DE102007058239A1 - Micro mirror device has reflecting plate, framework holder and hanging element, over which reflecting plate is connected with framework holder, where hanging element has piezoactive layer - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Mikrospiegelvorrichtung und ein Herstellungsverfahren für eine entsprechende Mikrospiegelvorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verstellen einer verspiegelten Platte.The The invention relates to a micromirror device and a manufacturing method for one corresponding micromirror device. Furthermore, the concerns Invention a method for adjusting a mirrored plate.
Stand der TechnikState of the art
Mikromechanische Bauelemente werden herkömmlicherweise über elektrostatische oder elektromagnetische Antriebe verstellt. Beispielsweise ist bekannt, Mikrospiegel mittels Kammaktoren oder Plattenaktoren von einer Ausgangsposition in eine Endposition zu überführen. Man spricht dabei auch von Kamm- und Plattenelektroden. Kammaktoren werden auch zur Anregung von Beschleunigungssensoren verwendet. Ein weiteres Anwendungsbeispiel für Plattenaktoren sind Mikropumpen.Micromechanical Devices are conventionally electrostatic or electromagnetic actuators adjusted. For example, it is known Micromirror by means of comb actuators or plate actuators from a starting position to transfer to an end position. you also speaks of comb and plate electrodes. Become a comb actuator also used to excite acceleration sensors. Another one Application example for Disk actuators are micropumps.
Aus dem Stand der Technik ist auch bekannt, Spulen und/oder Permanentmagnete auf beweglichen Teilen eines Bauteils anzubringen. Im Umfeld des Bauteils kann anschließend ein variables magnetisches Feld aufgebaut werden, welches in seiner Wechselwirkung mit der Spule und/oder dem Permanentmagnet eine Kraft zur Bewegung oder zur Deformation des Bauteils bewirkt. Beispielsweise kann die Lorenzkraft auch dazu genutzt werden, das bewegliche Bauteil zu einer Oszillation anzuregen.Out The prior art also discloses coils and / or permanent magnets to be mounted on moving parts of a component. In the environment of Component can subsequently a variable magnetic field can be built, which in its interaction with the coil and / or the permanent magnet, a force for movement or causes the deformation of the component. For example, the Lorenzkraft also be used to the moving component to an oscillation to stimulate.
Um ein mikromechanisches Bauelement jedoch zu einer starken Deformation oder zu einer größeren Auslenkung zu bringen, werden große Kräfte benötigt. Die in den oberen Absätzen beschriebenen Technologien sind dazu kaum geeignet. Insbesondere müssen zur Erzeugung größerer Kräfte relativ große Kamm- oder Plattenelektroden oder Spulen an dem mikromechanischen Bauelement angeordnet werden. Zusätzlich weisen die Technologien den Nachteil auf, dass sie nur mittels einer relativ aufwendigen Ansteuerelektronik realisierbar sind. Des Weiteren ist eine Integration von Schaltung und Aktor bei diesen Technologien nahezu unmöglich.Around However, a micromechanical device to a strong deformation or to a greater deflection to bring, will be great Forces needed. The in the upper paragraphs described technologies are hardly suitable. Especially have to relative to the generation of larger forces size Comb or plate electrodes or coils on the micromechanical Component to be arranged. In addition, the technologies show the disadvantage that they only by means of a relatively expensive Control electronics can be realized. Furthermore, it is an integration of circuit and actuator with these technologies almost impossible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine Mikrospiegelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Verfahren zum Verstellen einer verspiegelten Platte einer Mikrospiegelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Herstellungsverfahren für eine Mikrospiegelvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.The Invention provides a micromirror device having the features of claim 1, a method for adjusting a mirrored Plate of a micromirror device with the features of the claim 9 and a manufacturing method for a micromirror device with the features of claim 10.
Die vorliegende Erfindung beruht auf der Bildung von piezoaktiven Schichten auf mindestens einer Oberfläche eines Aufhängeelements der Mikrospiegelvorrichtung. Die auf dem mindestens einen Aufhängeelement aufgebrachte piezoaktive Schicht kann bei einer angelegten Spannung eine relativ große Deformation des Aufhängeelements bewirken. Das mit der mindestens einen piezoaktiven Schichten versehene Aufhängeelement lässt sich somit als piezoelektrischer Biegewandler für die Auslenkung der verspiegelten Platte verwenden. Durch das Anlegen einer Spannung an mindestens eine piezoaktive Schicht wird eine Bewegung der verspiegelten Platte in mindestens eine Raumrichtung möglich. Weist die Mirkospiegelvorrichtung mindestens drei Aufhängeelement auf, so ist die verspiegelte Platte in alle drei Raumrichtungen verstellbar. Vorteilhafterweise sind die Aufhängeelemente dafür deformierbar ausgebildet.The The present invention is based on the formation of piezoactive layers on at least one surface a suspension element the micromirror device. The on the at least one suspension element applied piezoactive layer can at an applied voltage a relatively large one Deformation of the suspension element cause. The provided with the at least one piezoactive layers suspension let yourself thus as a piezoelectric bending transducer for the deflection of the mirrored Use plate. By applying a voltage to at least a piezoactive layer is a movement of the mirrored plate in at least one spatial direction possible. If the micro-mirror device has at least three suspension elements On, the mirrored plate is in all three spatial directions adjustable. Advantageously, the suspension elements are deformable for it educated.
Die Verwendung der relativ dünnen piezoaktiven Schicht auf einem Aufhängeelement ermöglicht somit das Design von Bauteilen mit kleinen Raumgrößen, welche dennoch eine verhältnismäßig große Deformation bei einem Anlegen von elektrischen Spannungen im Bereich von wenigen Volt ausführen können. Die vorliegende Erfindung weist somit den Vorteil auf, dass das mindesten eine Aufhängeelement zusätzlich als aktives Element (Biegewandler) nutzbar ist. Die Multifunktionalität des mindestens einen Aufhängeelements erfordert kaum zusätzlichen Bauraum verglichen mit einem Antrieb durch Elektrodenfinger oder einem Spulenrahmen. Insbesondere lässt sich die Rahmenhalterung dadurch stark vereinfachen.The Using the relatively thin piezoactive layer on a suspension allows thus the design of components with small room sizes, which nevertheless a relatively large deformation when applying electrical voltages in the range of a few Volts can perform. The The present invention thus has the advantage that the least a suspension element additionally as an active element (bending transducer) is usable. The multifunctionality of at least a suspension element requires little additional space compared to a drive by electrode fingers or a coil frame. In particular, lets This greatly simplifies the frame mount.
Durch ein beidseitiges Anbringen einer piezoaktiven Schicht dem mindestens einen Aufhängeelement kann die Flexibilität und die Zuverlässigkeit des Verformmechanismus des Aufhängeelements verbessert werden. Zusätzlich ermöglicht eine Beschichtung auf beiden Seiten eines Aufhängeelements eine Verformung des Aufhängeelements in zwei entgegen gesetzte Richtungen.By a two-sided attachment of a piezoactive layer to the at least a suspension element can the flexibility and the reliability of Deformation mechanism of the suspension improved become. additionally allows a coating on both sides of a suspension element a deformation of the suspension element in two opposite directions.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mikrospiegelvorrichtung elektrische Kontaktelemente zum Anlegen einer Spannung an die piezoaktive Schicht des mindestens einen Aufhängeelements auf. Ein derartiges Kontaktelement ist beispielsweise eine Metallbeschichtung oder eine n- oder p- Dotierung des Substrat, aus welchem die Komponenten der Mikrospiegelvorrichtung hergestellt sind. Dies gewährleistet ein Anlegen von Spannungen ohne aufwendige Verkabelungen an der Mikrospiegelvorrichtung.In a preferred embodiment the micromirror device has electrical contact elements for Applying a voltage to the piezoactive layer of at least a suspension element on. Such a contact element is for example a metal coating or an n- or p-doping of the substrate from which the components of the micromirror device are made. This ensures an application of voltages without expensive wiring to the Micromirror device.
Vorzugsweise ist das mindestens eine Aufhängeelemente durch ein Anlegen von Spannungen an die piezoaktive Schicht verformbar und die verspiegelte Platte ist über die Verformung des mindestens einen Aufhängeelements verstellbar. Dies ermöglicht ein einfaches Design für die Rahmenhalterung, wobei gleichzeitig eine Auslenkung in mindestens eine Raumrichtung, vorzugsweise in alle drei Raumrichtungen, gewährleistet ist.Preferably, the at least one suspension elements is deformable by applying voltages to the piezoactive layer and the mirrored plate is adjustable over the deformation of the at least one suspension element. This allows a simple design for the frame stops tion, wherein at the same time a deflection in at least one spatial direction, preferably in all three spatial directions, is guaranteed.
Vorzugsweise sind die verspiegelte Platte und das mindestens eine Aufhängeelement einstückig ausgebildet. Es ist damit nicht mehr notwendig, die Aufhängeelemente an der verspiegelten Platte zu befestigen. Damit können Arbeitsschritte bei der Herstellung der Mikrospiegelvorrichtung eingespart werden.Preferably are the mirrored plate and the at least one suspension element one piece educated. It is therefore no longer necessary, the suspension elements to attach to the mirrored plate. This can work steps be saved in the manufacture of the micromirror device.
Insbesondere können die verspiegelte Platte und das mindestens eine Aufhängeelement aus einem Siliziumsubstrat ausgebildet sein. Vorzugsweise ist auch die Rahmenhalterung aus diesem Siliziumsubstrat geformt. Die Verwendung teurer Mehrschichtsubstrate (Silicon On Isolator SOI) wird dadurch überflüssig. Dies reduziert ebenfalls die Herstellungskosten für die Mikrospiegelvorrichtung.Especially can the mirrored plate and the at least one suspension element be formed of a silicon substrate. Preferably, too the frame holder molded from this silicon substrate. The usage expensive multi-layer substrates (Silicon On Isolator SOI) is thus unnecessary. This also reduces the manufacturing cost of the micromirror device.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das mindestens eine Aufhängeelement ein Ringsegment und zwei radial von dem Ringsegment abstehende Befestigungsteile, wobei das Ringsegment für einen vorgegebenen Winkelbereich ringförmig um die verspiegelte Platte verläuft und ein erstes Befestigungsteil ein erstes Ende des Ringsegments mit der verspiegelten Platte und ein zweites Befestigungsteil das andere zweite Ende des Ringsegments mit der Rahmenhalterung verbindet. Ein derartig ausgebildetes Aufhängeelement benötigt wenig Volumen und ermöglich trotzen eine große Verstelldifferenz für die daran angeordnete verspiegelte Platte.In a further preferred embodiment this includes at least one suspension element Ring segment and two radially projecting from the ring segment fasteners, the ring segment for a predetermined angular range annularly around the mirrored plate extends and a first attachment part a first end of the ring segment with the mirrored plate and a second attachment part the other second end of the ring segment connects to the frame bracket. Such a trained suspension needs little Volume and allows defy a big adjustment difference for the arranged thereon mirrored plate.
In einer Weiterbildung kann die Mikrospiegelvorrichtung mit einer Sensoreinrichtung ausgestattet sein, mit welcher sich eine Auslenkung der verspiegelten Platte in mindestens eine Raumrichtung, vorzugsweise in alle der Raumrichtungen, erfassen lässt.In In a refinement, the micromirror device can have a sensor device be equipped with which a deflection of the mirrored Plate in at least one spatial direction, preferably in all of Spatial directions, can be detected.
Beispielsweise ist eine erste Elektrode an dem mindestens einen Aufhängeelement und eine zweite Elektrode an der Rahmenhalterung angeordnet, wobei die Mikrospiegelvorrichtung eine kapazitive Sensor- und Auswerteeinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine Veränderung eines Abstands zwischen den beiden Elektroden und/oder eine Veränderung einer Fläche der ersten Elektrode zu ermitteln. Dabei sind sowohl Platten- als auch Kammelektroden für die kapazitive Detektion möglich.For example is a first electrode on the at least one suspension element and a second electrode disposed on the frame support, wherein the micromirror device has a capacitive sensor and evaluation device which is adapted to change a distance between the two electrodes and / or a change in a surface of the first electrode to determine. There are both plate and comb electrodes for the Capacitive detection possible.
Als Alternative oder als Ergänzung dazu kann ein Piezoelement so an dem mindestens einen Aufhängeelement angeordnet sein, dass es durch eine Verformung der piezoaktiven Schicht verformbar ist, wobei die Mirkospiegelvorrichtung eine piezoresistive Sensor- und Auswerteeinrichtung aufweist, welche dazu ausgelegt ist, eine Verformung des Piezoelements zu ermitteln. Auf diese Weise ist eine Regelschaltung zur Kontrolle und zur Ansteuerung des Verstellens der verspiegelten Platte in mindestens eine Raumrichtung realisierbar.When Alternative or as a supplement For this purpose, a piezoelectric element so on the at least one suspension element be arranged that it is due to a deformation of the piezoactive Layer is deformable, wherein the Mirkospiegelvorrichtung a piezoresistive Has sensor and evaluation, which designed is to determine a deformation of the piezoelectric element. In this way is a control circuit for controlling and controlling the adjustment the mirrored plate in at least one spatial direction feasible.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:Further Features and advantages of the present invention will become apparent below explained with reference to the figures. Show it:
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Die
mikromechanische Platte
Für jedes
der drei Aufhängeelemente
Die
Ringsegmente
Eine
piezoaktive Schicht
An
der Ober- bzw. Unterseite der piezoaktiven Schicht
Demgegenüber ist über die
Ober- und Unterseite der piezoaktiven Schicht
Die
Aufhängelemente
Aufgrund
der Ausbildung von drei Aufhängeelementen
Piezoaktive
Schichten
Der
kapazitive Sensor
Wird
beispielsweise eine Spannung mit einem Betrag ungleich 0 Volt an
die piezoelektrische Schicht
Mittels
eines kapazitiven Sensors lässt
sich auch eine Veränderung
einer Elektrodenfläche
erkennen. Die dabei gewonnenen Informationen können auch zum Feststellen einer
möglicherweise
erfolgten Deformation eines Aufhängeelements
Als
Alternative oder als Ergänzung
zu einem kapazitiven Sensor kann eine Mikrospiegelvorrichtung
Beispielsweise
kann das Piezoelement auf einem Aufhängeelement
Nach dem Strukturieren der Maske wird der erste Trockenätzschritt ausgeführt. Anschließend wird die Maske entfernt.To the patterning of the mask becomes the first dry etching step executed. Subsequently, will removed the mask.
Beispielsweise
weisen die Gräben
Vorzugsweise
wird für
den zweiten Trockenätzschritt
ein Ätzmaterial
verwendet, welches Siliziumoxid nicht angreift. Auf diese Weise
ist sichergestellt, dass der Hohlraum
Um
ein Aufbringen der piezoaktiven Schichten
Claims (10)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102007058239.2A DE102007058239B4 (en) | 2007-12-04 | 2007-12-04 | Micromirror device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102007058239A1 true DE102007058239A1 (en) | 2009-06-10 |
DE102007058239B4 DE102007058239B4 (en) | 2021-04-29 |
Family
ID=40621022
Family Applications (1)
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