cavidade 20 dos dispositivos sensíveis à tensão 10, 40 e 44, com a exceção de que a parede inferior 58E é sólida (isto é, não está aberta para a porta 24). Em contraste, a porta 60 do dispositivo sensível à tensão 48 se abre para uma parede lateral da cavidade 56, por exemplo, parede lateral 56B.
[0047] A porta 60 é definida pela porção de vala 62, formada na superfície superior 52 do substrato 50 e se estendendo até a cavidade 56. Como a porta 24, a porta 60, incluindo a porção de vala 62, fornece acesso a uma camada de proteção formada entre as paredes da cavidade 58A-58E e a estrutura tridimensional deformável 14, que é removida para formar o espaço intersticial 64. A porta 24 pode ser formada por técnicas de gravação conhecidas. A porta 60 pode ter qualquer forma conhecida limitada apenas por técnicas de fabricação. Geralmente, uma área de seção transversal da porta 60 pode ser limitada àquela necessária para a remoção de uma camada de proteção.
[0048] A porta 60 pode ser vedada na superfície do substrato 52 com vedação 66. A vedação 66 pode ser formada de qualquer material conhecido capaz de ser ligado ao substrato 50 e formar uma vedação hermética do espaço intersticial 64. Por exemplo, a vedação 66 pode incluir frita de vidro ou películas depositadas compreendendo óxido, nitreto ou polissilício. A vedação 66 pode ser disposta na superfície do substrato 52, conforme ilustrado na FIG. 5, para cobrir uma abertura da porção de vala 62. Em algumas modalidades, um material de vedação pode preencher toda ou uma porção da porção de vala 62. Em algumas modalidades, a porta 60 pode ser deixada aberta, permitindo a vedação com uma tampa superior ou durante o empacotamento, como ilustrado, por exemplo, na FIG. 7.
[0049] O espaço intersticial 64 é substancialmente o mesmo que o espaço intersticial 38 dos dispositivos sensíveis à tensão 40 e 44, com a exceção de que o espaço intersticial 64 é vedado em um local diferente na cavidade 56 (por exemplo, parede da cavidade 58B). O espaço intersticial 64 pode ser vedado a uma pressão conhecida.
[0050] A FIG. 6 é uma vista em corte transversal de um dispositivo sensível à tensão com uma matriz de estruturas deformáveis tridimensionais. A FIG. 6 mostra o dispositivo sensível à tensão 68, o substrato 70 e a estrutura tridimensional deformável 72. O substrato 70 inclui superfícies superior e inferior dispostas de forma oposta 76 e 78, cavidades 80 definidas por paredes de cavidade 82A-82E e portas 84. A estrutura tridimensional deformável 72 inclui almofada de entrada 86, almofada de saída 88, porção plana 90 e porções tridimensionais 92 definidas por paredes deformáveis 94A-94E e bordas deformáveis 96A-96L. Espaços intersticiais 98 são formados entre porções tridimensionais 92 e paredes de cavidade 82A-82E. O dispositivo sensível à tensão 68 é substancialmente semelhante ao dispositivo sensível à tensão 10, conforme descrito em relação às FIGS. 1 e 2 fornecidos como uma matriz para aumentar um sinal de saída do dispositivo. Como ilustrado, o dispositivo sensível à tensão 68 pode funcionar como um medidor ou sensor de pressão diferencial com pressões externas P1 e P2 aplicadas a ambos os lados da estrutura tridimensional deformável 72.
[0051] O substrato 70 é substancialmente semelhante ao substrato 12 do dispositivo sensível à tensão 10, conforme descrito em relação às FIGS. 1 e 2, com a exceção de que o substrato 70 tem três cavidades 80 dispostas em um arranjo linear. Cada cavidade 80 é configurada para receber uma porção tridimensional 92 da estrutura tridimensional deformável 72.
[0052] As portas 84 e os espaços intersticiais 98 podem ser substancialmente os mesmos que a porta 24 e o espaço intersticial 38 do dispositivo sensível à tensão 10, conforme descrito em relação às FIGS. 1 e 2. Em modalidades alternativas, as portas 84 podem ser cobertas para formar uma vedação hermética de espaços intersticiais 98 como dispositivos sensíveis à tensão 40 e 44, conforme descrito em relação às FIGS. 3 e 4, para formar um sensor de pressão absoluta capaz de produzir um sinal de saída aumentado.
[0053] A estrutura tridimensional deformável 72 pode ser substancialmente semelhante à estrutura tridimensional deformável 14 dos dispositivos sensíveis à tensão 10, 40 e 44, com a exceção de que a estrutura tridimensional deformável 72 inclui múltiplas porções tridimensionais 92 dispostas em um arranjo linear separando as almofadas de entrada e saída 86 e 88. A porção plana 90 é posicionada substancialmente da mesma maneira que a porção plana 30 na estrutura tridimensional deformável 14, totalmente circundando e conectada a cada porção tridimensional 92 e cobrindo as cavidades 80. Em modalidades alternativas, a porção plana 30 pode incluir tiras que se estendem apenas entre cavidades adjacentes e em ambos os lados das cavidades de extremidade, de modo que a porção plana 30 não cubra todo o perímetro das cavidades 80.
[0054] As pressões externas P1 e P2 podem ser aplicadas a lados opostos da estrutura tridimensional deformável 72. A pressão externa P2 pode ser aplicada aos espaços intersticiais 98 através das portas 84. A pressão externa P1 pode ser aplicada à porção plana 30 e às porções tridimensionais 92, conforme descrito em relação ao dispositivo sensível à tensão 10. Especificamente, a pressão P1 pode ser aplicada à cavidade de volume variável definida pelas paredes deformáveis 94A-94E e aberta à superfície do substrato 76. Para um sensor de pressão piezoresistivo, uma polarização aplicada através da almofada de entrada 86 e da almofada de saída 88 pode ser usada para medir uma mudança na resistência do material piezoresistivo da estrutura tridimensional deformável 72 com a aplicação de pressões externas P1 e P2, conforme descrito em relação ao dispositivo sensível à tensão 10. Em modalidades alternativas, o dispositivo sensível à tensão 68 pode ser um sensor de pressão capacitivo no qual uma mudança na capacitância elétrica é medida entre a estrutura tridimensional deformável 72 formada por um material condutor e um material condutor disposto nas paredes da cavidade ou paredes da cavidade 82A-82E como descrito anteriormente.
[0055] O dispositivo sensível à tensão 68 pode ter qualquer número de porções tridimensionais 98 dispostas em arranjos variados e não está limitado à modalidade mostrada na FIG. 5. Em algumas modalidades, as porções tridimensionais 98 podem diferir em forma e/ou volume (por exemplo, cúbico, hemisférico, piramidal truncado e semelhantes) para fornecer diferentes tipos de deformação (por exemplo, expansão/contração de volume vs. flexão de bordas e paredes laterais). As múltiplas porções tridimensionais 98 no dispositivo sensível à tensão 68 aumentam o número de bordas/paredes laterais deformáveis, etc. em um único resistor e formadas sobre um único substrato. O uso de múltiplas porções tridimensionais 98 pode amplificar o sinal de saída conforme necessário para algumas aplicações.
[0056] Será entendido por um versado na técnica que variações em materiais, formas, tamanhos e arranjos de porções tridimensionais, profundidades de cavidades de substrato, locais de portas para aplicação de pressão externa, mecanismos para portas de vedação e tamanhos de espaço intersticial (distância entre porção tridimensional e paredes de cavidade) se enquadram no escopo da presente divulgação. Configurações variáveis do substrato e estrutura tridimensional deformável podem ser usadas para fabricar sensores de pressão resistivos ou capacitivos capazes de medir pressão absoluta, calibre ou diferencial.
[0057] A FIG. 7 é uma vista em corte transversal de um dispositivo sensível à tensão configurado para funcionar como um dispositivo de Função Fisicamente Não Clonável (PUF). A FIG. 8 é uma vista superior do dispositivo sensível à tensão da FIG. 7. A FIG. 7 representa uma seção transversal ao longo da linha de seção 7—7, mostrada na FIG. 8. As FIGS. 7 e 8 são descritos em conjunto.
[0058] Os PUFs são comumente implementados em ICs para aplicativos que exigem alta segurança e, especificamente, criptografia. Os PUFs são objetos físicos que normalmente exploram variações únicas de ocorrência natural na fabricação de semicondutores. Para uma determinada entrada ou conjunto de condições, um PUF pode fornecer uma impressão digital ou saída que serve como um identificador exclusivo. Conforme descrito neste documento, um PUF pode ser usado como um identificador exclusivo para um sensor particular ou IC ou semelhante, pois não há dois PUFs ou conjuntos ou matrizes de PUFs idênticos. Qualquer um dos dispositivos sensíveis à tensão divulgados neste documento pode ser configurado para funcionar como um PUF, incluindo vedando cada lado da estrutura tridimensional deformável a uma pressão conhecida. Uma mudança na pressão em ambos os lados da estrutura tridimensional deformável causada por danos ao dispositivo sensível à tensão (isto é, vedações) pode alterar um sinal de saída do dispositivo, indicando que o dispositivo foi adulterado. Em algumas modalidades, a estrutura de PUF pode ser colocada em série elétrica com uma fonte de alimentação para o circuito elétrico, de modo que, se uma estrutura de PUF for pressionada, danificada ou quebrada, a estrutura de PUF pode funcionar como um fusível e efetivamente desarmar o microchip, tornando-o inútil. Os PUFs feitos com os processos e materiais (por exemplo, polissilício ou silício de cristal único) descritos neste documento geralmente não são propensos a quebra, o que permite uma assinatura única e imutável para cada aplicação. Em contraste, os PUFs do estado da técnica feitos com um traço elétrico de metal formado sobre a porção deformável da estrutura de PUF ou interconexões elétricas podem ser propensos a quebra devido ao endurecimento por tensão do metal se o metal estiver sujeito a deformação contínua. Embora existam variações naturais na fabricação de semicondutores, diminuindo a uniformidade da bolacha nas películas envolvidas na construção do PUF, as estruturas individuais de PUF e matrizes de PUF podem ser fabricadas para nunca ter os mesmos valores por projeto. As estruturas de PUF podem ser submetidas a diferentes pressões e ter desempenho elétrico não uniforme, mas repetitível.
[0059] A FIG. 7 mostra o dispositivo sensível à tensão 100. O dispositivo sensível à tensão 100 é substancialmente o mesmo que os dispositivos sensíveis à tensão 10 e 40, conforme descrito em relação às FIGS. 1-3, mas com pressões vedadas em ambos os lados da estrutura tridimensional deformável 14, ilustrada como P3 e P4. O dispositivo sensível à tensão 100 inclui adicionalmente tampa ou cobertura 102 disposta adjacente à superfície superior do substrato 16 para vedar hermeticamente uma pressão P3 entre a cobertura 102 e a estrutura tridimensional deformável 14. A FIG. 8 mostra o substrato 12, a estrutura tridimensional deformável 14 (mostrada no simulador) e a cobertura 102. Conforme ilustrado na FIG. 7, o substrato 42 disposto na superfície do substrato 18 veda hermeticamente uma pressão P4 no espaço intersticial 38. Como descrito anteriormente em relação aos dispositivos sensíveis a tensão 44 e 48, outros mecanismos de vedação podem ser usados para vedar o espaço intersticial 38. Além disso, o posicionamento da porta 24 ou número de portas 24 pode ser variado como discutido anteriormente. A porta 24 no dispositivo sensível à tensão 100 é usada exclusivamente para acessar e remover um material de proteção disposto entre a porção tridimensional 32 e as paredes da cavidade 22A-22E para formar o espaço intersticial 38 e, possivelmente, aplicar um vácuo ou pressão externa para definir uma pressão desejada P4 no espaço intersticial 38 antes de vedar o espaço intersticial 38.
[0060] A cobertura 102 pode ser ligada direta ou indiretamente à superfície do substrato 16 para formar uma vedação hermética em torno do membro deformável tridimensional 14 e entre a cobertura 102 e o membro tridimensional deformável 14. A cobertura 102 pode ser formada de qualquer material e ter qualquer configuração, tamanho, forma adequada para formar uma vedação hermética. As FIGS. 7 e 8 fornecem um exemplo simplificado de um arranjo de cobertura. Qualquer disposição de cobertura e vedação conhecida na técnica pode ser fornecida e pode ser usada para embalar ou encerrar vários dispositivos na superfície do substrato 16.
[0061] As pressões P3 e P4 podem ser iguais ou diferentes. A quebra de qualquer vedação no espaço intersticial 38 ou entre a cobertura 102 e a estrutura tridimensional deformável 14 mudará as pressões P3 e P4 e resultará em uma mudança na resistência (ou capacitância) da estrutura tridimensional deformável 14 e do sinal de saída, que pode ser usado para determinar se o dispositivo foi adulterado ou para desativar uma função do microchip.
[0062] A FIG. 9 é uma seção transversal de uma vista isométrica de ainda outra modalidade de uma porção de sensor de um dispositivo sensível à tensão tendo múltiplas estruturas deformáveis tridimensionais dispostas em uma membrana deformável. A FIG. 9 mostra a porção de sensor 104 da camada deformável 106, estruturas deformáveis tridimensionais 108, almofada de entrada 109 e almofada de saída 110. A porção de sensor 104 pode substituir a estrutura tridimensional deformável em qualquer um dos dispositivos sensíveis à tensão divulgados anteriormente por estruturas deformáveis tridimensionais 108 formadas por um material com uma característica elétrica responsiva à deformação ou deformação, que pode ser medida conforme descrito em relação às modalidades divulgadas anteriormente. Cada uma das estruturas deformáveis tridimensionais 108 pode representar, por exemplo, resistores separados, que podem ser conectados eletricamente em série ou em paralelo e a almofadas de entrada e saída elétricas, como conhecido na técnica.
[0063] A camada deformável 106 pode ser uma membrana de película fina formada de um material isolante, tal como nitreto de silício ou óxido de silício, ou outro material capaz de defletir com uma pressão externa aplicada. A camada deformável 106 pode ter qualquer forma tridimensional conforme divulgado anteriormente, correspondendo a uma forma de uma cavidade de substrato na qual a porção de sensor 104 está disposta. A camada deformável 106 tem porção plana 111 e porção tridimensional 112, semelhante à porção plana 30 e porção tridimensional 32 da estrutura tridimensional deformável 14. A porção plana 111 pode ser disposta em uma superfície de substrato em um dispositivo sensível à tensão. A porção tridimensional 112 pode ser disposta em uma cavidade de substrato. A camada deformável 106 pode ser separada das paredes da cavidade do substrato por um espaço intersticial como descrito anteriormente em relação a outras modalidades divulgadas neste documento, permitindo a deflexão da camada deformável 106 em direção e/ou longe das paredes da cavidade do substrato.
[0064] Estruturas tridimensionais deformáveis 108 podem ser formadas de um material piezorresistivo, tal como polissilício e podem ser dispostas diretamente na camada deformável 106. Semelhante à estrutura tridimensional deformável 14, as estruturas deformáveis tridimensionais 108 podem incluir porções planas 114 dispostas através de uma superfície de substrato e porções tridimensionais 116, que se estendem para uma cavidade de substrato. Qualquer número de estruturas tridimensionais 108 pode ser fornecido na camada deformável 106 e pode ser disposto em qualquer arranjo para otimizar um sinal de saída. Geralmente, as estruturas tridimensionais 108 podem ser dispostas em superfícies da camada deformável 106 que experimentam a maior deformação ou deformação com uma pressão externa aplicada para aumentar vantajosamente um sinal de saída do dispositivo sensível à tensão. Por exemplo, como ilustrado na FIG. 9, a porção tridimensional 112 tem uma forma geométrica de prisma cúbico ou retangular com paredes laterais 118A-118D e parede inferior 118E e bordas 120A-120L. Cada estrutura tridimensional deformável 108 pode ser disposta através de uma região central de uma borda 120A-120D conectando a porção plana 110 à porção tridimensional 112, através de uma região central das paredes laterais 118A-118D e através da região central de uma borda 120E-120H conectando as paredes laterais 118A-118D à parede inferior 118E, pois as regiões centrais dessas bordas e paredes experimentarão a maior deformação ou pressão.
[0065] Como ilustrado na FIG. 9, as estruturas tridimensionais deformáveis 108 se estendem parcialmente através da parede inferior 118E e permanecem separadas umas das outras (isto é, não se sobrepõem). Estruturas tridimensionais deformáveis 108 podem ter uma geometria em forma de U com uma porção inferior da forma de U disposta na parede inferior 118E. Em modalidades alternativas, as estruturas tridimensionais podem ter formas de serpentina com múltiplas convoluções dispostas através de uma única borda superior (por exemplo, 120A) e borda inferior única (por exemplo, 120E) da camada deformável 106 ou podem ser dispostas em uma forma espiral que se estende através das bordas 120I-120L. Em outras modalidades, uma ou mais estruturas tridimensionais deformáveis podem ser padronizadas para atravessar a camada deformável 106 estendendo-se por uma parede lateral, através da parede inferior 118E e até a parede lateral oposta. Por exemplo, em algumas modalidades, uma única estrutura tridimensional deformável 108 pode ser disposta na camada deformável 106 com extremidades dispostas de forma oposta na porção plana 110 para conectar às almofadas de entrada e saída. Em outras modalidades, uma única estrutura tridimensional deformável pode ser padronizada para atravessar totalmente uma ou mais bordas. A forma e o arranjo de uma ou mais estruturas tridimensionais deformáveis 108 são limitados apenas pelas técnicas de fabricação disponíveis (por exemplo, restrições de mascaramento e deposição). Cada estrutura tridimensional deformável 108 pode ser projetada para se estender através de múltiplas bordas 120A-120L e múltiplas paredes 118A-118E e qualquer número de estruturas deformáveis tridimensionais 108, incluindo uma única estrutura tridimensional deformável 108, pode ser projetada para se estender através de cada borda 120A-120L e parede 118A-118E sem cobrir totalmente cada borda 120A-120L e cada parede 118A-118E. Estruturas tridimensionais deformáveis 108 podem vantajosamente ser padronizadas de qualquer maneira para fornecer múltiplos resistores, pontes de resistores ou interconexões elétricas.
[0066] As FIGS. 10, 11, 12 e 14 são fluxogramas de métodos para formar diferentes modalidades de um dispositivo tridimensional sensível à tensão. Os métodos gerais para fabricação podem ser os mesmos para cada uma das modalidades divulgadas com variações e/ou etapas adicionais para produzir diferentes tipos de dispositivos sensíveis à tensão e diferentes geometrias e configurações de subsuperfície. Os métodos divulgados podem incluir quaisquer etapas de processamento ou métodos de fabricação conhecidos na técnica para produzir dispositivos IC e MEMS. Os métodos divulgados usam técnicas de processamento planar. Os métodos de fabricação podem ser selecionados com base nas restrições de processamento do dispositivo hospedeiro IC ou MEMS (isto é, dispositivo no qual o dispositivo tridimensional sensível à tensão é fornecido). As etapas de processamento do dispositivo tridimensional sensível à tensão podem ser realizadas em adição ou simultaneamente com as etapas de processamento necessárias para formar outros dispositivos ou características no dispositivo hospedeiro de IC ou MEMS. Será entendido por um versado na técnica que as modalidades divulgadas são meramente exemplos de dispositivos sensíveis à tensão que podem ser formados usando o método divulgado e que suas variações se enquadram no escopo da presente divulgação. Embora modalidades específicas sejam projetadas como sensores de pressão absoluta, sensores de pressão diferencial ou manômetro, ou PUF, será entendido por um versado na técnica que o tipo de dispositivo sensível à tensão pode ser modificado fornecendo ou não vedações em ambos os lados de uma estrutura tridimensional deformável para vedar uma pressão ou fornecer a aplicação de uma pressão externa, respectivamente. Além disso, qualquer uma das configurações de dispositivo sensível à tensão divulgadas neste documento pode ser fornecida em uma matriz para amplificar um sinal de saída e pode ser combinada em qualquer combinação e arranjo.
[0067] A FIG. 10 é um fluxograma de um método geral 130 para formar um dispositivo tridimensional sensível à tensão dos tipos divulgados neste documento. Na etapa 132, uma ou mais cavidades são formadas em um substrato. A cavidade pode ser uma depressão definida em uma superfície do substrato e pode estender uma espessura parcial do substrato. Em algumas modalidades descritas adicionalmente neste documento, a cavidade pode ser uma cavidade de subsuperfície lateral aberta para uma superfície do substrato através de uma porta com uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal da cavidade de subsuperfície. A cavidade pode ser formada usando métodos conhecidos, incluindo gravação isotrópica e anisotrópica, dependendo das restrições de área do dispositivo hospedeiro ou etapas de processamento já incluídas no processamento do dispositivo hospedeiro. As técnicas podem incluir gravuras molhadas e secas. Em algumas modalidades, uma cavidade de subsuperfície lateral pode ser formada usando gravação lateral seletiva através de orifícios de superfície.
[0068] Na etapa 134, uma camada de proteção pode ser depositada na cavidade. A camada de proteção pode ser uma camada conformada que reveste as paredes da cavidade. A camada de proteção pode ser um óxido, tal como óxido de silício, ou outro material que pode ser subsequentemente removido. A camada de proteção pode ser depositada usando métodos de deposição conhecidos ou pode ser cultivada termicamente como conhecido na técnica.
[0069] Na etapa 136, uma camada deformável pode ser depositada na camada de proteção na cavidade e através de uma porção de uma superfície do substrato. A camada deformável pode ser um material piezoresistivo, tal como um polissilício dopado ou intrínseco. Em modalidades alternativas, uma camada isolante, como óxido de silício ou nitreto, pode ser depositada na camada de proteção e um material piezorresistivo pode ser padronizado na camada isolante, conforme descrito em relação à porção de sensor 104 da FIG. 9. A camada deformável forma as estruturas deformáveis tridimensionais dos dispositivos sensíveis à tensão descritos anteriormente. A camada deformável pode ser depositada usando técnicas conhecidas de deposição e mascaramento. Em algumas modalidades, a camada deformável pode ser um material condutor fornecido para formar uma primeira placa capacitiva. Em tais modalidades, um material condutor pode ser depositado nas paredes da cavidade antes da deposição ou crescimento da camada de proteção para formar uma segunda placa capacitiva, ou as paredes da cavidade podem ser dopadas para formar a segunda placa capacitiva.
[0070] Em algumas modalidades, os orifícios usados para formar uma cavidade de subsuperfície podem ser obstruídos ou vedados com a deposição da camada deformável, por exemplo, o polissilício pode ser depositado nos orifícios.
[0071] Na etapa 138, a camada de proteção é removida das paredes da cavidade para criar um espaço intersticial entre a camada deformável e as paredes da cavidade. A camada de proteção pode ser removida usando técnicas de gravação conhecidas. Por exemplo, o ácido fluorídrico pode ser usado para gravar preferencialmente uma camada de proteção de óxido de silício. A camada de proteção pode ser removida através de uma ou mais portas que se estendem a partir de uma superfície do substrato e abertura para a cavidade como descrito anteriormente. A liberação da camada deformável não é suscetível a atrito estático porque a camada tridimensional deformável é suficientemente rígida e tem forças iguais aplicadas em todas as superfícies que podem neutralizar as forças aplicadas durante o processamento, incluindo a tensão superficial.
[0072] Em algumas modalidades, as portas podem ser vedadas durante o processamento em oposição a durante o empacotamento para fornecer melhor controle de uma pressão de espaço intersticial. Em algumas modalidades, as portas podem ser vedadas com orgânicos, tais como poli- imida e parileno, que podem ser foto padronizáveis ou não foto padronizáveis. Em algumas modalidades, as portas podem ser vedadas com uma camada de óxido, frita de vidro ou película isolante semelhante. Em algumas modalidades, os orifícios podem ser vedados com uma estrutura física, como um segundo substrato ou outro mecanismo de capeamento, conforme divulgado em relação aos dispositivos sensíveis à tensão das FIGS. 3-5.
[0073] Em algumas modalidades, uma camada isolante conformada compreendendo, por exemplo, nitreto de silício pode ser depositada diretamente na superfície do substrato e paredes da cavidade antes da deposição ou crescimento da camada de proteção. A camada isolante pode ser usada para mascarar o substrato durante a remoção da camada de proteção. Em algumas modalidades, um material condutor e/ou dielétrico conformado pode ser depositado para revestir as paredes da cavidade, diretamente no substrato ou na camada isolante, antes da deposição ou crescimento da camada de proteção. A camada de material condutor ou dielétrico pode ser usada para dispositivos de sensor de pressão capacitiva como descrito anteriormente.
[0074] A FIG. 11 é um fluxograma incluindo vistas em corte transversal das etapas de um método para formar uma modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão. A FIG. 11 mostra o substrato 140 tendo superfícies superior e inferior dispostas de forma oposta 142 e 144, cavidade 146 e porta 148, material de mascaramento 150, janela 152, camada de proteção 154, estrutura tridimensional deformável 156, janela 158, múltiplas etapas de processamento e dispositivo sensível à tensão tridimensional resultante 176. O dispositivo tridimensional sensível à tensão 176 é substancialmente semelhante ao dispositivo sensível à tensão 10 conforme descrito em relação às FIGS. 1 e 2, com a exceção de que a cavidade 150 e a estrutura tridimensional deformável 154 têm uma forma hemisférica. A porta 148 pode ser substancialmente a mesma que a porta 24 do dispositivo sensível à tensão 10, fornecida a partir da superfície do substrato 144 e abrindo para uma parede inferior da cavidade 150. Como descrito anteriormente, a deformação na forma hemisférica da estrutura tridimensional deformável 156 é predominantemente definida pela deformação em torno de uma borda circunferencial e expansão ou contração do volume da porção tridimensional da estrutura deformável 156.
[0075] Na etapa 160, o material de mascaramento 150 é aplicado às superfícies de substrato superior e inferior 142 e 144. O material de mascaramento pode ser, por exemplo, nitreto de silício como conhecido na técnica. Na etapa 162, a janela 152 é formada no material de mascaramento 150 na superfície superior do substrato 142 usando um processo de gravação conhecido. A janela 152 está localizada centralmente acima de um local desejado para a cavidade 146. Na etapa 164, uma cavidade hemisférica 146 é formada por meio de gravação isotrópica. Na etapa 166, o material de mascaramento 150 pendurado na cavidade 146 é removido e a camada de proteção 154 (por exemplo, óxido de silício) é depositada ou cultivada termicamente na cavidade 146. A camada de proteção 154 está em conformidade com a superfície da cavidade 146 e reveste as paredes da cavidade 146. Na etapa 168, a estrutura tridimensional deformável 154 é formada depositando, por exemplo, uma película piezoresistiva, tal como polissilício, em uma porção da superfície superior do substrato 142 e na cavidade 146. A película piezoresistiva é conformada e reveste as paredes da cavidade 146. Na etapa 170, a janela 158 é formada no material de mascaramento 150 na superfície do substrato inferior 144 através de processos de gravação conhecidos. A janela 158 pode ser localizada centralmente abaixo de uma base da cavidade 146 e pode ter uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal da cavidade 146. Na etapa 172, a porta 148 é gravada no substrato 140 através da janela 158. A porta 148 se estende à camada de proteção 154 e pode ter a mesma área de seção transversal que a janela 158. Na etapa 174, a camada de proteção 154 é removida da cavidade 146 por meio de gravação para formar o dispositivo tridimensional sensível à tensão 176 com a estrutura tridimensional deformável 156 suspensa na cavidade 146 e separada das paredes da cavidade por um espaço intersticial como divulgado anteriormente.
[0076] A FIG. 12 é um fluxograma incluindo vista em corte transversal das etapas de um método para formar outra modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão. A FIG. 13 é uma vista de cima do dispositivo tridimensional sensível à tensão formado pelo método da FIG. 12. A FIG. 12 mostra o substrato 180 tendo superfícies dispostas de forma oposta 182 e 184, cavidade 186 e porta 188, segundo substrato 190 tendo superfícies dispostas de forma oposta 192 e 194 e porta 195, material de mascaramento 196, janela 198, camada de proteção 200, estrutura tridimensional deformável 202, janela 204, porções superior e inferior 210 e 212 da estrutura deformável 202 na cavidade 186, bordas superior e inferior 214 e 216 da cavidade 186, porta de pressão 218, múltiplas etapas de processamento e dispositivo tridimensional sensível à tensão resultante 240. A FIG. 13 mostra a superfície superior do substrato 182, a estrutura tridimensional deformável 202, a porta de pressão 218, as porções superior e inferior 210 e 212 (mostradas no simulador) da estrutura deformável 202 na cavidade 186, as bordas superior e inferior 214 e 216 (mostradas no simulador) da cavidade 186.
[0077] O dispositivo tridimensional sensível à tensão 240 é substancialmente semelhante ao dispositivo sensível à tensão 10 conforme descrito em relação às FIGS. 1 e 2, com a exceção de que a cavidade 186 e a estrutura tridimensional deformável 202 têm uma forma piramidal truncada e uma área de seção transversal de uma abertura para a cavidade 186 na superfície do substrato 184 é menor do que uma área de seção transversal de subsuperfície da cavidade 186. A estrutura tridimensional deformável truncada em forma piramidal fornece múltiplas bordas deformáveis e paredes responsivas a uma pressão externa aplicada, bem como expansão e contração de volume na subsuperfície do substrato 180, enquanto minimiza uma pegada do dispositivo na superfície do substrato 184. A pegada reduzida na superfície do substrato 184 libera espaço para componentes de IC ou MEMS adicionais.
[0078] O processamento da estrutura tridimensional deformável 202 inclui as etapas 160 e 162 (aplicação de material de mascaramento e padronização de uma janela no material de mascaramento), conforme descrito em relação à FIG. 11, mas não mostrado na FIG. 12.
[0079] Na etapa 222, a cavidade piramidal truncada 186 é formada por meio de gravação anisotrópica. Como ilustrado, as paredes da cavidade piramidal truncada 186 estão dispostas em ângulos de 54,7 graus. Na etapa 224, o material de mascaramento suspenso 196 é removido e o segundo substrato 190 é disposto para encerrar a cavidade 186. Como ilustrado, a superfície 196 do segundo substrato 190 está posicionada na superfície 182 do substrato 180. Os substratos 180 e 190 podem ser ligados por qualquer meio conhecido e como descrito anteriormente para vedar o que se tornará uma porção inferior da cavidade 186. Na etapa 226, o dispositivo intermediário é invertido e o material de mascaramento 196 é depositado na superfície 184 do substrato 180 e na superfície 194 do substrato 190. Na etapa 228, a janela 198 é gravada em material de mascaramento 196 na superfície 184. A janela 198 pode ser localizada centralmente acima de uma porção superior da cavidade piramidal truncada 186 e pode ter uma área de seção transversal menor do que uma área de seção transversal da porção superior da cavidade piramidal truncada 186. Na etapa 230, a porta 188 é gravada no substrato 180 através da janela 198 e a camada de proteção 200 (por exemplo, óxido de silício) é depositada ou cultivada termicamente na cavidade 186 e nas paredes da porta 188. A porta 188 se estende da superfície do substrato 184 até a cavidade 186, de modo que a porta se abra e forneça acesso à cavidade 186 a partir da superfície do substrato 184. Antes da adição da camada de proteção 200, a porta 188 pode ter uma área de seção transversal correspondente a uma área de seção transversal da janela 198. A camada de proteção 200 está em conformidade com as superfícies da cavidade 186 e reveste as paredes da cavidade 186 e da porta 188. Na etapa 232, a estrutura tridimensional deformável 202 é formada depositando, por exemplo, uma película piezoresistiva, tal como polissilício, em uma porção da superfície do substrato 184 e na camada de proteção 200 na porta 188 e na cavidade 186. A película piezoresistiva é conformada e reveste as paredes da cavidade 186 e da porta 188 (sobre a camada de proteção 200). Como ilustrado na FIG. 13, a película piezoresistiva pode ser padronizada para formar duas tiras em ambos os lados da porta de pressão 218, que podem ser conectadas a almofadas de entrada e saída elétricas, respectivamente. Na etapa 234, a janela 204 é formada em material de mascaramento 196 na superfície 194 do substrato 190 através de processos de gravação conhecidos. A janela 204 pode ser localizada centralmente abaixo de uma base da cavidade 186 e pode ter uma área de seção transversal menor que a base da cavidade 186. Na etapa 236, a porta 195 é gravada no substrato 190. A porta 195 se estende da superfície 192 para a camada de proteção 200. A porta 195 pode ter uma área de seção transversal correspondente à área de seção transversal da janela 204. Na etapa 238, a camada de proteção 200 é removida da cavidade 186 por meio de corrosão para formar o dispositivo tridimensional sensível à tensão 240 com portas de pressão 195 e 218 com estrutura tridimensional deformável 202 suspensa na cavidade 286 e separada das paredes da cavidade por um espaço intersticial conforme divulgado anteriormente.
[0080] A FIG. 14 é um fluxograma incluindo vistas em corte transversal das etapas de um método para formar ainda outra modalidade de um dispositivo tridimensional sensível à tensão. A FIG. 14 mostra o substrato 248 tendo camada subsuperficial altamente dopada 250, superfícies superiores e inferiores dispostas de forma oposta 252 e 254, cavidade subsuperficial 256 e portas 258 e 259, material de mascaramento 260, janela 262, camada de proteção 264, estrutura tridimensional deformável 266, espaço intersticial 269, múltiplas etapas de processamento e dispositivo tridimensional sensível à tensão 270 resultante. Os materiais do dispositivo tridimensional sensível à tensão 270 podem ser substancialmente semelhantes aos materiais usados para formar o dispositivo sensível à tensão 10, conforme descrito em relação à FIG. 1, com a exceção de que o substrato 248 pode ser formado com uma camada subsuperficial altamente dopada em um local desejado da cavidade 256 para permitir gravação preferencial ou seletiva. A camada de subsuperfície altamente dopada pode ser formada usando métodos de dopagem conhecidos na técnica. O dispositivo tridimensional sensível à tensão 270 é configurado como um dispositivo PUF com cavidade 256 e espaço intersticial 269 vedado a pressões externas. Em contraste com o dispositivo PUF 100 descrito em relação à FIG. 7, tanto a cavidade 256 quanto o espaço intersticial 269 são vedados na superfície superior do substrato 252. Além disso, a cavidade 256 é vedada por estrutura tridimensional deformável 266.
[0081] Na etapa 272, o material de mascaramento 260 é depositado nas superfícies de substrato superior e inferior 252 e 254 e padronizado na superfície de substrato superior 252 para fornecer a janela 262 conforme descrito em relação aos métodos divulgados anteriormente. Na etapa 274, a porta 258 é gravada da janela 262 na camada subsuperficial dopada 250. A porta 258 pode ter uma área de seção transversal correspondente a uma área de seção transversal da janela 262 e menor do que uma área de seção transversal da camada de subsuperfície dopada 250. A área de seção transversal da porta 258 é definida para acomodar uma espessura desejada de material de proteção 264 e material piezoresistivo (depositado para formar a estrutura tridimensional deformável 266) de modo que o material piezoresistivo preencha ou vede a porta 258 durante a deposição após atingir uma espessura de material desejada na cavidade subsuperficial 248. Na etapa 276, a camada subsuperficial dopada 250 é removida por meio de gravação seletiva para formar a cavidade 256. Como ilustrado na FIG. 14, a cavidade 256 é uma cavidade de subsuperfície lateral com um formato de caixa retangular. Na etapa 278, a camada de proteção 264 (por exemplo, óxido de silício) é depositada ou cultivada termicamente nas paredes da cavidade subsuperficial 256 e da porta 258. Na etapa 280, a estrutura tridimensional deformável 266 é formada depositando, por exemplo, uma película piezorresistiva, tal como polissilício, em uma porção da superfície superior do substrato 252 e na camada de proteção 264 na porta 258 e na cavidade subsuperficial 256. A película piezoresistiva é conformada e reveste as paredes da cavidade subsuperficial 256 e da porta 258 (sobre a camada de proteção 252). Uma espessura da película piezoresistiva é definida para fornecer uma espessura de material desejada na cavidade subsuperficial 256 e para vedar hermeticamente a porta 258 durante a deposição, formando assim a cavidade subsuperficial vedada 270. Na etapa 282, o material de mascaramento 260 é padronizado sobre a superfície do substrato 252 incluindo uma porção plana da estrutura tridimensional deformável 266 para fornecer a janela 263 adjacente a uma borda da estrutura tridimensional deformável 266 e acima da cavidade subsuperficial 256. Na etapa 284, a porta 259 é gravada da janela 263 para a camada de proteção 264. Na etapa 286, a camada de proteção 264 é removida por meio de gravação formando espaço intersticial 269 entre a estrutura tridimensional deformável 266 e as paredes da cavidade subsuperficial 248 e a porta 258. Na etapa 288, a porta 259 é hermeticamente vedada com um material de vedação 271 como descrito em relação à porta 24 do dispositivo sensível à tensão 100.
[0082] Será entendido por um versado na técnica que qualquer um dos métodos divulgados pode incluir etapas de processamento adicionais e/ou a deposição de camadas de material adicionais como conhecido na técnica para a fabricação de dispositivos de IC e MEMS e que os métodos e estruturas de dispositivo sensíveis à tensão resultantes divulgadas não estão limitados às etapas, materiais e estruturas ilustrados e descritos neste documento. Além disso, qualquer uma das modalidades ou características divulgadas das modalidades divulgadas pode ser combinada para formar dispositivos tridimensionais sensíveis à tensão variáveis, incluindo dispositivos sensíveis à tensão, incluindo matrizes de estruturas tridimensionais deformáveis.
[0083] As estruturas tridimensionais deformáveis divulgadas neste documento fornecem múltiplas bordas e/ou múltiplas superfícies que podem deformar ou flexionar sob uma pressão aplicada. Como tal, um material sensível à tensão pode experimentar mais deformação (pressão) do que uma estrutura bidimensional da técnica anterior e pode, assim, fornecer um sinal de saída maior em comparação com um dispositivo plano, bidimensional, para qualquer pressão aplicada. Conforme divulgado neste documento, algumas modalidades da estrutura tridimensional podem fornecer uma intensidade de sinal melhorada para uma área de superfície de substrato reduzida em comparação com os dispositivos da técnica anterior, permitindo assim que mais dispositivos sejam produzidos em um único substrato. Como o dispositivo tridimensional sensível à tensão pode ser suspenso a partir de uma superfície do substrato e se estender para uma cavidade subsuperficial ou depressão, os dispositivos podem ser menos sensíveis a tensões externas, tais como aquelas aplicadas ao dispositivo a partir da embalagem, processamento e manuseio, e podem permitir liberdade na seleção de métodos de fixação de matriz, o que pode reduzir a complexidade da embalagem. Estruturas tridimensionais sensíveis à tensão podem ser adequadas para a fabricação de sensores de pressão piezoresistivos, sensores de pressão de capacitância e dispositivos PUF.
[0084] Quaisquer termos relativos ou termos de grau usados no presente documento, tal como “substancialmente”, “essencialmente”, “geralmente”, “aproximadamente” e semelhantes, devem ser interpretados de acordo com e sujeitos a quaisquer definições aplicáveis ou limites expressamente declarados neste documento. Em todos os casos, quaisquer termos relativos ou termos de grau usados neste documento devem ser interpretados para abranger amplamente quaisquer modalidades divulgadas relevantes, bem como tais faixas ou variações que seriam entendidas por um versado na técnica em vista da totalidade do presente divulgação, de modo a abranger variações de tolerância de fabricação comuns, variações de alinhamento incidentais, alinhamento transitório ou variações de forma induzidas por condições operacionais térmicas, elétricas, rotacionais ou vibracionais e semelhantes. Além disso, quaisquer termos relativos ou termos de grau usados no presente documento devem ser interpretados para abranger uma faixa que inclui expressamente a qualidade, característica, parâmetro ou valor designado, sem variação, como se nenhum termo relativo de qualificação ou termo de grau fosse utilizado na dada divulgação ou recitação. DISCUSSÃO DAS MODALIDADES POSSÍVEIS
[0085] A seguir estão descrições não exclusivas de possíveis modalidades da presente invenção.
[0086] Em um aspecto, um dispositivo sensível à tensão inclui um substrato tendo uma primeira superfície com uma cavidade definida no mesmo e um material tridimensional deformável que se estende ao longo da primeira superfície e para dentro da cavidade. O material deformável tridimensional tem uma característica elétrica responsiva à deformação.
[0087] O dispositivo sensível à tensão do parágrafo anterior pode opcionalmente incluir, adicionalmente e/ou alternativamente, qualquer uma ou mais das seguintes características, configurações e/ou componentes adicionais: O dispositivo sensível à tensão dos parágrafos anteriores, em que o material tridimensional deformável inclui uma primeira porção posicionada ao longo da primeira superfície do substrato, em que a primeira porção tem uma geometria plana e uma segunda porção que se estende da primeira porção para a cavidade, em que a segunda porção está conectada à primeira porção por uma primeira borda.
[0088] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a segunda porção é separada de uma parede da cavidade por um espaço intersticial.
[0089] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a segunda porção inclui uma pluralidade de paredes e em que pelo menos duas da pluralidade de paredes são conectadas por uma segunda borda.
[0090] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que o material tridimensional deformável é um de um material piezoresistivo e um material condutor.
[0091] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a segunda porção tem uma geometria selecionada de um grupo que consiste em um cubo, prisma retangular, pirâmide, pirâmide truncada e cilindro.
[0092] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a cavidade tem uma geometria substancialmente correspondente a uma geometria da segunda porção.
[0093] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a primeira porção se estende totalmente em torno de uma abertura para a cavidade na primeira superfície do substrato.
[0094] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que o material tridimensional deformável é um primeiro material tridimensional deformável e em que a primeira porção é posicionada através de apenas uma porção de uma borda da cavidade e a segunda porção cobre apenas uma porção da parede da cavidade.
[0095] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, e compreendendo ainda um segundo material tridimensional deformável, em que o primeiro e o segundo materiais tridimensionais deformáveis são dispostos em uma camada deformável e em que a segunda porção do primeiro material tridimensional deformável é espaçada da segunda porção do segundo material tridimensional deformável.
[0096] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores e compreendendo ainda uma porta que se estende através do substrato e se abre para o espaço intersticial.
[0097] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que uma cavidade oposta ao espaço intersticial e definida pelo menos em parte pela porção tridimensional é vedada.
[0098] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores e compreendendo ainda uma camada isolante disposta na primeira superfície do substrato e que reveste a cavidade, em que a segunda porção é espaçada da camada isolante.
[0099] O dispositivo sensível à tensão de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que a estrutura tridimensional deformável é um material piezoresistivo ou um material condutor e em que o dispositivo sensível à tensão é configurado para medir uma mudança na deformação ou capacitância da estrutura tridimensional deformável.
[00100] Um método para formar um dispositivo sensível à tensão tridimensional inclui fornecer um substrato com uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície, formar uma cavidade no substrato, em que a cavidade é aberta para a primeira superfície, depositar uma camada de proteção na cavidade, depositar um material deformável na camada de proteção e remover pelo menos uma porção da camada de proteção para formar um espaço intersticial entre o material deformável e o substrato na cavidade.
[00101] O método do parágrafo anterior pode incluir opcional, adicional e/ou alternativamente quaisquer um ou mais dentre as seguintes características, configurações e/ou componentes adicionais: O método de qualquer um dos parágrafos anteriores e incluindo ainda depositar uma camada insultuosa na primeira superfície.
[00102] O método de qualquer um dos parágrafos anteriores e incluindo ainda a formação de um orifício através da camada isolante e do substrato para fornecer acesso à camada de proteção e remover a camada de proteção por meio de gravação química.
[00103] O método de qualquer um dos parágrafos anteriores e incluindo ainda vedar o espaço intersticial.
[00104] O método de qualquer um dos parágrafos anteriores e incluindo ainda vedar uma cavidade oposta ao espaço intersticial e definida pelo menos em parte pelo material deformável.
[00105] O método de qualquer um dos parágrafos anteriores, em que o material deformável é um de um material piezoresistivo e um material condutor.
[00106] Embora a invenção seja descrita com referência a exemplos de modalidades, será compreendido por aqueles versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídas por elementos respectivos sem divergir do escopo da invenção. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos preceitos da invenção sem se afastar do escopo essencial da mesma. Portanto, pretende-se que a invenção não esteja limitada à modalidade particular (ou modalidades particulares) divulgada, mas que a invenção inclua todas as modalidades abrangidas pelo escopo das reivindicações anexas.
Claims (20)
1. Dispositivo sensível à tensão, caracterizado pelo fato de que compreende: um substrato tendo uma primeira superfície com uma cavidade definida no mesmo; e um material tridimensional deformável que se estende ao longo da primeira superfície e para dentro da cavidade, o material tridimensional deformável tendo uma característica elétrica responsiva à deformação.
2. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o material deformável tridimensional compreende: uma primeira porção posicionada ao longo da primeira superfície do substrato, em que a primeira porção tem uma geometria plana; e uma segunda porção que se estende da primeira porção para a cavidade, em que a segunda porção é conectada à primeira porção por uma primeira borda.
3. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a segunda porção é separada de uma parede da cavidade por um espaço intersticial.
4. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda porção compreende uma pluralidade de paredes e em que pelo menos duas da pluralidade de paredes são conectadas por uma segunda borda.
5. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o material deformável tridimensional é um de um material piezoresistivo e um material condutor.
6. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a segunda porção tem uma geometria selecionada de um grupo que consiste em um cubo, prisma retangular, pirâmide, pirâmide truncada e cilindro.
7. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a cavidade tem uma geometria que corresponde substancialmente a uma geometria da segunda porção.
8. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a primeira porção se estende totalmente em torno de uma abertura para a cavidade na primeira superfície do substrato.
9. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o material tridimensional deformável é um primeiro material tridimensional deformável e em que a primeira porção é posicionada através de apenas uma porção de uma borda da cavidade e a segunda porção cobre apenas uma porção da parede da cavidade.
10. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um segundo material tridimensional deformável, em que o primeiro e o segundo materiais tridimensionais deformáveis estão dispostos em uma camada deformável e em que a segunda porção do primeiro material tridimensional deformável está afastado da segunda porção do segundo material tridimensional deformável.
11. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma porta que se estende através do substrato e se abre para o espaço intersticial.
12. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que uma cavidade oposta ao espaço intersticial e definida pelo menos em parte pela porção tridimensional é vedada.
13. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma camada isolante disposta na primeira superfície do substrato e revestindo a cavidade, em que a segunda porção é espaçada da camada isolante.
14. Dispositivo sensível à tensão, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que a estrutura tridimensional deformável é um material piezoresistivo ou um material condutor e em que o dispositivo sensível à tensão é configurado para medir uma mudança na deformação ou capacitância da estrutura tridimensional deformável.
15. Método para formar um dispositivo tridimensional sensível a tensão, o método caracterizado pelo fato de que compreende: fornecer um substrato tendo uma primeira superfície e uma segunda superfície oposta à primeira superfície; formar uma cavidade no substrato, em que a cavidade é aberta para a primeira superfície; depositar uma camada de proteção na cavidade; depositar um material deformável na camada de proteção; e remover pelo menos uma porção da camada de proteção para formar um espaço intersticial entre o material deformável e o substrato na cavidade.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda depositar uma camada isolante na primeira superfície.
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: formar um orifício através da camada isolante e do substrato para fornecer acesso à camada de proteção; e remover a camada de proteção por meio de gravação química.
18. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que compreende ainda vedar o espaço intersticial.
19. Método, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que compreende ainda vedar uma cavidade oposta ao espaço intersticial e definida pelo menos em parte pelo material deformável.
20. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que o material deformável é um de um material piezoresistivo e um material condutor.
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