DE602005000143T2

DE602005000143T2 - Stellantrieb mit kammförmiger Elektrode

Info

Publication number: DE602005000143T2
Application number: DE602005000143T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Obi; Hiroshi Toshiyoshi
Original assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd; Koshin Kogaku Co Ltd
Current assignee: Yamaichi Electronics Co Ltd; Koshin Kogaku Co Ltd
Priority date: 2004-01-26
Filing date: 2005-01-24
Publication date: 2007-10-25
Anticipated expiration: 2025-01-25
Also published as: US7224097B2; DE602005000143D1; EP1557703B1; EP1557703A1; US20050162811A1

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen kammförmigen Aktuator, der beispielsweise als ein optisches Steuerungselement verwendet wird.
Stand der Technik
Ein Spiegel oder ein Filter, das Licht teilweise reflektiert oder durchlässt, wird für optische Resonatoren, Photoschalter und optische Dämpfungseinrichtungen bei der Datenübertragung mittels Lichtleitfaser verwendet. Obwohl der Durchmesser eines Lichtstrahls, der auf eine Lichtleitfaser auftritt oder aus dieser austritt, 1 mm oder kleiner ist, bewirkt ein Spiegel oder ein Mechanismus, der daran angebracht ist, um den Spiegel zu drehen oder zu verschieben, dass die Vorrichtung im Vergleich zu dem Lichtstrahl groß ist. Deswegen ist eine Miniaturisierung der oben genannten Komponenten erforderlich.
Als eine Struktur zur Miniaturisierung ist ein kammförmiger Aktuator entwickelt worden. Das heißt, der Aktuator umfasst eine bewegliche Elektrode mit kammförmigen Elektrodenfingern, die durch eine elektrostatische Anziehungskraft am Umfang eines Mikrospiegels bewegt werden können, und eine feste Elektrode ebenfalls mit kammförmigen Elektrodenfingern, wobei die Elektroden ineinander greifen, und treibt die bewegliche Elektrode mit einer elektrostatischen Kraft an, die durch eine Spannung erzeugt wird, die zwischen beiden Elektroden angelegt wird.
13 erläutert einen kammförmigen Aktuator, bei dem eine rechtwinklige bewegliche Elektrode 101 mit Fingern 102a, 102b der beweglichen Elektrode in der Form von Zähnen eines Kamms, die an zwei gegenüberliegenden Seiten hiervon angeordnet sind, und einem Paar fester Elektroden 110, 111 den beweglichen Elektroden gegenüberliegend vorgesehen sind. Finger 113a, 113b der festen Elektrode in der Form von Zähnen eines Kamms sind auf den Seiten der festen Elektrode vorgesehen, die der beweglichen Elektrode zugewandt sind, wobei die Elektrodenfinger beider Elektroden in einer interdigitalen Anordnung miteinander kombiniert sind. Feste Abschnitte 121, 122, die getrennt von der beweglichen Elektrode angeordnet sind und als Verbindungsanschlüsse der beweglichen Elektrode wirken, sind so angeordnet, dass sie den anderen gegenüberliegenden Seiten 104, 105 der beweglichen Elektrode 101 zugewandt sind. Aufhängungen 106, 107, die die bewegliche Elektrode 101 aufhängen und sie mit den festen Abschnitten 121, 122 verbinden, sind jeweils in der Mitte der gegenüberliegenden Seiten 104, 105 vorgesehen.
Wie in 14 gezeigt ist, sind die Finger 102 der beweglichen Elektrode 101 und die Finger 113 der festen Elektroden 110 (111) gemeinsam in einer interdigitalen Anordnung angeordnet. Der Finger 102 der beweglichen Elektrode der zwischen einem Paar von benachbarten Fingern 113₁ , 113₂ der festen Elektrode liegt, ist hiervon durch Spaltbereiche 131₁ bzw. 131₂ mit gleichem Abstand g0 getrennt angeordnet. Wenn jeder Elektrodenfinger die Länge l, die Höhe h (h1, h2) und die Breite w hat, wie in den 15 und 16 gezeigt ist, wirkt auf jeden Elektrodenfinger eine nach oben gerichtete Anziehungskraft F, die durch eine elektrostatische Kraft E erzeugt wird, wenn eine Spannung zwischen beiden Elektroden angelegt wird, wenn der Finger 102 der beweglichen Elektrode unter den oberen Fingern 113₁ , 113₂ der festen Elektrode angeordnet ist, wie in 15(A) gezeigt ist. Wenn beide Elektrodenfinger 102, 113₁ , 113₂ auf der gleichen Oberfläche angeordnet sind, wie in 15(B) gezeigt ist, wird eine Anziehungskraft F in der Höhenrichtung infolge dessen erzeugt, dass alle Elektrodenfinger unterschiedliche Höhen aufweisen, d. h. die Höhe des Fingers der festen Elektrode ist h₁ und die Höhe des Fingers der beweglichen Elektrode ist h₂. Wie in 13 gezeigt ist, dreht sich die bewegliche Elektrode 101 um die Aufhängungsunterstützungselemente 106, 107, wie durch die Markierung 108 gezeigt ist.
Wenn jedoch die elektrostatische Kraft, die in dem Spaltbereich zwischen den Fingern 113₁ , 113₂ der festen Elektrode und dem Finger 102 der beweglichen Elektrode erzeugt wird, die in 14 gezeigt sind, nicht in gleicher Weise links und rechts wirkt, wirkt eine starke Anziehungskraft gegen den Finger der beweglichen Elektrode auf einen der Finger der festen Elektrode, z. B. dem Elektrodenfinger 113₁ . Selbst wenn der Fertigungsfehler der Elektrode minimal ist, besteht die Gefahr, dass die elektrostatische Kraft ungleichmäßig ist. Eine ungleichmäßige elektrostatische Kraft, die auf diese Weise erzeugt wird, bewirkt eine elektrostatische Drehkraft oder eine ungleichmäßige elektrostatische Kraft auf einer Seite der Oberfläche der beweglichen Elektrode, wie etwa die Markierung 109a oder 109b von 13 über die gesamte Elektrodenfingergruppe. Folglich gelangen die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode in einen gegenseitigen Kontakt und trennen sich nicht mehr voneinander, wodurch eine vorgegebene Drehsteuerung verhindert wird. Aktuatoren mit kammförmigen Elektroden, die jenen ähnlich sind, die oben unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 beschrieben wurden, sind z. B. beschrieben in Uma Krishnamoorthy u. a., Journal of Microelectromechanical Systems, Bd. 12, Nr. 4, S. 458–464, 2003, JP 2000 055670 , US 6.000.280 und JP 0507186 .
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist vorgesehen, um einen kammförmigen Aktuator zu erhalten, der verhindert, dass die bewegliche Elektrode mit der festen Elektrode infolge ungünstiger äußerer Einflüsse in Kontakt gelangt, wie etwa eine Anziehungskraft oder ein Stoß wie bei den oben genannten Ursachen. Die vorliegende Erfindung ist außerdem vorgesehen, um einen kammförmigen Aktuator zu erhalten, der die Instabilität einer elektrostatischen Kraft beseitigt, die durch Fehler der Abmessungen oder der Form der Elektrodenfinger bei deren Fertigungsprozess bewirkt wird.
Ein Aspekt eines kammförmigen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein kammförmiger Aktuator gemäß Anspruch 1.
Ein weiterer Aspekt eines kammförmigen Aktuators gemäß der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Aktuator gemäß Anspruch 3.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Schnittansicht einer veränderlichen Lichtdämpfungseinrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Draufsicht des kammförmigen Aktuators der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist;
3 ist eine Schnittansicht, betrachtet in der Richtung des Pfeils längs der Linie A-A von 2;
4 ist eine vergrößerte Draufsicht, die einen Elektrodenfinger einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
die 5(A) und 5(B) sind Seitenansichten, die die Form und die Funktionsweise einer beweglichen Elektrode erläutern;
die 6(A) und 6(B) sind schematische Darstellungen, die die Funktionsweise einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
die 7(A) bis 7(E) sind schematische Schnittansichten, die ein Fertigungsverfahren einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutern;
8(A) ist eine schematische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
die 8(B) und 8(C) sind Schnittansichten, die Variationen des Elektrodenfingers zeigen;
die 9(A) bis 9(E) sind vergrößerte schematische Ansichten, die weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutern;
10(A) ist eine schematische Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
10(B) ist eine teilweise vergrößerte schematische Draufsicht von 10(A);
11 ist eine schematische Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
12(A) ist eine schematische Draufsicht, die eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert;
12(B) ist eine vergrößerte Schnittansicht, betrachtet in der Richtung des Pfeils längs der Linie A-A von 12(A);
13 ist eine schematische Draufsicht, die einen Aktuator des Standes der Technik erläutert;
14 ist eine schematische Darstellung, die Elektrodenfinger des herkömmlichen kammförmigen Aktuators erläutert;
die 15(A) und 15(B) sind schematische Darstellungen, die die Funktionsweise von festen Elektroden und beweglichen Elektroden erläutern; und
16 ist eine schematische perspektivische Ansicht, die Abmessungen von Elektrodenfingern erläutert.
(Ausführungsform)
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung erläutert.
(Erste Ausführungsform)
Wie in 1 gezeigt ist, wird die vorliegende Erfindung bei einer veränderlichen Lichtdämpfungseinrichtung 10 angewendet. In der Figur werden zwei Lichtleitfasern 15, 16 in einer zylindrischen Hülle 14 durch ein Ende der Hülle geführt, das Anschlüsse 12, 13 zum Herausführen der Elektrode aufweist, die einen Schaft 11 durchdringen, der an dem anderen Ende hiervon vorgesehen ist. Ein Doppelkern-Faserkollimator 17, eine Linse 18 und ein Spiegel 19, bei dem ein Reflexionswinkel eingestellt werden kann, sind in der Hülle 14 vorgesehen, und ein kammförmiger Aktuator 20, der den Spiegel 19 steuert, ist des Weiteren auf der Oberfläche des Schaftes vorgesehen.
Die veränderliche Lichtdämpfungseinrichtung 10 wirkt in der folgenden Weise. Licht, das von der Faser 15 der Lichteingabeseite, die in 1 gezeigt ist, eingegeben wird, verläuft durch den Doppelkern-Faserkollimator 17 und die Linse 18 und wird dann durch den Spiegel 19 reflektiert. Das reflektierte Licht verläuft wieder durch die Linse 18 und wird in der Lichtleitfaser 16 der Ausgabeseite kombiniert. Die Menge des Lichts, das auf die Lichtleitfaser 16 der Ausgabeseite auftrifft, ändert sich beim Regeln des Winkels des reflektierten Lichts durch Neigen des Spiegels 19. Im Einzelnen kann der Kopplungsverlust, der in Übereinstimmung mit dem Winkel erzeugt wird, den Grad der Dämpfung des Lichts verändern. Zu diesem Zweck wirkt der kammförmige Aktuator 20, um den Spiegel 19 zu neigen. Der kammförmige Aktuator 20 mit einer festen Elektrode und einer beweglichen Elektrode ist an dem Schaft 11 der Hülle befestigt und Anschlüsse 12, 13 zum Herausführen der Elektrode sind jeweils mit den Elektroden elektrisch verbunden. Der Spiegel ist auf einer Oberfläche der beweglichen Elektrode hiervon ausgebildet. Eine erforderliche Antriebsspannung wird von einer Leistungsquelle 10a an die Anschlüsse zum Herausführen der Elektrode angelegt.
Wie in den 2 und 3 gezeigt ist, ist der kammförmige Aktuator 20 mit einer leitenden festen Elektrode 30 und einer leitenden beweglichen Elektrode 40 versehen, die mit einer Silicium-(Si) Schicht auf einem rahmenähnlichen Si-Substrat 21 gebildet sind, auf dem eine oxidierte Isolationsschicht 61 mit einer Öffnung 22, die in der Mitte hiervon gebildet ist, ausgebildet ist. Feste Elektroden 30a, 30b sind auf einem Paar von gegenüberliegenden Seiten des Substrats 21, z. B. die obere und die untere Seite 23a, 23b längs einer Öffnung 22 angeordnet und das Paar von Elektroden ist untereinander durch Verbindungslagen 31a, 31b parallel zu den Außenkanten des anderen Paars von gegenüberliegenden Seiten 23c, 23d des Substrats elektrisch verbunden. Wie in den 2 und 4 gezeigt ist, stehen mehrere kammförmige Finger 32 der festen Elektrode zueinander parallel senkrecht von dem Basisabschnitt 35 der festen Elektrode mit einem gleichen Intervall an der Seite der Öffnung 22 beider festen Elektroden 30a, 30b längs der Kanten der Elektrodenbasisabschnitte vor, die eine Gruppe 33 von Fingern der festen Elektrode bilden.
An der Innenkante der Seite der Öffnung 22 der linken und rechten gegenüberliegenden Seiten 23c, 23d des Substrats 21 stehen vorstehende Abschnitte 24a, 24b von dem Substrat vor. Feste Abschnitte 41a, 41b, die als elektrische Verbindungen der beweglichen Elektrode abstützen, sind an den oberen Oberflächen der vorstehenden Abschnitte vorgesehen. Auf Grund der ausgebildeten vorstehenden Abschnitte wird die Öffnung 22 H-förmig. Die bewegliche Elektrode 40 mit einem H-Muster, das angenähert gleich der Öffnung ist, ist an der Öffnung 22 vorgesehen. Konkave Einschnitte 26a, 26b sind jeweils in der Mitte der oberen Enden 25a, 25b der vorstehenden Abschnitte 24a bzw. 24b vorgesehen. Entsprechend den Einschnitten sind zwei Schlitze in die festen Abschnitte 41a, 41b geschnitten und anschließend werden lang gestreckte Aufhängungsunterstützungselemente 42a, 42b, die in den Schlitzen gebildet werden und einen sehr kleinen Querschnitt für die bewegliche Elektrode 40 aufweisen, gebildet. Die bewegliche Elektrode 40 ist einteilig mechanisch und elektrisch mit den festen Abschnitten 41a, 41b durch das Paar Aufhängungsunterstützungselemente 42a, 42b verbunden und in der Öffnung 22 aufgehängt.
Eine Gruppe 45 von Fingern der beweglichen Elektrode mit Elektrodenfingern 44 in der Form von Zähnen eines Kamms ist in der Weise vorgesehen, dass sie zueinander parallel mit einem Intervall längs der längeren gegenüberliegenden Seiten 40a, 40b an der Oberseite und der Unterseite des Basisabschnitts 46 der beweglichen Elektrode 40 angeordnet ist. Wie in 5 gezeigt ist, ist die Höhe h2 des Fingers 44 der beweglichen Elektrode kleiner als die Höhe h1 des Fingers 32 der festen Elektrode. Die Gruppe aus Fingern der beweglichen Elektrode auf der Oberseite und die Gruppe aus Fingern der beweglichen Elektrode auf der Unterseite der beweglichen Elektrode in 2 haben eine umgekehrte Beziehung zueinander in Bezug auf die Anordnung der Elektrodenfinger in ihrer Höhenrichtung, wie in 5(A) für die Oberseite und in 5(B) für die Unterseite gezeigt ist. Deswegen findet eine Bewegung statt, wie durch die Pfeile in 5 gezeigt ist, wenn eine Potenzialdifferenz zwischen beiden Elektroden auftritt.
Wenn die Beziehung der Anordnung in der Höhenrichtung für beide Seiten gleich gemacht wird, werden die festen Elektroden 30a, 30b paarweise voneinander unabhängig gemacht und eine Spannung wird an einer der festen Elektroden angelegt.
Die Gruppe 33 aus Fingern der festen Elektrode und die Gruppe 45 aus Fingern der beweglichen Elektrode werden gegenüberliegend angeordnet und die Elektrodenfinger 32, 44 beider Elektroden werden so angeordnet, dass sie ohne sich zu berühren ineinander greifen, um eine interdigitale Elektrodenanordnung zu bilden.
Das Muster der beweglichen Elektrode 40 ist axialsymmetrisch zu der Mittellinie C der Elektrode, die beide Elektrodenfingergruppen in deren Mitte überquert. Die Elektrodenfinger sind symmetrisch zu der Mittellinie C gebildet.
Wenn der m-te Finger 44m der beweglichen Elektrode von der Mittellinie C von 4 nach links oder rechts außen zwischen dem m-ten Finger 32m der festen Elektrode und den dazu benachbarten (m + 1)-ten Finger 32(m + 1) der festen Elektrode eingeschoben wird, wird der Spalt zwischen dem m-ten Finger 32m der festen Elektrode und dem m-ten Finger 44m der beweglichen Elektrode, d. h. der Abstand g1 des Spalts 51 an der Seite der Mittellinie C in der Weise gebildet, dass er größer ist als der Spalt zwischen dem (m + 1)-ten Finger 32(m + 1) der festen Elektrode und dem m-ten Finger 44m der beweglichen Elektrode, d. h. der Abstand g2 des Spalts 52 an der Außenseite.
Eine Gruppe von Elektrodenfingern wird auf diese Weise angeordnet, d. h. die Anordnung, bei der die verschränkte Position eines Fingers 44_m der beweglichen Elektrode zu dem Spalt zwischen zwei Fingern 32_m , 32_(m+1) versetzt ist, mit anderen Worten die Anordnung, bei der der Finger 44_m der beweglichen Elektrode von der Mitte des Spalts cm der zwei Finger 32_m , 32_(m+1) außermittig ist, wird in der vorliegenden Erfindung als außermittige Elektrodenfingereinheit 50' bezeichnet. Bei dieser Ausführungsform wird die außermittige Elektrodenfingereinheit 50 mit dem weiteren Spalt g1 auf der Mittelseite an der Basis der Mittellinie C der Achsensymmetrie über die gesamte Länge der Elektrodenfingergruppen 33, 45 angeordnet. Das heißt, jeder Spalt g1 ist näher an der Mittellinie C angeordnet als der Spalt g2. Als eine Variation kann die Beziehung zwischen dem Spalt g1 und dem Spalt g2 umgekehrt werden.
Bei der symmetrischen Anordnung der außermittigen Elektrodenfingereinheit in Bezug auf die Mittellinie, wie oben beschrieben wurde, wird eine Anziehungskraftkomponente der elektrostatischen Kraft von der beweglichen Elektrode nach außen an der Basis der Mittellinie C in jeder außermittigen Elektrodenfingereinheit erzeugt, so dass die Anziehungskraft F größer wird und in Bezug auf die Mittellinie C einen Ausgleich schafft, wie in 6(A) gezeigt ist. Die Anziehungskraftkomponente als Wirkung und Gegenwirkung kann leicht gesteuert und ausgeglichen werden, wenn sie in bestimmtem Umfang groß ist. Deswegen kann die Schwankung der Anziehungskraft infolge von Abmessungsfehlern der Form der Elektrode, die während deren Fertigungsprozess erzeugt werden, leicht kompensiert werden. Bei einer Mikrostruktur mit einer Abmessung des Elektrodenfingers von z. B. 100 μm in der Länge, 50 μm in der Höhe und 15 μm in der Breite oder bei kleineren Werten liegt das Verhältnis aus dem Abstand g1 des Bereichs mit weiterem Spalt zu dem Abstand g2 des Bereichs mit schmalerem Spalt vorzugsweise im Bereich von 1:1,2 bis 1,5. Wenn das Verhältnis kleiner als 1:1,2 ist, ist die elektrostatische Kraft der außermittigen Elektrodenfingereinheit anfällig; sich unter dem Einfluss von Fertigungs-Abmessungsfehlern zu verändern. Wenn das Verhältnis nicht kleiner als 1:2,5 ist, sind der Finger der festen Elektrode und der Finger der beweglichen Elektrode anfällig, auf der Seite des schmaleren Spalts in Kontakt zu gelangen. Das Verhältnis ist in dieser Ausführungsform auf 1:1,5 eingestellt.
Eine Oberfläche der beweglichen Elektrode 40 ist mit einem Spiegel 19 versehen, der mit einer Reflexionsschicht aus einer aufgebrachten Schicht oder einer mehrschichtigen Interferenzlage aus Silber (Ag) oder Aluminium (Al) sowie Gold (Au) ausgebildet ist. Die bewegliche Elektrode 40 wird axial durch Aufhängungsunterstützungselemente 42a, 42b unterstützt. Wenn eine Spannung zwischen der beweglichen Elektrode 40 und der festen Elektrode 30 angelegt wird, wird die bewegliche Elektrode 40 elektrostatisch durch die Gruppe von Elektrodenfingern angetrieben und dreht sich. Durch diese Drehung wird ein Winkel des Spiegels zu der Lichtachse des Lichts, das von der in 1 gezeigten Faser 15 ausgeht, geregelt.
Obwohl die außermittige Elektrodenfingereinheit in der obigen Ausführungsform über die gesamte Länge der Elektrodenfingergruppe angewendet wird, kann sie außerdem natürlich als ein Teil hiervon verwendet werden. Andere Elektrodenfingereinheiten sind "mittige Elektrodenfingereinheiten", bei denen ein Finger 44_m der beweglichen Elektrode an der Spaltmitte cm zwischen zwei Fingern 32_m , 32_m+1) positioniert ist. Er kann z. B. abwechselnd angeordnet sein oder in der Nähe des Endes der Elektrodenfingergruppe konzentriert sein. Eine Fingerelektrodengruppe, deren Spaltintervalle nicht gleich sind, kann außerdem vorhanden sein. In beiden oben genannten Fällen ist es erforderlich, dass lediglich die elektrostatische Kraft in dem Spalt zwischen Elektrodenfingern der außermittigen Elektrodenfingereinheit symmetrisch gemacht wird, so dass sie größer ist als eine unerwünschte elektrostatische Drehkraft in der Richtung der Oberfläche der beweglichen Elektrode, die durch Fertigungsfehler der Elektrodenfinger, die nicht vorbelastet sind, bewirkt wird.
Obwohl außerdem, wie in 6(A) gezeigt ist, die Anziehungskraft nach außen vergrößert wurde, indem in der oben erwähnten Ausführungsform der Abstand des mittigen Spalts der außermittigen Elektrodenfingereinheit weiter als der Abstand des äußeren Spalts hiervon gemacht wurde, kann die Kraft außerdem so ausgeglichen werden, dass sie an der Basis der Mittellinie C entgegengesetzt ist, indem der Abstand des mittigen Spalts schmaler als der Abstand des äußeren Spalts gemacht wird, um die Anziehungskraft F zu der Mitte hin zu vergrößern, wie in 6(B) gezeigt ist. Ferner können mehrere außermittige Elektrodenfingereinheiten, die eine umgekehrte Beziehung zueinander in Bezug auf den Spalt aufweisen, rechts bzw. links von der Mittellinie C verschachtelt angeordnet sein. Eine unerwünschte Abweichung der elektrostatischen Kraft infolge von Fertigungsfehlern kann gelöst werden, indem die außermittige Elektrodenfingereinheit aktiv gebildet wird.
Herstellungsverfahren für diese Ausführungsform werden im Folgenden unter Bezugnahme auf 7 erläutert. Um das Verständnis zu erleichtern, zeigt die Figur schematisch die bewegliche Elektrode 40, die Elektrodenfinger 44 mit der Höhe h2 aufweist, die niedriger angeordnet sind als die feste Elektrode 3 mit der Höhe h1, die in 8(A) gezeigt ist. Die Höhe des Basisabschnitts 46 des Fingers der beweglichen Elektrode ist h1. Die feste Elektrode 32 mit Fingern 30 der festen Elektrode, die von dem Basisabschnitt 35 des Fingers der festen Elektrode vorsteht, ist vereinfacht dargestellt, obwohl sie gleichzeitig hergestellt wird.
(Prozess A)
Wie in 7(A) gezeigt ist, wird ein SOI-Substrat mit einem monokristallinen Silicium-(Si) Substrat 21 mit einer Dicke von 500 μm und einer monokristallinen Si-Elektrodenschicht 62 mit einer Dicke von 50 μm, die darauf über einer Si-Oxidlage 61 aufgebracht wird, hergestellt und anschließend wird eine Aluminium-(Al) Schicht 63, die in einem Nachbearbeitungsprozess als eine Maske verwendet werden soll, auf der Elektrodenschicht 62 durch Sputtern aufgebracht. Die Öffnung 63a wird gebildet, indem ein Teil der Al-Schicht 63 in dem Bereich 44a der Si-Elektrodenschicht 62, der der Finger 44 der beweglichen Elektrode wird (4), durch Ätzen entfernt wird.
(Prozess B)
Wie in 7(B) gezeigt ist, nachdem die obere Oberfläche des Substrats, die die Al-Schicht enthält, mit einer Photoresistschicht 64 bedeckt wurde, werden Maskenlöcher 64a, 64b, 64c gebildet, indem ein Teil des Bereichs der Photoresistschicht 64 durch Photolithographie entfernt wird, wobei er mit einer Photomaske verarbeitet wird, um das Muster der beweglichen Elektrode des Aktuators prinzipiell auszubilden. Die Si-Elektrodenschicht unter den Maskenlöchern 64a und 64c ist der später zu entfernende Bereich als die Spalte zwischen der beweglichen Elektrode 40, der festen Elektrode 30 und den vorstehenden Abschnitten 24a, 24b, die in 2 gezeigt sind. Das Maskenloch 64b ist so konfiguriert, um die konkaven Einschnitte 26a, 26b an den oberen Enden 25a, 25b der vorstehenden Abschnitte 24a, 24b auszubilden, und der Raum zwischen den Einschnitten ist ein Bereich, der die Aufhängungsunterstützungselemente 42a, 42b werden soll (2).
Die Si-Elektrodenschicht 62 in dem Bereich unter den Maskenlöchern 64a, 64b, 64c wird bis zu einer Tiefe von 30 μm durch anisotropes Ätzen unter Verwendung von Ionen geätzt.
(Prozess C)
Wie in 7(C) gezeigt ist, wird die Photoresistschicht 64 entfernt und anschließend wird die Si-Elektrodenschicht 62 mit der freiliegenden Al-Schicht 63 als eine Maske durch anisotropes Ätzen mit Ionen weiter geätzt. Der restliche Bereich 62a mit einer Dicke von etwa 20 μm, der bereits in einer Tiefe bis 30 μm geätzt wurde, wird entfernt und geätzt, bis die Si-Oxidschicht 61 freiliegt. Dadurch wird der Bereich 44a der Öffnung 63a ebenfalls auf 20 μm beschnitten, um der Finger 44 der beweglichen Elektrode mit einer Höhe von 30 μm zu werden (in der Dickenrichtung der Si-Elektrodenschicht).
(Prozess D)
Wie in 7(D) gezeigt ist, wird die Al-Schicht 63 entfernt und anschließend werden Photoresistlagen 65, 66 auf beiden Oberflächen des Substrats beschichtet. Die Resistlage 66 zum Bilden der Öffnung 22 in der hinteren Oberfläche des Substrats wird mit einem Licht bestrahlt und entwickelt, um ein Maskenloch zu bilden. Anschließend wird anisotropes Ätzen ausgeführt, um den Si-Bereich 21 und die Si-Oxidlage 61 unter dem Maskenloch zu entfernen, um die Öffnung 22 zu bilden.
Die Abmessungen des Fingers 32 der festen Elektrode und des Fingers 44 der beweglichen Elektrode, die auf diese Weise erhalten werden, besitzen eine Breite w von 15 μm (siehe 8(A)) und eine Länge l von 100 μm. 50 Paare der Elektrodenfinger, die auf diese Weise erhalten werden, sind parallel zueinander auf beiden Seiten der Mittellinie C (2) längs der Seitenkante des Basisabschnitts 64 der beweglichen Elektrode angeordnet. Das Aufhängungsunterstützungselement 42 wird gleichzeitig gebildet, wobei es eine Breite von 5 μm und eine Höhe von 50 μm aufweist.
(Prozess E)
Wie in 7(E) gezeigt ist, werden die Photoresistlagen 65, 66 entfernt und eine Au-Schicht 67 wird auf der oberen Oberfläche der Si-Elektrodenschicht 62 durch Sputtern aufgebracht. Die Au-Schicht wirkt als der Spiegel 19 auf der beweglichen Elektrode und wirkt gleichzeitig als eine Bondfläche, die eine Spannung an die feste Elektrode 30 und die festen Abschnitte 41a, 41b der beweglichen Elektrode liefert. Der Abschnitt 32, der durch gestrichelte Linien dargestellt ist, zeigt den Finger der festen Elektrode.
Der kammförmige Aktuator in Form des Rechtsecks von 2 mm × 3 mm, bei dem die feste Elektrode, die bewegliche Elektrode und das Aufhängungsunterstützungselement auf der gleichen Oberfläche ausgebildet sind, wird in der oben beschriebenen Weise hergestellt. Der Aktuator wird an dem Schaft 11 der in 1 gezeigten Hülle angebracht und die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode werden durch Bonddrähte mit den Anschlüssen 12, 13 der Elektrodenzuleitung verbunden. Die Lichtleitfasern 15, 16, der Doppelkern-Faserkollimator 17 und die Linse 18 werden montiert und anschließend werden die oben genannten Komponenten in einer Kappe aufgenommen, die später die zylindrische Hülle 14 wird, und werden abgedichtet, so dass die veränderliche Lichtdämpfungseinrichtung 10 hergestellt werden kann.
Wie in 8(A) gezeigt ist, sind bei dieser Ausführungsform die Querschnitte der festen Elektrode 32 und der beweglichen Elektrode 44 wie ein Rechteck geformt, das sich in der Richtung der Dicke h1, h2 des Substrats erstreckt. Als eine Variation der Form des Querschnitts dieser Elektrode können außerdem der Finger 44 der beweglichen Elektrode mit einem Querschnitt eines angenäherten Dreiecks und der Finger 32 der festen Elektrode mit einem Querschnitt eines angenäherten umgekehrten Dreiecks vorhanden sein, wie in 8(B) gezeigt ist, um den anziehenden Antrieb durch eine elektrostatische Kraft zu vergrößern. Darüber hinaus können außerdem der Finger 44b der beweglichen Elektrode in Form eines Trapezoids und der Finger 32b der festen Elektrode in Form eines umgekehrten Trapezoids vorhanden sein.
Das Aufhängungsunterstützungselement 42 dieser Ausführungsform besitzt ferner einen länglichen Querschnitt in der Dickenrichtung des Substrats wie die feste Elektrode 32 und die bewegliche Elektrode 44. Um das Schwingen der beweglichen Elektrode 44 in der Richtung ihrer Oberfläche bei der Vergrößerung der Festigkeit des Aufhängungsunterstützungselements in dessen Breitenrichtung zu unterdrücken, kann ein vorstehender Abschnitt in der Breitenrichtung hiervon ausgebildet sein. Die 9(A) und 9(D) zeigen Variationen hiervon.
Wie in 9(A) gezeigt ist, besitzt das Aufhängungsunterstützungselement 42 (42a, 42b) eine flache Struktur eines T-förmigen Querschnitts mit einem axialen Kernabschnitt 42₁ , der einen Querschnitt eines langgestreckten Rechtecks mit einer Breite d1 aufweist, und einem vorstehenden Abschnitt 42₂ , der einen Querschnitt mit einer größeren Breite d2 an dem unteren Ende der Figur aufweist. Auf Grund dieser Struktur kann eine Bewegung der beweglichen Elektrode 40 in der Breitenrichtung des Aufhängungsunterstützungselements 42b (42a) bedeutend unterdrückt werden im Vergleich zu der herkömmlichen Struktur, die lediglich den axialen Kernabschnitt aufweist. Eine große Wirkung kann selbst dann erwartet werden, wenn die Höhe d3 des vorstehenden Abschnitts 42₂ kleiner ist als die Höhe d0 des axialen Kernabschnitts 42₁ . Das Verhältnis der Höhe d3 zu der Breite d2 des vorstehenden Abschnitts beträgt vorzugsweise 1:1,2 oder mehr für einen Drehwiderstand und mechanische Festigkeit.
Der Querschnitt des Aufhängungsunterstützungselements 42 in 9(B) ist in Form eines Kreuzes gebildet. Die Höhe des axialen Kernabschnitts 42₁ erstreckt sich in der Richtung der Dicke h des Substrats und der vorstehende Abschnitt 42₃ ist so gebildet, dass er den axialen Kernabschnitt 42₁ unter einem Winkel von 90° kreuzt. Auf Grund der Kreuzform ist die bewegliche Elektrode 40 an den festen Abschnitten 41a, 41b sicher befestigt, selbst wenn die Länge der Unterstützungselemente 42 größer ist, und darüber hinaus erfolgt eine Drehung des eigentlichen Unterstützungselements gleichmäßig, die durch Drehen der beweglichen Elektrode 40 verursacht wird.
Eine Struktur mit einem vorstehenden Abschnitt 42₄ mit einem dreieckigen Querschnitt, wobei das untere Ende des axialen Kernabschnitts 42₁ als Basis hiervon wirkt, wie durch 9(C) gezeigt ist, eine Struktur mit rhombischen Abschnitten 42₅ , die sich von dem axialen Kernabschnitt 42₁ erstrecken, wie durch 9(D) gezeigt ist, oder eine Struktur mit einem H-förmigen Querschnitt, die den axialen Kernabschnitt 42₁ aufweist, wie durch 9(E) gezeigt ist, die mit einem Paar aus dünnen parallelen Platten und einem Verbindungsabschnitt 42₆ ausgebildet ist, der die Platten an ihrer Mitte koppelt, kann als eine Variation des Aufhängungsunterstützungselements verwendet werden. Eine Seite des H-förmigen axialen Kernabschnitts dient gleichzeitig als vorstehender Abschnitt. Des Weiteren steht ein Aufhängungsunterstützungselement mit einem Z-förmigen, U-förmigen oder trapezförmigen Querschnitt zur Verfügung. Diese Variationen können bei weiteren Ausführungsformen angewendet werden.
(Zweite Ausführungsform)
Diese Ausführungsform ist ein Aktuator, bei dem die Position des Aufhängungsunterstützungselements der beweglichen Elektrode einer einseitig eingespannten Struktur entspricht, die gleichbedeutend ist mit der oberen Hälfte der ersten Ausführungsform, die oben erwähnt wurde.
Wie in 10(A), (B) gezeigt ist, ist der kammförmige Aktuator 70 mit einem Körper 72 der beweglichen Elektrode mit einem axialsymmetrischen T-Muster, der an der axialsymmetrischen Mittellinie C mittig angeordnet ist, linken und rechten Armabschnitten 73, 74, die sich von dem Körper erstrecken, um die Elektrodenbasisabschnitte darzustellen, und einem Paar fester Elektroden 71a, 71b an den oberen Kanten hiervon versehen. An den spitzen Endseiten der linken und rechten Armabschnitte 73, 74 sind feste Abschnitte 75a, 75b, die die bewegliche Elektrode befestigen und gleichzeitig als Elektrodenanschlussfläche der beweglichen Elektrode dienen, in einem bestimmten Abstand hiervon vorgesehen. Der obere verlängerte Abschnitt 76a der beweglichen Elektrode bildet den Körper der beweglichen Elektrode und ein Spiegel 19 ist auf einer Seite hiervon gebildet. Der untere verlängerte Abschnitt 76b der beweglichen Elektrode steht etwas von den Unterkanten der linken und rechten Armabschnitte 73, 74 vor. Aufhängungsunterstützungselemente 77a, 77b sind aus den Seitenkanten des unteren verlängerten Abschnitts bis zu den festen Abschnitten 75a, 75b hergestellt und hängen die bewegliche Elektrode 72 an den festen Abschnitten 75a, 75b auf.
Die Gruppe 78 von Fingern der beweglichen Elektrode, die durch mehrere Finger 73a der beweglichen Elektrode gebildet ist, ist an der oberen Seite der linken und rechten Armabschnitte 73, 74 der beweglichen Elektrode ausgebildet und die Gruppe 79 aus Fingern der festen Elektrode, die durch mehrere Finger 71c der festen Elektrode gebildet ist, ist an den Seiten der festen Elektroden 71a, 71b, die den beweglichen Elektroden zugewandt ist, ausgebildet. Die Gruppe 78 aus Fingern der beweglichen Elektrode und die Gruppe 79 aus Fingern der festen Elektrode sind miteinander verschränkt. Wie in 10(B) gezeigt ist, ist die strukturelle Anordnung des Fingers 73a der beweglichen Elektrode und des Fingers 71c der festen Elektrode gleich der strukturellen Anordnung der ersten Ausführungsform. Die außermittige Elektrodenfingereinheit 80 ist über die gesamte Länge der Elektrodenfingergruppe angeordnet. Das heißt, die außermittige Elektrodenfingereinheit 80 umfasst einen Finger 73a der beweglichen Elektrode und ein Paar Finger 71c der festen Elektrode, wobei der Finger der beweglichen Elektrode zwischen ihnen eingeschoben ist. Die Einheit weist einen weiteren Spalt g1 und einen schmaleren Spalt g2 auf, der zwischen der beweglichen Elektrode und jeder Elektrode aus dem Paar fester Elektroden gebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform ist der weitere Spalt g1 der außermittigen Elektrodenfingereinheit der linken Elektrodenfingergruppe an der Mittellinie C angeordnet und der weitere Spalt g1 der außermittigen Elektrodenfingereinheit der rechten Elektrodenfingergruppe ist ebenfalls an der Mittellinie C an der Basis der axialsymmetrischen Mittellinie C angeordnet, um die elektrostatische Kraft auszugleichen, die über die gesamten Elektroden erzeugt wird. Wenn eine Spannung zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode angelegt wird, wird zwischen den Elektrodenfingern eine elektrostatische Kraft erzeugt. Die bewegliche Elektrode 72 dreht sich dann um die Aufhängungsunterstützungselemente 77a, 77b als ein Drehpunkt und dadurch wird der Winkel des Spiegels 19 reguliert. Wird eine bestimmte Spannung eingehalten, wird die bewegliche Elektrode in einen Haltezustand versetzt und demzufolge ist ein gewünschter Spiegelwinkel festgelegt.
(Dritte Ausführungsform)
Wie in 11 gezeigt ist, besitzt diese Ausführungsform eine Struktur, bei der die bewegliche Elektrode 40 mit einem durchlässigen Interferenzfilter 85 versehen ist. Jedes Teil, das durch das gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet ist, kennzeichnet das gleiche Teil wie jenes in der ersten Ausführungsform. Das Interferenzfilter 85 ist durch eine mehrschichtige Interferenzlage gebildet, die auf dem Basisabschnitt 46 der beweglichen Elektrode aufgebracht ist. Die Elektrodenfingergruppen 33, 35 werden aus der außermittigen Fingerelektrodeneinheit gebildet, die an der Basis der Mittellinie C symmetrisch angeordnet ist, um eine einfache Herstellung und Steuerung sicherzustellen. Der Querschnitt der Aufhängungsunterstützungselemente 42a, 42b ist in T-Form ausgebildet. Diese Interferenzlage kann außerdem ein Spiegel des Reflexionstyps sein.
(Vierte Ausführungsform)
Bei dieser Ausführungsform ist das Aufhängungsunterstützungselement 90 zwischen der beweglichen Elektrode 40 und dem festen Abschnitt 41 durch zwei dünne Stäbe 91a, 91b gebildet, wie in 12(A) gezeigt ist, im Unterschied zu dem Aufhängungsunterstützungselement aus einem einzelnen Stab in der ersten Ausführungsform. Jedes Teil, das durch das gleiche Bezugszeichen wie in der ersten Ausführungsform bezeichnet ist, kennzeichnet das gleiche Teil wie jenes der ersten Ausführungsform. Da das Unterstützungselement durch die benachbarten beiden dünnen Linien gebildet ist, kann die bewegliche Elektrode 40 durch ein Unterstützungselement mit einem verhältnismäßig kleinen Querschnitt sicher unterstützt werden.
Das Aufhängungsunterstützungselement 90 ist stark gefährdet, da es eine winzige Struktur aufweist mit einem Querschnitt von 5 μm × 50 μm oder weniger und aus Einkristallsilicium (Si) hergestellt ist. Deswegen müssen seine Abmessungen vergrößert werden, um seine mechanische Festigkeit für die Aufhängung der beweglichen Elektrode zu gewährleisten. Eine Vergrößerung der Abmessungen bewirkt jedoch Einschränkungen der Drehsteuerung des Aufhängungsunterstützungselements, um die bewegliche Elektrode zu drehen. Dieser Nachteil kann verhindert werden, indem die bewegliche Elektrode wie bei dieser Ausführungsform durch zwei benachbarte Unterstützungselemente axial unterstützt wird (Axiallinie a).
Wie in 12(B) gezeigt ist, besitzen die Aufhängungsunterstützungselemente 91a, 91b diese Ausführungsform des Weiteren einen L-förmigen Querschnitt, dessen Ausdehnungsrichtungen der beiden vorstehenden Abschnitte 92 so angeordnet sind, dass sie einander zugewandt sind. Deswegen kann diese Ausführungsform besser gegen Drehung ausgeglichen werden.
Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung der Ausführungsformen, die oben beschrieben wurden, erläutert, wobei jedoch der Umfang der vorliegenden Erfindung, der durch die beigefügten Ansprüche definiert ist, nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt ist. Die Konfigurierung des weiteren Spalts und des schmaleren Spalts der außermittigen Elektrodenfingereinheit kann z. B. ausgeführt werden, indem jeder Abstand zwischen dem Finger der festen Elektrode und dem Finger der beweglichen Elektrode in der Breitenrichtung hiervon in der Weise hergestellt wird, dass er die gleiche Abmessung über die gesamte Länge der Elektrodenfinger aufweist, oder kann außerdem ausgeführt werden, indem der oben genannte Abstand nicht die gleiche Abmessung aufweist. Der Finger der beweglichen Elektrode kann z. B. spitz zulaufen, damit die Komponente der elektrostatischen Kraft, die auf die gesamten Elektrodenfinger ausgeübt wird, in der gewünschten Richtung außermittig wirkt. Die Oberseite des Elektrodenfingers kann in Form einer runden, gefasten, spitzwinkligen, konkaven oder gekrümmten Oberfläche bearbeitet sein, so dass eine elektrostatische Vorspannungskraft erzeugt wird. Darüber hinaus kann eine Seitenkante eines Elektrodenfingers zu einer Seitenkante eines weiteren Elektrodenfingers, der ihm zugewandt ist, gekrümmt sein. Kurz gesagt, die Wirkung der vorliegenden Erfindung kann erreicht werden, wenn ein weiterer Spalt und ein schmalerer Spalt insgesamt eingestellt werden können, selbst wenn die nicht parallele Struktur wie die oben genannte Struktur verwendet wird.
Als Variationen des Elektrodenfingers kann außerdem der Querschnitt des Elektrodenfingers nicht nur ein Rechteck sein, sondern ebenfalls ein Viereck, wie etwa ein Trapezoid oder ein Rhombus, ein Dreieck oder andere Polygone. Wenn der Finger der beweglichen Elektrode trapezförmig oder dreieckig ist, kann der Bewegungsbereich der beweglichen Elektrode in der Richtung des Spalts erweitert werden, wenn der Finger der festen Elektrode umgekehrt trapezförmig oder umgekehrt dreieckig ist, um die beiden Elektroden in Bezug auf die vertikale Richtung hiervon mit zueinander inversen Formen zu kombinieren.
Obwohl die außermittige Elektrodenfingereinheit in den oben erwähnten Ausführungsformen durch ein Paar aus Fingern der festen Elektrode und einem Finger der beweglichen Elektrode gebildet ist, kann sie außerdem durch ein Paar aus Fingern der beweglichen Elektrode und einem Finger der festen Elektrode gebildet sein. Jeder Finger der festen Elektrode kann gleichzeitig als der Finger der festen Elektrode der benachbarten Einheit wirken. Die außermittige Elektrodenfingereinheit kann aufgebaut werden, indem ein weiterer Spalt und ein schmalerer Spalt zwischen zwei Fingern der festen Elektrode gebildet wird, wobei ein Finger der beweglichen Elektrode bei jeweils zwei Fingern der beweglichen Elektrode zwischengeschoben wird.
Die oben erwähnte Ausführungsform besitzt eine Struktur, bei der eine gemeinsame Spannung an ein Paar von festen Elektroden angelegt wird. Es kann jedoch eine unabhängige Spannung an jede feste Elektrode angelegt werden, wenn diese Elektroden voneinander getrennt werden.
In den oben erwähnten Ausführungsformen ist die Elektrode aus einer Silicium-(Si) Schicht als die Basis hiervon gebildet und eine Gold-(Au) Schicht ist darauf aufgebracht. Die leitenden Elektroden können außerdem lediglich durch einen Halbleiter, wie etwa Si, gebildet sein oder können einen Isolator als Elektrodenbasis und eine Metallschicht z. B. aus Au, die darauf vorgesehen ist, umfassen. Ein einteilig gebildetes Aufhängungsunterstützungselement kann den gleichen Aufbau besitzen. Ferner kann für seine Bildung eine Metallschicht vorhanden sein.
Bei der Bildung der beweglichen Elektrode und der festen Elektrode aus magnetischem Material kann eine Anziehungskraft durch ein Magnetfeld, das zwischen beiden Elektroden angelegt wird, erzeugt werden.
Obwohl die oben erwähnten Ausführungsformen mit Hilfe von kammförmigen Aktuatoren von veränderlichen Lichtdämpfungseinrichtungen erläutert wurden, ist klar, dass die Erfindung auf Photoschalter von optischen Kommunikationssystemen, Wellenlängenumsetzern von Laserresonatoren, Wellenlängenfiltern usw. angewendet werden kann.

Claims

Kammförmiger Aktuator, der umfasst: ein Substrat (21) mit einer darin ausgebildeten Öffnung (22); eine feste Elektrode (30) mit einem Basisabschnitt der festen Elektrode, der längs einer Innenseite der Öffnung in dem Substrat vorgesehen ist, und mehreren Gruppen (33) von Fingern der festen Elektrode, die parallel zueinander in Form von Zähnen eines Kamms über eine vorgegebene Länge des Basisabschnitts der festen Elektrode angeordnet sind; eine bewegliche Elektrode (40), die sich in der Öffnung des Substrats befindet und versehen ist mit einem Basisabschnitt der beweglichen Elektrode und mehreren Fingern (44) der beweglichen Elektrode, die parallel zueinander in Form von Zähnen eines Kamms angeordnet sind, die der festen Elektrode über eine vorgegebene Länge zugewandt sind, wobei die bewegliche Elektrode durch eine Anziehungskraft bewegt werden kann, die zwischen dem Finger der festen Elektrode und dem Finger der beweglichen Elektrode infolge eines elektrischen Feldes oder eines magnetischen Feldes, das zwischen die bewegliche Elektrode um die feste Elektrode angelegt wird, erzeugt wird, nachdem die Finger der beweglichen Elektrode und die Finger der festen Elektrode in einem interdigitalen Muster mit einem Spalt zwischen ihnen angeordnet sind; und ein Aufhängungsunterstützungselement (42a, 42b), das die bewegliche Elektrode einteilig mit dem Substrat verbindet und die bewegliche Elektrode an dem Substrat beweglich aufhängt, wobei sowohl die feste Elektrode als auch die bewegliche Elektrode mehrere Einheiten paralleler Elektrodenfinger umfassen, die zwei parallele Finger der festen Elektrode, die einander benachbart sind, und den Finger der beweglichen Elektrode umfassen, der zwischen den zwei Fingern der festen Elektrode parallel eingefügt ist, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei der Elektrodenfingereinheiten außermittige Elektrodenfingereinheiten umfassen, deren Finger der beweglichen Elektrode in Bezug auf eine Mittellinie der Einheit, die in der Mitte zwischen den zwei Fingern der festen Elektrode und parallel hierzu angeordnet ist, außermittig angeordnet sind, wobei sich die außermittigen Elektrodenfingereinheiten beiderseits einer Mittellinie der Elektrode befinden, die zu den Elektrodenfingern der Einheiten parallel ist und die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode längs der Öffnung in zwei Teile mit gleicher Breite unterteilt, wobei Abstände und Richtungen der Außermittigkeit der beiden Seiten zueinander invers sind.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem alle Elektrodenfingereinheiten außermittige Elektrodenfingereinheiten sind.
Kammförmiger Aktuator, der umfasst: ein Substrat (21), in dem eine Öffnung (22) ausgebildet ist; eine festen Elektrode (30) mit einem Basisabschnitt der festen Elektrode, der längs einer Innenseite der Öffnung auf dem Substrat vorgesehen ist, und mehreren Fingern (32) der festen Elektrode, die parallel zueinander in Form von Zähnen eines Kamms über eine vorgegebene Länge auf dem Basisabschnitt der festen Elektrode angeordnet sind; eine bewegliche Elektrode (40), die sich in der Öffnung des Substrats befindet und versehen ist mit einem Basisabschnitt der beweglichen Elektrode und mehreren Fingern (44) der beweglichen Elektrode, die parallel zueinander in Form von Zähnen eines Kamms angeordnet sind, die der festen Elektrode zugewandt sind, wobei die bewegliche Elektrode durch eine Anziehungskraft bewegt werden kann, die zwischen dem Finger der festen Elektrode und dem Finger der beweglichen Elektrode infolge eines elektrischen Feldes oder eines magnetischen Feldes, das zwischen die bewegliche Elektrode und die feste Elektrode angelegt wird, erzeugt wird, nachdem die Finger der beweglichen Elektrode und die Finger der festen Elektrode in einem interdigitalen Muster mit einem Spalt zwischen ihnen angeordnet sind; und ein Aufhängungsunterstützungselement (42a, 42b), das die bewegliche Elektrode mit dem Substrat einteilig verbindet und die bewegliche Elektrode an dem Substrat beweglich aufhängt, wobei die festen Elektroden und die beweglichen Elektroden mehrere Elektrodenfingereinheiten umfassen, die ihrerseits einen ersten Finger der festen Elektrode, einen zweiten Finger der festen Elektrode, die einander benachbart sind, und einen Finger der beweglichen Elektrode, der zwischen die zwei Finger der festen Elektrode eingefügt ist, umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Einheiten hiervon außermittige Elektrodenfingereinheiten enthalten, die einen breiteren Spaltbereich zwischen dem Finger der beweglichen Elektrode und dem ersten Finger der festen Elektrode und einen schmaleren Spaltbereich zwischen dem Finger der beweglichen Elektrode und dem zweiten Finger der festen Elektrode bilden, wobei beide Spalte eine unterschiedliche Breite haben, wobei die außermittigen Elektrodenfingereinheiten über eine vorgegebene Länge beider Elektroden angeordnet sind, um die Summe aller elektrostatischen Kräfte zwischen den Elektrodenfingern über die vorgegebene Länge beider Elektroden durch die Elektrodenfingereinheiten im Wesentlichen auszugleichen.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 4, bei dem der breitere Spaltbereich und der schmalere Spaltbereich der mehreren außermittigen Elektrodenfingereinheiten in Bezug auf eine achsensymmetrische Mittellinie der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode zueinander symmetrisch angeordnet sind.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 4, bei dem die Finger der beweglichen Elektrode beiderseits der achsensymmetrischen Mittellinie der beweglichen Elektrode getrennt angeordnet sind.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 4, bei dem ein Verhältnis der Spaltbreite des schmaleren Spaltbereichs zu der Spaltbreite des weiteren Spaltbereichs im Bereich von 1:1,2 bis 1:2,5 liegt.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 4, bei dem ein Spalt zwischen dem Finger der festen Elektrode und dem Finger der beweglichen Elektrode über die Länge dieser Elektrodenfinger im Wesentlichen die gleiche Breite hat.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 4, bei dem der weitere Spaltbereich und/oder der schmalere Spaltbereich zwischen dem Finger der festen Elektrode und dem Finger der beweglichen Elektrode über die Länge des Elektrodenfingers im Wesentlichen die gleiche Breite hat.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem die feste Elektrode und die bewegliche Elektrode in derselben Ebene angeordnet sind.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem der Finger der festen Elektrode und der Finger der beweglichen Elektrode eine unterschiedliche Höhe besitzen.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem das Aufhängungsunterstützungselement eine Achse bildet, um die sich die bewegliche Elektrode drehen soll.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem eine Querschnittsfläche des Aufhängungsunterstützungselements in Höhenrichtung länglich ist und sich in Dickenrichtung des Substrats erstreckt.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 13, bei dem die Querschnittsfläche des Aufhängungsunterstützungselements in seiner Breitenrichtung einen vorstehenden Abschnitt aufweist.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 14, bei dem die Querschnittsfläche des Aufhängungsunterstützungselements T-förmig oder kreuzförmig ist.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem der Finger der beweglichen Elektrode eine Querschnittsfläche besitzt, die angenähert wie ein Dreieck oder ein Trapezoid geformt ist, und der Finger der festen Elektrode eine Querschnittsfläche besitzt, die angenähert wie ein umgekehrtes Dreieck oder ein umgekehrtes Trapezoid geformt ist.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem auf einer Oberfläche der beweglichen Elektrode ein Spiegel vorgesehen ist.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem zwischen der festen Elektrode und der beweglichen Elektrode eine Spannung angelegt wird.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem die bewegliche Elektrode angenähert wie ein Viereck geformt ist, wovon zwei gegenüberliegende Seiten mit den Fingern der beweglichen Elektrode versehen sind und die zwei verbleibenden Seiten mit dem Aufhängungsunterstützungselement verbunden sind, wobei ein Paar fester Elektroden auf dem Substrat entsprechend den Fingern der beweglichen Elektrode der beiden Seiten angeordnet sind.
Kammförmiger Aktuator nach Anspruch 1, bei dem an die bewegliche Elektrode über das Aufhängungsunterstützungselement eine Spannung angelegt wird.