CN107852555B - Dsr扬声器元件及制造dsr扬声器元件的方法 - Google Patents

Dsr扬声器元件及制造dsr扬声器元件的方法 Download PDF

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Abstract

DSR扬声器元件及制造DSR扬声器元件的方法。提供了一种DSR扬声器，该DSR扬声器包括：至少中央移动元件；多个外围挠曲弯曲件，各挠曲弯曲件包括至少一对电极和至少压电材料层，挠曲弯曲件连接到所述移动元件并且被构造成响应于施加于所述电极的电激励来沿着与移动元件表面垂直的轴线移动所述移动元件以产生声音；以及至少机械止动件，该机械止动件被构造成限制所述移动元件的移动。还描述了各种制造方法。

Description

DSR扬声器元件及制造DSR扬声器元件的方法
技术领域
本所公开的主题总体涉及压电元件，具体涉及包括压电元件且可以在数字声音重构(DSR)扬声器中使用的声压产生元件。
背景技术
DSR扬声器可以使用诸如电磁致动、静电致动、或压电致动的不同类型的致动。
例如，同一申请人的美国第8085964号专利、美国第8780673号专利以及美国专利第2015/0071467号公报中公开了DSR扬声器。
压电致动器在本领域也已知，诸如PI陶瓷GMBH PL022.30或PL112-PL140。
这里的上述参考和装置的确认不被推断为意指这些以任意方式与本所公开的主题的可专利性相关。
与单个大的膜相反，DSR扬声器是通常使用小的移动元件的阵列来创建可听声音的扬声器。这些小的移动元件中的每个能够产生声压波脉冲。当每时钟脉冲数与想要产生的声压波相关时且当脉冲时钟频率高于人耳区分单个脉冲的能力时，原始声波形可以由DSR扬声器重构。
本领域中需要新的DSR扬声器和制造所述DSR扬声器的新的方法。
发明内容
根据本所公开的主题的特定方面，提供了一种DSR扬声器元件，该DSR扬声器元件包括：至少中央移动元件；多个外围挠曲弯曲件，各挠曲弯曲件包括至少一对电极和至少压电材料层，挠曲弯曲件连接到所述移动元件，并且被构造成响应于施加于所述电极的电激励沿着与移动元件表面垂直的轴线移动所述移动元件，以产生声音；以及至少机械止动件，该机械止动件被构造成限制所述移动元件的移动。
根据一些实施方式，DSR扬声器元件包括基板，该基板包括腔，所述基板还充当所述机械止动件。根据一些实施方式，机械止动件位于移动元件的一侧，其中，DSR扬声器元件还包括位于移动元件另一侧的另外的机械止动件。根据一些实施方式，各挠曲弯曲件包括：第一电极层，该第一电极层包括第一电极；第一压电材料层，该第一压电材料层在至少所述第一电极层上；第二电极层，该第二电极层在所述第一压电材料层上，所述第二电极层包括第二电极；以及第二压电材料层，该第二压电材料层在至少所述第二电极层上。根据一些实施方式，各挠曲弯曲件还包括在所述第二压电材料层上的第三电极层，所述第三电极层包括第三电极。根据一些实施方式，移动元件包括压电材料和/或硅或其他材料。根据一些实施方式，所述电极中的任一个的至少一部分被分成至少两个不同的子电极。根据一些实施方式，在牺牲层的顶部上且第一电极层的下方设置有导电层和绝缘层。根据一些实施方式，在顶部电极层的顶部上设置有导电层和绝缘层。根据一些实施方式，压电材料层的至少一部分位于所述一对电极之间。根据一些实施方式，移动元件和各挠曲弯曲件中的所述压电材料层通过淀积公共压电材料层并随后在所述公共压电材料层中形成间隙来制造。根据一些实施方式，随后通过以下处理来形成所述间隙：去除由可以被选择性去除的材料制成的翅片；或蚀刻间隙中的材料。根据一些实施方式，对于各挠曲弯曲件：所述一对电极中的第一电极连接到第一导电元件，第一电极和第一导电元件属于第一电极层，所述一对电极中的第二电极连接到第二导电元件，第二电极和第二导电元件属于第二电极层，并且第一电极层的第一导电元件与第二电极层的第二电极元件不对齐。
根据本所公开的主题的一些方面，提供了一种包括DSR扬声器元件的阵列的DSR扬声器。
根据本所公开的主题的一些方面，提供了一种形成DSR扬声器元件的方法，方法包括以下步骤：提供基板基底；在所述基板基底的至少一部分上设置牺牲层；在所述牺牲层的至少一部分上设置第一电极层；在所述第一电极层上且在牺牲层的至少一部分上设置第一压电材料层；在所述第一压电材料层的至少一部分上设置第二电极层，其中，第一电极层的至少一部分和第二电极层的至少一部分对齐；在第一压电材料层中形成间隙，以限定：至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的一部分、所述第一压电材料层的一部分以及所述第二电极层的一部分；和中央移动元件，该中央移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分，其中，所述挠曲弯曲件连接到所述移动元件，以响应于施加于所述第一电极层和所述第二电极层的电激励来移动所述移动元件。
根据一些实施方式，第一电极层和第二电极层的至少一部分被淀积为具有弯曲形状。根据一些实施方式，第一电极层和第二电极层被设置为各包括多个不同的电极部分，方法包括以下步骤：在第一压电材料层中形成所述间隙，以限定：多个外围挠曲弯曲件，该多个外围挠曲弯曲件各包括第一电极层的电极部分、所述第一压电材料层的一部分以及第二电极层的电极部分；和中央移动元件，该中央移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分。根据一些实施方式，方法包括以下步骤：在所述第二电极层的至少一部分上且在位于牺牲层上的第一压电层的至少一部分上设置第二压电材料层；以及在第一压电材料层和第二压电材料层中形成间隙，以限定：至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的一部分、所述第一压电材料层的一部分、所述第二电极层的一部分以及所述第二压电材料层的一部分；和移动元件，该移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分和所述第二压电材料层的另一部分，以及在所述第二压电材料层上设置第三电极层。根据一些实施方式，方法包括以下步骤：以小于所述移动元件的直径的直径去除所述基板基底的一部分，以形成腔；以及去除牺牲层的一部分，以形成限制所述移动元件的移动的机械止动件。根据一些实施方式，方法包括以下步骤：在所述移动元件的与基板基底相反的一侧设置机械止动件，以限制所述移动元件的移动。根据一些实施方式，方法包括以下步骤：在在所述基板基底上设置牺牲层的步骤之后且在在所述牺牲层上设置第一电极层的步骤之前，在所述牺牲层上设置可去除翅片，所述可去除翅片包括稍后可以被选择性去除以形成所述间隙的材料。根据一些实施方式，设置第一压电材料层的步骤包括来自以下各项的列表的所述方法中的一个：溅射；溶胶凝胶淀积(sol-get deposition)；挤压压电材料的细粉；以及挤压与粘合剂混合的压电材料的粉末。根据一些实施方式，通过所述第一压电材料层形成间隙的所述步骤包括从以下各项的列表选择的方法中的一个：干法蚀刻处理；湿法蚀刻处理；化学溶解；以及激光切割。根据一些实施方式，所述第一电极层和所述第二电极层包括用于各电极层的不同电极之间的连接以及用于与另一DSR扬声器元件和/或与外部电源的连接的导电元件。根据一些实施方式，所述第一电极层和所述第二电极层包括非对齐的导电元件。根据一些实施方式，所述挠曲弯曲件的厚度与所述间隙中的至少间隙的宽度的比大于2。
根据本所公开的主题的一些方面，提供了一种使用形成DSR扬声器元件的所述方法形成的DSR扬声器元件的阵列。
根据本所公开的主题的一些方面，提供了一种形成DSR扬声器元件的方法，方法包括以下步骤：提供基板基底；在所述基板基底上设置牺牲层；在所述牺牲层上设置第一电极层；在所述第一电极层的至少一部分上设置第一压电材料层；在所述第一压电材料层上设置第二电极层，其中，第一电极层的至少一部分和第二电极层的至少一部分对齐；设置包括与压电材料不同的材料的移动元件层；在包括第一电极层的一部分、第一压电材料层的一部分以及第二电极层的一部分的区段的各侧形成间隙，以限定：至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的所述部分、所述第一压电材料层的所述部分以及第二电极层的所述部分；和中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料；其中，所述挠曲弯曲件连接到所述移动元件，以响应于施加于所述第一电极层和所述第二电极层的电激励来移动所述移动元件。
根据一些实施方式，第一电极层和第二电极层被设置为各包括多个不同的电极部分，方法包括以下步骤：形成所述间隙，以限定：多个外围挠曲弯曲件，该多个外围挠曲弯曲件各包括第一电极层的电极部分、所述第一压电材料层的一部分以及第二电极层的电极部分；和中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料。
根据一些实施方式，方法包括以下步骤：在所述第二电极层的至少一部分上且在位于牺牲层上的第一压电层的至少一部分上设置第二压电材料层；以及在包括第一电极层的一部分、第一压电材料层的一部分、第二电极层的一部分、以及第二压电材料层的一部分的区段的各侧形成间隙，以限定：至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括第一电极层的所述部分、第一压电材料层的所述部分、第二电极层的所述部分、以及第二压电材料层的所述部分；和中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料；以及在所述第二压电材料层上设置第三电极层。
根据本发明的另一个方面，提供了一种形成DSR扬声器元件的方法。方法包括以下过程：提供基板基底；在基板基底上设置牺牲层；在牺牲层上设置第一电极层；以及在第一电极层上设置第一压电材料层。第一压电材料层具有在1μm至25μm范围内的厚度。方法还包括以下过程：在与第一电极层对齐的第一压电材料层上设置第二电极层。第二电极层以挠曲弯曲件的形式来成形。方法还包括以下过程：在第二电极层上设置第二压电材料层。第二压电材料层具有在1μm-25μm范围内的厚度。方法还包括以下过程：在与第一电极层和第二电极层对齐的第二压电材料层上设置第三电极层。第三电极层以挠曲弯曲件的形式来成形。方法还包括以下过程：通过第一压电材料层和第二压电材料层形成间隙，以限定至少一个挠曲弯曲件，该至少一个挠曲弯曲件附接到移动元件和围绕移动元件的区域，并且位于它们之间。挠曲弯曲件包括第一电极层、第二电极层、以及第三电极层。挠曲弯曲件还包括夹在第一电极层与第二电极层之间的第一压电材料层的一部分、和夹在第二电极层与第三电极层之间的第二电极层的一部分，从而形成包括挠曲弯曲件区段与移动元件区段的有间隙淀积压电层。挠曲弯曲件区段连接到移动元件区段，并且被构造成响应于对电极层的电激励沿着与围绕区域的平面垂直的轴线使移动元件弯曲并移动，并且其中，移动元件中的压电材料和挠曲弯曲件中的压电材料的部分通过公共淀积压电材料层并随后在压电材料层中形成间隙来由给定的压电材料层制成。方法还包括以下过程：以小于移动元件的直径的直径去除基板基底的一部分，从而构成部分基板基底，以形成腔；以及获得到牺牲层元件的通道，并且形成限制移动元件的移动的机械止动件。方法还包括以下过程：以大于第一直径的第二直径去除牺牲层的一部分，以在移动元件部分的第一侧与底切第一压电材料层和第二压电材料层并释放挠曲弯曲件下方的区域的基板基底之间形成空间，以允许移动元件的自由移动。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，在第二压电材料层上的第三电极层的过程在通过第一压电材料层和第二电压转换电路形成间隙的过程之后进行。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，基板基底由以下材料中的一个制成：玻璃和硅。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，牺牲层由以下材料中的一个制成：二氧化硅和硅。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，压电层由PZT制成。根据形成DSR扬声器元件的方法的其他实施方式，压电层由ZnO制成。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，在基板基底上设置牺牲层的过程之后且在牺牲层上设置第一电极层的过程之前，存在设置由稍后可以在牺牲层上选择性去除的材料制成的可去除翅片的过程。翅片限定稍后将添加的压电材料中的将来间隙。这些间隙通过使挠曲弯曲件和移动元件与层的剩余部分分离来限定它们。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，通过压电材料层形成间隙的过程还包括去除翅片的子过程。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，方法包括以下过程：在移动元件的另一侧设置止动件，以在致动挠曲弯曲件时限制移动元件的移动。致动通过经由电极层向压电材料层提供电激励来进行。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，设置第一压电材料层的过程、和/或设置第二压电材料层的过程包括从以下内容的列表选择的子过程中的一个：溅射、溶胶凝胶淀积、挤压压电材料的细粉、以及挤压与粘合剂混合的压电材料的细粉。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，通过压电材料层形成间隙的过程、和/或去除基板基底的部分/区段的过程、和/或去除牺牲层的部分/区段的过程还包括从以下内容的列表选择的子过程中的一个：干法蚀刻处理、湿法蚀刻处理、化学溶解、以及激光切割。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，电极层包括导电元件，这些导电元件将一个电极连接到同一电极层上的另一个电极，将一个扬声器元件上的电极连接到另一个扬声器上的电极或连接到电源。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，不同电极层上的导电元件被构造成它们之间具有最小电容。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，提供了一种使用方法形成的DSR扬声器元件的阵列。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，提供了一种使用DSR扬声器元件的阵列形成的DSR扬声器，这些DSR扬声器元件使用方法来形成。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，设置第一压电材料层的过程之后是对第一压电材料层退火的过程。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，设置第二压电材料层的过程之后是对第二压电材料层退火的过程。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，这包括抛光翅片的过程。
根据形成DSR扬声器元件的方法的特定实施方式，挠曲弯曲件的厚度与使挠曲弯曲件与层的剩余部分分离的间隙的宽度大于2。
根据本发明的一个方面，提供了一种DSR扬声器元件。DSR扬声器元件包括：移动元件，该移动元件由压电材料制成；和至少一个挠曲弯曲件，该至少一个挠曲弯曲件包括一对电极和一部分压电材料。挠曲弯曲件连接到移动元件，并且被构造成响应于对电极的电激励而使移动元件沿着与移动元件面垂直的轴线移动。移动元件中的压电材料和挠曲弯曲件中的该部分压电材料通过共同淀积压电材料层并随后在压电材料层中形成间隙由给定压电材料层制成。压电材料层被支撑在基板上，该基板在移动元件下方具有腔。基板还充当限制移动元件的移动的机械止动件。
根据特定实施方式，DSR扬声器元件包括设置在移动元件的另一侧的止动件。止动件被构造成限制移动元件的移动。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，挠曲弯曲件包括设置在一电极上的第二压电材料层和设置在第二压电材料层上的第三电极。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，使用设置由稍后可以在牺牲层上选择性去除的材料制成的可去除翅片来形成间隙。翅片限定稍后将被添加的压电材料中的将来间隙。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，压电材料设置在可去除翅片上或除了稍后将形成移动元件的一部分的压电材料的之外的材料，并且所述已设置的压电材料可以使用抛光、化学机械抛光、或现有技术中已知的其他钝化技术从所述结构去除。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，电极中的一个比电极中的另一个厚，并且抗横向收缩。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，提供了一种DSR扬声器元件的阵列。
根据DSR扬声器元件的特定实施方式，挠曲弯曲件的厚度与间隙的宽度大于2。
根据本发明的一个方面，提供了一种形成压电元件的方法。方法包括以下过程：准备基板基底；以及在基板基底上设置第一电极层。第一电极层小于基板基底的表面面积，并且为了特定功能或目的而取大小并指定。方法还包括以下过程：在第一电极层上设置薄压电材料层。所淀积的薄压电材料层在没有基板的支撑的情况下不能承担或支撑自己。方法还包括以下过程：在压电材料层上设置第二电极层。第二电极层小于第一薄压电材料层的表面面积，并且比第一电极层厚或薄。方法还包括以下过程：通过压电材料层形成间隙，以限定包括电极层和压电材料的一部分的第一工作区段和大致仅由压电材料层组成的第二工作区段。
根据形成压电元件的方法的特定实施方式，在压电材料层上设置第二电极层的过程之后，存在在第二电极层上设置第二薄压电材料层的过程。
根据形成压电元件的方法的特定实施方式，在第二电极层上设置第二薄压电材料层的过程之后，存在在第二压电材料层上设置第三电极层的过程。
根据形成压电元件的方法的特定实施方式，在准备基板基底的过程之后且在基板基底上设置第一电极的过程之前，存在在基板基底上设置牺牲层的过程。
附图说明
为了更好的理解这里所公开的主题且例证它实际上如何进行，现在将参照附图仅用非限制性示例的方式描述实施方式，附图中：
图1A是根据一个实施方式的压电致动DSR扬声器元件的示意顶部立体图；
图1B是图1A的DSR扬声器元件的顶部电极层的示意顶视图；
图1C是图1A的DSR扬声器元件的中间电极层的示意顶视图；
图1D是图1A的DSR扬声器元件的底部电极层的示意顶视图；
图1E是图1B至图1D的电极层的示意顶视图，其中，电极层的至少一部分彼此对齐；
图1F是包括图1A的多个压电致动DSR扬声器元件的DSR扬声器阵列的一部分的示意顶部立体图；
图1G是包括图1F的多个DSR扬声器阵列的基板的示意顶视图；
图2是具有电连接的压电挠曲弯曲件的示意侧部立体图；
图3是根据一个实施方式的、包括翅片的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图3A是根据一个实施方式的、包括翅片和用于由非压电材料制成的移动元件的层的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图4是包括电极层和压电层的、图3的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图4A是包括电极层、压电层以及掩膜层的、图3A的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图5是去除翅片且添加顶部电极的、图4的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图5A是不同电极层存在于基板表面的大部分上方的不同电极层的、图5的实施方式的变体；
图5B是根据一个实施方式的、去除翅片且添加顶部电极的、图4A的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图5C类似于图5B，但在该情况下，不同电极层存在于基板表面的大部分上方；
图6是根据一个实施方式的、没有翅片的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图6A是根据另一实施方式的、没有翅片且包括不包括压电材料且将作为中央移动元件的一部分的层的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图7是形成用于限定不同工作区段的间隙之后的、图6的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图7A是形成用于限定不同工作区段的间隙之后且具有不是由压电材料制成的移动元件的、图6A的DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图8是已完成DSR扬声器元件的实施方式的侧部截面图；
图8A是根据另一实施方式的已完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图，其中，中央移动元件不包括压电材料；
图9是根据另一实施方式的、具有两个电极层的已完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图10是根据另一实施方式的、包括非工作金属部分的电极层的示意顶视图；
图11是使用图10的电极层制造的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图；
图11A和图11B是形成并产生DSR扬声器的DSR扬声器元件的方法的实施方式的流程图；
图12描述了制造DSR扬声器元件的方法的另一实施方式的另选流程图；
图13是DSR扬声器元件的电极层的示意顶视图，其中，电极被分成子电极，并且其中，远离电源点的子电极使用薄金属迹线来馈送；
图13A是包括图13的电极在内的挠曲弯曲件的示意截面图；
图14是DSR扬声器元件的电极层的示意顶视图，其中，电极被分成子电极，并且其中，远离电源点的子电极使用至少一个另外的导电层来馈送；以及
图14A是包括图14的电极在内的挠曲弯曲件的示意截面图。
具体实施方式
特定实施方式涉及一种包括压电结构的DSR扬声器元件(还可以被指定为声压产生元件或压电DSR扬声器元件)和形成DSR扬声器元件的方法。
图1A是DSR扬声器元件1的实施方式的示意顶视图。DSR扬声器通常可以包括多个这些DSR扬声器元件1。
如图1A所示，DSR扬声器元件1包括中央移动元件10。该中央移动元件10可以由压电致动来移动。
在该实施方式中，DSR扬声器元件1包括：第一工作区段或部分，该第一工作区段或部分包括中央移动元件10；和不同的第二工作区段或部分，该不同的第二工作区段或部分包括多个外围挠曲弯曲件12。虽然图1A中示出了三个外围挠曲弯曲件，但可以使用多于三个外围挠曲弯曲件。
如图所示，DSR扬声器元件1还可以包括周围区域11。
根据一些实施方式，移动元件10的尺寸(例如，直径)小于由移动元件10的移动产生的声压脉冲的最大波长。
根据一些实施方式，可以实际上尽可能小的制造移动元件10。实际上，移动元件10越小，同一表面面积中可以包括越多的移动元件10，以产生具有更佳分辨率的几乎相同的声压级(SPL)。
在特定实施方式中，DSR扬声器可以包括大小在50μm-1000μm(然而，这些值不是限制性的)范围内的移动元件，该范围远远小于在所产生的声压脉冲中包含的最短波长。
根据一些实施方式，挠曲弯曲件12在第一端处连接到移动元件10，并且在第二端处连接到围绕移动元件10和挠曲弯曲件12的区域11。挠曲弯曲件12被构造成使得致动挠曲弯曲件12使得移动元件10沿着与表面11(大致垂直)(而且大致垂直于移动元件面)行进。
根据一些实施方式，移动元件10、挠曲弯曲件12、以及区域11包括源于至少一个公共压电材料层的压电材料。
在本申请中，表达“压电材料层”提及至少包括压电材料或仅包括压电材料的层。
合适压电材料的一个非限制性示例为锆钛酸铅(PZT)。在特定实施方式中，整个压电材料层的厚度在2μm至100μm的范围内。
在挠曲弯曲件的各侧的压电材料层中的间隙14限定不同的工作区段10、11以及12。不同挠曲弯曲件12之间的间隙16限定各挠曲弯曲件的外围部分。
如所提及的，挠曲弯曲件12包括至少压电材料层(例如参见图2中的附图标记21或22)。
根据一些实施方式，挠曲弯曲件12还包括：第一电极层19，该第一电极层设置在所述压电材料层下方；和第二电极层17，该第二电极层设置在所述压电材料层上方。
根据一些实施方式(例如参见图8和图9)，挠曲弯曲件12包括：第一电极层19，该第一电极层设置在第一压电材料层21下方；第二(中间)电极层17，该第二电极层设置在第一压电材料层21上方；第二压电材料层22，该第二压电材料层设置在第二电极层17上方；以及第三电极层15，该第三电极层设置在第二压电材料层22上方。根据一些实施方式，电极层19、17、15可以包括金属。
压电材料层21、22中的每一个可以为较薄层(例如在1至25μm或1.5至15μm的范围内)。然而，这些值是非限制性的。
应注意，具有两个压电材料层的挠曲弯曲件12可以对于将施加于具有单个压电层的挠曲弯曲件的相同量的电压取得具有更大幅度的弯曲。这允许挠曲弯曲件12以较低电压操作。
现在吸引对图1B至图1D的注意力。虽然这些附图表示使用三个电极层和两个压电材料层的构造，但应注意，各挠曲弯曲件还可以仅包括两个电极层和它们之间的单个压电材料层、或两个电极层，该两个电极层之间具有第一压电材料层，并且在顶部电极层上具有第二压电材料层。
根据其他实施方式，可以使用N(N>3)个电极层和N-1(或N)个压电材料层。在该构造中，另选地可以存在一个电极层和一个压电材料层。
如图1B至图1D所示，电极层15、17以及19中的每一个包括挠曲弯曲件状电极15F、17F以及19F(在该实施方式中，对于各电极层描绘具有弯曲形状的三个电极)和用于向所述电极馈送电势的导电元件或线13。
如稍后在规范中说明的(例如参见图13和图14)，电极的表示是示意性的，并且根据一些实施方式，电极的至少一部分而可以被分成至少两个不同的子电极。
图1B是顶部电极层15的示意顶视图。顶部电极层15包括挠曲弯曲件状电极15F(在这种情况下为三个外围电极)和处于第一模式或布局的导线13A。各电极15F的至少一端连接到导线13A。
电极15F如已经关于图1提及的由间隙16彼此分离。
图1C是中间电极层17的示意顶视图。中间电极层17包括挠曲弯曲件状电极17F(在这种情况下为三个外围电极)和处于与导线13A的模式不同的第二模式或布局的导线13B。
各电极17F的至少一端连接到导线13B。
电极17F如已经关于图1提及的由间隙16彼此分离。
图1D是底部电极层19的示意顶视图。底部电极层19包括功能电极19F(在这种情况下为三个外围电极)和处于与导线13A或13B的模式不同的第三模式或布局的导线13C。电极19F被例示为挠曲弯曲件形状的，但其他形状和构造是可以的。应注意，这还适用于电极层15和17的电极。
不同电极层15、17以及19的导线13A、13B以及13C具有不同的模式，使得电极层15、17以及19中的至少一部分与DSR扬声器元件(在如图1E所示，这种情况下，各电极层的各电极与两个其他电极的对应的电极啦对齐)，导线13A、13B以及13C不对齐。具体地，根据一些实施方式，为了使寄生电容最小化，减小或缩小导电13A、13B以及13C的交叠。
图1E是图1B至图1D的电极层的示意顶视图，其中，电极层的至少一部分彼此对齐。未示出图1A的压电材料层。电极层15、17以及19的电极15F、17F以及19F与挠曲区域(抓用于挠曲弯曲件12的区域)对齐，而且，导线13A、13B以及13C被构造成通过具有最小化间隙来使寄生电容最小化。
返回参照图1A，挠曲弯曲件12可以被构造成使得在向电极层15、17以及19施加电场时，挠曲弯曲件12弯曲并使移动元件10沿着与表面11垂直的轴线向上或下下二者之一弯曲并移动。挠曲弯曲件12使移动元件10移动的方向依赖于所施加电场的方向。挠曲弯曲件12使移动元件10移动的幅度依赖于多个因素(例如是所施加电场的振幅的这种因素中的一个)。
根据一些实施方式，元件的挠曲区域中的电极层15、17以及19并联连接，使得挠曲弯曲件12全部同时工作。
在DSR扬声器元件1是形成DSR扬声器的元件阵列的一部分时，如果使用被动矩阵定址，则同一行或列中的DSR扬声器元件的电极层15、17以及19经由导线12串联。美国第2015/0071467号专利申请中详细讨论了被动矩阵定址，此处以引证的方式将该申请并入(例如参见段落[0081]和[0098])。DSR扬声器元件1还可以包括以下详细描述的具有腔的基底基板和一个或更多个止动件。还可以将各元件的一个或更多个层的导线13直接连接到电压源。
现在图1F和图1G，DSR扬声器可以包括移动元件10设置为阵列135的多个DSR扬声器元件1。
图1F是包括多个DSR扬声器元件的DSR扬声器阵列135的一部分的顶部立体图，各DSR扬声器元件包括压电致动移动元件10。
在图1F中，大多数压电致动移动元件10被示出在它们的静止位置100中，移动元件10处于与围绕移动元件10的区域11大致相同的平面上。一个致动移动元件10AC被示出在致动位置110中，其中，从表面面积11推离(沿向上方向)致动移动元件10AC。致动移动元件10AC通过致动移动元件10AC的挠曲弯曲件12移动至致动位置110中。在图1F中，为了清楚示出且强调非致动移动元件10与已致动移动元件10AC之间的差异，夸大致动位置110。通常，已致动移动元件10AC在各方向上的移动等于或少于被一起添加的压电材料和电极层的厚度的和。然而，这是非限制性的。
图1G是包括设置在基板31上的多个DSR扬声器阵列135的装置的示意顶视图。在特定实施方式中，基板31可以看起来像圆硅或玻璃晶圆或硅或玻璃的片二者之一。在制造之后，可以分离DSR扬声器阵列。
图2是挠曲弯曲件12的侧部立体示意图。为了清楚起见，该挠曲弯曲件被示出为矩形单元。挠曲弯曲件12可以包括两个压电材料层21和22以及三个电极层15、17、19的三个电极。如已经提及的，可以使用不同数量的电极层和压电材料层。
根据一些实施方式，挠曲弯曲件12可以包括至少一个绝缘层和至少一个另外的导电层(例如，在电极被分成子电极的情况下)和/或另外的层。
压电层21、22被夹在电极层15、17、19的电极之间。在电极层19中形成的电极设置在压电层21下方，形成在电极层15中的电极设置在压电层22的顶部上，并且在电极层17中形成的电极设置在压电层221与22之间。
虽然图2示出了每一个层完全覆盖设置在其下方的层的构造，但根据一些实施方式，层的至少一部分仅覆盖设置在其下方的层的一部分。
当在电极层15、17以及19上施加电势时，一个压电层21可以收缩，而另一个压电层22可以膨胀，这使得挠曲弯曲件12的侧从第一静止位置23朝向第二下方位置25向下移动。在施加相反的电势时，一个压电层21可以膨胀，而另一个压电层22可以收缩，这使得挠曲弯曲件12的侧从第一静止位置23朝向第二下方位置24向上移动。挠曲弯曲件12的侧23的移动程度依赖于多个因素，诸如(但不限于)：用于压电层21、22的压电材料、压电层21、22的层厚度、所施加电压、子电极的数量、它们的形状和它们的激励方案、以及挠曲弯曲件12的长度。
因为从挠曲弯曲件12实现的平移在挠曲弯曲件12对于给定电场更长时更大，所以对于想要在保持移动元件10大致平坦且与围绕移动元件10的区域11平行的同时使移动元件10移动的DSR扬声器应用，挠曲弯曲件12根据一些实施方式可以被设计为尽可能长，以降低操作电压。然而，这不是限制性的。
在特定实施方式中，沿着移动元件10的周长设置较长的挠曲弯曲件12。由于机械性能考虑，根据一些实施方式，各挠曲弯曲件12可以被设计为不远远长于移动元件10周围的周长的三分之一(因此，图1A和图1B中示出了三个挠曲弯曲件12)，以避免挠曲弯曲件12在中间弯曲，而不是向上或向下推动移动元件10。在挠曲弯曲件12弯曲从而向上或向下推动移动元件10时，移动元件10在大致上不弯曲或倾斜的情况下作为一个大致平坦的表面移动(移动元件10保持与表面面积11大致平行)。
仍然参照图2，电连接26、27以及28(与从图1B至图1D中的各电极的各端延伸的导线的一部分对应)可以将电极层15、17以及19的电极连接到诸如电压源(未示出)的外部电部件。电连接28连接到电极15，电连接27连接到电极层17，并且电连接27连接到电极层19。
在挠曲弯曲件12用作DSR扬声器中的折弯件致动器时，电连接26和28可以将电极层15和19的电极连接到电源源的端子(例如，负端子)。电连接27可以将中间电极17的电极连接到电压源的另一个端子(例如，正端子)。来自电压源的电压将使得挠曲弯曲件12弯曲。
在挠曲弯曲件12在麦克风应用中用作弯曲传感器时，电连接26和28将电极层15和19的电极连接到放大器的一个端子，并且电连接27可以将中间电极层17的电极连接到放大器的另一个端子。在挠曲弯曲件响应于例如来自声压波的压力而沿任一个方向弯曲时，可以由放大器放大的小电压将在电极层15、17以及19之间形成。
图3至图7例示了根据特定实施方式的、在用于制造压电元件(诸如以上所详细描述的DSR扬声器元件1)处理期间的各种阶段的未完成压电元件(此后为“未完成声压产生元件”或“未完成元件”)。为了在部分附图中强调特定元件，夸大垂直维数。在特定实施方式中，基板可以具有如由制造和声学议题确定的至少大约500μm的厚度或其他厚度，并且上层将具有接近3.5μm的总厚度。然而，这些值是非限制性的。术语“已设置”、“已淀积”、“设置”以及“淀积”可以提及没有中间层的直接设置、包括包括中间层的间接设置。
图3是包括翅片33的未完成DSR扬声器元件的侧部截面图。未完成元件34包括牺牲层32被添加到上面的基板31。
在特定实施方式中，基板31可以为硅或玻璃晶圆或硅或玻璃片，该硅或玻璃晶圆的维数可以从100mm至450mm变化，该硅或玻璃片在侧部可以大于450mm。然而，这些值不是限制性的。
牺牲层32可以在处理的稍后阶段被部分地去除，以创建允许稍后将添加的移动元件10的空间、从基板31移动远离(或朝向基板31)的自由度。设置牺牲层的处理可以包括在基板基底31的任意一侧设置一层牺牲材料的步骤。牺牲层32可以由被添加或生长到基板基底31上的、诸如二氧化硅材料的任意合适材料来制成。可以使用其他材料。
未完成元件34还包括设置在牺牲层32上或基板31上的临时翅片33。
翅片33可以由稍后例如可以由化学溶解去除的材料(或多个材料)制成。翅片33可以由稍后可以在不损坏其他层(诸如压电材料层21、22、电极层15、17以及19、或牺牲层32)的情况下选择性去除的材料制成。根据一些实施方式，用于翅片33的材料还可以能够承受适于处理或退火压电材料或结晶压电材料的较高温度。可以构造翅片33的材料可以与牺牲层32的材料不同。作为示例，翅片33可以由一层多晶硅来构造，该层多晶硅淀积在系生成32的顶部上，并且稍后由将该藏多晶硅限制成翅片的期望形状的光刻处理来限定。
翅片33以翅片使得可以在处理中的稍后阶段去除以创建间隙14的方式来构造。根据一些实施方式，间隙14被创建在压电层21、22中，并且限定了挠曲弯曲件12的工作区段。由此，翅片33可以具有与要如例如图1所示形成的期望间隙14相同的形状。
图3A示出了包括翅片33和牺牲层32的未完成DSR扬声器元件36的又一实施方式。
在该实施方式中，用于构造移动元件部分的层35不包括压电材料。根据一些实施方式，拥有构造移动元件35的层35由与翅片33相同的材料制成。
这可以引起具有比由可以具有高密度且在高频下更难移动的压电材料制成的移动元件小的指令的移动元件。
图4是包括电极层17、19和淀积在基板31顶部上的压电层21、22的、图3的未完成元件34的侧部截面图。
基板31和牺牲层32支撑并承担薄压电材料层21、22。压电材料层21、22还存在于牺牲层32的中央部分上。
小于基板基底31的表面面积的第一电极层19被构图在挠曲区域37(对于挠曲弯曲件12指定的区域)中的牺牲层32的顶部上。
电极层19还可以包括导线13C，这些导线将同一层的不同电极连接到彼此、和/或相邻元件和/或电压源点，以使得挠曲弯曲件12能够同时操作。
电极层19的形成可以包括淀积电极层19的材料(诸如金属)，然后在金属中蚀刻间隙，以获得电极层19的期望形状(也就是说，电极层中的不同电极、导线以及其他结构)。在特定实施方式中，电极层19可以通过以下方式来形成：在要形成金属中的间隙的部分上淀积光刻胶材料，然后淀积金属，以获得期望形状，然后去除光刻胶材料(“剥离”)。
第一压电材料层21可以设置在电极层19的顶部上。小于基板基底31的表面面积的第二挠曲弯曲形状电极层17可以被构图在挠曲区域37(对于挠曲弯曲件12指定的区域)中的第一压电层21的顶部上，其中，第二电极层17的至少一部分与第一电极层19对齐。
电极层17还可以包括导线13B，这些导线将同一层的不同电极17F连接到彼此和同一元件上的相邻元件和/或电压源点。
电极层17可以使用与对于电极层19描述的技术类似的技术来形成。
如已经参照图1E说明的，导线13B和13C可以被构造成通过具有最小化交叠来使寄生电容最小化。
第二压电材料层22可以设置在第二电极层17的顶部上。第二压电材料层22可以为薄层。根据一些实施方式，不淀积第二压电材料层22，并且仅存在第一电极层19与第二电极层17之间的单个压电材料层。
实际DSR扬声器阵列135的构造可能需要使用在1μm至25μm或1.5μm至15μm厚度范围内的压电层的堆叠。
因为如此薄的压电层非常易碎，并且根据它们的高度和长度的尺寸经常不能承担或支撑它们自己的重量，所以处理并运输在这种厚度范围内的压电材料的薄膜可能具有挑战性。
将非常难以首先制造在与基板31分离的这种厚度范围内的薄压电片，然后将这种压电片运输并粘合到基板31。因此，首先可以在基板上设置压电材料，以形成由基板31和牺牲层32制成的薄压电层，然后可以限定挠曲弯曲件12。
基板31可以由较稳定的材料制成，并且例如可以包括硅、玻璃或用作支撑压电材料层的载体材料直到形成限定挠曲弯曲件和移动元件的间隙的任意另一种合适材料。
在形成间隙14之后，可以去除基板31的一部分，以创建牺牲层32的蚀刻和/或DSR扬声器的声学性能所需的腔800(例如参见图8)。
当在基板31的顶部上使用翅片33时，并且如果使用挤压技术构造压电层，则在挤压底部压电层21时使用缓冲材料，以避免在挤压操作期间损坏翅片33。该缓冲材料可以为液体形式。
淀积或形成压电材料层21、22可以使用领域中已知的不同方法(诸如溅射、溶胶凝胶淀积、以及照原样挤压未退火压电材料的细粉(小于2μm的粒度)或挤压与粘合剂混合的未退火压电材料的细粉)来进行。在一些情况下，这些步骤之后是用于退火或再结晶压电材料的热处理。可以通过在完成装置制造之后在电极15、17、19之间施加电势来在接触电极15、17、19之间极化压电材料层21、22。
可以在添加薄导电电极层19之前热处理底部压电层21。另选地，可以在添加电极层19之后将底部压电材料层21连同薄导电电极层19一起热处理。进一步另选地，可以将底部压电材料层21连同薄导电电极层19和顶部压电材料层22一起热处理。在淀积导电电极层17、19以及压电材料层21、22之后，在热处理之前或之后，可以抛光翅片33的顶部表面。抛光可以被进行为在其他材料淀积到翅片33的顶部上之后获得到翅片33材料的通道。抛光之后可以是(例如，通过溶解翅片33的材料)去除翅片33，该去除留下具有挠曲弯曲件12的间隙14压电材料面。翅片33可以使用诸如干法蚀刻、湿法蚀刻、化学溶解、或任意其他合适的处理的去除处理来去除。
图4A类似于图4，但示出了图3A的未完成元件36。与关于图4描述的内容类似，可以淀积第一电极层41(与电极层19类似)。在这种情况下，如以上所说明的淀积并构图第一电极层41。第一压电材料层43可以淀积在第一电极层41上，第二电极层42可以淀积并构图在第一电压转换电路43上，并且第二压电材料层44可以淀积在第二电极层42上。
如已经关于图4A提及的，限定移动元件的层35不包括压电材料，并且可以由与翅片33相同的材料制成。
在图4A的实施方式中，为了在将蚀刻翅片33以创建间隙14时保护层35而在该层35上设置另外的掩膜47。所述掩膜47可以由用于光刻中的任意合适材料来制成，和/或还可以为由金属、二氧化硅、氧化铝或可以耐翅片33的蚀刻处理的任意其他材料制成的硬掩膜。
图5是去除了翅片33的、图4的未完成元件34的侧部截面图。
进行去除翅片33，以通过在挠曲弯曲件12、移动元件10以及周围压电材料11之间形成间隙14来限定挠曲弯曲件12和移动元件10。图5的未完成元件34包括设置在挠曲弯曲件区域37中的压电层22上的、小于基板基底31的区域的第三挠曲弯曲件形状的电极层15，其中，第三电极层15的至少一部分与第一电极层19的至少一部分和第二电极层17的至少一部分对齐。电极层15包括导线13A，这些导线将同一层的不同电极15F连接到彼此和同一元件上的相邻元件和/或电压源点。电极层15可以在形成间隙14(间隙14例如通过去除为间隙14的负形状的翅片33来形成)之前或之后设置在压电层22上。电极层15的构图可以由与用于成形电极层17和19的方法类似的方法来进行。
图5A类似于图5，但在这种情况下，不同电极层存在表面的大部分上。
第一、第二以及第三电极层的部分41、42以及46存在于挠曲弯曲件中
第一、第二以及第三电极层的部分411、412以及521存在于周围区域11中，并且第一、第二以及第三电极层的部分500、501以及502存在于将为中央移动部分10的一部分的层中。
如已经提及的，部分41、42以及46连接到电势。在该实施方式中，其他部分411、421、521以及500、501、502不连接到任何电势。这些其他部分可以使得一些处理更容易执行。
图5B类似于图5，但在该实施方式中，移动元件不是由压电材料制成。
图5C类似于图5B，但在这种情况下，不同电极层部分存在于元件表面的大部分上方。
第一、第二以及第三电极层的部分41、42以及46存在于挠曲弯曲件中。
第一、第二以及第三电极层的部分411、412以及521存在于周围区域11中，并且第三电极层的部分59存在于将为中央移动部分10的一部分的层35中。
如已经提及的，部分41、42以及46连接到电势。在该实施方式中，其他部分411、421、521以及59不连接到任何电势，并且被使得电浮置。这些其他部分可以用于使图5C的未完成元件的一些处理容易。
图6是没有翅片的未完成元件的侧部截面图，并且图7是根据另选实施方式的、包括间隙14的图6的未完成扬声器元件的侧部截面图。在图6和图7的实施方式中，通过使用另选去除技术(例如，使用激光切割、光刻、干法蚀刻处理、湿法蚀刻处理、或其他合适的处理来去除材料)在没有翅片的情况下创建限定挠曲弯曲件12的间隙14。形成间隙14可以在退火压电材料之前或之后二者之一由以上所列技术来执行。间隙14可以通过去除在区段的各侧的压电材料层(在这种情况下为层21和22)中的材料来形成，该区段包括第一电极层的一部分、第一压电材料层的一部分、第二电极层的一部分以及第二压电材料层的一部分(如果存在，还有第三电极层的一部分)。
图7的未完成元件与图5的未完成元件大致相同。形成间隙14(这将允许限定挠曲弯曲件12)例如可以在退火压电材料之前或之后二者之一由以上所列技术来执行。
图6A类似于图6，但在该实施方式中，将构成中央移动元件元件10的层69不包括压电材料。
图7A表示在包括第一电极层61、第一压电材料层63的一部分、第二电极层62、第二压电材料层64的一部分以及第三电极层65的区段的各侧形成间隙70之后的、图6A的未完成元件60。间隙70可以用关于图7提及的技术中的至少一个技术来形成。
图8是DSR扬声器元件1的实施方式的侧部截面图。
DSR扬声器元件1可以包括移动元件10、连接到移动元件10的挠曲弯曲件12、以及周围压电材料层11。间隙14存在于挠曲弯曲件12与移动元件10之间、以及挠曲弯曲件12与周围压电材料层11之间。
如图8所示，可以对于DSR扬声器元件1的声学性能形成腔800。
腔800可以以比包括移动元件10和挠曲弯曲件12的部分的直径小的第一直径80形成在基板基底31中。腔800还可以用作用于以大于直径80的第二直径蚀刻牺牲层32的一部分的通道开口。
蚀刻牺牲层32用来在移动元件10与基板基底31之间创建第一间隙或空间81，移动元件10可以在其中移动。如图8所示，随着蚀刻牺牲层32，底切挠曲弯曲件12，这留下在基板31与挠曲弯曲件12之间开放的第一间隙或空间81，其具有比第一腔800的直径81大的直径。空间81具有比移动元件10和挠曲弯曲件12的直径大的直径。
在移动元件10与基板31之间的、移动元件10的一侧，移动元件10能够通过沿第一方向朝向基板31弯曲挠曲弯曲件12来在空间81内移动，直到移动元件10达到基板材料31的表面811为止。
移动元件10的移动范围在第一方向上受表面811限制。表面811可以充当移动元件10的移动的第一止动件811。在移动元件10的另一侧，移动元件10自由移动。可以在具有比包括移动元件10和挠曲弯曲件12的部分的直径大的直径的第二空间86内形成限制移动元件10的移动的第二止动件82。
根据一些实施方式，第二止动件82具有用于停止移动元件10的移动的径向部821、和用于将第二止动件82锚固到周围压电材料层堆11的锚固部822。
移动元件10能够通过使挠曲弯曲件12沿第二方向远离基板31弯曲来在空间86内移动，直到移动元件10达到第二止动件82为止。由此，移动元件10的移动范围在第二方向上受第二止动件82限制。
由此，移动元件10的移动的范围受移动元件10任意一侧的止动件82、811限制。
根据一些实施方式，底部止动件811和/或顶部止动件82可以为刚性的。根据一些实施方式，底部止动件811和/或顶部止动件82可以促进声学性能，并且启用无源矩阵定址。
根据一些实施方式，顶部止动件82可以在DSR扬声器元件1的顶部上使用电成形处理来制造。
根据一些实施方式，顶部止动件82可以通过将具有锚固部822的预制止动件82黏合到DSR扬声器元件1来制造。
在为了制造DSR扬声器而设计用于阵列135的移动元件10时，可以注意其他考虑。根据一些实施方式，移动元件10和挠曲弯曲件12的自然响应频率可以对应于驱动时钟。另外，从层堆叠区域11的剩余部分限定压电挠曲弯曲件12的压电材料层中的间隙14可以足够小，以使移动元件10的两侧之间的声学短路最小化。根据一些实施方式，移动元件10的总平移可以小于或等于是挠曲弯曲件12的一部分的层的总厚度。
根据一些实施方式，挠曲弯曲件12的厚度与间隙14的宽度的比大于2。然而，该值不是限制性的。
根据一些实施方式，一个或更多个电极层15、17以及19可以限于略低于或高于压电层21、22的区域，这使得用于致动的挠曲弯曲件12和窄导线12连接作为构造DSR扬声器所需的扬声器元件阵列135的一部分的扬声器元件1。
使用所需形状的电极15F、17F以及19F确保仅挠曲弯曲件12的弯曲，而没有移动元件10的弯曲。导线13A、13B、13C的交叠可以被最小化为减小寄生电容。由于该原因，如果连接各层15、17以及19的电极15F、17F以及19F的导线13A、13B以及13C具有最小交叠，则更佳。同样，该导线布局确保压电材料极化将几乎仅发生在、在向这些导线13施加电压时创建极化电势的挠曲弯曲件12的区域中。
对齐结构(未示出)可以用于使得被淀积的元件能够与已经由其他层掩埋的之前所淀积层对齐。
例如，对齐结构可以用于使电极层17与掩埋在压电材料层21下方的电极层19对齐。为了暴露对齐结构且启用精确对齐，可以在所掩埋元件为了对齐处理而被定位为暴露对齐结构的一般区域中的对齐结构上方的层(意指去除上层的一部分)中开设窗口。对齐标志不是必须被置于元件区域或DSR阵列中，而是可以存在于稍后用于将完成产品切成单个DSR扬声器阵列的阵列之间的开放区域中。
图8A类似于图8，但在该实施方式中，移动元件10不包括压电材料。
图9是根据另一实施方式的、具有两个电极层的DSR扬声器元件2的侧部截面图。DSR扬声器元件2包括挠曲弯曲件90，该挠曲弯曲件包括夹在第一底部电极层91与第二顶部电极层94之间的单个压电材料层92。在特定实施方式中，电极层91或94中的一个可以比另一电极层薄或厚，并且厚至足以抗横向收缩(换句话说，厚至足以耐收缩和膨胀，以使得挠曲弯曲件90能够弯曲)。
根据特定实施方式，包括两个压电层(一个膨胀压电层在收缩的另一个压电层的顶部上)的挠曲弯曲件将具有比在另一补充材料的顶部上具有单个压电层92或仅单独具有单个压电层92的挠曲弯曲件90大的每施加电场的平移。
在特定实施方式中，导线13或挠曲弯曲件形状的电极可以通过在连续的电极层中创建间隙来限定。
图10是根据另一实施方式的、包括非工作金属部分500的电极层的示意顶视图。
图10的电极层与图1B至图1D的电极层类似，但在该实施方式中，图11的电极层包括非工作金属部分500。
非工作金属部分500可以为用于制造电极层的制造处理的结果。例如，可以在基板上设置一层金属，然后可以通过在金属片中蚀刻间隙41由金属片形成或从金属片切出电极和导线13。电极和导线的切出将引起设置在移动元件10的区域和围绕挠曲弯曲件12的区域11上的非工作金属部分500。
图11是使用图10的电极层制造的未完成DSR扬声器元件的示意侧部截面图。图11的结构与图5和图7的结构大致相同，除了图11的结构包括非工作金属部分500。非工作金属部分500存在于中央移动元件和周围区域中。
非工作金属部分500将不连接到任何电势，由此浮置在压电材料中。
现在对图11A和图11B进行参照，图11A和图11B描述了形成并产生DSR扬声器的DSR扬声器元件1的方法的实施方式的流程图。在本所公开主题的实施方式中，可以执行比图11A和图11B所示的步骤少、多和/或与其不同的步骤。
在本所公开主题的实施方式中，可以按不同的顺序执行图11A和图11B所例示的一个或更多个步骤和/或可以同时执行一组或更多组步骤。方法适于形成具有多个不同的工作区段或部分的压电元件，该多个不同的工作区段或部分根据一些实施方式初始由公共的一层压电材料形成，其中，通过在公共的一层压电材料中形成间隙来使得工作区段或部分彼此不同。然而，将在形成诸如如上所描述的DSR扬声器元件1的DSR扬声器元件的背景下讨论方法。
另外，在图11A的方法中，形成三个电极层和两个压电层。然而，如已经对于各种之前实施方式提及的，这不是限制性的，并且可以形成不同数量的电极层和压电层。
在步骤202中，可以提供基板基底。参照图3，基板基底31由诸如硅或玻璃材料的适当材料来提供。
在步骤204中，可以在基板基底上设置牺牲层。参照图3，可以在基板基底31上设置由诸如(但不限于)二氧化硅材料的适当材料准备的牺牲层32。
在步骤206中，可以在牺牲层上设置可去除且可抛弃的翅片，翅片限定稍后将添加的压电材料中的将来间隙。
根据一些实施方式，不设置翅片，并且间隙可以稍后使用去除技术来制造。
参照图3，翅片33可以使用诸如(但不限于)多晶硅材料的适当材料来形成，并且可以以将限定间隙14的模式设置在牺牲层32上。根据一些实施方式，翅片33可以通过设置一层合适的材料并使用光刻和蚀刻处理从该层限定翅片33来创建。
在步骤208中，在牺牲层上设置比基板基底的表面面积小的第一电极层。参照图4，电极层19为了作用在挠曲弯曲件12中的指定目的而形成，并且设置在牺牲层32上。在特定实施方式中，电极层19可以通过以下方式来形成：在要形成金属中的间隙的牺牲层32的部分上淀积光刻胶材料，然后在牺牲层32的顶部上淀积金属。在其他实施方式中，电极层19可以通过在牺牲层32上淀积金属且然后在金属中蚀刻间隙来形成。
在步骤210中，可以在第一电极层的顶部上淀积第一压电材料层，并且由基板基底支撑并承担该第一压电材料层。
参照图4，在1μm至25μm或1.5μm至15μm厚(这些值不是限制性的)范围内的、包括诸如PZT的适当压电材料的较薄压电层21设置在电极层19上。
在步骤212中，可以在第一压电材料层上设置(比基板基底的表面面积小的)第二中间电极层。参照图4，电极层17设置在压电材料层21上。根据一些实施方式，形成间隙14和16，以限定电极17F。至少间隙16可以由“蚀刻”或“剥离”来形成。
在步骤214中，可以在中间电极层上设置第二压电材料层。
根据一些实施方式，设置在基板或牺牲层的中间部分上的第一压电材料层和第二压电材料层的部分将构成移动元件。
根据一些实施方式且如图4所示，在1μm至25μm或1.5μm至15μm范围内且包括诸如PZT的适当压电材料的较薄压电层22可以设置在电极层17上。
在步骤216中，可以在第二压电材料层上设置(比基板基底的表面面积小的)第三电极层19。
参照图5(和图6)，因为包括挠曲弯曲件形状的电极的电极层15为了作用在挠曲弯曲件12中的指定目的而形成，所以它设置在压电材料层22上。
根据一些实施方式，形成间隙14和16，以限定电极15F。至少间隙16可以由“蚀刻”或“剥离”来形成。
根据一些实施方式，第一、第二以及第三电极层的至少一部分被形成为对齐。具体地，不同电极层的电极可以如例如图1E所示的对齐。
在步骤218中，可以形成间隙，以在压电材料的公共层中限定多个不同的工作区段或部分。
参照图1A和图5(以及图7)，间隙14可以通过以下方式来形成：去除翅片33，或在包括第一、第二以及第三电极层的区段和两个压电材料层的一部分的各侧蚀刻，以限定挠曲弯曲件12。
间隙14可以形成在形成移动元件10的挠曲弯曲件12的第一侧与中央层之间，并且间隙14还可以形成在挠曲弯曲件12的另一侧与周围区域11之间。
根据一些实施方式，形成间隙14限定具有夹在至少两个电极层15、19之间的至少一个压电材料层21或22的挠曲弯曲件12，并且线段挠曲弯曲件12区段和包括压电层21或22的一部分的移动元件10区段。
在步骤220中，可以去除基板基底的部分或区段，以获得到牺牲层的通道，基板基底之前支撑压电层的一部分。参照图8，基板基底31的部分或区段以第一直径80来去除，从而形成腔800，以获得到牺牲层32的通道。
在步骤222中，可以去除牺牲层的部分或区段，以在中央移动元件与基板基底之间形成间隔。参照图8，牺牲层32的部分或区段可以以比腔800的第一直径80大的第二直径来去除，以在移动元件10的第一侧与基板基底31之间形成空间81，使得基板基底31起界定移动元件10的移动范围的第一止动件811的作用。
在步骤224(不是必须执行)中，可以与中央移动元件相邻地设置或布置第二止动件。参照图8，止动件82被设置或布置为与移动元件10的另一侧相邻，从而在移动元件10与止动件82之间形成空间86。第二止动件82可以使用锚状物822锚固到DSR扬声器元件1。第二止动件82界定在致动挠曲弯曲件12时的、移动元件10的移动范围，该致动通过经由电极层15、17、19向压电层21、22提供电激励来进行。
图12描述了制造DSR扬声器元件1的方法的另选实施方式。
方法可以包括提供基板基底的步骤120；以及在基板基底上形成牺牲层的步骤121。根据一些实施方式，不形成牺牲层。
方法还可以包括在牺牲层或基板的中部设置不包括压电材料的移动元件层的步骤122。在图3A中，这可以与层35对应。
根据一些实施方式，在牺牲层或基板上设置可去除翅片(步骤143)。
方法然后可以包括设置电极层和压电材料层的步骤124。电极层和压电材料层的数量可以根据应用来选择。
根据一些实施方式，步骤124可以包括在所述牺牲层上设置第一电极层(例如参见图4A中的电极层41)，在所述第一电极层的至少一部分上设置第一压电材料层(例如参见图4A中的第一压电材料层43)，并且在所述第一压电材料层上设置第二电极层(例如参见图4A的第二电极层42)，其中，第一电极层的至少一部分和第二电极层的至少一部分对齐。在淀积第一电极层(相应地第二电极层)之后或作为其一部分，可以沿着各电极层的周长形成间隙(诸如间隙16)，以限定不同外围电极(诸如由蚀刻或剥离)。
方法然后可以包括形成间隙(诸如间隙14)以限定中央移动元件(包括与压电材料不同的材料)和挠曲弯曲件的步骤125。
如果已经设置翅片，则可以去除翅片。如果移动元件层包括与翅片相同的材料，则可以使用掩膜来避免去除移动元件层。
如果翅片不存在，则可以通过使用去除技术(诸如但不限于，使用激光切割、光刻、干法蚀刻处理、或其他合适处理)来在限定挠曲弯曲件的区段的各侧制造间隙。限定挠曲弯曲件的区段例如可以包括第一电极层的一部分、第一压电材料层的一部分以及第二电极层的一部分。如果使用不同数量的压电材料层或电极层，则限定挠曲弯曲件的区段将包括对应数量的压电材料层和电极层。
为了制造DSR扬声器元件，方法还可以包括如关于图11B描述的步骤220至224。
图13是DSR扬声器元件(诸如元件1)的电极层130的示意顶视图。电极层130例如可以为底部电极层和/或顶部电极层二者之一。
在该实施方式中，所述电极层的各电极被分成两个子电极(根据一些实施方式，各电极被分成N个子电极，N>2)。另外，各子电极可以用不同的电势来定址。
如图13所示，子电极中的一个133比另一个子电极131更靠近电源。被布置为靠近较近的电极的薄金属迹线可以用于向另一个子电极提供电力供给。
在使用各个电极被分成至少两个子电极的方案时，在一些几何结构中，如果向各个子电极施加不同的电势，则移动元件10的移动可以具有比在使用单个电极布局和相同电势时更多的、在与移动元件的表面正交的方向上的平移。
到较近的子电极131的电力供给可以直接使用连接132来促进。
根据一些实施方式，被分成多个子电极的电极用于顶部电极层和底部电极层。在操作中，底部电极的子电极131可以连接到与对应顶部电极的电势相反的电势，并且底部电极的子电极133可以连接到与对应顶部电极的电势相反的电势。根据一些实施方式，如果使用两个压电层和三个电极层方案，则中间电极可以连接到地电势。
图13A是具有图13所描述的电极的挠曲弯曲件的示意截面图。
图13的顶视图中的顶部远子电极1330或131经由连接到窄迹线134(在该剖面中不可见)的导体1350连接到电源。
较近的子电极1310借助连接区段132(在该剖面中不可见)直接连接到导体1350。
在图13A所描绘的实施方式中，存在两个压电材料层1370和1380以及三个电极层1325、1326以及1327。顶部电极层1325和底部电极层1326包括被分割的电极。中间电极层1327连接到地面且包括不被分割的单个电极。
根据一些实施方式，顶部远子电极1330连接到正电势，中间电极1360连接到地面，底部对应的远子电极1310连接到负电势，并且底部对应的较近的半电极1311连接到正电势。翻转所述电势，以沿相反方向致动挠曲弯曲件。
图14是各个电极与图13中相同地被分成(至少)两个子电极的电极层的实施方式的示意顶视图，但在该顶视图中，到远离电源的子电极144的电力供给使用至少一个另外的导电层来促进。
因为窄迹线134仍然可以影响其下方的压电材料层的弯曲，所以在绝缘层处于所述导电层与电极之间的情况下通过使用另外的导电层将电势带至远离电源的电极144可以是有利的。将参照图14A提供另外的说明。
将子电极144连接到其连接导体147的另外导电层之间的连接借助两个过孔开口145和146且在绝缘层中进行。与之前相同，较近的子电极141到连接导体142的连接可以直接进行。
图14A是包括与图14的电极布局相符的布局的挠曲弯曲件1400的示意截面图。应注意，可以根据设计而使用不同数量的电极层和/或压电材料层和/或子以及顶部导电层。
在该示例中，挠曲弯曲件1400包括两个压电材料层1401和1403、顶部电极1430、底部电极1431、以及不被分成不同子电极的中间电极1402，该顶部电极和底部电极这两者被分成两个子电极。
顶部电极1430被分成子电极1405(与图14的电极144相同)和子电极1409(更靠近电源且与图14的电极141相同)。
子电极1409直接连接到导体(与图14的导体等效，但图14A中未示出)，并且从该导体连接到外部导体1410。
到子电极1405的电力供给可以借助顶部导电层1407来进行。该导电层1407可以由绝缘层1404(被布置于导电层1407下方)与子电极1409电绝缘，并且借助绝缘层1404中的过孔1406仅连接到子电极1405。导电层1407可以经由另一过孔146电连接到导体147，该剖面中未示出过孔和导体这两者，但在图14中可见。
如图14所示，底部电极结构与顶部电极结构对称。如已经对于顶部电极1430提及的，底部电极1431被分成子电极1415和子电极1419。
子电极1415借助过孔1416连接到底部导电层1417，其中，过孔1416穿过绝缘层1414，并且子电极1415借助与顶部电极层的过孔146和导体147类似的另一过孔和另一导体从绝缘层1414连接到外部导体1413。
在图13、图13A、图14以及图14A的实施方式中，如果使用单个压电材料层，则可以仅使用顶部电极和底部电极，没有中间电极。在这种情况下，根据一些实施方式，可以使用相反的极性。
在非限制性示例中，中间未分割电极1402连接到地电势，顶部子电极1405可以连接到值+10V的电压，底部子电极1415可以连接到值-10V的电压，顶部子电极1409(更靠近电源)可以连接到值-10V的电压，并且底部子电极1419(更靠近电源)可以连接到值+10V的电压。
根据使用单个压电层和两个电极层的其他实施方式，底部电极和顶部电极这两者可以被分成至少两个子电极。
在这种情况下，两个子电极可以连接到相反的电势。
根据使用单个压电层和两个电极层的其他实施方式，电极中的一个(例如，底部电极)可以被分成两个子电极，而另一个电极保持为完整电极。
在这种情况下，两个子电极可以连接到相反的电势，而整体电极可以连接到地面。
可以使用其他构造(其他数量的子电极、其他数量的电极层和压电层、等)。
已经以一定程度的特质描述了本发明，但本领域技术人员将容易地理解，可以进行各种替换和修改。
应注意，在各种实施方式中描述的各种特征可以根据所有可能的技术组合来组合。
应理解，本发明不将其应用限于在这里所包含或附图所例示的描述中阐述的细节。本发明能够具有其他实施方式且能够以各种方式来实践并进行。因此，应理解，这里所采用的用词和术语是用于描述的目的且不应被认为是限制。由此可见，本领域技术人员将理解，本公开基于的概念可以容易地用作用于设计用于进行本所公开的主题的若干目的的其他结构、方法、以及系统的基础。
本领域技术人员将容易地理解，可以在不偏离本发明的范围的情况下向如上文中描述的本发明的实施方式应用各种修改和变更。

Claims (27)

1.一种数字声音重构DSR扬声器元件，该DSR扬声器元件包括：
至少中央移动元件；
多个外围挠曲弯曲件，各挠曲弯曲件包括至少一对电极和至少压电材料层，其中，至少一个挠曲弯曲件包括分成相互电隔离的至少两个子电极的顶部电极和分成相互电隔离的至少两个子电极的底部电极，其中，当所述顶部电极的子电极连接至正电势并且所述顶部电极的另一子电极连接至负电势时，所述底部电极的相应子电极连接至相对于顶部电极的子电极相反的电势；并且其中，所述挠曲弯曲件连接到所述移动元件并且被构造成响应于施加于所述电极的电激励沿着与移动元件表面垂直的轴线移动所述移动元件，以产生声音；以及
至少机械止动件，该机械止动件被构造成限制所述移动元件的移动。
2.根据权利要求1所述的DSR扬声器元件，所述DSR扬声器元件包括基板，该基板包括腔，所述基板还充当所述机械止动件。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的DSR扬声器元件，其中，所述机械止动件位于所述移动元件的一侧，其中，所述DSR扬声器元件还包括位于所述移动元件另一侧的另外的机械止动件。
4.根据权利要求1或2所述的DSR扬声器元件，其中，各挠曲弯曲件包括：
第一电极层，该第一电极层包括第一电极；
第一压电材料层，该第一压电材料层在至少所述第一电极层上；
第二电极层，该第二电极层在所述第一压电材料层上，所述第二电极层包括第二电极；以及
第二压电材料层，该第二压电材料层在至少所述第二电极层上。
5.根据权利要求4所述的DSR扬声器元件，其中，各挠曲弯曲件还包括在所述第二压电材料层上的第三电极层，所述第三电极层包括第三电极。
6.根据权利要求1或2所述的DSR扬声器元件，其中，所述移动元件包括压电材料和/或硅材料。
7.根据权利要求1或2所述的DSR扬声器元件，其中，所述压电材料层的至少一部分位于所述一对电极之间。
8.根据权利要求1或2所述的DSR扬声器元件，其中，所述移动元件和各挠曲弯曲件中的所述压电材料层通过淀积公共压电材料层并随后在所述公共压电材料层中形成间隙来制造。
9.根据权利要求8所述的DSR扬声器元件，其中，随后通过以下处理来形成所述间隙：
去除由能够被选择性去除的材料制成的翅片；或
蚀刻所述间隙中的材料。
10.根据权利要求1或2所述的DSR扬声器元件，其中，对于各挠曲弯曲件：
所述一对电极中的第一电极连接到第一导电元件，所述第一电极和所述第一导电元件属于第一电极层，
所述一对电极中的第二电极连接到第二导电元件，所述第二电极和所述第二导电元件属于第二电极层，并且
所述第一电极层的所述第一导电元件与所述第二电极层的所述第二电极元件不对齐。
11.一种数字声音重构DSR扬声器，该DSR扬声器包括根据权利要求1至10中任一项的DSR扬声器元件的阵列。
12.一种形成数字声音重构DSR扬声器元件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板基底；
在所述基板基底的至少一部分上设置牺牲层；
在所述牺牲层的至少一部分上设置第一电极层；
在所述第一电极层上且在所述牺牲层的至少一部分上设置第一压电材料层；
在所述第一压电材料层的至少一部分上设置第二电极层，其中，所述第一电极层的至少一部分和所述第二电极层的至少一部分对齐；
在所述第一压电材料层中形成间隙，以限定：
至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的部分、所述第一压电材料层的部分以及所述第二电极层的部分；和
中央移动元件，该中央移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分，
其中，所述挠曲弯曲件连接到所述移动元件，以响应于施加于所述第一电极层和所述第二电极层的电激励来移动所述移动元件，
其中，至少一个挠曲弯曲件包括分成相互电隔离的至少两个子电极的顶部电极和分成相互电隔离的至少两个子电极的底部电极，其中，当所述顶部电极的子电极连接至正电势并且所述顶部电极的另一子电极连接至负电势时，所述底部电极的相应子电极连接至相对于顶部电极的子电极相反的电势。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述第一电极层和所述第二电极层的至少一部分被淀积为具有弯曲形状。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第一电极层和所述第二电极层被设置为各包括多个不同的电极部分，
所述方法包括以下步骤：在所述第一压电材料层中形成所述间隙，以限定：
多个外围挠曲弯曲件，该多个外围挠曲弯曲件各包括所述第一电极层的电极部分、所述第一压电材料层的部分以及所述第二电极层的电极部分；和
中央移动元件，该中央移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分。
15.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述第二电极层的至少一部分上且在位于所述牺牲层上的所述第一压电层的至少一部分上设置第二压电材料层；以及
在所述第一压电材料层和所述第二压电材料层中形成间隙，以限定：
至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的部分、所述第一压电材料层的部分、所述第二电极层的部分以及所述第二压电材料层的部分；和
移动元件，该移动元件包括所述第一压电材料层的另一部分和所述第二压电材料层的另一部分，
以及
在所述第二压电材料层上设置第三电极层。
16.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法包括以下步骤：以小于所述移动元件的直径的直径去除所述基板基底的部分，以形成腔；以及去除所述牺牲层的部分，以形成限制所述移动元件的移动的机械止动件。
17.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法还包括以下步骤：在所述移动元件的与所述基板基底相反的一侧设置机械止动件，以限制所述移动元件的移动。
18.根据权利要求12或13所述的方法，所述方法包括以下步骤：在在所述基板基底上设置牺牲层的步骤之后且在在所述牺牲层上设置第一电极层的步骤之前，在所述牺牲层上设置能够去除的翅片，所述能够去除的翅片包括稍后能够被选择性去除以形成所述间隙的材料。
19.根据权利要求12或13所述的方法，其中，设置第一压电材料层的步骤包括来自以下各项的列表的方法中的一个：
溅射；
溶胶凝胶淀积；
挤压压电材料的细粉；以及
挤压与粘合剂混合的压电材料的粉末。
20.根据权利要求12或13所述的方法，其中，通过所述第一压电材料层形成间隙的步骤包括从以下各项的列表选择的方法中的一个：干法蚀刻处理；湿法蚀刻处理；化学溶解；以及激光切割。
21.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第一电极层和所述第二电极层包括用于各电极层的不同电极之间的连接以及用于与另一DSR扬声器元件和/或与外部电源的连接的导电元件。
22.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述第一电极层和所述第二电极层包括非对齐的导电元件。
23.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述挠曲弯曲件的厚度与所述间隙中的至少一个间隙的宽度的比大于2。
24.一种使用根据权利要求12至23中任一项所述的方法形成的DSR扬声器元件的阵列。
25.一种形成数字声音重构DSR扬声器元件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供基板基底；
在所述基板基底上设置牺牲层；
在所述牺牲层上设置第一电极层；
在所述第一电极层的至少一部分上设置第一压电材料层；
在所述第一压电材料层上设置第二电极层，其中，所述第一电极层的至少一部分和所述第二电极层的至少一部分对齐；
设置包括与压电材料不同的材料的移动元件层；
在包括所述第一电极层的部分、所述第一压电材料层的部分以及所述第二电极层的部分的区段的各侧形成间隙，以限定：
至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的所述部分、所述第一压电材料层的所述部分以及所述第二电极层的所述部分；和
中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料；
其中，所述挠曲弯曲件连接到所述移动元件，以响应于施加于所述第一电极层和所述第二电极层的电激励来移动所述移动元件，
其中，至少一个挠曲弯曲件包括分成相互电隔离的至少两个子电极的顶部电极和分成相互电隔离的至少两个子电极的底部电极，其中，当所述顶部电极的子电极连接至正电势并且所述顶部电极的另一子电极连接至负电势时，所述底部电极的相应子电极连接至相对于顶部电极的子电极相反的电势。
26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述第一电极层和所述第二电极层被设置为各包括多个不同的电极部分，
所述方法包括以下步骤：形成所述间隙，以限定：
多个外围挠曲弯曲件，该多个外围挠曲弯曲件各包括所述第一电极层的电极部分、所述第一压电材料层的部分以及所述第二电极层的电极部分；和
中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料。
27.根据权利要求25或26所述的方法，所述方法包括以下步骤：
在所述第二电极层的至少一部分上且在位于所述牺牲层上的所述第一压电层的至少一部分上设置第二压电材料层；以及
在包括所述第一电极层的部分、所述第一压电材料层的部分、所述第二电极层的部分、以及所述第二压电材料层的部分的区段的各侧形成间隙，以限定：
至少一个外围挠曲弯曲件，该至少一个外围挠曲弯曲件包括所述第一电极层的所述部分、所述第一压电材料层的所述部分、所述第二电极层的所述部分、以及所述第二压电材料层的所述部分；和
中央移动元件，该中央移动元件包括与压电材料不同的材料；
以及
在所述第二压电材料层上设置第三电极层。
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