Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung.The invention relates to a micromechanical component for an optical device and a method for operating such a micromechanical component for an optical device. The invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for an optical device.
Stand der TechnikState of the art
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der US 5,561,523 A , sind Bauteile zur Verwendung für optische Vorrichtungen bekannt, welche jeweils eine Aktuationselektrode und eine Membran mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite aufweisen, wobei ein Abstand zwischen der jeweiligen Aktuationselektrode und der Membranseite der zugeordneten Membran durch Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran verringerbar sein soll.From the prior art, such as the U.S. 5,561,523 A , components for use in optical devices are known which each have an actuation electrode and a diaphragm with a diaphragm side aligned with the actuation electrode, a distance between the respective actuation electrode and the diaphragm side of the associated diaphragm by applying a potential difference other than zero between the actuation electrode and the Membrane should be reducible.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9.The invention creates a micromechanical component for an optical device with the features of claim 1, an optical device with the features of claim 7, a method for operating a micromechanical component for an optical device with the features of claim 8 and a manufacturing method for a micromechanical Component for an optical device with the features of claim 9.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile mit jeweils einer Aktuationselektrode und einer zugeordneten Membran, deren Abstand zu der zusammenwirkenden Aktuationselektrode mittels einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran verringerbar ist, wobei ein Auftreten eines direkten leitfähigen Kontakts zwischen der Membran und der Aktuationselektrode verlässlich verhindert ist. Damit kann auch kein Kurzschluss zwischen der Aktuationselektrode und der zugeordneten Membran eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils auftreten. Das herkömmliche Risiko eines Verschweißens der Membran mit der Aktuationselektrode ist deshalb gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert. Die vorliegende Erfindung schafft somit mikromechanische Bauteile, welche während einer vergleichsweise langen Lebensdauer ihre Funktion verlässlich erfüllen können.The present invention creates micromechanical components, each with an actuation electrode and an associated membrane, the distance of which from the interacting actuation electrode can be reduced by means of a potential difference not equal to zero between the actuation electrode and the membrane, a direct conductive contact between the membrane and the actuation electrode being reliably prevented is. This means that no short circuit can occur between the actuation electrode and the associated membrane of a micromechanical component according to the invention. The conventional risk of the membrane welding together with the actuation electrode is therefore significantly reduced compared to the prior art. The present invention thus creates micromechanical components which can reliably fulfill their function over a comparatively long service life.
Wie nachfolgend genauer erläutert wird, können die erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteile auf einfache Weise und unter Verwendung von relativ wenigen unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Außerdem erleichtert die vorliegende Erfindung eine Miniaturisierung der mikromechanischen Bauteile. Die vorliegende Erfindung ist somit kostengünstig realisierbar und aufgrund der erfolgreichen Miniaturisierung ihrer mikromechanischen Bauteile vielseitig einsetzbar.As will be explained in more detail below, the micromechanical components according to the invention can be produced in a simple manner and using relatively few different materials. In addition, the present invention facilitates miniaturization of the micromechanical components. The present invention can thus be implemented cost-effectively and, due to the successful miniaturization of its micromechanical components, can be used in a variety of ways.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die Aktuationselektrode aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wobei die mindestens eine Aufsetzstruktur aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Aktuationselektrode gebildet ist und mittels mindestens eines strukturierten Trenngrabens von der Aktuationselektrode elektrisch isoliert ist. Bei dieser Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels des mindestens einen Trenngrabens aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist somit auf relativ einfache Weise und vergleichsweise kostengünstig herstellbar.In an advantageous embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode is formed from at least one electrically conductive material, the at least one attachment structure being formed from the at least one electrically conductive material of the actuation electrode and being electrically isolated from the actuation electrode by means of at least one structured separating trench. In this embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode and the at least one attachment structure are structured out of the at least one electrically conductive material by means of the at least one separating trench. The embodiment of the micromechanical component described here can thus be produced in a relatively simple manner and comparatively inexpensively.
In einer alternativen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels einer lokalen Variation einer Dotierung einer Materialschicht oder eines Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet. Auch in diesem Fall sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur auf vergleichsweise einfache Weise herstellbar. Deshalb ist auch die in diesem Absatz beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils relativ kostengünstig herstellbar.In an alternative embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode and the at least one attachment structure are formed by means of a local variation of a doping of a material layer or a material layer stack within the material layer or the material layer stack. In this case too, the actuation electrode and the at least one attachment structure can be produced in a comparatively simple manner. The embodiment of the micromechanical component described in this paragraph can therefore also be produced relatively inexpensively.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann an die mindestens eine Aufsetzstruktur ein drittes Potential ungleich dem ersten Potential der Aktuationselektrode und ungleich dem zweiten Potential der Membran anlegbar sein. Mittels des Anlegens eines geeigneten dritten Potentials an die mindestens eine Aufsetzstruktur kann ein „Stitching“ der mindestens einen Anschlagstruktur an ihrer jeweiligen Aufsetzstruktur selbst bei einem direkten Kontakt der jeweiligen Anschlagstruktur mit der Aufsetzstruktur verlässlich verhindert werden.As an advantageous further development, a third potential unequal to the first potential of the actuation electrode and unequal to the second potential of the membrane can be applied to the at least one attachment structure. By applying a suitable third potential to the at least one attachment structure, “stitching” of the at least one stop structure on its respective attachment structure can be reliably prevented even in the event of direct contact between the respective attachment structure and the attachment structure.
In einer weiteren kostengünstigen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die Membran zumindest teilweise aus mindestens einem Halbleitermaterial geformt, wobei die mindestens eine Anschlagstruktur vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran geformt ist. Da ein Anschlagen der mindestens einen Anschlagstruktur direkt an der Aktuationselektrode verlässlich verhindert ist, ist es nicht notwendig, ein elektrisch isolierendes Material zum Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur zu verwenden. Durch die Mitnutzung des einzigen Halbleitermaterials oder mindestens eines der Halbleitermaterialien der Membran zum Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur können Verfahrensschritte und Herstellungskosten bei der Herstellung der hier beschriebenen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils eingespart werden.In a further cost-effective embodiment of the micromechanical component, the membrane is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure being formed entirely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane. As a hitting of the at least one stop structure is reliably prevented directly at the actuation electrode, it is not necessary to use an electrically insulating material for forming the at least one stop structure. By using the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane to form the at least one stop structure, method steps and manufacturing costs in the manufacture of the embodiment of the micromechanical component described here can be saved.
Beispielsweise kann die Membran ein Bragg-Reflektor sein. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, ist ein mit einem Bragg-Reflektor als der Membran ausgebildetes mikromechanisches Bauteil vielseitig einsetzbar.For example, the membrane can be a Bragg reflector. As will be explained in more detail below, a micromechanical component designed with a Bragg reflector as the membrane can be used in many ways.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer optischen Vorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Die optische Vorrichtung kann beispielsweise ein durchstimmbarer spektraler Filter oder ein Fabry-Perot-Interferometer sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Beispiele für die optische Vorrichtung nicht einschränkend zu interpretieren sind.The advantages described above are also ensured in the case of an optical device with such a micromechanical component. The optical device can be, for example, a tunable spectral filter or a Fabry-Perot interferometer. It is pointed out, however, that the examples listed here for the optical device are not to be interpreted restrictively.
Vorteile bewirkt auch ein Ausführen eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung mit den Schritten: Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential einer Aktuationselektrode des mikromechanischen Bauteils und einem zweiten Potential einer Membran des mikromechanischen Bauteils mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite, wodurch ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert wird, und jeweils ein Zwischenabstand zwischen mindestens einer an der Membranseite der Membran hervorstehenden Anschlagstruktur und jeweils einer für die jeweilige Anschlagstruktur benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordneten und von der Aktuationselektrode elektrisch isolierten Aufsetzstruktur reduziert wird, wobei, sofern festgestellt wird, dass der mindestens eine Zwischenabstand gleich Null wird oder unter einem vorgegebenen Schwellwert fällt, die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential der Aktuationselektrode und dem zweiten Potential der Membran reduziert oder gleich Null gesetzt wird.Execution of a method for operating a micromechanical component for an optical device with the following steps also brings about advantages: applying a potential difference other than zero between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode , whereby a distance between the actuation electrode and the membrane side of the membrane aligned with the actuation electrode is reduced, and an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and the contact structure electrically insulated from the actuation electrode is reduced, wherein, if it is established that the at least one intermediate distance equals When it becomes zero or falls below a predetermined threshold value, the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero.
Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil die oben erläuterten Vorteile der beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß allen oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann.Furthermore, executing a corresponding manufacturing method for a micromechanical component also creates the advantages of the described embodiments of the micromechanical component explained above. It is expressly pointed out that the production method can be developed in accordance with all of the embodiments of the micromechanical component explained above.
FigurenlisteFigure list
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1a bis 1c schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 2 eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 3 eine schematische Gesamtdarstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
- 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung; und
- 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung.
Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it: - 1a to 1c schematic overall and partial representations of a first embodiment of the micromechanical component;
- 2 a schematic partial illustration of a second embodiment of the micromechanical component;
- 3 a schematic overall representation of a third embodiment of the micromechanical component;
- 4th a flowchart for explaining an embodiment of the method for operating a micromechanical component for an optical device; and
- 5 a flowchart for explaining an embodiment of the production method for a micromechanical component for an optical device.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
1a bis 1c zeigen schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 1a to 1c show schematic overall and partial representations of a first embodiment of the micromechanical component.
Das in 1a schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil umfasst eine Aktuationselektrode 10 und eine Membran 12 mit einer zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der 1a bis 1c die Aktuationselektrode 10 direkt auf einer Substratoberfläche 14a eines Substrats 14 befestigt. Alternativ kann die Aktuationselektrode 10 auch mittels mindestens einer Zwischenschicht, wie beispielsweise mittels mindestens einer Isolierschicht, von dem Substrat 14 beabstandet/elektrisch isoliert sein. Auch die in 1a schematisch dargestellte Aufspannung der Membran 12 mittels einer Rahmenstruktur 16, welche aus von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isolierten Restbereichen 18 einer Elektrodenmaterialabscheidung 20 und einer zwischen den Restbereichen 18 und der Membran 12 liegenden Stützstruktur 22 gebildet ist, ist nur beispielhaft zu interpretieren. Die Stützstruktur 22 kann aus Restbereichen mindestens einer auf die Elektrodenmaterialabscheidung 20 abgeschiedenen Isolierschicht, wobei zwischen der Membran 12 und dem Substrat 14 liegende Bereiche der mindestens einen Isolierschicht geätzt/entfernt sind, gebildet sein.This in 1a The micromechanical component shown schematically comprises an actuation electrode 10 and a membrane 12th with one to the actuation electrode 10 aligned membrane side 12a . Only by way of example is in the embodiment 1a to 1c the actuation electrode 10 directly on a substrate surface 14a of a substrate 14th attached. Alternatively, the actuation electrode 10 also by means of at least one intermediate layer, for example by means of at least one insulating layer, from the substrate 14th be spaced / electrically isolated. The in 1a schematically shown tensioning of the membrane 12th by means of a frame structure 16 which from the actuation electrode 10 electrically isolated residual areas 18th an electrode material deposition 20th and one between the remaining areas 18th and the membrane 12th lying support structure 22nd is only to be interpreted as an example. The support structure 22nd can apply at least one of the remaining areas to the electrode material deposition 20th deposited insulating layer, being between the membrane 12th and the substrate 14th lying areas of the at least one insulating layer are etched / removed, be formed.
Die Aktuationselektrode 10 und die Membran 12 sind derart elektrisch kontaktierbar ausgebildet, dass eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode 10 und einem zweiten Potential der Membran 12 so anlegbar ist, dass ein Abstand d zwischen der Aktuationselektrode 10 und der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a der Membran 12 verringerbar/verringert ist. Mittels des Anliegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 kann somit der Abstand d zwischen der Aktuationselektrode und der Membranseite 12a reduziert werden. Wie unten noch genauer erläutert ist, kann dies für eine Vielzahl von Verwendungszwecken verwendet werden. Das hier beschriebene mikromechanische Bauteil kann deshalb für eine Vielzahl von optischen Vorrichtungen vorteilhaft eingesetzt werden.The actuation electrode 10 and the membrane 12th are designed to be electrically contactable in such a way that a potential difference unequal to zero between a first potential of the actuation electrode 10 and a second potential of the membrane 12th can be applied in such a way that a distance d between the actuation electrode 10 and that to the actuation electrode 10 aligned membrane side 12a the membrane 12th can be reduced / decreased. By applying a potential difference unequal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12th can thus be the distance d between the actuation electrode and the membrane side 12a be reduced. As discussed in more detail below, this can be used for a variety of purposes. The micromechanical component described here can therefore be used advantageously for a large number of optical devices.
Bevorzugter Weise ist die Aktuationselektrode 10 als Ringelektrode ausgebildet. Unter einer Ringelektrode kann eine Elektrode mit einem Innenrand 10a und einem Außenrand 10b verstanden werden (siehe 1c). Die als Ringelektrode ausgebildete Aktuationselektrode 10 kann eine Kreisringstruktur oder eine Vieleckringstruktur haben. Der Innenrand 10a der Aktuationselektrode 10 kann eine kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht umrahmen.The actuation electrode is preferred 10 designed as a ring electrode. An electrode with an inner edge can be placed under a ring electrode 10a and an outer edge 10b be understood (see 1c ). The actuation electrode designed as a ring electrode 10 can have a circular ring structure or a polygonal ring structure. The inside edge 10a the actuation electrode 10 can be a circular or polygonal surface 14b the substrate surface 14a of the substrate 14th or the at least one the substrate surface 14a frame at least partially covering intermediate layer.
Bei einer Ausbildung der Aktuationselektrode 10 als Ringelektrode bewirkt das Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 eine Verwölbung/ein „Abknicken“ eines die Aktuationselektrode 10 überspannenden Randbereichs 12b der Membran 12 derart, dass ein von dem Randbereich 12b umrahmter und die kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14c überspannender Mittelbereich 12c der Membran 12 (nahezu) parallel zu der Substratoberfläche 14a bleibt, jedoch in Bezug zu der Substratoberfläche 14a verschoben ist. Der Mittelbereich 12c der Membran 12 eignet sich deshalb vorteilhaft als optische Komponente, welche mittels eines Anlegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 unter Einhaltung ihrer Ausrichtung (im Wesentlichen) parallel zu der Substratoberfläche 14a in Bezug zu der Substratoberfläche 14a verschiebbar ist.When the actuation electrode is designed 10 as a ring electrode causes a potential difference not equal to zero to be applied between the actuation electrode 10 and the membrane 12th a warping / "kinking" of the actuation electrode 10 spanning edge area 12b the membrane 12th such that one of the edge area 12b framed and the circular or polygonal face 14c spanning middle area 12c the membrane 12th (almost) parallel to the substrate surface 14a remains, but in relation to the substrate surface 14a is shifted. The middle area 12c the membrane 12th is therefore advantageously suitable as an optical component which by applying a potential difference other than zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12th while maintaining their orientation (essentially) parallel to the substrate surface 14a in relation to the substrate surface 14a is movable.
Bei einem Steigern der zwischen der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 anliegenden Potentialdifferenz nimmt der Abstand d ab, so dass eine elektrostatische Anziehungskraft der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 stärker zunimmt als eine Rückstellkraft der Membran 12. Herkömmlicherweise besteht deshalb bei einer Verwölbung einer Membranstruktur mittels einer ringstrukturförmigen Elektrode das Risiko eines Auftretens eines sogenannten Pull-In-Effekts, welcher beim Stand der Technik häufig einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode bewirkt. Auch äußere Störeinflüsse, wie zum Beispiel ein Anschlagen oder Vibrationen, tragen beim Stand der Technik zur Steigerung des Risikos eines Auftretens eines direkter leitfähiger Kontakts zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode bei. Ein direkter leitfähiger Kontakt zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode führt beim Stand der Technik häufig zu einem Kurzschluss, welcher zum Verschweißen der Membranstruktur an der ringstrukturförmigen Elektrode führt.With an increase in the actuation electrode formed as a ring electrode 10 and the membrane 12th applied potential difference, the distance d decreases, so that an electrostatic attraction force of the membrane 12th to the actuation electrode 10 increases more than a restoring force of the membrane 12th . Conventionally, when a membrane structure is warped by means of an annular electrode, there is therefore the risk of a so-called pull-in effect, which in the prior art often causes a direct conductive contact between the membrane structure and the annular electrode. In the prior art, external interfering influences, such as impact or vibrations, also contribute to increasing the risk of a direct conductive contact occurring between the membrane structure and the electrode in the form of an annular structure. In the prior art, a direct conductive contact between the membrane structure and the ring-shaped electrode often leads to a short circuit, which leads to the welding of the membrane structure to the ring-shaped electrode.
Vorteilhafterweise weist das hier beschriebene mikromechanische Bauteil jedoch mindestens eine an der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a der Membran 12 hervorstehende Anschlagstruktur 24 auf. Wie in der vergrößerten Teildarstellung der 1b auch zu erkennen ist, umfasst das mikromechanische Bauteil außerdem mindestens eine von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isolierte Aufsetzstruktur 26 für die mindestens eine Anschlagstruktur 24. (Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind nur jeweils eine Anschlagstruktur 24 und die zugeordnete Aufsetzstruktur 26 in den 1a und 1b dargestellt.) Die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ist benachbart zu der Aktuationselektrode 10 angeordnet oder von der Aktuationselektrode 10 umrahmt. Vorzugsweise ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ebenfalls auf der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht angeordnet. Bei einer starken Anziehung der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 stößt die mindestens eine Anschlagstruktur 24 deshalb an die mindestens eine zugeordnete Aufsetzstruktur 26, und verhindert auf diese Weise einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10. Das Risiko einer Zerstörung des mikromechanischen Bauteils aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 ist deshalb vernachlässigbar. Darum weist das hier beschriebene mikromechanische Bauteil eine gegenüber dem Stand der Technik verlängerte Lebensdauer auf.However, the micromechanical component described here advantageously has at least one on the actuator electrode 10 aligned membrane side 12a the membrane 12th protruding stop structure 24 on. As in the enlarged partial illustration of the 1b It can also be seen that the micromechanical component also comprises at least one of the actuation electrode 10 electrically isolated attachment structure 26th for the at least one stop structure 24 . (For the sake of clarity, there are only one stop structure at a time 24 and the associated attachment structure 26th in the 1a and 1b shown.) The at least one attachment structure 26th is adjacent to the actuation electrode 10 arranged or from the actuation electrode 10 framed. The at least one attachment structure is preferably 26th also on the substrate surface 14a of the substrate 14th or the at least one the substrate surface 14a arranged at least partially covering intermediate layer. When the membrane is strongly attracted 12th to the actuation electrode 10 pushes the at least one stop structure 24 therefore to the at least one assigned attachment structure 26th , and in this way prevents direct conductive contact between the membrane 12th and the actuation electrode 10 . The risk of destruction of the micromechanical component due to a short circuit between the membrane 12th and the actuation electrode 10 is therefore negligible. The micromechanical component described here therefore has a longer service life than the prior art.
Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann auch als ein Anti-Stiction-Bump bezeichnet werden. Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann beispielsweise als zylinderförmige Struktur an der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranstruktur 12a der Membran 12 hervorstehen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils nicht auf eine bestimmte Form seiner mindestens einen Anschlagstruktur 24 beschränkt ist. Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann beispielsweise aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material geformt sein. Sofern die Membran 12 jedoch zumindest teilweise aus mindestens einem Halbleitermaterial geformt ist, ist die mindestens eine Anschlagstruktur 24 bevorzugter Weise vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran 12 geformt. Da die mindestens eine Anschlagstruktur 24 bei einer starken Anziehung der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 gegen die mindestens eine zugeordnete Aufsetzstruktur 26 stößt und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isoliert ist, muss kein Stromfluss zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 über die mindestens eine an die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 anstoßende Anschlagstruktur 24 befürchtet werden. Somit kann die mindestens eine Anschlagstruktur 24 problemlos vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran 12 geformt sein. Durch eine derartige Ausbildung der mindestens einen Anschlagstruktur 24 ist deren Herstellung erleichtert.The at least one stop structure 24 can also be referred to as an anti-stiction bump. The at least one stop structure 24 can, for example, as a cylindrical structure on the actuator electrode 10 aligned membrane structure 12a the membrane 12th protrude. It is pointed out, however, that the micromechanical component cannot be configured to a specific shape of its at least one Stop structure 24 is limited. The at least one stop structure 24 can for example be formed from at least one electrically insulating material. Unless the membrane 12th however, is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure is 24 preferably completely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12th shaped. Because the at least one stop structure 24 when the membrane is strongly attracted 12th to the actuation electrode 10 against the at least one associated attachment structure 26th and the at least one Aufsetzstruktur 26th from the actuation electrode 10 is electrically isolated, there is no need for current to flow between the membrane 12th and the actuation electrode 10 via the at least one to the at least one attachment structure 26th abutting stop structure 24 be feared. The at least one stop structure can thus 24 problem-free completely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12th be shaped. By designing the at least one stop structure in this way 24 their production is facilitated.
Bei dem mikromechanischen Bauteil der 1a bis 1c ist die Aktuationselektrode 12 aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20 gebildet. Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ebenfalls aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20/der Aktuationselektrode 10 gebildet und mittels mindestens eines strukturierten Trenngrabens 28 von der Aktuationselektrode 12 elektrisch isoliert. Es ist somit nicht notwendig, zum Bilden der mindestens einen Aufsetzstruktur 24 ein „eigenes“ Aufsetzstrukturmaterial abzuscheiden. Stattdessen kann das zum Bilden zumindest der Aktuationselektrode 10 eingesetzte mindestens eine elektrisch leitfähige Material auch zum Bilden der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 mitgenutzt werden. Außerdem erleichtert ein elektrisches Isolieren der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 mittels eines Ausbildens des mindestens einen Trenngrabens 28 eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 nahe an der Aktuationselektrode 10 und/oder umrahmt von der Aktuationselektrode 10. Damit kann die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 gezielt an die mindestens eine Position gesetzt werden, an welchen herkömmlicherweise ein hohes Risiko für einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 vorliegt.The micromechanical component of the 1a to 1c is the actuation electrode 12th of at least one electrically conductive material of the electrode material deposit 20th educated. The at least one attachment structure is advantageously 26th likewise from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 formed and by means of at least one structured separating trench 28 from the actuation electrode 12th electrically isolated. It is therefore not necessary to form the at least one attachment structure 24 to deposit an “own” attachment structure material. Instead, this can be done to form at least the actuation electrode 10 used at least one electrically conductive material also for forming the at least one attachment structure 26th can also be used. In addition, electrical insulation of the at least one attachment structure is facilitated 26th from the actuation electrode 10 by means of forming the at least one separating trench 28 an arrangement of the at least one attachment structure 26th close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10 . In this way, the at least one attachment structure 26th be placed in a targeted manner at the at least one position at which there is conventionally a high risk of direct conductive contact between the membrane 12th and the actuation electrode 10 is present.
In einer alternativen Ausführungsform können die Aktuationselektrode 10 und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 auch gemeinsam innerhalb einer Materialschicht oder eines Materialschichtstapels ausgebildet sein, wobei die Aktuationselektrode 10 und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 mittels einer lokalen Variation einer Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels voneinander elektrisch isoliert sind. Sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, kann mindestens ein (nahezu) undotierter Bereich als die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 genutzt werden. Ebenso können, sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, (im Wesentlichen) undotierte Bereiche zwischen der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 zur elektrischen Isolierung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 genutzt werden. In beiden Fällen ist eine elektrische Trennung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 durch lokale Implantation und Wahl von nichtdotierten Bereichen der Materialschicht oder des Materialschichtstapels möglich. Auch die hier beschriebenen Möglichkeiten zur Ausbildung der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 erleichtern eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 nahe an der Aktuationselektrode 10 und/oder umrahmt von der Aktuationselektrode 10.In an alternative embodiment, the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26th can also be formed jointly within a material layer or a material layer stack, the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26th are electrically isolated from one another by means of a local variation of a doping of the material layer or of the material layer stack. If the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, at least one (almost) undoped area can be used as the at least one attachment structure 26th be used. Likewise, if the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, (essentially) undoped areas between the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26th for electrical insulation of the at least one attachment structure 26th from the actuation electrode 10 be used. In both cases there is an electrical separation of the at least one attachment structure 26th from the actuation electrode 10 possible through local implantation and the choice of non-doped areas of the material layer or of the material layer stack. Also the possibilities described here for the formation of the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26th facilitate an arrangement of the at least one attachment structure 26th close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10 .
1c zeigt eine Draufsicht auf die Substratoberfläche 14a des Substrats 14 mit der daran befestigten Aktuationselektrode 10. Wie in 1c erkennbar ist, sind die Aufsetzstrukturen 26 derart umrahmt von der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 angeordnet, dass die Aufsetzstrukturen 26 näher an dem Innenrand 10a der Aktuationselektrode 10 als an dem Außenrand 10b der Aktuationselektrode 10 liegen. Dies ist besonders vorteilhaft, da insbesondere nahe an dem Innenrand 10a der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 hohe Anziehungskräfte auf die Membran 10 wirken. Eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 auf der von der Aktuationselektrode 10 umrahmten kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht ist ebenso möglich. 1c shows a plan view of the substrate surface 14a of the substrate 14th with the actuation electrode attached to it 10 . As in 1c is recognizable are the attachment structures 26th framed in this way by the actuation electrode designed as a ring electrode 10 arranged that the Aufsetzstruktur 26th closer to the inner edge 10a the actuation electrode 10 than on the outer edge 10b the actuation electrode 10 lie. This is particularly advantageous because it is particularly close to the inner edge 10a the actuation electrode designed as a ring electrode 10 high forces of attraction on the membrane 10 Act. An arrangement of the at least one attachment structure 26th on that of the actuation electrode 10 framed circular or polygonal face 14b the substrate surface 14a of the substrate 14th or the at least one the substrate surface 14a An at least partially covering intermediate layer is also possible.
2 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 2 shows a schematic partial illustration of a second embodiment of the micromechanical component.
Auch das in 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist aufgrund seiner Ausstattung mit der mindestens einen (nicht dargestellten) Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen zugeordneten Aufsetzstruktur 26 derart ausgebildet, dass ein Verschweißen der Membran 12 mit der Aktuationselektrode 10, welches herkömmlicherweise häufig zur Zerstörung eines Bauteils nach dem Stand der Technik führt, verlässlich verhindert ist. Als vorteilhafte Weiterbildung ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 außerdem derart ausgebildet, dass an die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ein drittes Potential ungleich dem ersten Potential der Aktuationselektrode 10 und ungleich dem zweiten Potential der Membran 12 anlegbar ist. Beispielhaft ist dazu an jeder Aufsetzstruktur 26 eine Zuleitung 30 ausgebildet, wobei zumindest ein an der jeweiligen Aufsetzstruktur 26 angebundenes Ende der jeweiligen Zuleitung 30 von der Aktuationselektrode 10 umrahmt ist. Die mindestens eine Zuleitung 30 ragt radial aus dem Außenrand 10b der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 heraus, so dass eine einfache elektrische Kontaktierung der mindestens einen Zuleitung 30 von einer äußeren Umgebung der Aktuationselektrode 10 möglich ist.Also in 2 The micromechanical component shown schematically is due to its equipment with the at least one stop structure (not shown) 24 and the at least one associated attachment structure 26th designed such that a welding of the membrane 12th with the actuation electrode 10 , which conventionally often leads to the destruction of a component according to the prior art, is reliably prevented. As An advantageous further development is the at least one attachment structure 26th also designed in such a way that the at least one attachment structure 26th a third potential unequal to the first potential of the actuation electrode 10 and not equal to the second potential of the membrane 12th can be applied. This is an example of this on every attachment structure 26th a feed line 30th formed, at least one on the respective attachment structure 26th connected end of the respective supply line 30th from the actuation electrode 10 is framed. The at least one supply line 30th protrudes radially from the outer edge 10b the actuation electrode designed as a ring electrode 10 out, so that a simple electrical contacting of the at least one supply line 30th from an external environment of the actuation electrode 10 is possible.
Auch die mindestens eine Zuleitung 30 kann aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20/der Aktuationselektrode 10 gebildet und mittels des mindestens einen strukturierten Trenngrabens 28 von der Aktuationselektrode 12 elektrisch isoliert sein. Ebenso kann die mindestens eine Zuleitung 30 zusammen mit der Aktuationselektrode 10 und der mindestens eine Aufsetzstruktur 26 innerhalb ihrer Materialschicht oder ihres Materialschichtstapels ausgebildet sein, wobei die mindestens eine Zuleitung 30 mittels einer lokalen Variation der Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels von Aktuationselektrode 10 elektrisch isoliert ist. Sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, können (im Wesentlichen) undotierte Bereiche zwischen der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Zuleitung 30 zur elektrischen Isolierung der mindestens einen Zuleitung 30 von der Aktuationselektrode 10 genutzt werden. Eine elektrische Trennung der mindestens einen Zuleitung 30 ist somit mittels mindestens eines Trenngrabens 28 oder mittels einer lokalen Variation der Dotierung und Wahl von nichtdotierten Bereichen der Materialschicht oder des Materialschichtstapels möglich.Also the at least one supply line 30th can be made from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 formed and by means of the at least one structured separating trench 28 from the actuation electrode 12th be electrically isolated. Likewise, the at least one supply line 30th together with the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26th be formed within its material layer or its material layer stack, wherein the at least one supply line 30th by means of a local variation of the doping of the material layer or of the material layer stack of the actuation electrode 10 is electrically isolated. If the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, (essentially) undoped areas can be located between the actuation electrode 10 and the at least one supply line 30th for electrical insulation of the at least one supply line 30th from the actuation electrode 10 be used. An electrical separation of the at least one supply line 30th is thus by means of at least one separating trench 28 or by means of a local variation of the doping and the selection of non-doped regions of the material layer or of the material layer stack.
Bezüglich weiter Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der 2 wird auf die vorausgehend beschriebenen Ausführungsform verwiesen.With regard to further features and properties of the micromechanical component of the 2 reference is made to the embodiment described above.
Bei allen oben erläuterten mikromechanischen Bauteilen kann die Membran 12 eine zumindest einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektierende Spiegeleinrichtung, wie z.B. ein Bragg-Reflektor, sein. Das Substrat 14 kann wahlweise auch aus mindestens einem für den von der Membran 12 reflektierten Wellenlängenbereich transparenten Material sein und/oder ein Durchloch aufweisen. Anstelle der kreisringförmigen oder vieleckigen Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht kann die als Ringelektrode ausgebildete Aktuationselektrode 10 gegebenenfalls auch einen Rand des Durchlochs umrahmen.In all of the micromechanical components explained above, the membrane can 12th a mirror device reflecting at least a certain wavelength range, such as a Bragg reflector. The substrate 14th can optionally also consist of at least one for the membrane 12th reflected wavelength range be transparent material and / or have a through hole. Instead of the circular or polygonal face 14b the substrate surface 14a of the substrate 14th or the at least one the substrate surface 14a The at least partially covering intermediate layer can be the actuation electrode embodied as a ring electrode 10 optionally also frame an edge of the through hole.
3 zeigt eine schematische Gesamtdarstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 3 shows a schematic overall representation of a third specific embodiment of the micromechanical component.
Das in 3 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der 1 oder 2. Das mikromechanische Bauteil umfasst zusätzlich zu der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10, der zumindest einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektierenden Membran 12, dem Substrat 14, der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 noch eine weitere Membran 32, welche auf einer von der Aktuationselektrode 10 weg gerichteten Seite der Membran 12 angeordnet und mittels einer weiteren Stützstruktur 34 von der Membran 12 beabstandet ist. Die weitere Stützstruktur 34 kann aus Restbereichen mindestens einer auf die Membran 12 abgeschiedenen Isolierschicht, wobei zwischen der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegende Bereiche der mindestens einen Isolierschicht geätzt/entfernt sind, gebildet sein. Eine Schichtdicke der weiteren Stützstruktur 34 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 nm bis zu mehreren Mikrometern liegen.This in 3 The micromechanical component shown schematically is a further development of the embodiment of FIG 1 or 2 . The micromechanical component comprises in addition to the actuation electrode designed as a ring electrode 10 , the membrane reflecting at least a certain wavelength range 12th , the substrate 14th , the at least one stop structure 24 and the at least one attachment structure 26th yet another membrane 32 , which on one of the actuation electrode 10 away from the facing side of the membrane 12th arranged and by means of a further support structure 34 from the membrane 12th is spaced. The further support structure 34 at least one of the remaining areas can be applied to the membrane 12th deposited insulating layer, being between the membrane 12th and the further membrane 32 lying areas of the at least one insulating layer are etched / removed, be formed. A layer thickness of the further support structure 34 can for example be in a range between 100 nm and several micrometers.
Auch die weitere Membran 32 ist als eine zumindest den von der Membran 12 reflektierten Wellenlängenbereich reflektierende Spiegeleinrichtung ausgebildet. Z.B. kann die weitere Membran 32 ein Bragg-Reflektor sein. Zwischen der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegt eine Kavität 36 mit einer senkrecht zu den Membranen 12 und 32 ausgerichteten Kavitätslänge. Die Kavität 36 weist für ein senkrecht zu den Membranen 12 und 32 einfallendes Licht mit einer optischen Wellenlänge nur dann eine hohe Transmission auf, wenn ihre Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben optischen Wellenlänge des Lichts entspricht.Also the other membrane 32 is as at least one of the membrane 12th Reflected wavelength range reflective mirror device formed. For example, the further membrane 32 be a Bragg reflector. Between the membrane 12th and the further membrane 32 lies a cavity 36 with one perpendicular to the membranes 12th and 32 aligned cavity length. The cavity 36 points for a perpendicular to the membranes 12th and 32 incident light with an optical wavelength only has a high transmission if its cavity length corresponds to an integral multiple of half the optical wavelength of the light.
Das in 3 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist Teil einer optischen Vorrichtung, welche als durchstimmbarer spektraler Filter, speziell als ein Fabry-Perot-Interferometer, ausgebildet ist. Ein zwischen dem Mittelbereich 12c der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegender Teilbereich der Kavität 36 wird als optisch aktiver Spalt 38 mit einer senkrecht zu den Membranen 12 und 32 ausgerichteten Spaltbreite s genutzt. Mittels des Anlegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 kann der Mittelbereich 12c der Membran 12, welcher dabei (nahezu) parallel zu der Substratoberfläche 14a ausgerichtet bleibt, in Bezug zu der weiteren Membran 32 verschoben werden, wodurch die Spaltbreite s des optisch aktiven Spalts 38 variiert wird. Eine Planparallelität des Mittelbereichs 12c der Membran 12 und der weiteren Membran 32 bleibt auch bei einem Anlegen einer hohen Potentialdifferenz zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 erhalten. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass aufgrund der vorteilhaften Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 kein direktes Anstoßen der Membran 12 an der Aktuationselektrode 10 zu befürchten ist. Das herkömmliche Risiko einer Zerstörung des mikromechanischen Bauteils/der optischen Vorrichtung aufgrund eines Verschweißens der Membran 12 an der Aktuationselektrode 10 aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 ist somit behoben. Bei einer Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 umrahmt von der Aktuationselektrode 10 wird eine Transmission/Reflektion des senkrecht zu den Membranen 12 und 32 einfallenden und durch den optisch aktiven Spalt 38 transmittierenden Lichts auch nicht von der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 beeinflusst.This in 3 The schematically illustrated micromechanical component is part of an optical device which is designed as a tunable spectral filter, specifically as a Fabry-Perot interferometer. One between the middle area 12c the membrane 12th and the further membrane 32 lying part of the cavity 36 is used as an optically active gap 38 with one perpendicular to the membranes 12th and 32 aligned gap width s used. By applying a potential difference other than zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12th can be the middle range 12c the membrane 12th which is (almost) parallel to the substrate surface 14a remains aligned in relation to the further membrane 32 be postponed, whereby the gap width s of the optically active gap 38 is varied. A plane parallelism of the central area 12c the membrane 12th and the further membrane 32 remains even when a high potential difference is applied between the actuation electrode 10 and the membrane 12th receive. It is pointed out again that due to the advantageous equipment of the micromechanical component with the at least one stop structure 24 and the at least one attachment structure 26th no direct impact on the membrane 12th on the actuation electrode 10 is to be feared. The conventional risk of destruction of the micromechanical component / the optical device due to welding of the membrane 12th on the actuation electrode 10 due to a short circuit between the membrane 12th and the actuation electrode 10 is thus resolved. With an arrangement of the at least one attachment structure 26th framed by the actuation electrode 10 becomes a transmission / reflection of the perpendicular to the membranes 12th and 32 incident and through the optically active slit 38 Transmitting light also not from the at least one attachment structure 26th influenced.
4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung. 4th FIG. 3 shows a flowchart for explaining an embodiment of the method for operating a micromechanical component for an optical device.
Alle vorausgehend beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels des im Weiteren erläuterten Verfahrens betrieben werden. Eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens ist jedoch nicht auf die Verwendung eines der vorausgehend erläuterten mikromechanischen Bauteile beschränkt.All of the micromechanical components described above can be operated using the method explained below. A feasibility of the method described below is, however, not limited to the use of one of the micromechanical components explained above.
In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential einer Aktuationselektrode des mikromechanischen Bauteils und einem zweiten Potential einer Membran des mikromechanischen Bauteils mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite angelegt. Auf diese Weise wird ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert. Gleichzeitig wird jeweils ein Zwischenabstand zwischen mindestens einer an der Membranseite der Membran hervorstehenden Anschlagstruktur und jeweils einer für die jeweilige Anschlagstruktur benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordneten und von der Aktuationselektrode elektrisch isolierten Aufsetzstruktur reduziert.In one process step S1 a potential difference not equal to zero is applied between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode. In this way, a distance between the actuation electrode and the diaphragm side of the diaphragm which is aligned with the actuation electrode is reduced. At the same time, an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and electrically insulated from the actuation electrode is reduced.
Sofern während eines Ausführens des Verfahrensschritts S1 festgestellt wird, dass der mindestens eine Zwischenabstand gleich Null wird oder unter einem vorgegebenen Schwellwert fällt, wird als Verfahrensschritt S2 die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential der Aktuationselektrode und dem zweiten Potential der Membran reduziert oder gleich Null gesetzt. Zum Detektieren eines Aufsetzens der mindestens einen Anschlagstruktur 24 auf der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 (bei einem Zwischenabstand gleich Null) kann eine resistive Detektion eines Kurzschlusses zwischen der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26, bzw. eines Kurzschlusses zwischen dem zweiten Potential der Membran und einem dritten Potential der mindestens einen Aufsetzstruktur 26, detektiert werden. Zum fortlaufenden Detektieren des mindestens einen Zwischenabstands während des Ausführens des Verfahrensschritts S1 kann auch eine kapazitive Detektion genutzt werden.If during the execution of the method step S1 it is determined that the at least one intermediate distance is equal to zero or falls below a predetermined threshold value, is used as a method step S2 the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero. To detect touchdown of the at least one stop structure 24 on the at least one attachment structure 26th Resistive detection of a short circuit between the at least one stop structure can be performed (with an intermediate distance equal to zero) 24 and the at least one attachment structure 26th , or a short circuit between the second potential of the membrane and a third potential of the at least one attachment structure 26th , be detected. For the continuous detection of the at least one intermediate distance while the method step is being carried out S1 a capacitive detection can also be used.
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische V orrichtu ng. 5 FIG. 3 shows a flowchart for explaining an embodiment of the production method for a micromechanical component for an optical device.
Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels des im Weiteren erläuterten Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile beschränkt.All of the micromechanical components described above can be manufactured using the manufacturing method explained below. A feasibility of the production method is not limited to the production of the micromechanical components explained above.
Als Verfahrensschritt S10 wird eine Aktuationselektrode gebildet. In einem Verfahrensschritt S11 wird außerdem eine Membran mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite gebildet. Die Verfahrensschritte S10 und S11 werden derart ausgeführt, dass bei einem Betrieb des fertigen mikromechanischen Bauteils eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode und einem zweiten Potential der Membran anlegbar ist, wobei, sofern eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran anliegt, ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert ist.As a procedural step S10 an actuation electrode is formed. In one process step S11 a membrane is also formed with a membrane side aligned with the actuation electrode. The procedural steps S10 and S11 are designed in such a way that when the finished micromechanical component is in operation, a potential difference not equal to zero can be applied between a first potential of the actuation electrode and a second potential of the membrane, with a distance between the actuation electrode and the membrane provided that a potential difference not equal to zero is present between the actuation electrode and the membrane Actuation electrode and the membrane side of the membrane aligned with the actuation electrode is reduced.
In dem Verfahrensschritt S11 wird auch mindestens eine hervorstehende Anschlagstruktur an der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran ausgebildet. Das Herstellungsverfahren umfasst zusätzlich noch einen Verfahrensschritt S12, in welchem mindestens eine von der Aktuationselektrode elektrisch isolierte Aufsetzstruktur für die mindestens eine Anschlagstruktur ausgebildet wird, welche benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordnet wird.In the process step S11 at least one protruding stop structure is also formed on the membrane side of the membrane that is aligned with the actuation electrode. The manufacturing process also includes a process step S12 , in which at least one attachment structure, which is electrically insulated from the actuation electrode, is formed for the at least one stop structure, which is arranged adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode.
Die Verfahrensschritte S10 bis S12 können in beliebiger Reihenfolge oder zeitlich überschneidend ausgeführt werden. Beispielsweise können die Verfahrensschritte S10 und S12 gleichzeitig ausgeführt werden, indem mindestens ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden wird, und die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels mindestens eines Trenngrabens aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert werden. Ebenso können die Verfahrensschritte S10 und S12 gleichzeitig ausgeführt werden, indem eine Materialschicht oder ein Materialschichtstapel gebildet wird, und anschließend die Materialschicht oder der Materialschichtstapel derart dotier werden, dass die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels einer lokalen Variation einer Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet werden.The procedural steps S10 to S12 can be carried out in any order or at different times. For example, the Procedural steps S10 and S12 are carried out simultaneously by depositing at least one electrically conductive material, and the actuation electrode and the at least one attachment structure are structured out of the at least one electrically conductive material by means of at least one separating trench. The process steps S10 and S12 are carried out simultaneously by forming a material layer or a material layer stack, and then doping the material layer or the material layer stack in such a way that the actuation electrode and the at least one attachment structure are formed by means of a local variation of a doping of the material layer or the material layer stack within the material layer or the material layer stack become.
Auch weitere Merkmale der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können bei einem Ausführen des Herstellungsverfahrens mitausgebildet werden.Further features of the micromechanical components described above can also be formed when the manufacturing method is carried out.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant was generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.
Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
-
US 5561523 A [0002]US 5561523 A [0002]
