DE102015103311A1

DE102015103311A1 - Schallwandlerstruktur mit Einzeldiaphragma

Info

Publication number: DE102015103311A1
Application number: DE102015103311.9A
Authority: DE
Inventors: Alfons Dehe; Christoph Glacer
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-03-06
Filing date: 2015-03-06
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2035-03-07
Also published as: KR101672628B1; CN104902412A; US20160341619A1; US9448126B2; CN108966101B; DE102015103311B4; US9816881B2; CN104902412B; CN108966101A; KR20150105234A; US20150253208A1

Abstract

Es wird eine Schallwandlerstruktur (100) offenbart, die einen Träger (102) mit einer Öffnung sowie eine auf dem Träger (102) angebrachte und sich zumindest teilweise über die Öffnung im Träger (102) erstreckende aufgehängte Struktur (106) aufweist. Die Schallwandlerstruktur (100) kann ferner die Konfiguration der aufgehängten Struktur (106) umfassen, um ein elektrostatisches Feld zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger (102) durch die Veränderung eines Abstands zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger (102) bereitzustellen. Alternativ dazu kann die aufgehängte Struktur (106) konfiguriert werden den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft, die zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger bereitgestellt wird, zu verändern.

Description

Verschiedene Ausführungsformen betreffen im Allgemeinen eine Schallwandlerstruktur, die ein Diaphragma aufweisen kann und die Fähigkeit besitzen kann, ein bestimmtes elektrostatisches Feld zu erzeugen und/oder zu messen.
Viele herkömmliche Schallwandler wandeln eine Membranbewegung in eine elektrische Spannung um, die proportional zur Auslenkung des Diaphragmas ist. Oft wird die Empfindlichkeit dieser Wandlung durch einen Signalstörpegel in Form von elektrischem Rauschen von verschiedenen Quellen beschränkt. Bei einem herkömmlichen Kondensatormikrophon können einige Signalstörquellen beispielsweise eine oder mehrere der folgenden Quellen umfassen: die Größe der Schalleinlassöffnung im Mikrophongehäuse; den Luftstrom durch den Kondensatorspalt; und die Impedanz des Wandlerschaltkreissystems.
In verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schallwandlerstruktur bereitgestellt. Die Schallwandlerstruktur kann einen Träger aufweisen, der eine Öffnung sowie eine aufgehängte Struktur (Hängestruktur) besitzt, die auf dem Träger befestigt ist und sich zumindest teilweise über die Öffnung des Trägers erstreckt. Die aufgehängte Struktur kann so gestaltet werden, dass sie ein elektrostatisches Feld zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitstellt, indem der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger verändert wird; oder die aufgehängte Struktur kann so gestaltet werden, dass der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft verändert wird, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitgestellt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schallwandlerstruktur offenbart. Die Schallwandlerstruktur kann einen als eine nicht hängende Elektrode implementierten Träger sowie eine auf dem Träger angebrachte und sich zumindest teilweise über die nicht hängende Elektrode erstreckende aufgehängte Struktur umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur eine Hängeelektrode umfassen oder als solche implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die nicht hängende Elektrode und die Hängeelektrode so konfiguriert werden, dass eine elektrostatische Kraft zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode bereitgestellt wird, um den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger zu verändern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die nicht hängende Elektrode und die Hängeelektrode so konfiguriert werden, dass der Abstand zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode in Reaktion auf eine zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode bereitgestellte elektrostatische Kraft verändert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Öffnung umfassen, die durch einen Teil des Trägers verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich zumindest ein Teil der aufgehängten Struktur zumindest teilweise über die Öffnung des Trägers erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Spannstruktur umfassen, die über eine Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie eine Auslenkung der aufgehängten Struktur in zumindest eine erste Richtung bewirkt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Abstandshalterstruktur umfassen, die zur Anbringung der aufgehängten Struktur auf den Träger konfiguriert ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine leitfähige Schicht umfassen, die über einer Oberfläche des Trägers angeordnet ist und so gestaltet ist, dass sie das elektrostatische Feld detektiert oder die elektrostatische Kraft erzeugt. In verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur als Diaphragmastruktur implementiert werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur als Membranstruktur implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger als mikroelektromechanisches System implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner zumindest ein Loch umfassen, das durch einen Teil der aufgehängten Struktur verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann das zumindest eine Loch in einem Randgebiet der aufgehängten Struktur angeordnet sein. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannstruktur so konfiguriert werden, dass sie die Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur eine brückenartige Struktur über den Träger bildet. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannstruktur so konfiguriert werden, dass sie die Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält, wodurch eine im Wesentlichen sinuswellenförmige Auslenkung des Teils der aufgehängten Struktur bewirkt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen darf das zumindest eine Loch nicht durch einen mittigen Teil der aufgehängten Struktur verlaufen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil der aufgehängten Struktur über der und im Wesentlichen parallel zur Öffnung des Trägers angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schallwandlerstruktur bereitgestellt. Die Schallwandlerstruktur kann einen Träger mit einer Öffnung sowie eine aufgehängte Struktur umfassen, die auf dem Träger angebracht ist und sich zumindest teilweise über die Öffnung des Trägers erstreckt, wobei die aufgehängte Struktur so konfiguriert ist, dass sie ein elektrostatisches Feld zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitstellt, indem der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger verändert wird, oder wobei die aufgehängte Struktur so konfiguriert ist, dass der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitgestellt wird, verändert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Spannstruktur umfassen, die über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie eine Auslenkung der aufgehängten Struktur in zumindest eine erste Richtung bewirkt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Abstandshalterstruktur umfassen, die zur Anbringung der aufgehängten Struktur auf dem Träger konfiguriert ist. Die Schallwandlerstruktur kann ferner eine leitfähige Schicht umfassen, die über einer Oberfläche des Trägers angeordnet ist und so gestaltet ist das elektrostatische Feld zu detektieren oder die elektrostatische Kraft zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur als Membranstruktur implementiert werden. Der Träger kann als mikroelektromechanisches System implementiert werden. Die Schallwandlerstruktur kann ferner zumindest ein Loch enthalten, das durch einen Teil der aufgehängten Struktur verläuft. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist das zumindest eine Loch in einem Randgebiet der aufgehängten Struktur angeordnet. Die Spannstruktur kann so konfiguriert werden, dass sie eine Auslenkung der aufgehängten Struktur bewirkt, die das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur eine brückenartige Struktur über den Träger bildet. Darüber hinaus kann die Spannstruktur so konfiguriert werden zu bewirken, dass ein Teil der aufgehängten Struktur, der das zumindest eine Loch enthält, eine im Wesentlichen sinuswellenförmige Auslenkung des Teils der aufgehängten Struktur bewirkt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen darf das zumindest eine Loch nicht durch einen mittigen Teil der aufgehängten Struktur verlaufen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil der aufgehängten Struktur über der und im Wesentlichen parallel zur Öffnung des Trägers angeordnet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird eine Schallwandlerstruktur offenbart. Die Schallwandlerstruktur kann einen Träger, eine auf dem Träger angebrachte aufgehängte Struktur und eine über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordnete und zur Auslenkung der aufgehängten Struktur in mindestens eine erste Richtung konfigurierte Spannstruktur umfassen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur so konfiguriert werden, dass sie ein elektrostatisches Feld zwischen zumindest einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitstellt, indem der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger verändert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur so konfiguriert werden, dass der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitgestellt wird, verändert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine Öffnung umfassen, die durch einen Teil des Trägers verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann sich zumindest ein Teil der aufgehängten Struktur über die Öffnung im Träger erstrecken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner eine leitfähige Schicht umfassen, die über einer Oberfläche des Trägers angeordnet ist und so gestaltet ist, dass sie das elektrostatische Feld detektiert oder die elektrostatische Kraft erzeugt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur ferner zumindest ein Loch enthalten, das durch einen Teil der aufgehängten Struktur verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannstruktur so konfiguriert sein, dass sie einen Teil der aufgehängten Struktur, welcher das zumindest eine Loch enthält, so auslenkt, dass die aufgehängte Struktur eine brückenartige Struktur über den Träger bildet. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannstruktur so konfiguriert sein, dass sie eine im Wesentlichen sinuswellenförmige Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, die das zumindest eine Loch enthält.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird ein Verfahren zum Betrieb einer Schallwandlerstruktur bereitgestellt. Das Verfahren kann die Anbringung einer aufgehängten Struktur auf einem Träger mit einer Öffnung umfassen, wobei sich die aufgehängte Struktur zumindest teilweise über die Öffnung des Trägers erstreckt. Die aufgehängte Struktur ist konfiguriert ein elektrostatisches Feld zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitzustellen, indem der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger verändert wird. Alternativ dazu ist die aufgehängte Struktur konfiguriert den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft zu verändern, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitgestellt wird.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens kann eine auf die aufgehängte Struktur einfallende Druckwelle eine messbare Veränderung des elektrostatischen Feldes zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger erzeugen. Die elektrostatische Kraft, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur bereitgestellt wird, kann die aufgehängte Struktur zu Schwingungen mit einer Frequenz anregen, die von der elektrostatischen Kraft abhängt. Das Verfahren kann ferner die Erzeugung einer Spannstruktur umfassen, die über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner die Bereitstellung einer Abstandshalterstruktur umfassen, die zur Anbringung der aufgehängten Struktur am Träger konfiguriert ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner umfassen, eine leitfähige Schicht auf einer Oberfläche des Trägers anzubringen sowie die leitfähige Schicht zu konfigurieren das elektrostatische Feld zu detektieren oder die elektrostatische Kraft zu erzeugen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren ferner die Erzeugung von zumindest einem Loch durch einen Teil der aufgehängten Struktur umfassen, wobei das zumindest eine Loch nicht durch einen mittigen Teil der aufgehängten Struktur verläuft. Darüber hinaus kann die Spannstruktur so konfiguriert werden, dass sie die Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur eine brückenartige Struktur über den Träger bildet. Die Spannstruktur kann so konfiguriert werden, dass sie die im Wesentlichen sinusförmige Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur, die das zumindest eine Loch enthält, bewirkt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil der aufgehängten Struktur über der und im Wesentlichen parallel zur Öffnung des Trägers angeordnet sein.
In den Zeichnungen verweisen gleiche Bezugszahlen im Allgemeinen auf die gleichen Komponenten in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; stattdessen liegt der Schwerpunkt im Allgemeinen darauf, die Grundprinzipien der Erfindung zu veranschaulichen. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung mit Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen erläutert, in denen:
1A eine Querschnittsdarstellung einer Schallwandlerstruktur gemäß verschiedener Ausführungsformen zeigt;
1B eine Draufsicht der in 1A dargestellten Schallwandlerstruktur zeigt;
2A eine Querschnittsdarstellung einer Schallwandlerstruktur gemäß verschiedener Ausführungsformen zeigt;
2B eine Draufsicht der in 2A dargestellten Schallwandlerstruktur zeigt;
3A eine Querschnittsdarstellung einer Schallwandlerstruktur gemäß verschiedener Ausführungsformen zeigt;
3B eine Draufsicht der in 3A dargestellten Schallwandlerstruktur zeigt;
4A–4C ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zeigen, das zur Konstruktion einer Schallwandlerstruktur gemäß verschiedener Ausführungsformen verwendet werden kann.
Die folgende detaillierte Beschreibung betrifft die beigefügten Zeichnungen, die spezifische Details und Ausführungsformen, in denen die Erfindung realisiert werden kann, veranschaulichen.
Der Begriff „beispielhaft“ wird hierin im Sinne von „als ein Beispiel, Beispielfall oder der Veranschaulichung dienend” verwendet. Jegliche Ausführungsform oder Ausgestaltung, die hierin als „beispielhaft“ bezeichnet wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Ausführungsformen oder Ausgestaltungen zu interpretieren. Der Begriff „über“ soll, in Bezug auf ein aufgetragenes Material, das „über“ einer Seite oder Oberfläche gebildet wird, im Folgenden in dem Sinn verwendet werden, dass das aufgetragene Material „direkt auf“, z.B. in direktem Kontakt mit, der besagten Fläche oder Oberfläche gebildet wird. Der Begriff „über“ soll, in Bezug auf ein aufgetragenes Material, das „über“ einer Fläche oder Oberfläche gebildet wird, im Folgenden in dem Sinn verwendet werden, dass das aufgetragene Material „indirekt auf“ der besagten Fläche oder Oberfläche gebildet wird, wobei eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der besagten Fläche oder Oberfläche und dem aufgetragenen Material angeordnet sind.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Diaphragma eine Platte oder Membran aufweisen. Eine Platte soll als Diaphragma unter Druck verstanden werden. Ferner soll eine Membran als Diaphragma unter Zug verstanden werden. Obwohl verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf eine Membran unten stehend genauer beschrieben werden, kann alternativ eine Platte, oder im Allgemeinen ein Diaphragma, bereitgestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1A und 1B veranschaulicht, wird eine Schallwandlerstruktur 100 offenbart. Die Schallwandlerstruktur 100 kann einen Träger 102 umfassen, der über eine Öffnung 104 verfügt, und eine aufgehängte Struktur 106, die auf dem Träger 102 angebracht ist und sich zumindest teilweise über die Öffnung 104 des Trägers 102 erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 mittels einer Stützstruktur 108 auf dem Träger 102 angebracht werden. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 als eine Vielzahl von Stützstrukturen implementiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Träger 102 ein Halbleitersubstrat wie z.B. ein Siliziumsubstrat sein. Der Träger 102 kann andere Halbleitermaterialien enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, z.B. aus Germanium, Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid, Indium, Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumarsenid, Indium-Gallium-Zinkoxid oder anderen elementaren und/oder Verbindungshalbleitern (z.B. einem III-V-Verbindungshalbleiter wie z.B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid oder einem II-VI-Verbindungshalbleiter oder einem ternären Verbindungshalbleiter oder einem quaternären Verbindungshalbleiter), je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Der Träger 102 kann andere Materialien oder Materialkombinationen enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, z.B. aus verschiedenen Dielektrika, Metallen und Polymeren, je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Der Träger 102 kann zum Beispiel Glas und/oder verschiedene Polymere enthalten oder im Wesentlichen aus diesen bestehen. Der Träger 102 kann eine SOI-(Silicon-on-Insulator-)Struktur sein. Der Träger 102 kann eine aufgedruckte Schaltplatte sein. Der Träger 102 kann eine Dicke T1 in einem Bereich von ca. 100 µm bis ca. 700 µm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 150 µm bis ca. 650 µm, in einem Bereich von ca. 200 µm bis ca. 600 µm, in einem Bereich von ca. 250 µm bis ca. 550 µm, in einem Bereich von ca. 300 µm bis ca. 500 µm oder in einem Bereich von ca. 350 µm bis ca. 450 µm. Der Träger 102 kann eine Mindestdicke T1 von ca. 100 µm aufweisen, z.B. von mindestens 150 µm, mindestens 200 µm, mindestens 250 µm oder mindestens 300 µm. Der Träger 102 kann eine ungefähre Dicke T1 von 700 µm oder weniger aufweisen, z.B. von 650 µm oder weniger, 600 µm oder weniger, 550 µm oder weniger oder 500 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 im Träger 102 mit verschiedenen Verfahren realisiert werden, z.B. mit reaktivem Ionentiefätzen, isotropem Gasphasenätzen, Dampfätzen, Nassätzen, isotropem Trockenätzen, Plasmaätzen, Laserbohren, verschiedenen Schleifverfahren etc. Die Öffnung 104 kann quadratisch sein oder eine im Wesentlichen quadratische Form haben. Die Öffnung 104 kann rechteckig sein oder eine im Wesentlichen rechteckige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 ein Kreis sein oder eine im Wesentlichen kreisförmige Form haben. Die Öffnung 104 kann ein Oval sein oder eine im Wesentlichen ovale Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 ein Dreieck sein oder eine im Wesentlichen dreieckige Form haben. Die Öffnung 104 kann ein Kreuz sein oder eine im Wesentlichen kreuzförmige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 in jegliche Form gebracht werden, die für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 als Loch implementiert werden, das zumindest einen Teil des Trägers 102 vollständig perforiert. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Öffnung 104 als eine Vertiefung auf einer Oberfläche des Trägers 102 implementiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 ein Halbleitermaterial wie z.B. Silizium enthalten oder grundsätzlich aus diesem bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 andere Halbleitermaterialien enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, z.B. aus Germanium, Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid, Indium, Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumarsenid, Indium-Gallium-Zinkoxid oder anderen elementaren und/oder Verbindungshalbleitern (z.B. einem III-V-Verbindungshalbleiter wie z.B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid oder einem II-VI-Verbindungshalbleiter oder einem ternären Verbindungshalbleiter oder einem quaternären Verbindungshalbleiter), je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Die aufgehängte Struktur 106 kann zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder grundsätzlich aus diesem bestehen: ein Metall, ein dielektrisches Material, ein piezoelektrisches Material, ein piezoresistives Material und ein
ferroelektrisches Material. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 als Membranstruktur implementiert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 eine Dicke T2 in einem Bereich von ca. 100 nm bis ca. 1 µm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 150 nm bis ca. 900 nm, in einem Bereich von ca. 200 nm bis ca. 800 nm, in einem Bereich von ca. 250 nm bis ca. 700 nm, in einem Bereich von ca. 300 nm bis ca. 600 nm, in einem Bereich von ca. 350 nm bis ca. 500 nm oder in einem Bereich von ca. 400 nm bis ca. 450 nm. Die aufgehängte Struktur 106 kann eine Mindestdicke T2 von ca. 100 nm aufweisen, z.B. mindestens ca. 150 nm, mindestens ca. 200 nm, mindestens ca. 250 nm, mindestens ca. 300 nm, mindestens ca. 350 nm oder mindestens ca. 400 nm. Die aufgehängte Struktur 106 kann eine ungefähre Dicke T2 von 1 µm oder weniger aufweisen, z.B. von ca. 900 nm oder weniger, von ca. 800 nm oder weniger, von ca. 700 nm oder weniger, von ca. 600 nm oder weniger, von ca. 500 nm oder weniger oder von ca. 450 nm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 mit verschiedenen Herstellungsverfahren über einer Deckfläche 108a der Stützstruktur 108 gebildet werden, z.B. mit physikalischer Dampfabscheidung, elektrochemischer Abscheidung, chemischer Dampfabscheidung und Molekularstrahlepitaxie oder Ähnlichem.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 mit verschiedenen Herstellungsverfahren über zumindest einem Teil einer Deckfläche 102a des Trägers 102 gebildet werden z.B. mit physikalischer Dampfabscheidung, elektrochemischer Abscheidung, chemischer Dampfabscheidung und Molekularstrahlepitaxie oder Ähnlichem. Zumindest ein Teil der Stützstruktur 108 kann zwischen einer Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der Deckfläche 102a des Trägers 102 angeordnet sein. Anders gesagt kann die Stützstruktur 108 die aufgehängte Struktur stützen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 so konfiguriert werden, dass sie die aufgehängte Struktur 106 vom Träger 102 elektrisch isoliert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 verschiedene Dielektrika enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, zum Beispiel aus einem Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tetraethylorthosilicat, Borphosphorsilicatglas und verschiedenen Plasmaoxiden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 eine Dicke T3 in einem Bereich von ca. 1 µm bis ca. 300 µm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, z.B. in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm oder in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 eine Mindestdicke von ca 1 µm aufweisen, z.B. mindestens ca. 10 µm, z.B. mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Stützstruktur 108 eine Dicke von ca. 300 µm oder weniger aufweisen, z.B. von ca. 250 µm oder weniger, z.B. von ca. 200 µm oder weniger, von ca. 150 µm oder weniger oder von ca. 100 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann eine leitende Schicht 110 über einem Teil des Trägers 102 gebildet werden. Die leitfähige Schicht 110 kann über einem Teil der Deckfläche 102a des Trägers 102 gebildet werden. Die leitfähige Schicht 110 kann auf einem Teil der Deckfläche 102a des Trägers 102 angeordnet sein, der von der Stützstruktur 108 und der Öffnung 104 begrenzt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Abstand D1 zwischen dem inneren Rand 108e der Stützstruktur 108 und dem Rand 104a der Öffnung 104 in einem Bereich von ca. 1 µm bis ca. 300 µm liegen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm oder in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D1 mindestens ca. 1 µm betragen, z.B. mindestens ca. 10 µm, mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D1 ca. 300 µm oder weniger betragen, z.B. ca. 250 µm oder weniger, ca. 200 µm oder weniger, ca. 150 µm oder weiniger oder ca. 100 µm oder weniger.
Die leitfähige Schicht 110 kann quadratisch sein oder eine im Wesentlichen quadratische Form haben. Die leitfähige Schicht 110 kann rechteckig sein oder eine im Wesentlichen rechteckige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 ein Kreis sein oder eine im Wesentlichen kreisförmige Form haben. Die leitfähige Schicht 110 kann ein Oval sein oder eine im Wesentlichen ovale Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 ein Dreieck sein oder eine im Wesentlichen dreieckige Form haben. Die leitfähige Schicht 110 kann ein Kreuz sein oder eine im Wesentlichen kreuzförmige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 in jegliche Form gebracht werden, die für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 eine Dicke in einem Bereich von ca. 1 µm bis ca. 300 µm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm oder in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 eine ungefähre Mindestdicke von 1 µm aufweisen, z.B. mindestens ca. 10 µm, mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 eine Dicke von ca. 300 µm oder weniger aufweisen, z.B. ca. 250 µm oder weniger, ca. 200 µm oder weniger, ca. 150 µm oder weniger oder ca. 100 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 verschiedene Metalle enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, z.B. Aluminium, Silber, Kupfer, Nickel und verschiedene Legierungen wie z.B. Aluminiumsilber und Kupfernickel. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die leitfähige Schicht 110 verschiedene Halbleitermaterialien enthalten oder aus diesen bestehen, die so dotiert sein können, dass sie elektrisch leitend sind, z.B. eine Polysiliziumschicht, die stark mit Bor, Phosphor oder Arsen dotiert ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 so konfiguriert sein, dass sie ein elektrostatisches Feld zwischen zumindest einem Teil der aufgehängten Struktur 106 und dem Träger 102 bereitstellt. Die aufgehängte Struktur 106 und die leitfähige Schicht 110 können so konfiguriert werden, dass sie das elektrostatische Feld bereitstellen. Das elektrostatische Feld kann bereitgestellt werden, indem ein Abstand D2 zwischen der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 verändert wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D2, der gemessen wird, wenn die aufgehängte Struktur 106 ruht, in einem Bereich zwischen ca. 1 µm und ca. 300 µm liegen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm oder in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D2, der gemessen wird, wenn die aufgehängte Struktur 106 ruht, mindestens ca. 1 µm betragen, z.B. mindestens 10 µm, mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D2, der gemessen wird, wenn die aufgehängte Struktur 106 ruht, ca. 300 µm oder weniger betragen, z.B. ca. 250 µm oder weniger, ca. 200 µm oder weniger, ca. 150 µm oder weniger oder ca. 100 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D2, der gemessen wird, wenn die aufgehängte Struktur 106 ruht, durch die Bereitstellung einer Opferschicht (nicht dargestellt) zwischen der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der Deckschicht 102a des Trägers 102 während des Herstellungsverfahrens der Sensorstruktur 100 gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Opferschicht mit verschiedenen Ätzverfahren entfernt werden, z.B. mit isotropem Gasphasenätzen, Dampfätzen, Nassätzen, isotropem Trockenätzen, Plasmaätzen etc. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke der Opferschicht den Abstand D2 und daher den Abstand zwischen der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der Deckfläche 102a des Trägers 102 bestimmen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 so konfiguriert werden, dass der Abstand D2 als Reaktion auf eine elektrostatische Kraft verändert wird, welche zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur 106 und dem Träger 102 bereitgestellt wird. Die elektrostatische Kraft kann von der leitfähigen Schicht 110 bereitgestellt werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 1B dargestellt, kann ein Teil der aufgehängten Struktur 106 als Vielzahl fingerartiger Strukturen 112 konfiguriert werden. Die fingerartigen Strukturen 112 können entlang einer Randregion der aufgehängten Struktur 106 angeordnet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die fingerartigen Strukturen 112 entlang von mindestens zwei Rändern der aufgehängten Struktur 106 angeordnet werden. Die fingerartigen Strukturen 112 können an einem Teil oder Teilen der Deckfläche 108a der Stützstruktur 108 angebracht werden und zwischen der Stützstruktur 108 und einem mittigen Teil 114 der aufgehängten Struktur 106, der über der Öffnung 104 hängen kann, angeordnet werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die fingerartigen Strukturen 112 eine Breite W1 aufweisen, die z.B. in einem Bereich von ca. 5 µm bis ca. 50 µm liegen kann, z.B. in einem Bereich von ca. 5 µm bis ca. 10 µm, in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 20 µm, in einem Bereich von ca. 20 µm bis ca. 35 µm oder in einem Bereich von ca. 35 µm bis ca. 50 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die fingerartigen Strukturen 112 eine Länge L1 aufweisen, die z.B. in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 500 µm liegen kann, z.B. in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 60 µm, in einem Bereich von ca. 60 µm bis ca. 80 µm, in einem Bereich von ca. 80 µm bis ca. 100 µm, in einem Bereich von ca. 100 µm bis ca. 125 µm, in einem Bereich von ca. 125 µm bis ca. 150 µm, in einem Bereich von ca. 150 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 200 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 250 µm bis ca. 300 µm oder in einem Bereich von ca. 300 µm bis ca. 500 µm.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die fingerartigen Strukturen 112 dasselbe Material wie die aufgehängte Struktur 106 enthalten oder grundsätzlich aus diesem bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können die fingerartigen Strukturen und die aufgehängte Struktur 106 einstückig (z.B. monolithisch) gestaltet sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 quadratisch sein oder eine im Wesentlichen quadratische Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 rechteckig sein oder eine im Wesentlichen rechteckige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 ein Kreis sein oder eine im Wesentlichen kreisförmige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 ein Oval sein oder eine im Wesentlichen ovale Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 ein Dreieck sein oder eine im Wesentlichen dreieckige Form haben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 ein Kreuz sein oder eine im Wesentlichen kreuzförmige Form haben. Der mittige Teil 114 der aufgehängten Struktur 106 kann in jegliche Form gebracht werden, die für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 2A und 2B veranschaulicht, kann die Schallwandlerstruktur 100 zumindest eine Spannstruktur 202 umfassen. Diese zumindest eine Spannstruktur 202 kann als Vielzahl von Spannstrukturen implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur 106 gebildet werden. Die zumindest eine Spannstruktur 202 kann über einem Teil der Deckfläche 106a der aufgehängten Struktur 106 gebildet werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 über einer Randregion der Deckfläche 106a der aufgehängten Struktur 106 angeordnet sein. Anders gesagt, kann die zumindest eine Spannstruktur 202 über einem Teil der aufgehängten Struktur 106 gebildet werden, der nicht über der Öffnung 104 im Träger 102 hängt und/oder sich über diese erstreckt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 bewirken, dass ein Teil der aufgehängten Struktur 106 ausgelenkt und/oder verformt wird, sodass die aufgehängte Struktur 106 eine gewölbeartige Struktur über einen Teil des Trägers 102 bildet, welcher die Öffnung 104 enthalten kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Spannstruktur 202 bewirken, dass ein Abschnitt der aufgehängten Struktur 106 ausgelenkt wird und eine im Wesentlichen S-förmige Gestalt annimmt. Ein Teilabschnitt (durch die Kennzahl S1 gekennzeichnet) der aufgehängten Struktur 106, der nicht von zumindest einer Spannstruktur 202 erfasst wird, kann im Wesentlichen eben und parallel zur Deckfläche 102a des Trägers 102 bleiben. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Teilabschnitt S1 der aufgehängten Struktur 106 durch eine elektrostatische Kraft, die zwischen der leitfähigen Schicht 110 und der aufgehängten Struktur 106 bereitgestellt wird, ausgelenkt und/oder zu Schwingungen angeregt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der Abstand D2, der gemessen wird, wenn die aufgehängte Struktur 106 ruht, dadurch implementiert werden, dass zumindest eine Spannstruktur 202 über einen Teil der Deckfläche 106a der aufgehängten Struktur 106 ausgebildet wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 eine Druckeigenspannung besitzen, die wesentlich höher ist als die Druckeigenspannung der aufgehängten Struktur 106. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Zugeigenspannung der zumindest einen Spannstruktur 202 z.B. ca. 1 GPa betragen oder z.B. in einem Bereich von ca. 800 MPa bis ca. 900 MPa, von ca. 900 MPa bis ca. 1 GPa, von ca. 1 GPa bis ca. 1,1 GPa oder von ca. 1,1 GPa bis ca. 1,2 GPa liegen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Druckeigenspannung der zumindest einen Spannstruktur 202 bewirken, dass ein Teil der aufgehängten Struktur 106 ausgelenkt und/oder verformt wird. Diese Auslenkung kann dazu führen, dass die aufgehängte Struktur 106 eine brückenartige Struktur ähnlich der in 2A abgebildeten Struktur annimmt.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur 100 eine isolierende Schicht 204 umfassen, die über der leitfähigen Schicht 110 gebildet wird. Die isolierende Schicht 204 kann verhindern, dass die leitfähige Schicht 110 in physischen und/oder elektrischen Kontakt mit der aufgehängten Struktur 106 tritt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die isolierende Schicht 204 verschiedene Dielektrika enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, zum Beispiel aus Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Tetraethylorthosilicat, Borphosphorsilicatglas und verschiedenen Plasmaoxiden. Die isolierende Schicht 204 kann eine Dicke in einem Bereich von ca. 1 nm bis ca. 300 nm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 nm bis ca. 250 nm, in einem Bereich von ca. 25 nm bis ca. 200 nm, in einem Bereich von ca. 50 nm bis ca. 150 nm oder in einem Bereich von ca. 75 nm bis ca. 100 nm. Die isolierende Schicht 204 kann eine ungefähre Mindestdicke von 1 nm aufweisen, z.B. mindestens ca. 10 nm, mindestens ca. 25 nm, mindestens ca. 50 nm oder mindestens ca. 75 nm. Die isolierende Schicht 204 kann eine Dicke von ca. 300 nm oder weniger aufweisen, z.B. ca. 250 nm oder weniger, ca. 200 nm oder weniger, ca. 150 nm oder weniger oder ca. 100 nm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 ein Halbleitermaterial wie z.B. Silizium enthalten oder grundsätzlich aus diesem bestehen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 andere Halbleitermaterialien enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen, z.B. aus Germanium, Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumnitrid, Indium, Indiumgalliumnitrid, Indiumgalliumarsenid, Indium-Gallium-Zinkoxid oder anderen elementaren und/oder Verbindungshalbleitern (z.B. einem III-V-Verbindungshalbleiter wie z.B. Galliumarsenid oder Indiumphosphid oder einem II-VI-Verbindungshalbleiter oder einem ternären Verbindungshalbleiter oder einem quaternären Verbindungshalbleiter), je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Die zumindest eine Spannstruktur 202 kann zumindest eines der folgenden Materialien enthalten oder grundsätzlich aus diesen bestehen: ein Metall, ein dielektrisches Material, ein piezoelektrisches Material, ein piezoresistives Material und ein ferroelektrisches Material.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 eine Dicke in einem Bereich von ca. 1 µm bis ca. 300 µm aufweisen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm oder in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 eine Mindestdicke von ca. 1 µm aufweisen, z.B. mindestens ca. 10 µm, mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die zumindest eine Spannstruktur 202 eine Dicke von ca. 300 µm oder weniger aufweisen, z.B. ca. 250 µm oder weniger, ca. 200 µm oder weniger, ca. 150 µm oder weniger oder ca. 100 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann ein Teilabschnitt 106d der aufgehängten Struktur 106, die von zumindest einer Spannstruktur 202 ausgelenkt und/oder verformt werden kann, eine Länge P1 haben. Die Strecke P1 kann in einem Bereich von ca. 1 µm bis ca. 300 µm liegen, z.B. in einem Bereich von ca. 10 µm bis ca. 250 µm, in einem Bereich von ca. 25 µm bis ca. 200 µm, in einem Bereich von ca. 50 µm bis ca. 150 µm, in einem Bereich von ca. 75 µm bis ca. 100 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Strecke P1 mindestens ca. 1 µm betragen, z.B. mindestens ca. 10 µm, mindestens ca. 25 µm, mindestens ca. 50 µm oder mindestens ca. 75 µm. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Strecke P1 ca. 300 µm oder weniger betragen, z.B. ca. 250 µm oder weniger, ca. 200 µm oder weniger, ca. 150 µm oder weniger oder ca. 100 µm oder weniger.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Opferschicht mit verschiedenen Ätzverfahren entfernt werden, z.B. mit isotropem Gasphasenätzen, Dampfätzen, Nassätzen, isotropem Trockenätzen, Plasmaätzen etc. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Dicke der Opferschicht den Abstand D2 und daher den Abstand zwischen der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der Deckfläche 102a des Trägers 102 bestimmen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 3A und 3B veranschaulicht, kann die Schallwandlerstruktur 100 die Implementierung zumindest eines Teils der aufgehängten Struktur 106 als gerippte und/oder sinuswellenförmige Struktur vorsehen. Die rippenförmige Gestalt der aufgehängten Struktur 106 kann erreicht werden, indem die zumindest eine Spannstruktur 202 als eine Vielzahl von Spannstrukturen implementiert wird, die an der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 angeordnet sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Anordnung einer Vielzahl von Spannstrukturen in regelmäßigen Abständen entlang der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 dazu führen, dass örtlich begrenzte Teile der aufgehängten Struktur 106 ausgelenkt und/oder verformt werden, sodass eine gerippte Form bewirkt werden kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann es möglich sein, durch die Anordnung der zumindest einen Spannstruktur 202 auf der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 oder, alternativ dazu, deren Einbettung in diese, die Verformung der aufgehängten Struktur 106 zu steuern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 durch die Steuerung der Anordnung der zumindest einen Spannstruktur 202 so gestaltet werden, dass ein Randbereich der aufgehängten Struktur 106 eine gerippte Form ähnlich der in 3A dargestellten Form annimmt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann der mittige Abschnitt S1 der aufgehängten Struktur 106 durch die Steuerung der Anordnung der zumindest einen Spannstruktur 202 von der Deckfläche 102a des Substrats 102 getrennt werden und/oder über diese angehoben werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann es nicht notwendig sein, dass jede der zumindest einen Spannstruktur 202 oder die aufgehängte Struktur 106 einer Druckspannung ausgesetzt wird, während die andere einer Zugspannung ausgesetzt wird, d.h. es ist nicht notwendigerweise der Fall, dass sich die Spannungen in den beiden Materialien in ihrem Vorzeichen und/oder ihrer Art unterscheiden. Vielmehr kann sowohl die zumindest eine Spannstruktur 202 als auch die aufgehängte Struktur 106 entweder einer Zugspannung oder einer Druckspannung ausgesetzt sein, vorausgesetzt dass die Spannungen unterschiedlich groß sind. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 durch die Steuerung der Anordnung der zumindest einen Spannstruktur 202 in verschiedene Formen gebracht werden, z.B. in eine im Wesentlichen elliptische Form, eine ovale oder ovalartige Form etc. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur 106 durch die Steuerung der Anordnung der zumindest einen Spannstruktur 202 in jegliche Form gebracht werden, die für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen können eine oder mehrere Ausführungsformen der Schallwandlerstruktur 100 in einem weiten Bereich von MEMS-(mikroelektromechanische System-)Aktoren und/oder Sensoren implementiert werden, wobei sich der Begriff „weiter Bereich“ auf den Betriebsbereich des Schallwandlers bezieht, d.h. die mögliche Auslenkung einer Membranstruktur und/oder des Dynamikbereichs des Schallwandlers. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Sensorstruktur 100 in verschiedenen Anwendungen für Sensoren/Aktoren implementiert werden, die einen breiten Betriebsbereich benötigen, zum Beispiel Mikrophone mit hohen Linearitätsanforderungen bei größeren Auslenkungen, die von hohen Schalldruckpegeln bewirkt werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur 100 eine Mikrospiegelstruktur (nicht dargestellt) umfassen, die auf einem Teil der Deckfläche 106 der aufgehängten Struktur 106 angeordnet ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur 100 eine Linsenstruktur (nicht dargestellt) umfassen, die auf einem Teil der Deckfläche 106 der aufgehängten Struktur 106 angeordnet ist. Diese Linsenstruktur kann Teil einer Mikrokamerastruktur sein.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur 100 als MEMS-(mikroelektromechanisches System-)Mikrophon implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in denen die Schallwandlerstruktur 100 als Mikrophon implementiert sein kann, kann die aufgehängte Struktur 106 durch Luftdruckschwankungen ausgelenkt und/oder verformt werden. Diese Auslenkung kann zu einer Veränderung des Abstands D2 zwischen der Grundfläche 106b der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 führen. Die Veränderung des Abstands D2 kann eine Veränderung der elektrischen Kapazität zwischen der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 verursachen. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Kapazität zwischen der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 z.B. in einem Bereich zwischen ca. 1 pF und ca. 10 pF liegen; z.B. zwischen ca. 1 pF und ca. 2 pF; z.B. zwischen ca. 2 pF und ca. 3 pF; z.B. zwischen ca. 3 pF und ca. 4 pF; z.B. zwischen ca. 4 pF und ca. pF; z.B. zwischen ca. 4 pF und ca. 5 pF; z.B. zwischen ca. 5 pF und ca. 10 pF.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die Schallwandlerstruktur 100 als MEMS-Lautsprecherstruktur implementiert werden. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, in denen die Schallwandlerstruktur 100 als Lautsprecher implementiert werden kann, kann eine elektrische Spannung zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 entstehen. Diese elektrische Spannung kann bewirken, dass die aufgehängte Struktur 106 in Richtung des Substrats 102 ausgelenkt wird. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Spannung zwischen der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 110 verändert werden, um die aufgehängte Struktur 106 zu Schwingungen mit einer
bestimmten Frequenz oder einer bestimmten Frequenzkombination anzuregen, je nachdem, was für eine bestimmte Anwendung erwünscht ist.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die elektrische Spannung zwischen der aufgehängten Struktur 106 und der leitfähigen Schicht 100 z.B. in einem Bereich von ca. 10 V bis ca. 100 V liegen, z.B. von ca. 10 V bis ca. 15 V; z.B. von ca. 15 V bis ca. 20 V; z.B. von ca. 20 V bis ca. 25 V; z.B. von ca. 25 V bis ca. 50 V; z.B. von ca. 50 V bis ca. 100 V.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann die aufgehängte Struktur mit einer Frequenz schwingen, die z.B. in einem Bereich nahe der statischen Auslenkung bis zu einem Bereich nahe der Resonanzfrequenz, die z.B. ca. 20 kHz betragen kann, liegen kann. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen wird, wie in 4A–4C veranschaulicht, ein Verfahren 400 zur Erzeugung einer Schallwandlerstruktur offenbart. Das Verfahren 400 kann, wie in 402 dargestellt, die Anbringung einer aufgehängten Struktur auf einem Träger mit einer Öffnung beinhalten, wobei sich die aufgehängte Struktur zumindest teilweise über die Öffnung des Trägers erstreckt. Das Verfahren 400 kann ferner, wie in 404 dargestellt, die Konfiguration der aufgehängten Struktur beinhalten, um ein elektrostatisches Feld zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitzustellen, indem der Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger verändert wird oder, wie in 406 dargestellt, die Konfiguration der aufgehängten Struktur, um den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bereitgestellt wird, zu verändern. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 408 dargestellt, kann eine Auslenkung der aufgehängten Struktur eine messbare Veränderung des elektrostatischen Feldes zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger bewirken. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen, wie in 410 dargestellt, kann die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur bereitgestellte elektrostatische Kraft bewirken, dass die aufgehängte Struktur mit einer Frequenz schwingt, die von der Veränderung der elektrostatischen Kraft abhängt. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner, wie in 412 dargestellt, die Erzeugung einer über der Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordneten Spannstruktur beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner, wie in 414 dargestellt, die Bereitstellung einer Abstandshalterstruktur beinhalten, die zur Anbringung der aufgehängten Struktur auf dem Träger konfiguriert ist. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner, wie in 416 dargestellt, die Anordnung einer leitfähigen Schicht über einer Oberfläche des Trägers sowie die Konfiguration der leitfähigen Schicht zur Detektion des elektrostatischen Feldes oder zur Erzeugung der elektrostatischen Kraft beinhalten. Gemäß verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren 400 ferner, wie in 418 dargestellt, die Erzeugung von zumindest einem Loch durch einen Teil der aufgehängten Struktur beinhalten, wobei das zumindest eine Loch nicht durch einen mittigen Teil der aufgehängten Struktur verläuft. In verschiedenen Ausführungsformen kann, wie in 420 dargestellt, die Spannstruktur so konfiguriert sein, dass sie eine Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur eine brückenartige Struktur über den Träger bildet. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 422 dargestellt, kann die Spannstruktur so konfiguriert sein, dass sie eine sinuswellenförmige Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält. In verschiedenen Ausführungsformen, wie in 424 dargestellt, kann der mittige Teil der aufgehängten Struktur über der und im Wesentlichen parallel zur Öffnung des Trägers angeordnet sein.
Während die Erfindung besonders unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen dargestellt und beschrieben wurde, sollen Fachleute dies so verstehen, dass darin verschiedene Änderungen der Form und Ausgestaltung vorgenommen werden können, ohne vom Sinn und Umfang der in den beiliegenden Ansprüchen dargelegten Offenbarung abzuweichen. Der Umfang der Offenbarung wird daher durch die beiliegenden Ansprüche kenntlich gemacht, und alle Änderungen, die unter die Bedeutung und den Äquivalenzbereich der Ansprüche fallen, sollen deshalb darin umfasst sein.

Claims

Schallwandlerstruktur (100), aufweisend: einen Träger (102), der eine nicht hängende Elektrode aufweist; eine aufgehängte Struktur (106), die auf dem Träger (102) angebracht ist und sich zumindest teilweise über die nicht hängende Elektrode erstreckt, wobei die aufgehängte Struktur (106) zumindest eine Hängeelektrode aufweist; wobei die nicht hängende Elektrode und die Hängeelektrode konfiguriert sind, um eine elektrostatische Kraft zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode bereitzustellen, um den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger (102) zu verändern; oder wobei die nicht hängende Elektrode und die Hängeelektrode konfiguriert sind, um den Abstand zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode in Reaktion auf eine Veränderung der elektrostatischen Kraft, die zwischen der nicht hängenden Elektrode und der Hängeelektrode zu verändern.
Schallwandlerstruktur (100) nach Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Öffnung (104), die durch einen Teil des Trägers (102) verläuft; wobei optional sich zumindest ein Teil der aufgehängten Struktur (106) über die Öffnung (104) des Trägers (102) erstreckt.
Schallwandlerstruktur (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner aufweisend: eine Spannstruktur, die über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur (106) angeordnet und so konfiguriert ist, dass sie eine Auslenkung der aufgehängten Struktur (106) in zumindest eine erste Richtung bewirkt.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner aufweisend: eine Abstandshalterstruktur, die zur Anbringung der aufgehängten Struktur (106) an den Träger (102) konfiguriert ist.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner aufweisend: eine leitfähige Schicht, die über einer Oberfläche des Trägers (102) angeordnet ist und so gestaltet ist, dass sie das elektrostatische Feld detektiert oder die elektrostatische Kraft erzeugt.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die aufgehängte Struktur (106) eine Diaphragmastruktur aufweist.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Träger (102) ein mikroelektromechanisches System aufweist.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner aufweisend: mindestens ein Loch, das durch einen Teil der aufgehängten Struktur (106) verläuft; wobei optional das zumindest eine Loch in einem Randgebiet der aufgehängten Struktur (106) angeordnet ist.
Schallwandlerstruktur nach Anspruch 8, wobei die Spannstruktur zur Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur (106) konfiguriert ist, der das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur (106) eine brückenartige Struktur über den Träger (102) bildet.
Schallwandlerstruktur nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Spannstruktur so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass ein Teil der aufgehängten Struktur (106), der das zumindest eine Loch enthält, eine im wesentlichen sinuswellenförmige Auslenkung des Teils der aufgehängten Struktur (106) bewirkt.
Schallwandlerstruktur nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei sich das zumindest eine Loch nicht über einen mittigen Teil der aufgehängten Struktur (106) erstreckt; wobei optional der mittige Teil der aufgehängten Struktur (106) über der und im Wesentlichen parallel zur Öffnung (104) des Trägers (102) angeordnet ist.
Schallwandlerstruktur, aufweisend: einen Träger (102); eine aufgehängte Struktur, die am Träger (102) angebracht ist; eine Spannstruktur, die über einer Oberfläche der aufgehängten Struktur angeordnet ist und so konfiguriert ist, dass sie eine Auslenkung der aufgehängten Struktur in zumindest eine erste Richtung bewirkt; wobei die aufgehängte Struktur so konfiguriert ist, dass sie ein elektrostatisches Feld zwischen zumindest einem Teil der aufgehängten Struktur und dem Träger (102) bereitstellt, indem ein Abstand zwischen der aufgehängten Struktur und dem Träger (102) verändert wird; oder wobei die aufgehängte Struktur so konfiguriert ist, dass sie den Abstand zwischen der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger (102) in Reaktion auf eine elektrostatische Kraft, die zwischen einem Teil der aufgehängten Struktur (106) und dem Träger (102) bereitgestellt wird, verändert.
Schallwandlerstruktur nach Anspruch 12, ferner aufweisend: eine Öffnung (104), die durch einen Teil des Trägers (102) verläuft.
Schallwandlerstruktur (100) nach Anspruch 13, wobei sich zumindest ein Teil der aufgehängten Struktur (106) über die Öffnung im Träger (102) erstreckt.
Schallwandlerstruktur (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, ferner aufweisend: eine leitfähige Schicht, die über einer Oberfläche des Trägers (102) angeordnet und so gestaltet ist, dass sie das elektrostatische Feld detektiert oder die elektrostatische Kraft erzeugt.
Schallwandlerstruktur (100) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, ferner aufweisend: mindestens ein Loch, das durch einen Teil der aufgehängten Struktur (106) verläuft; wobei optional die Spannstruktur so konfiguriert ist, dass sie eine Auslenkung eines Teils der aufgehängten Struktur (106) bewirkt, der das zumindest eine Loch enthält, sodass die aufgehängte Struktur (106) eine brückenartige Struktur über den Träger (102) bildet.
Schallwandlerstruktur (100) nach Anspruch 16, wobei die Spannstruktur so konfiguriert ist, dass sie bewirkt, dass ein Teil der aufgehängten Struktur (106), der das zumindest eine Loch enthält, eine im Wesentlichen sinuswellenförmige Auslenkung des Teils der aufgehängten Struktur (106) bewirkt.