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Hintergrund
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Projektionssysteme, die Mikrospiegel
und Mikrospiegelarrays aufweisen. Die vorliegende Erfindung bezieht
sich ferner auf integrierte Schaltungen, die zumindest ein auslenkbares
Element aufweisen.
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Es
wurden verschiedene Technologien für Projektions- und Anzeigesysteme
vorgeschlagen, wie beispielsweise diese, die eine räumliche
Lichtmodulation unter Verwendung verschiedener Materialien nutzen.
Unter diesen sind siliziumbasierte, mikromechanische, räumliche
Lichtmodulationsvorrichtungen (SLM-Vorrichtungen; SLM = Spatial
Light Modulation), bei denen ein großer Abschnitt der Vorrichtung
optisch aktiv ist. Bei derartigen Systemen können Mikrospiegel sich in eine
oder mehrere Richtungen auslenken. Bei Architekturen z. B., die
sich auf ein Passivtreibschema stützen, ist eine Spannungsvorspannung
durch eine Adresselektrode erzielt. Wenn sich der Spiegel erst einmal
dreht, schwebt (floatet) die Elektrode und behält der Spiegel die ausgelenkte
Stellung desselben bei. Wenn die Vorspannung rückgesetzt wird, dreht sich
der Spiegel zurück zu
dem flachen Zustand mit einer Rate, die durch die Gelenkfederkonstante
der Mikrospiegelvorrichtung begrenzt ist. Die Gelenkfederkonstante
resultiert typischerweise in einem Rücksetzzyklus, der langsamer als
der Treibzyklus ist. Dies begrenzt die Fähigkeit der Mikrospiegelvorrichtung,
bei hohen Frequenzen zu zucken. Somit wäre es erwünscht, eine Mikrospiegelarchitektur
zu liefern, die hohe Rücksetzfrequenzen
ermöglichen
könnte,
während
eine hohe Effizienz und betriebliche Integrität geliefert wird.
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Zusammenfassung
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Hierin
ist eine mikroelektromechanische Vorrichtung offenbart, die eine
Rücksetzelektrode
aufweist, die für
eine Verwendung bei Projektionsanzeigevorrichtungen geeignet ist,
wie beispielsweise räumlichen
Lichtmodulatoren. Die Vorrichtung umfasst ein optisch transmissives
Substrat, ein Halbleitersubstrat, das um einen beabstandeten Abstand von
dem optisch transmissiven Substrat weg positioniert ist, und ein
Bauglied, das zwischen dem optisch transmissiven Substrat und dem
Halbleitersubstrat positioniert ist und zwischen einer Ruhestellung
und zumindest einer Betriebsstellung auslenkbar ist. Das auslenkbare
Bauglied ist durch das optisch transmissive Substrat oder das Halbleitersubstrat
getragen. Das auslenkbare Bauglied lenkt aus, wenn dasselbe elektrostatisch
an zumindest eine Adresselektrode angezogen wird, und kehrt durch
einen Betrieb einer Rücksetzelektrode
zu einer unausgelenkten Stellung zurück.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1A ist
eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
eines digitalen Lichtmodulators, der ein Array von Mikrospiegeln
umfasst;
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1B ist
eine Detailansicht einer Gelenkkonfiguration, die für eine Verwendung
mit Mikrospiegeln geeignet ist;
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1C ist
eine Draufsicht eines Ausführungsbeispiels
eines digitalen Lichtmodulators, der ein Array von Mikrospiegeln
umfasst, die eine Seitengelenkkonfiguration aufweisen;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Mikrospiegelvorrichtung, die
eine Seitengelenkkonfiguration aufweist;
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3 ist
eine auseinandergezogene Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines Digitalmikrospiegelpixels;
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4A ist
eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels eines digitalen Mikrospiegelarrays
in einer Ruhestellung, die mit 90° zu
der Gelenkachse aufgenommen ist;
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4B ist
der digitale Mikrospiegel von 4A, der
zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
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4C ist
der digitale Mikrospiegel von 4A in
einem Rücksetzmodus;
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5A ist
eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
eines Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse
aufgenommen ist;
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5B ist
der digitale Mikrospiegel von 5A, der
zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
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5C ist
der digitale Mikrospiegel von 5A in
einem Rücksetzmodus;
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6A ist
eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels bei einem dritten Ausführungsbeispiel eines
Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse
genommen ist;
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6B ist
der digitale Mikrospiegel von 6A, der
zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
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6C ist
der digitale Mikrospiegel von 6A, wobei
eine Hochspannungselektrodenrücksetzung
gezeigt ist;
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6D ist
der digitale Mikrospiegel von 6A in
einem Rücksetzmodus;
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7A ist
eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels, der ein Seitengelenk
aufweist, bei einem vierten Ausführungsbeispiel
eines Mikrospiegelarrays in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse
genommen ist;
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7B ist
der digitale Mikrospiegel von 7A, der
zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Position getrieben ist;
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7C ist
der digitale Mikrospiegel von 7A in
dem Rücksetzmodus;
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8A ist
eine Querschnittsansicht eines Mikrospiegels, der ein Seitengelenk
aufweist, in der Ruhestellung, die mit 90° zu der Gelenkachse genommen
ist;
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8B ist
der digitale Mikrospiegel von 8A, der
zu einer ausgelenkten oder betrieblichen Stellung getrieben ist;
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8C ist
der digitale Mikrospiegel von 8A in
einem Rücksetzmodus;
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9 ist
eine schematische Ansicht einer Anzeigevorrichtung, die den digitalen
Mikrospiegel verwendet, der hierin gezeigt ist; und
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10 ist
ein Prozessdiagramm, das ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens
zum Herstellen einer mik romechanischen Vorrichtung umreißt, die
eine Rücksetzelektrode
aufweist.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
vorliegende Offenbarung ist auf Anzeigevorrichtungen gerichtet,
insbesondere diese, die räumliche
Lichtmodulatoren verwenden. Die vorliegende Offenbarung ist auch
auf mikroelektromechanische Vorrichtungen gerichtet, die ein Bauglied
umfassen, das zwischen einer Ruhestellung und zumindest einer Betriebsstellung
auslenkbar ist. Das auslenkbare Bauglied kann aus verschiedenen
reflektierenden Medien hergestellt sein, um Licht von einem Lichtweg
zu einem anderen umzurichten. Reflektierende, auslenkbare Bauglieder
werden typischerweise als Mikrospiegel bezeichnet.
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Eine
Auslenkung ist typischerweise durch eine elektrostatische Kraft
erzielt, die durch zumindest eine Adresselektrode bei einer gegebenen
Vorspannungsspannung erzeugt wird. Bei der hierin offenbarten Vorrichtung
wird das auslenkbare Bauglied durch einen Betrieb einer Rücksetzelektrode,
die unabhängig
von der CMOS-Architektur wirksam ist, zu einer unausgelenkten Stellung
zurückgegeben.
Die Vorspannungsspannung, die durch die Rücksetzelektrode erzeugt wird,
ist ausreichend, um das auslenkbare Bauglied umzurichten. In bestimmten
Fällen kann
die Vorspannungsspannung, die durch die Rücksetzelektrode erzeugt wird,
größer als
die Vorspannungsspannung sein, die durch die Adresselektrode ausgeübt wird.
Somit kann die elektrostatische Kraft, die durch die Rücksetzelektrode
erzeugt wird, das auslenkbare Bauglied schnell und effizient zu
einer Ruhestellung zurückgeben.
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Es
wird betrachtet, dass die mikroelektromechanische Vorrichtung irgendein
geeignetes auslenkbares Bauglied umfassen kann, das eine schnelle Rücksetzung
erfordert. Zu Darstellungszwecken wird die Vorrichtung hinsichtlich
einer digitalen Mikrospiegelvorrichtung beschrieben. Innerhalb des
Schutzbereichs und der Wesensart dieser Offenbarung können jedoch
andere mikroelektromechanische Vorrichtungen und Konfigurationen
wirksam genutzt werden. Digitale Mikrospiegelvorrichtungen, die
für eine
Verwendung bei der Schnellrücksetzkonfiguration,
die hierin beschrieben ist, geeignet wären, sind in der ebenfalls
anhängigen
Anmeldung mit der Seriennummer 10/136,719 mit dem Titel „Micro-mirror
Device", eingereicht
am 30. April 2002 und ebenfalls an die Entität hierin gemeinschaftlich übertragen,
deren Beschreibung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist, beschrieben.
Wie es allgemein hierin erörtert ist,
kann die digitale Mikrospiegelvorrichtung verschiedene planare Geometrien
aufweisen, wie es erwünscht
und/oder erforderlich ist. Es wird betrachtet, dass die digitale
Mikrospiegelvorrichtung verschiedene Gelenkarchitekturen umfassen
kann, einschließlich
Architekturen mit verstecktem Gelenk, freiliegendem Gelenk und flachem
Spiegel. Zu Darstellungszwecken sind verschiedene Architekturen
mit verstecktem und freiliegendem Gelenk betrachtet, gezeigt und
erörtert.
Es ist klar, dass die hierin offenbarte Rücksetzvorrichtung bei verschiedenen
Einzeldeck- und Doppeldeck-Gelenkanordnungen verwendet werden kann. 1A zeigt
eine Draufsicht eines Abschnitts eines digitalen Mikrospiegelarrays 100 gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung. 1B zeigt
eine Detailansicht eines darstellenden Gelenkaufbaus. 1C zeigt eine
Draufsicht eines digitalen Mikrospiegelarrays 100' mit Seitengelenk.
Jedes Element in dem Array kann ein Spiegelelement 102 (102' bei dem Vorrichtungsarray 100') umfassen.
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Wie
es in 1A, 1B und 1C zu
sehen ist, ist jedes Spiegelelement 102, 102' durch eine Tragestütze 104, 104' getragen. Die
Tragestütze 104, 104' kann wie erwünscht oder
erforderlich positioniert sein, um einen Betrieb zu ermöglichen.
Wie es in 1A gezeigt ist, kann die Tragestütze 104 relativ
zu dem Spiegelelement 102 zentral positioniert sein. Es
wird ferner betrachtet, dass die Tragestütze 104' in der Nähe einer geeigneten Kante 106' des Spiegelelements 102' positioniert
sein kann, wie es in 1B gezeigt ist. Die Spiegelelemente 102, 102' sind in 1A und 1C als
quadratische Bauglieder gezeigt. Es wird jedoch betrachtet, dass
die Spiegelelemente 102, 102' irgendeine geeignete Geometrie
oder Konfiguration aufweisen können.
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Stützen, wie
beispielsweise die Tragestützen 104, 104', sind mit dem
Spiegelelement 102, 102' über geeignete Gelenkbauglieder
verbunden, wie beispielsweise die Gelenke 108, die in 1B dargestellt
sind. Die Gelenke 108 sind aufgebaut und konfiguriert,
um eine Torsionsdrehbewegung um eine Gelenkachse 110 zu
gestatten. Auf diese Weise ist eine Bewegung des Spiegelelements 102, 102' relativ zu
der Stütze 104, 104' erzielt.
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Das
auslenkbare Bauglied ist an zumindest dem/der optisch transmissiven/transparenten
Substrat/Schicht oder dem Halbleitersubstrat getragen, wie es erwünscht oder
erforderlich ist. Eine nichteinschränkende Darstellung eines Ausführungsbeispiels
eines auslenkbaren Bauglieds (von auslenkbaren Baugliedern), wie
beispielsweise einem digitalen Mikrospiegel, der an dem optisch
transmissiven Substrat befestigt ist, ist in 2 gezeigt.
Eine nichteinschränkende
Darstellung eines zusätzlichen
Ausführungsbeispiels
eines auslenkbaren Bauglieds (von auslenkbaren Baugliedern), wie
beispielsweise digitalen Mikrospiegelvorrichtungen, die an der Halbleiteroberfläche befestigt
sind, ist in 3 dargestellt. Zu Zwecken dieser
Erörterung
ist das auslenkbare Bauglied ein Abschnitt einer Mikrospiegelanzeigevorrichtung.
Es ist jedoch klar, dass das auslenkbare Bauglied eines sein kann,
das bei anderen Vorrichtungen und elektronischen Architekturen für andere Zwecke
verwendet wird. Bei einem Ausführungsbeispiel
ist das auslenkbare Bauglied eine starre, reflektierende Platte.
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2 zeigt
eine auseinandergezogene Ansicht eines räumlichen Lichtmodulators 200,
der Pixelzellen irgendeiner Konfiguration oder Arraygröße aufweist.
Zu einer Klarheit sind lediglich vier Pixelzellen in einer 2 × 2-Gitterkonfiguration
gezeigt. Jede Pixelzelle weist einen geeigneten Pixelabstand auf,
wie es erwünscht
oder erforderlich ist. Die Vorrichtung umfasst ein geeignetes Halbleitersubstrat 212,
ein darüber
liegendes, optisch transmissives Substrat 214 und zumindest
ein auslenkbares Bauglied 210 (z. B. ein reflektierendes
Bauglied), das zwischen dem Halbleitersubstrat 212 und
dem optische transmissiven Substrat 214 positioniert ist.
Das auslenkbare Bauglied 210 ist aus einem Spiegel 216 gebildet,
der an einem geeigneten Gelenk 202 befestigt ist, das mit
einer geeigneten Tragestütze 204 verbunden
ist.
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Überall in
dieser Beschreibung werden die Wörter „optisch" und „Licht" verwendet. In der
Beschreibung und in den Ansprüchen
bedeutet „optisch" auf irgendeine elektromagnetische
Frequenz bezogen, nicht nur Frequenzen in dem sichtbaren Bereich.
Gleichermaßen
umfasst Licht ein Licht in sichtbaren und nicht sichtbaren Spektren.
Ein „optisch
transmissives Substrat" beispielsweise
ist ein Substrat, das für
eine elektromagnetische Ausbreitung einer Arbeitsfrequenz transmissiv
ist, ob nun in dem sichtbaren Bereich oder nicht.
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Zu
Darstellungszwecken ist in 3 ein repräsentatives
Mikrospiegelvorrichtungspixel mit verstecktem Gelenk gezeigt. Wie
es in 3 zu sehen ist, ist ein Spiegel 300 durch
eine Tragestütze 302 getragen,
die an einem Landungsjoch 304 getragen ist. Das Landungsjoch 304 ist
an einem Ende von jedem der Torsionsgelenke 306 angebracht.
Das andere Ende jedes Torsionsgelenks 306 ist an einer
Gelenktragestützenabdeckung 308 auf
der Gelenktragestütze 310 angebracht.
Adresselektroden 312 sind durch die Adresstragestützen 314 getragen.
Die Adresstragestützen 314 und
die Gelenktragestützen 310 tragen
die Adresselektroden 312, die Torsionsgelenke 306 und
das Landungsjoch 304 weg von den Adresselektrodenanschlussflächen 316.
Unter dem Joch 304 und den Adresselektrodenanschlussflächen 316 liegt
ein geeignetes Halbleitersubstrat 318, das einen geeigneten
CMOS und einen Speicher umfasst, wie es erwünscht oder erforderlich ist.
Wie es in 3 gezeigt ist, umfasst das Pixel
ferner ein geeignetes, optisch transmissives Substrat 320 in
einer überlagernden
Beziehung zu dem Spiegel 300.
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Es
wird betrachtet, dass das Pixel und die zugeordnete Vorrichtung,
wie beispielsweise ein räumlicher
Lichtmodulator, ferner eine Spannungssteuerung aufweisen können, die
an den Adress- und Rücksetzelektroden
wirksam ist, um eine Auslenkung und Rücksetzung des auslenkbaren
Bauglieds zu betätigen.
Die Spannungssteuerung, die in dem Siliziumsubstrat entworfen ist,
kann ein geeigneter SRAM, DRAM oder ein anderer Typ einer Niederspannungshochgeschwindigkeitslogik
sein. Eine Spannungssteuerschaltung ist zu Erörterungs- und Darstellungszwecken
in 3 bei einem Bezugszeichen 350 definiert.
Es wird ferner betrachtet, dass eine Spannungssteuerung, die mit
der Rücksetzelektrode
verbunden ist und mit der Spiegelversatzvorspannung verbunden ist,
typischerweise als chipexterne Elektronik erzielt ist, um höhere Spannungspotentiale
zu erhalten.
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Bei
den verschiedenen Ausführungsbeispielen
und Konfigurationen, wie beispielsweise diesen, die in 2 und 3 dargestellt
sind, wird betrachtet, dass die optisch transmissive Schicht durch
irgendein geeignetes Verfahren mit dem Substrat in Ausrichtung gehalten
sein kann. Unter diesen befinden sich herkömmliche Ausrichtungsverfahren
und -architekturen, sowie Verfahren, die eine extrem enge Ausrichtung
erzielen, wie beispielsweise Silizium/Glas-Bondtechniken. Derartige Silizium/Glas-Bondtechniken
umfassen Verfahren, durch die ein optisch transmissives Material,
wie beispielsweise Glas, an ein Halbleitersubstratmaterial, wie beispielsweise
Silizium, gebondet werden kann, um eine integrierte Silizium/Glas-Architektur
zu erreichen.
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4A, 4B und 4C zeigen
ein Element eines Mikrospiegelarrays, wie es in 1A gezeigt
ist. Das Mikrospiegelelement ist mit 90° zu der Gelenkachse in einem
Querschnitt gezeigt. Ein Spiegel 400 ist an einer Tragestütze 402 mittels
geeigneter Torsionsgelenke (nicht gezeigt) angebracht. Die Tragestütze 402 befindet
sich in einer elektrischen Kommunikation mit einer Massequelle 408 über einen
Ständer 406 und
einen unteren Träger 404.
Zusammengenommen weisen der Spiegel 400 und die zugehörige Tragestütze 402,
der Ständer 406,
der untere Träger 404 und
das Gelenk (die Gelenke) (nicht gezeigt) eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 auf,
die zwischen einem Halbleitersubstrat 412 und einem optisch
transmissiven Substrat 414 positioniert ist. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 gestattet
eine Bewegung eines auslenkbaren Bauglieds, in diesem Fall des Mikrospiegels 400, zwischen
einer Ruhestellung, wie es in 4A gezeigt
ist, und zumindest einer Betriebsstellung, wie beispielsweise dieser,
die in 4B gezeigt ist.
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Es
wird betrachtet, dass das auslenkbare Bauglied, wie beispielsweise
der Mikrospiegel 400, durch das optisch transmissive Substrat 414 oder das
Halbleitersubstrat 412 getragen ist. „Träger" und/oder „Tragestruktur", wie überall in
der Beschreibung verwendet, ist als eine geeignete Anbringung an
einem der geeigneten Substrate 412, 414 definiert,
die ausreichend ist, um eine auslenkbare Bewegung zwischen einer
Ruhe- oder optisch neutralen Stellung und zumindest einer Betriebsstellung
zu gestatten oder zu ermöglichen,
wie es in den Zeichnungsfiguren dargestellt ist. Wie es in 4A, 4B und 4C gezeigt
ist, ist die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 an dem
Substrat 412 getragen. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 ist
wirksam, um ein auslenkbares Bauglied, wie beispielsweise den Spiegel 400,
von der Ruhestellung zu zumindest einer ausgelenkten Stellung ansprechend
auf eine elektrostatische Anziehungskraft auszulenken, die durch
die Adresselektrode 416 erzeugt wird. Das auslenkbare Bauglied
kehrt zu einer unausgelenkten Stellung zurück, wenn dasselbe einer geeigneten
elektrostatischen Kraft unterzogen ist, die durch eine Rücksetzelektrode 418 erzeugt wird.
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Wie
es in 4A, 4B und 4C gezeigt
ist, ist die Adresselektrode 416 in dem Substrat 412 positioniert
und ist als ein Teil der CMOS-Architektur integriert. Die Rücksetzelektrode 418 ist
an dem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert oder
in dasselbe integriert. Die Rücksetzelektrode 418 kann
in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein. Wenn dieselbe
an dem optisch transmissiven Substrat 414 positioniert
ist, kann die Rücksetzelektrode 418 aus
einem optisch transparenten, leitfähigen Material gebildet sein.
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Geeignete,
optisch transparente, leitfähige Materialien
sind diese, die eine Vorrichtungsfunktion bei einer minimalen Störung oder
Verschlechterung gestatten. Typischerweise sind optisch transparente, leitfähige Materialien,
diese, die einen Brechungsindex zwischen etwa 1,0 und etwa 3,0 aufweisen
und eine Leitfähigkeit
zeigen, die ausreichend ist, um die erwünschte Vorspannungsspannung
zu gestatten und zu unterstützen.
Exemplarische Leitfähigkeiten würden zwischen
etwa 106 l/(Ohm·cm) und 103 l/(Ohm·cm) liegen.
Während
die optischen Charakteristika des transparenten leitfähigen Materials
von Anwendung zu Anwendung variieren können, zeigen geeignete, transparente,
leitfähige
Materialien typischerweise eine Transmission von mehr als 70 Prozent
bei einer Materialdicke von 200 Angström. Nicht einschränkende Beispiele
von geeigneten, transparenten, leitfähigen Materialien umfassen
verschiedene Oxidmaterialien, die aus zumindest einem Element der
Gruppe III und Zinn gebildet sind. Beispiele von geeigneten Elementen
der Gruppe III umfassen zumindest Indium, Gallium oder Thallium.
Beispiele von transparenten, leitfähigen Materialien umfassen zumindest
Zinkoxid, In2O3,
Indiumzinnoxid (ITO = Indium Tin Oxide), CdSnO4,
SnO oder SnO2.
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Die
optisch transparente Rücksetzelektrode 418 kann
an irgendeiner geeigneten Position an dem optisch transmissiven
Substrat 414 positioniert sein. Die Rücksetzelektrode 418 kann
in irgendeiner geeigneten Weise konfiguriert sein, die geeignet
ist, um eine Funktion zu ermöglichen.
Wie es in 4A, 4B und 4C gezeigt
ist, ist die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 an
der unteren Fläche 420 des
optisch transmissiven Substrats 414 positioniert. Es ist
klar, dass das optisch transmissive Substrat 414 auch eine
obere Oberfläche
aufweist, die distal zu dem Halbleitersubstrat 412 ist.
Die Rücksetzelektrode 418 kann
auf irgendeine geeignete Weise mit der unteren Fläche 420 des
optisch transmissiven Substrats 414 verbunden sein. Wie
es in 4A gezeigt ist, ist eine Elektrodendicke
zu Darstellungszwecken übertrieben.
Wie es gezeigt ist, ist die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 in das
optisch transmissive Substrat 414 integriert. Es wird ferner
betrachtet, dass die optisch transparente Rücksetzelektrode 418 sich
in einer überlagernden Beziehung
zu der unteren Fläche 420 des
optisch transparenten Substrat 414 befinden kann. Die Rücksetzelektrode 418 ist
mit einer geeigneten Leistungsquelle (nicht gezeigt) verbunden,
die unabhängig
von der CMOS-Architektur und von Spannungsbeschränkungen ist. Wie es gezeigt
ist, ist die Adresselektrode 416 in die CMOS-Architektur integriert.
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Es
wird betrachtet, dass die Adresselektrode 416, die Masseelektrode 408 und
die Rücksetzelektrode 418 geeignete
Spannungspotentiale aufweisen können,
wie es erwünscht
oder erforderlich ist, wie es durch die Anforderungen der spezifischen
Architektur und Anwendung definiert ist. Abhängig von Entwurfsbeschränkungen
wird betrachtet, dass ein Spannungspotential der Rücksetzelektrode 418 sich
in einem Bereich befinden kann, der breit zwischen –100V bis
100V definiert ist, oder eine mögliche Spannung
in einem Bereich, der durch eine CMOS-Architektur definiert ist.
Die mögliche
Spannung für
die Adresselektrode 416 und die Masseelektrode 408 ist
typischerweise beschränkt,
falls dieselben in die CMOS-Architektur integriert sind, aber ist ausreichend,
um eine Auslenkung des Spiegels 400 zu gestatten. Es wird
betrachtet, dass die Rücksetzelektrode 418 und
die Masseelektrode 408 ein Spannungspotential aufweisen,
das ausreichend ist, um das Spannungspotential der Adresselektrode 416 zu überwinden.
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In
der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wie es in 4A gezeigt
ist, zeigen die Masseelektrode 408, die Adresselektrode 416 und
die Rücksetzelektrode 418 Spannungspotentiale,
die gestatten, dass der Spiegel 400 in Ruhe bleibt. Durch
ein Beispiel sind die Spannungspotentiale für die Masseelektrode 408 (Vg), die Adresselektrode (Ve1)
und die Rücksetzelektrode
(Vr) alle gleich Null.
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Um
den Spiegel in die Betriebsstellung zu neigen, die in 4B gezeigt
ist, wird eine Vorspannungsspannung an die Adresselektrode 416 angelegt
(Ve1 = +). Die angelegte Vorspannungsspannung ist
eine, die ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehungskraft
zu erzeugen, um das auslenkbare Bauglied 410 auszulenken.
Es wird betrachtet, dass das Spannungspotential für die Rücksetzelektrode 418 und
die Masseelektrode 408 während einer Auslenkung neutral
bleiben kann. Alternativ können
die Rücksetzelektrode 418 und/oder
die Masseelektrode 408 vorgespannt werden, um eine Auslenkung
zu ermöglichen.
Falls erwünscht,
kann beispielsweise die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 410 durch
eine geeignete Vorspannung zu der Masseelektrode 408 (Vg = –) verstärkt werden,
wie es in 4B gezeigt ist.
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Um
zu der optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wie es in 4C gezeigt
ist, kann eine positive Spannung durch die Rücksetzelektrode 418 hindurch
eingebracht werden (Vr = +), was der Vorspannungsspannung
mit negativem Potential durch die Masseelektrode 408 hindurch
entgegenwirkt. Die Spannung, die durch die Adresselektrode 416 hindurch
eingebracht ist, kann auf Null reduziert werden (Ve1 =
0), wodurch eine abstoßende
elektrostatische Kraft erzeugt wird, die das auslenkbare Bauglied 410 zu
der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung treibt.
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Es
wird betrachtet, dass eine Blockrücksetzung an ein gesamtes Array
von Mikrospiegelvorrichtungen angelegt werden kann, um eine starke
elektrostatische Kraft zu liefern, um die ausgelenkten Spiegel zu
den jeweiligen flachen Zuständen
derselben zu treiben.
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Unter
jetziger Bezugnahme auf 5A, 5B und 5C wurde
ein zweites Ausführungsbeispiel
der Mikrospiegelarchitektur gezeigt, bei dem die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 einen Spiegel 500,
eine Tragestütze 502,
einen unteren Träger 504 und
einen Ständer 506 in
Kontakt mit einer Masseelektrode 508 umfasst. Eine Rücksetzelektrode 518 ist
an einer unteren Fläche 520 eines optisch
transmissiven Substrats 514 getragen. Adresselektroden 516 und 522 sind
in dem Halbleitersubstrat 512 getragen und sind in die
CMOS-Architektur integriert. Das Vorhandensein mehrerer Elektroden,
wie beispielsweise der Adresselektroden 516 und 522,
erhöht
den Winkelbereich des Systems. Bei der dargestellten Konfiguration
kann der Spiegel 500 von der optisch neutralen Stellung,
die in 5A gezeigt ist, zu einer von
zwei Betriebsstellungen getrieben werden (die eine Betriebsstellung
ist in 5B in einer durchgezogenen Linie
gezeigt und eine entgegengesetzte Betriebsstellung ist in 5B in
einem Phantombild gezeigt). Eine elektrostatische Kraft wird durch
die jeweilige Adresselektrode 516, 522 ausgeübt, um den
Spiegel 500 in die Betriebsstellung zu treiben. Eine Rückkehr zu
der optisch neutralen Stellung ist durch die Rücksetzelektrode 518 ermöglicht.
Bei dem in 5B gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Adresselektroden 516 und 522 durch eine
CMOS-Schaltungsanordnung gesteuert, die in dem Halbleitersubstrat 512 resident
ist. Die Rücksetzelektrode 518 und
die Masseelektrode 508 können außerhalb der CMOS-Schaltungsanordnung
durch eine geeignete Steuerung (nicht gezeigt) gesteuert sein. Bei
einem Ausführungsbeispiel
ist die Masseelektrode 508 an dem reflektierenden Element (z.
B. dem Spiegel 500) angebracht und elektrisch mit dem Substrat 512 gekoppelt,
derart, dass die Masseelektrode 508 für eine selektive Betätigung der elektronischen
Schaltungsanordnung konfiguriert ist. Alternativ kann die Rücksetzelektrode 518 an
dem CMOS gesteuert sein. Um den Spiegel 500 zu der Ruhe-
oder optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wird eine elektrostatische
Abstoßungskraft
durch die Rücksetzelektrode 518 erzeugt.
Die Abstoßungskraft ist
eine, die ausreichend ist, um irgendeine Kraft zu überwinden,
die durch die Adresselektroden 516, 522 erzeugt
wird.
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In
der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wie es in 5A gezeigt
ist, sind Spannungspotentiale für
die Masseelektrode 508, die Adresselektroden 516, 522 und
die Rücksetzelektrode 518 ausreichend,
um zu gestatten, dass der Spiegel 500 in Ruhe bleibt. Durch
ein Beispiel sind die Spannungspotentiale für die Masseelektrode 508 (Vg), die Adresselektroden 516, 522 (Ve1 und Ve2) und die
Rücksetzelektrode 518 (Vr) alle gleich Null.
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Um
den Spiegel 500 in eine erste Betriebsstellung zu neigen,
wie es in 5B gezeigt ist, wird eine Vorspannungsspannung
an die Adresselektrode 516 oder 522 angelegt (Ve1 = +). Die angelegte Vorspannungsspannung
ist eine, die ausreichend ist, um eine elektrostatische Anziehungskraft
zu erzeugen, die ausreichend ist, um die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 und
einen zugeordneten Spiegel 500 auszulenken. ES wird betrachtet,
dass die Rücksetzelektrode 518 und/oder
die Masseelektrode 508 während einer Auslenkung vorgespannt
sein können,
um eine Auslenkung zu erleichtern. Falls erwünscht, kann beispielsweise
die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 durch
eine geeignete Vorspannungsspannung bei der Masseelektrode 508 verstärkt werden (Vg = –).
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Um
zu der optisch neutralen Stellung rückzusetzen, wie es in 5C gezeigt
ist, kann eine positive Spannung durch die Rücksetzelektrode 518 hindurch
eingebracht werden (Vr = +), um einer Vorspannungsspannung
mit negativem Potential durch die Masseelektrode 508 hindurch
(Vg = –)
entgegenzuwirken. Die Vorspannungsspannung, die durch die Adresselektroden 516, 522 hindurch
eingebracht wird, kann auf Null reduziert werden (Ve1 =
0) und die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 510 kann
zu der optisch neutralen Stellung gezogen werden.
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Eine
Verwendung einer Rücksetzelektrode 518,
die von der CMOS-Architektur unabhängig ist, gestattet Hochspannungsrücksetzprozeduren.
Wie hierin verwendet, ist der Ausdruck „Hochspannung" breit als Spannungen
definiert, die diese überschreiten,
die durch eine CMOS-Architektur erreicht werden können. Es
wird betrachtet, dass hohe Spannungen so hoch wie ± 100 V
oder andere Werte sein können,
die für
die Schaltungsanordnung und Konfiguration geeignet sind.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel,
das eine Hochspannungsrücksetzung
verwendet, ist in 6A, 6B, 6C und 6D gezeigt.
Eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 umfasst einen
Spiegel 600, eine Tragestütze 602, einen unteren
Träger 604,
einen Ständer 606 und
eine Masseelektrode 608. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 ist
durch ein Halbleitersubstrat 612 getragen. Eine Adresselektrode 616 ist
ebenfalls durch das Halbleitersubstrat 612 getragen. Ein
optisch transmissives Substrat 614 befindet sich in einer
beabstandeten, überlagernden
Beziehung mit der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610.
Eine Rücksetzelektrode 618 ist
durch das Halbleitersubstrat 612 auf eine Weise getragen,
derart, dass die Masseelektrode 608 (Vg)
und die Rücksetzelektrode 618 nicht
auf CMOS-Spannungseinschränkungen
begrenzt sind, sondern vielmehr ein Teil einer allgemeinen Versatzspannung
sind, die zu einem gesamten Array von Mikrospiegeln oder anderen
auslenkbaren Baugliedern eingebracht wird. Somit ist die Spannung,
die zwischen die Masseelektrode 608 (Vg)
und die Rücksetzelektrode 618 (Vr) angelegt ist, eventuell ausreichend hoch,
um eine Hochgeschwindigkeitsspiegelrücksetzung zu ermöglichen.
Es wird betrachtet, dass Spannungen bis zu ± 100 V oder andere Werte betragen
können,
die für
die Schaltungsanordnung und Konfiguration geeignet sind.
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Bei
einer darstellenden Betriebssequenz, wie es in 6A, 6B und 6C dargestellt
ist, sind anfängliche
Spannungspotentiale für
die Masseelektrode 608, die Adresselektrode 616 und
die Rücksetzelektrode 618 diese,
die ausreichend sind, um den Spiegel 600 in der Ruhe- oder
optisch neutralen Stellung beizubehalten. Wie es in 6A dargestellt
ist, betragen Spannungspotentiale für die Masseelektrode 608 (Vg), die Adresselektrode 616 (Ve1) und die Rücksetzelektrode 618 (Vr) alle Null.
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Um
den Spiegel 600 zu einer Betriebsstellung zu neigen, wie
es in 6B gezeigt ist, wird eine Vorspannungsspannung
an die Adresselektrode 616 angelegt (Ve1 =
+). Es wird betrachtet, dass die Spannung der Masseelektrode 608 und
der Rücksetzelektrode 618 während einer
Auslenkung vorgespannt sein kann, um eine Auslenkung zu der Betriebsstellung
zu erleichtern, falls erwünscht
oder erforderlich. Falls erwünscht,
kann die elektrostatische Anziehungskraft der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 610 durch
eine geeignete Vorspannungsspannung durch die Masseelektrode 608 verbessert
werden (Vg = –).
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Um
den Spiegel 600 zu der optisch neutralen Stellung rückzusetzen,
wie es in 6C gezeigt ist, kann die Vorspannungsspannung
zu der Adresselektrode 616 unterbrochen werden (Ve1 = 0) und kann eine Vorspannungsspannung
an die Rücksetzelektrode 618 angelegt
werden (Vr = +), während die Vorspannungsspannung,
die an die Masseelektrode 608 angelegt ist, negativ bleibt
(Vg = –).
Diese negative Vorspannungsspannung, die an die Masseelektrode 608 angelegt
ist, verstärkt
eine elektrostatische Kraft der Anordnung 610 eines auslenkbaren
Bauglieds. Es wird ferner betrachtet, dass in bestimmten Situationen
die Vorspannungsspannung, die an die Masseelektrode 608 angelegt
ist, neutral sein kann.
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Wenn
der Spiegel 600 erst einmal zu der optisch neutralen Stellung
zurückgegeben
ist, kann die Vorspannungsspannung der Rücksetzelektrode 618 unterbrochen
werden (Vr = 0), wie es in 6D gezeigt
ist. Eine Vorspannungsspannung der Masseelektrode 608 kann
weiter gehen, wie es in 6D gezeigt
ist, oder kann unterbrochen werden, wie erforderlich.
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Die
Rücksetzelektrode,
die hierin offenbart ist, kann bei verschiedenen mikroelektromechanischen
Vorrichtungen verwendet werden, die ein auslenkbares Bauglied (auslenkbare
Bauglieder) aufweisen. Der Auslenkungspunkt kann ein zentraler Punkt sein,
wie es vorgehend erörtert
ist. Es wird ferner betrachtet, dass der Auslenkungspunkt abhängig von dem
Entwurf der zugeordneten mikroelektromechanischen Vorrichtung versetzt
sein kann. Bei Mikrospiegelanordnungen kann die Vorrichtung beispielsweise
eine Seitengelenkbefestigung verwenden.
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Ein
viertes alternatives Ausführungsbeispiel, das
einen Mikrospiegel mit einer Seitengelenkbefestigung zeigt, ist
in 7A, 7B und 7C dargestellt.
Der Mikrospiegel ist ein Element eines Mikrospiegelarrays und ist
in einem Querschnitt mit 90° zu
der Gelenkachse gezeigt. Ein Mikrospiegel 700 ist an einer
Tragestütze 702 mittels
eines geeigneten Torsionsgelenks (nicht gezeigt) angebracht. Die
Tragestütze 702 befindet
sich in einer elektrischen Kommunikation mit einer Masseelektrode 708 über einen Ständer 706 und
einem unteren Träger 704.
Zusammengenommen bilden der Spiegel 700, die Tragestütze 702,
der Ständer 706,
die untere Stütze 706 und
das Gelenk (die Gelenke) (nicht gezeigt) eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710.
Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710 ist durch ein Substrat 712 getragen.
Eine Adresselektrode 716 ist ebenfalls durch das Substrat 712 getragen.
Ein optisch transmissives Substrat 714 befindet sich in
einer beabstandeten, überlagernden
Beziehung zu dem auslenkbaren Bauglied 710 und dem Substrat 712.
Eine Rücksetzelektrode 718 ist
an der unteren Fläche 720 des
optisch transmissiven Substrats 714 getragen. Die Rücksetzelektrode 718 kann
aus einem optisch transparenten Material hergestellt sein, wie es
vorhergehend erörtert
ist. Die Rücksetzelektrode 718 kann
irgendeine geeignete Konfiguration aufweisen, die alles oder einen
Abschnitt der unteren Fläche 720 des
optisch transparenten Substrats 714 bedeckt, wie es erwünscht oder
erforderlich ist. In der Rücksetz-
oder optisch neutralen Stellung, die in 7A gezeigt
ist, beträgt
das Spannungspotential der Adresselektrode 716 (Ve1), der Masseelektrode 708 (Vg) und der Rücksetzelektrode 718 jeweils
Null.
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Um
den Spiegel 700 in die Betriebsstellung, die in 7B gezeigt
ist, zu neigen oder auszulenken, wird eine Vorspannungsspannung
an die Adresselektrode 716 angelegt (Ve1 =
+). Die angelegte Vorspannungsspannung ist eine, um eine elektrostatische
Kraft zu erzeugen, die ausreichend ist, um den Spiegel 700 auszulenken,
und wird beibehalten, bis eine Rücksetzung
erforderlich ist. Um eine Auslenkung zu erleichtern, kann die elektrostatische
Anziehungskraft, die auf die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 710 ausgeübt wird,
durch eine Anlegung einer Vorspannungsspannung der Masseelektrode 718 (Vg = –)
verbessert werden.
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Eine
Rücksetzung
zu der Ruhe- oder optisch neutralen Stellung ist in 7C gezeigt.
Um rückzusetzen,
kann ein Spannungspotential zwischen der Rücksetzelektrode 718 und
der Masseelektrode 708 eingerichtet werden. Wie es in 7C gezeigt
ist, ist die Rücksetzelektrode 718 vorgespannt,
derart, dass die Vorspannungsspannung (Vr)
positiv ist, während die
Vorspannungsspannung der Masseelektrode 708 (Vg)
negativ bleibt, wobei der absolute Wert ausreichend ist, um den
Mikrospiegel 700 zu der optisch neutralen oder Ruhestellung
zurückzugeben.
Um ferner eine schnelle Rücksetzung
zu erleichtern, kann die Spannung durch die Adresselektrode 716 auf
Null reduziert werden (Ve1 = 0).
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Es
wird ferner betrachtet, dass die Rücksetzelektrode, die hierin
offenbart ist, in Konfigurationen eingesetzt werden kann, bei denen
ein auslenkbares Bauglied durch das optisch transmissive Substrat
getragen ist. Um dies weiter zu veranschaulichen, ist ein fünftes Ausführungsbeispiel
einer Mikrospiegelvorrichtung in 8A, 8B und 8C dargelegt.
Eine Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 ist an einem optisch
transparenten Substrat 814 getragen. Das optisch transparente
Substrat 814 befindet sich in einer überlagernden Beziehung mit
einem geeigneten Halbleitersubstrat 812, das eine geeignete CMOS-Architektur
aufweist. Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 kann
sich von einer Ruhestellung zu zumindest einer Betriebsstellung
in einer Region bewegen, die zwischen dem Halbleitersubstrat 812 und
dem optisch transparenten Substrat 814 definiert ist.
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Die
Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810, die in 8A, 8B und 8C gezeigt
ist, umfasst einen Spiegel 800, der an einer Tragestütze 802 mittels
eines geeigneten Torsionsgelenks (nicht gezeigt) befestigt ist.
Die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 befindet
sich in elektrischem Kontakt mit einer Masseelektrode 808.
Wie es in 8A, 8B und 8C gezeigt
ist, ist die Masseelektrode 808 an der unteren Fläche 820 des
optisch transmissiven Substrats 814 strukturiert oder in
dieselbe integriert. Es wird ferner betrachtet, dass die Masseelektrode 808 durch
irgendein geeignetes Verfahren an der unteren Fläche 820 befestigt
sein könnte.
Eine Rücksetzelektrode 818 ist
ebenfalls an der unteren Fläche 820 des
optisch transmissiven Substrat 814 strukturiert, in dieselbe
integriert oder an derselben befestigt. Die Rücksetzelektrode 818 ist
aus einem optisch transparenten Material gebildet. Es wird betrachtet, dass
die Masseelektrode 808 aus irgendeinem geeigneten Material
gebildet sein kann, einschließlich aber
nicht begrenzt auf optisch transmissive Materialien, die hierin
aufgezählt
sind, wie es zutreffend wäre.
Die Masseelektrode 808 und die Rücksetzelektrode 818 wirken
unabhängig
voneinander und sind beide unabhängig
von der CMOS-Architektur, die in dem Halbleitersubstrat 812 zu
finden ist. Die Adresselektrode 816 ist in dem Halbleitersubstrat 812 positioniert.
Typischerweise wirkt die Adresselektrode 816 innerhalb
der CMOS-Architektur.
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Die
Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 mit dem Spiegel 800 befindet
sich in einer Ruhe- oder optisch neutralen Stellung, wenn die Spannungsvorspannungen
zwischen der Rücksetzelektrode 818 und
der Masseelektrode 808 aufgehoben sind. Eine Unterbrechung
der Vorspannungsspannung in der Rücksetzelektrode 818 zusammen
mit einer Einbringung einer Vorspannungsspannung, die ausreichend ist,
um eine elektrostatische Anziehungskraft an der Adresselektrode 816 zu
erzeugen, treibt die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 in
eine geneigte oder Betriebsstellung, die in 8B dargestellt
ist. Eine Rücksetzung
zu der Ausgangsstellung kann durch eine Unterbrechung der Spannungsvorspannung
der Adresselektrode 816 zusammen mit einer Einbringung
eines Spannungspotentials in der Rücksetzelektrode 818 erzielt
werden. Dieser Zustand ist in 8C dargestellt.
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Wie
es in 8A gezeigt ist, gleicht in dem Ruhe-
oder optisch neutralen Zustand die Vorspannungsspannung der Rücksetzelektrode 818 (Vr = +) die Vorspannungsspannung der Masseelektrode 808 (Vg = –)
aus oder hebt dieselbe auf. Der absolute Wert der jeweiligen Vorspannungsspannung
kann irgendein geeigneter Wert sein. Typischerweise überschreitet
der absolute Wert einer Vorspannungsspannung der Masseelektrode 808 und
der Rücksetzelektrode 818 den
absoluten Wert der Vorspannungsspannung der Adresselektrode 816.
Es wird betrachtet, dass die Masseelektrode 808 und die
Rücksetzelektrode 818 Vorspannungsspannungswerte
zwischen –100
V und 100 V erreichen.
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Die
Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 kann in der Betriebsstellung
bleiben, solange es erwünscht
oder erforderlich ist. Wenn eine Rücksetzung zu der Ruhe- oder
betriebsmäßig neutralen Stellung
erforderlich ist, kann eine Rücksetzung durch
eine Unterbrechung der Vorspannungsspannung der Adresselektrode 816 (Ve1 = 0) und eine Wiederaufnahme einer Vorspannungsspannung
für die Rücksetzelektrode 818 (Vr = +) erzielt werden, wie es in 8C gezeigt
ist.
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Eine
Position der Masseelektrode 808, der Rücksetzelektrode 818 und
der zugeordneten Auslenkbares-Bauglied-Anordnung an dem optisch transparenten
Substrat 814 gestattet, dass Standard-CMOS-Prozesse (wie
SRAM) an dem Halbleitersubstrat 812 in der Region unter
oder bedeckt durch die Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 positioniert
sind. Eine Integration des mikroelektromechanischen Systems, wie
beispielsweise der Auslenkbares-Bauglied-Anordnung 810 an
dem Substrat 814, gestattet eine größere Flexibilität bei der
Bildung einer CMOS-Architektur und einer Position an dem Halbleitersubstrat 812.
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Die
mikroelektromechanische Vorrichtung mit der Rücksetzelektrode, die hierin
offenbart ist, kann bei einer Vielfalt von Anwendungen verwendet werden.
Ein nicht einschränkendes
Beispiel besteht in räumlichen
Lichtmodulatoren. Es wird betrachtet, dass ein räumlicher Lichtmodulator eine
Mehrzahl von MEMS-Vorrichtungen umfassen kann, wie es hierin offenbart
ist, die Mikrospiegel oder andere geeignete auslenkbare digitale
Lichtvorrichtungselemente aufweisen, die in einem geeigneten Array
angeordnet sind. Eine optisch transmissive Schicht und ein Halbleitersubstrat
können
zusammenwirkend eine abgedichtete Kammer oder einen abgedichteten Hohlraum
definieren, in der bzw. dem das auslenkbare Bauglied (die auslenkbaren
Bauglieder) wirksam ist (sind). Typischerweise kann die abgedichtete Kammer
oder der abgedichtete Hohlraum irgendein geeignetes Fluid oder gasförmiges Material
zum Erleichtern eines Betriebs des auslenkbares Bauglieds (der auslenkbaren
Bauglieder) umfassen. Wenn Fluide verwendet werden, wird betrachtet,
dass das gewählte
Fluid geeignete Eigenschaften zum Verbessern einer Funktion des
auslenkbaren Bauglieds, eines optischen Reflexionsvermögens oder
dergleichen aufweist. Es wird betrachtet, dass verschiedene dielektrische
Fluide im Allgemeinen und dielektrophoretische Fluide im Speziellen
in die abgedichtete Kammer oder den abgedichteten Hohlraum eingebracht
werden können.
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Der
räumliche
Lichtmodulator ist aus einem optisch transmissiven Substrat, wie
es hierin definiert ist, einem Halbleitersubstrat, das sich eine
beabstandete Strecke von dem optisch transmissiven Substrat weg
befindet, und ein auslenkbares Bauglied (auslenkbare Bauglieder)
gebildet, das (die) zwischen dem optisch transmissiven Substrat
und dem Halbleitersubstrat positioniert ist (sind). Das auslenkbare Bauglied
(die auslenkbaren Bauglieder) kann (können) ein geeignet konfigurierter
Mikrospiegel (geeignet konfigurierte Mikrospiegel) sein, der (die)
zwischen dem Halbleitersubstrat und dem optisch transmissiven Substrat
positioniert und durch eines der Vorhergehenden getragen ist (sind).
Das auslenkbare Bauglied ist (Die auslenkbaren Bauglieder sind) konfiguriert,
um sich von einer Ruhe- oder optisch neutralen Stellung zu zumindest
einer Betriebsstellung auszulenken, wenn dasselbe (dieselben) elektrostatisch
an zumindest eine Adresselektrode angezogen wird (werden), die an
dem Halbleitersubstrat positioniert ist. Der räumliche Lichtmodulator umfasst ferner
zumindest eine Rücksetzelektrode,
die an dem auslenkbaren Bauglied wirksam ist, um dasselbe zu der
Ruhe- oder optisch neutralen Stellung rückzusetzen.
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Der
räumliche
Lichtmodulator kann bei verschiedenen Anzeigevorrichtungen verwendet
werden. Eine derartige Vorrichtung ist in 9 gezeigt. 9 ist
eine schematische Ansicht eines Bildprojektionssystems 900,
das eine verbesserte Mikrospiegelvorrichtung verwendet, die hierin
gezeigt ist. In 9 ist Licht von einer Lichtquelle 904 durch eine Linse 906 an
der Mikrospiegelvorrichtung 902 fokussiert. Obwohl dieselbe
als eine einzige Linse 906 gezeigt ist, ist die Linse 906 typischerweise
eine Gruppe von Linsen, Integratoren und Spiegeln, die gemeinsam
Licht von der Lichtquelle 904 auf die Oberfläche der
Mikrospiegelvorrichtung 902 fokussieren und richten. Bilddaten
und Steuersignale von einer Steuerung 914 werden auf eine
geeignete SRAM-Zelle, DRAM-Zell oder dergleichen geschrieben, die
jedem Mikrospiegel zugeordnet ist. Die Daten in diesen zugeordneten
Zellen bewirken, dass sich einige der Spiegel zu einer Ein-Stellung
drehen. Spiegel an der Mikrospiegelvorrichtung 902, die
zu einer Aus- oder Ruhestellung gedreht sind, können Licht in eine Lichtfalle 908 oder
weg von einer Projektionslinse 910 reflektieren, während Spiegel,
die zu einer Ein-Stellung gedreht sind, Licht zu der Projektionslinse 910 reflektieren,
die der Einfachheit halber ebenfalls als eine einzige Linse gezeigt
ist. Die Projektionslinse 910 fokussiert das Licht, das
durch die Mikrospiegelvorrichtung 902 moduliert ist, auf
eine einzige Bildebene oder einen Schirm 912.
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Die
Mikrospiegelvorrichtung 902 kann gemäß der Offenbarung hierin konfiguriert
sein und umfasst allgemein ein optisch transmissives Substrat, ein
Halbleitersubstrat und zumindest einen Mikrospiegel, der durch eines
der Vorhergehenden getragen ist. Die Mikrospiegelvorrichtung 902 kann
zumindest eine Adresselektrode und zumindest eine Rücksetzelektrode
umfassen, wie es hierin offenbart ist.
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Die
hierin offenbarte Vorrichtung kann in der hierin erörterten
Weise gefertigt werden, um eine mikroelektromechanische Vorrichtung
mit einer Rücksetzelektrode
aufzubauen. Geeignete Abstandhalterschichten und Strukturierungsprozesse
können
verwendet werden, um eine geeignete Struktur, wie beispielsweise
Gelenktragestützen,
Adresselektrodentragestützen
und dergleichen an einem geeigneten Halbleitersubstrat zu definieren,
an dem eine Adressschaltungsanordnung definiert ist, wie bei dem
Bezugszeichen 1010 in 10.
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Abhängig von
der Position der Rücksetzelektrode
bei der fertiggestellten mikroelektromechanischen Vorrichtung kann
das Halbleitersubstrat eine Rücksetzelektrode
aufweisen, die bereits an demselben definiert ist, oder die Rücksetzelektrode
kann an entweder dem Halbleitersubstrat (wie bei dem Bezugszeichen 1012)
oder einer Region distal zu dem Halbleitersubstrat wie bei dem Bezugszeichen 1014 eingerichtet
sein.
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Bei
Mikrospiegelvorrichtungen wird betrachtet, dass die verschiedenen
Elemente des Mikrospiegels durch verschiedene Strategien und Prozesse sequentiell
eingerichtet werden können.
Wenn die Rücksetzelektrode
an dem Halbleitersubstrat positioniert ist, wird betrachtet, dass
die Rücksetzelektrode als
ein Teil der gleichen Fertigungssequenz eingerichtet werden kann.
Wenn die Rücksetzelektrode
an dem optisch transparenten Substrat positioniert ist, wird betrachtet,
dass der Prozess eine geeignete Strukturierung und Aufbringung einer
Rücksetzelektrodenregion
in der Abstandhalterregion distal zu dem Halbleitersubstrat wie
bei 1014 umfassen kann. Alternativ kann die Rücksetzelektrode
an dem optisch transmissiven Substrat durch geeignete Aufbringungsprozeduren
eingerichtet werden, einschließlich geeigneter
Strukturierungs- und Ätzprozesse.
Wenn die Mikrospiegelstruktur erst einmal eingerichtet ist, wie
bei 1016, kann die optisch transparente Substratschicht
mit einer zugeordneten Rücksetzelektrode wie
bei 1018 eingerichtet werden.
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Bei
einer vereinfachten Skizze einer Mikrospiegelaufbausequenz wird
betrachtet, dass eine erste Abstandhalterschicht eingerichtet, strukturiert und
geätzt
werden kann, um Strukturen zu definieren, wie beispielsweise Adresselektrodentragestützen, Gelenktragestützen und
optional eine Rücksetzelektrode
und dergleichen, die aufgebaut werden sollen. Gelenkelemente können in
der geeigneten Abstandhalterschicht eingerichtet werden, um die
Gelenke mit den Gelenktragestützen
zu verbinden. Gleichermaßen
können
Adress elektroden an den Adresselektrodenträgern eingerichtet werden.
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Um
ein Spiegelelement einzurichten, kann eine zweite Abstandhalterschicht
in einer überlagernden
Beziehung zu der vorhergehend definierten Architektur strukturiert
werden. Die Abstandhalterschicht kann strukturiert werden, um Verbindungen zwischen
zumindest einem Gelenkelement und zumindest einem Spiegelelement
zu definieren.
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Ein
optisch transparentes Substrat kann in einer abgedichteten, überlagernden
Beziehung zu der Spiegelanordnung und dem Halbleitersubstrat zusammen
mit einer geeigneten Entfernung von Opferschichten eingerichtet
werden. Falls dieselbe nicht an dem Halbleitersubstrat definiert
ist, kann zumindest eine Rücksetzelektrode
auf eine Weise, die gestattet, dass die Rücksetzelektrode unabhängig von der
Adresselektrode wirksam sein kann und, falls nötig, eine Vorspannungsspannung
erzeugen kann, die größer als
bei der Adresselektrode ist, eingerichtet und dem optisch transmissiven
Substrat zugeordnet werden.
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Während Ausführungsbeispiele
in Verbindung damit beschrieben wurden, was gegenwärtig als
die praktischsten und bevorzugtesten Ausführungsbeispiele betrachtet
werden, ist klar, dass die Erfindung nicht auf das offenbarte Ausführungsbeispiel
(die offenbarten Ausführungsbeispiele)
begrenzt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente
Anordnungen abdecken soll, die innerhalb der Wesensart und des Schutzbereichs
der beigefügten
Ansprüche
enthalten sind, wobei dem Schutzbereich die breiteste Interpretation zugestanden
werden soll, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten
Strukturen einzuschließen,
wie es gesetzlich gestattet ist.
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Zusammenfassung
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Eine
mikroelektromechanische Vorrichtung, die eine Rücksetzelektrode (418, 518, 618, 718, 818) aufweist,
für eine
Verwendung bei verschiedenen Vorrichtungen, einschließlich Anzeigevorrichtungen (900),
wie beispielsweise diesen, die räumliche
Lichtmodulatoren (200) verwenden. Die Vorrichtung umfasst
ein optisch transmissives Substrat (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814),
ein Halbleitersubstrat (212, 318, 412, 512, 612, 712, 812)
und ein Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810),
das zwischen einer Ruhestellung und einer Betriebsstellung auslenkbar
ist und durch eines der Substrate (214, 320, 414, 514, 614, 714, 814, 212, 318, 412, 512, 612, 712, 812)
getragen ist. Das auslenkbare Bauglied (210, 410, 510, 610, 710, 810)
kehrt durch einen Betrieb der Rücksetzelektrode
(418, 518, 618, 718, 818)
zu einer unausgelenkten Stellung zurück.