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HINTERGRUND
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Mikrofone werden in verschiedenen Arten von Vorrichtungen wie Personalcomputern, Mobiltelefonen, Mobilgeräten, Headsets, Kopfhörern und Hörvorrichtungen eingesetzt. Da die Vorrichtungen jedoch immer kleiner werden, benötigen sie kleinere Mikrofone. Kleinere Mikrofone leiden unter höherem Rauschen, das durch Luftströmung und thermische Verluste innerhalb der Vorrichtung verursacht wird, und weisen oft einen geringeren Signal-Rausch-Abstand auf als größere Mikrofone.
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Aus der
US 2014/0152325 A1 ist eine Elektrodenstruktur zur Verschiebungsausmaßüberwachung bekannt, die ein Substrat, eine Erfassungsmasse, eine Festelektrode und eine bewegliche Elektrode aufweist. Jede Elektrode weist eine Kamm-Zahn-Form mit einem Basisteil und Elektrodenfingern auf, die sich von dem Basisteil in einer vorbestimmten Achsrichtung parallel zu dem Substrat erstrecken. Die Festelektrode und die bewegliche Elektrode sind einander zugewandt, sodass die Elektrodenfinger der Festelektrode und die Elektrodenfinger der beweglichen Elektrode ineinandergreifen. Die Festelektrode ist an dem Substrat befestigt und die bewegliche Elektrode ist in der vorbestimmten Achsrichtung verschiebbar.
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Aus der
DE 10 2017 212 613 A1 ist ein Doppelmembran-MEMS-Bauelement bekannt, das eine Schichtanordnung auf einem Trägersubstrat aufweist, wobei die Schichtanordnung eine erste und zweite voneinander beabstandete Membranstruktur und eine dazwischen angeordnete Gegenelektrodenstruktur aufweist. Eine ein Opfermaterial aufweisende mechanische Verbindungsstruktur zwischen der ersten und zweiten Membranstruktur ist zwischen die erste und zweite Membranstruktur mechanisch gekoppelt und von der Gegenelektrodenstruktur mechanisch entkoppelt.
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Aus der
DE 10 2009 028 924 A1 ist ein kapazitiver Sensor und Aktor mit mindestens einer auslenkbar an einem Substrat befestigten seismischen Massen bekannt, wobei an der seismischen Masse eine Kammelektrode mit Kammfingern und an dem Substrat eine Kammelektrode mit Kammfingern befestigt ist. Die Kammfinger sind parallel zu einer Auslenkrichtung der seismischen Masse angeordnet und greifen kammartig ineinander.
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Die
JP 2001-050704 A betrifft eine Vorrichtung zum Erfassen einer Einführmenge eines leitfähigen Objekts zwischen Elektroden.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verbesserten Kraftrückkopplungsaktuator und einen verbesserten kapazitiven MEMS-Wandler zur Verfügung zu stellen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Figurenliste
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Das Vorstehende und andere Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen aufgenommen wurden, vollständiger ersichtlich. Diese Zeichnungen stellen gemäß der Offenbarung nur mehrere Ausführungsformen dar und sind daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten. Verschiedene Ausführungsformen werden nachstehend in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ausführlicher beschrieben.
- 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht einer beispielhaften Mikrofonanordnung.
- 2 ist eine perspektivische Querschnittsansicht eines Beispiels für einen MEMS-Wandler (Mikroelektronisches System).
- 3 ist ein Diagramm, das die Kapazität eines idealisierten dielektrischen Aktuators in Abhängigkeit von der relativen Position zwischen einem Elektrodenpaar und einem dielektrischen Element zeigt.
- 4 zeigt die elektrostatische Rückstellkraft des idealisierten dielektrischen Aktuators aus 3 in Abhängigkeit von der relativen Position zwischen einem Elektrodenpaar und einem dielektrischen Element.
- 5 ist ein Seitenquerschnitt eines Beispiels eines dielektrischen Aktuators für einen MEMS-Wandler.
- 6 ist eine Darstellung der elektrostatischen Rückstellkraft des dielektrischen Aktuators von 5 als Funktion der relativen Position zwischen einem Elektrodenpaar und einem dielektrischen Element.
- 7A ist eine seitliche Querschnittsansicht eines dielektrischen Aktuators des MEMS-Wandlers aus 2, aufgenommen in Zeile 7-7. 7B ist ein Seitenquerschnitt eines weiteren Beispiels eines dielektrischen Aktuators.
- 8 ist eine schematische Darstellung der elektrostatischen Rückstellkraft, die auf den dielektrischen Aktuator von 7 wirkt.
- 9 ist eine Darstellung der elektrostatischen Rückstellkraft des dielektrischen Aktuators von 8 als Funktion der relativen Position zwischen einem Elektrodenpaar und einem dielektrischen Element.
- ist eine Draufsicht auf einen Beispiel-MEMS-Wandler.
- ist eine Draufsicht auf einen weiteren Beispiel-MEMS-Wandler.
- ist eine Draufsicht auf einen weiteren Beispiel-MEMS-Wandler.
- ist eine Draufsicht auf einen weiteren Beispiel-MEMS-Wandler.
- 14 ist ein Flussdiagramm eines Beispielverfahrens zur Herstellung eines dielektrischen Aktuators für einen MEMS-Wandler.
- 15 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines Elektrodenmaterials, das auf eine Isolierschicht aufgebracht ist.
- 16 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Elektrodenmaterials von 15 nach einer Ätzoperation.
- 17 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Elektrodenmaterials von 15 nach dem Aufbringen eines Opfermaterials.
- 18 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Elektrodenmaterials von 15 nach dem Abscheiden eines ersten dielektrischen Materials.
- 19 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Elektrodenmaterials von 15 nach Abscheidung eines zweiten dielektrischen Materials.
- 20 ist eine seitliche Querschnittsansicht des Elektrodenmaterials von 15 nach dem Entfernen des Opfermaterials zwischen dem Elektrodenmaterial und dem ersten dielektrischen Material.
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung werden verschiedene Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Der Fachmann wird verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen aus Gründen der Klarheit schematisch und vereinfacht sind und daher nur Einzelheiten aufweisen, die für das Verständnis der Offenbarung wesentlich sind, während andere Einzelheiten weggelassen wurden. Gleiche Bezugszeichen beziehen sich durchgehend auf gleiche Elemente oder Komponenten. Gleichartige Elemente oder Komponenten werden daher nicht unbedingt in Bezug auf jede Abbildung ausführlich beschrieben.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Leistungseinbußen bei Mikrofonen und insbesondere bei Mikrofonen in mikroelektromechanischen Systemen (MEMS-Vorrichtung) entstehen durch viskose Verluste aufgrund des Widerstands gegen Luftströmung innerhalb der Vorrichtung. Die viskosen Verluste begrenzen den Signal-Rausch-Abstand (SNR) des Mikrofons. Um das SNR zu verbessern, kann das Mikrofon verkapselt und unter reduzierten Druck (beispielsweise in der Nähe von Vakuum) gesetzt werden. Nach der Verkapselung erfährt eine Sensormembran des Mikrofons Belastungen, die mit Schwankungen des Atmosphärendrucks verbunden sind. In einigen Implementierungen kann ein Kraftrückkopplungsaktuator verwendet werden, um diese erfassten Schwankungen des Atmosphärendrucks auszugleichen. Der Kraftrückkopplungsaktuator umfasst eine dielektrische Kammstruktur oder ein Gitter, das mit einer Anordnung leitender Stifte verbunden ist. Das dielektrische Gitter weist zwei Funktionen auf. Die erste Funktion besteht darin, als Kraftrückkopplungsaktuator zu arbeiten, um der Druckmembran eine Kraftrückkopplung zu geben, um die durch den Atmosphärendruck erzeugte entgegengesetzte Kraft auszugleichen. Wenn eine Spannung an die benachbarten Stifte angelegt wird, wird eine Kraft auf das dielektrische Gitter erzeugt, die das dielektrische Gitter parallel zu den Stiften zieht, die Stifte weiter in Eingriff bringt und so die Kapazität zwischen den Stiften erhöht. Die zweite Funktion des dielektrischen Gitters ist die eines Sensors. Der niederfrequente Teil des erfassten Signals bietet eine Möglichkeit zur Einstellung der Kraftrückkopplungsspannung, um Änderungen des atmosphärischen Drucks auszugleichen, während der hochfrequente Teil des erfassten Signals das gewünschte akustische Signal darstellt. Beispiele für Entwürfe von Kraftrückkopplungsaktuatoren sind in der Offenlegungsschrift
WO 2019/183283 A2 , eingereicht am 20. März 2019 unter der Nummer
PCT/US2019/023260 , enthalten, die hiermit durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen werden.
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Das dielektrische Gitter ist in einem zwischen benachbarten Stiften gebildeten Spalt angeordnet und ist so konfiguriert, dass es sich als Reaktion auf akustische Aktivitäten und Änderungen des Atmosphärendrucks relativ zu den Stiften bewegt. Es hat sich gezeigt, dass Variationen in den Materialeigenschaften des dielektrischen Gitters entlang der Bewegungsrichtung zwischen dem Gitter und den Stiften die Leistung des Kraftrückkopplungsaktuators beeinflussen. Insbesondere können diese Änderungen der Materialeigenschaften Instabilität aufgrund von Gradienten in der elektrostatischen Kraft verursachen, wenn sich das Gitter relativ zu den Stiften bewegt.
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Die vorliegende Offenbarung bietet ein verbessertes dielektrisches Gitter für einen Kraftrückkopplungsaktuator. Das dielektrische Gitter ist so strukturiert, dass die Empfindlichkeit des Kraftrückkopplungsaktuators verbessert und der Gesamtbetriebsbereich vergrößert wird, indem die Größe und die Position von Hohlräumen gesteuert werden, die während des Herstellungsprozesses zu einzelnen dielektrischen Elementen des dielektrischen Gitters geformt werden. Es hat sich gezeigt, dass die Größe und Position dieser Hohlräume die Gradienten der elektrostatischen Kraft (beispielsweise Änderungen der elektrostatischen Kraft mit der relativen Position des dielektrischen Gitters in Bezug auf die Stifte), die während des Betriebs auftreten, direkt beeinflussen.
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Wie in 1 dargestellt, betrifft eine Anordnung eine Mikrofonanordnung 10. Die Mikrofonanordnung 10 umfasst ein Gehäuse 12, einen MEMS-Wandler 100 und eine integrierte Schaltung (IC) 14. Das Gehäuse 12 umfasst ein Substrat 16 und eine Abdeckung 18, die mit einer oberen Oberfläche 20 des Substrats 16 verbunden ist. Die Abdeckung 18 wird entlang eines Umfangs der Abdeckung 18 auf dem Substrat 16 befestigt. Die Abdeckung 18 und das Substrat 16 bilden zusammen einen Innenabschnitt 22 (beispielsweise Hohlraum usw.). Die Abdeckung 18 kann eine Atmosphärenausgleichsentlüftung 26 (beispielsweise Öffnung, Loch usw.) umfassen, die eine fluidmäßige Verbindung zwischen einer das Gehäuse 12 umgebenden Umgebung und dem Innenabschnitt 22 herstellt. Die Atmosphärenausgleichs-Entlüftung 26 verhindert eine Beschädigung des Gehäuses 12 und/oder anderer Komponenten der Mikrofonanordnung 10, die andernfalls aufgrund extremer Temperatur- und/oder Druckschwankungen in der Umgebung der Mikrofonanordnung 10 auftreten könnte. Der MEMS-Wandler 100 und der IC 14 befinden sich innerhalb des Innenabschnitts 22 und sind mit der oberen Oberfläche 20 verbunden.
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Das Substrat 16 umfasst einen Sound-Port 28, der so auf den MEMS-Wandler 100 ausgerichtet ist, dass der MEMS-Wandler 100 über den Sound-Port 28 Druckänderungen ausgesetzt ist. Die relative Position zwischen dem MEMS-Wandler 100 und dem Sound-Port 28 kann sich in verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen unterscheiden. Zum Beispiel kann der Sound-Port 28 in die Abdeckung 18 statt in das Substrat 16 geformt sein, und der MEMS-Wandler 100 kann sich neben dem Sound-Port 28 befinden. In diesen Fällen kann der MEMS-Wandler 100 gegenüber der Darstellung in invertiert sein. Der MEMS-Wandler 100 erzeugt elektrische Signale auf der Basis von Druckänderungen, die über den Sound-Port 28 an den MEMS-Wandler 100 übermittelt werden. Bei den Druckänderungen kann es sich um Änderungen des umgebenden atmosphärischen Drucks (beispielsweise ein Druck der Umgebung der Mikrofonanordnung 10) und/oder um Druckänderungen durch einen akustischen Reiz wie beispielsweise Schall handeln. Der IC 14 ist mit dem MEMS-Wandler 100 gekoppelt und so konfiguriert, dass er die vom MEMS-Wandler 100 erzeugten elektrischen Signale interpretiert. Wie in dargestellt, ist der IC 14 mit dem MEMS-Wandler 100 fest verdrahtet, wobei Leitungen und Leiterbahnen 30 verwendet werden, um eine elektrische Verbindung zwischen dem MEMS-Wandler 100 und dem IC 14 herzustellen. Der IC 14 ist auch elektrisch mit dem Substrat 16 und den Pads 32 verbunden, um mit der Anordnung zu kommunizieren, an die die Mikrofonanordnung 10 angeschlossen ist (beispielsweise ein Personalcomputer, ein Mobiltelefon, ein mobiles Gerät, ein Headset, ein Kopfhörergerät, eine Hörvorrichtung usw.). In einigen Implementierungen umfasst der IC 14 Schaltungen zur Verarbeitung von akustischen und atmosphärischen Signalen und/oder Software zur Interpretation des elektrischen Signals vom MEMS-Wandler 100.
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Der MEMS-Wandler 100 ist so konfiguriert, dass er akustische Aktivität und Änderungen des Atmosphärendrucks erfasst. Der MEMS-Wandler 100 umfasst die Druck-Membran 102 und einen Kraftrückkopplungsaktuator 200 (beispielsweise einen dielektrischen Aktuator, einen Kammaktuator usw.), der mit der Druck-Membran 102 gekoppelt ist. Wie in 1 dargestellt, steht die Druck-Membran 102 in fluidmäßiger Verbindung mit dem Sound-Port 28 und ist so konfiguriert, dass sie Druckschwankungen auf den Kraftrückkopplungsaktuator 200 überträgt. Im Besonderen ist die Druck-Membran 102 so konfiguriert, dass sie Druckschwankungen durch eine starre Stütze 34 (beispielsweise Vorsprung) überträgt, die sich zwischen der Druck-Membran 102 und dem Kraftrückkopplungsaktuator 200 erstreckt.
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Wie in 1 gezeigt, ist wenigstens ein Teil des Kraftrückkopplungsaktuators 200 gegenüber der Umgebung der Mikrofonanordnung 10 (beispielsweise dem Sound-Port 28 und dem Innenabschnitt 22) abgedichtet. Konkret ist wenigstens ein Teil des Kraftrückkopplungsaktuators 200 innerhalb einer geschlossenen Kammer 106 angeordnet, die zwischen dem ersten Wandler-Substrat 104 und der Druck-Membran 102 gebildet wird. Die geschlossene Kammer 106 ist bei niedrigem Druck nahe dem Vakuum abgedichtet. Bei einigen Implementierungen weist die geschlossene Kammer 106 einen Druck auf, der kleiner oder im Wesentlichen gleich 30Pa ist. In einigen Anwendungen weist die geschlossene Kammer 106 einen Druck von weniger als oder im Wesentlichen gleich 10Pa auf. Wie in 1 dargestellt, steht eine untere Oberfläche der Druck-Membran 102 außerhalb der geschlossenen Kammer 106 in fluidmäßiger Verbindung mit der das Mikrofon umgebenden Umgebung (beispielsweise dem Sound-Port 28).
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2 zeigt eine perspektivische Ansicht des Kraftrückkopplungsaktuators 200 aus 1. Der Kraftrückkopplungsaktuator 200 umfasst eine Stützstruktur 202, eine freitragende Membran 206 und eine Vielzahl stationärer Finger 208. Die Stützstruktur 202 ist mit der freitragenden Membran 206 und den stationären Fingern 208 gekoppelt und ist so konfiguriert, dass sie die freitragende Membran 206 in der Position in Bezug auf die stationären Finger 208 stützt. Wie in 1 dargestellt, ist die Stützstruktur 202 zwischen dem ersten Wandler-Substrat 104 und der Druck-Membran 102 „eingeklemmt“ oder anderweitig angeordnet. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Stützstruktur 202 eine Basis 210 (beispielsweise Silizium-Wafer) und eine auf einer oberen Oberfläche der Basis 210 aufgebrachte Isolierschicht 212. Die Basis 210 definiert eine zentrale Öffnung 214, die sich durch sie hindurch von der oberen Oberfläche zur unteren Oberfläche der Basis 210 erstreckt. Geeignete Materialien für die Isolatorschicht 212 umfassen Siliziumdioxid, Siliziumnitrid und Siliziumoxynitrid.
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Die freitragende Membran 206 ist mit einer oberen Oberfläche der Isolatorschicht 212 gekoppelt und erstreckt sich über die zentrale Öffnung 214, so dass die freitragende Membran 206 die zentrale Öffnung 214 im Wesentlichen abdeckt. Ein erstes Ende der freitragenden Membran 206 ist mit der Isolatorschicht 212 verbunden, während ein zweites Ende (beispielsweise ein freitragendes Ende) über der zentralen Öffnung 214 in der Nähe eines Innenumfangs der Basis 210 angeordnet ist. Die freitragende Membran 206 ist so strukturiert, dass sie sich in Reaktion auf eine Eingangskraft von der Druck-Membran 102 (beispielsweise von der von der starren Abstützung 34, die sich zwischen der Druck-Membran 102 und der freitragenden Membran 206 erstreckt, wie in 1 dargestellt) in einer Richtung parallel zur Mittelachse der Basis 210 bewegt (beispielsweise auf und ab, wie in 2 gezeigt). Wie in 2 dargestellt, umfasst die freitragende Membran 206 eine Vielzahl von beweglichen Fingern 216, die am zweiten Ende angeordnet sind. Die beweglichen Finger 216 bilden eine Vielzahl von rechteckig geformten Rippen, die in einer im Wesentlichen parallelen Ausrichtung zueinander angeordnet sind. In anderen Ausführungsformen kann die Form der beweglichen Finger 216 unterschiedlich sein.
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Wie in 2 dargestellt, sind die stationären Finger 208 mit der oberen Oberfläche der Isolierschicht 212 an einem gegenüberliegenden Ende der Basis 210 als erstes Ende der freitragenden Membran 206 gekoppelt. Die stationären Finger 208 sind in im wesentlichen paralleler Ausrichtung zueinander über eine Oberkante der zentralen Öffnung 214 angeordnet. Die stationären Finger 208 sind voneinander beabstandet, um eine Vielzahl von Kanälen oder Spalten 218 zu bilden, die so konfiguriert sind, dass sie die beweglichen Finger 216 der freitragenden Membran 206 darin aufnehmen können. Mit anderen Worten, die beweglichen Finger 216 sind zwischen den stationären Fingern 208 so angeordnet, dass jeder der stationären Finger 208 auf wenigstens zwei Seiten von den beweglichen Fingern 216 umgeben ist.
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Die beweglichen Finger 216 sind so konfiguriert, dass sie sich relativ zu den stationären Fingern 208 bewegen, um ein elektrisches Signal als Reaktion auf Druckschwankungen zu erzeugen, die auf den MEMS-Wandler 100 (beispielsweise die Druck-Membran 102, wie unter Bezugnahme auf 1 beschrieben) einwirken. In der in 2 gezeigten Ausführung sind die stationären Finger 208 Stifte oder Leiter, die in zwei verschachtelten Gruppen angeordnet und voneinander elektrisch isoliert sind. Die Leiter können aus einem polykristallinen Siliziummaterial oder einem anderen geeigneten Leiter hergestellt sein. Eine erste Gruppe von Leitern ist elektrisch miteinander verbunden durch eine erste metallische Zwischenverbindung 219 (beispielsweise ein polykristallines Siliziummaterial oder ein anderer geeigneter Leiter), die sich über eine obere Oberfläche der ersten Gruppe von Leitern erstreckt, um eine erste Elektrode 220 zu bilden. Eine zweite Gruppe von Leitern ist durch eine zweite Metallverbindung 222 elektrisch miteinander verbunden, die sich über eine obere Oberfläche der zweiten Gruppe von Leitern erstreckt, um eine zweite Elektrode 224 zu bilden.
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Die beweglichen Finger 216 bilden das dielektrische Gitter für den Kraftrückkopplungsaktuator 200. Jeder der beweglichen Finger 216 besteht aus einem dielektrischen Material wie beispielsweise Siliziumnitrid. Im Betrieb, wenn sich die freitragende Membran 206 unter einem akustischen Druck bewegt, bewegen sich die beweglichen Finger 216 (beispielsweise die dielektrischen Elemente) innerhalb der Lücken 218 zwischen benachbarten Leitern auf und ab. Eine Vorspannung wird zwischen der ersten Elektrode 220 und der zweiten Elektrode 224 angelegt, und ein elektrisches Signal wird auf der Basis der gemessenen Spannungsänderung aufgrund der Position der beweglichen Finger 216 extrahiert. Die angelegte Vorspannung erzeugt ein elektrostatisches Feld zwischen der ersten Elektrode 220 und der zweiten Elektrode 224, das eine rückstellende elektrostatische Kraft erzeugt, die einer Relativbewegung zwischen dem dielektrischen Element und den Elektroden entgegenwirkt (beispielsweise die der mechanischen Kraft entgegenwirkt, die durch die Druck-Membran 102 auf die freitragende Membran 206 ausgeübt wird). Neben anderen Vorteilen wird durch die Trennung der ersten Elektrode 220 von der zweiten Elektrode 224 durch ein dielektrisches Material die seitliche Kraft, die zum Zusammendrücken der Elektroden aufeinander wirkt, erheblich reduziert. Die Verringerung der Lateralkraft zwischen den Elektroden reduziert die Einschränkungen, die mit der Geometrie der Finger verbunden sind, die für den Kraftrückkopplungsaktuator 200 verwendet werden können (beispielsweise die Breite/Dicke der Finger, die Länge der Finger, die sich über die zentrale Öffnung 214 erstrecken, usw.), was wiederum eine Optimierung der Geometrie ermöglicht, um ein höheres Ausgangssignal im Vergleich zu anderen Konstruktionen zu erzeugen.
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Das mit Bezug auf 2 beschriebene Design des Kraftrückkopplungsaktuators 200 sollte nicht als einschränkend betrachtet werden. Viele Variationen sind möglich, ohne von den hier offenbarten erfinderischen Konzepten abzuweichen. Beispielsweise können in einigen Implementierungen die für die stationären Finger 208 und die beweglichen Finger 216 verwendeten Materialien umgekehrt werden, so dass sich die Elektroden relativ zu einem stationären dielektrischen Material bewegen (beispielsweise so, dass die beweglichen Finger 216 aus einem leitfähigen Material und die stationären Finger 208 aus einem isolierenden Material bestehen). In einigen Ausführungsformen können die freitragende Membran 206 und die beweglichen Finger 216 integral als eine einzige einheitliche Struktur ausgebildet sein. In anderen Ausführungsformen können die beweglichen Finger 216 aus einem anderen Material hergestellt sein, das auf das zweite Ende der freitragenden Membran 206 aufgebracht oder anderweitig mit diesem verbunden ist. In einer Ausführung, bei der die beweglichen Finger 216 als Elektroden verwendet werden, können die Metallverbindungen 219, 222 entlang einer oberen Oberfläche der beweglichen Finger 216 angeordnet sein. Die genaue Positionierung der Metallverbindungen 219, 222 in Bezug auf entweder die stationären Finger 208 oder die beweglichen Finger 216 kann sich auch in verschiedenen veranschaulichenden Ausführungsformen unterscheiden.
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3-4 veranschaulichen konzeptionell die Leistung eines Kraftrückkopplungsaktuators 300, der einen ähnlichen Aufbau aufweist wie der mit Bezug auf 2 beschriebene Kraftrückkopplungsaktuator 200. Insbesondere veranschaulichen die die Leistung eines idealen Kraftrückkopplungsaktuators 300, bei dem die Materialeigenschaften eines dielektrischen Elements 316 (beispielsweise eines beweglichen Fingers) im gesamten dielektrischen Element 316 einheitlich sind. 3 zeigt die Kapazitätsänderung des Kraftrückkopplungsaktuators in Abhängigkeit von der relativen Position zwischen dem dielektrischen Element 316 und einem Elektrodenpaar 320, während 4 die elektrostatische Rückstellkraft (d.h. die Traktionskraft) zwischen dem dielektrischen Element 316 und den Elektroden 320 über einen ähnlichen Bereich von Positionen zeigt. Die tatsächliche Position des dielektrischen Elements 316 in bezug auf die Elektroden 320 ist über jedem Diagramm im Querschnitt durch die ineinandergreifende Kammstruktur, die durch die beweglichen und stationären Finger gebildet wird, dargestellt (beispielsweise an einer Stelle, die durch Zeile 7-7 in 2 angegeben ist). Bemerkenswert ist, dass diese Diagramme eine annähernd lineare Variation der Kapazität (3) über den nutzbaren Betriebsbereich (beispielsweise in einem Bereich zwischen etwa 0,5µm und 4,5µm) des Kraftrückkopplungsaktuators zeigen, was zu einer nahezu konstanten elektrostatischen Kraft führt (4).
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Die Leistungsmerkmale des Kraftrückkopplungsaktuators werden sich etwas von den in 3-4 gezeigten idealen Beziehungen unterscheiden. Insbesondere Imperfektionen wie Hohlräume im dielektrischen Element, ungleichmäßige Materialeigenschaften und elektrische Randfelder zur Umgebung beeinflussen den elektrostatischen Kraftgradienten und die entsprechende Empfindlichkeit, die durch den Kraftrückkopplungsaktuator erreicht werden können. Neben anderen Möglichkeiten resultieren Hohlräume und andere Imperfektionen im dielektrischen Element aus der natürlichen Materialanhäufung während der Herstellung (beispielsweise Materialablagerung). 5 zeigt ein Beispiel dafür, wie Materialeigenschaften über den Querschnitt eines dielektrischen Elements 400 infolge eines inneren Hohlraums 402 variieren können. Wie in 6 gezeigt, verursacht der Hohlraum 402 im dielektrischen Element 400 Variationen der Dielektrizitätskonstante entlang der Höhe des dielektrischen Elements 400 (beispielsweise vertikal zwischen einer oberen und unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 400), was sich auf die elektrostatische Rückstellkraft auswirkt, wenn sich das dielektrische Element 400 relativ zu den Elektroden 404 bewegt. Diese Variation ist als Gradient der elektrostatischen Kraft zwischen etwa 0,5µm und 2,75µm in 6 dargestellt. Der in 6 dargestellte Gradient der elektrostatischen Kraft hängt von der Form des Hohlraums 402 und der Tiefe ab, die der Hohlraum 402 in das dielektrische Element 400 hineinragt.
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7A zeigt einen Querschnitt durch die beweglichen (beispielsweise dielektrische Elemente) und stationären Finger (beispielsweise Elektroden) des Kraftrückkopplungsaktuators 200 aus 2. Konkret zeigt 7A einen Querschnitt durch ein Elektrodenpaar (beispielsweise erste Elektrode 220 und eine zweite Elektrode 224) und ein dielektrisches Element 216. Die Höhe 217 des dielektrischen Elements 216 zwischen einer oberen Oberfläche und einer unteren Oberfläche des dielektrischen Elements 216 liegt in einem Bereich zwischen etwa 3µm und 10µm. Eine Gesamtbreite 221 des dielektrischen Elements 216 in einer seitlichen Richtung zwischen dem Elektrodenpaar liegt innerhalb eines Bereichs zwischen etwa 1µm und 300µm. In anderen Ausführungsformen können die Gesamtabmessungen des dielektrischen Elements 216 unterschiedlich sein. Wie in 7A gezeigt, ist das Elektrodenpaar voneinander beabstandet, um einen Spalt 218 zu bilden. Das dielektrische Element 216 ist an einer zentralen Position innerhalb des Spalts 218 zwischen dem Elektrodenpaar angeordnet. Eine Breite des dielektrischen Elements 216 ist kleiner als eine Breite des Spalts 218, so dass das dielektrische Element 216 sowohl von der ersten Elektrode 220 als auch von der zweiten Elektrode 224 beabstandet ist. Bei einigen Implementierungen liegt eine Breite 226 des Spalts 218 zwischen dem dielektrischen Element 216 und wenigstens einem der ersten Elektrode 220 und der zweiten Elektrode 224 in einem Bereich zwischen etwa 100nm und 300nm. In anderen Ausführungsformen kann der Abstand zwischen dem dielektrischen Element 216 und den Elektroden 220, 224 unterschiedlich sein.
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Das dielektrische Element 216 umfasst einen dielektrischen Gradienten in wenigstens zwei Richtungen durch das dielektrische Element 216. Wie hierin erwähnt, bezieht sich ein dielektrischer Gradient auf eine Änderung der Materialeigenschaften und/oder der Dielektrizitätskonstante entlang des dielektrischen Elements 216 in einer gegebenen Richtung. Der dielektrische Gradient kann durch die Verwendung von Sekundärmaterialien und/oder durch die Bildung von Lufteinschlüssen im dielektrischen Element 216 durch ein Durchgangsloch erzeugt werden. Insbesondere umfasst das dielektrische Element 216 eine Vielzahl von dielektrischen Materialien (beispielsweise Abschnitte), die entlang der lateralen Richtung zwischen dem Elektrodenpaar gestapelt oder anderweitig angeordnet sind. Mit anderen Worten, das dielektrische Element 216 umfasst einen kontrollierten dielektrischen Gradienten, der durch eine diskrete Änderung der relativen Dielektrizitätskonstante (beispielsweise die diskrete Änderung, die mit der Änderung der Materialeigenschaften zwischen dem ersten und dem zweiten dielektrischen Material zusammenhängt) senkrecht zur Richtung der relativen Bewegung zwischen dem dielektrischen Element 216 und dem Elektrodenpaar (beispielsweise in horizontaler Richtung, wie in 7A gezeigt, in seitlicher Richtung zwischen den Fingern usw.) gekennzeichnet ist. Das dielektrische Element 216 umfasst auch einen kontrollierten dielektrischen Gradienten entlang der Richtung der Relativbewegung zwischen dem dielektrischen Element 216 und dem Elektrodenpaar aufgrund der Änderung der Materialeigenschaften in der Nähe des unteren Endes des dielektrischen Elements 216.
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Wie in 7A dargestellt, umfasst das dielektrische Element 216 einen ersten Abschnitt, der als erstes dielektrisches Material 228 dargestellt ist, und einen zweiten Abschnitt, der als zweites dielektrisches Material 230 dargestellt ist und zumindest teilweise innerhalb des ersten dielektrischen Materials 228 angeordnet ist. In anderen Ausführungsformen, wie in 7B gezeigt, wird der dielektrische Gradient im dielektrischen Element 250 durch eine in das erste dielektrische Material 254 geätzte Luftkammer 252 bereitgestellt (beispielsweise eine Luftkammer anstelle des in 7A gezeigten zweiten dielektrischen Materials 230, eine Luftkammer innerhalb des zweiten dielektrischen Materials 230 usw.). Bei einigen Implementierungen kann die Luftkammer 252 in das erste dielektrische Material 254 in im Wesentlichen der gleichen Form wie das zweite dielektrische Material 228 in 7A geätzt werden oder in einer anderen geeigneten Form, um den Gradienten der elektrostatischen Kraft über den Betriebsbereich des Kraftrückkopplungswandlers 200 zu reduzieren. In der Ausführungsform von 7B ist die Luftkammer 252 in das erste dielektrische Material 254 an einer Verjüngung geätzt, so dass eine Breite der Luftkammer 252 nahe dem oberen Ende des dielektrischen Elements 250 größer ist als das untere Ende.
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Wie in 7A gezeigt, ist das zweite dielektrische Material 230 zentral innerhalb des ersten dielektrischen Materials 228 angeordnet, so dass das zweite dielektrische Material 230 auf wenigstens drei Seiten von dem ersten dielektrischen Material 228 umgeben ist. Das zweite dielektrische Material 230 erstreckt sich nach unten in das erste dielektrische Material 228 entlang eines Großteils der Höhe des dielektrischen Elements 216. Wie in 7A gezeigt, ist eine Dicke 232 des ersten dielektrischen Materials 228 entlang eines Umfangs des zweiten dielektrischen Materials 230 ungefähr gleichförmig. Bei einigen Implementierungen liegt die Dicke 232 des ersten dielektrischen Materials 228 in einem Bereich zwischen etwa 100nm und 300nm und/oder entspricht etwa der Breite 226 des Spalts 218 zwischen dem ersten dielektrischen Material 228 und jeder der ersten Elektrode 220 und der zweiten Elektrode 224. Bemerkenswert ist, dass die Form des zweiten dielektrischen Materials 230 über die Tiefe des dielektrischen Elements 216 annähernd gleichförmig ist, was zu einer diskreten Änderung der Dielektrizitätskonstante senkrecht zur Richtung der Relativbewegung zwischen dem dielektrischen Element 216 und dem Elektrodenpaar führt. In der in 7A gezeigten Ausführungsform weist das zweite dielektrische Material 230 im Querschnitt gesehen eine rechteckige Form auf. In anderen Ausführungsformen kann die Form des zweiten dielektrischen Materials 230 unterschiedlich sein. Zum Beispiel können die unteren Ecken des in 8 gezeigten Rechtecks abgerundet sein. Die inneren Seitenwände des ersten dielektrischen Materials 228, an denen das zweite dielektrische Material 230 in das erste dielektrische Material 228 eingreift, können sich in einem Winkel (beispielsweise 5°, usw.) oder in einem anderen Winkel verjüngen, basierend auf Herstellungseinschränkungen und/oder der gewünschten Leistung des Kraftrückkopplungsaktuators 200. Zum Beispiel kann das zweite dielektrische Material 230 an die Stelle der in 7B gezeigten Luftkammer 252 treten (beispielsweise kann das zweite dielektrische Material 230 in die in 7B gezeigte Luftkammer 252 abgeschieden oder anderweitig geformt werden, so dass die Breite des zweiten dielektrischen Materials 230 in der Nähe eines oberen Endes des dielektrischen Elements größer ist als das untere Ende). Mit anderen Worten, das zweite dielektrische Material 230 kann zumindest teilweise eine V-Form bilden, wo es mit dem ersten dielektrischen Material 228 in Eingriff kommt (beispielsweise an der Schnittstelle zwischen dem ersten dielektrischen Material 228 und dem zweiten dielektrischen Material 230). Die Verjüngung führt zu einer kontinuierlichen Änderung der Dielektrizitätskonstante entlang der Höhe des zweiten dielektrischen Materials 228.
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Die Materialeigenschaften des ersten dielektrischen Materials 228 und des zweiten dielektrischen Materials 230 sind so gewählt, dass die Variation der Permittivität über das dielektrische Element 216 minimiert wird. In der Ausführungsform von 7A ist das erste dielektrische Material 228 aus einem Siliziumnitridmaterial und das zweite dielektrische Material 230 aus einem polykristallinen Silizium-Material hergestellt. Die Kombination der Materialien und die relativen Dicken der einzelnen Materialschichten können eingestellt werden, um die gewünschten Materialeigenschaften des dielektrischen Elements 216 zu erhalten (beispielsweise eine mittlere Dielektrizitätskonstante über das dielektrische Element 216, usw.). Neben anderen Vorteilen kann das polykristalline Siliziummaterial bei einem niedrigeren Druck als Siliziumnitrid abgeschieden werden, was das Risiko der Bildung von inneren Hohlräumen während der Herstellung verringert. Das äußere Siliziumnitrid gewährleistet eine ausreichende mechanische Festigkeit des dielektrischen Elements 216 unter Belastung.
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8-9 zeigen die Verbesserungen des elektrostatischen Kraftgradienten, die durch die Verwendung eines dielektrischen Elements 216 mit einem kontrollierten dielektrischen Gradienten erzielt werden können (beispielsweise mehrere Abschnitte, die jeweils eine unterschiedliche Permittivität aufweisen). Im Gegensatz zu der in 6 beobachteten großen Änderung (beispielsweise Gradient) der elektrostatischen Kraft zeigt das in 7A und 8 gezeigte dielektrische Element 216 eine nahezu konstante (beispielsweise flache) elektrostatische Rückstellkraft als Funktion der Position über einen großen Betriebsbereich (beispielsweise zwischen etwa 0,5µm und 4,5µm).
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Es ist zu schätzen, dass das Design des dielektrischen Elements 216 in einer Vielzahl von alternativen Kraftrückkopplungsaktuator-Konstruktionen verwendet werden kann. Zum Beispiel zeigt 10 einen Kraftrückkopplungsaktuator 500, der dem Kraftrückkopplungsaktuator 200 aus 2 ähnlich ist. Auch hier bilden die beweglichen und stationären Finger eine ineinandergreifende Kammstruktur, die auf einer einzigen Seite (beispielsweise links, wie in 10 gezeigt) einer freitragenden Membran 506 angeordnet ist. Das gegenüberliegende Ende der Cantilever-Membran 506 ist mit einem Membrananker 834 am Wandler-Substrat 510 befestigt, der eine über oder unter der Cantilever-Membran 506 aufgebrachte Siliziumoxidschicht umfassen kann. 11 zeigt einen Kraftrückkopplungsaktuator 600, der eine interdigitale Kammstruktur auf zwei Seiten einer beweglichen Membran 606 umfasst. Die Membran 606 ist sowohl an einer Oberseite des Wandler-Substrats 610 (beispielsweise Basis) als auch an einer der Oberseite gegenüberliegenden Unterseite mit einem Wandler-Substrat 610 gekoppelt. Die Membran 606 umfasst bewegliche Finger 616 auf beiden Seiten der Membran 606 (beispielsweise eine linke und eine rechte Seite, wie in 11 gezeigt), die sich nach außen von der Membran 606 weg in einer Richtung parallel zur Membran (beispielsweise parallel zu einer oberen Oberfläche des Wandler-Substrats 610) erstrecken.
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12 zeigt ein weiteres Beispiel des Kraftrückkopplungsaktuators 700. Der Kraftrückkopplungsaktuator 700 umfasst eine Membran 706, die ähnlich wie die Membran 606 aus 11 aufgebaut ist. Im Gegensatz zu 11 erstrecken sich jedoch die im Stellantrieb 700 von 12 gezeigten beweglichen Finger 716 von der Membran 706 im Wesentlichen senkrecht zur Membran 706 nach unten (beispielsweise parallel zu einer Achse der durch das Wandler-Substrat 710 definierten zentralen Öffnung). Die stationären Finger 708 sind unterhalb der Membran 706 angeordnet und an zwei Enden mit dem Wandler-Substrat 710 gekoppelt, so dass sich die stationären Finger 708 über die zentrale Öffnung erstrecken. Die beweglichen Finger 716 erstrecken sich in Spalte, die zwischen benachbarten der stationären Finger 708 gebildet werden. Somit können die stationären Finger 708 und die beweglichen Finger 216 zumindest teilweise innerhalb der zentralen Öffnung angeordnet sein. Im Betrieb bewegen sich die beweglichen Finger 216 in die zentrale Öffnung hinein und aus ihr heraus in einer Richtung parallel zur Achse der zentralen Öffnung (in die Seite hinein und aus ihr heraus, wie in 12 dargestellt).
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13 zeigt eine weitere Implementierung eines Kraftrückkopplungsaktuators 800. Der Kraftrückkopplungsaktuator 800 umfasst eine Vielzahl von Säulen 816, die sich parallel zu einer Achse der zentralen Öffnung erstrecken. Die Säulen 816 werden innerhalb der zentralen Öffnung von Metallverbindungen 819, 822 getragen, die an beiden Enden mit dem Wandler-Substrat verbunden sind. Die Membran 806 ist eine Waffelstruktur, die eine Vielzahl von Öffnungen 815 umfasst. Jede der Öffnungen 815 ist so konfiguriert, dass sie eine entsprechende der Säulen 816 darin aufnimmt. Die äußeren Enden der Membran 806 sind in Vertiefungen angeordnet, die in eine obere Oberfläche des Wandler-Substrats 810 eingeformt sind. Der Kraftrückkopplungsaktuator 800 umfasst zusätzlich einen Membrananker 834, der so konfiguriert ist, dass er die Enden der Membran 806 trägt und verhindert, dass sich die Membran 806 während des normalen Betriebs vom Wandler-Substrat 810 trennt. Die Anzahl und Geometrie der in 10-13 gezeigten stationären und beweglichen Finger kann in verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich sein.
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14 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 900 zur Herstellung eines Kraftrückkopplungsaktuators für einen MEMS-Wandler gemäß einer veranschaulichenden Ausführungsform. Verfahren 900 kann mit dem Kraftrückkopplungsaktuator 200 von 1-2 implementiert werden. Dementsprechend kann das Verfahren 900 in Bezug auf 1-2 beschrieben werden. Zusätzlich sind verschiedene Schritte des Verfahrens 900 konzeptionell in 15-20 veranschaulicht, die die verschiedenen Schritte in einer Querschnittsansicht durch die beweglichen und stationären Finger des Kraftrückkopplungsaktuators zeigen (siehe Zeilen 7-7 von 2).
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Bei 902 wird eine polykristalline Siliziumschicht (beispielsweise stationäre Finger 208) bereitgestellt. Die polykristalline Siliziumschicht kann auf einer Isolierschicht aus Siliziumnitrid (beispielsweise Wandler-Substrat oder Basis 210) abgeschieden oder anderweitig gebildet werden. Bei 904 wird die polykristalline Siliziumschicht geätzt, um eine Vielzahl von Vertiefungen (beispielsweise Lücken 218) in die polykristalline Siliziumschicht zu bilden. Die Vertiefungen erstrecken sich durch die Dicke der Polysiliziumschicht und bilden eine Vielzahl von Fingern, die durch die Isolierschicht elektrisch voneinander isoliert sind. In der in 16 gezeigten Implementierung beträgt die Breite 226 jeder Vertiefung etwa 1,4µm und die Tiefe 227 jeder Vertiefung etwa 5µm. Bei anderen Implementierungen können die Abmessungen der Vertiefungen unterschiedlich sein.
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Bei 906 wird eine Opferschicht (beispielsweise Oxidschicht 213) entlang der Innenwände jedes einzelnen der Vertiefungen, entlang der äußeren Oberfläche der Polysiliziumschichten und der Isolierschichten abgeschieden. Die Dicke 229 der Opferschicht beträgt etwa 200nm, wobei die Dicke 229 je nach den Design-Parametern des Kraftrückkopplungsaktuators unterschiedlich sein kann. Bei 908 wird ein erstes dielektrisches Material (beispielsweise Siliziumnitrid, erstes dielektrisches Material 228) auf die Opferschicht aufgebracht (siehe 18). Auch hier kann die Dicke 232 des ersten dielektrischen Materials je nach Design-Parametem variieren. In der in 18 gezeigten Ausführung beträgt die Dicke 232 des ersten dielektrischen Materials etwa 200nm. Das erste Opfermaterial definiert einen Hohlraum oder eine Luftkammer.
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Bei 910 wird ein zweites dielektrisches Material (beispielsweise polykristallines Silizium, zweites dielektrisches Material 230) in den vom ersten dielektrischen Material gebildeten Hohlraum abgeschieden. Block 910 kann das vollständige Füllen des Hohlraums mit dem zweiten dielektrischen Material umfassen. Block 910 kann zusätzlich das Wegätzen von Restschichten des ersten und zweiten dielektrischen Materials (beispielsweise Planarisieren) von der oberen Oberfläche der ersten Polysiliziumschicht (beispielsweise der Elektroden 220, 224) umfassen. Bei 912 wird die Opferschicht weggeätzt, um das erste und zweite dielektrische Material (beispielsweise das dielektrische Element 216) von den stationären Fingern aus Polysilizium zu lösen. In anderen Implementierungen kann das Verfahren 900 zusätzliche, weniger und/oder andere Operationen umfassen.
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Der hier beschriebene Gegenstand veranschaulicht manchmal verschiedene Komponenten, die in verschiedenen anderen Komponenten enthalten oder mit ihnen verbunden sind. Es ist zu verstehen, dass solche dargestellten Architekturen veranschaulichend sind, und dass tatsächlich viele andere Architekturen implementiert werden können, die die gleiche Funktionalität erreichen. In einem konzeptionellen Sinne ist jede Anordnung von Komponenten zur Erzielung der gleichen Funktionalität effektiv „assoziiert“, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird. Daher können zwei beliebige Komponenten, die hier kombiniert werden, um eine bestimmte Funktionalität zu erreichen, als miteinander „assoziiert“ angesehen werden, so dass die gewünschte Funktionalität erreicht wird, unabhängig von Architekturen oder intermedialen Komponenten. Gleichermaßen können zwei auf diese Weise verknüpfte Komponenten auch als „betriebsfähig miteinander verbunden“ oder „betriebsfähig miteinander gekoppelt“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen, und zwei Komponenten, die auf diese Weise verknüpft werden können, können auch als „betriebsfähig miteinander koppelbar“ angesehen werden, um die gewünschte Funktionalität zu erreichen. Spezifische Beispiele für betriebsfähig koppelbare Komponenten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf physikalisch koppelbare und/oder physikalisch interagierende Komponenten und/oder drahtlos interagierende und/oder drahtlos interagierende Komponenten und/oder logisch interagierende und/oder logisch interagierende Komponenten.
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Was die Verwendung von Plural- und/oder Singulartermini in diesem Dokument betrifft, so können diejenigen, die Geschick in der Kunst aufweisen, vom Plural in den Singular und/oder vom Singular in den Plural übersetzen, wie es dem Kontext und/oder der Anwendung angemessen ist. Die verschiedenen Singular/Plural-Verschiebungen können hier der Klarheit halber ausdrücklich aufgeführt werden.
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Es wird von denjenigen innerhalb der Kunst verstanden werden, dass die hierin und insbesondere in den beigefügten Ansprüchen verwendeten Begriffe (beispielsweise Körper der beigefügten Ansprüche) im Allgemeinen als „offene“ Begriffe gedacht sind (beispielsweise sollte der Begriff „einschließlich“ als „einschließlich, aber nicht beschränkt auf‟, der Begriff „haben“ als „zumindest aufweisen“, der Begriff „umfasst“ als „umfasst, aber nicht beschränkt auf“ usw. interpretiert werden).
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Obwohl die Abbildungen und die Beschreibung eine bestimmte Reihenfolge der Verfahrensschritte veranschaulichen können, kann die Reihenfolge dieser Schritte von der dargestellten und beschriebenen Reihenfolge abweichen, sofern oben nicht anders angegeben. Außerdem können zwei oder mehr Schritte gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig ausgeführt werden, sofern oben nicht anders angegeben. Eine solche Variation kann zum Beispiel von den gewählten Software- und Hardwaresystemen und von der Wahl des Designers abhängen. Alle derartigen Variationen fallen in den Geltungsbereich der Offenbarung. Ebenso könnten Software-Implementierungen der beschriebenen Verfahren mit Standard-Programmiertechniken mit regelbasierter Logik und anderer Logik durchgeführt werden, um die verschiedenen Verbindungsschritte, Verarbeitungsschritte, Vergleichsschritte und Entscheidungsschritte zu erreichen.
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Des Weiteren wird von den Fachleuten in der Kunst verstanden werden, dass, wenn eine bestimmte Anzahl von eingeführten Anspruchsrezitationen beabsichtigt ist, eine solche Absicht im Anspruch explizit erwähnt wird, und in Ermangelung einer solchen Rezitation liegt keine solche Absicht vor. Als Verständnishilfe können zum Beispiel die folgenden beigefügten Ansprüche die Verwendung der einleitenden Sätze „wenigstens einer“ und „einer oder mehrere“ enthalten, um Anspruchsrezitationen einzuführen. Die Verwendung solcher Sätze sollte jedoch nicht dahingehend ausgelegt werden, dass die Einführung einer Anspruchswiederholung durch die unbestimmten Artikel „ein“ oder „eine“ einen bestimmten Anspruch, der eine solche eingeführte Anspruchswiederholung enthält, auf Erfindungen beschränkt, die nur eine solche Wiederholung enthalten, selbst wenn derselbe Anspruch die einleitenden Sätze „ein(e) oder mehrere“ oder „wenigstens einen“ und unbestimmte Artikel wie „ein“ oder „eine“ umfasst (beispielsweise „ein(e)“ ist typischerweise so auszulegen, dass damit „wenigstens ein(e)“ oder „einer oder mehrere“ gemeint sind); dasselbe gilt für die Verwendung bestimmter Artikel, die zur Einführung von Anspruchsrezitationen verwendet werden. Selbst wenn eine bestimmte Zahl einer eingeführten Anspruchs-Rezitation explizit rezitiert wird, werden diejenigen, die sich in der Kunst auskennen, erkennen, dass eine solche Rezitation typischerweise so interpretiert werden sollte, dass zumindest die rezitierte Zahl gemeint ist (beispielsweise bedeutet die bloße Rezitation von „zwei Rezitationen“ ohne andere Modifikatoren typischerweise wenigstens zwei Rezitationen oder zwei oder mehr Rezitationen).
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Darüber hinaus ist in den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens A, B und/oder C usw.“ verwendet wird, im Allgemeinen eine solche Konstruktion in dem Sinne beabsichtigt, dass jemand, der über die entsprechenden Fähigkeiten verfügt, die Konvention verstehen würde (beispielsweise würde „ein System, das wenigstens A, B und/oder C aufweist“, Systeme umfassen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein). In den Fällen, in denen eine Konvention analog zu „wenigstens einem von A, B oder C usw.“ verwendet wird, ist eine solche Konstruktion im Allgemeinen in dem Sinne beabsichtigt, dass jemand, der über Fachkenntnisse verfügt, die Konvention verstehen würde (beispielsweise „ein System, das wenigstens eines von A, B oder C aufweist“ würde Systeme umfassen, die A allein, B allein, C allein, A und B zusammen, A und C zusammen, A und C zusammen, B und C zusammen und/oder A, B und C zusammen usw. aufweisen, ohne darauf beschränkt zu sein). Des Weiteren wird vom Fachmann verstanden werden, dass praktisch jedes disjunktive Wort und/oder jeder Satz, das/der zwei oder mehr alternative Begriffe enthält, sei es in der Beschreibung, in den Ansprüchen oder in den Zeichnungen, so verstanden werden sollte, dass die Möglichkeiten der Einbeziehung eines der Begriffe, eines der Begriffe oder beider Begriffe in Betracht gezogen werden sollten. Zum Beispiel wird der Ausdruck „A oder B“ so verstanden werden, dass er die Möglichkeiten von „A“ oder „B“ oder „A und B“ umfasst.
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Des Weiteren bedeutet, sofern nicht anders angegeben, die Verwendung der Wörter „ungefähr“, „etwa“, „circa“, „annähernd“, „im Wesentlichen“ usw. plus oder minus zehn Prozent.
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Die vorstehende Beschreibung der veranschaulichenden Ausführungsformen wurde zu Illustrations- und Beschreibungszwecken dargelegt. Sie ist nicht als erschöpfend oder einschränkend in Bezug auf die offengelegte genaue Form gedacht, und Änderungen und Variationen sind im Lichte der obigen Lehren möglich oder können aus der Praxis der offengelegten Ausführungsformen gewonnen werden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
