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FACHGEBIET
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Ausführungsformen der Erfindung betreffen eine MEMS-Vorrichtung (MEMS = Micro-Electromechanical System) und ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung, genauer gesagt eine MEMS-Vorrichtung umfassend eine Membran, die zumindest teilweise durch Graphen verstärkt ist.
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HINTERGRUND
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MEMS-Technologie kann angewandt werden, um eine Vielzahl von Vorrichtungen zu implementieren, wie zum Beispiel Sensoren oder akustische Aktuatoren. Zum Beispiel kann in einem MEMS-Drucksensor eine geringe Membranverschiebung bzw. Membranauslenkung kapazitativ gegen eine Bezugselektrode abgefühlt werden, und in einem MEMS-Mikrolautsprecher kann die Membran durch elektrostatische Betätigung zwischen zwei Statoren elektrostatisch betätigt werden, um eine große Hubverschiebung bereitzustellen.
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Die
US 2011/0 298 066 A1 bezieht sich auf eine Mikrostruktur, ein mikroelektromechanisches System mit der Mikrostruktur und auf ein Herstellungsverfahren derselben.
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Die
WO 2011/142 637 A2 bezieht sich auf ein MEMS-Mikrofon unter Verwendung einer Graphenmembran und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
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Die
JP 2012-175 509 A bezieht sich auf einen akustischen Sensor, bei dem eine Membran als bewegliche Elektrodenplatte auf einer oberen Fläche eines Siliziumsubstrats gebildet wird.
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Die
WO 2014/100 012 A1 bezieht sich auf einen elektrostatisch angetriebenen Graphen-Lautsprecher.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Gemäß einer Ausführungsform umfasst eine MEMS-Vorrichtung einen Träger mit einer durchgehenden Vertiefung (Kavität) und eine sich über die Vertiefung des Trägers erstreckende Membran, worin die Membran zumindest teilweise durch Graphen verstärkt ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung die Bereitstellung eines Trägers mit einer durchgehenden Vertiefung, die Bereitstellung einer sich über die Vertiefung des Trägers erstreckenden Membran und die zumindest teilweise Verstärkung der Membran durch Graphen.
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Figurenliste
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- 1 zeigt eine Tabelle, in der die mechanischen Eigenschaften von Graphen im Vergleich zu Silicium angegeben sind;
- 2 zeigt eine Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 3 zeigt eine Aufsicht eines Ausschnitts einer MEMS-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
- 4 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Drucksensors gemäß einer Ausführungsform;
- 5 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons umfassend eine mit Graphen verstärkte Membran gemäß einer Ausführungsform;
- 6 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons mit einer mit Graphen verstärkten Membran gemäß einer weiteren Ausführungsform;
- 7 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons gemäß einer weiteren Ausführungsform, die insofern eine Kombination der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist, als eine Doppelrückwandstruktur bereitgestellt wird, die zwei Rückwände umfasst, bei denen die Membran durch sandwichartig dazwischen angeordnetes Graphen verstärkt ist; und
- 8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHENDEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung detaillierter beschrieben. Die in den jeweiligen Figuren dargestellten Elemente, die dieselbe oder eine ähnliche Funktion haben, weisen dieselben damit verbundenen Bezugszeichen auf.
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Herkömmlicherweise werden MEMS-Sensoren und akustische MEMS-Aktuatoren in der Siliciumtechnologie hergestellt. Siliciummembrane in MEMS-Vorrichtungen sind sehr fragil und können während der Bedienung und mittels mechanischen Schocks im Betrieb leicht zerstört werden.
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Es besteht daher ein Bedarf an der Bereitstellung einer verbesserten MEMS-Vorrichtung.
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Ausführungsformen stellen eine MEMS-Vorrichtung bereit, die einen Träger mit einer durchgehenden Vertiefung bzw. Kavität und eine sich über die Vertiefung bzw. Kavität des Trägers erstreckende Membran umfasst, worin die Membran zumindest teilweise durch Graphen verstärkt ist.
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Graphen gilt als Wundermaterial, vor allem als Monoschicht oder Schichtenfolge von Monoschichten. Die Elastizität beträgt etwa 20 % und es scheint das perfekte Material zur Verstärkung von Membranen zu sein. Die Idee besteht darin, Schichten von Graphen auf der Ober- oder Unterseite einer Membran (z.B. einer Polysiliciummembran) aufzutragen, um eine solche Konstruktion oder die Ankerpunkte einer solchen Konstruktion mechanisch zu stärken. Die Graphenschicht kann zum Beispiel mittels bekannter Halbleiterprozesse strukturiert werden.
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Als Monoschicht ist Graphen extrem dünn, keine wesentliche Verschlechterung der Membranleistungsfähigkeit ist zu erwarten, obwohl erhöhte Stabilität gegeben ist. Ferner ist eine Graphenschicht elektrisch leitend und eine verbesserte Konstruktion kann den variablen Kapazitätssensor verbessern.
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1 zeigt eine Tabelle, in der die mechanischen Eigenschaften von Graphen im Vergleich zu Silicium angegeben sind. Daraus ist ersichtlich, dass Graphen Silicium bei den Werten des Elastizitätsmoduls, der Bruchfestigkeit, der Poisson-Zahl und der Dichte übertrifft. Daher ist es aus den oben genannten Gründen von Vorteil, in der MEMS-Technologie bei der Umsetzung von Sensoren oder akustischen Aktuatoren Graphen für die Verstärkung einer Membran zu verwenden.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung einer MEMS-Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die MEMS-Vorrichtung 100 umfasst einen Träger 116 mit einer durchgehenden Vertiefung 128 und eine sich über die Trägervertiefung 128 erstreckende Membran 121, worin die Membran 121 zumindest teilweise durch (oder mit) Graphen 120 verstärkt ist.
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In Ausführungsformen kann die Membran 121 ein anderes Material als Graphen umfassen. Zum Beispiel kann die Membran 121 (Poly-)Silicium umfassen oder aus (Poly-)Silicium bestehen.
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Ferner kann die Membran 121 durch eine Graphenschicht 120 verstärkt werden. Die Graphenschicht 120 kann die gesamte Membran 121 bedecken. Naturgemäß kann die Graphenschicht 120 die Membran 121 auch nur teilweise bedecken, zum Beispiel in einem Aufhängungsbereich der Membran 121 (oder bei Ankerpunkten der Membran 121).
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Die Membran 121 ist, wie durch Pfeil 126 dargestellt wird, in eine vertikale Richtung ablenkbar, abhängig von beispielsweise Druckveränderungen.
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3 zeigt eine Aufsicht eines Ausschnitts einer MEMS-Vorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. In 3 wird die Membran 121 mit einer Graphenschicht verstärkt, dargestellt durch ein Raster 121, das sich über die Membran 121 erstreckt. Die Graphenschicht 121 kann derart strukturiert sein, dass die Graphenschicht die Membran 121 nur teilweise bedeckt. Ferner kann die Graphenschicht 121 derart strukturiert sein, dass Aufhängungsbereiche (oder Ankerpunkte) 123 der Membran 121 verstärkt sind.
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In anderen Worten, die in den 2 und 3 gezeigte MEMS-Vorrichtung kann eine strukturierte oder unstrukturierte Monoschicht- oder Mehrfachschicht-Graphenverstärkung auf der Ober- oder Unterseite der Membran 121 oder bei den Ankerpunkten 123 der Membran 121 umfassen.
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Im Folgenden wird eine Ausführungsform der MEMS-Vorrichtung 100 als ein Drucksensor beschrieben. Naturgemäß ist die folgende Beschreibung auch auf die oben beschriebene MEMS-Vorrichtung 100 anwendbar.
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4 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Drucksensors 100 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 4 dargestellt, kann der MEMS-Drucksensor 100 ferner eine leitende Rückwandeinheit 114 umfassen, worin der Träger 116 an der leitenden Rückwandeinheit 114 angebracht werden kann.
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Ferner kann der MEMS-Drucksensor 100 eine erste Elektrode 122 und eine zweite Elektrode 124 umfassen. Die erste Elektrode 122 kann in Kontakt mit der leitenden Rückwandeinheit 114 angebracht werden, worin die zweite Elektrode 124 in Kontakt mit der mit Graphen 120 verstärkten Membran 121 angebracht werden kann. Der in 3 gezeigte Träger 116 kann eine dielektrische Abstandsschicht sein, d.h. die mit Graphen 120 verstärkte Membran 121 von der leitenden Rückwandeinheit 114 isolieren.
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Ferner kann der MEMS-Drucksensor 100 ein Substrat 102 umfassen, das eine Vorderseite 106 und eine Rückseite 108 aufweist. Die leitende Rückwandeinheit 114 kann so angebracht werden, dass sie sich über das Substrat 102 erstreckt. An der Vorderseite 106 des Substrats 102 kann eine dielektrische Abstandsschicht 110 angebracht werden, worin die leitende Rückwandeinheit 114 auf der dielektrischen Abstandsschicht 110 angebracht werden kann.
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Die mit Graphen 120 verstärkte Membran 121, der Träger 116 und die leitende Rückwandeinheit 114 können so gestaltet werden, dass die Vertiefung 128 vollständig eingeschlossen wird, sodass ein in der Vertiefung 128 enthaltenes Gas nicht ausströmen oder entweichen kann. In einem MEMS-Drucksensor 100 können die Membran 121 und die leitende Rückwandeinheit 114 einen Kondensator bilden, dessen Kapazität von der Entfernung zwischen der Membran 121 und der leitenden Rückwandeinheit 114 abhängt. Eine Druckveränderung in der Umgebung des MEMS-Drucksensors 100 führt zu einer Verschiebung bzw. Auslenkung der Membran 121, die folglich kapazitativ erfasst werden kann.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der MEMS-Vorrichtung 100 als akustischer Wandler, wie zum Beispiel ein Mikrofon oder ein Mikrolautsprecher, beschrieben. Ausführungsformen der Erfindung sind jedoch nicht auf akustische MEMS-Wandler beschränkt. Vielmehr ist die folgende Beschreibung auch auf die oben beschriebene MEMS-Vorrichtung 100 anwendbar.
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Herkömmlicherweise werden MEMS-Mikrofone/-Mikrolautsprecher in der Siliciumtechnologie hergestellt. Mikrobearbeitete Siliciummikrofone sind kapazitative Wandler, die eine sich im Schallfeld bewegende flexible Membran und eine statische Lochelektrode, genannt Rückwand, umfassen. Bei übermäßigem Druck kann die Membran Druckunterschieden von bis zu 10 bar ausgesetzt sein. In solchen Fällen versagen herkömmliche Membranen.
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Der Umkehrwandler ist ein Mikrolautsprecher, der so betätigt werden muss, dass eine große Hubverschiebung erreicht wird, zum Beispiel durch eine kapazitative Betätigung, um eine große Luftverschiebung und dadurch akzeptablen Schalldruck anzusteuern.
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Um dem Problem des Überdrucks bei Siliciummikrofonmembranen gegenzusteuern, ist es möglich, vor dem Mikrofon eine Dämpfungsdichtung einzufügen, was jedoch zusätzlichen unerwünschten Lärm verursacht. Es ist ferner möglich, die Vorderlautstärke des Mikrofons zu erhöhen, dadurch wird jedoch in der das Mikrofon umfassenden Anwendung mehr Platz benötigt. Eine weitere Möglichkeit, dem Überdruckproblem gegenzusteuern, ist die Bereitstellung einer Belüftung durch eine federgelagerte Membran oder durch die Bereitstellung eines Lüftungsdurchlasses, dies erfordert jedoch eine spezielle Ausführung und einen niedrigen Stressgradienten der Struktur. Eine weitere Möglichkeit, eine Belüftung zu implementieren, wären Klappen in der Membran, die sich unter Druck öffnen, dies erfordert jedoch einen zusätzlichen Ausführungsbereich, und auch der Stressgradient ist entscheidend.
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Bei Siliciummikrolautsprechern kann durch Polysiliciummembranen, die Einzugsstrukturen umfassen, ein hoher Schalldruck erzeugt werden, zum Beispiel durch die Bereitstellung eines Knickstatorlautsprechers.
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Die mechanischen Eigenschaften von Graphen sind von Vorteil für die Erzeugung von Mikrofonmembranen sehr hoher Nachgiebigkeit und hoher Bruchfestigkeit, was eine Ausführung von hochsensiblen Mikrofonen ermöglicht, die widerstandsfähig gegen jegliche große Hubverschiebung sind. Andererseits können Mikrolautsprecher von der hohen Nachgiebigkeit insofern profitieren, als die Betätigungsspannungen zur Erreichung des hohen Hubs reduziert werden können, und gleichzeitig reduziert die hohe Bruchfestigkeit das Versagensrisiko und ermöglicht eine hohe Langlebigkeit. Gemäß den Ausführungsformen kann die Festigkeit des Membrans mit Graphen verstärkt werden.
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Graphen als eine reine Kohlenstoffverbindung weist eine hohe Hydrophobizität auf, was von Vorteil ist, um ein Verkleben der Membran während des Herstellungsprozesses, der auch ein Nassverfahren umfassen kann, zu verhindern, und auch, um ein Verkleben bei der fertigen Vorrichtung zu vermeiden. Die Hydrophobizität kann modifiziert werden, indem das Graphen teilweise oder vollständig chemisch funktionalisiert wird, zum Beispiel durch Fluorierung, worin eine volle Fluorierung in einem sogenannten Flurographen mit erhöhten Hydrophobizität resultiert. Auch eine Hydrierung kann durchgeführt werden und eine voll Hydrierung führt dazu, dass Graphen eine geringfügig erhöhte Hydrophilie aufweist. Auch Oxidation ist möglich und eine volle Oxidation führt dazu, dass ein Graphenoxid eine stark reduzierte Hydrophobizität aufweist. Chemisch modifizierte Einschichtgraphenfilme oder aus Graphen bestehende zusammengesetzte Filme, die sandwichartig zwischen chemisch modifizierte Graphenfilme angeordnet werden, können gemäß den Ausführungsformen auch verwendet werden.
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5 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons 100 umfassend eine mit Graphen 120 verstärkte Membran 121 gemäß einer Ausführungsform. Das Mikrofon 100 umfasst ein Substrat 102, zum Beispiel ein Siliciumsubstrat, mit einer darin ausgeformten Vertiefung bzw. Kavität 104. Die Vertiefung bzw. Kavität 104 erstreckt sich von einer ersten Oberfläche 106 zu einer zweiten Oberfläche 108 des Substrats, die der ersten Oberfläche gegenüberliegt. Die erste Oberfläche 106 wird auch als Vorderseite des Substrats 102 bezeichnet, und die zweite Oberfläche 108 wird auch als Rückseite des Substrats 102 bezeichnet. An der Vorderseite 106 des Substrats ist eine dielektrische Abstandsschicht 110 ausgebildet. Die dielektrische Abstandsschicht 110 ist so an der Vorderseite 106 des Substrats 102 angebracht, dass sie die Vertiefung 104 umschließt und sich von der Vertiefung hin zu einem Randbereich 112 des Substrats 102 erstreckt. Die dielektrische Abstandsschicht 110 kann sich entweder ganz bis zum Randbereich 112 erstrecken oder kann so ausgebildet sein, dass sie bei bestimmten Abschnitten des Substrats vom Randbereich 112 zurückversetzt ist, wie im rechten Teil von 2 dargestellt. Das Mikrofon 100 umfasst ferner eine leitende perforierte Rückwand 114 , die einen Umfangsbereich 114a und einen perforierten Bereich 114b umfasst. Die Rückwand 114 kann aus einem Polysilicium gebildet sein, und der perforierte Bereich 114b umfasst mehrere Vertiefungen bzw. Kavitäten 114c, die sich durch die Rückwand 114 erstrecken. Die Rückwand 114 ist so ausgebildet, dass ihr perforierter Bereich 114b so ausgebildet ist, dass er sich über oder durch die Vertiefung 104 des Substrats 102 erstreckt, und die Umfangsbereiche 114a der Rückwand 114 sind über der dielektrischen Abstandsschicht 110 ausgebildet. Das Mikrofon 100 umfasst eine weitere dielektrische Abstandsschicht 116, die auf dem Umfangsbereich 114a der Rückwand 114 ausgebildet ist. Gemäß den Ausführungsformen erstreckt sich die dielektrische Abstandsschicht 116 nicht in einen Bereich über der Vertiefung 104 und bedeckt zumindest teilweise den Umfangsbereich 114a der Rückwand 114. Das Mikrofon umfasst eine mit Graphen 120 verstärkte Membran 121, die von der Abstandsschicht 116 über der Rückwand getragen wird. Die Membran 121 ist so über dem Substrat 104 ausgebildet, dass es sich über die Vertiefung 104 und auch über die leitende perforierte Rückwand 114 erstreckt. Das Mikrofon umfasst eine erste Elektrode 122, die mit dem Umfangsbereich 114a der Rückwand 114 verbunden ist. Ferner ist eine zweite Elektrode mit der mit Graphen 120 verstärkten Membran 121 verbunden. In der Ausführungsform von 5 ist die zweite Elektrode 124 auf der dielektrischen Abstandsschicht in Kontakt mit der Membran 121 ausgebildet. Die Membran 121 ist, wie durch Pfeil 126 dargestellt, in eine vertikale Richtung ablenkbar, abhängig von Druckveränderungen. Mittels der Elektroden 122 und 124, die jeweils durch Metallkontaktstellen ausgebildet sein können, kann eine vertikale Verschiebung bzw. Auslenkung der Membran 121 nachgewiesen werden.
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Darüber hinaus kann die in 5 dargestellte MEMS-Struktur gegen Verkleben geschützt werden, und zwar durch Bereitstellung von Antihaftkontakterhebungen, die von der Rückebene in einen Luftspalt 128 zwischen der Rückwand 114 und der mit Graphen 120 verstärkten Membran 121 vorstehen, oder indem die Rückwand mit einer Antihaftbeschichtung, wie einer SAMS-Beschichtung oder OTS-Beschichtung, versehen wird.
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Im Folgenden wird ein Beispiel für die Herstellung des in 5 dargestellten Mikrofons 100 gegeben. Der Verfahrensablauf beginnt mit dem Substrat 102, auf dessen Oberseite eine Stoppoxidschicht aufgetragen wird, zum Beispiel mit einer Dicke von 500 nm. Eine Polysiliciumschicht mit einer Dicke von etwa 1 µm wird auf die Oxidschicht aufgetragen, zusammen mit einer SiN-Schicht mit einer Dicke von beispielsweise 100 nm. Diese Schichtstruktur definiert die Rückwand 114. Nach dem Auftragen der Materialien auf die Rückwand 114 wird ein Rückwandstrukturierungsverfahren durchgeführt, um die Vertiefungen 114c im perforierten Bereich 114b der Rückwand 114 zu öffnen. Nach der Rückwandstrukturierung wird ein dielektrisches Material mit einer Dicke von etwa 1 bis 5 µm auf die Rückwand aufgetragen und so strukturiert, dass es die weitere in 5 dargestellte dielektrische Abstandsschicht 116 bildet. Nach der Strukturierung der Abstandsschicht 116 werden die Metallkontaktstellen 122, 124 ausgebildet. Anschließend wird die Vertiefung an der Rückseite des Substrats 102 abgeätzt, d.h. die Vertiefung 104 wird von der Rückseite 108 des Substrats hin zu seiner Vorderseite so abgeätzt, dass die Vertiefung 104 die an der Vorderseite bereitgestellte Stoppoxidschicht erreicht. Die Stoppoxidschicht wird im Bereich der Vertiefung durch einen weiteren Ätzprozess entfernt. Anschließend wird die Membran 121 bereitgestellt, indem das Membranmaterial (z.B. Silicium oder Polysilicium) zur Abstandsschicht 116 und zur Kontaktstelle 124 übertragen wird. Dann wird die Membran 121 zumindest teilweise durch Graphen verstärkt, zum Beispiel durch Auftragen einer Graphenschicht 120 auf die Membran 121.
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Es ist anzumerken, dass es auch möglich ist, eine Graphenschicht 120 bereitzustellen, indem Graphen zur Abstandsschicht 116 und zur Kontaktstelle 124 übertragen wird, und eine Membran bereitzustellen, indem das Membranmaterial (z.B. Silicium oder Polysilicium) zur Graphenschicht 120 übertragen wird.
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Gemäß einem alternativen Verfahren werden das Substrat 102, die Rückwand 114, die Abstandsschicht 116 und die Metallkontaktstellen 122, 124 wie oben beschrieben gebildet, jedoch ohne die Abstandsschicht 116 zu strukturieren. Anschließend wird die Vertiefung an der Rückseite des Substrats abgeätzt, um die Vertiefung 104 von der Rückseite 108 des Substrats 102 zu bilden, ohne die Stoppoxidschicht von der Vorderseite zu entfernen. Anschließend werden das Verfahren zur Membranmaterialübertragung und das Verfahren zur Graphenübertragung durchgeführt. Dann wird eine Opferoxidätzung von der Rückseite des Substrats durch die Stoppoxidschicht und die Perforierungslöcher 114c durchgeführt, wodurch die dielektrische Abstandsschicht 116 im Bereich zwischen dem perforierten Bereich 114b und der Membran 121 entfernt wird, wodurch der Luftspalt 128 definiert wird.
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6 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons 100 mit einer mit Graphen verstärkten Membran 121 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die im Gegensatz zu 5 ein MEMS-Mikrofon 100 zeigt, bei dem sich die Membran 121 auf der Unterseite befindet. Wie aus 6 ersichtlich ist, entspricht die Struktur grundsätzlich der Struktur von 5, außer dass die Membran 121 nun von einer dielektrischen Abstandsschicht 110 getragen wird, die auf dem Substrat 102 ausgebildet ist, und die Rückwand 114 mit der zusätzlichen zwischen Rückwand 114 und Membran 121 ausgebildeten Abstandsschicht auf der Membran 121 ausgebildet ist, genauer gesagt auf den Randabschnitten 120a der Membran, getragen vom die Vertiefung 104 umgebenden Substratbereich. Die mit Graphen 120 verstärkte Membran 121 hat ferner einen zentralen Bereich 120b, der sich über die Vertiefung 104 erstreckt. Der zentrale Bereich 120b ist ferner gegenüber dem perforierten Bereich 114b ausgebildet, wobei sich der Luftspalt 128 zwischen der Membran 121 und der Rückwand 114 befindet. Daher ist in 6 die mit Graphen 120 verstärkte Membran 121 sandwichartig zwischen das Substrat und die Rückwand angeordnet.
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Das in 6 dargestellte MEMS-Mikrofon 100 kann durch Bereitstellung des Substrats 102 hergestellt werden, das mit einer die Schicht 110 definierenden Stoppoxidschicht bereitgestellt werden kann. Das Membranmaterial (z.B. Silicium oder Polysilicium) und Graphen werden auf das Substrat 102 aufgetragen oder auf den ganzen Wafer übertragen, einschließlich einiger herzustellender Mikrofonstrukturen, gefolgt von einem Strukturierungsschritt, außer die Membran wurde bereits auf der Übertragungsschicht strukturiert. Anschließend wird die Abstandsschicht 116 aufgetragen und die Rückwand 114 wird wie oben beschrieben auf der Abstandsschicht angebracht und strukturiert. Dann werden die Kontaktstellen 122 und 124 gebildet. Anschließend wird die Vertiefung 104 gemäß der ersten Möglichkeit von der Rückseite abgeätzt und ein Teil der dielektrischen Abstandsschicht 116 wird durch ein Opferoxidätzverfahren entfernt, um den Luftspalt 128 zu bilden. Zusätzlich kann eine Antihaftbeschichtung auf die Rückwand aufgetragen werden. Alternativ dazu kann das Ätzverfahren mit der Opferoxidätzung begonnen werden, um einen Teil der Schicht 116 zu entfernen und so den Luftspalt 128 zu definieren, gefolgt von der Ätzung der Rückseite zur Definierung der Vertiefung 104, was eine zusätzliche Stoppoxidätzung umfassen kann, vorausgesetzt, eine solche zusätzliche Oxidschicht 110 wurde an der Substratoberfläche angebracht. Dann kann eine Antihaftbeschichtung auf die Rückwand aufgetragen werden.
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7 zeigt eine Schnittdarstellung eines MEMS-Mikrofons 100 gemäß einer weiteren Ausführungsform, die insofern eine Kombination der in den 5 und 6 dargestellten Ausführungsformen ist, als eine Doppelrückwandstruktur bereitgestellt wird, die zwei Rückwände umfasst, bei denen die Membran 121 durch sandwichartig dazwischen angeordnetes Graphen verstärkt ist. Bereits in Bezug auf die 5 und 6 beschriebenen Elementen wurden in 7 dieselben Bezugszahlen zugewiesen und auf eine neuerliche Beschreibung derselben wird verzichtet. Verglichen mit 5 umfasst das in 7 dargestellte MEMS-Mikrofon 100 eine zusätzliche dielektrische Abstandsschicht 130, die am Randbereich 120a der durch Graphen 120 verstärkten Membran 121 ausgebildet ist. Die Abstandsschicht 130 trägt eine weitere Rückwand 132, die der Rückwand 114 insofern ähnlich ist, als sie einen Umfangsbereich 132a umfasst, der einen perforierten Bereich 132b umschließt, der mehrere Vertiefungen (Kavitäten) oder Öffnungen 132c umfasst. Die Ausbildung der Rückwand 132 auf die oben beschriebene Weise ergibt einen Luftspalt 134 zwischen einer oberen Oberfläche der durch Graphen 120 verstärkten Membran 121 und der Rückwand 132 im zentralen Bereich 120b der Membran 121. Die weitere Rückwand 132 ist so ausgebildet und strukturiert, dass der Umfangsbereich 132a und der perforierte Bereich 132b mit den jeweiligen Bereichen der Rückwand 114 fluchtend ausgerichtet sind und dass auch die Öffnungen/Vertiefungen 132c mit den Öffnungen 114c fluchtend ausgerichtet sind. Zusätzlich wird die weitere Rückwand 132 mit einer weiteren Elektrode 136 an ihrem Umfangsbereich 132a bereitgestellt.
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Das in 7 dargestellte MEMS-Mikrofon 100 kann hergestellt werden, indem die oben definierten Verfahrensschritte in Bezug auf die 5 und 6 kombiniert werden.
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Die obige Beschreibung von Ausführungsformen eines MEMS-Mikrofons 100 kann auch auf einen MEMS-Mikrolautsprecher 100 angewandt werden, worin im Gegensatz zur Messung einer bei der ersten und zweiten Elektrode 122 und 124 vorhandenen Spannung bei einem MEMS-Mikrolautsprecher 100 eine Spannung an die erste und zweite Elektrode 122 und 124 angelegt werden kann, um die mit Graphen 120 verstärkte Membran 121 elektrostatisch zu betätigen.
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Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung 100 beschrieben.
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8 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 200 zur Herstellung einer MEMS-Vorrichtung 100. Das Verfahren 200 umfasst einen Schritt 202, in dem ein Träger 116 mit einer durchgehenden Vertiefung bzw. Kavität 128 bereitgestellt wird, einen Schritt 204, in dem eine sich über die Trägervertiefung 128 erstreckende Membran 121 bereitgestellt wird, und einen Schritt 206, in dem die Membran 121 zumindest teilweise durch Graphen 120 verstärkt wird.
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In den Ausführungsformen umfasst der Schritt 206, in dem die Membran 121 zumindest teilweise durch Graphen 120 verstärkt wird, das Auftragen einer Graphenschicht 120 auf die Membran 121, sodass die Membran 121 zumindest teilweise von der Graphenschicht 120 bedeckt ist.
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Ferner umfasst der Schritt 206, in dem die Membran 121 zumindest teilweise durch Graphen 120 verstärkt wird, das Verstärken von zumindest einem Aufhängungsbereich der Membran 121.
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Obwohl einige Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, liegt auf der Hand, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wo ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Element eines Verfahrensschritts entspricht. Analog dazu stellen im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt beschriebene Aspekte auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Teils oder Elements einer entsprechenden Vorrichtung dar.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen sind lediglich veranschaulichend für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der Ausbildungen und der hierin beschriebenen Details für andere Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung offensichtlich sind. Die Absicht besteht daher darin, dass eine Beschränkung nur durch den Schutzumfang der vorliegenden Patentansprüche gegeben ist und nicht durch die konkreten Details, die hierin mittels Beschreibung und Erklärung der Ausführungsformen dargestellt sind.
