CN108473301A - 装置以及制造该装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了装置以及用于制造这种装置的方法。装置包括形成在基板中的腔体。层压隔膜安装到基板并且跨越腔体。层压隔膜包括通常是聚合物的一层柔性材料，以及通常地是石墨烯的一层二维材料。

Description

装置以及制造该装置的方法
技术领域
本发明涉及装置以及制造这种装置的方法。更具体地说，本发明涉及具有跨越基板中腔体的至少一部分的层压隔膜的装置，以及制造具有跨越基板中腔体的至少一部分的层压隔膜的装置的方法。
背景技术
诸如纳机电系统装置(NEMS)的装置可以具有在腔体上方悬置的隔膜。隔膜可以由诸如石墨烯的二维材料形成，并且这种NEMS装置主要由于通常在装置的制造期间的干燥过程期间作用在悬置的二维材料上的大的表面张力而具有低的屈服力。此外，由于隔膜的尺寸，特别是其纳米尺寸的厚度，可能难以一致地实现校准并且实现期望的隔膜张力。
除了上述内容以外，具有悬置在腔体上方的隔膜的NEMS装置的准确性和可靠性可能受到周围环境情形改变的影响。
本发明的实施方式的目的是克服或至少缓解现有技术的一个或多个问题。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种装置，包括：基板，在其中具有至少一个腔体；层压隔膜，其安装到基板，其中，层压隔膜跨越腔体的至少一部分，并且其中，层压隔膜包括至少一层柔性材料与至少一层二维材料；以及功能部件，其中，层压隔膜布置为相对于功能部件的位置变形。
根据本发明的第二方面，提供了制造装置的方法，该方法包括：形成在其中具有至少一个腔体的基板；将层压隔膜安装到所述基板，使得所述层压隔膜跨越所述腔体的至少一部分，并且其中，所述层压隔膜包括至少一层柔性材料和至少一层二维材料；以及将功能部件安装到所述基板，其中，所述层压隔膜布置为相对于所述功能部件的位置变形。
附图说明
为了更好的理解本发明并且示出可以如何实施本发明，现在将参照附图、仅通过实例的方式描述根据本发明的特定实施方式、方法和过程，在附图中：
图1是根据本发明的第一实施方式的装置的平面图；
图2是根据本发明的第一实施方式的通过图1的装置的2-2'的横截面侧视图；
图3是根据本发明的第二实施方式的装置的平面图；
图4是根据本发明的第二实施方式的通过图3的装置的4-4'的横截面侧视图；
图5是根据本发明的第三实施方式的装置的平面图；
图6是根据本发明的第三实施方式的通过图5的装置的6-6'的横截面侧视图；
图7是根据本发明的第四实施方式的装置的平面图；
图8是根据本发明的第四实施方式的通过图7的装置的8-8'的横截面侧视图；
图9是根据本发明的第五实施方式的装置的平面图；
图10是根据本发明的第五实施方式的通过图9的装置的10-10'的横截面侧视图；
图11是根据本发明的第六实施方式的装置的平面图；
图12是根据本发明的第六实施方式的通过图11的装置的12-12'的横截面侧视图；
图13是根据本发明的第七实施方式的装置的平面图；
图14是根据本发明的第七实施方式的通过图13的装置的14-14'的横截面侧视图；以及
图15是根据本发明的第十五实施方式的通过装置的15-15'的横截面侧视图；
图16是根据本发明的第十六实施方式的通过装置的16-16'的横截面侧视图；
图17是根据本发明的第十七实施方式的通过装置的17-17'的横截面侧视图；
图18是根据本发明的第十八实施方式的通过装置的18-18'的横截面侧视图；
图19是根据本发明的第十九实施方式的通过装置的19-19'的横截面侧视图；
图20是根据本发明的第二十实施方式的通过装置的20-20'的横截面侧视图；
图21是根据本发明的第二十一实施方式的通过装置的21-21'的横截面侧视图；
图22是根据本发明的第二十二实施方式的通过装置的22-22'的横截面侧视图；
图23是根据本发明的第二十三实施方式的通过装置的23-23'的横截面侧视图；
图24是根据本发明的第二十四实施方式的通过装置的24-24'的横截面侧视图；
图25是根据本发明的另一个实施方式的装置的平面图；
图26是示出根据本发明的另一个实施方式的制造装置的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述旨在作描述本发明的实施方式，并且不旨在描述可以实施本发明的仅有形式。应该理解的是，可以通过旨在包含在本发明的范围内的不同实施方式实现相同或等效功能。在附图中，贯穿全文使用相同的附图标记表示相同的元件。此外，术语“包括”(comprises)、“包括”(comprising)或其任意其它变型旨在覆盖非排它性包含，使得包括一系列元件或步骤的模块、电路、装置部件、结构和方法步骤不仅包括这些元件，而且可以包括未明确列出或这种模块、电路、装置部件或步骤固有的其它元件或步骤。在没有更多限定的情况下，由“包括......”进行的元件或步骤不排除包括元件或步骤的其它相同元件或步骤的存在。
贯穿本说明书，短语“二维材料”具有从包括以下材料的材料组选择的材料的含义，材料组包括：按层布置的一个或多个单层同质原子或杂原子，其在层内具有强结合并且在材料的层之间具有较弱的结合；或单层同质原子或杂原子，其自由直立或支撑在另一种材料上，其中所述原子布置在使得一个维度显著地小于它的其它两个维度的平面结构中；或者晶体材料，其中晶胞在两个空间维度但不在第三维度重复；或者具有小于5纳米厚度的材料。此外，贯穿说明书，一些实施方式通过实例的方式描述为包括二维材料，二维材料包括从包括石墨烯、六角形的氮化硼、磷烯、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、分层粘土材料、石墨烯氧化物、氟化石墨烯、锗烷烯、石墨烷、石墨炔、硼墨苯、硅烯和锡烯的组中选择的化学改性材料。
现在参照图1和图2，示出了根据本发明的第一实施方式的装置100。装置100包括基板105中，使得至少一个顶部开口腔体110形成在基板105中。这个特定实施方式中，如示出的，具有以阵列115形成的多个腔体110，并且腔体110中的每个在相对内表面之间具有最大宽度(w)，最大宽度在本实施方式中在每个腔体110全纵深中是恒定宽度。
装置100还包括安装到基板105的层压隔膜120。在这个实施方式中，层压隔膜120跨越每个腔体110并且完全地覆盖每个腔体110。通常地，层压隔膜120形成用于每个腔体110的气密密封。在一些实施方式中，层压隔膜120的跨越每个腔体110的表面积的比率在层压隔膜120的与基板105邻接或接触的表面积的比率的0.5到20倍之间。在其它实施方式中，层压隔膜120的跨越每个腔体110的表面积的比率在层压隔膜120的与基板105邻接或接触的表面积的比率的5到10倍之间。在这个实施方式中，装置100包括由层压隔膜120形成的第一电极，其提供电附接到基板105上的金属垫125的第一电极区域。通常是金制的金属垫125在一些实施方式中可以包括围绕各腔体110或在各腔体110之间延伸的相关联的浇道，以提供与各腔体相关联的低电阻导电路径。由于单层二维材料具有相对高的薄膜电阻，因此这对于高频应用来说可能是重要的。装置100还可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜120布置为相对于功能部件的位置变形。在一些实施方式中，功能部件可以是辅助装置、电路或用于根据层压隔膜120的变形输出信号的装置。在这个实施方式中，功能部件包括由形成在基板105中的导电通孔130形成并且电附接到基板105的第二电极区域220的第二电极。如对于本领域中的技术人员将会显而易见的，金属垫125和导电通孔130提供用于附接键合线的表面。
如示出的，层压隔膜120包括是至少一层柔性材料205和至少一层二维材料210的材料层。在一个实施方式中，层压隔膜120可以包括单层的二维材料210。层压隔膜120还可以包括单层的柔性材料205。
在一个实施方式中，柔性材料205是通常地包括聚合物或陶瓷物质的介电材料。柔性材料205的一部分可以与基板105邻接，并且由此夹置在基板105与二维材料210之间。然而，在一些实施方式中，二维材料210可以与基板105邻接并且由此夹置在基板105与柔性材料205之间。
二维材料210的层可以是连续层，或者可以包括非连续部分或者不同二维材料的非连续部分。在一些实施方式中，层压隔膜120的厚度(T)小于每个腔体110的最大宽度(w)，并且可以比每个腔体110的最大宽度(w)小至少100倍。在其它实施方式中，层压隔膜120的厚度(T)大于或等于每个腔体110的最大宽度(w)。
层压隔膜120的实施方式可以包括：夹置至少一层柔性材料205的至少两层二维材料210；或者夹置至少一层二维材料210的至少两层柔性材料205；或者直接地沉积在一层二维材料210的顶部上的一层二维材料210。
如示出的，基板105包括第一区域215，腔体110和第二电极区域220布置在第一区域内。基板105的第一区域215包括从氧化硅、硅、氮化硅、环氧基光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、石英、蓝宝石、玻璃、塑料、玻璃纤维、氧化铪、氧化铝、氮化硼和掺杂硅的组中选择的介电材料。
在这个实施方式中，层压隔膜120和第二电极区域220布置为形成由每个腔体110的至少一部分分离的电容板。通常地，第二电极区域220包括硅或金属，并且还可以具有在电极(电容板)之间的附加介电层。附加介电层例如可以沉积在每个腔体110的底板上，或者在层压隔膜120的底面上。如果需要的话，每个腔体110可以填充以气体或可压缩泡沫或凝胶。在这个实施方式中，层压隔膜120可以布置为相对于第二电极区域220变形。
每个腔体110可以具有多种形状，并且如所示出的，在这个实施方式中的每个腔体10的形状是长方形，并且包括底板230以及与底板230正交的至少两个平行表面235、240。此外，基板105包括平行于并且支撑层压隔膜120的平坦安装表面250，其中底板230与平坦安装表面250平行。
现在参照图3和图4，示出了根据本发明的第二实施方式的装置300。装置300包括具有基板305,使得至少一个顶部开口腔体310形成在基板305中。在这个特定实施方式中，如示出的，具有以阵列315形成的多个腔体310，并且腔体310中的每个在相对内表面之间具有最大宽度(w)，最大宽度在本实施方式中在每个腔体310全纵深中是恒定宽度。
装置300还包括安装到基板305的层压隔膜320。在这个实施方式中，层压隔膜320跨越每个腔体310并且完全地覆盖每个腔体310。通常地，层压隔膜320形成用于每个腔体310的气密密封。在一些实施方式中，层压隔膜320的跨越每个腔体310的表面积的比率在层压隔膜320的与基板305邻接的表面积的比率的0.5到20倍之间。在其它实施方式中，层压隔膜320的跨越每个腔体310的表面积的比率在层压隔膜320的与基板305邻接的表面积的比率的5到10倍之间。在这个实施方式中，装置300包括由层压隔膜320形成的第一电极，其提供电附接到基板305上的金属垫325的第一电极区域。通常是金制的金属垫325在一些实施方式中可以包括围绕各腔体310或在各腔体310之间延伸的相关联的浇道，以提供与各腔体相关联的低电阻导电路径。装置300还可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜320布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括由形成在基板305中的导电通孔330形成并且电附接到基板305的第二电极区域420的第二电极。如对于本领域中的技术人员将会显而易见的，金属垫325和导电通孔330提供用于附接键合线的表面。
如示出的，层压隔膜320包括是至少一层柔性材料405和至少一层二维材料410的材料层。在一个实施方式中，层压隔膜320可以包括单层的二维材料410。层压隔膜320还可以包括单层的柔性材料405。
在一个实施方式中，柔性材料405是通常地包括聚合物或陶瓷物质的介电材料。柔性材料405的一部分可以与基板305邻接，并且由此夹置在基板305与二维材料410之间。然而，在一些实施方式中，二维材料410可以与基板305邻接并且由此夹置在基板305与柔性材料405之间。
二维材料410的层可以是连续层，或者可以包括非连续部分或者不同二维材料的非连续部分。在一些实施方式中，层压隔膜320的厚度(T)小于每个腔体310的最大宽度(w)(例如，每个腔体310的直径)，并且可以比每个腔体310的最大宽度(w)小至少100倍。在其它实施方式中，层压隔膜320的厚度(T)大于或等于每个腔体310的最大宽度(w)。
层压隔膜320的实施方式可以包括：夹置至少一层柔性材料405的至少两层二维材料410；夹置至少一层二维材料410的至少两层柔性材料405；或者直接地沉积在一层二维材料410的顶部上的一层二维材料410。
如示出的，基板305包括第一区域415，腔体310和第二电极区域420布置在第一区域内。基板305的第一区域415包括从氧化硅、硅、氮化硅、环氧基光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、石英、蓝宝石、玻璃、塑料、玻璃纤维、氧化铪、氧化铝、氮化硼和掺杂硅的组中选择的介电材料。
在这个实施方式中，层压隔膜320和第二电极区域420布置为形成由每个腔体310的至少一部分分离的电容板。通常地，第二电极区域420包括硅或金属，并且还可以具有布置在电极(电容板)之间的附加介电层。附加介电层例如可以沉积在每个腔体310的底板上，或者在层压隔膜320的底面上。如果需要的话，每个腔体310可以填充以气体或可压缩泡沫或凝胶。在这个实施方式中，层压隔膜320可以布置为相对于第二电极区域420变形。
每个腔体310可以具有多种形状，并且如所示出的，在这个实施方式中每个腔体310的形状是圆柱形，并且包括底板430和与底板430正交的连续表面435。此外，基板305包括平行于并且支撑层压隔膜320的平坦安装表面450，其中底板430与平坦安装表面450平行。
现在参照图5和图6，示出了根据本发明的第三实施方式的装置500。装置500与装置300相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。此外，在附图中相同的附图标记指示相同的元件，并且由此如示出的装置500与300之间的仅有区别是腔体510的形状。更具体地说，腔体510中每个的形状是圆锥形或截锥形，并且包括向内逐渐变小的表面。在这个特定实施方式中，如示出的，腔体510中的每个在径向相对内表面之间具有最大宽度(w)，最大宽度在本实施方式中在邻近层压隔膜320的区域处是最大的。
现在参照图7和图8，示出了根据本发明的第四实施方式的装置700。装置700与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。此外，在附图中相同的附图标记表示相同的元件，并且由此如示出的，装置700与100之间的仅有区别是在层压隔膜120上增加框架710。如示出的，框架710围绕每个腔体110的开口，并且在一些实施方式中可以单独地围绕每个腔体110的开口。框架710用作夹紧件以拉伸层压隔膜120，并且通常地由聚合物或陶瓷材料形成。此外，每个腔体110可以是诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。
现在参照图9和图10，示出了根据本发明的第五实施方式的装置900。装置900与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。此外，在附图中的相同附图标记指示相同的元件，并且如示出的，在基板105中存在通道920以提供从各腔体910到基板105的外表面1020的流体连通。如上面，每个腔体910可以是诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。
现在参照图11和图12，示出了根据本发明的第六实施方式的装置1100。装置1100与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。此外，在附图中相同的附图标记表示相同元件，并且如示出的，具有弹性的介电柱或长钉1120，其从每个腔体1110的至少一个表面(通常地是底板1210)延伸以支撑层压隔膜120。如上面，每个腔体1110可以是诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。
现在参照图13和图14，示出了根据本发明的第七实施方式的装置1300。装置1300包括基板1305，使得至少一个顶部开口腔体1310形成在基板1305中。这个特定实施方式中，如示出的，具有以阵列1315形成的多个腔体1310，并且腔体1310中的每个在相对内表面之间具有最大宽度(w)，最大宽度在本实施方式中在每个腔体1310全纵深中是恒定宽度。
装置1300还包括安装到基板1305的层压隔膜1320。在这个实施方式中，层压隔膜1320跨越每个腔体1310并且完全地覆盖每个腔体1310。通常地，层压隔膜1320形成用于每个腔体1310的气密密封。在一些实施方式中，层压隔膜1320的跨越每个腔体1310的表面积的比率在层压隔膜1320的与基板1305邻接的表面积的比率的0.5到20倍之间。在其它实施方式中，层压隔膜1320的跨越每个腔体1310的表面积的比率在层压隔膜1320的与基板1305邻接的表面积的比率的5到10倍之间。在这个实施方式中，装置1300包括以形成在基板1305上或基板中并且电附接到层压隔膜1320的第一金属垫1325的形式的第一电极。还具有以形成在基板1305上或基板中并且与第一金属垫1325隔开的第二金属垫1330的形式的第二电极。如对于本领域中的技术人员将会显而易见的，金属垫1325和第二金属垫1330提供用于附接键合线的表面。
如示出的，层压隔膜1320包括是至少一层柔性材料1405和至少一层二维材料1410的材料层。在一个实施方式中，层压隔膜1320可以包括单层的二维材料1410。层压隔膜1320还可以包括单层的柔性材料1405。
在一个实施方式中，柔性材料1405是通常地包括聚合物或陶瓷物质的介电材料。柔性材料1405的一部分可以与基板1305邻接，并且由此夹置在基板1305与二维材料1410之间。然而，在一些实施方式中，二维材料1410可以与基板1305邻接并且由此夹置在基板1305与柔性材料1405之间。
二维材料1410的层可以是连续层，或者可以包括非连续部分或者不同二维材料的非连续部分。在一些实施方式中，层压隔膜1320的厚度(T)小于每个腔体1310的最大宽度(w)，并且可以比每个腔体1310的最大宽度(w)小至少100倍。在其它实施方式中，层压隔膜1320的厚度(T)大于或等于每个腔体1310的最大宽度(w)。
层压隔膜1320的实施方式可以包括：夹置至少一层柔性材料1405的至少两层二维材料1410；或者夹置至少一层二维材料1410的至少两层柔性材料1405；或者直接地沉积在一层二维材料1410的顶部上的一层二维材料1410。
在这个实施方式中，基板1305包括从包括氧化硅、硅、氮化硅、环氧基光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、石英、蓝宝石、玻璃、塑料、玻璃纤维、氧化铪、氧化铝、氮化硼和掺杂硅的组中选择的介电材料。第一金属垫1325、第二金属垫1330布置为形成由每个腔体1310的至少一部分分离的端子。如果需要的话，每个腔体1310可以填充以气体或可压缩泡沫或凝胶。
每个腔体1310可以具有多种形状，并且如所示出的，在这个实施方式中的每个腔体1310的形状是长方形，并且包括底板以及与底板正交的至少两个相对的平行表面。然而，每个腔体1310的形状例如可以是圆锥形或截锥形并且包括向内逐渐变小的表面。
基板1305通常地包括平行并且支撑层压隔膜1320的平坦安装表面1450。在一些实施方式中，在基板1305中可以具有通道以用于提供从每个腔体1310到基板1305的外表面1420的流体连通。在一些实施方式中，可以具有从每个腔体1310的至少一个表面延伸以用于支撑层压隔膜1320的弹性介电柱或长钉。在此外其它实施方式中，可以在层压隔膜1320上具有框架，框架围绕每个腔体1310的开口并且可以单独地围绕每个腔体1310的开口。框架用作夹紧件以拉伸层压隔膜1320，并且通常地由聚合物或陶瓷材料形成。
现在参照图15，示出了根据本发明的实施方式的装置1500。装置1500包括基板1505，使得至少一个顶部开口腔体1510形成在基板1505中。每个腔体可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置1500与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置1500可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜1530布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括第二电极1520。第二电极1520由附接到定位在腔体1510内的第二电极区域的导电材料形成。导电材料可以沉积在腔体的内侧表面中的至少一个上。
在这个实施方式中，层压隔膜1530和第二电极区域布置为形成电容板。通常地，第二电极区域包括由腔体的至少一部分分离的硅或金属。在操作中，层压隔膜1530相对于第二电极1520的偏转引起层压隔膜1530与第二电极1520之间电容的改变。在其它实施方式中，通过在层压隔膜1530与第二电极1520之间施加偏压，可以根据隔膜偏转测量通过层压隔膜1530的跨导的改变。在一些实施方式中，装置可以用作致动器，其中通过第二电极1520和层压隔膜1530施加的偏压引起层压隔膜的变形或偏转。
现在参照图16，示出了根据本发明的实施方式的装置1600。装置1600包括基板1605，使得至少一个顶部开口腔体1610形成在基板1605中。每个腔体1610可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置1600与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置1600可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜1630布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括诸如硅的半导体材料1620。在一些实施方式中，半导体材料可以沉积在包括腔体1610的表面的至少一个上。在其它实施方式中，半导体材料1620可以定位在基板1605上的其它地方。如技术人员将会理解的，半导体材料可以连接到至少两个导电触头1625、1635以形成晶体管或二极管布置。触头1625、1635可以连接到外部电路。尽管在附图中未示出，但应该理解的是装置1600可以包括第二电极。
在操作中，将偏压施加到层压隔膜1630和半导体材料1620。层压隔膜1630相对于半导体材料1620的偏转引起半导体材料1630附近电场的改变，导致通过跨越至少两个触头1625、1635的半导体材料1630的电压改变。
现在参照图17，示出了根据本发明的实施方式的装置1700。装置1700包括基板1705，使得至少一个顶部开口腔体1710形成在基板中。每个腔体1710可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置1700与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置1700可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜1730布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括定位在腔体内的介电或半导体材料1720。介电或半导体材料可以是以波导1720的形式。波导1720可以连接到外部光学耦合装置。尽管在附图中未示出，但应该理解的是，装置1700可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，光学辐射接入并接出波导1720。波导件1720的附近被易逝电磁场1740包围。层压隔膜1730相对于波导1720的偏转使光学辐射的强度减弱，或者改变光学辐射通过波导1720的波长。如对于技术读者来说将会显而易见的，然后可以由光电探测器或光谱分析器探测信号的改变。
现在参照图18，示出了根据本发明的实施方式的装置1800。装置包括基板1805，使得至少一个顶部开口腔体1810形成在基板中。每个腔体1810可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置1800与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置1800可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜1830布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括定位在腔体1810内的反射表面1820，以形成光学镜像表面1820。反射表面1820可以沉积在腔体1810的至少一个表面上。反射表面1820可以包括金制或任何其它类似的反射材料。
在操作中，光学辐射1840投射到腔体1810中。层压隔膜1830相对于反射表面1820的偏转引起光学辐射1840的路径和/或方向的改变。然后可以由探测器探测到光学辐射1840的路径或方向中形成的改变。尽管在附图中未示出，但应该理解的是，装置1800可以包括如前面实施方式中的第二电极。
现在参照图19，示出了根据本发明的实施方式的装置1900。装置包括基板1905，使得至少一个顶部开口腔体1910形成在基板1905中。每个腔体1910可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置1900与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置1900可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜1930布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括定位在腔体1910内的等离激元结构1920，以形成光学或红外天线1920。等离激元结构1920可以包括纳米级式样的诸如金或银的金属，或者半导体。尽管在附图中未示出，但应该理解的是，装置1900可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，光学辐射1940聚焦在等离激元结构1920上。光学辐射1940触发天线1920中的电子的等离激元谐振，导致在等离激元结构1920附近的局部电磁场1940。层压隔膜1930相对于等离激元结构1920的偏转致使发射辐射的改变。例如，可以通过层压隔膜1930到等离激元结构1920的相对邻近性来调节二维材料的拉曼光谱的强度。
现在参照图20，示出了根据本发明的实施方式的装置2000。装置包括基板2005，使得至少一个顶部开口腔体2010形成在基板2005中。每个腔体2010可以具有诸如圆柱、圆锥或截锥的任何适当形状。装置2000与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。在附图中的其它相同附图标记表示相同元件。装置2000可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜2030布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括化学活性表面2020、2040。化学活性表面可以沉积在腔体2040内，或者沉积在层压隔膜2020上。尽管在附图中未示出，但应该理解的是，装置2000可以包括如前面实施方式中的第二电极。在操作中，装置2000布置在含有气态化学物质的环境中。与化学活性表面2020、2040互补的化学物质可以吸收在化学活性表面2020、2040的化学受体上。被吸附物质承载电荷并且由此引起通过层压隔膜2030的电容或跨导的改变。
现在参照图21，示出了根据本发明的实施方式的装置2100。装置2100包括基板2105，至少一个顶部开口腔体2120形成在基板中。装置2100与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。在这个实施方式中，第二基板层2115定位在第一层压隔膜2130的顶部上。第二基板层2115可以形成垫片式样。第二层压隔膜2140可以定位在第二基板层2115的顶部上。尽管在附图中未示出，但应该理解的，装置2100可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，第一层压隔膜或第二层压隔膜2130、2140中的偏转引起第一层压隔膜2130与第一电极之间电容的改变。在一些实施方式中，通过将偏压施加在第一层压隔膜2130与第二层压隔膜2140之间或者单独地施加到第一层压隔膜与第二层压隔膜中的任一个，可以根据隔膜偏转测量通过第一层压隔膜2130的跨导的改变。
现在参照图22，示出了根据本发明的实施方式的装置2200。装置2200包括基板2205，至少一个顶部开口腔体2210形成在基板2205中。装置2200与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置2200可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜2230布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括定位在腔体2210内的竖直排列的纳米结构(VAN)2220。竖直排列的纳米结构可以包括碳纳米管(CNT)、纳米线、量子点、纳米粒子、纳米板或任何其它合适的纳米材料。竖直排列的纳米结构2220可以连接到外部电路。尽管在附图中未示出，但应该理解的是装置2200可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，通过将偏压施加到竖直排列的纳米结构2220，可以在竖直排列的纳米结构2220处产生电场。层压隔膜2230相对于竖直排列的纳米结构2220的偏转引起第一电极2240的导电性的改变。在一些实施方式中，层压隔膜2230相对于竖直排列的纳米结构的偏转引起层压隔膜2230与竖直排列的纳米结构2220之间的电容的改变。在一些实施方式中，层压隔膜2230相对于竖直排列的纳米结构的变形引起层压隔膜2230的跨导的改变。
现在参照图23，示出了根据本发明的实施方式的装置2300。装置2300包括基板，至少一个顶部开口腔体2310形成在基板2305中。装置2300与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。装置2300可以包括功能部件，其中，在操作中，层压隔膜2330布置为相对于功能部件的位置变形。在这个实施方式中，功能部件包括定位在腔体2310内的磁性材料2320。磁性材料2320可以连接到外部电路。尽管在附图中未示出，但应该理解的是装置2300可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，由磁性材料2320形成磁场。层压隔膜2330相对于磁性材料2320的偏转引起磁场的改变，这然后可以由磁性传感装置探测。
现在参照图24，示出了根据本发明的实施方式的装置2400。装置2400包括基板2405，至少一个腔体2410形成在基板2405中。装置2400与装置100相似，并且由此为避免重复将仅描述区别。在这个实施方式中，腔体包括第二穿孔2420。穿孔2420可以是通气孔，压力可以通过其施加在层压隔膜2430的相应侧面上。尽管在附图中未示出，但应该理解的是装置2400可以包括如前面实施方式中的第二电极。
在操作中，层压隔膜的偏转可以是直接地施加在隔膜2430上和/或施加通过穿孔2420的压力的作用。
在本发明的另一个实施方式中，装置可以包括如上所述的功能部件的任意组合。
在上面图1至图24中描述的装置(100,300,500,700,900,1100,1300,1500,1600,1700,1800,1900,2000,2100,2200,2300,2400)的实施方式可以包括每个腔体的涂覆有相对于二维材料具有防粘特性的物质的表面。作为替换，每个腔体的表面可以被粗糙化，以便相对于二维材料提供防粘特性。此外，在一些实施方式中，腔体中的每个或一部分例如可以是相同的形状或不同的形状。
在上面图1至图24中描述的装置的实施方式可以包括形成如图24中所示的六边形、正方形、长方形或圆形形状布置中任一个的腔体。腔体还可以是三角形或环形布置。现在参照图26，示出了根据本发明的另一个实施方式的制造装置的方法2600的流程图。仅通过实例的方式，将参照装置100的制作描述方法2600，但是应该理解的是该方法不限于仅装置100的特定制造。
方法2600在形成模块2610处提供了形成基板105，一个或多个腔体110形成在基板105中。如本领域中的技术人员将会理解的，每个腔体110通常地由等离子蚀刻或激光雕刻形成。在安装模块2620处，包括至少一层柔性材料205和至少一层二维材料210的层压隔膜120安装到基板105。执行安装过程使得层压隔膜120跨越各腔体110的至少一部分。在一些实施方式中，二维材料210或柔性材料205的固有粘结特性(根据固有粘结特性其一个与基板105邻接)对于将层压隔膜120固定到基板105来说是足够的。然而，在另一个实施方式中，柔性介电粘结层可以用于将层压隔膜120固定到基板105，并且可以包括将粘结层施加到平坦安装表面250。
在一些实施方式中，执行层压隔膜120安装到基板105，使得层压隔膜120完全地覆盖每个腔体110并且可以形成用于腔体110的气密密封。
层压隔膜120可以包括夹置至少一层柔性材料205的至少两层二维材料210，或者层压隔膜120可以包括夹置至少一层二维材料210的至少两层柔性材料205。
在确定模块2630处可以选择三种处理P1、P2或P3中的一个。如果选择处理P1，那么模块2640提供将诸如聚合物的柔性材料205的附加层沉积在层压隔膜120上。如果选择处理P2，那么模块2650提供移除诸如聚合物的柔性材料205，以暴露二维材料210。此后，方法2600提供了使通常是聚合物的柔性材料205的新层沉积在二维材料210上的方法2600。在完成过程P1或P2以后，或如果选择P3的话，方法2600在模块2660处选择性地执行将聚合物框架沉积在层压隔膜120上，其中，聚合物框架围绕每个腔体110的开口。然后，方法2600通过从基板片切掉或锯掉基板105由此将片分成单个基板而在模块2670处执行分割。键合线还被焊接到金属垫125和导电通孔130。
有利地，柔性材料和二维材料提供了隔膜的改进的结构完整性，并且还允许控制期望的隔膜张紧。此外，邻近隔膜的锥形、截锥或其它适当形状的腔体的向内逐渐变小的表面吸引隔膜的近端区域。这种吸引区域固定腔体表面的上端区域，这由此增加了隔膜的张紧。此外，或作为替换，框架还可以用于张紧隔膜。
在一些实施方式中，柔性材料还可以提供用于二维材料的前摄覆盖。因此，本发明至少缓解了与现有技术相关联问题中的一个。此外，装置可以用作传感器、诸如压电装置的换能器、或响应于隔膜的偏转提供信号或者响应于通过电极施加的信号或者来自对外力的任何其它响应使隔膜偏转的任何其它装置。
在本说明书中公开的特征的全部(包括任何所附权利要求、摘要和附图)，和/或如此公开的任何方法或过程的全部步骤可以在任意组合中结合(除了其中这种特征和/或步骤的至少一部分相互排斥的组合以外)。
除非另外明确地陈述，否则在本说明书中公开的每个特征(包括任何所附权利要求、摘要和附图)可以由用于相同、等效或类似目的的替换特征替换。由此，除非明确地另外陈述，否则公开的每个特征仅是通用系列等效物或类似特征的一个实例。
本发明不限于任何上述实施方式的细节。本发明延伸到在本说明书(包括任何所附权利要求、摘要和附图)中公开的特征的任何新颖性的一个特征或者任何新颖性组合，或如此公开的任何方法或过程的步骤的任何新颖性的一个步骤或任何新颖性组合。权利要求不应理解为仅覆盖前述实施方式，而且还覆盖落在权利要求的范围内的任何实施方式。

Claims (57)

1.一种装置，其包括：
基板，在其中具有至少一个腔体；
层压隔膜，其安装到所述基板，其中，所述层压隔膜跨越所述腔体的至少一部分，并且其中，所述层压隔膜包括至少一层柔性材料与至少一层二维材料；以及
功能部件，其中，所述层压隔膜布置为相对于所述功能部件的位置变形。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述功能部件包括电极、半导体、电介质、波导、反射表面、等离激元结构、化学活性表面、第二层压隔膜、纳米结构、磁性材料或穿孔中的一个。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述柔性材料是介电材料。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的装置，其中，所述二维材料的层是连续层。
5.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述二维材料的层包括二维材料的非连续部分或不同二维材料的非连续部分。
6.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜完全地覆盖所述腔体。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述层压隔膜形成用于所述腔体的气密密封。
8.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜的厚度小于所述腔体的最大宽度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述层压隔膜的厚度比所述腔体的最大宽度小至少100倍。
10.根据上述权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜的厚度大于或等于所述腔体的最大宽度。
11.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜的跨越所述至少一个腔体的表面积的比率在所述层压隔膜的与所述基板邻接的表面积的比率的0.5倍到20倍之间。
12.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜的跨越所述至少一个腔体的表面积的比率在所述层压隔膜的与所述基板邻接的表面积的比率的五倍到十倍之间。
13.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜包括夹置至少一层柔性材料的至少两层二维材料。
14.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜包括夹置至少一层二维材料的至少两层柔性材料。
15.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述腔体是多个腔体中的一个，并且所述层压隔膜跨越全部腔体。
16.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜包括直接地沉积在一层所述二维材料的顶部上的一层所述二维材料。
17.根据上述权利要求中任一项所述的装置，包括布置在所述层压隔膜上以提供其张紧的框架。
18.根据权利要求17所述的装置，其中，所述框架布置为围绕所述腔体的开口。
19.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述基板包括介电材料。
20.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述基板从包括氧化硅、硅、氮化硅、环氧基光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、石英、蓝宝石、玻璃、塑料、玻璃纤维、氧化铪、氧化铝、氮化硼和掺杂硅的组中选择。
21.根据上述权利要求中任一项所述的装置，包括第一电极和第二电极，其中，所述第一电极电附接到所述层压隔膜。
22.根据权利要求21所述的装置，包括电附接到所述层压隔膜的金属垫，其中，所述金属垫包括在每个腔体周围或每个腔体之间延伸的一个或多个相关联的浇道。
23.根据权利要求21或22所述的装置，其中，所述第二电极电附接到所述层压隔膜。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的装置，其中，所述层压隔膜和所述第二电极布置为形成由所述腔体的至少一部分分离的电容板。
25.根据权利要求21至24中任一项所述的装置，包括布置在所述电极之间的附加介电层。
26.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述腔体填充有气体。
27.根据权利要求1至25中任一项所述的装置，其中，所述腔体填充有液体。
28.根据权利要求1至25中任一项所述的装置，其中，所述腔体填充有泡沫或凝胶。
29.根据权利要求1至25中任一项所述的装置，包括从所述腔体的至少一个表面延伸以用于支撑所述层压隔膜的弹性介电柱或长钉。
30.根据上述权利要求中任一项所述的装置，在所述基板中包括一个或多个通道以用于提供从所述腔体到所述基板的外表面的流体连通。
31.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述腔体包括底板以及与所述底板正交的至少两个相对的平行表面。
32.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述基板包括支撑所述隔膜的平坦安装表面，并且所述腔体包括与所述平坦安装表面平行的底板。
33.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述基板包括支撑所述隔膜的平坦安装表面，并且所述腔体包括至少一个向内逐渐变小的表面。
34.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体包括底板以及与所述底板正交的至少一个表面。
35.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体的形状是圆柱形。
36.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体的形状是长方形。
37.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体的形状是圆锥形或截锥形。
38.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体的形状是三角形。
39.根据权利要求1至30中任一项所述的装置，其中，所述腔体是环状。
40.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述腔体的表面涂覆有相对于所述二维材料具有防粘特性的物质。
41.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述腔体的表面被粗糙化以相对于所述二维材料提供防粘特性。
42.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述二维材料从包括以下材料的材料组中选择，该材料组包括：按层布置的一个或多个单层同质原子或杂原子，其在层内具有强结合并且在材料的层之间具有较弱的结合；或单层同质原子或杂原子，其自由直立或支撑在另一种材料上，其中，所述原子布置在使得一个维度显著地小于它的其它两个维度的平面结构中；或者晶体材料，其中，晶胞在两个空间维度、但不在第三维度重复；或者具有小于5纳米厚度的材料。
43.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述二维材料包括从包括石墨烯、六角形的氮化硼、磷烯、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、分层粘土材料、石墨烯氧化物、氟化石墨烯、锗烷烯、石墨烷、石墨炔、硼墨苯、硅烯、和锡烯的组中选择的化学改性材料。
44.根据上述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述柔性材料包括聚合物或陶瓷物质。
45.一种制造装置的方法，该方法包括：
形成在其中具有至少一个腔体的基板；以及
将层压隔膜安装到所述基板，使得所述层压隔膜跨越所述腔体的至少一部分，并且其中，所述层压隔膜包括至少一层柔性材料和至少一层二维材料；以及
将功能部件安装到所述基板，其中，所述层压隔膜布置为相对于所述功能部件的位置变形。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，安装到所述基板的所述功能部件包括电极、半导体、电介质、波导、反射表面、等离激元结构、化学活性表面、第二层压隔膜、纳米结构、磁性材料或穿孔中的一个。
47.根据权利要求45或权利要求46所述的方法，其中，执行将所述层压隔膜安装到所述基板，使得所述层压隔膜完全地覆盖所述腔体。
48.根据权利要求45至47中任一项所述的方法，其中，执行将所述层压隔膜安装到所述基板，使得所述层压隔膜形成用于所述腔体的气密密封。
49.根据权利要求45至48中任一项所述的方法，其中，所述层压隔膜包括夹置至少一层柔性材料的至少两层二维材料。
50.根据权利要求45至48中任一项所述的方法，其中，所述层压隔膜包括夹置至少一层二维材料的至少两层柔性材料。
51.根据权利要求45至50中任一项所述的方法，包括将聚合物框架沉积在所述层压隔膜上，其中，所述聚合物框架围绕所述腔体的开口。
52.根据权利要求45至51中任一项所述的方法，其中，所述基板包括介电材料。
53.根据权利要求45至52中任一项所述的方法，其中，所述基板从包括氧化硅、硅、氮化硅、环氧基光致抗蚀剂、电子束抗蚀剂、石英、蓝宝石、玻璃、塑料、玻璃纤维、氧化铪、氧化铝、氮化硼和掺杂硅的组中选择。
54.根据权利要求45至53中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料包括聚合物，并且其中，在安装以后，所述方法包括将聚合物的附加层沉积在所述层压隔膜上。
55.根据权利要求45至52中任一项所述的方法，其中，所述柔性材料包括聚合物，并且其中，在安装以后，所述方法包括移除所述聚合物以暴露所述二维材料并且此后将新的聚合物层沉积在所述二维材料上。
56.根据权利要求45至55中任一项所述的方法，其中，所述二维材料从包括以下材料的材料组中选择，该材料组包括：按层布置的一个或多个单层同质原子或杂原子，其在层内具有强结合并且在材料的层之间具有较弱的结合；或单层同质原子或杂原子，其自由直立或支撑在另一种材料上，其中，所述原子布置在使得一个维度显著地小于它的其它两个维度的平面结构中；或者晶体材料，其中，晶胞在两个空间维度、但不在第三维度重复；或者具有小于5纳米厚度的材料。
57.根据权利要求45至56中任一项所述的方法，其中，所述二维材料包括从包括石墨烯、六角形的氮化硼、磷烯、过渡金属硫化物、过渡金属氧化物、分层粘土材料、石墨烯氧化物、氟化石墨烯、锗烷烯、石墨烷、石墨炔、硼墨苯、硅烯、和锡烯的组中选择的化学改性材料。
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