CN112350612A - 用于恢复或防止压电装置的劣化装置性能的方法及其系统 - Google Patents
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Abstract
本揭露涉及一种用于恢复或防止压电装置的劣化装置性能的方法及其系统。用于恢复压电装置的劣化装置性能的方法包括在运行模式中藉由对压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作压电装置，和在第一时间段的期间确定压电装置的性能参数具有已与参考值偏离大于预定阈值的第一值。在第二时间段的期间，方法更包括向压电装置施加包括正电压偏压和负电压偏压的双极性半波。在第三时间段的期间，方法更包括在运行模式中操作压电装置，其中性能参数具有第二值。第二值与参考值之间的绝对差小于第一值与参考值之间的绝对差。
Description
技术领域
本揭露涉及一种用于恢复或防止压电装置的劣化装置性能的方法以及用于恢复压电装置的劣化装置性能系统。
背景技术
压电装置(例如压电致动器、压电传感器等)用于许多现代电子装置(例如汽车传感器/致动器、航空传感器/致动器等)。压电装置的一个实例是压电致动器。压电致动器可用于产生在电信号的控制下向系统中的物理部件施加力的物理运动。由压电致动器产生的物理运动可用来控制各种类型的系统(例如机械系统、光学系统等)。
发明内容
本揭露的用于恢复压电装置的劣化装置性能的方法包括：在运行模式中藉由对压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作压电装置；在第一时间段的期间确定压电装置的性能参数具有已与参考值偏离大于预定阈值的第一值；在第二时间段对压电装置施加包括正电压偏压和负电压偏压的双极性半波，第二时间段在第一时间段之后；以及在第二时间段之后的第三时间段以运行模式操作压电装置，其中压电装置的性能参数在第三时间段的期间具有第二值，且其中第二值与参考值之间的绝对差低于第一值与参考值之间的绝对差。
本揭露的用于恢复压电装置的劣化装置性能的方法包括：在运行模式中藉由对压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作压电装置，其中第一振幅大于压电装置的矫顽电场电压；确定已达到运行模式的预定阈值；以及在第二时间段藉由以下操作对压电装置执行双极性半波：以第一极性的第二振幅在压电装置上电压偏压信号；将藉由施加在压电装置上的电压偏压信号从第二振幅调节到在与第一极性相反的第二极性的第三振幅，其中第二振幅等于第三振幅，且其中第二振幅小于或等于压电装置的矫顽电场电压；以及将藉由施加在压电装置上的电压偏压信号从第三振幅调节到第二振幅与第三振幅之间的第四振幅。
本揭露的用于恢复压电装置的劣化装置性能的系统包括压电装置、偏压电路及测量电路系统。压电装置设置在半导体衬底上。压电装置包括设置在第一电极与第二电极之间的压电结构。偏压电路电性连接到第一电极和第二电极。偏压电路配置成在运行模式中藉由施加在压电装置上的电压偏压信号来操作。测量电路系统电性连接到偏压电路。测量电路配置成检测在运行模式期间已达到预定阈值。偏压电路配置成在预定阈值的检测后藉由以下操作来执行恢复操作：将电压偏压从起始值提高到在第一极性的第一量值，将电压偏压从在第一极性的第一量值降低到在与第一极性相反的第二极性下的第一量值，以及将电压偏压从在第二极性下的第一量值提高到等于起始值的结束值。
附图说明
当结合附图阅读时，从以下详细描述最好地理解本揭露的各方面。应注意，根据业界中的标准惯例，各个特征未按比例绘制。实际上，为了论述清楚起见，可任意增大或减小各个特征的尺寸。
图1说明连接到控制电路的压电装置的一些实施例的横截面视图。
图2说明连接到偏压电路和测量电路的压电装置的一些实施例的横截面视图。
图3说明极化曲线和极化曲线内的用以恢复劣化压电装置的双极性半波的一些实施例的曲线图。
图4、图5以及图6说明在运行操作中的一或多个脉冲之后电压相对于双极性半波恢复操作的时间的一些实施例的时序图。
图7A说明在压印效应之后压电结构的电容率由于多个运行操作循环而恢复的一些实施例的曲线图。
图7B和图7C说明可对应于图7A的曲线图的运行操作和双极性半波的一些实施例的时序图。
图8A说明用于防止压印效应的压电结构的电容率的恢复的一些实施例的曲线图。
图8B和图8C说明可对应于图8A的曲线图的运行操作和双极性半波的一些实施例的时序图。
图9说明在压电装置的性能参数劣化之后执行双极性半波的方法的一些实施例的流程图。
附图标号说明
100、200：横截面视图；
102：衬底；
104：底部电极；
106：压电层；
108：顶部电极；
110：钝化层；
112a：第一金属垫；
112b：第二金属垫；
114：电触点；
116：电线；
120：控制电路；
124：第一界面；
128：第二界面；
210：偏压电路；
220：测量电路；
300、700A、800A：曲线图；
302：滞回线；
304：双极性半波；
306：第一负电压；
308：负矫顽电场电压；
314：正矫顽电场电压；
316：第一正电压；
400、500、600、700B、700C、800B、800C：时序图；
402：单极脉冲；
404、504：脉冲；
502：静态序列；
506：长存储时间步骤；
602：第二组；
604：恢复操作；
606：电容率数据点；
702：第一组；
706：压印电容率；
707：恢复电容率；
708：初始电容率；
710：中间电容率；
802：最后一个静态序列；
900：方法；
902、904、906、906a、906b、906c：动作；
t1：第一时间段；
t2：第二时间段；
t3：第三时间段；
t4：第四时间段；
t5：第五时间段；
t6：第六时间段；
t7：第七时间段；
t8：第八时间段。
具体实施方式
以下公开内容提供用于实施所提供主题的不同特征的多个不同实施例或实例。下文描述组件和布置的具体实例以简化本揭露。当然，这些组件和布置仅是实例且并不意欲为限制性的。举例来说，在以下描述中，第一特征在第二特征上方或第二特征上的形成可包含第一特征和第二特征直接接触地形成的实施例，且还可包含额外特征可在第一特征与第二特征之间形成使得第一特征和第二特征可不直接接触的实施例。另外，本揭露可在各种实例中重复参考标号和/或字母。此重复是出于简单和清晰的目的，且本身并不指示所论述的各种实施例和/或配置之间的关系。
此外，为了易于描述，在本文中可使用空间相关术语，例如“在...下方”、“在...下”、“下部”、“在...上”、“上部”等等，以描述如图中所说明的一个元件或特征与另一(一些)元件或特征的关系。除图中所描绘的定向以外，空间相对术语意欲涵盖装置在使用或操作中的不同定向。设备可以其它方式定向(旋转90度或处于其它定向)，且本文中所使用的与空间相关的描述词可同样相应地进行解释。
压电金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal；MIM)装置包括布置在顶部电极与底部电极之间的压电层。当在顶部电极和底部电极上施加充足电压偏压时，在压电层中可引发机械应力。机械应力可用于例如声学、机械性和/或光学应用。压电层的结构中的改变可影响压电层中的其它电子特性，如电容率(permittivity)、电容、极化等。
随时间推移，由于在装置的运行模式期间在压电层上施加电压脉冲，电荷可在压电层与顶部电极或底部电极之间的界面处累积。电荷累积也称为压印(imprint effect)效应(例如静态压印或动态压印)，可劣化压电MIM装置的装置性能。静态压印可在向压电MIM装置施加电压偏压之后出现，且随后压电MIM装置存储较长一段时间。动态压印可在向压电MIM装置施加连续的单极偏压脉冲之后出现。举例来说，如果在压电MIM装置中出现压印效应(例如，静态压印或动态压印)，那么当未向压电MIM装置施加电压偏压时，例如压电层的特性(如电容率、电容、极化和/或压电系数(piezoelectric coefficient))可明显改变，由此劣化压电MIM装置性能。因此，电学特性或机械特性(如电容率、电容、极化、压电系数或类似特性)的劣化可用于定量压电MIM装置的压印程度。
本揭露的各种实施例提供一种用于恢复或防止劣化压电MIM装置的方法。在一些实施例中，可在运行模式中将压电装置操作第一时段的时间，其可包括压电装置的一或多个电压偏压和/存储的应用。包括双极性半波的恢复操作可在压电装置的性能参数达到预定阈值后进行。预定阈值可表明在压电装置中已出现压印效应，或在压电装置中压印效应即将出现。
在预定阈值的检测后，可进行双极性半波的一或多个循环以恢复劣化压电装置。双极性半波可包括在具有第一极性的第一振幅处的电压偏压的应用。随后将电压偏压调节到具有与第一极性相反的第二极性的第二振幅，其中第一振幅的量值等于第二振幅的量值。接着可将电压偏压调节到等于零的第三振幅。在一些实施例中，第一振幅的量值小于或等于劣化之前的压电装置的矫顽电场(electric coercive field)电压。藉由向压电装置施加双极性半波，可减小压电层与顶部电极或底部电极之间的界面处的电荷累积，且可恢复由压印效应(例如静态压印或动态压印)导致的压电装置的劣化特性。由于双极性半波的电压偏压具有小于或等于压电装置的矫顽电场电压的振幅，压电装置的结构并不经历疲劳。因此，双极性半波可复原或提高在并未通过疲劳劣化压电装置的机械结构的情况下压电装置运行的可靠性。
图1说明连接到控制电路的压电装置的一些实施例的横截面视图100。
横截面视图100中的压电装置在一些实施例中可包括衬底102上方的底部电极104。可将压电层106布置在底部电极104上方和顶部电极108下方。在一些实施例中，钝化层(passivation layer)110可布置在顶部电极108的顶部表面上方，且覆盖顶部电极108、压电层106以及底部电极104的外侧壁。在一些实施例中，与压电层106和顶部电极108相比，底部电极104可更宽，且压电层106和顶部电极108可具有彼此大体上对准的最外侧壁。第一金属垫112a可布置在顶部电极108上方并延伸穿过钝化层110以直接接触顶部电极108。第一金属垫112a由钝化层110与压电层106和底部电极104间隔开。在一些实施例中，第一金属垫112a也在衬底102上方。第二金属垫112b可布置在底部电极104上方并延伸穿过钝化层110以直接接触底部电极104。在一些实施例中，第二金属垫112b由钝化层110与压电层106和/或顶部电极108隔开。在一些实施例中，第二金属垫112b也在衬底102上方。第二金属垫112b与第一金属垫112a间隔开。在一些实施例中，将电触点114与第一金属垫112a和第二金属垫112b中的每一个连接。在一些实施例中，电触点114是焊料凸块。
在一些实施例中，第一金属垫112a和第二金属垫112b各自延伸穿过钝化层110中的开口。在一些实施例中，钝化层110中的开口的宽度可各自介于约10微米与约50微米之间、约50微米与约100微米之间、约100微米与约500微米之间、约500微米与约10毫米之间以及约10毫米与约100毫米之间的范围内。此外，在一些实施例中，钝化层110、顶部电极108、压电层106、底部电极104以及第一金属垫112a和第二金属垫112b可各自具有在介于约10埃与约100埃之间、约100埃与约100纳米之间、约100纳米与约1微米之间、约1微米与约100微米之间以及约100微米与约1毫米之间的范围内的厚度。
在一些实施例中，底部电极104和顶部电极108可各自包括例如不锈钢、黄铜、铜、镀锌的铁、软钢、铅、蒙乃尔合金(monel)、镍、镍-铬、锌、磷青铜、铝、铂、金、钌、铜合金、石墨、钙、碳酸铯、氟化锂、氧化钼(IV)、银、碳、钯、锡、钢、钪、钛、钒、铬、锰、钴、锌、镓、铟、铊、掺杂硅、多晶硅、锗、锑、钨、铪、铱、混合型金属氧化物、氮化钛、氮化钽或类似物。在一些实施例中，底部电极104包括与顶部电极108相同的材料，然而在其它实施例中，底部电极104可包括与顶部电极108不同的材料。在一些实施例中，压电层106可包括例如锆钛酸铅、氮化铝、铌酸锂、砷化镓、氧化锌、石英单晶、聚合物膜压电材料(例如PVDF)、一些其它压电材料或前述内容的组合。
此外，在压电装置的其它实施例中，压电层106可设置在顶部电极108与底部电极104之间。压电层106、底部电极104以及顶部电极108可由层间介电层包围。此外，在此类其它实施例中，通孔可连接到顶部电极108和底部电极104而不是第一金属垫112a和第二金属垫112b。
在一些实施例中，控制电路120可经由电线116连接到电触点114。因此，控制电路120可连接到底部电极104和顶部电极108。控制电路120配置成经由底部电极104和顶部电极108在压电层106上施加电压偏压。举例来说，在一些实施例中，将底部电极104接地，且控制电路120配置成将电压施加到顶部电极108。
在一些实施例中，控制电路120配置成在运行模式和恢复模式中操作压电装置。运行模式涉及控制电路120在压电层106上施加电压偏压脉冲以在压电层106中引发机械应力。在运行模式期间，电荷载子(charge carriers)可累积在压电层106与底部电极104之间的第一界面124处，或电荷载子可累积在压电层106与顶部电极108之间的第二界面128处。举例来说，在一些实施例中，可由控制电路120在压电层106上施加多个具有同一极性的电压偏压。因此，可不断在取决于极性的某一方向上偏压电荷载子(例如，从底部电极104到顶部电极108，或从顶部电极108到底部电极104)，且电荷载子可累积在第一界面124或第二界面128处，由此劣化压电装置性能。在其它实施例中，压电装置可存储较长一段时间，且电荷载子可累积在第一界面124或第二界面128处，且劣化压电装置性能。
为改进压电装置性能，控制电路120可配置成藉由使用小于或等于压电层106的矫顽电场电压的双极电压偏压来施加双极性半波而在恢复模式中操作。在一些实施例中，控制电路120配置成多次施加双极性半波以通过在第一界面124或第二界面128处减少电荷载子累积来改进压电装置性能。
图2说明连接到测量电路和偏压电路的压电装置的一些实施例的横截面视图200。
在一些实施例中，图1的控制电路120可包括偏压电路210和测量电路220。因此，在一些实施例中，可将测量电路220和偏压电路210连接到顶部电极108和底部电极104。此外，在一些实施例中，可将测量电路220连接到偏压电路210。在其它实施例中，可将测量电路220直接连接到偏压电路210，而非直接连接到压电装置的底部电极104和顶部电极108。
在一些实施例中，偏压电路210可配置成在压电层106上施加不同的幅值、极性和/或时间段的电压偏压以在运行模式和恢复模式中操作。测量电路220可配置成确定偏压电路210何时将在恢复模式中操作。在一些实施例中，测量电路220配置成检测压电装置的性能参数已达到预定阈值或与预定阈值有偏离。举例来说，在一些实施例中，性能参数可以是压电层106的电学特性，例如电容率、电容、极化或压电系数。在一些实施例中，预定阈值发生在出现压印之前，然而在其它实施例中，预定阈值发生在出现压印之后。举例来说，在一些实施例中，预定阈值可定义电容的劣化。在此类实施例中，当压电装置的电容已与参考值偏离大于预定阈值(例如4％)时，电容可视为已被劣化。在一些实施例中，参考值可以是压电装置的性能参数的初始值。尽管如此，一旦测量电路220检测到劣化，测量电路220就可向偏压电路210发送信号以施加双极性半波从而恢复压电装置。
在其它实施例中，压电装置的性能参数可以是预定运行时间或预定运行脉冲数值。举例来说，在一些实施例中，测量电路220可对偏压电路210已在运行模式中操作的时间进行计数。在藉由测量电路220检测到时间已达到预定运行时间后，测量电路220可向偏压电路210发送信号以施加双极性半波，从而恢复压电装置。举例来说，在一些实施例中，预定运行时间可以是数分钟、数小时、数天、数周等。此外，在一些实施例中，运行脉冲的预定数值可从一个脉冲到数千个脉冲变动。
在一些实施例中，偏压电路210配置成多次施加双极性半波以增加压电装置的恢复。在一些实施例中，在恢复操作中由偏压电路210进行的双极性半波的数量被预先设定。在其它实施例中，测量电路220可测量压电装置的性能参数，且检测性能参数何时已恢复。在一些实施例中，性能参数的恢复可基于例如预定恢复性能值，或预定阈值与性能参数之间的改进百分比。在其它实施例中，所进行的双极性半波的数值可基于环的预定数值或预定时间段。
图3说明与压电装置的滞回线(hysteresis loop)相关的双极性半波的一些实施例的曲线图300。
曲线图300说明极化相对于压电装置电压，例如在图1和图2中所说明的压电装置。压电材料的矫顽电场是压电材料能够在在去极化之前所能耐受的最大电场。图3中的曲线图300利用压电层的厚度，使得矫顽电场可被量化为滞回线302中的矫顽电场电压。而定量滞回线302表示压电装置的极化随着向压电装置施加的电压偏压由零伏升高到第一正电压316、降低到第一负电压306以及升高回到零伏而变化。压电装置的矫顽电场电压是极化等于零的电压。在多个实施例中，如图3所说明，压电装置具有在任何压印效应(例如静态压印或动态压印)前由滞回线302确定的正矫顽电场电压314和负矫顽电场电压308。在一些实施例中，正矫顽电场电压314和负矫顽电场电压308在量值上相等。举例来说，在一些实施例中，正矫顽电场电压314可以是大致3伏，且负矫顽电场电压308可以是大致-3伏。
在一些实施例中，在恢复操作中向压电装置施加双极性半波304。藉由正矫顽电场电压314和负矫顽电场电压308来分别确定双极性半波304的最大电压偏压和最小电压偏压。因此，在一些实施例中，为了向被劣化的压电装置施加双极性半波304，由控制电路(图1的120)向压电装置施加的电压偏压可(例如)从起始电压(例如零伏)升高到正矫顽电场电压314，降低到负矫顽电场电压308，且升高到等于起始电压的结束电压(例如零伏)。在其它实施例中，双极性半波304具有低于正矫顽电场电压314的最大电压和大于负矫顽电场电压308的最小电压。因此，双极性半波304的最大电压和最小电压等于正矫顽电场电压314和负矫顽电场电压308或在所述正矫顽电场电压与所述负矫顽电场电压之间，以在压电层106中防止疲劳时恢复被劣化的压电装置。
图4说明在向压电装置施加连续单极脉冲之后施加双极性半波的一些实施例的时序图400。
在一些实施例中，在运行模式期间，控制电路(图1的120)可施加多个单极脉冲402。多个单极脉冲402的每一脉冲404可具有在第一时间段t1内保持的第一振幅。在一些实施例中，如图4中所说明，第一振幅可等于第一正电压316，例如，或在一些实施例中，可等于第一负电压306。在其它实施例中，第一振幅可大于或低于第一正电压316。在一些实施例中，第一正电压316可大于正矫顽电场电压314，且第一负场电压306可低于负矫顽电场电压308。然而，提高第一振幅可提高压电装置的性能参数的劣化率。此外在一些实施例中，每一个脉冲404可具有相同第一振幅和/或第一时间段t1，然而在其它实施例中，每一个脉冲404的第一振幅和/或第一时间段t1可不同。然而，每一个脉冲404具有同一极性，这可在压电装置中产生动态压印。
因此，在一些实施例中，在第二时间段t2内已向压电装置施加多个单极脉冲402之后，可对压电装置施加包括双极性半波304的恢复操作以恢复或防止压电装置出现动态压印效应。为了进行双极性半波304，控制电路(图1的120)可将对压电装置施加的电压偏压提高到具有保持第四时间段t4的第一极性的第二振幅，将电压偏压降低到具有保持第四时间段t4的第二极性的第三振幅，且将电压偏压从第三振幅提高到零。在一些实施例中，第二振幅等于第三振幅，且第一极性与第二极性相反。第一振幅和第二振幅具有小于或等于压电装置的正矫顽电场电压308和负矫顽电场电压314的幅值。在图4中，首先施加正矫顽电场电压314，且随后可施加负矫顽电场电压308。在其它实施例中，可首先施加负矫顽电场电压308，且随后可施加正矫顽电场电压314。尽管如此，可在已对压电装置施加多个单极脉冲402以使压电装置从动态压印效应中恢复之后，在第三时间段t3内施加双极性半波304。
图5说明在压电装置经历长存储时间以恢复压电装置之后施加双极性半波的一些实施例的时序图500。
在一些实施例中，在运行模式期间，控制电路(图1的120)可向压电装置施加包括后接长存储时间步骤506的脉冲504的静态序列502。如图4中的每一个脉冲404，在一些实施例中，图5中的脉冲504可具有在第一时间段t1内保持的第一振幅。在一些实施例中，第一振幅等于第一正电压316，例如，或第一负电压306。在其它实施例中，第一振幅可高于或低于第一正电压316，或高于或低于第一负电压306。在第一时间段t1之后，在长存储时间步骤506期间，控制电路(图1的120)可能不在第五时间段t5内向压电装置施加电压偏压。在一些实施例中，第五时间段t5可大于第一时间段t1。尽管如此，在一些实施例中，长存储时间步骤506(例如Q时间)可造成压电装置中的静态压印，进而劣化压电装置的特性。在一些实施例中，为将压电装置的劣化特性从静态压印效应中复原，可在长存储时间步骤506之后在第三时间段t3内执行双极性半波。
图6说明在压电装置经历长存储时间之前施加双极性半波以防止压电装置中的劣化的一些实施例的时序图600。
除在图6中，在长存储时间步骤506之前进行双极性半波304以外，图6的时序图600包括与图5的时序图500中相同的脉冲504、双极性半波304以及长存储时间步骤506。在一些实施例中，在长存储时间步骤506之前进行双极性半波304，以在长存储时间步骤506期间藉由降低极化来防止在压电装置中出现的静态压印效应及因此在压电装置的第一界面或第二界面(例如124、128)处的电荷累积。
图7A说明压电装置的电容率的劣化、压印以及恢复的一些实施例的曲线图700A。
图7A中的曲线图700A包括用于每一个“测试数量”的多个电容率数据点606。在一些实施例中，测试可包括多个单极脉冲(图4中的402)、多个静态序列(图5中的502)或其组合。举例来说，在一些实施例中，测试可包括长存储时间步骤506之后的多个单极脉冲(图4中的402)。在每一个测试之后，可在零伏下测量压电装置的电容率或一些其它性能参数并将其作为电容率数据点606记录在曲线图700A上。多个电容率数据点606的第一组702说明随时间推移压电装置的电容率减小的程度。然而，在第一组702与多个电容率数据点606的第二组602之间，压电装置的电容率明显减小到压印电容率706，且在整个第二组602中保持恒定。因此，压印效应(例如静态压印或动态压印)可出现在第一组702的最后一次测试与第二组602的第一次测试之间。
在一些实施例中，在第二组602的结束处，包括双极性半波(例如图4中的304)的恢复操作604可提高压电装置的电容率。尽管恢复操作604可能未将压电装置的电容率完全恢复到初始电容率708，但恢复操作604可将压电装置的电容率从压印电容率706提高到恢复电容率707。在一些实施例中，压印电容率706较初始电容率708低百分之十。因此，尽管电容率数据点606可能在恢复操作604之后在第三组中未与第一组702中的多个电容率数据点606同样高，但恢复操作604仍在压印效应之后改进压电装置的性能参数。
图7B说明执行双极性半波以在静态压印之后恢复压电装置的一些实施例的时序图700B。
图7B的时序图700B可对应于图7A的曲线图700A。举例来说，在一些实施例中，图7A的每一个电容率数据点606可表示在每一静态序列502之后的压电装置的所测量电容率。因此，在图7A的第一组702中，存在九个电容率数据点606；且在图7B的第一组702中，存在九个静态序列502。在一些实施例中，多个静态序列502的第一组702可在第六时间段t6内出现，且多个静态序列502的第二组602可在第七时间段t7内出现。在第一组702与第二组602之间可出现静态压印效应。为了将压电装置从静态压印效应中恢复，恢复操作604可包括大于一个双极性半波304。举例来说，如图7B中所说明，在恢复操作604中在第八时间段t8内进行十个双极性半波304。在其它实施例中，恢复操作604中的双极性半波304的总数可在大致一个双极性半波304与大致100个双极性半波304之间的范围中。
在一些实施例中，在恢复操作604中进行的双极性半波304的总数取决于例如可节省多少时间、期望恢复到什么程度和/或可供使用的功率量。在一些实施例中，每一个双极性半波304在例如大致等于40毫秒的第三时间段t3内出现。在一些实施例中，双极性半波304持续直到测量电路(图2中的220)确定已达到预定恢复性能值，或已达到预定阈值与性能参数之间的改进百分比。预定恢复性能值可基于例如压电装置的性能参数的测量值、第八时间段t8或双极性半波值的数值。因此，藉由在恢复操作604中使用一或多个双极性半波304，可改进因压印效应所致的劣化压电装置的特性。
图7C说明执行双极性半波以在动态压印之后恢复压电装置的一些实施例的时序图700C。
图7C的时序图700C可对应于图7A的曲线图700A。举例来说，在一些实施例中，图7A的每一个电容率数据点606可表示在多个单极脉冲402的每一集合之后的压电装置的所测量电容率。在一些实施例中，多个单极脉冲402的每一集合可包括三个脉冲(图4中的404)，然而在其它实施例中，多个单极脉冲402的每一集合可包括大于或小于三个脉冲(图4中的404)。在图7A的第一组702中，存在九个电容率数据点606；且在图7C的第一组702中，存在多个单极脉冲402的九个集合。在第一组702与第二组602之间，可出现动态压印效应。为将压电装置从动态压印效应中恢复，恢复操作604可包括大于一个双极性半波304。
图8A说明在压印效应之前恢复压电装置的电容率的一些实施例的曲线图800A。
图8A中的曲线图800A说明如何在第一组702之后但在第二组(图7A中的602)之前施加恢复操作604使得压电装置可在压印效应(例如静态压印或动态压印)出现之前恢复。尽管压印效应尚未完全出现，如第二组(图7A中的602)中所绘示，压电装置的电容率仍可能降低。在一些实施例中，藉由防止压印效应，恢复操作604可在改进压电装置的劣化装置性能中更有效。
在一些实施例中，因为中间电容率710或压电装置的一些其它性能参数已达到性能参数预定阈值，因此可对压电装置施加恢复操作604。在其它实施例中，由于压电装置的中间电容率710已与初始电容率708(例如参考值)偏离大于性能参数预定阈值，因此可对压电装置施加恢复操作604。在一些实施例中，装置劣化的测量和确定可由测量电路(图2中的220)执行。在另外其它实施例中，当脉冲的总数或时间段已达到预定阈值，同时压电装置在第一组702期间处于运行模式中时，可进行恢复操作604以防止压印效应(例如静态压印或动态压印)。
图8B说明在压电装置由于静态压印而劣化前执行双极性半波的一些实施例的时序图800B。
图8B的时序图800B可对应于图8A的曲线图800A。举例来说，在一些实施例中，图8A的每一个电容率数据点606可表示在每一静态序列502之后的压电装置的所测量电容率。因此，在图8A的第一组702中，存在九个电容率数据点606；且在图8B的第一组702中，存在九个静态序列502。然而，多个静态序列502中的最后一个静态序列802可能不包括长存储时间步骤506。
在一些实施例中，由于在静态压印效应之前进行恢复操作604，因此相较于如果恢复操作604是在静态压印效应(例如图7B)之后执行，可在恢复操作604中使用更少双极性半波304。在实施例中，为了更改进压电装置，相较于，在静态压印效应之前进行的恢复操作604中使用的双极性半波304的数量可等于或大于在静态压印效应之后进行的双极性半波304的数量。
图8C说明在压电装置由于动态压印而劣化前执行双极性半波的一些实施例的时序图700B。
图8C的时序图800C可对应于图8A的曲线图800A。举例来说，在一些实施例中，图8A的每一个电容率数据点606可表示在多个单极脉冲402的每一集合之后的压电装置的所测量电容率。因此，在图8A的第一组702中，存在九个电容率数据点606；且在图8B的第一组702中，存在多个单极脉冲402的九个集合。在一些实施例中，为了防止动态压印出现且改进劣化压电装置的任意性能参数，可在第一组702之后进行恢复操作604。
图9说明在检测到性能参数达到预定阈值后对压电装置执行双极性半波的方法900的一些实施例的流程图。
虽然方法900在下文说明且描述为一系列动作或事件，但应了解，不应以限制意义来解释此类动作或事件的所说明排序。举例来说，除本文中所说明和/或所描述的动作或事件之外，一些动作可与其它动作或事件以不同次序和/或同时出现。另外，可能并非需要所有说明的动作来实施本文中的描述的一或多个方面或实施例。另外，本文中所描绘的动作中的一或多个可在一或多个单独动作和/或阶段中进行。
在动作902处，在运行模式中藉由向压电装置施加第一振幅下的一或多个电压脉冲来操作压电装置。图4说明对应于动作902的一些实施例的时序图400。
在动作904处，确定压电装置的性能参数已达到预定阈值。
在动作906处，藉由执行动作906a、动作906b以及动作906c来对压电装置施加双极性半波。
在动作906a处，对压电装置施加第一电压偏压，其中第一电压偏压具有第一极性和第二振幅。
在动作906b处，将第一电压偏压调节到第二电压偏压，其中第二电压偏压具有第二振幅和与第一极性相反的第二极性。
在动作906c处，将第二电压偏压调节到等于零的第三电压偏压。图8A、图8B以及图8C分别说明对应于动作904、动作906、动作906a、动作906b以及动作906c的一些实施例的曲线图800A、时序图800B以及时序图800C。
因此，本揭露涉及对压电装置执行双极性半波以防止压印效应或在压印效应之后进行恢复以减少压电装置的劣化并提高压电装置的可靠性的方法。
因此，在一些实施例中，本揭露涉及用于恢复压电装置的劣化装置性能的方法，所述方法包括：在运行模式中藉由对所述压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作所述压电装置；在第一时间段的期间确定压电装置的性能参数具有已与参考值偏离大于预定阈值的的第一值；在第二时间段内对压电装置施加双极性半波，包括正电压偏压和负电压偏压，第二时间段在第一时间段之后；以及在运行模式中在第二时间段之后的第三时间段内操作压电装置，其中压电装置的性能参数在第三时间段的期间具有第二值，且其中第二值与参考值之间的绝对差低于第一值与参考值之间的绝对差。
在一些实施例中，性能参数是压电装置的电容率。
在一些实施例中，性能参数对应于第一时间段。
在一些实施例中，施加双极性半波包括：对压电装置施加第一电压偏压，其中第一电压偏压具有第二振幅和第一极性；将第一电压偏压调节到第二电压偏压，其中第二电压偏压具有第二振幅和与第一极性相反的第二极性，其中第二振幅低于第一振幅；以及将第二电压偏压调节到第一电压偏压与第二电压偏压之间的第三电压偏压。
在一些实施例中，第二振幅小于或等于压电装置的矫顽电场电压。第一振幅大于矫顽电场电压。
在一些实施例中，第三电压偏压等于零。
在其它实施例中，本揭露涉及用于防止压电装置的劣化装置性能的方法，所述方法包括：在运行模式中藉由对压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作压电装置，其中第一振幅大于压电装置的矫顽电场电压；确定已达到运行模式的预定阈值；以及藉由以下操作在第二时间段内对压电装置执行双极性半波：在第一极性下的第二振幅下在压电装置上施加电压偏压信号；将压电装置上的电压偏压信号从第二振幅调节到在与第一极性相反的第二极性下的第三振幅，其中第二振幅等于第三振幅，且其中第二振幅小于或等于压电装置的矫顽电场电压；以及将压电装置上的电压偏压信号从第三振幅调节到第二振幅与第三振幅之间的第四振幅。
在一些实施例中，预定阈值对应于预定时间段。当第一时间段等于预定时间段时已达到预定阈值。
在一些实施例中，预定阈值对应于脉冲的预定数。当运行模式的一或多个电压脉冲的总数等于脉冲的预定数时已达到预定阈值。
在一些实施例中，所述一或多个电压脉冲的每一个脉冲具有同一极性。
在一些实施例中，在第一时间段之前，压电装置的性能参数等于第一值。在第一时间段之后和在第二时间段之前，压电装置的性能参数等于已与第一值偏离第一绝对差的第二值。在第二时间段之后，压电装置的性能参数等于已与第一值偏离第二绝对差的第三值，第二绝对差低于第一绝对差。
在一些实施例中，双极性半波被多次执行。
在一些实施例中，运行模式更包括在所述一或多个电压脉冲的每一个脉冲之间的第三时间段将电压偏压信号保持为零。
在一些实施例中，第一时间段开始于所述一或多个电压脉冲的第一脉冲的起始处并结束于所述一或多个电压脉冲的最后一个脉冲的结束处。第二时间段在第一时间段之后。
在另外其它实施例中，本揭露涉及一种系统，所述系统包括：压电装置，设置在半导体衬底上，压电装置包括设置于第一电极与第二电极之间的压电结构；偏压电路，电性连接到第一电极和第二电极，其中偏压电路配置成在运行模式中藉由在压电结构上施加电压偏压来操作；测量电路，电性连接到偏压电路，其中测量电路配置成检测在运行模式期间已达到预定阈值；且其中偏压电路配置成在预定阈值的检测后藉由以下操作来执行恢复操作：将电压偏压从起始值提高到在第一极性下的第一量值，将电压偏压从在第一极性下的第一量值降低到在与第一极性相反的第二极性下的第一量值，以及将电压偏压从在第二极性下的第一量值提高到等于起始值的结束值。
在一些实施例中，测量电路电性连接到压电装置。测量电路配置成测量压电装置的性能参数。测量电路配置成检测性能参数何时达到预定阈值。
在一些实施例中，测量电路配置成在运行模式中对由偏压电路施加的电压偏压脉冲的数量进行计数。预定阈值是由测量电路所计数的电压偏压脉冲的预定数量。
在一些实施例中，测量电路配置成测量偏压电路处于运行模式中的总时间。预定阈值是由测量电路所测量的预定时间。
在一些实施例中，第一量值小于或等于压电结构的矫顽电场电压。
在一些实施例中，测量电路配置成在恢复操作期间测量压电结构的参数值，其中测量电路配置成确定当与预定阈值相比时参数值已恢复。偏压电路配置成重复恢复操作直至确定参数值的恢复为止。
前文概述若干实施例的特征使得本领域的技术人员可更好地理解本揭露的各个方面。本领域的技术人员应了解，其可易于使用本揭露作为设计或修改用于进行本文中所介绍的实施例的相同目的和/或实现相同优势的其它过程和结构的基础。本领域的技术人员还应认识到，此类等效构造并不脱离本揭露的精神和范围，且其可在不脱离本揭露的精神和范围的情况下在本文中进行各种改变、替代和更改。
Claims (10)
1.一种用于恢复压电装置的劣化装置性能的方法，其特征在于，包括：
在运行模式中藉由对所述压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作所述压电装置；
在所述第一时间段的期间确定所述压电装置的性能参数具有已与参考值偏离大于预定阈值的第一值；
在第二时间段对所述压电装置施加包括正电压偏压和负电压偏压的双极性半波，所述第二时间段在所述第一时间段之后；以及
在所述第二时间段之后的第三时间段以所述运行模式操作所述压电装置，其中所述压电装置的所述性能参数在所述第三时间段的期间具有第二值，且其中所述第二值与所述参考值之间的绝对差低于所述第一值与所述参考值之间的绝对差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述性能参数对应于所述第一时间段。
3.根据权利要求1所述的方法，其中施加所述双极性半波包括：
对所述压电装置施加第一电压偏压，其中所述第一电压偏压具有第二振幅和第一极性；
将所述第一电压偏压调节到第二电压偏压，其中所述第二电压偏压具有所述第二振幅和与所述第一极性相反的第二极性，其中所述第二振幅低于所述第一振幅；以及
将所述第二电压偏压调节到所述第一电压偏压与所述第二电压偏压之间的第三电压偏压。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二振幅小于或等于所述压电装置的矫顽电场电压，且其中所述第一振幅大于所述矫顽电场电压。
5.一种用于防止压电装置的劣化装置性能的方法，其特征在于，包括：
在运行模式中藉由对所述压电装置施加大于或等于第一振幅的一或多个电压脉冲以在第一时间段内操作所述压电装置，其中所述第一振幅大于所述压电装置的矫顽电场电压；
确定已达到所述运行模式的预定阈值；以及
在第二时间段藉由以下操作对所述压电装置执行双极性半波：
以第一极性的第二振幅在所述压电装置上电压偏压信号；
将藉由施加在所述压电装置上的所述电压偏压信号从所述第二振幅调节到在与所述第一极性相反的第二极性的第三振幅，其中所述第二振幅等于所述第三振幅，且其中所述第二振幅小于或等于所述压电装置的所述矫顽电场电压；以及
将藉由施加在所述压电装置上的所述电压偏压信号从所述第三振幅调节到所述第二振幅与所述第三振幅之间的第四振幅。
6.根据权利要求5所述的方法，
其中在所述第一时间段之前，所述压电装置的性能参数等于第一值；
其中在所述第一时间段之后和在所述第二时间段之前，所述压电装置的所述性能参数等于已与所述第一值偏离第一绝对差的第二值；以及
其中在所述第二时间段之后，所述压电装置的所述性能参数等于已与所述第一值偏离第二绝对差的第三值，所述第二绝对差低于所述第一绝对差。
7.一种用于防止压电装置的劣化装置性能的系统，其特征在于，包括：
压电装置，设置在半导体衬底上，所述压电装置包括设置在第一电极与第二电极之间的压电结构；
偏压电路，电性连接到所述第一电极和所述第二电极，其中所述偏压电路配置成在运行模式中藉由施加在所述压电装置上的电压偏压信号来操作；
测量电路系统，电性连接到所述偏压电路，其中所述测量电路配置成检测在所述运行模式期间已达到预定阈值；且
其中所述偏压电路配置成在所述预定阈值的检测后藉由以下操作来执行恢复操作：
将所述电压偏压从起始值提高到在第一极性的第一量值，
将所述电压偏压从在所述第一极性的所述第一量值降低到在与所述第一极性相反的第二极性下的所述第一量值，以及
将所述电压偏压从在所述第二极性下的所述第一量值提高到等于所述起始值的结束值。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述测量电路电性连接到所述压电装置，其中所述测量电路配置成测量所述压电装置的性能参数，其中所述测量电路配置成检测所述性能参数何时达到所述预定阈值。
9.根据权利要求7所述的系统，其中所述测量电路配置成在所述运行模式中对由所述偏压电路施加的电压偏压脉冲的数量进行计数，且其中所述预定阈值是由所述测量电路所计数的电压偏压脉冲的预定数量。
10.根据权利要求7所述的系统，其中所述测量电路配置成测量所述偏压电路处于所述运行模式中的总时间，且其中所述预定阈值是由所述测量电路所测量的预定时间。
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Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08147983A (ja) * | 1994-09-22 | 1996-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体メモリ装置 |
| US6294393B1 (en) * | 2000-08-23 | 2001-09-25 | Nec Research Institute, Inc. | Reduction of imprint in ferroelectric devices using a depoling technique |
| TW476057B (en) * | 1998-07-14 | 2002-02-11 | Sharp Kk | Driving device and driving method of liquid crystal display device |
| JP2004180496A (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体アクチュエータの駆動方法および圧電体アクチュエータ並びにこれを用いたディスク記録再生装置 |
| US20090108484A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Asml Netherlands B.V. | Imprint lithography |
| CN101943721A (zh) * | 2009-07-10 | 2011-01-12 | 复旦大学 | 一种快速测量铁电薄膜印刻效应的方法 |
| US20110292107A1 (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Toru Yamashita | Piezoelectric actuator apparatus and ink-jet printer |
| JP2012134428A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Canon Inc | 圧電デバイスの駆動方法 |
| CN102691164A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-09-26 | 芮国林 | 选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统和驱动方法 |
| TW201414026A (zh) * | 2012-09-19 | 2014-04-01 | Fujifilm Corp | 壓電元件及其使用方法 |
| US20150229238A1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | Tdk Corporation | Piezoelectric device, piezoelectric actuator, hard disk drive, and inkjet printer apparatus |
| JP2016049697A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 株式会社リコー | 圧電アクチュエータ、液滴吐出装置及び画像形成装置 |
| CN105835528A (zh) * | 2015-01-30 | 2016-08-10 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件的驱动方法以及压电元件及压电元件应用装置 |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007001063A1 (ja) * | 2005-06-29 | 2007-01-04 | Ngk Insulators, Ltd. | 圧電／電歪膜型素子 |
| JP2014054800A (ja) * | 2012-09-13 | 2014-03-27 | Ricoh Co Ltd | 圧電体の駆動方法、液滴吐出ヘッドの駆動方法、液滴吐出ヘッド、及び画像記録装置 |
| US9457560B2 (en) * | 2014-09-24 | 2016-10-04 | Xerox Corporation | Method of sensing degradation of piezoelectric actuators |
| DE102015013553B4 (de) * | 2015-10-20 | 2018-03-08 | Physik Instrumente (Pi) Gmbh & Co. Kg | Verfahren zur Ansteuerung eines Stellelements |
| US11730058B2 (en) * | 2018-09-20 | 2023-08-15 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Integrated heater (and related method) to recover degraded piezoelectric device performance |
| US11456330B2 (en) * | 2019-08-07 | 2022-09-27 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Fatigue-free bipolar loop treatment to reduce imprint effect in piezoelectric device |
-
2019
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-
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-
2023
- 2023-11-20 US US18/513,918 patent/US20240099147A1/en active Pending
Patent Citations (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08147983A (ja) * | 1994-09-22 | 1996-06-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 強誘電体メモリ装置 |
| TW476057B (en) * | 1998-07-14 | 2002-02-11 | Sharp Kk | Driving device and driving method of liquid crystal display device |
| US6294393B1 (en) * | 2000-08-23 | 2001-09-25 | Nec Research Institute, Inc. | Reduction of imprint in ferroelectric devices using a depoling technique |
| JP2004180496A (ja) * | 2002-11-15 | 2004-06-24 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 圧電体アクチュエータの駆動方法および圧電体アクチュエータ並びにこれを用いたディスク記録再生装置 |
| US20090108484A1 (en) * | 2007-10-11 | 2009-04-30 | Asml Netherlands B.V. | Imprint lithography |
| CN101943721A (zh) * | 2009-07-10 | 2011-01-12 | 复旦大学 | 一种快速测量铁电薄膜印刻效应的方法 |
| US20110292107A1 (en) * | 2010-05-31 | 2011-12-01 | Toru Yamashita | Piezoelectric actuator apparatus and ink-jet printer |
| JP2012134428A (ja) * | 2010-12-24 | 2012-07-12 | Canon Inc | 圧電デバイスの駆動方法 |
| CN102691164A (zh) * | 2012-06-18 | 2012-09-26 | 芮国林 | 选针器压电陶瓷驱动片双驱动系统和驱动方法 |
| TW201414026A (zh) * | 2012-09-19 | 2014-04-01 | Fujifilm Corp | 壓電元件及其使用方法 |
| US20150229238A1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-13 | Tdk Corporation | Piezoelectric device, piezoelectric actuator, hard disk drive, and inkjet printer apparatus |
| JP2016049697A (ja) * | 2014-08-29 | 2016-04-11 | 株式会社リコー | 圧電アクチュエータ、液滴吐出装置及び画像形成装置 |
| CN105835528A (zh) * | 2015-01-30 | 2016-08-10 | 精工爱普生株式会社 | 压电元件的驱动方法以及压电元件及压电元件应用装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| US11856862B2 (en) | 2023-12-26 |
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| US11456330B2 (en) | 2022-09-27 |
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