CN107396276B - 微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法 - Google Patents

微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法 Download PDF

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Abstract

在这里讨论了如下方面：微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法。该微机电设备可以包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。

Description

微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及 操作微机电设备的方法
技术领域
各种实施例一般涉及微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法。
背景技术
微机电系统（MEMS）可以被生产用于用作扩音器或用于其他适当的利用。MEMS扩音器可以具有被致动来创建声波的隔膜（diaphragm）。如果该隔膜被预加应力以具有双稳态几何结构，则“弯曲”效应可以被利用来增强MEMS设备，例如以高加速度从一个稳定位置至第二稳定位置的转移对于声波生成来说可能更加能量高效。然而，取决于隔膜几何结构，在稳定位置之间的转移可以在两个方向上都具有相等的幅度，这例如可能负面影响所生成的声波。因此，双稳态隔膜的有效控制将是有益的。因此，从隔膜的高加速度的声波的创建可以被用在阵列中以允许数字声音重构。
发明内容
按照本发明的第一方面的一种微机电设备，其包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
按照本发明的第二方面的一种微机电设备的阵列，其包括：衬底；布置在衬底上的多个微机电设备，其中该多个微机电设备中的每一个包括：机械耦合至衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波；以及被耦合至多个微机电设备的阵列控制器，其被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应微机电设备以创建聚合声波。
按照本发明的第三方面的一种制造微机电设备的方法，其包括：提供衬底；在衬底之上形成隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；在隔膜之上形成致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及将控制器耦合至致动器，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
按照本发明的第四方面的一种操作微机电设备的方法，该微机电设备包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及耦合至致动器的控制器，该方法包括：在控制器处接收数字声音输入；以及将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
附图说明
在绘图中，贯穿不同视图，相似的参考字符通常指代相同部件。绘图不一定按照比例，重点反而一般放在图示本发明的原理上。在下面的描述中，参考附图来描述本发明的各种实施例，在其中：
图1A和1B示出具有双稳态隔膜的微机电设备。
图2A-2G示出双稳态隔膜的各种方面。
图3A-3C示出微机电设备。
图4A和4B示出隔膜、预应力层和致动器。
图5A-5E示出具有致动器的双稳态隔膜的各种方面。
图6示出微机电设备的阵列。
图7示出制造微机电设备的方法的图。
图8A-8D示出制造微机电设备的方法的方面。
图9示出操作微机电设备的方法的图。
具体实施方式
下面的详细描述参考附图，所述附图作为图示示出具体细节以及可以在其中实践本发明的实施例。在附图中，相似或相同的元件可以具有相似或相同的参考编号（例如，隔膜110）。为了简洁起见，在后续描述中可以省略元件的描述。
词语“示例性”在本文中被用来意指“充当一个示例、实例或例证”。在本文中被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定要被解释为比起其他实施例或设计是优选的或有利的。
关于形成在一侧或表面“之上”形成的被沉积材料使用的词语“在…之上”在本文中可以被用来意指被沉积材料可以被“直接形成在暗示的侧或表面上”，例如与其直接接触。关于形成在一侧或表面“之上”的被沉积材料使用的词语“在…之上”在本文中可以被用来意指被沉积材料可以 “间接形成在暗示的侧或表面上”，其中一个或多个附加层布置在所暗示的侧或表面与被沉积材料之间。
如在本文中所使用的，“电路”可以被理解为任何种类的逻辑（模拟或数字）实施实体，它可以是执行存储在存储器、固件、硬件或其任何组合中的软件的专用电路或处理器。此外，“电路”可以是硬连线逻辑电路或可编程逻辑电路，诸如可编程处理器，例如微处理器（例如，复杂指令集计算机（CISC）处理器或精简指令集计算机（RISC）处理器）。“电路”还可以是执行软件的处理器，所述软件例如任何种类的计算机程序，例如非暂时性计算机可读介质，例如使用虚拟机代码（诸如例如Java）的计算机程序。下面将更详细描述的相应功能的任何其他种类的实施也可以被理解为“电路”。要理解，描述的电路的任何两个（或更多）部分可以被组合成具有基本上等同功能的单个电路，并且相反地，任何单个描述的电路可以被分布成两个（或更多）具有基本上等同功能的单独电路。特别地，关于包括在本文中的权利要求中的“电路”的使用，“电路”的使用可以被理解为总起来说指代两个或更多电路。
术语“形成”可以指代设置（dispose）、布置、结构化或沉积。用于形成例如层、材料、或区等等的方法可以包括各种沉积方法，其尤其可以包括：化学汽相沉积、物理汽相沉积（例如，用于电介质材料）、电沉积（其还可以被称为电镀，例如用于金属或金属合金）、或旋涂（例如，用于流体材料）。一般来说，可以通过溅射、激光烧蚀、阴极电弧汽化（vaporization）或热蒸发来执行气相沉积。用于形成金属的方法可以包括金属镀，例如电镀或化学镀。
术语“形成”还可以包括化学成分的化学反应或制造，其中，例如，通过将一组化学物质变换成化学成分来形成层、材料或区的至少一部分。“形成”例如可以包括：通过打破或形成该组化学物质的原子之间的化学键来改变电子的位置。术语“形成”可以进一步包括氧化和还原、络合、沉淀、酸碱反应、固态反应、取代、掺杂、添加和消除、扩散或光化反应。“形成”例如可以改变在化学上组成层、材料或区的一部分的该组化学物质的化学和物理性质。示例性化学性质或物理性质可以包括导电性、相组成或光学性质等等。“形成”例如可以包括将化学试剂应用于初始化合物以改变初始化合物的化学和物理性质。
术语“结构化（structure）”可以指代修改结构的形式（例如，修改结构以实现期望的形状或期望的图案）。为了使例如一种材料结构化，可以例如经由蚀刻来移除该材料的一部分。为了从例如层、材料或区移除材料，可以使用掩模（其提供图案），即掩模提供一种图案，用于根据掩模的该图样来移除材料（例如，蚀刻材料以移除结构的材料）。用作说明地，掩模可以防止区（其意图要保留）被移除（例如，通过蚀刻）。替换地或附加地，为了使层结构化，可以使用掩模（提供图案的掩模）设置材料或材料的区。该掩模可以一种图案，用于根据掩模的该图案来形成（例如，设置）材料。
一般来说，移除材料可以包括诸如材料的蚀刻之类的工艺。术语“蚀刻”可以包括各种蚀刻程序，例如化学蚀刻（包括例如，湿法蚀刻或干法蚀刻）、物理蚀刻、等离子体蚀刻、离子蚀刻等等。在蚀刻层、材料或区中，可以将蚀刻剂应用于该层、材料或区。例如，蚀刻剂可以与层、材料或区起作用，从而形成可以被容易移除的物质（例如，化合物），例如挥发性物质。替换地或附加地，蚀刻剂例如可以使层、材料或区汽化。
掩模可以是临时掩模，即它可以在蚀刻之后被移除（例如，掩模可以由树脂或金属或另一材料诸如硬掩模材料（诸如二氧化硅、氮化硅或碳等等）来形成），或者掩模可以是永久掩模（例如，掩模片），其可以被使用若干次。例如可以使用光掩模来形成临时掩模。
根据各种实施例，一种微机电设备可以被形成为半导体芯片的部分或者可以包括半导体芯片。例如，该半导体芯片可以包括微机电设备（其还可以被称为微机电部件）。换言之，该微机电设备可以被实施成例如被单片集成的半导体芯片（例如，可以是半导体芯片的部分）。可以以半导体技术在晶圆上、或在晶圆（或例如衬底或载体）中处理半导体芯片（其也被称为芯片、管芯或微芯片）。该半导体芯片可以包括一个或多个微机电设备（MEMS），其是在半导体技术处理或制造期间形成的。半导体衬底可以是半导体芯片的部分，例如半导体衬底可以是芯片的半导体主体的部分或可以形成芯片的半导体主体。可选地，微机电部件可以是芯片上的集成电路的部分，或者可以被电耦合至芯片上的集成电路。
根据各种实施例，可以通过从晶圆的切口（kerf）区移除材料（也被称为划切或切割晶圆）来从晶圆单片化半导体衬底（例如，微机电设备的半导体衬底，例如半导体芯片的半导体衬底）。例如，可以通过划线并断开、分裂、刀片划切或机械锯切（例如，使用划切锯）来处理从晶圆的切口区移除材料。换言之，可以通过晶圆划切工艺来单片化半导体衬底。在晶圆划切工艺之后，半导体衬底（或已完成的微机电设备）可以被电接触并例如通过模制材料密封到芯片载体（其也可以被称为芯片外壳）中，然后其可能适合于在电子设备（诸如计量器）中使用。例如，半导体芯片可以通过导线接合到芯片载体。此外，半导体芯片（其可以被接合到芯片载体）可以被安装（例如，焊接）在印刷电路板上。
根据各种实施例，半导体衬底（例如，微机电设备的半导体衬底或半导体芯片的半导体衬底）可以包括各种类型的半导体材料或者可以由各种类型的半导体材料制成（换言之由各种类型的半导体材料形成），包括IV族半导体（例如，硅或锗）、化合物半导体（例如，III-V族化合物半导体（例如，砷化镓））、或其他类型，包括例如III族半导体、V族半导体或聚合物。在一个实施例中，半导体衬底可以由（掺杂或未掺杂）硅来制成。在替换实施例中，半导体衬底可以是绝缘体上硅（SOI）晶圆。作为替换方案，任何其他适合的半导体材料可以被用于半导体衬底，例如半导体化合物材料，诸如磷化镓（GaP）、磷化铟（InP）、或任何适合的三元半导体化合物材料（诸如砷化铟镓（InGaAs））或四元半导体化合物材料（诸如磷化铝镓铟（AlInGaP））。
根据各种实施例，半导体衬底（例如，微机电设备的半导体衬底或半导体芯片的半导体衬底）可以被覆盖有用于保护半导体衬底免受环境影响（例如，氧化）的钝化层。该钝化层可以包括金属氧化物、半导体衬底的氧化物（其还可以被称为衬底或半导体主体）（例如，氧化硅）、氮化物（例如，氮化硅）、聚合物（例如，苯并环丁烯（BCB）或聚酰亚胺（PI））、树脂、抗蚀剂或电介质材料。
根据各种实施例，导电材料可以包括以下各项或可以由以下各项形成：金属、金属合金、金属间化合物、硅化物（例如，硅化钛、硅化钼、硅化钽或硅化钨）、传导聚合物、多晶半导体或高掺杂半导体例如多晶硅体（其也可以被称为多晶硅）或高掺杂硅。导电材料可以被理解为具有适度电导率的材料，例如，具有大于约10 S/m例如大于约102 S/m的电导率（在室温和恒定电场方向下测得），或者具有高电导率的材料，例如大于约104 S/m，例如大于约106 S/m。
根据各种实施例，金属可以包括以下元素组中的一种元素或可以由以下元素组中的一种元素形成：铝、铜、镍、镁、铬、铁、锌、锡、金、银、铱、铂或钛。替换地或附加地，金属可以包括金属合金或可以由金属合金形成，该金属合金包括一种元素或多于一种元素。例如，金属合金可以包括金属间化合物，例如金和铝的金属间化合物、铜和铝的金属间化合物、铜和锌的金属间化合物（黄铜）、或铜和锡的金属间化合物（青铜）。
根据各种实施例，电介质材料（例如，电绝缘材料）可以被理解为具有差电导率的材料，例如，具有小于约10-2 S/m，例如小于约10-5 S/m，或者例如小于约10-7 S/m的电导率（在室温和恒定电场方向下测得）。
根据各种实施例，电介质材料可以包括半导体氧化物、金属氧化物、陶瓷、半导体氮化物、金属氮化物、半导体碳化硅、金属碳化硅、玻璃（例如，氟硅酸盐玻璃（FSG））、电介质聚合物、硅酸盐（例如，硅酸铪或硅酸锆）、过渡金属氧化物（例如，二氧化铪或二氧化锆）、氮氧化物（例如，氮氧化硅）、或任何其他类型的电介质材料。在不击穿的情况下（换言之在没有受到其绝缘性质的故障的情况下，例如不显著改变其电导率的情况下），电介质材料可以经受电场。
根据各种实施例，一种微机电设备可以被配置成在控制器处接收数字声音输入并且将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。一般来说，一种微机电设备可以被配置成将机械能变换成电能和/或将电能变换成机械能。换言之，微机电部件可以充当换能器，其被配置成将机械能转换成电能或反之亦然。一种微机电设备可以具有如下尺寸（例如，直径或横向宽度）：在从约几微米（µm）到约几毫米（mm）的范围内，例如在从约10µm到约5mm的范围内、例如在从约100µm到约2mm的范围内、例如约1mm、例如在0.5mm到1.5mm的范围内，或者替换地小于约1mm、例如小于500µm、例如小于100µm。可以以半导体技术来处理根据各种实施例的微机电设备。
根据各种实施例的一种微机电设备可以被用作用于感测机械信号且生成表示机械信号的电信号的传感器（例如，微传感器）。替换地，一种微机电部件可以被用作用于基于电信号来生成机械信号的致动器。例如，微机电设备可以被用作麦克风或用作扬声器（扩音器）。
该微机电设备可以包括隔膜。该隔膜可以被配置成响应于力来致动。该力可以从微机电设备外部提供，即该力可以不源自于微机电设备。该力可以是机械相互作用即压力梯度，例如机械波（包括声波或声音波）、压力诸如仪表压力。替换地或附加地，该力可以是电场相互作用即库仑力或静电力，或者可以是磁场相互作用例如磁力，诸如洛伦兹力等等。一种导电部件（例如，电极或传感器）可以响应于隔膜的致动来提供电信号。该电信号可以表示隔膜上的力或隔膜的致动，例如或者电信号可以与力成比例。
附加地或替换地，可以由微机电设备来提供用以致动隔膜的力，即力可以源自于微机电设备的元件。例如，可以由导电部件（例如，作为微机电设备的部分的电极，或包括压电元件的致动器）来提供力。导电部件可以响应于传送至导电部件的电信号来提供用以致动隔膜的力。该电信号可以由电子电路（例如，控制器或处理器）来传送。导电部件可以通过电场相互作用、磁场相互作用或其组合来在隔膜上施加力。
通过材料的极化和电压态的耦合来表征压电材料（诸如氮化铝、氧化锌和锆钛酸铅）。所施加的压力使压电材料的晶体结构中的晶胞变形，这创建使材料极化的电荷位移。这被称为压电效应。反压电效应以相反的原理工作，即电场的应用导致压电材料的晶体结构的变形。
图1A示出具有双稳态隔膜110的微机电设备100。该隔膜110可以被机械耦合至衬底102。隔膜100A可以示出处于几何稳定位置110-1的隔膜110。归因于隔膜110的“弯曲”效应（例如，限定的机械预应力），隔膜110在位置110-1处可以处于稳定几何平衡位置，即能量输入不一定将隔膜110保持在稳定位置110-1中。
微机电设备100的衬底102可以由半导体例如硅来形成。硅可以是单晶硅或多晶硅。附加地或替换地，半导体可以是硅化合物，例如非晶碳化硅或多晶碳化硅。
隔膜110还可以由半导体材料来形成，其可以允许高机械稳定性，例如与衬底102相同的材料或与衬底102不同的材料。隔膜110可以由硅或硅化合物（单晶硅、多晶硅、氮化硅、非晶碳化硅或多晶碳化硅）来形成。
图1B示出具有双稳态隔膜110的微机电设备100。在这里，隔膜110可以处在另一几何稳定位置110-2（参考图1A中的几何稳定位置110-1），即位置110-2可以是隔膜110的两个稳定几何平衡位置之一。可以通过克服隔膜110的隔膜特定应力值（例如，归因于几何形状、材料、悬挂或耦合等等中的任一个或组合的临界载荷或力）来实现两个稳定位置之间的转移，例如从110-1移动到110-2。
图2A-2G示出示例性双稳态隔膜110的各种方面。双稳态隔膜可以不被限制在特殊几何形状。该隔膜可以是方形、十字形或圆形等等。许多示例可以在机械预应力隔膜110中给予（impart）“弯曲”效应。例如，具有限定的层应力的附加薄层技术可以形成在隔膜110之上。该预应力层可以是形成在隔膜110之上仅用以给予应力的附加层，或者可以是形成在隔膜110之上的另一结构的预应力层。附加地或替换地，可以通过经由周围封装（例如，应力衬底102）在隔膜110的结构中实现期望张力来对隔膜110预加应力。附加地或替换地，隔膜110可以被预加应力，例如通过经由隔膜110中的结构掺杂剂的注入或掺杂，其引入限定的压应力梯度。
如在本文中可以使用的，结构掺杂剂可以指代故意更改隔膜的物理或机械性质的掺杂剂，与更改隔膜的电性质的掺杂剂例如以增加隔膜或隔膜的区的传导性相对。结构掺杂剂例如碳可以被注入以形成隔膜的预应力区以创建受应力的几何双稳态隔膜，但是不显著更改隔膜的电性质。然而，要指出，应力区必须并非仅包括结构掺杂剂，即应力区可以表示结构掺杂剂已经被注入的区，然而传导地掺杂区可以与应力区重叠，例如可以增加隔膜的区的传导性的掺杂剂也可以被沉积在应力区中或其之上。
因此，可以在隔膜110的整个表面或隔膜110的部分之上给予或限定一个区，在该区中将应力给予隔膜110以用于“弯曲”效应。下面可以参考图2A-2G来讨论各种方面或示例。
例如，隔膜110可以具有圆形形状，如在图2A的俯视图200A中可以看到的。应力区112可以覆盖隔膜110的整个表面，例如顶表面。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
如在图2B中可以看到的，俯视图200B示出圆形形状的隔膜110。应力区112可以部分覆盖隔膜110的圆形形状的表面。可以沿着隔膜110的至少一个直径（例如，两个直径，它们可以彼此垂直）来形成应力区112。因此，隔膜110的区114可能不直接被加应力，即区114可以受到应力或应力梯度，但是例如预应力层可能不被应用于区114之上或者结构掺杂剂可能不被注入在区114中。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
图2C也可以示出具有圆形形状的隔膜110的俯视图200C。然而，可以沿着圆形形状的圆周来形成应力区112，即应力区112可以部分覆盖圆形形状的表面以使得区114可能不直接被加应力。应力区112可以从隔膜110的圆形形状的圆周延伸基本统一的预定义距离。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
可以在图2D的俯视图200D中示出具有椭圆形状的隔膜110。应力区112可以覆盖椭圆形状的整个表面。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。在对上面图2A-2D的替换方案中，隔膜110可以具有多边形形状。
例如，图2E的俯视图200E可以示出具有矩形形状的隔膜110。应力区112可以覆盖矩形形状的整个表面。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
图2F可以在俯视图200F中示出方形形状的隔膜110。如在这里可以看到的，应力区112可以覆盖方形形状的隔膜110的整个表面。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
然而，图2G的俯视图200G中的方形形状的隔膜110的表面可以部分被应力区112覆盖。区114可以不直接被加应力。可以沿着方形形状的两个等分线（例如，如在图2G可以中看到的侧向等分线或者例如角等分线）来形成应力区112。箭头116可以指示给予隔膜110的应力。
图3A可以示出微机电设备300A。微机电设备300A可以包括：衬底102；机械耦合至衬底102的隔膜110，该隔膜110可以包括用以使隔膜弯曲成两个几何稳定位置（为了方便起见，在这里没有示出双稳态隔膜110的示例性位置110-1和110-2）之一的应力区；机械耦合至隔膜110的致动器120，该致动器120包括在隔膜110之上的压电层124（致动器120例如还可以包括第一电极122和第二电极126，如在这里示出的）；控制器150，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器120被配置成接收电控制信号来经由压电层124将机械压电力施加于隔膜110上以使隔膜110移动以便创建声波。控制器150可以被耦合至致动器120。
致动器120的压电层124可以包括氧化锌（ZnO）。压电层124可以包括锆钛酸铅（PZT），其可能具有与在CMOS（互补金属氧化物半导体）工艺中的集成的减小的兼容性，然而，其可以产生高致动器电位。压电层124可以包括氮化铝（AlN）。
致动器120可以包括机械耦合至压电层124的顶表面的第一电极122。第一电极122可以包括导电材料诸如金属，例如铝、金和铂。致动器120可以进一步包括机械耦合至隔膜110之上的压电层124的底表面的第二电极126。第二电极126可以由典型的致动器或施主材料形成以创建导电区（诸如金属薄膜），或者直接通过半导体材料（例如，掺杂半导体材料）形成作为附加层或作为隔膜110的部分。第二电极126可以包括导电材料。第二电极126可以包括金属，诸如铝、金和铂。附加地或替换地，隔膜110可以包括被配置为耦合至压电层124的底表面的第二电极126的传导区。该第二电极可以包括半导体材料，例如掺杂半导体。
微机电设备300可以进一步包括耦合至隔膜的传感器130。传感器130可以附加地被耦合至被配置成将模拟输入转换成数字输出的电路，例如用以从传感器130接收输入并提供对应于该输入的信号。该电路可以与控制器150相同或不同。传感器130可以被配置成确定隔膜110在两个几何稳定位置之间的位置。如在图3A中可以看到的，致动器120的压电层124可以进一步被配置为用以确定隔膜110在两个几何稳定位置之间的位置的传感器130。如在图3B中可以看到的，传感器130可以包括机械耦合至隔膜110的另外的压电层。该另外的压电层可以被耦合至隔膜110的表面并且可以不限于图3B中示出的配置。该另外的压电层可以包括AlN。该另外的压电层可以包括ZnO。该另外的压电层可以包括PZT。如在图3C中可以看到的，传感器130可以包括电容耦合至隔膜110的电极。该电极可以包括导电材料，诸如金属。例如，该电极可以包括铝、金和铂中的至少一种。传感器130中的电极可以具有用以允许隔膜110周围的介质穿过的孔或穿孔。
如上面所讨论的，隔膜110可以由硅或其他分层材料例如氮化硅（SixNy）或碳化硅（SiC）组成。隔膜110可以包括一个或多个层。致动器120例如可以包括第一电极122和第二电极126。致动器120可以沿着隔膜110的周界，例如在其中弯曲处于最大的隔膜110上布置。电极可以例如具有在几百nm之间，例如在100nm和500nm之间的厚度。在各电极之间，例如由PZT或AlN形成压电层124。压电层124可以例如具有2µm的厚度。通过施加电压，压电层124可拉紧或压缩以使得隔膜110可以从几何稳定位置110-1转移至几何稳定位置110-2，或者反之亦然。
因此，微机电设备300可以经由双稳态位置之间的突然切换（例如，骤然或迅速切换或转移）从数字输入创建声音，其创建隔膜110的高加速度，以及由此创建隔膜110的周围介质（例如，流体诸如空气）的高加速度。该加速度又与所创建的对应声脉冲的声压成比例。然而，该加速度可以在幅度上在隔膜110的几何稳定位置之间的两个方向上相等。
因此，经由压电致动器120，隔膜110可以被控制在双稳态位置之间，例如在创建声波（或声脉冲）之后，隔膜110被控制从结束位置（例如，位置110-2）返回至起始位置（例如，位置110-1）。因此，例如，微机电设备300A，例如阵列中的像素（参见以下）可以被用来再次创建另一声波。这是有利的，因为归因于隔膜形式的转移（例如，位置110-1至110-2）而创建的声波可以具有与从例如位置110-2至110-1的转移相同的幅度，即那时两个方向上的转移的动态是同样的。因此，与相反方向上的转移对应的相反声波具有相反的符号，其在被聚合时导致抵消。因此，为了有效地创建声波，在一个方向上可以与在双稳态位置之间的另一方向上不同地切换隔膜110（例如，当隔膜110正在双稳态位置之间移动时）。
控制器150可以是将数字声音输入转换成电控制信号的电路，该电控制信号例如是对应于数字声音输入的模拟控制信号，其可以被提供给致动器120。通过逆压电效应，致动器120的压电层124可以将力施加于隔膜110上，其根据数字声音输入使隔膜移动以创建声波。致动器120可以因此接收电控制信号来使隔膜从一个几何稳定位置移动至另一几何稳定位置以创建声波。
可以通过电装置来监视归因于隔膜110的机械变形的隔膜110的位置的切换，以及因此耦合的压电层124中的阻抗改变，即致动器120还可以被配置为传感器130。致动器120可以进一步被配置成从控制器接收另外的电控制信号以控制隔膜处于两个几何稳定位置之间的几何不稳定位置中。
另外的压电元件（例如，图3B中的传感器130）或用于电容测量的电极（例如，图3C中的传感器130）的集成可以允许隔膜110在不稳定区中的严格绝对位置确定。集成的传感器130还可以被配置成监视隔膜110在两个几何稳定位置之一中的绝对位置确定以另外确定隔膜110或致动器120的劣化（例如，作为例如针对磨损或应力松弛的自测试）。此外，可以通过几何稳定位置之间的转移来使极化电荷放电，其总量可以对隔膜110的绝对位置有间接干扰。
利用适当的第一电极122，例如根据J.L. Sanchez-Rojas, J. Hernando, ADonoso, J.C. Bellido, T. Manzaneque, A. Ababneh, H. Seidel和U. Schmid的在Journal of Micromechancis and Microengineering，第20卷，p.055027（7pp），2010中的Modal Optimization and Filtering in Piezoelectric Microplate Resonators（其据此通过引用以整体被并入在本文中），可以增强预应力隔膜110的期望位置转移，并且由此可以增加薄膜致动器120和传感器130的电位。
图4A和4B可以示出隔膜110、应力区112和致动器120的图400A和400B。为了对隔膜110预加应力，如上面所讨论的，在本公开的一个方面中，可以向隔膜110应用附加的应力层，例如薄膜可以形成应力区112。该层可以包括钨（W）。附加地或替换地，致动器120中的各层之一可以被压缩地加应力以将应力区112给予在隔膜110上。因此可以节省附加层。
图5A-5E可以在横截面中示出双稳态隔膜110与致动器120的各种方面，即将应力的区112给予在隔膜110上的各种方面。致动器120可以包括第一电极126、压电层124（例如，薄层）和第二电极126。该第二电极126可以由金属薄膜，以及隔膜110的掺杂区（例如，高掺杂区）（半导体材料）形成。各个部件可以是隔膜110、应力薄膜和致动器120。可以以不同的方式来布置这些，并且特定的层可以被配置用于多个任务。例如，第二电极126可以被压缩并且还可以是致动器120的一部分，即除了作为应力层的角色之外。还可以通过注入（例如，诸如碳的结构掺杂剂）来在隔膜110中形成压应力梯度，并且隔膜110的该区可以通过近表面附加掺杂被同时用作第二电极126。
隔膜110可以进一步包括机械耦合至隔膜110的表面以给予应力区的预应力层。致动器120可以包括机械耦合在隔膜110的表面之上以给予应力区的预应力层。致动器120的预应力层可以是机械耦合至压电层124的顶表面的第一电极122、压电层124和机械耦合至隔膜110之上的压电层的底表面的第二电极。
图5A可以包括隔膜110与用以给予应力区112的附加层。箭头可以指示预应力元件。致动器120可以包括第一电极122、压电层124和第二电极126。
图5B中的致动器120可以包括第一电极122、压电层124和第二电极126。第二电极126可以被预加应力以将应力区给予隔膜110。箭头可以指示预应力元件。
在图5C中，致动器120的压电层124可以被预加应力。箭头可以指示预应力元件。因此，可以通过压电层124来给予隔膜110的应力区。
在图5D中，隔膜110可以包括用以给予应力区的结构掺杂剂。箭头可以指示预应力元件。致动器120中的所有元件都没有被预加应力。
再次地，在图5E中，隔膜110可以包括用以给予应力区的结构掺杂剂。此外，第二电极126可以被形成在隔膜110的区（例如，掺杂区（用以增加传导性））中。因此，致动器120可以包括在压电层124之上的第一电极122，它们两个都在隔膜110之上，而致动器120的第二电极126在隔膜110中。
图6示出微机电设备的阵列600。在硅微技术领域中的高精度处理基础上，如已经被描述的许多微机电设备可以紧凑地布置在阵列中，以使得可以实现足够高音量和分辨率以用于声音生成。该阵列可以被逐位（作为像素）或按位-组地（例如，单独地或成组地）数字控制。数字控制通常可以具有大大超过可听区的采样频率，例如在80kHz处。为了数字地重构声音输入，在一个方向上（即从隔膜110的两个几何稳定位置之一转移的方向）创建正声脉冲，并且通过相反方向上的声脉冲创建负的声音脉冲。因此，经由阵列的像素或位-组的灵活分配，可以关于所创建的声波（例如，聚合声波）的特定周期来重置（相应隔膜的）实际位置，即相应隔膜可以被控制返回至起始位置以便不显著影响聚合声波的创建。
微机电设备（例如，诸如在前的微机电设备300A）的阵列600可以包括：衬底102；布置在衬底102上的多个微机电设备（例如，微机电设备300-1和300-2），其中该多个微机电设备中的每一个可以包括：机械耦合至衬底102的隔膜（例如，隔膜110A和110B），该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器（例如，致动器120A和120B），该致动器包括在隔膜之上的压电层（例如，压电层124A和124B）；控制器（在这里没有被描绘），其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波；以及被耦合至多个微机电设备的阵列控制器160，其被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应微机电设备以创建聚合声波。
尽管在图6中阵列600被图示有两个微机电设备300-1和300-2，但是任何数目的单独微机电设备可以形成阵列600，例如二维阵列（m，n），其中m在1到65,536的范围内并且n在1到65,536的范围内，其中如果m或n等于1，则m不等于n。
所述多个微机电设备可以包括多组相应微机电设备，例如位-组，并且阵列控制器160可以进一步被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应各组微机电设备以创建聚合声波。
阵列600的微机电设备中的每一个可以与在前描述的微机电设备（例如，300A-300C）相同或相似，并且因此在这里不再次详细描述它们。
图7可以示出制造微机电设备例如微机电设备300A的方法700。该方法可以包括：提供衬底；在衬底之上形成隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；在隔膜之上形成致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；将控制器耦合至致动器，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
方法700的衬底可以包括半导体材料，诸如硅。硅可以是单晶硅或多晶硅。附加地或替换地，该半导体材料可以是硅化合物，诸如非晶碳化硅或多晶碳化硅。
同样地，该隔膜可以包括半导体材料。半导体可以是硅或硅化合物，例如单晶硅、多晶硅、非晶单晶硅或多晶碳化硅。
在方法700中，隔膜可以被形成为具有圆形形状。应力区可以覆盖圆形形状的整个表面或可以部分覆盖圆形形状的表面。例如，可以沿着圆形形状的两个直径来形成应力区。该直径可以是垂直的。可以沿着圆形形状的圆周来形成该应力区。该应力区可以因此从圆周延伸基本统一的预定义距离。
隔膜可以具有椭圆形状并且应力区可以覆盖圆形形状的整个表面。
在本公开的另一方面中，该隔膜可以具有多边形形状，诸如矩形形状或方形形状。应力区可以覆盖矩形形状或方形形状的整个表面。替换地，该应力区可以部分覆盖方形形状的表面。可以沿着方形形状的两个等分线（例如，横向或角向）来形成该应力区。
致动器的压电层可以包括氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、或锆钛酸铅（PZT）。该控制器可以是电路。
方法700中的形成包括应力区的隔膜可以进一步包括利用结构掺杂剂（例如，碳）来掺杂应力区。
附加地或替换地，形成包括应力区的隔膜可以包括在隔膜之上形成用以给予应力区的预应力层。该预应力层可以包括钨（W）。
在隔膜之上形成致动器可以包括在隔膜的表面之上形成用以给予应力区的致动器的预应力层。致动器的预应力层可以是以下各项中的至少一个：机械耦合至压电层的顶表面的第一电极、压电层和机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
在方法700中，在隔膜之上形成致动器可以包括在隔膜之上形成第二电极。该第二电极可以包括导电材料，诸如金属。该金属可以是或包括铝、金或铂。在隔膜之上形成致动器可以进一步包括在隔膜之上形成压电层。该压电层可以包括氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、或锆钛酸铅（PZT）。在隔膜之上形成致动器可以进一步包括在压电层的顶表面之上形成第一电极。该第一电极可以包括导电材料。该导电材料可以是金属，例如铝、金和铂中的至少一种。
方法700可以进一步包括将传感器耦合至隔膜，该传感器被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。将传感器耦合至隔膜可以进一步包括在隔膜之上形成另外的压电层。该另外的压电层可以包括氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、或锆钛酸铅（PZT）。将传感器耦合至隔膜可以进一步包括形成被配置成电容耦合至隔膜的电极。该电极可以包括导电材料诸如金属，其可以是铝、金和铂中的至少一种。
图8A-8D可以示出方法700的各方面。图8A可以示出提供衬底102。图8B可以示出在衬底102之上形成隔膜110，该隔膜110包括用以使隔膜110弯曲到两个几何稳定位置（例如，位置110-1和110-2）之一中的应力区。图8C可以示出在隔膜110之上形成致动器120（其还可以是传感器130），该致动器120包括在隔膜110之上的压电层124（以及，例如，第一电极122和第二电极126）。在图8D中，衬底102的部分可以被移除以释放隔膜110并形成微机电设备300。这里没有示出的可能是将控制器耦合至致动器120，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号，其中该致动器120被配置成接收电控制信号来经由压电层124将机械压电力施加于隔膜110上以使隔膜110移动来创建声波。
图9可以示出操作微机电设备的方法900，该微机电设备包括衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及耦合至致动器的控制器，该方法900包括：在控制器处接收数字声音输入；以及将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
该微机电设备可以进一步包括耦合至隔膜的传感器，并且该方法900可以进一步包括经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。方法900可以进一步包括：经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之一中的第一位置以及经由传感器来确定在两个几何稳定位置中的另一个中的第二位置。该微机电设备可以进一步包括耦合至传感器的存储器并且方法900可以进一步包括：将经由传感器确定的第一位置和第二位置与存储器中的先前存储的第一位置和第二位置进行比较以校准微机电设备或针对应力松弛测试隔膜。
该机械压电力可以是克服将隔膜维持在两个几何稳定位置之一中的平衡力的临界力，例如以创建声波，可以被消耗来移动例如转移隔膜以创建声波的最小能量。
方法900可以进一步包括控制致动器以施加对抗隔膜的移动的相反力。该相反力可以使隔膜的移动减速或者该相反力可以将隔膜的位置维持在两个几何稳定位置之间的不稳定区中。
在本公开的一个方面中，示例1可以是一种微机电设备，其包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
示例2可以包括示例1，其中该衬底包括半导体。
示例3可以包括示例2，其中该半导体包括硅。
示例4可以包括示例3，其中该硅是单晶硅。
示例5可以包括示例3，其中该硅是多晶硅。
示例6可以包括示例3，其中该硅是非晶碳化硅。
示例7可以包括示例3，其中该硅是多晶碳化硅。
示例8可以包括示例1-7中的任一个，其中该隔膜包括半导体。
示例9可以包括示例8，其中该半导体包括硅。
示例10可以包括示例8，其中该硅是单晶硅。
示例11可以包括示例8，其中该硅是多晶硅。
示例12可以包括示例8，其中该硅是非晶碳化硅。
示例13可以包括示例8，其中该硅是多晶碳化硅。
示例14可以包括示例1-13中的任一个，其中该隔膜具有圆形形状。
示例15可以包括示例14，其中该应力区覆盖圆形形状的整个表面。
示例16可以包括示例14，其中该应力区部分覆盖圆形形状的表面。
示例17可以包括示例16，其中该应力区是沿着圆形形状的两个直径形成的。
示例18可以包括示例17，其中该直径是垂直的。
示例19可以包括示例16，其中该应力区是沿着圆形形状的圆周形成的。
示例20可以包括示例19，其中沿着圆形形状的圆周的应力区从圆周延伸基本统一的预定义距离。
示例21可以包括示例1-13中的任一个，其中该隔膜具有椭圆形状。
示例22可以包括示例21，其中该应力区覆盖椭圆形状的整个表面。
示例23可以包括示例1-13中的任一个，其中该隔膜具有多边形形状。
示例24可以包括示例23，其中该隔膜具有矩形形状。
示例25可以包括示例24，其中该应力区覆盖矩形形状的整个表面。
示例26可以包括示例24，其中该矩形形状是方形形状。
示例27可以包括示例26，其中该应力区覆盖方形形状的整个表面。
示例28可以包括示例26，其中该应力区部分覆盖方形形状的表面。
示例29可以包括示例28，其中该应力区是沿着方形形状的两个等分线形成的。
示例30可以包括示例1-29中的任一个，其中该压电层包括氮化铝。
示例31可以包括示例1-29中的任一个，其中该压电层包括氧化锌。
示例32可以包括示例1-29中的任一个，其中该压电层包括锆钛酸铅。
示例33可以包括示例1-32中的任一个，其中该控制器是电路。
示例34可以包括示例1-33中的任一个，其中该致动器被进一步配置成从控制器接收另外的电控制信号以将隔膜控制在两个几何稳定位置之间的几何不稳定位置中。
示例35可以包括示例1-34中的任一个，其中该致动器被进一步配置成接收电控制信号以将隔膜从一个几何稳定位置移动到另一几何稳定位置中以创建声波。
示例36可以包括示例1-35中的任一个，进一步包括：耦合至隔膜的传感器，其被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
示例37可以包括示例36，其中该传感器包括机械耦合至隔膜的另外的压电层。
示例38可以包括示例37，其中该另外的压电层包括氮化铝。
示例39可以包括示例37，其中该另外的压电层包括氧化锌。
示例40可以包括示例37，其中该另外的压电层包括锆钛酸铅。
示例41可以包括示例36，其中该传感器包括电容耦合至隔膜的电极。
示例42可以包括示例41，其中该电极包括导电材料。
示例43可以包括示例42，其中该导电材料是金属。
示例44可以包括示例43，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例45可以包括示例1-35中的任一个，其中该致动器的压电层被进一步配置为用以确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置的传感器。
示例46可以包括示例1-45中的任一个，其中该致动器进一步包括机械耦合至压电层的顶表面的第一电极。
示例47可以包括示例46，其中该第一电极包括导电材料。
示例48可以包括示例47，其中该导电材料是金属。
示例49可以包括示例48，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例50可以包括示例46，其中该致动器进一步包括机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
示例51可以包括示例50，其中该第二电极包括导电材料。
示例52可以包括示例51，其中该导电材料是金属。
示例53可以包括示例52，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例54可以包括示例46，其中该隔膜进一步包括传导区，其被配置为机械耦合至压电层的底表面的第二电极。
示例55可以包括示例54，其中该第二电极包括半导体。
示例56可以包括示例55，其中该半导体是掺杂半导体。
示例57可以包括示例1-56中的任一个，其中该隔膜的应力区包括结构掺杂剂。
示例58可以包括示例57，其中该结构掺杂剂是碳。
示例59可以包括示例1-56中的任一个，其中该隔膜进一步包括预应力层，其机械耦合至隔膜的表面以给予应力区。
示例60可以包括示例59，其中该预应力层包括钨。
示例61可以包括示例1-56中的任一个，其中该致动器包括预应力层，其机械耦合在隔膜的表面之上以给予应力区。
示例62可以包括示例61，其中致动器的预应力层是由以下各项组成的层的组中的至少一个：机械耦合至压电层的顶表面的第一电极、压电层和机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
在本公开的一个方面中，示例63可以是微机电设备的阵列，其包括：衬底；布置在衬底上的多个微机电设备，其中该多个微机电设备中的每一个包括：机械耦合至衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波；以及被耦合至多个微机电设备的阵列控制器，其被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应微机电设备以创建聚合声波。
示例64可以包括示例63，其中该衬底包括半导体。
示例65可以包括示例64，其中该半导体包括硅。
示例66可以包括示例65，其中该硅是单晶硅。
示例67可以包括示例65，其中该硅是多晶硅。
示例68可以包括示例65，其中该硅是非晶碳化硅。
示例69可以包括示例65，其中该硅是多晶碳化硅。
示例70可以包括示例63-69中的任一个，其中该隔膜包括半导体。
示例71可以包括示例70，其中该半导体包括硅。
示例72可以包括示例71，其中该硅是单晶硅。
示例73可以包括示例71，其中该硅是多晶硅。
示例74可以包括示例71，其中该硅是非晶碳化硅。
示例75可以包括示例71，其中该硅是多晶碳化硅。
示例76可以包括示例63-75中的任一个，其中该隔膜具有圆形形状。
示例77可以包括示例76，其中该应力区覆盖圆形形状的整个表面。
示例78可以包括示例76，其中该应力区部分覆盖圆形形状的表面。
示例79可以包括示例78，其中该应力区是沿着圆形形状的两个直径形成的。
示例80可以包括示例79，其中该直径是垂直的。
示例81可以包括示例78，其中该应力区是沿着圆形形状的圆周形成的。
示例82可以包括示例81，其中沿着圆形形状的圆周的应力区从圆周延伸基本统一的预定义距离。
示例83可以包括示例63-75中的任一个，其中该隔膜具有椭圆形状。
示例84可以包括示例83，其中该应力区覆盖椭圆形状的整个表面。
示例85可以包括示例63-75中的任一个，其中该隔膜具有多边形形状。
示例86可以包括示例85，其中该隔膜具有矩形形状。
示例87可以包括示例86，其中该应力区覆盖矩形形状的整个表面。
示例88可以包括示例86，其中该矩形形状是方形形状。
示例89可以包括示例88，其中该应力区覆盖方形形状的整个表面。
示例90可以包括示例88，其中该应力区部分覆盖方形形状的表面。
示例91可以包括示例90，其中该应力区是沿着方形形状的两个等分线形成的。
示例92可以包括示例63-91中的任一个，其中该压电层包括氮化铝。
示例93可以包括示例63-91中的任一个，其中该压电层包括氧化锌。
示例94可以包括示例63-91中的任一个，其中该压电层包括锆钛酸铅。
示例95可以包括示例63-94中的任一个，其中该控制器是电路。
示例96可以包括示例63-95中的任一个，其中该致动器被进一步配置成从控制器接收另外的电控制信号以将隔膜控制在两个几何稳定位置之间的几何不稳定位置中。
示例97可以包括示例63-96中的任一个，其中该致动器被进一步配置成接收电控制信号以将隔膜从一个几何稳定位置移动到另一几何稳定位置中以创建声波。
示例98可以包括示例63-97中的任一个，进一步包括：耦合至隔膜的传感器，其被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
示例99可以包括示例98，其中该传感器包括机械耦合至隔膜的另外的压电层。
示例100可以包括示例99，其中该另外的压电层包括氮化铝。
示例101可以包括示例99，其中该另外的压电层包括氧化锌。
示例102可以包括示例99，其中该另外的压电层包括锆钛酸铅。
示例103可以包括示例98，其中该传感器包括电容耦合至隔膜的电极。
示例104可以包括示例103，其中该电极包括导电材料。
示例105可以包括示例104，其中该导电材料是金属。
示例106可以包括示例105，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例107可以包括示例63-97中的任一个，其中该致动器的压电层被进一步配置为用以确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置的传感器。
示例108可以包括示例63-107中的任一个，其中该致动器进一步包括机械耦合至压电层的顶表面的第一电极。
示例109可以包括示例108，其中该第一电极包括导电材料。
示例110可以包括示例109，其中该导电材料是金属。
示例111可以包括示例110，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例112可以包括示例108，其中该致动器进一步包括机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
示例113可以包括示例112，其中该第二电极包括导电材料。
示例114可以包括示例113，其中该导电材料是金属。
示例115可以包括示例114，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例116可以包括示例108，其中该隔膜进一步包括传导区，其被配置为机械耦合至压电层的底表面的第二电极。
示例117可以包括示例116，其中该第二电极包括半导体。
示例118可以包括示例117，其中该半导体是掺杂半导体。
示例119可以包括示例63-118中的任一个，其中该隔膜的应力区包括结构掺杂剂。
示例120可以包括示例119，其中该结构掺杂剂是碳。
示例121可以包括示例63-118中的任一个，其中该隔膜进一步包括预应力层，其机械耦合至隔膜的表面以给予应力区。
示例122可以包括示例121，其中该预应力层包括钨。
示例123可以包括示例63-118中的任一个，其中该致动器包括预应力层，其机械耦合在隔膜的表面之上以给予应力区。
示例124可以包括示例123，其中致动器的预应力层是由以下各项组成的层的组中的至少一个：机械耦合至压电层的顶表面的第一电极、压电层和机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
示例125可以包括示例63-124中的任一个，其中该多个微机电设备包括多组相应微机电设备，其中该阵列控制器被进一步配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应各组微机电设备以创建聚合声波。
在本公开的一个方面中，示例126可以是制造微机电设备的方法，其包括：提供衬底；在衬底之上形成隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；在隔膜之上形成致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；将控制器耦合至致动器，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
示例127可以包括示例126，其中该衬底包括半导体。
示例128可以包括示例127，其中该半导体包括硅。
示例129可以包括示例128，其中该硅是单晶硅。
示例130可以包括示例128，其中该硅是多晶硅。
示例131可以包括示例128，其中该硅是非晶碳化硅。
示例132可以包括示例128，其中该硅是多晶碳化硅。
示例133可以包括示例126-132中的任一个，其中该隔膜包括半导体。
示例134可以包括示例133，其中该半导体包括硅。
示例135可以包括示例134，其中该硅是单晶硅。
示例136可以包括示例134，其中该硅是多晶硅。
示例137可以包括示例134，其中该硅是非晶碳化硅。
示例138可以包括示例134，其中该硅是多晶碳化硅。
示例139可以包括示例126-138中的任一个，其中该隔膜具有圆形形状。
示例140可以包括示例139，其中该应力区覆盖圆形形状的整个表面。
示例141可以包括示例139，其中该应力区部分覆盖圆形形状的表面。
示例142可以包括示例141，其中该应力区是沿着圆形形状的两个直径形成的。
示例143可以包括示例142，其中该直径是垂直的。
示例144可以包括示例141，其中该应力区是沿着圆形形状的圆周形成的。
示例145可以包括示例144，其中沿着圆形形状的圆周的应力区从圆周延伸基本统一的预定义距离。
示例146可以包括示例126-138中的任一个，其中该隔膜具有椭圆形状。
示例147可以包括示例146，其中该应力区覆盖椭圆形状的整个表面。
示例148可以包括示例126-138中的任一个，其中该隔膜具有多边形形状。
示例149可以包括示例148，其中该隔膜具有矩形形状。
示例150可以包括示例149，其中该应力区覆盖矩形形状的整个表面。
示例151可以包括示例149，其中该矩形形状是方形形状。
示例152可以包括示例151，其中该应力区覆盖方形形状的整个表面。
示例153可以包括示例151，其中该应力区部分覆盖方形形状的表面。
示例154可以包括示例153，其中该应力区是沿着方形形状的两个等分线形成的。
示例155可以包括示例126-154中的任一个，其中该压电层包括氮化铝。
示例156可以包括示例126-154中的任一个，其中该压电层包括氧化锌。
示例157可以包括示例126-154中的任一个，其中该压电层包括锆钛酸铅。
示例158可以包括示例126-157中的任一个，其中该控制器是电路。
示例159可以包括示例126-158中的任一个，其中形成包括应力区的隔膜进一步包括：利用结构掺杂剂掺杂该应力区。
示例160可以包括示例159，其中该结构掺杂剂是碳。
示例161可以包括示例126-158中的任一个，其中形成包括应力区的隔膜进一步包括：在隔膜之上形成用以给予应力区的预应力层。
示例162可以包括示例161，其中该预应力层包括钨。
示例163可以包括示例126-158中的任一个，其中在隔膜之上形成致动器进一步包括：在隔膜的表面之上形成用以给予应力区的致动器的预应力层。
示例164可以包括示例163，其中该致动器的预应力层是由以下各项组成的层的组中的至少一个：机械耦合至压电层的顶表面的第一电极、压电层和机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
示例165可以包括示例126-164中的任一个，其中在隔膜之上形成致动器进一步包括：在隔膜之上形成第二电极。
示例166可以包括示例165，其中该第二电极包括导电材料。
示例167可以包括示例166，其中该导电材料是金属。
示例168可以包括示例167，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例169可以包括示例165，其中在隔膜之上形成致动器进一步包括：在隔膜之上形成压电层。
示例170可以包括示例169，其中该压电层包括氮化铝。
示例171可以包括示例169，其中该压电层包括氧化锌。
示例172可以包括示例169，其中该压电层包括锆钛酸铅。
示例173可以包括示例165，其中在隔膜之上形成致动器进一步包括：在压电层的顶表面之上形成第一电极。
示例174可以包括示例173，其中该第一电极包括导电材料。
示例175可以包括示例174，其中该导电材料是金属。
示例176可以包括示例175，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
示例177可以包括示例126-176中的任一个，进一步包括：将传感器耦合至隔膜，该传感器被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
示例178可以包括示例177，其中将传感器耦合至隔膜进一步包括：在隔膜之上形成另外的压电层。
示例179可以包括示例178，其中该另外的压电层包括氮化铝。
示例180可以包括示例178，其中该另外的压电层包括氧化锌。
示例181可以包括示例178，其中该另外的压电层包括锆钛酸铅。
示例182可以包括示例177，其中将传感器耦合至隔膜进一步包括：形成被配置成电容耦合至隔膜的电极。
示例183可以包括示例182，其中该电极包括导电材料。
示例184可以包括示例183，其中该导电材料是金属。
示例185可以包括示例184，其中该金属包括由铝、金和铂组成的组中的至少一种。
在本公开的一个方面中，示例186可以是一种操作微机电设备的方法，该微机电设备包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及耦合至致动器的控制器，该方法包括：在控制器处接收数字声音输入；以及将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
示例187可以包括示例187，其中该微机电设备进一步包括耦合至隔膜的传感器，其中该方法进一步包括：经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
示例188可以包括示例187，进一步包括：经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之一中的第一位置，以及经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置中的另一个中的第二位置。
示例189可以包括示例188，其中该微机电设备进一步包括耦合至传感器的存储器，进一步包括：将经由传感器确定的第一位置和第二位置与在存储器中的先前存储的第一位置和第二位置进行比较以校准微机电设备。
示例190可以包括示例188，其中该微机电设备进一步包括耦合至传感器的存储器，进一步包括：将经由传感器确定的第一位置和第二位置与在存储器中的先前存储的第一位置和第二位置进行比较以针对应力松弛测试隔膜。
示例191可以包括示例186-190中的任一个，其中该机械压电力是克服将隔膜维持在两个几何稳定位置之一中的平衡力的临界力。
示例192可以包括示例186-191中的任一个，进一步包括：控制致动器以施加对抗隔膜的移动的相反力。
示例193可以包括示例192，其中该相反力使隔膜的移动减速。
示例194可以包括示例192，其中该相反力将隔膜的位置维持在两个几何稳定区之间的不稳定区中。
虽然已经参考具体实施例特别示出并描述了本发明，但是本领域技术人员应该理解，可以在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下在形式和细节方面作出各种改变。本发明的范围因此由所附权利要求来指示，并且因此意图包括权利要求的等同物的含义和范围内的所有改变。

Claims (24)

1.一种微机电设备，其包括：
衬底；
机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；
机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及
控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；
其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
2.权利要求1所述的微机电设备，
其中该致动器被进一步配置成从控制器接收另外的电控制信号以将隔膜控制在两个几何稳定位置之间的几何不稳定位置中。
3.权利要求2所述的微机电设备，
其中该致动器被进一步配置成在隔膜移动时控制隔膜。
4.权利要求1所述的微机电设备，
其中该致动器被进一步配置成接收电控制信号以将隔膜从一个几何稳定位置移动到另一几何稳定位置以创建声波。
5.权利要求1所述的微机电设备，进一步包括：
耦合至隔膜的传感器，其被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
6.权利要求5所述的微机电设备，
其中该传感器包括机械耦合至隔膜的另外的压电层。
7.权利要求5所述的微机电设备，
其中该传感器包括电容耦合至隔膜的电极。
8.权利要求1所述的微机电设备，
其中该致动器的压电层被进一步配置为用以确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置的传感器。
9.权利要求1所述的微机电设备，
其中该致动器进一步包括机械耦合至压电层的顶表面的第一电极。
10.权利要求9所述的微机电设备，
其中该致动器进一步包括机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
11.权利要求9所述的微机电设备，
其中该隔膜进一步包括传导区，其被配置为机械耦合至压电层的底表面的第二电极。
12.权利要求1所述的微机电设备，
其中该隔膜的应力区包括结构掺杂剂。
13.权利要求1所述的微机电设备，
其中该隔膜进一步包括预应力层，其机械耦合至隔膜的表面以给予应力区。
14.权利要求1所述的微机电设备，
其中该致动器包括预应力层，其机械耦合在隔膜的表面之上以给予应力区。
15.权利要求14所述的微机电设备，
其中致动器的预应力层是由以下各项组成的层的组中的至少一个：
机械耦合至压电层的顶表面的第一电极，
压电层，以及
机械耦合至隔膜之上的压电层的底表面的第二电极。
16.一种微机电设备的阵列，其包括：
衬底；
布置在衬底上的多个微机电设备，其中该多个微机电设备中的每一个包括：
机械耦合至衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；
机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；
控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；
其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波；以及
被耦合至多个微机电设备的阵列控制器，其被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应微机电设备以创建聚合声波。
17.权利要求16所述的阵列，
其中该多个微机电设备包括多组相应微机电设备；
其中该阵列控制器被进一步配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应各组微机电设备以创建聚合声波。
18.一种制造微机电设备的方法，其包括：
提供衬底；
在衬底之上形成隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；
在隔膜之上形成致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及
将控制器耦合至致动器，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；
其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
19.权利要求18所述的制造方法，进一步包括：
将传感器耦合至隔膜，该传感器被配置成确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
20.一种操作微机电设备的方法，该微机电设备包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及耦合至致动器的控制器，该方法包括：
在控制器处接收数字声音输入；以及
将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。
21.权利要求20所述的操作微机电设备的方法，其中该微机电设备进一步包括耦合至隔膜的传感器，其中该方法进一步包括：
经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之间的位置。
22.权利要求21所述的操作微机电设备的方法，进一步包括：
经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置之一中的第一位置；以及
经由传感器来确定隔膜在两个几何稳定位置中的另一个中的第二位置。
23.权利要求22所述的操作微机电设备的方法，其中该微机电设备进一步包括耦合至传感器的存储器，进一步包括：
将经由传感器确定的第一位置和第二位置与在存储器中的先前存储的第一位置和第二位置进行比较以校准微机电设备。
24.权利要求22所述的操作微机电设备的方法，其中该微机电设备进一步包括耦合至传感器的存储器，进一步包括：
将经由传感器确定的第一位置和第二位置与在存储器中的先前存储的第一位置和第二位置进行比较以针对应力松弛测试隔膜。
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