CN101855587A - 具有可编程偏移电压控制的电容性微机电系统装置 - Google Patents

Abstract

一种电容性MEMS装置经形成而具有电极(712、714)之间的截留和保持电荷的材料(722)。所述材料可以若干种配置实现。其可为具有不同带隙能量或带能量级的区的多层电介质堆叠。所述电介质材料可自身具有截留性质，即当在所述材料中预先制造缺陷或截留部位时。另一配置涉及具有所述电介质层的禁隙中的能量级的薄传导材料层。可通过有利地利用所述材料(722)中的电荷存储的方法来对所述装置进行编程(即，偏移和阈值电压预设)，其中干涉式调制器(12a、12b)以使滞后曲线移位的方式预充电，且所述调制器的激活电压阈值显著降低。在编程阶段期间，所述电极(712、714)与所述材料(722)之间的电荷转移可通过将电压施加到所述电极(712、714)(即，在所述材料上施加电场)或通过能量势垒上的UV照射或电荷的注入来执行。所述干涉式调制器(12a、12b)可接着以显著较低的激活电压被保持在激活状态，借此节省功率。

Description

具有可编程偏移电压控制的电容性微机电系统装置

技术领域

本发明的领域涉及微机电系统(MEMS)。

背景技术

微机电系统(MEMS)包含微机械元件、激活器和电子元件。可使用沉积、蚀刻和/或其它蚀刻掉衬底和/或已沉积材料层的部分或者添加层以形成电装置和机电装置的微加工工艺来产生微机械元件。一种类型的MEMS装置称为干涉式调制器。如本文所使用，术语干涉式调制器或干涉式光调制器指的是一种使用光学干涉原理选择性地吸收且/或反射光的装置。在某些实施例中，干涉式调制器可包括一对导电板，其中之一或两者可能整体或部分透明且/或具有反射性，且能够在施加适当电信号时进行相对运动。在特定实施例中，一个板可包括沉积在衬底上的固定层，且另一个板可包括通过气隙与固定层分离的金属薄膜。如本文更详细描述，一个板相对于另一个板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学干涉。这些装置具有广范围的应用，且在此项技术中，利用且/或修改这些类型装置的特性使得其特征可被发掘用于改进现有产品和创建尚未开发的新产品，将是有益的。

发明内容

本发明的系统、方法和装置每一者具有若干方面，其中无单一一者仅负责其所需属性。在不限制本发明的范围的情况下，现将简要论述其较显著特征。在考虑此论述之后，且尤其在阅读题为“具体实施方式”的段落之后，将了解本发明的特征如何提供优于其它显示器和MEMS装置的优点。

在一个实施例中，一种微机电(MEMS)装置包括：电极；材料，其容易截留电荷且耦合到所述电极；以及可移动层，其在所述材料的表面上延伸以便在其间形成腔。在此实施例中，可移动层经配置以响应于所述电极与可移动层的至少一部分之间的大于激活阈值的电位而接触所述材料。当可移动层接触所述材料时，电荷在可移动层或电极与所述材料之间转移以显著改变激活阈值。

在一些有利实施例中，所述材料包括多层材料堆叠，其包括第一材料和至少一个其它材料，所述其它材料为金属或具有小于第一材料的电子能量带隙的电子能量带隙。

还提供一种对微机电(MEMS)元件进行寻址的方法。所述方法应用于包含可移动层和包括具有不同电子能量带隙的区的材料的装置。所述方法包含激活MEMS元件以朝所述材料移动可移动层，以及将电荷转移到所述材料中具有低电子能量带隙的区。在一些实施例中，MEMS元件展现滞后，且所转移的电荷足以使滞后的中心移位成接近零伏。

在另一实施例中，一种制造微机电(MEMS)装置的方法包含：形成电极；在电极上形成一材料，其中所述材料包括具有不同电子能量带隙的区；以及在所述材料上形成可移动层以便在其间建立腔。所述可移动层经配置以响应于所述电极与可移动层的至少一部分之间的大于激活阈值的电位而接触所述材料。

附图说明

图1是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图，其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置，且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激活位置。

图2是说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框图。

图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜位置对所施加电压的图。

图4是可用于驱动干涉式调制器显示器的一组行和列电压的说明。

图5A和5B说明可用于将显示器数据的帧写入到图2的3×3干涉式调制器显示器的行和列信号的一个示范性时序图。

图6A和图6B是说明包括多个干涉式调制器的视觉显示器装置的实施例的系统框图。

图7A是图1的装置的横截面。

图7B是干涉式调制器的替代实施例的横截面。

图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。

图7D是干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。

图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。

图8A、8B和8C是说明在干涉式调制器的电介质层中嵌入电荷的过程的干涉式调制器的示意侧视图。

图9说明电容性MEMS装置的简化的平行板电容器模型。

图10说明由电介质内存储的电荷控制的干涉式调制器的滞后窗口的移位。

图11说明处于激活状态的干涉式调制器的一个实施例的能带。

图12说明处于激活状态的干涉式调制器的另一实施例的能带。

图13说明处于激活状态的干涉式调制器的另一实施例的能带。

图14说明干涉式调制器的操作的两个体制。

图15是说明作为位于距底部电极约

的距离处的电荷薄片的函数的干涉式调制器的电压移位的示范性图。

图16是说明作为编程电压的函数的滞后窗口的所需电压移位的示范性图。

图17说明用作可编程MEMS电容器的潜在结构的静电编程模拟。

图18说明可编程MEMS电容器中充电层上的电位和每一电介质上的平均电场。

具体实施方式

以下详细描述针对本发明的某些特定实施例。然而，本发明可以许多不同方式实施。在本描述内容中参看了附图，附图中所有相同部分用相同标号表示。如从以下描述中将了解，所述实施例可实施在经配置以显示不论运动(例如，视频)还是固定(例如，静止图像)的且不论文字还是图画的图像的任何装置中。更明确地说，预期所述实施例可实施在多种电子装置中或与多种电子装置关联，所述多种电子装置例如(但不限于)移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航器、相机、MP3播放器、摄像机、游戏控制台、手表、时钟、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、汽车显示器(例如，里程表显示器等)、座舱控制器和/或显示器、相机视图的显示器(例如，车辆中后视相机的显示器)、电子相片、电子广告牌或指示牌、投影仪、建筑结构、包装和美学结构(例如，一件珠宝上的图像显示器)。具有与本文中描述的装置类似的结构的MEMS装置也可用于例如电子切换装置的非显示器应用中。

一些显示器可由以下文论述的独特方案寻址的元件制成。当显示器元件具有相当大的电荷存留特性时，所述元件可在写入操作中预充电，显示为具有比显示操作中原本将需要的电压低的电压，且最后在清除操作中清除以为后续写入操作做准备。所述方案对于较低功率操作尤其有用。

图1中说明包括干涉式MEMS显示器元件的一个干涉式调制器显示器的实施例。在这些装置中，像素处于明亮状态或黑暗状态。在明亮(“接通”或“开启”)状态下，显示器元件将入射可见光的大部分反射到用户。当在黑暗(“断开”或“关闭”)状态下时，显示器元件将极少的入射可见光反射到用户。依据实施例而定，可颠倒“接通”和“断开”状态的光反射性质。MEMS像素可经配置以主要在所选颜色下反射，从而除了黑色和白色以外还允许彩色显示器。

图1是描述视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图，其中每一像素包括MEMS干涉式调制器。在一些实施例中，干涉式调制器显示器包括这些干涉式调制器的一行/列阵列。每一干涉式调制器包含一对反射层，其定位成彼此相距可变且可控制的距离以形成具有至少一个可变尺寸的谐振光学腔。在一个实施例中，可在两个位置之间移动所述反射层之一。在第一位置(本文中称为松弛位置)中，可移动反射层定位成距固定部分反射层相对较大的距离。在第二位置(本文中称为激活位置)中，可移动反射层定位成更紧密邻近所述部分反射层。视可移动反射层的位置而定，从所述两个层反射的入射光相长地或相消地进行干涉，从而针对每一像素产生全反射状态或非反射状态。

图1中像素阵列的所描绘部分包含两个邻近干涉式调制器12a和12b。在左侧干涉式调制器12a中，说明可移动反射层14a处于距包含部分反射层的光学堆叠16a预定距离处的松弛位置中。在右侧干涉式调制器12b中，说明可移动反射层14b处于邻近于光学堆叠16b的激活位置中。

如本文所引用的光学堆叠16a和16b(统称为光学堆叠16)通常包括若干熔合层(fused layer)，所述熔合层可包含例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层和透明电介质。因此，光学堆叠16是导电的、部分透明且部分反射的，且可通过(例如)将上述层的一者或一者以上沉积到透明衬底20上来制造。在一些实施例中，层经图案化成为多个平行条带，且如下文中进一步描述，可在显示器装置中形成行电极。可移动反射层14a、14b可形成为沉积金属层(一层或多层)的一系列平行条带(与行电极16a、16b垂直)，所述金属层沉积在柱18和沉积于柱18之间的介入牺牲材料的顶部上。当蚀刻去除牺牲材料时，可移动反射层14a、14b通过所界定的间隙19而与光学堆叠16a、16b分离。例如铝的高度导电且反射的材料可用于反射层14，且这些条带可在显示器装置中形成列电极。

在不施加电压的情况下，腔19保留在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间，其中可移动反射层14a处于机械松弛状态，如图1中像素12a所说明。然而，当将电位差施加到选定的行和列时，形成在相应像素处的行电极与列电极的交叉处的电容器变得带电，且静电力将所述电极拉在一起。如果电压足够高，那么可移动反射层14变形且被迫抵靠光学堆叠16。光学堆叠16内的电介质层(在此图中未图示)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离，如图1中右侧的像素12b所说明。不管所施加的电位差的极性如何，表现均相同。以此方式，可控制反射像素状态对非反射像素状态的行/列激活在许多方面类似于常规LCD和其它显示技术中所使用的行/列激活。

图2到图5说明在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的一个示范性工艺和系统。

图2是说明可并入有本发明各方面的电子装置的一个实施例的系统框图。在所述示范性实施例中，所述电子装置包含处理器21，其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器(例如ARM、

Pro、8051、

)，或任何专用微处理器(例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列)。如此项技术中常规的做法，处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除了执行操作系统外，所述处理器可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序，包含网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。

在一个实施例中，处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中，所述阵列驱动器22包含将信号提供到面板或显示器阵列(显示器)30的行驱动器电路24和列驱动器电路26。在图2中以线1-1展示图1中说明的阵列的横截面。对于MEMS干涉式调制器来说，行/列激活协议可利用图3中说明的这些装置的滞后性质。可能需要(例如)10伏的电位差来促使可移动层从松弛状态变形为激活状态。然而，当电压从所述值减小时，可移动层在电压降回10伏以下时维持其状态。在图3的示范性实施例中，可移动层直到电压降到2伏以下时才完全松弛。因此，在图3中所说明的实例中，存在约3到7V的电压范围，其中存在经施加电压窗口，在所述窗口内，装置在松弛状态或激活状态中均是稳定的。此窗口在本文中称为“滞后窗口”或“稳定窗口”。

对于具有图3的滞后特性的显示器阵列来说，可设计行/列激活协议使得在行选通期间，已选通行中待激活的像素暴露于约10伏的电压差，且待松弛的像素暴露于接近零伏的电压差。在选通之后，所述像素暴露于约5伏的稳态电压差使得其维持在行选通使其所处的任何状态中。在此实例中，每一像素在被写入之后经历3-7伏的“稳定窗口”内的电位差。此特征使图1中说明的像素设计在相同的施加电压条件下在激活或松弛预存在状态下均是稳定的。因为干涉式调制器的每一像素(不论处于激活还是松弛状态)本质上是由固定反射层和移动反射层形成的电容器，所以可在滞后窗口内的一电压下维持此稳定状态而几乎无功率消耗。本质上，如果所施加的电位是固定的，那么没有电流流入像素中。

在典型应用中，可通过根据第一行中所需组的激活像素断言所述组列电极来产生显示帧。接着将行脉冲施加到行1电极，从而激活对应于所断言的列线的像素。接着改变所述组已断言列电极以对应于第二行中所需组的激活像素。接着将脉冲施加到行2电极，从而根据已断言的列电极而激活行2中的适当像素。行1像素不受行2脉冲影响，且维持在其在行1脉冲期间被设定的状态中。可以连续方式对整个系列的行重复此过程以产生帧。通常，通过以每秒某一所需数目的帧的速度连续地重复此过程来用新的显示器数据刷新且/或更新所述帧。用于驱动像素阵列的行和列电极以产生显示帧的广泛种类的协议也是众所周知的且可结合本发明使用。

图4和图5说明用于在图2的3×3阵列上形成显示帧的一个可能的激活协议。图4说明可用于使像素展示出图3的滞后曲线的一组可能的列和行电压电平。在图4实施例中，激活像素涉及将适当列设定为-V_bias，且将适当行设定为+ΔV，其分别可对应于-5伏和+5伏。松弛像素是通过将适当列设定为+V_bias，且将适当行设定为相同的+ΔV，从而在像素上产生零伏电位差而实现的。在行电压维持在零伏的那些行中，不管列处于+V_bias还是-V_bias，像素在任何其最初所处的状态中均是稳定的。同样如图4中所说明，将了解，可使用具有与上述电压的极性相反的极性的电压，例如，激活像素可涉及将适当列设定为+V_bias，且将适当行设定为-ΔV。在此实施例中，释放像素是通过将适当列设定为-V_bias，且将适当行设定为相同的-ΔV，从而在像素上产生零伏电位差而实现的。

图5B是展示施加到图2的3×3阵列的一系列行和列信号的时序图，所述系列的行和列信号将产生图5A中说明的显示器布置，其中被激活像素为非反射的。在对图5A中说明的帧进行写入之前，像素可处于任何状态，且在本实例中所有行均处于0伏，且所有列均处于+5伏。在这些所施加的电压的情况下，所有像素在其既有的激活或松弛状态中均是稳定的。

在图5A的帧中，像素(1，1)、(1，2)、(2，2)、(3，2)和(3，3)被激活。为了实现此目的，在行1的“线时间(line time)”期间，将列1和2设定为-5伏，且将列3设定为+5伏。因为所有像素均保留在3-7伏的稳定窗口中，所以这并不改变任何像素的状态。接着用从0升到5伏且返回零的脉冲选通行1。这激活了(1，1)和(1，2)像素且松弛了(1，3)像素。阵列中其它像素均不受影响。为了视需要设定行2，将列2设定为-5伏，且将列1和3设定为+5伏。施加到行2的相同选通接着将激活像素(2，2)且松弛像素(2，1)和(2，3)。同样，阵列中其它像素均不受影响。通过将列2和3设定为-5伏且将列1设定为+5伏来类似地设定行3。行3选通设定行3像素，如图5A中所示。在对帧进行写入之后，行电位为零，且列电位可维持在+5或-5伏，且接着显示器在图5A的布置中是稳定的。将了解，可将相同程序用于数十或数百个行和列的阵列。还将应了解，用于执行行和列激活的电压的时序、序列和电平可在上文所概述的一般原理内广泛变化，且上文的实例仅为示范性的，且任何激活电压方法均可与本文描述的系统和方法一起使用。

图6A和图6B是说明显示器装置40的实施例的系统框图。显示器装置40可为(例如)蜂窝式电话或移动电话。然而，显示器装置40的相同组件或其稍微变化形式也说明例如电视和便携式媒体播放器的各种类型的显示器装置。

显示器装置40包含外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48和麦克风46。外壳41通常由所属领域的技术人员众所周知的多种制造工艺的任一者形成，所述工艺包含注射模制和真空成形。另外，外壳41可由多种材料的任一者制成，所述材料包含(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶和陶瓷，或其组合。在一个实施例中，外壳41包含可去除部分(未图示)，所述可去除部分可与其它具有不同颜色或含有不同标记、图画或符号的可去除部分互换。

如本文中所描述，示范性显示器装置40的显示器30可为包含双稳态显示器(bi-stable display)在内的多种显示器的任一者。在其它实施例中，如所属领域的技术人员众所周知，显示器30包含例如如上所述的等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD的平板显示器，或例如CRT或其它电子管装置的非平板显示器。然而，出于描述本实施例的目的，如本文中所描述，显示器30包含干涉式调制器显示器。

图6B中示意说明示范性显示器装置40的一个实施例的组件。所说明的示范性显示器装置40包含外壳41且可包含至少部分封围在所述外壳41中的额外组件。举例来说，在一个实施例中，示范性显示器装置40包含网络接口27，所述网络接口27包含耦合到收发器47的天线43。收发器47连接到处理器21，处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如，对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45和麦克风46。处理器21也连接到输入装置48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28且耦合到阵列驱动器22，所述阵列驱动器22进而耦合到显示器阵列30。根据特定示范性显示器装置40设计的要求，电源50将功率提供到所有组件。

网络接口27包含天线43和收发器47使得示范性显示器装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一个实施例中，网络接口27也可具有某些处理能力以减轻对处理器21的要求。天线43是所属领域的技术人员已知的用于发射和接收信号的任何天线。在一个实施例中，所述天线根据IEEE 802.11标准(包含IEEE 802.11(a)、(b)或(g))来发射和接收RF信号。在另一实施例中，所述天线根据蓝牙(BLUETOOTH)标准来发射和接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下，所述天线经设计以接收CDMA、GSM、AMPS或其它用于在无线手机网络内通信的已知信号。收发器47预处理从天线43接收到的信号，使得处理器21可接收所述信号并进一步对所述信号进行处理。收发器47还处理从处理器21接收到的信号使得可经由天线43从示范性显示器装置40发射所述信号。

在一替代实施例中，收发器47可由接收器代替。在又一替代实施例中，网络接口27可由可存储或产生待发送到处理器21的图像数据的图像源代替。举例来说，所述图像源可为数字视频光盘(DVD)或含有图像数据的硬盘驱动器，或产生图像数据的软件模块。

处理器21大致上控制示范性显示器装置40的全部操作。处理器21接收例如来自网络接口27或图像源的压缩图像数据的数据，并将所述数据处理成原始图像数据或处理成易被处理成原始图像数据的格式。处理器21接着将已处理的数据发送到驱动器控制器29或发送到帧缓冲器28以供存储。原始数据通常是指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。举例来说，这些图像特性可包含颜色、饱和度和灰度级。

在一个实施例中，处理器21包含微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示器装置40的操作。调节硬件52通常包含放大器和滤波器，以用于将信号发射到扬声器45，且用于从麦克风46接收信号。调节硬件52可为示范性显示器装置40内的离散组件，或可并入在处理器21或其它组件内。

驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28取得由处理器21产生的原始图像数据，并适当地重新格式化所述原始图像数据以供高速发射到阵列驱动器22。具体来说，驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有类似光栅的格式的数据流，使得其具有适于在显示器阵列30上进行扫描的时间次序。接着，驱动器控制器29将已格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)通常与系统处理器21关联而作为独立的集成电路(IC)，但可以许多方式实施这些控制器。其可作为硬件嵌入处理器21中，作为软件嵌入处理器21中，或与阵列驱动器22完全集成在硬件中。

通常，阵列驱动器22从驱动器控制器29接收已格式化的信息且将视频数据重新格式化为一组平行波形，所述波形以每秒多次的速度被施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百且有时数千个引线。

在一个实施例中，驱动器控制器29、阵列驱动器22和显示器阵列30适用于本文描述的任意类型的显示器。举例来说，在一个实施例中，驱动器控制器29是常规显示器控制器或双稳态显示器控制器(例如，干涉式调制器控制器)。在另一实施例中，阵列驱动器22是常规驱动器或双稳态显示器驱动器(例如，干涉式调制器显示器)。在一个实施例中，驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例在例如蜂窝式电话、手表和其它小面积显示器的高度集成系统中是普遍的。在又一实施例中，显示器阵列30是典型的显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如，包含干涉式调制器阵列的显示器)。

输入装置48允许用户控制示范性显示器装置40的操作。在一个实施例中，输入装置48包含例如QWERTY键盘或电话键区的键区、按钮、开关、触敏屏幕、压敏或热敏薄膜。在一个实施例中，麦克风46是用于示范性显示器装置40的输入装置。当使用麦克风46将数据输入到所述装置时，用户可提供声音命令以便控制示范性显示器装置40的操作。

电源50可包含此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说，在一个实施例中，电源50是例如镍镉电池或锂离子电池的可再充电电池。在另一实施例中，电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池，包含塑料太阳能电池和太阳能电池涂料。在另一实施例中，电源50经配置以从壁式插座接收功率。

在某些实施方案中，如上文中所描述，控制可编程性驻存在驱动器控制器中，所述驱动器控制器可位于电子显示器系统中的若干位置中。在某些情况下，控制可编程性驻存在阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将了解，上述优化可实施在任何数目的硬件和/或软件组件中且可以各种配置实施。

根据上文陈述的原理而操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛变化。举例来说，图7A-7E说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的实施例的横截面，其中金属材料条带14沉积在垂直延伸的支撑件18上。在图7B中，可移动反射层14在系链(tether)32上仅在隅角处附接到支撑件。在图7C中，可移动反射层14从可包括柔性金属的可变形层34悬置下来。所述可变形层34直接或间接地连接到围绕可变形层34的周边的衬底20。这些连接在本文中称为支柱。图7D中说明的实施例具有支柱插塞42，可变形层34搁置在所述支柱插塞42上。如图7A-7C所示，可移动反射层14保持悬置在腔上方，但可变形层34并不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成所述支柱。而是，支柱由平坦化材料形成，其用于形成支柱插塞42。图7E中说明的实施例是基于图7D中展示的实施例，但也可适于与图7A-7C中说明的实施例以及未图示的额外实施例中的任一者一起发挥作用。在图7E中所示的实施例中，已使用额外的金属或其它导电材料层来形成总线结构44。这允许信号沿着干涉式调制器的背面进行路由，从而消除许多原本可能必须在衬底20上形成的电极。

在例如图7中所示的那些实施例的实施例中，干涉式调制器充当直接观看装置，其中从透明衬底20的前侧观看图像，所述侧与上面布置有调制器的一侧相对。在这些实施例中，反射层14以光学方式遮蔽反射层的与衬底20相对侧上的干涉式调制器的某些部分，包含可变形层34和总线结构44。这允许对遮蔽区域进行配置和操作而不会负面地影响图像质量。这种可分离的调制器结构允许选择用于调制器的机电方面和光学方面的结构设计和材料且使其彼此独立地发挥作用。此外，图7C-7E中所示的实施例具有源自反射层14的光学性质与其机械性质脱离的额外益处，所述益处由可变形层34执行。这允许用于反射层14的结构设计和材料在光学性质方面得以优化，且用于可变形层34的结构设计和材料在所需的机械性质方面得以优化。

类似于图3的典型电容性MEMS装置的电容-电压响应围绕零施加偏压对称，假定所述结构内不存在固定电荷。滞后窗口不在零施加偏压上居中的事实要求始终将非零偏压施加到装置以保持可移动层被激活，其具有若干缺点。首先，将非零偏压施加到电容性装置具有归因于装置的电介质堆叠的非所需充电而使滞后窗口移位的可能性。这要求通过控制电路额外补偿。在干涉式调制器显示器的情况下，实施电荷均衡波形(例如，切换在正与负滞后窗口之间施加偏压而非在一个极性处施加DC保持偏压)的额外驱动器复杂性代价较大。第二，以偏压驱动装置将具有较大功率耗散。由于这些原因，如果滞后窗口的中心移位到零偏压将是合意的。如下文将描述的某些实施例提供可编程偏移电压控制能力，其使电荷能够以受控方式存储在干涉式调制器的电介质堆叠中且因此使滞后窗口的中心移位到零偏压。这些实施例不限于干涉式调制器，而是可适用于具有两个电极之间的气隙的任何电容性MEMS装置，例如MEMS开关。

图8A、8B和8C展示具有与图7A所示的装置类似的结构的干涉式调制器的横截面侧视图。这些图式说明从电压源724在反射层712和光学堆叠714上施加电压。在图8B中，反射层712说明为处于其变形状态，其中其被由所施加电压产生的静电力726拖曳靠近光学堆叠722。如图8B所示，当反射层712接触或变得足够靠近电介质堆叠722时，其将电荷转移到电介质堆叠722。图8C展示当电压源724引起的电位被移除或减小使得反射层712返回到其未变形状态时的装置。然而，还看到，当反射层712变形且接触或接近接触电介质堆叠时，电介质堆叠722仍保持转移到其处的一些或所有电荷。如图8C所示，所转移的电荷为正电荷或“电位”。此电位通常将在电介质堆叠中存留持续大于至少100ms或直到相反电位施加在反射层712与光学堆叠722之间为止。这在反射层712变形为腔并将负电位递送到电介质堆叠722时发生。

电介质堆叠保持所述电位所借助的性质可称为“电荷存留性”。当电介质堆叠正保持一电位时，所述电位可称为“嵌入电位”或“嵌入电荷”。本文对刚好为正的嵌入电位的描述不希望暗示使用相反极性的实施例是不赞同的。实际上，在一些实施例中，使用相反极性。在一些实施例中，可使用两种极性。

电介质堆叠内的嵌入电荷可使MEMS电容性装置的滞后窗口移位。图9说明电容性MEMS装置的简化的平行板电容器模型，其中电介质内的电荷薄片σ_sheet在距底部电极(光学堆叠714)一距离h处。所述电荷薄片导致释放和激活电压两者中移位一量v_offset，其可确定如下：

$v_{\mathrm{offset}}=\frac{h\·{\mathrm{\σ}}_{\mathrm{sheet}}}{{\mathrm{\ϵ}}_{\mathrm{rel}}\·{\mathrm{\ϵ}}_0}$ 等式1

其中ε_re1是电介质的相对电容率，且ε₀是自由空间的电容率。因为激活和释放电压两者均移位相同偏移电压，所以滞后窗口的形状保持完好。滞后窗口的移位可通过改变电介质内存储的电荷量来控制。如果适当量的电荷存储在电介质中，那么滞后窗口将移动以在零偏压上居中，如图10中所说明。滞后窗口的移位对电介质内存储的电荷量的敏感性可在设计和制造阶段通过(例如)使用不同电介质材料并调节距离h来调节。

在一些实施例中，干涉式调制器制造为具有单一电介质层，例如氮化硅、二氧化硅、氧化铝和/或二氧化钛。如下文将描述的某些实施例具有包括多个电介质层的电介质堆叠。某些实施例还可包含包括多个电介质层和另一材料(例如，金属或半导体)的电介质堆叠。一些实施例的共同特征是在电介质堆叠内截留和存储电荷的能力。

具有能够截留和存储电荷的电介质堆叠的干涉式调制器

图11说明干涉式调制器的电极之间的多组分绝缘材料堆叠的一个实施例的能带图。所述材料包含位于两个电介质之间的中心材料。所述中心材料可形成电介质内的连续膜或例如材料岛等非连续膜。在图11中，电介质的带隙表示传导带的底部与价带的顶部之间的间隙。E_F，t、E_F，c和E_F，b分别表示顶部电极、中心材料和底部电极的费米能级。费米能级指示材料内自由电子的能量级。如所说明，中心材料可以是导体或具有电介质的传导带以下的能量级的任何材料。举例来说，所述材料可以是金属、硅和锗。因为中心材料具有在相邻电介质的传导带以下的能量级，所以其能够截留电荷。

图12说明干涉式调制器的电极之间的多组分绝缘材料堆叠的另一实施例的能带图。所述材料包含位于两个电介质之间的中心材料。中心材料包含一个或一个以上额外电介质材料。举例来说，顶部和底部电介质层可由SiO₂制成，而中心材料包含任何其它过渡或稀土金属氧化物、硅酸盐或氮化物，例如氧化铝、二氧化铪或氮化硅。

在一个此类实施例中，电介质堆叠形成能够截留和保持电荷载流子的势阱。如所说明，中心材料可具有低于相邻电介质层的传导带的底部，从而形成用于电子的势阱。中心材料可具有高于相邻电介质的价带的顶部，从而形成用于空穴的势阱。

在另一实施例中，可使用所属领域的技术人员已知的技术将中心材料制造为具有本征或非本征缺陷，使得容易截留电荷。在其它实施例中，中心材料可形成用于电荷载流子的势阱且还可制造为具有用于截留电荷的缺陷。

图13说明另一实施例的能带图，其中单一电介质材料层由于本征和/或非本征缺陷而能够保持电荷。电介质层可包含工艺引起的缺陷，其在电介质层的沉积或生长期间形成且贯穿整个电介质层而分布，如图13中所说明。电介质层可包含在电介质层内特定深度处故意引入的电荷部位，例如掺杂剂原子的植入。电介质层可包含工艺引起的缺陷和故意引入的电荷部位两者。电介质层可包含(例如)SiN_x，其中x是大于零的整数。

如上文论述的不同方法可组合以使电介质堆叠在截留和存储电荷方面更加有效，但将电子截留在由中间金属或电介质形成的势阱中通常比将电子截留在缺陷部位中更有效和可控制。如上文所说明，电介质堆叠可包含位于顶部电介质与底部电介质之间的充电层。在一个实施例中，顶部电介质和底部电介质的厚度从50到

而电荷截留层的厚度从2到

如果电介质层提供所需电荷存储容量，那么电介质可仅包含单一电介质层。依据设计，也可添加更多电介质或充电层。

一般来说，如上文描述的MEMS电容性装置具有相对厚的电介质层(例如，厚于约

)，其使归因于电荷载流子直接隧穿电介质所致的泄漏电流最小化。此类装置潜在地具有如图14中说明的两个操作体制。当在两个电极上施加相对低的偏压使得所述装置被激活或释放时，所述装置在正常操作体制中操作。非常少的泄漏电流在正常操作体制中发生。因此，存储在装置内的电荷不能以可观的速率漏泄掉。当施加显著较高的偏压对装置进行编程(例如)以将电荷存储在电荷截留层中以移动滞后窗口时，装置移动到编程体制中。较高的偏压导致电介质堆叠上的高电场以产生福勒-诺德海姆隧穿电流(Fowler-Nordheim tunneling current)，其通常在大于4MV/cm的所施加场下针对SiO₂发生。福勒-诺德海姆隧穿体制导致按指数规律取决于所施加场且因此足以向电介质堆叠提供显著量的电荷以供截留的泄漏电流。

对装置进行编程所需的时间取决于提供滞后窗口的所需移位所需的电荷量，以及编程电压下去往和来自存储媒体的电荷流动(例如，泄漏电流)。提供滞后窗口的所需电压移位所需的电荷量可基于等式1来确定。图15是说明作为位于距底部电极-

距离处的电荷薄片的函数的干涉式调制器的电压移位的示范性图。

图16是说明作为编程电压的函数的滞后窗口的所需电压移位的示范性图。在此实例中，使用穿过

厚的SiO₂电介质层的泄漏电流来确定(首要地)作为编程电压的函数的归因于距底部电极

某一距离处的电容性装置内的电荷储存而可实现的电压移位的量。展示两个编程时间，1秒和1毫秒。此图式论证在滞后窗口中具有适宜的移位的情况下以相关时标对干涉式调制器进行充电的可行性。在一些实施例中，通常需要范围近似1到10伏的电压移位来使滞后窗口移位成在零偏压上居中。产生所述范围内的电压移位所需的编程电压仍远低于膜的击穿电压(通常约40伏)。编程时间可借助对结构(例如，充电层的材料和位置)的优化来调谐。举例来说，电极与充电层之间的较薄隧穿电介质层将导致电介质与充电层之间的较大电流密度且因此导致较短的编程时间。

具有拥有截留性质的电介质的干涉式调制器可经编程使得滞后窗口围绕零施加偏压对称。这使用户能够在不施加非零偏压的情况下保持干涉式调制器的可移动层被激活持续持久的周期，因此减少功率消耗。其还解决了如上文论述具有在非零偏压上居中的滞后窗口的干涉式调制器的其它问题。

操作阵列中的多个干涉式调制器

在一些实施例中，例如上文描述的干涉式调制器布置在阵列中以在显示器模块中形成一个或一个以上像素。在一些实施例中，显示器电路经配置以从计算机处理器或其它指令源接收并实行指令，使得可在显示器电路上表达输出。针对显示器电路的指令可包含指示应选择哪些干涉式调制器以供在每一帧中激活的图像数据。在一些实施例中，出于起动阵列中选定的干涉式调制器以参与显示输出的目的而执行嵌入电位的过程。因此，阵列的各种干涉式调制器可基于所需的输出而以一个或一个以上电压起动或完全不起动。阵列中特定干涉式调制器或像素的选择因此可实现文本、图像或待在显示器上作为输出显示的其它标记的表示。

当使用装备有能够保持嵌入的电荷的电介质堆叠的干涉式调制器时，针对显示器输出的指令可促使电路以相对高的电压驱动选定的干涉式调制器，使得选定的干涉式调制器的电介质堆叠保留有嵌入的电荷。同时，阵列的其它干涉式调制器将不被选择以接收嵌入的电荷。选定的和未选定的干涉式调制器的布置对应于显示器模块上的所需输出。在选定的干涉式调制器中嵌入电荷的过程可称为“写入”阶段。所属领域的技术人员将了解，不同形状和大小的屏幕将由于阵列中的干涉式调制器的数目和定向而具有对于写入阶段的不同时间要求。将嵌入的电荷写入到调制器可以被动寻址或主动寻址来执行。所属领域的技术人员已知的主动寻址(其中每一像素可个别地寻址)可当需要使滞后曲线的中心一直移位到零时有用。在每一所需调制器电介质已经充电以移动滞后回路之后，所有行和列可接地。此时，经充电调制器将保持激活且未充电的调制器将被释放，从而显示所需图像。

在针对阵列的指令的一个实施例中，显示时间的单一循环持续比扫描时间(用于对所需调制器进行充电的时间)长约10倍。然而，在一些实施例中，显示时间可依据电介质堆叠中使用的电介质材料的应用和类型的要求而更长。

当显示时间超过特征电荷扩散时间时，图像开始淡变，所述特征电荷扩散时间是电荷响应于所施加的电场而移动进入或离开电介质堆叠所花费的时间。发生淡变(fading)是因为来自反射层的电位转移到电介质堆叠。这使嵌入的电荷偏移而使得激活阈值升高，且被截漏电荷不再足以将反射层保持在变形状态。

为了使输出复位，可清除阵列的所有数据。这可通过将一个或一个以上全局清除电压施加到阵列中的所有干涉式调制器来实现。一旦对阵列进行清除，其就有效地为空白板，其上通过重复上文描述的过程而写入新的输出。刷新输出不仅对于更新正在淡变的显示是有利的，而且在其中更新文本或数据的应用中或在其中使用一系列不同图像的应用中也是有利的。

可使用若干方法来控制存储在电介质堆叠内的电荷量。在以上描述中，已介绍静电方法(其可称为福勒-诺德海姆(FN)隧穿)的一个实例。静电方法将高场施加到装置，从而促使电子从电极(通常为金属或半导体)隧穿到电介质的传导带中，且接着朝另一电极加速。在到达另一电极之前，这些电子被截留在电介质堆叠内的某处。特定截留机制取决于装置的结构。图17中展示用作可编程MEMS电容器的潜在结构的静电编程模拟。如图11所示，此模拟中使用的结构包括顶部金属电极、底部金属电极和充电层(其例如为铝)。顶部电介质为25nm氧化铝层和25nm二氧化硅层。所述模拟是基于半导体装置物理学的领域中众所周知的理论模型，以及所测得的材料特性，例如电流密度(作为电场的函数)。此特定模拟的结果展示(首要地)此装置在-30V DC偏压编程应力下的瞬时充电行为。图17中展示到达充电层上的净电流密度和聚积在充电层上的总电荷密度。图17中还展示的是到达充电层上的净电流密度和穿过每一电介质的个别贡献(到达充电层上的净电流密度是截留和去截留电荷两者的函数)。

图18中展示充电层上的电位和每一电介质上的平均电场。由于所截留电荷的位置和量是已知的，所以可计算偏移电压中的电位移位，其在图18中展示。所述模拟展示利用一种设计，使偏移电压显著移位(例如，几伏)所必需的电荷可在a)大约1秒或更少的时间帧中，和b)在不击穿电介质层的所施加偏压条件下编程到MEMS电容器中。

编程方法的一个实施例使用称为内部光电发射的光学技术。此技术需要外部紫外线光源以将电子激励到电介质传导带中。传入的高能量光子(依据所需能量通常为3-5eV)被电极吸收，所述电极接着产生高能量电子。在施加小外部场的情况下，高能量电子进入电介质传导带中。一旦在传导带中，电子就被截留到与上文针对FN隧穿所论述相同的势阱中。金属充电层的使用可导致a)来自传导带的电子的截留以及b)来自充电层的电子的去截留两者。对于透明充电层(例如，绝缘体或透明导体电极(例如，氧化铟锡))，将电子截留到充电层上支配去截留，因为充电层中的光子吸收非常少。使用内部光电发射来控制可编程MEMS装置内的电荷的一个效果是可在较低电场下实现编程，因此放松对于电介质材料的可靠性要求。此技术可潜在地对于编程作为光学装置的干涉式调制器装置有利。在另一实施例中，可使用三端子装置，其中电容器具有到充电层的电连接。所述电连接用于在不将装置暴露于高电场或UV辐射的情况下以特定量的电荷对电容器进行编程。

上文描述的基于电荷的滞后移位具有多种用途。举例来说，制造基于MEMS的显示器系统通常产生在制造之后具有滞后窗口位置的范围(从阵列到阵列以及在阵列内的不同MEMS像素之间)的装置。FN隧穿和内部光电发射两者均可用作显示器制造之后的“一次”编程事件以便在测试和校准程序中调谐滞后窗口位置。另外，MEMS显示器系统的滞后窗口位置还可随着寿命和使用而移位。上文描述的方法还可用于在操作期间周期性地调谐滞后偏移电压。

具有可编程偏移电压控制的电容性MEMS装置的潜在用途是作为基于MEMS的存储器装置。截留和存储电荷持续延长的时间周期的能力可使这些装置能够存储信息。可通过在一电压下激活MEMS存储器元件并持续足以使滞后窗口移位超过零伏的时间周期来存储位。当移除存储信号时，状态将维持。所存储的数据可以多种方式读出。因为本文描述的MEMS装置的电容在激活与释放状态之间剧烈变化，所以存储器元件的电容可以测试信号来确定。高电容指示激活状态(例如，二进制1)，且低电容指示释放状态(例如，二进制0)。在一些实施例中，可以光学方式检测元件的状态。

如上文描述的某些实施例揭示具有位于固定电极与可移动电极之间且截留和保持电荷的材料的电容性MEMS装置。尽管在所述实例中电荷截留材料展示为位于固定电极上，但将了解，电荷截留材料也可位于可移动电极上。这些实施例提供可编程偏移电压控制能力，从而使得能够以受控方式将电荷存储在电荷截留材料中且因此使滞后窗口的中心移位。激活阈值电压可在特定范围内可调谐。一些示范性范围包含(例如)0到15伏、4到10伏、3到15伏，以及0到2伏。激活阈值电压可为负或正。在另一实例中，激活阈值电压可以可变地控制在20与50伏之间。依据特定应用，其它范围也可能是可用的。

虽然以上详细描述已展示、描述并指出适用于各种实施例的新颖特征，但将了解，所属领域的技术人员可在不脱离本发明的精神的情况下作出对所说明的装置或工艺的形式和细节上的各种省略、替代和改变。如将了解，本发明可在不提供本文陈述的所有特征和益处的形式内实施，因为一些特征可与其它特征分离地使用或实践。

Claims (80)

1.一种装置，其包括：

电极；

可移动层，其在所述电极上延伸且在其间形成腔；以及

材料，其耦合到所述电极和所述可移动层中的一者或两者，所述材料归因于本征电子能带结构和/或非本征缺陷而有效地截留电荷；

其中所述可移动层经配置以响应于所述电极与所述可移动层的至少一部分之间的电位而移动，所述电位大于激活阈值电压，且其中电荷响应于所述装置的激活而向所述材料或从所述材料转移以改变所述激活阈值电压。

2.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料经配置以维持足够的所转移电荷来改变所述激活阈值电压持续超过100ms的时间周期。

3.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括第一材料和至少一个其它材料，所述其它材料具有比所述第一材料的电子能量带隙小的电子能量带隙。

4.根据权利要求3所述的装置，其中所述第一材料包括氮化硅、二氧化硅、氧化铝、二氧化钛，或过渡金属氧化物或硅酸盐中的至少一者。

5.根据权利要求3所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括以下各项中的至少一者：金属、半导体和电介质材料。

6.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置包括干涉式光调制器。

7.根据权利要求6所述的装置，其中所述装置经配置以连接到阵列的额外干涉式光调制器。

8.根据权利要求7所述的装置，其中所述阵列经配置以显示图像。

9.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括具有不同电子能量带隙的区。

10.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是存储器装置。

11.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括SiN_x，且x是大于零的整数。

12.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料是具有贯穿于整个层的工艺引起的缺陷的电介质层。

13.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料是具有在特定深度处引入的电荷截留部位的电介质层。

14.根据权利要求13所述的装置，其中所述电荷截留部位由植入的掺杂剂原子形成。

15.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料耦合到所述可移动层。

16.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料耦合到所述电极。

17.根据权利要求1所述的装置，其中所述材料包括：

电介质层；以及

传导材料层，其具有所述电介质层的禁隙中的能量级。

18.根据权利要求1所述的装置，其中所述装置是微机电(MEMS)装置。

19.根据权利要求1所述的装置，其中所述激活阈值电压可近似地在以下范围的一者内调谐：0到15伏、4到10伏、3到15伏、0到2伏，其中所述激活阈值电压为负或正。

20.根据权利要求1所述的装置，其中所述激活阈值电压可在约20与50伏之间调谐，其中所述激活阈值电压为负或正。

21.一种装置，其包括：

电极；

多层材料，其包括第一材料和至少一个其它材料，所述其它材料具有比所述第一材料的电子能量带隙小的电子能量带隙；以及

可移动层，其在所述多层材料的表面上延伸以便在其间形成腔，所述可移动层经配置以响应于所述电极与所述可移动层的至少一部分之间的大于激活阈值电压的电位而接触所述多层材料，其中当所述可移动层接触所述多层材料时，电荷在所述可移动层与所述多层材料之间转移以改变所述激活阈值电压。

22.根据权利要求21所述的装置，其中所述多层材料经配置以在所述可移动层与所述材料之间的接触被中断之后，维持足够的所转移电荷来改变所述激活阈值电压持续超过100ms的时间周期。

23.根据权利要求21所述的装置，其中所述第一材料包括电介质或绝缘体材料。

24.根据权利要求21所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括金属。

25.根据权利要求21所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括半导体。

26.根据权利要求21所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括电介质材料。

27.根据权利要求21所述的装置，其中所述装置包括干涉式光调制器。

28.根据权利要求27所述的装置，其中所述多层材料包括第一电介质层、第二电介质层和额外材料层，且其中所述额外材料层具有从所述第一和/或第二电介质层的传导带偏移的传导带。

29.根据权利要求28所述的装置，其中所述额外材料层位于所述第一与第二电介质层之间，所述第一和第二电介质层具有约50到10000埃的厚度，且所述额外材料层具有约2到200埃的厚度。

30.根据权利要求27所述的装置，其进一步经配置以连接到阵列的额外干涉式光调制器。

31.根据权利要求28所述的装置，其中所述阵列经配置以显示图像。

32.根据权利要求31所述的装置，其进一步包括：

处理器，其与所述阵列电连通，所述处理器经配置以处理图像数据；以及

存储器装置，其与所述处理器电连通。

33.根据权利要求31所述的装置，其进一步包括：

第一控制器，其经配置以将至少一个信号发送到所述阵列；以及

第二控制器，其经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述第一控制器。

34.根据权利要求32所述的装置，其进一步包括：

图像源模块，其经配置以将所述图像数据发送到所述处理器。

35.根据权利要求24所述的装置，其中所述图像源模块包括接收器、收发器及发射器中的至少一者。

36.根据权利要求32所述的装置，其进一步包括：

输入装置，其经配置以接收输入数据且将所述输入数据传送到所述处理器。

37.根据权利要求21所述的装置，其中所述装置是微机电(MEMS)装置。

38.根据权利要求21所述的装置，其中所述激活阈值电压可近似地在以下范围的一者内调谐：0到15伏、4到10伏、3到15伏、0到2伏，其中所述激活阈值电压为负或正。

39.根据权利要求21所述的装置，其中所述激活阈值电压可在约20与50伏之间调谐，其中所述激活阈值电压为负或正。

40.一种装置，其包括：

用于将电荷截留在所述装置的一部分中的装置；

用于改变所述装置的状态的装置，所述状态基于激活阈值电压；以及

用于改变所述激活阈值电压的装置。

41.根据权利要求40所述的装置，其中所述阈值改变装置包括：

电极；以及

可移动层，其在材料的表面上延伸以便在其间形成腔，所述可移动层经配置以在所述电极与所述可移动层的至少一部分之间的电位大于所述激活阈值电压的情况下接触所述材料。

42.根据权利要求41所述的装置，其中所述用于截留电荷的装置经配置以在所述可移动层与所述材料之间的接触被中断之后，维持足够的所转移电荷来改变所述激活阈值电压持续超过100ms的时间周期。

43.根据权利要求41所述的装置，其中所述用于截留电荷的装置包括第一材料和至少一个其它材料，所述其它材料具有比所述第一材料的电子能量带隙小的电子能量带隙。

44.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个电介质材料包括氮化硅。

45.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个电介质材料包括二氧化硅。

46.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个电介质材料包括金属氧化物。

47.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个电介质材料包括硅酸盐。

48.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括金属。

49.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括半导体。

50.根据权利要求43所述的装置，其中所述至少一个其它材料包括电介质材料。

51.根据权利要求40所述的装置，其中所述状态改变装置包括驱动电路。

52.根据权利要求40所述的装置，其进一步包括用于调制光的装置。

53.根据权利要求52所述的装置，其中所述调制装置包括干涉式腔。

54.根据权利要求52所述的装置，其进一步包括用于将所述装置连接到阵列的额外光调制装置的装置。

55.根据权利要求54所述的装置，其中所述连接装置包括行和列电极。

56.根据权利要求54所述的装置，其中所述装置经配置以显示图像。

57.根据权利要求40所述的装置，其中所述装置是微机电(MEMS)装置。

58.根据权利要求40所述的装置，其中所述激活阈值电压可近似地在以下范围的一者内调谐：0到15伏、4到10伏、3到15伏、0到2伏，其中所述激活阈值电压为负或正。

59.根据权利要求40所述的装置，其中所述激活阈值电压可在约20与50伏之间调谐，其中所述激活阈值电压为负或正。

60.一种对微机电(MEMS)元件进行寻址的方法，所述MEMS元件包含可移动层和包括具有不同电子能量带隙的区的材料，所述方法包括：

将电荷转移到所述材料中具有低电子能量级的区。

61.根据权利要求60所述的方法，其中所述MEMS元件展现滞后，且其中所述转移的电荷足以使所述滞后的中心移位到所需位置。

62.根据权利要求60所述的方法，其中所述所需位置为接近零伏。

63.根据权利要求60所述的方法，其进一步包括激活所述MEMS元件以朝所述材料移动所述可移动层。

64.根据权利要求60所述的方法，其中通过静电方法转移所述电荷。

65.根据权利要求60所述的方法，其中通过使用紫外线照射激励电子来转移所述电荷。

66.根据权利要求60所述的方法，其中转移所述电荷使得所述MEMS元件的初始偏移电压被设定为所需值。

67.根据权利要求60所述的方法，其中转移所述电荷使得在操作期间所述MEMS元件的偏移电压被设定为所需值。

68.一种制造微机电(MEMS)装置的方法，所述方法包括：

形成电极；

形成在所述电极上延伸并在其间形成腔的可移动层；以及

形成耦合到所述电极和所述可移动层中的一者或两者的材料，所述材料归因于本征电子能带结构和/或非本征缺陷而有效地截留电荷；

其中所述可移动层经配置以响应于所述电极与所述可移动层的至少一部分之间的大于激活阈值电压的电位而移动。

69.根据权利要求68所述的方法，其中形成所述可移动层包括形成干涉式腔。

70.根据权利要求68所述的方法，其中形成所述材料包括形成电介质材料层和至少一个其它材料层，所述其它材料层具有比所述至少一个电介质材料的电子能量带隙小的电子能量带隙。

71.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述电介质材料层包括形成所述电介质材料以包括氮化硅。

72.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述电介质材料层包括形成所述电介质材料以包括二氧化硅。

73.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述电介质材料层包括形成所述电介质材料以包括金属氧化物。

74.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述电介质材料层包括形成所述电介质材料以包括硅酸盐。

75.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述至少一个其它材料层包括形成所述至少一个其它材料层以包括金属。

76.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述至少一个其它材料层包括形成所述至少一个其它材料层以包括半导体。

77.根据权利要求70所述的方法，其中形成所述至少一个其它材料层包括形成所述至少一个其它材料层以包括电介质材料。

78.根据权利要求70所述的方法，其中所述材料耦合到所述可移动层。

79.根据权利要求70所述的方法，其中所述材料耦合到所述电极。

80.一种通过根据权利要求68所述的方法制造的MEMS装置。

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