DE102019218769A1

DE102019218769A1 - Mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung

Info

Publication number: DE102019218769A1
Application number: DE102019218769.2A
Authority: DE
Inventors: Hans Artmann; Rainer Straub; Stefan Pinter; Heribert Weber; Daniel PANTEL; Christian Peters
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-12-03
Filing date: 2019-12-03
Publication date: 2020-11-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung mit einer Halterung (10), einer ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus einem ersten piezoelektrischen Material, mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c), welche derart ausgebildet sind, dass ein Spannungssignal (Udrive) an die erste piezoelektrische Schicht (14) anlegbar ist, einem verstellbaren Teil (12), welches derart angeordnet ist, dass das verstellbare Teil (12) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus seiner Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung (10) verstellbar ist, und einer zweiten piezoelektrischen Schicht (16) aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material, wobei die mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c) derart ausgebildet sind, dass an der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) ein Sensorsignal (Usensor) abgreifbar ist, und wobei die zweite piezoelektrische Schicht (16) derart angeordnet ist, dass die zweite piezoelektrische Schicht (16) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus ihrer zweiten Ausgangsform derart verformbar ist, dass das an der verformten zweiten piezoelektrischen Schicht (16) abgegriffene Sensorsignal (Usensor) variiert.

Description

Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung. Ebenso betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung.
Stand der Technik
In der US 2017/0194934 A1 ist ein Ultraschallwandler beschrieben, welcher eine erste piezoelektrische Schicht aus einem ersten piezoelektrischen Material, wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat, zum Aussenden von Ultraschallwellen und eine zweite piezoelektrische Schicht aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material, insbesondere aus Aluminiumnitrid, zum Empfangen von Ultraschallwellen nutzt.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung schafft ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 10.
Vorteile der Erfindung
Die vorliegende Erfindung schafft vorteilhafte Möglichkeiten zum Überprüfen/Verifizieren einer mittels eines Anlegens eines Spannungssignals an eine erste piezoelektrische Schicht aus einem ersten piezoelektrischen Material ausgelöste Ist-Verstellbewegung eines verstellbaren Teils. Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Überprüfung oder Verifizierung der Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils, indem eine zweite piezoelektrische Schicht aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material, mittels des durch das Anlegen des Spannungssignals bewirkten Verformens der ersten piezoelektrischen Schicht mitverformbar ist. Außerdem ist an der zweiten piezoelektrischen Schicht ein Sensorsignal abgreifbar. Mittels einer Auswertung des an der zweiten piezoelektrischen Schicht abgegriffenen Sensorsignals kann somit die mittels des angelegten Spannungssignals ausgelöste Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils, bzw. eine aktuelle Ist-Stellung des verstellbaren Teils, ermittelt werden. Auf diese Weise kann verlässlich festgelegt werden, ob die mittels des angelegten Spannungssignals ausgelöste Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils einer gewünschten Soll-Verstellbewegung, bzw. die aktuelle Stellung des verstellbaren Teils einer gewünschten Soll-Stellung, entspricht. Entsprechend ist mittels des Auswertens des an der zweiten piezoelektrischen Schicht abgegriffenen Sensorsignals ein Korrigieren der Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils oder der aktuellen Ist-Stellung des verstellbaren Teils möglich.
Eine Verwendung des mikromechanischen Bauteils in einer Aktor- und/oder Sensorvorrichtung hat somit den Vorteil, dass der Betrieb der Aktor- und/oder Sensorvorrichtung auf die im vorausgehenden Absatz beschriebene Weise verbesserbar/optimierbar ist. Eine Verwendbarkeit des mikromechanischen Bauteils ist auf keinen bestimmten Typ von Aktor- und/oder Sensorvorrichtungen beschränkt. Das erfindungsgemäße mikromechanische Bauteil ist somit vielseitig einsetzbar.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist an dem mikromechanischen Bauteil eine Auswerte- und Betreibereinrichtung derart ausgebildet, dass das Sensorsignal mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung an der zweiten piezoelektrischen Schicht abgreifbar ist und das Spannungssignal mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung unter Berücksichtigung des abgegriffenen Sensorsignals und einer der Auswerte- und Betreibereinrichtung vorgegebenen Soll-Stellung oder Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils an die erste piezoelektrische Schicht anlegbar ist. Insbesondere kann mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung überprüfbar sein, ob eine mittels des Sensorsignals detektierte Ist-Stellung oder Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils der vorgegebenen Soll-Stellung oder Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils entspricht, wobei auf eine erkannte Abweichung der Ist-Stellung von der Soll-Stellung oder der Ist-Verstellbewegung von der Soll-Verstellbewegung mittels einer entsprechenden Festlegung/Korrektur des Spannungssignals reagiert werden kann. Mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung ist deshalb ein Betrieb des mikromechanischen Bauteils, bzw. der damit ausgestatteten Aktor- und/oder Sensorvorrichtdung verbesserbar/optimierbar.
Vorzugsweise ist die erste piezoelektrische Schicht aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Kalium-Natrium-Niobat als dem ersten piezoelektrischen Material. Blei-Zirkonat-Titanat ist in seiner kristallinen Form piezo-, pyro- und ferroelektrisch. Blei-Zirkonat-Titanat eignet sich besonders gut für Aktor-Anwendungen. Die erste piezoelektrische Schicht kann insbesondere eine Materialzusammensetzung PbZr_0,52Ti_0,48O₃ aufweisen, sodass ein maximaler piezoelektrischer Effekt der ersten piezoelektrischen Schicht bewirkbar ist. Insbesondere kann die erste piezoelektrische Schicht aus Blei-Zirkonat-Titanat mit der {001}-Kristallorientierung orientiert sein.
Alternativ oder ergänzend kann die zweite piezoelektrische Schicht aus Aluminiumnitrid als dem zweiten piezoelektrischen Material sein. In seiner kristallinen Form ist Aluminiumnitrid piezo- und pyroelektrisch. Vor allem für Sensorik-Anwendungen ist Aluminiumnitrid gut geeignet. Insbesondere kann die zweite piezoelektrische Schicht aus Aluminiumnitrid mit der {002}-Kristallorientierung orientiert sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform umfasst das mikromechanische Bauteil eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und eine dritte Elektrode als die mindestens drei Elektroden, wobei die erste piezoelektrische Schicht eine erste Elektrodenfläche der ersten Elektrode kontaktiert und die zweite piezoelektrische Schicht eine parallel zu der ersten Elektrodenfläche ausgerichtete zweite Elektrodenfläche der zweiten Elektrode kontaktiert. Eine derartige Anordnung zumindest der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, der ersten piezoelektrischen Schicht und der zweiten piezoelektrischen Schicht ist vergleichsweise platzsparend.
Insbesondere kann die erste piezoelektrische Schicht auf ihrer von der ersten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die dritte Elektrode und die zweite piezoelektrische Schicht kann auf ihrer von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die erste Elektrode kontaktieren. Alternativ kann die erste piezoelektrische Schicht auf ihrer von der ersten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die zweite Elektrode und die zweite piezoelektrische Schicht kann auf ihrer von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die dritte Elektrode kontaktieren. Eine Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit lediglich drei Elektroden ist in beiden Fällen ausreichend.
Alternativ kann eine erste Seite der dritten Elektrode eine von der ersten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der ersten piezoelektrischen Schicht kontaktiert und eine zweite Seite der dritten Elektrode kann eine von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht kontaktiert. Das Spannungssignal kann somit über die erste Elektrode und die dritte Elektrode an der ersten piezoelektrischen Schicht angelegt werden, während das Sensorsignal von der zweiten piezoelektrischen Schicht über die zweite Elektrode und die dritte Elektrode abgreifbar ist. Die dritte Elektrode weist damit eine vorteilhafte Multifunktionalität auf, welche zum Einsparen einer zusätzlichen Elektrode genutzt werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist das mikromechanische Bauteil ein erstes Elektrodenpaar und ein zweites Elektrodenpaar als seine mindestens drei Elektroden auf, wobei eine erste Elektrode des ersten Elektrodenpaars eine erste Seite der ersten piezoelektrischen Schicht kontaktiert und eine zweite Elektrode des ersten Elektrodenpaars eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der ersten piezoelektrischen Schicht kontaktiert und eine erste Elektrode des zweiten Elektrodenpaars eine erste Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht kontaktiert und eine zweite Elektrode des zweiten Elektrodenpaars eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht kontaktiert. Wahlweise kann somit jede der zwei piezoelektrischen Schichten mit ihrem eigenen Elektrodenpaar ausgestattet sein.
Beispielsweise kann das verstellbare Teil über ein verbiegbares Biegeelement mit der Halterung verbunden sein, wobei die mindestens drei Elektroden, die erste piezoelektrische Schicht und die zweite piezoelektrische Schicht direkt oder indirekt derart an dem verbiegbaren Biegeelement angeordnet sind, dass das Biegeelement mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht verbiegbar ist, wodurch das verstellbare Teil in Bezug zu der Halterung verstellbar ist. Dies gewährleistet eine gute Verstellbarkeit des verstellbaren Teils in Bezug zu der Halterung bei gleichzeitiger verlässlicher Überprüfbarkeit einer bewirkten Verstellbewegung und/oder einer aktuellen Stellung des verstellbaren Teils in Bezug zu der Halterung.
Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einem Ausführen eines entsprechenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung gewährleistet. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann.
Figurenliste
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils;
4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; und
5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung.

Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das in 1 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil umfasst eine Halterung 10, ein verstellbares Teil 12, eine erste piezoelektrische Schicht 14 aus einem ersten piezoelektrischen Material, eine zweite piezoelektrische Schicht 16 aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material und mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c. Die mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c sind derart ausgebildet, dass ein Spannungssignal U_drive an die erste piezoelektrische Schicht 14 derart anlegbar ist, dass die erste piezoelektrische Schicht 14 mittels des angelegten Spannungssignals U_drive aus ihrer ersten Ausgangsform verformbar ist/verformt wird. Das verstellbare Teil 12 ist derart angeordnet, dass das verstellbare Teil 12 mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 aus seiner Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung 10 verstellbar ist/verstellt wird.
Die erste piezoelektrische Schicht 14 erfüllt somit die Funktionen einer piezoelektrischen Aktorschicht, welche das an die erste piezoelektrische Schicht 14 angelegte Spannungssignal U_drive in eine mechanische Kraft zum Verstellen des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 umwandelt. Die erste piezoelektrische Schicht 14 kann beispielsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Kalium-Natrium-Niobat als dem ersten piezoelektrischen Material sein. Die piezoelektrischen Materialien Blei-Zirkonat-Titanat und Kalium-Natrium-Niobat eignen sich besonders gut für einen Aktor. Die aus Blei-Zirkonat-Titanat gebildete erste piezoelektrische Schicht 14 kann beispielsweise in ihrer {101}-Kristallorientierung, in ihrer {001}-Kristallorientierung, in ihrer {110}-Kristallorientierung oder in ihrer {111}-Kristallorientierung vorliegen. Die aus Blei-Zirkonat-Titanat gebildete erste piezoelektrische Schicht 14 kann insbesondere auch mit mindestens einem Dotierstoff, wie z.B. Eisen, Natrium, Bismut, Mangan, Niob, Calcium, Barium, Magnesium, Nickel, Neodym, Strontium und/oder Lanthan, dotiert sein. Eine Konzentration des mindestens einen Dotierstoffs kann in einem Prozentbereich zwischen 0,001 % bis zu 41 % liegen.
Außerdem sind die mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c derart ausgebildet, dass an der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 ein Sensorsignal U_sensor abgreifbar ist. Die zweite piezoelektrische Schicht 16 ist zusätzlich derart angeordnet, dass die zweite piezoelektrische Schicht 16 mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 aus ihrer zweiten Ausgangsform derart verformbar ist/verformt wird, dass das an der verformten zweiten piezoelektrischen Schicht 16 abgegriffene Sensorsignal U_sensor variiert.
Die zweite piezoelektrische Schicht 16 erfüllt somit die Funktionen einer piezoelektrischen Sensorschicht, mittels welcher eine mittels des angelegten Spannungssignal U_drive bewirkte Verformung der ersten piezoelektrischen Schicht 14 bzw. eine Ist-Verstellbewegung des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 und/oder eine aktuelle Ist-Stellung des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 detektierbar und damit kontrollierbar sind. Das an der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 abgegriffene Sensorsignal U_sensor kann insbesondere dazu genutzt werden, das an die erste piezoelektrische Schicht 14 angelegte Spannungssignal U_drive bezüglich einer gewünschten Einhaltung einer vorgegebenen Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 und/oder einer vorgegebenen Soll-Stellung des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 zu korrigieren/neu festzulegen. Auf diese Weise kann bei einem Betrieb des mikromechanischen Bauteils eine genaue/verlässliche Einhaltung der vorgegebenen Soll-Verstellbewegung und/oder der vorgegebenen Soll-Stellung des verstellbaren Teils 12 sichergestellt werden.
Die zweite piezoelektrische Schicht 16 ist bevorzugt aus Aluminiumnitrid als dem zweiten piezoelektrischen Material. Vorteilhafterweise kann die aus Aluminiumnitrid geformte zweite piezoelektrische Schicht 16 in ihrer {002}-Kristallorientierung, in ihrer {100}-Kristallorientierung oder in ihrer {101}-Kristallorientierung orientiert sein. Ein Vorteil von Aluminiumnitrid ist seine deutlich höhere thermische, chemische und elektrische Stabilität gegenüber vielen anderen piezoelektrischen Materialien, wie beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat. Während Blei-Zirkonat-Titanat sich häufig während seiner Lebensdauer ändert, ist eine derartige Denaturierung von Aluminiumnitrid in der Regel nicht zu befürchten. Die aus Aluminiumnitrid gebildete zweite piezoelektrische Schicht 16 kann deshalb auch dazu genutzt werden, „Alterserscheinungen“ an der ersten piezoelektrischen Schicht 14 zu detektieren und mittels einer entsprechenden Korrektur des an die erste piezoelektrische Schicht 14 angelegten Sensorsignals U_drive auszugleichen. Optionaler Weise kann die aus Aluminiumnitrid gebildete zweite piezoelektrische Schicht 16 mit mindestens einem Dotierstoff, wie z.B. Scandium, Gallium, Europium, Cer, Erbium, Thulium, Vanadium, Yttrium, Magnesium, Silizium, Phosphor, Zink, Nickel, Chrom, Kobalt, Mangan, Kohlenstoff, Kupfer, Titan und/oder Hafnium, dotiert sein. Eine Konzentration des mindestens einen Dotierstoffs kann in einem Prozentbereich zwischen 0,001 % bis zu 41 % liegen.
Bei dem hier beschriebenen mikromechanischen Bauteil können somit die vorteilhaften Eigenschaften der piezoelektrischen Materialien Blei-Zirkonat-Titanat und Aluminiumnitrid derart miteinander kombiniert werden, dass Blei-Zirkonat-Titanat für die piezoelektrische Aktorschicht und Aluminiumnitrid für die piezoelektrische Sensorschicht genutzt werden. Bei einer derartigen Kombination der piezoelektrischen Materialien Blei-Zirkonat-Titanat und Aluminiumnitrid werden ihre spezifischen Nachteile umgangen und ihre Vorteile gegenüber anderen piezoelektrischen Materialien gezielt genutzt. Beispielsweise kann die aus Blei-Zirkonat-Titanat gebildete erste piezoelektrische Schicht 14 in ihrer {101}-Kristallorientierung orientiert sein, während die aus Aluminiumnitrid geformte zweite piezoelektrische Schicht 16 in ihrer {002}-Kristallorientierung orientiert ist.
Als optionale Weiterbildung kann an dem mikromechanischen Bauteil noch eine Auswerte- und Betreibereinrichtung 20 derart ausgebildet sein, dass das Sensorsignal U_sensor mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung 20 an der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 abgreifbar ist/abgegriffen wird. Außerdem kann die Auswerte- und Betreibereinrichtung 20 auch dazu ausgebildet sein, das Spannungssignal U_drive unter Berücksichtigung des abgegriffenen Sensorsignals U_sensor und einer der Auswerte- und Betreibereinrichtung 20 vorgegebenen Soll-Stellung oder Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils 12 (in Bezug zu der Halterung 10) an die erste piezoelektrische Schicht 14 anzulegen. Die hier beschriebene Auswerte- und Betreibereinrichtung 20 stellt somit sicher, dass die vorgegebene Soll-Verstellbewegung oder Soll-Stellung des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 verlässlich eingehalten wird.
Das verstellbare Teil 12 kann beispielsweise ein Mikrospiegel (mit zumindest einer reflektierenden/spiegelnden Teiloberfläche), ein Bragg-Reflektor oder ein optisches Filterelement sein. Bei dem mikromechanischen Bauteil der 1 ist das verstellbare Teil 12 beispielhaft über ein verbiegbares Biegeelement 22 mit der Halterung 10 verbunden. Die mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c, die erste piezoelektrische Schicht 14 und die zweite piezoelektrische Schicht 16 sind direkt oder indirekt derart an dem verbiegbaren Biegeelement 22 angeordnet, dass das Biegeelement 22 mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 verbiegbar ist/verbogen wird, wodurch das verstellbare Teil 12 in Bezug zu der Halterung 10 verstellbar ist/verstellt wird. Das verbiegbare Biegeelement 22 kann insbesondere als verbiegbarer Biegebalken ausgebildet sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 1 bildlich wiedergegebene Anbindung des verstellbaren Teils 12 an die Halterung 10 nicht einschränkend zu interpretieren ist.
Nachfolgend wird auf die Anordnung der ersten piezoelektrischen Schicht 14, der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 und der mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c an dem mikromechanischen Bauteil der 1 genauer ei ngegangen:

Das mikromechanische Bauteil der 1 weist genau eine erste Elektrode 18a, eine zweite Elektrode 18b und eine dritte Elektrode 18c als seine mindestens drei Elektroden 18a, 18b und 18c auf. Die erste piezoelektrische Schicht 14 kontaktiert eine erste Teilfläche der ersten Elektrode 18a. Außerdem kontaktiert die zweite piezoelektrische Schicht 16 eine zweite Teilfläche der ersten Elektrode 18a, wobei die erste Teilfläche und die zweite Teilfläche auf einer gemeinsamen Seite der ersten Elektrode 18a liegen. Die zweite Elektrode 18b ist auf einer von der ersten Teilfläche der ersten Elektrode 18a weg gerichteten Seite der ersten piezoelektrischen Schicht 14 angeordnet. Entsprechend ist die dritte Elektrode 18c auf einer von der zweiten Teilfläche der ersten Elektrode 18a weg gerichteten Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht 14 angeordnet. Die erste piezoelektrische Schicht 14 ist somit zwischen der ersten Elektrode 18a und der zweiten Elektrode 18b angeordnet, so dass mittels der ersten Elektrode 18a und der zweiten Elektrode 18b das Spannungssignal U_drive an die erste piezoelektrische Schicht 14 angelegt werden kann. Die zweite piezoelektrische Schicht 16 liegt zwischen der ersten Elektrode 18a und der dritten Elektrode 18c, weshalb das Sensorsignals U_sensor an der ersten Elektrode 18a und der dritten Elektrode 18c abgegriffen werden kann. Damit können lediglich die drei Elektroden 18a, 18b und 18c zum Betreiben der ersten piezoelektrischen Schicht 14 als piezoelektrische Aktorschicht und der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 als piezoelektrische Sensorschicht genutzt werden.

Eine von ihrer ersten Teilfläche und ihrer zweiten Teilfläche weg gerichtete Seite der ersten Elektrode 18a kann an dem verbiegbaren Biegeelement 22 befestigt werden. Dies stellt sicher, dass das Biegeelement 22 mittels der durch Anlegen des Spannungssignals U_drive verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 verbogen wird, wobei das verbogene Biegeelement 22 und die ebenfalls verbogene erste Elektrode 18a eine Mitverformung der ersten piezoelektrischen Schicht 14 unter Variierung des Sensorsignals U_sensor bewirken.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das in 2 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil unterscheidet sich von der vorausgehend beschriebenen Ausführungsform lediglich in der Anordnung seiner drei Elektroden 18a, 18b und 18d und in deren Befestigung an dem Biegeelement 22.
Bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 liegen die erste piezoelektrische Schicht 14 und die zweite piezoelektrische Schicht 16 zwischen der ersten Elektrode 18a und der zweiten Elektrode 18b. Die erste piezoelektrische Schicht 14 kontaktiert eine erste Elektrodenfläche der ersten Elektrode 18a, während die zweite piezoelektrische Schicht 16 eine parallel zu der ersten Elektrodenfläche ausgerichtete zweite Elektrodenfläche der zweiten Elektrode 18b kontaktiert. Außerdem liegt die dritte Elektrode 18d zwischen der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 16. Eine erste Seite der dritten Elektrode 18d kontaktiert eine von der ersten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und eine zweite Seite der dritten Elektrode 18d kontaktiert eine von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht 16. Die erste Elektrode 18a und die dritte Elektrode 18d können somit zum Anlegen des Spannungssignals U_drive an die erste piezoelektrische Schicht 14 genutzt werden, während das Sensorsignal U_sensor mittels der zweiten Elektrode 18b und der dritten Elektrode 18d an der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 abgreifbar ist.
Lediglich beispielhaft ist bei dem mikromechanischen Bauteil der 2 eine von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 weg gerichtete Seite der ersten Elektrode 18a an dem Biegeelement 22 befestigt. Auch die in 2 bildlich wiedergegebene Anordnung stellt sicher, dass das Biegeelement 22 mittels der durch Anlegen des Spannungssignals U_drive verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 verbogen wird. Gleichzeitig wird auch die erste piezoelektrische Schicht 14, welche von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 nur durch die dritte Elektrode 18d getrennt ist, mitverbogen, wodurch das Sensorsignal U_sensor variiert wird. Eine gute Verstellbarkeit des verstellbaren Teils 12 in Bezug zu der Halterung 10 unter entsprechender Variierung des Spannungssignals U_drive ist auch gewährleistet, wenn eine von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 weg gerichtete Seite der zweiten Elektrode 18b an dem Biegeelement 22 befestigt ist.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 2 wird auf die vorausgehend beschriebene Ausführungsform der 1 verwiesen.
Die mittels der 1 und 2 wiedergegebenen mikromechanischen Bauteile weisen den Vorteil auf, dass die aus der ersten piezoelektrischen Schicht 14, der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 und den mindestens drei Elektroden 18a, 18b, 18c und 18d gebildeten Schichtstapel/Stacks nur ein vergleichsweise geringes Volumen einnehmen. Die mikromechanischen Bauteile eignen sich deshalb besonders gut für eine medizinische Anwendung in einem menschlichen oder tierischen Körper, wie beispielsweise zum dosierten Verabreichen eines Medikaments („Drug Targeting“).
Bei jedem der Schichtstapel/Stacks kann seine Grundfläche eine beliebige geometrische Form haben. Die Grundfläche kann beispielsweise rechteckförmig, quadratisch, rautenförmig, vieleckförmig, kreisförmig, kreissektorförmig, wie insbesondere halbkreisförmig oder viertelkreisförmig, ringförmig, ringsektorförmig, wie z.B. halbringförmig oder viertelringförmig, oder ellipsenförmig sein.
3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Das mittels der 3 schematisch wiedergegebene mikromechanische Bauteil weist ein erstes Elektrodenpaar 24a und 24b und ein zweites Elektrodenpaar 26a und 26b als seine mindestens drei Elektroden 24a, 24b, 26a und 26b auf. Eine erste Elektrode 24a des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b kontaktiert eine erste Seite der ersten piezoelektrischen Schicht 14, während eine zweite Elektrode 24b des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der ersten piezoelektrischen Schicht 14 kontaktiert. Das erste Elektrodenpaar 24a und 24b kann somit zum Anlegen des Spannungssignals U_drive an die erste piezoelektrische Schicht 14 verwendet werden. Außerdem kontaktiert eine erste Elektrode 26a des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b eine erste Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht 16, während eine zweite Elektrode 26b des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 kontaktiert. Das Sensorsignals U_sensor der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 kann deshalb an dem zweiten Elektrodenpaar 26a und 26b abgegriffen werden.
Ein aus der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und dem ersten Elektrodenpaar 24a und 24b gebildeter erster Schichtstapel/Stack und ein aus der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 und dem zweiten Elektrodenpaar 26a und 26b gebildeter zweiter Schichtstapel/Stack können beliebige Grundflächen aufweisen. Die Grundflächen der Schichtstapel/Stacks können beispielsweise rechteckförmig, quadratisch, rautenförmig, vieleckförmig, kreisförmig, kreissektorförmig, wie insbesondere halbkreisförmig oder viertelkreisförmig, ringförmig, ringsektorförmig, wie z.B. halbringförmig oder viertelringförmig, oder ellipsenförmig sein. Insbesondere kann einer der beiden Schichtstapel eine kreisförmige Grundfläche haben, welche der mit einer ringförmigen Grundfläche ausgebildete andere Schichtstapel umrahmt.
In dem Beispiel der 3 sind eine von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 weg gerichtete Seite der ersten Elektrode 24a des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b und eine von der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 weg gerichtete Seite der ersten Elektrode 26a des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b jeweils an dem Biegeelement 22 befestigt. Das Biegeelement 22 kann damit mittels der durch Anlegen des Spannungssignals U_drive verformten ersten piezoelektrischen Schicht 14 verbogen werden. Gleichzeitig bewirkt das verbogene Biegeelement 22 eine Mitverformung der ersten piezoelektrischen Schicht 14, wodurch das Sensorsignal U_sensor variiert wird. Der gleiche Funktionsmechanismus ist gewährleistet, wenn der erste Schichtstapel/Stack an einer von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 weg gerichteten Seite der zweiten Elektrode 24b des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b und/oder der zweite Schichtstapel/Stack an einer von der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 weg gerichteten Seite der zweiten Elektrode 2bb des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b an dem Biegeelement 22 befestigt sind.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 3 wird auf die Beschreibung der Ausführungsform der 1 verwiesen.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils.
Auch bei dem mikromechanischen Bauteil der 4 liegt die erste piezoelektrische Schicht 14 zwischen dem ersten Elektrodenpaar 24a und 24b, welches zum Anlegen des Spannungssignals U_drive an die erste piezoelektrische Schicht 14 genutzt werden kann. Die zweite piezoelektrische Schicht 16 ist zwischen dem zweiten Elektrodenpaar 26a und 26b, weshalb das Sensorsignals U_sensor an dem zweiten Elektrodenpaar 26a und 26b abgegriffen werden kann. Im Unterschied zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform bilden ein aus der ersten piezoelektrischen Schicht 14 und dem ersten Elektrodenpaar 24a und 24b gebildeter erster Schichtstapel/Stack und ein aus der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 und dem zweiten Elektrodenpaar 26a und 26b gebildeter zweiter Schichtstapel/Stack und eine Isolierschicht 28 einen gemeinsamen Schichtstapel/Stack, wobei die Isolierschicht 28 zwischen der zweiten Elektrode 24b des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b und der ersten Elektrode 26a des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b angeordnet ist.
Eine von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 weg gerichtete Seite der ersten Elektrode 24a des ersten Elektrodenpaars 24a und 24b ist an dem Biegeelement 22 befestigt. Wird die erste piezoelektrische Schicht 14 Anlegen des Spannungssignals U_drive verbogen, so wird auch das Biegeelement 22 mitverbogen. Auch die erste piezoelektrische Schicht 14 wird mittels der Verformung der ersten piezoelektrischen Schicht 14 mitverformt, was anhand des variierenden Sensorsignals U_sensor ermittelbar/verifizierbar ist. Die hier beschriebenen Vorteile sich auch gewährleistet, wenn eine von der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 weg gerichtete Seite der zweiten Elektrode 26b des zweiten Elektrodenpaars 26a und 26b an dem Biegeelement 22 befestigt ist.
Bezüglich weiterer Eigenschaften und Merkmale des mikromechanischen Bauteils der 4 wird auf die Beschreibung der Ausführungsformen der 1 und 3 verwiesen.
Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile eignen sich vorteilhaft für eine Verwendung als Aktor- und/oder Sensorvorrichtung oder als Teil einer Aktor- und/oder Sensorvorrichtung. Als Weiterbildung kann ein derartiges mikromechanisches Bauteil auch mehrere der bildlich wiedergegebenen Schichtstapel/Stacks aufweisen.
Die mindestens drei Elektroden 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können aus mindestens einem Metall und/oder aus mindestens einem nichtmetallischen elektrisch-leitfähigen Material gebildet sein. Jede der mindestens drei Elektroden 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile kann wahlweise einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet sein. Zumindest eine der mindestens drei Elektroden 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b kann derart mehrschichtig ausgebildet sein, dass die erste piezoelektrische Schicht 14 oder die zweite piezoelektrischen Schicht 16 eine Elektrodenkontaktschicht der jeweiligen Elektrode kontaktiert. Die von der ersten piezoelektrischen Schicht 14 oder von der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 jeweils kontaktierte Elektrodenkontaktschicht kann eine von mindestens zwei Schichten der jeweiligen Elektrode 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a oder 26b sein. Das mindestens eine Material der mindestens einen Elektrodenkontaktschicht kann so gewählt sein, dass eine bessere Haftung der jeweiligen piezoelektrischen Schicht 14 und 16 an der jeweilige Elektrode 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a oder 26b, eine bessere elektrische Impedanz zwischen der jeweiligen piezoelektrischen Schicht 14 und 16 und der jeweilige Elektrode 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a oder 26b und/oder eine Diffusionsbarriere zwischen der jeweiligen piezoelektrischen Schicht 14 und 16 und der der jeweilige Elektrode 18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a oder 26b realisiert ist. Das mindestens eine Material der mindestens einen Elektrodenkontaktschicht ist vorzugsweise leitfähig. Insbesondere kann das mindestens eine Material der mindestens einen Elektrodenkontaktschicht LaNiO₃, Chrom, Titan, Rutheniumoxid, Iridiumoxid und/oder SrRuO₃ sein. Eine Schichtdicke der Elektrodenkontaktschicht kann in einem Bereich von ein paar Nanometer bis zu 10 µm liegen.
Für eine die erste piezoelektrische Schicht 14 aus Blei-Zirkonat-Titanat kontaktierende Elektrode 18a, 24a und 24b/ Elektrodenkontaktschicht werden die Materialien Platin, Ti/TiO_x/Pt (x zwischen 0 und 3), LaNiO₃, Aluminium, Indiumzinkoxid, Indiumzinnoxid und/oder Aluminiumzinkoxid bevorzugt. Demgegenüber werden für eine die zweite piezoelektrische Schicht 16 aus Aluminiumnitrid kontaktierende Elektrode 18b, 26a und 26b/Elektrodenkontaktschicht die Materialien Silber, Aluminium, Gold, Titan, Kobalt, Chrom, Kupfer, Eisen, Molybdän, Niob, Nickel, Platin, Titan, Wolfram, Zink, Zirconium, Silizium, dotiertes Silizium, Indiumzinkoxid, Indiumzinnoxid und/oder Aluminiumzinkoxid bevorzugt.
Die erste piezoelektrische Schicht 14 und die zweite piezoelektrische Schicht 16 können jeweils wahlweise einschichtig oder mehrschichtig sein. Beispielsweise können sich die einzelnen Schichten der ersten piezoelektrischen Schicht 14 unterschiedliche Zusammensetzungen und/oder verschiedene Dotierungen aufweisen. Entsprechend können auch die einzelnen Schichten der zweiten piezoelektrischen Schicht 16 unterschiedliche Zusammensetzungen und/oder verschiedene Dotierungen aufweisen.
5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung.
In einem Verfahrensschritt S1 wird eine erste piezoelektrische Schicht aus einem ersten piezoelektrischen Material gebildet. Die erste piezoelektrische Schicht wird vorzugsweise aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Kalium-Natrium-Niobat als dem ersten piezoelektrischen Material gebildet.
In einem Verfahrensschritt S2 wird eine zweite piezoelektrische Schicht aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material gebildet. Bevorzugter Weise wird die zweite piezoelektrische Schicht aus Aluminiumnitrid als dem zweiten piezoelektrischen Material gebildet.
Außerdem werden in einem Verfahrensschritt S3 mindestens drei Elektroden derart gebildet, dass ein Spannungssignal an die erste piezoelektrische Schicht anlegbar ist und, sofern das Spannungssignal an die erste piezoelektrische Schicht angelegt wird, die erste piezoelektrische Schicht mittels des angelegten Spannungssignals aus ihrer ersten Ausgangsform verformt wird. Zusätzlich werden die mindestens drei Elektroden derart ausgebildet, dass an der zweiten piezoelektrischen Schicht ein Sensorsignal abgreifbar ist. Beispiele für die mindestens drei Elektroden sind oben schon beschrieben.
Zusätzlich wird als Verfahrensschritt S4 eine Halterung mit einem verstellbaren Teil derart gebildet, dass das verstellbare Teil mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht aus seiner Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung verstellt wird. Wie oben bereits erklärt ist, kann das verstellbare Teil insbesondere über ein verbiegbares Biegeelement mit der Halterung verbunden werden.
Des Weiteren wird bei einem Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens die zweite piezoelektrische Schicht in dem Verfahrensschritt S2 derart angeordnet, dass die zweite piezoelektrische Schicht mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht aus ihrer zweiten Ausgangsform derart verformt wird, dass das an der verformten zweiten piezoelektrischen Schicht abgegriffene Sensorsignal variiert. Damit weist auch ein durch Ausführen des hier beschriebenen Herstellungsverfahrens hergestelltes mikromechanisches Bauteil die oben erläuterten Vorteile auf.
Bei einem Ausführen der Verfahrensschritte S1 und S2 können das Blei-Zirkonat-Titanat der ersten piezoelektrischen Schicht und das Aluminiumnitrid der zweiten piezoelektrischen Schicht mittels aller bekannter Techniken abgeschieden werden. Beispielsweise kann das Blei-Zirkonat-Titanat mittels einer Plasma-Abscheideanlage oder mittels der Sol-Gel-Technik abgeschieden werden. Auch das Aluminiumnitrid kann mittels einer Plasma-Abscheideanlage abgeschieden werden. Alternativ kann das Aluminiumnitrid auch durch Laserstrahlverdampfen (Pulsed Laser Deposition) abgeschieden werden. Da die piezoelektrischen Eigenschaften von Aluminiumnitrid selbst bei Temperaturen von bis zu 600 °C stabil sind, wird bevorzugter Weise zuerst die zweite piezoelektrische Schicht aus Aluminiumnitrid abgeschieden und dann erst die erste piezoelektrische Schicht aus Blei-Zirkonat-Titanat gebildet. Wahlweise können das Blei-Zirkonat-Titanat der ersten piezoelektrischen Schicht und das Aluminiumnitrid der zweiten piezoelektrischen Schicht auch mittels eines geeigneten Prozessschrittes gleichzeitig abgeschieden werden.
Nach mindestens einem der Verfahrensschritte S1 und S2 kann als optionaler Verfahrensschritt S5 auch ein „Temper-Schritt“ zum Härten der ersten piezoelektrischen Schicht und/oder der zweiten piezoelektrischen Schicht ausgeführt werden. Auf diese Weise können die piezoelektrischen Eigenschaften der ersten piezoelektrischen Schicht und/oder der zweiten piezoelektrischen Schicht verbessert werden. Zum Härten/Tempern der ersten piezoelektrischen Schicht und/oder der zweiten piezoelektrischen Schicht kann ein klassischer Ofen verwendet werden oder ein RTP-Prozess (Rapid Thermal Annealing) ausgeführt werden. Der Verfahrensschritt S5 kann direkt nach einem Abscheiden der jeweiligen piezoelektrischen Schicht oder später ausgeführt werden.
Als optionaler Verfahrensschritt S6 kann an dem mikromechanischen Bauteil noch eine Auswerte- und Betreibereinrichtung derart ausgebildet werden, dass das Sensorsignal mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung an der zweiten piezoelektrischen Schicht abgegriffen wird und das Spannungssignal mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung unter Berücksichtigung des abgegriffenen Sensorsignals und einer der Auswerte- und Betreibereinrichtung vorgegebenen Soll-Stellung oder Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils an die erste piezoelektrische Schicht angelegt wird.
Sofern nicht anders beschrieben, können die Verfahrensschritte S1 bis S6 in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2017/0194934 A1 [0002]

Claims

Mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung mit: einer Halterung (10); einer ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus einem ersten piezoelektrischen Material; mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b), welche derart ausgebildet sind, dass ein Spannungssignal (U_drive) an die erste piezoelektrische Schicht (14) derart anlegbar ist, dass die erste piezoelektrische Schicht (14) mittels des angelegten Spannungssignals (U_drive) aus ihrer ersten Ausgangsform verformbar ist; einem verstellbaren Teil (12), welches derart angeordnet ist, dass das verstellbare Teil (12) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus seiner Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung (10) verstellbar ist; und einer zweiten piezoelektrischen Schicht (16) aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material, wobei die mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b) derart ausgebildet sind, dass an der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) ein Sensorsignal (U_sensor) abgreifbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite piezoelektrische Schicht (16) derart angeordnet ist, dass die zweite piezoelektrische Schicht (16) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus ihrer zweiten Ausgangsform derart verformbar ist, dass das an der verformten zweiten piezoelektrischen Schicht (16) abgegriffene Sensorsignal (U_sensor) variiert.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei an dem mikromechanischen Bauteil eine Auswerte- und Betreibereinrichtung (20) derart ausgebildet ist, dass das Sensorsignal (U_sensor) mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung (20) an der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) abgreifbar ist und das Spannungssignal (U_drive) mittels der Auswerte- und Betreibereinrichtung (20) unter Berücksichtigung des abgegriffenen Sensorsignals (U_sensor) und einer der Auswerte- und Betreibereinrichtung (20) vorgegebenen Soll-Stellung oder Soll-Verstellbewegung des verstellbaren Teils (12) an die erste piezoelektrische Schicht (14) anlegbar ist.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste piezoelektrische Schicht (14) aus Blei-Zirkonat-Titanat oder Kalium-Natrium-Niobat als dem ersten piezoelektrischen Material ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite piezoelektrische Schicht (16) aus Aluminiumnitrid als dem zweiten piezoelektrischen Material ist.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das mikromechanische Bauteil eine erste Elektrode (18a), eine zweite Elektrode (18b) und eine dritte Elektrode (18c, 18d) als die mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c und 18d) umfasst, und wobei die erste piezoelektrische Schicht (14) eine erste Elektrodenfläche der ersten Elektrode (18a) kontaktiert und die zweite piezoelektrische Schicht (16) eine parallel zu der ersten Elektrodenfläche ausgerichtete zweite Elektrodenfläche der zweiten Elektrode (18b) kontaktiert.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 5, wobei entweder die erste piezoelektrische Schicht (14) auf ihrer von der ersten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die dritte Elektrode (18c) und die zweite piezoelektrische Schicht (16) auf ihrer von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die erste Elektrode (18a) kontaktieren oder die erste piezoelektrische Schicht (14) auf ihrer von der ersten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die zweite Elektrode (18b) und die zweite piezoelektrische Schicht (16) auf ihrer von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichteten Seite die dritte Elektrode (18c) kontaktieren.
Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 5, wobei eine erste Seite der dritten Elektrode (18d) eine von der ersten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der ersten piezoelektrischen Schicht (14) kontaktiert und eine zweite Seite der dritten Elektrode (18d) eine von der zweiten Elektrodenfläche weg gerichtete Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) kontaktiert.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das mikromechanische Bauteil ein ersten Elektrodenpaar (24a, 24b) und ein zweites Elektrodenpaar (26a, 26b) als seine mindestens drei Elektroden (24a, 24b, 26a und 26b) aufweist, und wobei eine erste Elektrode (24a) des ersten Elektrodenpaars (24a, 24b) eine erste Seite der ersten piezoelektrischen Schicht (14) und eine zweite Elektrode (24b) des ersten Elektrodenpaars (24a, 24b) eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der ersten piezoelektrischen Schicht (14) kontaktieren und eine erste Elektrode (26a) des zweiten Elektrodenpaars (26a, 26b) eine erste Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) und eine zweite Elektrode (26b) des zweiten Elektrodenpaars (26a, 26b) eine von ihrer ersten Seite weg gerichtete zweite Seite der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) kontaktieren.
Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das verstellbare Teil (12) über ein verbiegbares Biegeelement (22) mit der Halterung (10) verbunden ist, und wobei die mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b), die erste piezoelektrische Schicht (14) und die zweite piezoelektrische Schicht (16) direkt oder indirekt derart an dem verbiegbaren Biegeelement (22) angeordnet sind, dass das Biegeelement (22) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) verbiegbar ist, wodurch das verstellbare Teil (12) in Bezug zu der Halterung (10) verstellbar ist.
Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine Aktor- und/oder Sensorvorrichtung mit den Schritten: Bilden einer ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus einem ersten piezoelektrischen Material (S1); Bilden mindestens dreier Elektroden (18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b) (S3) derart, dass ein Spannungssignal (U_drive) an die erste piezoelektrische Schicht (14) anlegbar ist und, sofern das Spannungssignal (U_drive) an die erste piezoelektrische Schicht (14) angelegt wird, die erste piezoelektrische Schicht (14) mittels des angelegten Spannungssignals (U_drive) aus ihrer ersten Ausgangsform verformt wird; Bilden einer Halterung (10) mit einem verstellbaren Teil (12) (S4) derart, dass das verstellbare Teil (12) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus seiner Ausgangsstellung in Bezug zu der Halterung (10) verstellt wird; und Bilden einer zweiten piezoelektrischen Schicht (16) aus einem zweiten piezoelektrischen Material ungleich dem ersten piezoelektrischen Material (S2), wobei die mindestens drei Elektroden (18a, 18b, 18c, 18d, 24a, 24b, 26a und 26b) derart ausgebildet werden, dass an der zweiten piezoelektrischen Schicht (16) ein Sensorsignal (U_sensor) abgreifbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass die zweite piezoelektrische Schicht (16) derart angeordnet wird, dass die zweite piezoelektrische Schicht (16) mittels der aus ihrer ersten Ausgangsform verformten ersten piezoelektrischen Schicht (14) aus ihrer zweiten Ausgangsform derart verformt wird, dass das an der verformten zweiten piezoelektrischen Schicht (16) abgegriffene Sensorsignal (U_sensor) variiert.