DE102019220126A1

DE102019220126A1 - Bewegbares Piezoelement und Verfahren zum Herstellen eines bewegbaren Piezoelements

Info

Publication number: DE102019220126A1
Application number: DE102019220126.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Kämpfe; Patrick Polakowski; Konrad Seidel
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2019-12-19
Filing date: 2019-12-19
Publication date: 2021-06-24
Anticipated expiration: 2039-12-20
Also published as: WO2021123147A1; US20230013976A1; DE102019220126B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bewegbares Piezoelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung. Das bewegbare Piezoelement ist mit einem strukturierten Substrat, bei dem zwischen einer ersten Substratschicht (100) und einer zweiten Substratschicht (102) eine Zwischenschicht (101) angeordnet ist, einer auf der zweiten Substratschicht (102) angeordnete ersten Elektrodenschicht (104) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff, einer auf der ersten Elektrodenschicht (104) angeordneten ferroelektrischen, piezoelektrischen bzw. flexoelektrischen Schicht (105) und einer auf dieser Schicht (105) angeordneten zweiten Elektrodenschicht (106) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff versehen. Die zweite Substratschicht (102) ist derart strukturiert, dass mindestens ein einseitig eingespannter Balken der zweiten Substratschicht (102) geformt ist, der räumlich beabstandet zu der ersten Substratschicht (100) ist und eine der ersten Substratschicht (100) abgewandte Oberfläche des Balkens und/oder eine Seitenfläche des Balkens zumindest teilweise mit einem Schichtstapel aus der ersten Elektrodenschicht (104), der ferroelektrischen, piezoelektrischen bzw. flexoelektrischen Schicht (105) und der zweiten Elektrodenschicht (106) bedeckt ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein bewegbares Piezoelement und ein Verfahren zum Herstellen eines bewegbaren Piezoelements.
In elektromechanischen Systemen werden vorwiegend aus einer Ebene schwingende Systeme aufgebaut, die elektrostatisch oder piezoelektrisch betrieben werden können. Während piezoelektrisch schwingende Systeme eine gute Integrierbarkeit aufweisen, sind diese kostenintensiv. Eine Leistungsaufnahme und kapazitive Last ist sehr hoch durch die hohe Permittivität des oftmals eingesetzten Werkstoffs Blei-Zirkonat-Titanat (PZT), der darüber hinaus toxisch und daher auch nicht RHoS-konform ist (Restriction of Hazardous Substances, EU-Richtlinie 2011/65/EU). Hierbei werden vergleichsweise hohe Spannungen von mehr als 20 V verwendet und eine in-plane-Schwingung konnte bislang nicht realisiert werden. Darüberhinaus sind ultradünne piezoelektrische Systeme mittels der benötigten hohen Kristallisationstemperaturen als auch der Materialeigenschaften ultradünner piezoelektrischer Schichten häufig nicht kompatibel mit nanoelektromechanischer Implementation für extrem hochsensitive Verfahrwege.
Elektrostatisch schwingende Systeme sind in der Regel Kammantriebe, die ebenfalls typischerweise nicht als out-of-plane-Schwinger integriert werden können und somit äußere Schwingungen auch nicht ausgleichen können. Außerdem werden wiederum relativ hohe elektrische Spannungen benötigt, um einen großen Auslenkungsbereich zu gewährleisten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein bewegbares piezoelektrisches Element und ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, das die genannten Nachteile vermeidet, die also die einfache Herstellung eines zuverlässig arbeitenden und in einem weiten Anwendungsbereich verwendbaren piezoelektrischen Elements ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein piezoelektrisches Element nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Ein bewegbares Piezoelement, also ein bewegbares oder bewegliches piezoelektrisches Element, vorzugsweise ein Piezoaktor, weist ein Substrat auf, bei dem zwischen einer ersten Substratschicht und einer zweiten Substratschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist. Auf der zweiten Substratschicht ist eine erste Elektrodenschicht aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff aufgebracht. Auf der ersten Elektrodenschicht ist eine ferroelektrischen, piezoelektrischen und bzw. oder flexoelektrischen Schicht und darauf eine zweite Elektrodenschicht angeordnet, die aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff ausgebildet ist. Die zweite Substratschicht ist derart strukturiert, dass mindestens ein einseitig eingespannter Balken der zweiten Substratschicht geformt ist, der räumlich beabstandet zu der ersten Substratschicht ist. Eine der ersten Substratschicht abgewandte Oberfläche des Balkens und bzw. oder eine Seitenfläche des Balkens ist zumindest teilweise mit einem Schichtstapel aus der ersten Elektrodenschicht, der ferroelektrischen, piezoelektrischen und bzw. oder flexoelektrischen Schicht und der zweiten Elektrodenschicht bedeckt.
Durch die ferroelektrische, piezoelektrischen bzw. flexoelektrische Schicht und die gewählte Bedeckung des Balkens mit dieser Schicht kann eine gezielte Ansteuerung des Schwingungsverhaltens des Balkens erfolgen. Durch Auswahl der zu bedeckenden Seiten kann gezielt die Schwingungsrichtung vorgegeben werden, wobei eine Seitenfläche typischerweise jede gegenüber einer dem Substrat zugewandten oder abgewandten Oberfläche abgewinkelte Oberfläche bezeichnen soll. Die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht ist zudem einfach und effizient in bestehende Prozesse zu integrieren.
Die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht können hierbei aus einem identischen bzw. gleichen Werkstoff ausgebildet sein, es können aber auch unterschiedliche Werkstoffe für diese Schichten verwendet werden. Typischerweise wird die erste Elektrodenschicht bzw. die zweite Elektrodenschicht aus Titannitrid (TiN), Tantalnitrid (TaN), Ruthenium (Ru), Rutheniumoxid (RuO), Aluminium, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Chrom, Eisen, Nickel, Palladium, Cadmium, Platin, Kobalt, Gold, Zinn, Zink, Indium oder Legierungen daraus ausgebildet. Hierbei kann Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD) und bzw. oder physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) eingesetzt werden.
Das Substrat kann als sogenannter „silicon-on-insulator“-Wafer (SOI-Wafer) ausgebildet sein, d. h. die erste Substratschicht und die zweite Substratschicht sind voneinander durch eine elektrisch isolierende Schicht bzw. eine Opferschicht als Zwischenschicht getrennt. Die elektrisch isolierende Schicht ist somit zwischen den beiden Substratschichten angeordnet und mit jeder der Schichten in direktem, also unmittelbar berührendem, Kontakt. Als elektrisch isolierend soll hierbei jeder Werkstoff angesehen werden, dessen elektrische Leitfähigkeit von weniger als 10^-8 S/m aufweisen. Die Zwischenschicht kann allerdings auch aus einem dielektrischen Werkstoff ausgebildet sein. Als Substrat kann hochdotiertes Silizium verwendet werden, das eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweist und gleichzeitig gut strukturiert werden kann.
Es kann vorgesehen sein, dass die zweite Substratschicht eine geringere Schichtdicke aufweist als die erste Substratschicht, um die mechanische Stabilität wie gewünscht zu gewährleisten.
Typischerweise weist die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht eine Schichtdicke von maximal 50 nm auf. Bei diesen Dicken wird bereits bei kleinen elektrischen Spannungen unterhalb von 5 V und vorzugsweise unterhalb von 3 V eine Änderung des Polarisationszustands des Ferroelektrikums erreicht, das als Werkstoff die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht bildet. Damit ist eine benötigte Steuerspannung deutlich geringer als bei bekannten Niederspannungslösungen und ein Einsatz für Low-Power-Anwendungen ist möglich.
Es kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrodenschicht, die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht und bzw. oder die zweite Substratschicht eine Dickenvariation an der Seitenfläche von unterhalb 10 Prozent oder maximal 5 nm aufweisen, um möglichst fluchtend üebreinander angeordnete Schichten zu erhalten.
Der Balken kann entlang seiner Längsachse, also seiner Achse mit größter Ausdehnung, an wenigstens einem, typischerweise stirnseitigen, Ende eingespannt sein, also hier in stoffschlüssiger Verbindung mit der weiteren zweiten Substratschicht ein Festlager bilden. Vorzugsweise ist der Balken an beiden, typischerweise stirnseitigen, Enden eingespannt. Somit kann sowohl ein an einem Ende freischwingendes System als auch ein mittig schwingendes, also mittig translatorisch bewegbares System realisiert sein. Ob der Balken in der Schichtebene oder außerhalb der Schichtebene schwingt, hängt von der Bedeckung der jeweiligen Seiten mit dem Schichtstapel ab. Mindestens eine Seite der schwingenden Struktur ist mit dem beschriebenen Schichtstapel zumindest teilweise bedeckt, vorzugsweise sind jedoch mindestens zwei Seiten wenigstens teilweise bedeckt, besonders vorzugsweise drei Seiten. Eine Bedeckung aller Seiten ist nicht vorgesehen.
Der Balken kann mäanderförmig oder spiralförmig bzw. schraubenförmig ausgestaltet sein, um eine räumlich verteilte Schwingung zu generieren.
Die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht kann undotiertes Hafniumoxid (HfO₂) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) oder dotiertes Hafniumoxid (HfO₂) oder Zirkoniumoxid (ZrO₂) als ferroelektrischen, piezoelektrischen und bzw. oder flexoelektrischen Werkstoff aufweisen, wobei das dotierte Hafniumoxid vorzugsweise mit Silizium, Aluminium, Germanium, Gallium, Eisen, Kobalt, Chrom, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Yttrium, Stickstoff, Kohlenstoff, Lanthan, Gadolinium und bzw. oder einem Element der Seltenen Erden, also Scandium, Lanthan, Cer, Praseodym, Neodym, Promethium, Samarium, Europium, Yttrium, Gadolinium, Terbium, Dysprosium, Holmium, Erbium, Thulium, Ytterbium, Lutetium dotiert ist. Somit können verschiedene elektrische Eigenschaften wie gewünscht eingestellt werden. Die genannten Elemente und Werkstoffe eignen sich für eine konforme Ausbildung von Schichten.
Es kann auch vorgesehen sein, dass die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht mindestens ein Ultralaminat aus einer Lage Hafniumoxid oder Zirkoniumoxid und einer Lage eines anderen Oxids aufweist. Zur Erhöhung einer Durchbruchsfestigkeit kann daher vorgesehen sein, dass die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Zwischenschicht mehrlagig ausgebildet ist und mindestens eine Lage aus einer Oxidschicht mit einer Dicke von weniger als 3 nm und einer Hafniumoxidschicht oder Zirkoniumoxidschicht mit einer Dicke zwischen 2 nm und 20 nm aufweist. Diese Konfiguration erhöht neben der Durchbruchspannung auch die Schaltspannung, beispielsweise um einen Faktor 5. Für Hochspannungsanwendungen kann zusätzlich eine alternierende Reihenansteuerung der ferroelektrischen Kondensatoren vorgenommen werden. Aufgrund der CMOS-Kompatibilität des Hafniumoxids bzw. des Zirkoniumoxids sowie der genannten Dotanden bzw. Dotierstoffe ist es somit möglich, weitere Elektronik auf dem gleichen Substrat zu fertigen, also eine Fertigung on-chip. Das beschriebene Element kann als einzelnes miniaturisiertes SMD-Bauelement (surface mounted device) hergestellt werden, so dass selbst kleinste Bauformen wie das 01005-Format bedient werden können. Die Oxidschicht kann als eine Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃), eine Siliziumoxidschicht (SiO₂) und bzw. oder eine Zirkoniumoxidschicht (ZrO₂) ausgebildet sein.
Typischerweise ist mindestens eine, vorzugsweise jedoch jede der aufgebrachten Schichten, also die erste Elektrodenschicht, die ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Zwischenschicht und die zweite Elektrodenschicht als konforme Schicht ausgebildet, die die darunter liegende Schicht, mit der sie in unmittelbarem, also direktem Kontakt steht, ohne Aussparungen oder Löcher überdeckt.
Das beschriebene bewegbare Piezoelement kann verwendet werden als MEMS-Schalter (microelectromechanical system), als MEMS-Filter, als MEMS-Phasenschieber, als Cantilever für Rasterkraftmikroskopie, als Mikrofluidikweiche, als Mikrofluidikventil, als Mikrospiegel, als Mikropositionierer, als Lautsprecher, als Mikrofon, als Seismograph, als Mirkospektrometer, als mikromechanischer Rastmechanismus, als mikromechanischer Schrittmotor, als Fabry-Perot-Interferometer, oder als geißelförmiger Antrieb für eine mikromechanische Anwendung.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines bewegbaren Piezoelements wird ein Substrat, bei dem zwischen einer ersten Substratschicht und einer zweiten Substratschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, derart strukturiert, dass die zweite Substratschicht in mindestens einem Bereich derart abgetragen wird, dass mindestens eine Erhebung der zweiten Substratschicht in dem Bereich ausgebildet wird. Auf der zweiten Substratschicht des Substrats wird eine erste Elektrodenschicht aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff, auf der ersten Elektrodenschicht eine ferroelektrische, piezoelektrische und bzw. oder flexoelektrische Schicht und auf der ferroelektrischen, piezoelektrischen und bzw. oder flexoelektrischen Schicht eine zweite Elektrodenschicht aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff aufgebracht. Anschließend wird mindestens ein einseitig eingespannter Balken der zweiten Substratschicht generiert, indem die Zwischenschicht zwischen dem Balken der zweiten Substratschicht und der ersten Substratschicht entfernt wird.
Die Zwischenschicht kann aus einem elektrisch isolierenden Oxid ausgebildet werden, das vorzugsweise eine Dicke zwischen 100 nm und 10 um aufweist. Zum Aufbringen können Verfahren wie Atomlagenabscheidung (atomic layer deposition, ALD), physikalische Gasphasenabscheidung (physical vapor deposition, PVD) oder chemischer Gasphasenabscheidung (chemical vapor deposition, CVD) erfolgen.
Vor dem Entfernen der Zwischenschicht kann eine die zweite Elektrodenschicht teilweise überdeckende Verfüllschicht aufgebracht werden, die nachfolgend derart strukturiert wird, dass sie als Maske, vorzugsweise als Hartmaske, mindestens eine Seitenfläche des Balkens nicht überdeckt. An dieser Seitenfläche des Balkens wird nachfolgend in der Regel auch der Schichtstapel abgetragen. Der Schichtstapel kann nur auf einer Seitenfläche, nur auf einer Oberfläche oder auf einer der Seitenflächen und einer der Oberflächen angeordnet sein. Die jeweilige Fläche kann teilweise oder vollständig mit dem Schichtstapel bedeckt sein. Typischerweise sind einander gegenüberliegende Flächen des Balkens zu unterschiedlichen Anteilen mit dem Schichtstapel bedeckt.
Die Verfüllschicht wird typischerweise mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens entfernt und hierbei vorzugsweise auch die mindestens eine Seitenfläche des Balkens freigelegt.
Die beschriebene Vorrichtung, also das beschriebene Piezoelement, wird typischerweise mit dem beschriebenen Verfahren durchgeführt, d. h. das beschriebene Verfahren ist zum Herstellen der beschriebenen Vorrichtung ausgebildet.
Als letzter Verfahrensschritt kann vorgesehen sein, dass die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht elektrisch mit einer elektrischen Spannungsquelle kontaktiert werden, um die Bewegung gezielt steuern zu können. Hierfür kann die elektrische Spannungsquelle auch mit einer Steuer-/Regelungseinheit verbunden sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden nachfolgend anhand der 1 bis 16 erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines hochintegrierten piezoelektrischen Elements in seitlicher Ansicht;
2 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zum Herstellen eines einzelnen piezoelektrischen Elements in einer 1 entsprechenden Ansicht;
3 einen Querschnitt eines piezoelektrischen Elements in einer 1 entsprechenden Ansicht;
4 eine schematische Darstellung der Auslenkung eines in der Ebene schwingenden Piezoelements in einer 1 entsprechenden Ansicht;
5 eine schematische Darstellung der Auslenkung eines sowohl in der Ebene als auch außerhalb der Ebene schwingenden Piezoelements in einer 1 entsprechenden Ansicht;
6 eine schematische Darstellung der Auslenkung eines in der Ebene schwingenden Piezoelements in Draufsicht und seitlicher Ansicht;
7 ein piezoelektrisches Element zur Auslenkung einer Rastersondenmikroskopspitze in einer 6 entsprechenden Ansicht;
8 eine Draufsicht auf ein piezoelektrisches Element, das in lateraler Bewegung als Schalter bzw. mikrofluidische Schleuse verwendet wird;
9 eine 8 entsprechende Ansicht einer Verwendung eines piezoelektrisches Elements in lateraler Bewegung als Schalter bzw. als Mikrofluidikventil;
10 eine Draufsicht auf ein schwingendes, mäanderförmig gestaltetes Piezoelement;
11 eine perspektivische Ansicht eines spiralförmigen Systems mit einem Piezoelement;
12 eine Simulation eines schwingenden mäanderförmigen Membran in Draufsicht;
13 eine schematische Darstellung eines miniaturisierten Antriebs in Draufsicht;
14 eine Draufsicht auf einen Mikropositionierer;
15 eine schematische Darstellung einer miniaturisierten Piezoröhre
16 eine schematische Draufsicht auf einen mikromechanischen Schrittmotor.

1 zeigt in einer schematischen Ansicht ein Verfahren zum Herstellen eines piezoelektrischen Elements. In 1a) ist in einer Querschnittsansicht ein Substrat dargestellt, bei dem zwischen einer ersten Schicht 100 als erster Substratschicht und einer zweiten Schicht 102 als zweiter Substratschicht eine Zwischenschicht bzw. Opferschicht 101 angeordnet ist. Das Substrat ist im dargestellten Ausführungsbeispiel ein sogenannter „silicon-on-insulator“-Wafer, d. h. die erste Schicht 100 und die zweite Schicht 102 bestehen aus intrinsischem oder hochdotiertem Silizium während die Zwischenschicht 101 in diesem Ausführungsbeispiel aus einem typischen Opferschichtmaterial bekannt aus der Fertigung von mikroelektromechanischen Systemen, typischerweise Siliziumoxid, gefertigt ist. Des Weiteren kommen insbesondere für die zweite Substratschicht 102 Metalle wie Aluminium, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Chrom, Eisen, Nickel, Palladium, Cadmium, Platin, Kobalt, Gold, Zinn, Zink, Indium oder Legierungen daraus, leitfähige Oxide wie dotiertes Strontiumtitanat, Lanthan-Strontium-Manganit als auch weitere elastische Materialien, vorzugsweise elektrisch leitfähige, wie Siliziumnitrid, Kohlenstoffnanoröhrenfilme oder Polymere mit hoher Glasübergangstemperatur in Frage.
Die zweite Schicht 102 als späteres schwingendes Element kann mit einer Schichtdicke von 50 nm bis 10 µm, vorzugsweise 100 nm bis 2 µm, aufgebracht sein. Die Zwischenschicht 101 kann als Opferschicht bzw. isolierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 100 nm und 10 um, vorzugsweise 200nm bis 3 µm, aufweisen.
Durch Aufbringen einer Hartmaske oder Resistschicht 103 und nachfolgendem Strukturieren (beispielsweise durch nasschemisches Ätzen, lonenätzen oder reaktives lonenätzen) der zweiten Schicht 102 als elastischer Schicht wird der in 1b) dargestellte Aufbau erhalten, bei dem die zweite Schicht 102 wenigstens eine, typischerweise säulenförmige oder wallförmige, Erhebung aufweist.
Durch eine Ätzung, vorzugsweise eine Trockenätzung wird, wie in 1c) gezeigt, die Hartmaske oder die Resistschicht bzw. der Resistfilm 103 entfernt. Auf der zweiten Schicht 102 des Substrats ist konform eine erste Elektrodenschicht 104 als Rückelektrode aufgebracht. Die erste Elektrodenschicht 104 ist aus einem elektrisch leifähigen Material wie Titannitrid mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht, um eine konforme Abscheidung zu erhalten. Alternativ können aber auch andere Metalle als Elektrodenwerkstoff verwendet werden, wie Aluminium, Kupfer, Molybdän, Vanadium, Chrom, Eisen, Nickel, Palladium, Cadmium, Platin, Kobalt, Gold, Zinn, Zink, Indium oder Legierungen daraus, als auch weitere elastische Materialien, vorzugsweise elektrisch leitfähige, wie Siliziumnitrid, dotierte oder undotierte Legierungen aus Silizium und Germanium wie B:SiGe, Kohlenstoffnanoröhrenfilme oder Polymere mit hoher Glasübergangstemperatur in Frage. In diesem Fall können die zweite Substratschicht 102 und die erste Elektrodenschicht 104 in einer gemeinsamen Schicht bestehen.
Auf der ersten Elektrodenschicht 104 ist eine ferroelektrische, piezoelektrische bzw. flexoelektrische Schicht 105 aus Hafniumoxid, Zirkoniumoxid oder Legierungen daraus als ferroelektrischem Werkstoff abgeschieden, wozu ebenfalls Atomlagenabscheidung verwendet wurde. Die ferroelektrische Schicht 105 ist wiederum als konforme Schicht ausgebildet. In weiteren Ausführungsbeispielen kann auch eine alternierende Atomlagenabscheidung von Hafniumoxid und einem jeweiligen Dotierstoff oder eine alternierende Atomlagenabscheidung von Hafniumoxid und einem jeweiligen Dotierstoff sowie alternierend ein weiteres Oxid, beispielsweise Al₂O₃, erfolgen. Als Dotierstoff kommen in diesem Fall Stickstoff, Yttrium, Kohlenstoff, Strontium, Scandium, Silizium, Aluminium, Gadolinum, Eisen, Germanium, Gallium, Lanthan als auch Seltene Erden in Frage.
Die zweite Elektrodenschicht 106 ist wiederum als konforme Schicht auf der ferroelektrischen, piezoelektrischen bzw. flexoelektrischen Schicht 105 mittels Atomlagenabscheidung aufgebracht und so wird die in 1d) wiedergegebene Struktur erreicht. Statt Atomlagenabscheidung kann alternativ auch physikalische Gasphasenabscheidung verwendet werden. Alternativ hierzu kann auch eine weitere Schicht aufgebracht werden, die als Hartmaske fungiert. Als Materialien kommen hierbei die bereits für die erste Elektrodenschicht 104 genannten Werkstoffe in Frage.
Alle Schichten sind in direktem Kontakt mit den jeweils benachbarten Schichten und bedecken diese Schichten vollständig. Die so gebildete Struktur wird, wie in 1e) dargestellt, mit einer die zweite Elektrodenschicht 106 vollständig überdeckenden Verfüllschicht 107 gefüllt, so dass diese eine plane Oberfläche bildet. Die Verfüllschicht 107 ist hierbei typischerweise aus SiO₂ ausgebildet und wird mittels chemischer Gasphasenabscheidung aufgebracht. Als Materialien kommen hierbei auch andere Oxide in Frage.
Nachfolgend wird die Verfüllschicht 107 derart strukturiert, dass jeweils eine Seite des Schwingers von der Verfüllschicht 107 befreit wird (1f)). Der aus der ersten Elektrodenschicht 104, der ferroelektrischen, piezoelektrischen bzw. flexoelektrischen Schicht 105 und der zweiten Elektrodenschicht 106 gebildete Metall-Ferroelektrikum-Metall-Schichtstapel wird anschließend geätzt, vorzugsweise mittels einer nasschemischen Ätzung, was zu der in 1g) gezeigten Konfiguration führt. Im Anschluss daran wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel eine mittige Verbindung des Schichtstapels zwischen den verbliebenen Balken der zweiten Halbleiterschicht getrennt und die verbliebene Zwischenschicht 106 unterhalb der Balken entfernt, so dass diese einseitig oder zweiseitig eingespannt vorliegen, aber schwingen können (1h)). Als letzter Schritt kann eine elektrische Kontaktierung der ersten Elektrodenschicht 104 und der zweiten Elektrodenschicht 106 mit einer Spannungsquelle 110 vorgesehen sein. Die mittels des in 1 gezeigten Verfahrens erhaltene Konfiguration ist in 11 dargestellt.
Das beschriebene Verfahren ist im CMOS-Prozessfluss eines High-k-Metal-Gate-Prozessflusses gut integrierbar, indem quasi ein ferroelektrischer, piezoelektrischer bzw. flexoelektrischer Kondensator auf einer Membran (nämlich dem Substrat) aufgebracht wird und somit die piezoelektrischen Eigenschaften realisiert werden. Verwendet wird hierbei die ferroelektrische, piezoelektrische bzw. flexoelektrische Phase der Werkstoffe. Die piezoelektrische Ausdehnung bzw. Schrumpfung in der Ebene der Membran unter Anlegen einer elektrischen Spannung an die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht durch eine elektrische Spannungsquelle führt zu einer Verbiegung der Membran. Anders als in elektrostatischen Systemen ist diese Bewegungsrichtung in beiden mechanischen Spannungsrichtungen realisiert.
Die ferroelektrische, piezoelektrische bzw. flexoelektrische Schicht 105 als Dünnfilm ist, wie bereits erwähnt, CMOS-kompatibel und in gängigen CMOS-Prozessen oft als Gate-Dielektrikum implementiert. Die beschriebenen piezoelektrischen Elemente können daher in einer CMOS-Prozesslinie hergestellt werden, was geringere Fertigungskosten und höheren Durchsatz ermöglicht als mit konventionellen Verfahren. Die geringe Dicke des dadurch gebildeten Kondensators ermöglicht eine hohe Skalierbarkeit für sehr stark miniaturisierte Systeme. Da das piezoelektrische Element bleifrei ist, ist auch eine RHoS-Kompatibilität gegeben. Ein Kondensator mit einer isolierenden Schicht wird beim beschriebenen Verfahren gebildet, dessen piezoelektrische Eigenschaften zu einer Verzerrung führen. Durch die konforme Abscheidung des Ferroelektrikums, Piezoelektrikums bzw. Flexoelektrikums in dreidimensional strukturierten Substraten ist auch eine vertikale Integration ermöglicht. Durch Verwenden eines Dünnfilm-Ferroelektrikums, Piezoelektrikums bzw. Flexoelektrikums werden auch bei kleinen elektrischen Spannungen unterhalb von 5 V signifikante Verspannungen des Films und damit eine Verbiegung des Balkens erzeugt. Damit liegt die benötigte Steuerspannung deutlich unterhalb aktuell verfügbarer Niederspannungslösungen bzw. anderen auf elektrostatischen Ansätzen basierenden Schwingern. Im dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Dünnfilm-Ferroelektrikum, Piezoelektrikum bzw. Flexoelektrikum mit einer Dicke unterhalb von 50 nm verwendet. Somit ergeben sich bereits bei kleinen elektrischen Spannungen Änderungen des Polarisationszustands und die benötigte Steuerspannung ist deutlich geringer als in bereits bekannten Niederspannungslösungen. Dies ist besondere bei Low-Power-Lösungen sinnvoll.
Zum Erhöhen einer Durchbruchsfestigkeit ist es möglich, Ultralaminate zu verwenden. Dabei handelt es sich um Oxidschichten aus beispielsweise Al₂O₃, SiO₂, oder ZrO₂ mit einer Schichtdicke von maximal 3 nm. Diese werden alternierend zum dotierten oder undotierten Hafniumoxid oder Zirkoniumoxid oder Legierungen daraus mit Einzelschichtdicken von 3 nm bis 20 nm eingebracht. Neben einer Durchbruchspannung wird somit auch eine Schaltspannung erhöht und um mindestens einen Faktor 5 gesteigert werden. Für Hochspannungsanwendungen kann zusätzlich eine alternierende Reihenansteuerung der ferroelektrischen, piezoelektrischen bzw. flexoelektrischen Kondensatoren vorgenommen werden.
Als Werkstoffe kommen mit Silizium, Aluminium, Germanium, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Stickstoff, Kohlenstoff, Silizium, Gallium, Eisen, Cobalt, Nickel, Cadmium, Scandium, Yttrium, Lanthan, Vanadium, und Elementen der Seltenen Erden dotiertes oder undotiertes Hafniumoxid sowie weitere konform abscheidbare Ferroelektrika in Frage. Im Vergleich zu anderen Ferroelektrika weisen diese Werkstoffe eine deutlich geringere Permittivität auf, daher werden deutlich reduzierte Verlustströme durch die kapazitive Last verursacht. Aufgrund der CMOS-Kompatibilität des Hafniumoxids (HfO₂) bzw. des Zirkoniumoxids (ZrO₂) sowie der genannten Dotanden bzw. Dotierstoffe ist es somit möglich, weitere Elektronik auf dem gleichen Substrat zu fertigen, also eine Fertigung auf einem Chip, als sogenanntes System-on-Chip (SoC). Das beschriebene Element kann aber auch als einzelnes miniaturisiertes SMD-Bauelement (surface mounted device) hergestellt werden, so dass selbst kleinste Bauformen wie das 01005-Format bedient werden können. Die Oxidschicht kann als eine Aluminiumoxidschicht (Al₂O₃), eine Siliziumoxidschicht (SiO₂) und bzw. oder eine Zirkoniumoxidschicht (ZrO₂) ausgebildet sein.
Das beschriebene Piezoelement ist für verschiedene Anwendungen geeignet, beispielsweise kommen Schall-, Ultraschall-, Mikrofluidik-, Mikropumpen-, bzw. Mikrooptikanwendungen in Frage. Ebenso kann auch ein Einsatz in der Hochfrequenztechnik erfolgen. In diesen Anwendungsfeldern können deutliche Miniaturisierungen gegenüber bekannten Techniken erreicht werden. Für die Schall- und Ultraschallanwendungen kann durch die Integrierbarkeit in den CMOS- als auch MEMS-Prozessfluss ein hoher Designfreiheitsgrad erreicht werden, der damit eine gute Skalierung der Resonanzen ermöglicht.
Darüber hinaus ist durch eine Kointegration von aus-der-Ebene- und in-der-Ebene-Schwingern auf einem einzelnen Chip ein Vibrationsausgleich möglich, welcher in harscher Umgebung notwendig ist um die Funktionstüchtigkeit sicher zu stellen.
In 2 ist in einer 1 entsprechenden Ansicht ein analoges Verfahren mit einem einzigen Cantilever gezeigt. Wiederkehrende Merkmale sind in dieser Figur wie auch in den folgenden Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen. Da am Balken selbst eine der Seitenfläche vollständig und die der ersten Substratschicht 100 abgewandte Oberfläche wenigstens zur Hälfte mit dem Schichtstapel bedeckt sind, kann ein Monomorph-in-plane-Schwinger realisiert werden.
In 3 ist einer 1 entsprechenden Ansicht eine Heterostruktur der ersten Schicht 102 gezeigt. Als Materialien für die in diesem Beispiel drei Schichten 111, 112, 113 kommen hierbei die gleichen Materialien der Schicht 102 in Frage. Diese kann darüber hinaus aus mehr als den dargestellten drei Schichten bestehen. Da am Balken selbst eine der Seitenfläche vollständig und die der ersten Halbleiterschicht 2 abgewandte Oberfläche wenigstens zur Hälfte mit dem Schichtstapel bedeckt sind, kann ein Monomorph-in-plane-Schwinger realisiert werden.
In 4 ist der Mechanismus der in der Ebene beweglichen Bewegung der Schicht schematisch in einer seitlichen, 1 entsprechenden Ansicht mit einer möglichen Kontaktierung des Schwingers dargestellt. Die erste Elektrodenschicht 104 und die zweite Elektrodenschicht 106 sind an die elektrische Spannungsquelle 110 angeschlossen. Bei Anlegen einer Spannung bewegt sich der Schwinger bzw. Cantilever in der Ebene um die Distanz 108. Hierbei besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen Auslenkung und angelegter Spannung im statischen Fall. Dies ermöglicht somit auch negative Auslenkungen bzw. eine gute Steuerbarkeit der Auslenkung.
In 5 ist der Mechanismus der sowohl in der Ebene als auch außerhalb der Ebene, sprich der dreidimensionalen Beweglichkeit der Schicht 102 bzw. des daraus gebildeten Cantilevers schematisch in einer seitlichen, den vorhergehenden Figuren entsprechenden Ansicht dargestellt. Hierbei wird der Schichtstapel aus der ersten Elektrodenschicht 104 und der zweiten Elektrodenschicht 106 und ferroelektrischer, piezoelektrischer bzw. flexoelektrischer Schicht 105 entsprechend strukturiert, sodass eine getrennte Kontaktierung der nun getrennten Elektrodenschichten 106 und 104 mittels der Spannungsquelle 110 ermöglicht wird. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung bewegt sich der Schwinger in der Ebene bzw. Cantilever um die Distanz 108 in der Ebene und um die Distanz 109 außerhalb der Ebene. Hierbei besteht ein proportionaler Zusammenhang zwischen Auslenkung und angelegter Spannung.
6 zeigt analog zu 4 in einer entsprechenden seitlichen Ansicht und in Draufsicht die Auslenkung des einseitig eingespannten Balkens.
7 zeigt in einer Draufsicht und einer seitlichen Ansicht einen Cantilever für Rasterkraftmikroskopie (atomic force microscopy, AFM), mit dem ebenfalls eine in-plane-Bewegung erreicht werden kann. Dies ist beispielsweise für optisch unterstützte AFM-Methoden sinnvoll. Hierbei wird das Signal der Dämpfung zur Regelung der AFM-Spitze verwendet. Die Wechselspannung wird zwischen der zweiten Substratschicht 102 als Halbleiterschicht und der oberen, zweiten Elektrodenschicht 106 angelegt. 7b) zeigt die entsprechende Spitze in Seitenansicht.
In 8 ist ein Mikrofluidikhahn bzw. eine Mikrofluidikweiche in Draufsicht wiedergegeben. Mehrere bewegliche Balken können hierbei wie dargestellt kombiniert werden, beispielsweise um ein Ventil für den Durchfluss eines Mikrofluidikkanals 132 zu realisieren. Eine Kopplung an die äußere elektrische Spannungsquelle 110 führt zu einer Veränderung des Durchflussweges.
In 9 ist in einer Draufsicht ein Mikrofluidikschalter bzw. eine Mikrofluidikweiche gezeigt. Der in der Ebene, also in-plane, bewegliche Balken kann in einer Reihe angeordnet werden und bspw. mit einer gemeinsamen Top-Elektrode 130 kontaktiert sein, um einen Balken 131 linear zu bewegen. Die Elektrode 130 kann ebenso weiter strukturiert vorliegen. Der Balken 131 kann bspw. in einen Mikrofluidikkanal 132 eingebracht werden. Hier führt er zu einer Steuerung des Durchflusses des Mikrofluidikkanals 132. Damit kann mittels einer äußeren Spannung der Spannungsquelle 110 die laterale Position des Balken verändert werden und damit der Durchfluss gesteuert werden, was ebenso auch als Schalter für den Durchfluss dienen kann.
Der Schwingbalken kann auch, wie in 10 in einer Draufsicht im unbelasteten Zustand und im belasteten Zustand gezeigt, mäanderförmig sein. Dies ermöglicht eine deutlich gesteigerte Auslenkung, wie in der in 10 schematisch wiedergegebenen Simulation gezeigt.
Eine Spiralform oder Schraubenform des schwingenden Teils ist in 11 in einer perspektivischen Ansicht schematisch gezeigt. Diese Form ist besonders für Gyroskope oder (kardanische) Spiegelhalterungen geeignet.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die zweite Elektrodenschicht auch konform als Spiegelstapel aufgebracht werden, beispielsweise durch eine Heterostruktur aus Titanoxid und Aluminiumoxid (z. B. 67 nm Al₂O₃ und 49 nm TiO₂ ergeben einen Spiegel für einen Wellenlängenbereich von 420 nm bis 500 nm). Damit kann insbesondere Laserlicht abgelenkt werden und eine Integration in ein Fabry-Perot-System ist möglich.
12 zeigt in Draufsicht eine mäanderförmige Struktur. Als Werkstoff für das Membranelement wird ein besonders elastischer Werkstoff verwendet. Wie in 12a) im unausgelenkten Zustand gezeigt, können auch mehrere mäanderförmige Strukturen als in-plane-Schwinger mit einer inneren Feder verbunden sein. 12b) zeigt den ausgelenkten Zustand.]
Analog zu einem miniaturisierten Lautsprecher kann die piezoelektrische Membran auch dazu verwendet werden, um Schallwellen zu detektieren, also als Mikrofon eingesetzt werden. Die Schallwellen induzieren eine Bewegung der Membran und somit werden eine messbare elektrische Spannung und ein messbarer elektrischer Strom generiert. Ein derartiger Lautsprecher kann auch als Seismograph verwendet werden.
In 13 ist in einer schematischen Draufsicht ein miniaturisierter Antrieb dargestellt auf der Basis der bereits vorgeschlagenen Cantilever, vorzugsweise in der mäandrierten Form 150. Mit einer Batterie oder sonstigen elektrischen Energiequelle ist es möglich, kleine Objekte, sogenannte Nanobots, in einer Flüssigkeit anzutreiben. Dazu muss ein Körper ebenfalls freigestellt werden.
Eine Anpassung der RC-Zeiten zum Anlegen der Spannung durch geringe Leitfähigkeit sollte erfolgen, so dass die in 13 mittig eingezeichnete CMOS-Schaltung 151 die Spannung an die einzelnen Antriebsstränge bzw. Geißeln reguliert. Es können auch kleine Antennenelemente enthalten sein, die eine äußere Steuerung ermöglichen.
Ein Mikrospektrometer weist ein Spiegelelement auf, das auch mittels Atomlagenabscheidung seitlich als auch auf der Oberseite aufgebracht werden kann. Dieses System kann dann in ein sogenanntes „Silicon Photonics Device“ integriert werden, um beispielsweise den Strahl zwischen verschiedenen optischen Gängen zu drehen. Eine Verwendung als Spektrometer ist ebenfalls möglich, wobei die Mäanderform hierbei als optisches Gitter genutzt werden kann.
Bei mehreren Cantilevern kann auch eine Brennspiegelform realisiert werden, bei der mittels elektrischer Ansteuerung der einzelnen Cantilever ein Brennfokus erzeugt bzw. auch ausgeschaltet werden kann.
14 zeigt einen Mikropositionierer in Draufsicht, bei dem ein Balken bzw. ein damit verbundenes Objekt mittels mehrerer Cantilever positioniert werden kann. Es ist außerdem auch möglich einen miniaturisierten Lautsprecher mittels der diskutierten Membranstruktur zu realisieren.
Eine weitere Anwendungsmöglichkeit ist der in 15 gezeigte geschlitzte Piezotube bzw. die Piezoröhre. Hierbei wird ein Dimorph benutzt, d. h. Elektroden auf beiden Seiten der Röhre müssen elektrisch voneinander getrennt sein. Auf der Röhre wird ein Spiegel angebracht. Die Ausrichtung des Spiegels kann mittels der Verzerrung der Piezoröhre gesteuert werden. Dies ist beispielsweise für LIDAR (light detection and ranging) verwendbar.
Es kann auch ein in 16 schematisch gezeigter mikromechanischer Rastmechanismus hergestellt werden, mit dem beispielsweise der Drehzustand eines mikromechanischen Zahnrades kontrolliert werden kann.
Des Weiteren ist es möglich einen linearen mikromechanischen Schrittmotor mit einer gegenüberliegenden Reihe von Cantilevern mit abgestimmter Bewegung zu realisieren. Schließlich kann auch eine mikromechanisch abstimmbare Mikrokavität bzw. ein Fabry-Pérot-Interferometer hergestellt werden. Hierbei wird eine Membran verwendet. Das einfallende Licht wird abhängig von der Wellenlänge des Lichtes gefiltert. Die Entfernung zwischen Cantilever und Referenzfenster liegt hierbei typischerweise in der Größenordnung der Wellenlänge des verwendeten Lichts. Die Position der Membran wird mittels einer äußeren Spannung moduliert.
Lediglich in den Ausführungsbeispielen offenbarte Merkmale der verschiedenen Ausführungsformen können miteinander kombiniert und einzeln beansprucht werden.

Claims

Bewegbares Piezoelement mit einem strukturierten Substrat, bei dem zwischen einer ersten Substratschicht (100) und einer zweiten Substratschicht (102) eine Zwischenschicht (101) angeordnet ist, einer auf der zweiten Substratschicht (102) angeordneten ersten Elektrodenschicht (104) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff, einer auf der ersten Elektrodenschicht (104) angeordneten ferroelektrischen, piezoelektrischen und/oder flexoelektrischen Schicht (105) und einer auf der ferroelektrischen, piezoelektrischen und/oder flexoelektrischen Schicht (105) angeordneten zweiten Elektrodenschicht (106) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff, wobei die zweite Substratschicht (102) derart strukturiert ist, dass mindestens ein einseitig eingespannter Balken der zweiten Substratschicht (102) geformt ist, der räumlich beabstandet zu der ersten Substratschicht (100) ist und eine der ersten Substratschicht (100) abgewandte Oberfläche des Balkens und/oder eine Seitenfläche des Balkens zumindest teilweise mit einem Schichtstapel aus der ersten Elektrodenschicht (104), der ferroelektrischen, piezoelektrischen und/oder flexoelektrischen Schicht (105) und der zweiten Elektrodenschicht (106) bedeckt ist.
Bewegbares Piezoelement nach Anspruch1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrodenschicht (104), die ferroelektrische piezoelektrische und/oder flexoelektrische Schicht (105) und/oder die zweite Elektrodenschicht (106) eine Dickenvariation an der Seitenfläche von unterhalb 10 % oder maximal 5 nm aufweisen.
Bewegbares Piezoelement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken entlang seiner Längsachse an wenigstens einem Ende, vorzugsweise an beiden Enden mit der weiteren zweiten Substratschicht (102) stoffschlüssig verbunden ist.
Bewegbares Piezoelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Balken mäanderförmig oder spiralförmig ausgestaltet ist.
Bewegbares Piezoelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ferroelektrische, piezoelektrischen und/oder flexoelektrische Schicht (105) undotiertes oder dotiertes Hafniumoxid, undotiertes oder dotiertes Zirkoniumoxid oder eine Legierung derselben aufweist, wobei das dotierte Hafniumoxid oder das dotierte Zirkoniumoxid vorzugsweise mit Silizium, Aluminium, Germanium, Gallium, Eisen, Kobalt, Chrom, Magnesium, Calcium, Strontium, Barium, Titan, Zirkonium, Yttrium, Stickstoff, Kohlenstoff, Lanthan, Gadolinium und/oder einem Element der Seltenen Erden dotiert ist.
Verwendung eines bewegbaren Piezoelements nach einem der Ansprüche 1 bis 5 als MEMS-Schalter, als MEMS-Filter, als MEMS-Phasenschieber, als Cantilever für Rasterkraftmikroskopie, als Mikrofluidikweiche, als Mikrofluidikventil, als Mikrospiegel, als Mikropositionierer, als Ultraschallwandler, als Ultraschallsensor, als Lautsprecher, als Mikrofon, als Seismograph, als Mikrospektrometer, als mikromechanischer Rastmechanismus, als mikromechanischer Schrittmotor, als Fabry-Pérot-Interferometer, oder als geißelförmiger Antrieb für eine mikromechanische Anwendung.
Verfahren zum Herstellen eines bewegbaren Piezoelements bei dem ein Substrat, bei dem zwischen einer ersten Substratschicht (100) und einer zweiten Substratschicht (102) eine Zwischenschicht (101) angeordnet ist, derart strukturiert wird, dass die zweite Substratschicht (102) in mindestens einem Bereich derart abgetragen wird, dass mindestens eine Erhebung der zweiten Substratschicht (102) in dem Bereich ausgebildet wird, auf der zweiten Substratschicht (102) des Substrats eine erste Elektrodenschicht (104) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff, auf der ersten Elektrodenschicht (104) eine ferroelektrische, piezoelektrische und/oder flexoelektrische Schicht (105) und auf der ferroelektrischen, piezoelektrischen und/oder flexoelektrischen Schicht (105) eine zweite Elektrodenschicht (106) aus einem elektrisch leitfähigen, nicht-ferroelektrischen Werkstoff aufgebracht wird, und dann mindestens ein einseitig eingespannter Balken der zweiten Substratschicht (3) generiert wird, indem die Zwischenschicht (101) zwischen dem Balken der zweiten Substratschicht (102) und der ersten Substratschicht (100) entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (101) aus einem elektrisch isolierenden Oxid ausgebildet wird, das vorzugsweise eine Dicke zwischen 100 nm und 10 um aufweist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Entfernen der Zwischenschicht (101) eine die zweite Elektrodenschicht (106) überdeckende Verfüllschicht (107) aufgebracht wird, die nachfolgend derart strukturiert wird, dass sie als Hartmaske mindestens eine Seitenfläche des Balkens nicht überdeckt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfüllschicht (107) mittels eines nasschemischen Ätzverfahrens entfernt und dabei auch die mindestens eine Seitenfläche des Balkens freigelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass als letzter Verfahrensschritt die erste Elektrodenschicht (104) und die zweite Elektrodenschicht (106) elektrisch mit einer elektrischen Spannungsquelle (110) kontaktiert werden.
Bauelement mit dem bewegbaren Piezoelement nach einem der Ansprüche 1 bis 5 und einem Transistor oder einem Schaltkreis, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Piezoelement und der Transistor oder der Schaltkreis elektrisch kontaktiert sind durch einen elektrischen Kontakt mit einer Distanz von weniger als 50 µm.
Bauelement nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Piezoelement und der Transistor oder der Schaltkreis als integrierter Schaltkreis auf einem einzigen Substrat ausgebildet sind.
Bauelement nach Anspruch 12 oder Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das bewegbare Piezoelement und der Transistor oder der Schaltkreis in einer einzelnen Verdrahtungsebene eines CMOS-Prozesses ausgebildet sind.