EP4147461A1

EP4147461A1 - Mems zum hocheffizienten interagieren mit einem volumenstrom

Info

Publication number: EP4147461A1
Application number: EP20727165.1A
Authority: EP
Inventors: Anton MELNIKOV; Franziska WALL; Jorge Mario MONSALVE GUARACAO; Bert Kaiser; Sergiu Langa
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-05-08
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2023-03-15
Also published as: KR20230020989A; US20230091340A1; US12534359B2; TWI821663B; JP2023525730A; CN115918106B; CN115918106A; TW202212247A; WO2021223886A1

Abstract

Ein MEMS mit einer Schichtstruktur umfasst eine in der Schichtstruktur angeordnete Kavität, die durch zumindest eine Öffnung in der Schichtstruktur mit einer äußeren Umgebung der Schichtstruktur fluidisch gekoppelt ist. Das MEMS umfasst eine in einer ersten MEMS-Ebene und in der Kavität entlang einer Ebenenrichtung beweglich angeordnete Interaktionsstruktur, die ausgebildet ist, um mit einem Fluid in der Kavität zu interagieren, wobei eine Bewegung der Interaktionsstruktur mit einer Bewegung des Fluids durch die zumindest eine Öffnung kausal zusammenhängt. Das MEMS umfasst ferner eine in einer zweiten, senkrecht zu der Ebenenrichtung angeordneten MEMS-angeordnete aktive Struktur, die mit der Isolationsstruktur mechanisch gekoppelt ist und konfiguriert ist, dass ein elektrisches Signal an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur mit einer Verformung der aktiven Struktur kausal zusammenhängt, wobei die Verformung der aktiven Struktur mit der Bewegung des Fluids kausal zusammenhängt.

Description

MEMS zum hocheffizienten Interagieren mit einem Volumenstrom

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS), bei denen eine beweglich angeordnete Interaktionsstruktur zum Interagieren mit einem Fluid und eine aktive Struktur, bei der ein elektrisches Signal mit einer Verformung der aktiven Struktur kausal zusammenhängt, die wiederum mit der Bewegung des Fluids kausal zusammenhängt, in unterschiedlichen MEMS-Ebenen angeordnet sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf MEMS mit einer beweglich angeordneten Schichtanordnung, die einen ersten, zweiten und dritten an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierte Balken umfasst, wobei die diskreten Bereiche zwischen den Balken versetzt zueinander ange ordnet sind. Die vorliegende Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf einen MEMS- Wandler zum Interagieren mit einem Volumenstrom eines Fluids, etwa ein MEMS- Lautsprecher, ein MEMS-Mikrofon oder eine MEMS-Pumpe.

Das Prinzip der NED (Nanoscopic Electrostatic Drive, nanoskopischer elektrostatischer An trieb) ist in WO 2012/095185 A1 beschrieben. NED ist ein neuartiges MEMS-Aktuator- Prinzip (MEMS = mikroelektromechanisches System). Hierbei wird aus einem Siliziumwerk stoff ein bewegliches Element herausgebildet, das mindestens zwei zueinander beabstan- dete Elektroden aufweist. Die Länge der Elektroden ist dabei sehr viel größer als die Dicke der Elektroden und auch die Höhe der Elektroden, das bedeutet, die Abmessung entlang der Tiefenrichtung des Siliziumwerkstoffs. Diese balkenförmigen Elektroden sind zueinan der beabstandet und lokal elektrisch voneinander isoliert und fixiert. Durch Anbringen eines elektrischen Potenzials wird ein elektrisches Feld zwischen diesen Elektroden erzeugt, wodurch Anziehungs- oder Abstoßungskräfte zwischen den Elektroden und damit Spannungen im Werkstoff der Elektroden resultieren. Der Werkstoff ist bestrebt, diese Spannungen zu homogenisieren, indem er einen möglichen spannungsarmen Zustand einzunehmen versucht, was in einer Bewegung resultiert. Durch eine bestimmte Geometrie und Topografie der Elektroden kann auf diese Bewegung so Einfluss genommen werden, dass sich die Elektroden in ihrer Länge verändern und so eine laterale Bewegung des auslenkbaren Elements erfolgt. In JP-H5252760 A ist ein Aktuator gezeigt, der aus vielen kleinen zylinderförmigen oder wellenartigen Antriebseinheiten besteht, die aus zwei wellenartig geformten und isolierten Elektroden bestehen. Beide Enden der isolierten Elektroden sind miteinander verbunden, wobei die Antriebseinheit einen engen Spalt für Verformungen durch elektrostatische Kräfte aufweist. Die Bewegung derartiger Aktoren ist aber an geometrische Rahmenbedingungen geknüpft. Beispielsweise stoppt die Verformung des Aktors dann, wenn die elektrostatische Kraft mit der Steifigkeit der Struktur im Gleichgewicht ist. Nachteilig ist auch, dass die resultierenden Aktoren ein Verbundwerkstoff aus metallischen Elektrodenwerkstoffen und polymeren Isolatoren sind. Dadurch ist eine kostengünstige Fertigung in CMOS-Technologie (CMOS = Complementary Metal Oxide Semiconductor, komplementärer Metalloxidhalbleiter) nicht möglich, was einen erheblichen Wettbewerbsnachteil darstellt.

Für die Integration von MEMS-Bauteilen in Geräte und Systeme ist es wünschenswert, MEMS, die für die Interaktion mit einem Fluid ausgerichtet sind, bauraumeffizient auszugestalten, das bedeutet, dass eine hohe Sensitivität bei Fluidbewegungen erhalten wird und/oder dass hohe Mengen an Fluid bewegt werden können, was beispielsweise zu hohen Schalldrücken führt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein bauraumeffizientes MEMS zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Gemäß einem ersten Aspekt wurde erkannt, dass durch Anordnung einer Interaktionsstruk tur zum Interagieren mit einem Fluid in einer ersten MEMS-Ebene und durch Anordnen einer mit der Interaktionsstruktur mechanisch gekoppelten aktiven Struktur in einer zweiten MEMS-Ebene eine hohe Effizienz eines MEMS erhalten werden kann, da eine jeweilige Teil-Aufgabe, Interagieren mit dem Fluid sowie Erzeugen/Verarbeiten eines elektrischen Signals, vorrangig in der jeweiligen MEMS-Ebene erfolgen kann, so dass sich dort auf die jeweilige Teil-Aufgabe konzentriert werden kann.

Gemäß einem zweiten Aspekt wurde erkannt, dass durch Versetzen diskreter Bereiche, an denen eine Folge von zumindest drei Balkenelektroden zueinander elektrisch isoliert ist, dergestalt, dass eine erste äußere Elektrode mit einer mittleren Elektrode an anderen Stel len elektrisch isoliert fixiert ist, als eine zweite äußere Elektrode mit der mittleren Elektrode eine hocheffiziente Auslenkung der beweglichen Schichtstruktur durch ein angelegtes elektrisches Signal bzw. durch ein wirkendes Fluid erhalten werden kann.

Beide Konzepte sind miteinander kombinierbar, können jedoch auch unabhängig voneinander implementiert werden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts weist ein MEMS eine Schichtstruk tur auf. In der Schichtstruktur ist eine Kavität angeordnet, die durch zumindest eine Öffnung in der Schichtstruktur mit einer äußeren Umgebung der Schichtstruktur fluidisch gekoppelt ist. In einer ersten MEMS-Ebene und in der Kavität ist eine Interaktionsstruktur angeordnet, die entlang einer Ebenenrichtung, d. h., in-plane, beweglich ist. Die Interaktionsstruktur ist ausgebildet, um mit einem Fluid in der Kavität zu interagieren, wobei eine Bewegung der Interaktionsstruktur mit einer Bewegung des Fluids durch die zumindest eine Öffnung kausal zusammenhängt. In einer zweiten, senkrecht zu der Ebenenrichtung angeordneten MEMS-Ebene ist eine aktive Struktur angeordnet, die mit der Interaktionsstruktur mechanisch gekoppelt ist und die konfiguriert ist, dass ein elektrisches Signal an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur mit einer Verformung der aktiven Struktur kausal zusam menhängt. Die Verformung der aktiven Struktur hängt wiederum mit der Bewegung des Fluids kausal zusammen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts weist ein MEMS eine Schichtstruktur und eine in der Schichtstruktur angeordnete Kavität auf. In der Kavität ist eine bewegliche Schichtanordnung vorgesehen, die einen ersten Balken, einen zweiten Balken und einen zwischen dem ersten Balken und dem zweiten Balken angeordneten und von demselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixiert angeordneten dritten Balken aufweist. Die bewegliche Schichtanordnung ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elekt risches Potenzial zwischen dem ersten Balken und dem dritten Balken oder um anspre chend auf ein elektrisches Potenzial zwischen dem zweiten Balken und dem dritten Balken eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substratebene auszuführen, das bedeutet, in einer Ebenenrichtung. Die diskreten Bereiche zum Fixieren des ersten Balkens und des dritten Balkens einerseits und des zweiten Balkens und des dritten Balkens ande rerseits sind entlang eines axialen Verlaufs der beweglichen Schichtanordnung versetzt zu einander angeordnet.

Weitere Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines MEMS gemäß einem Aus führungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 3a eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer aktiven Struktur eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 3b eine schematische Aussicht auf einen Teil einer aktiven Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts, bei dem zusätzlich Isolationsschichten vorgesehen sind;

Fig. 3c eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer aktiven Struktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das die Ausgestaltung der Fig. 3a weiterführt;

Fig. 3d eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer aktiven Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts, bei dem eine form der Isolationsschicht an eine Elektrodenform angepasst ist;

Fig. 3e eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme sowie eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 4a eine schematische Aufsicht auf eine Interaktionsstruktur gemäß einem Aus führungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 4b eine schematische perspektivische Ansicht der Interaktionsstruktur aus Fig. 4a;

Fig. 5a eine schematische Aufsicht auf eine weitere aktive Struktur eines MEMS ge mäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts; Fig. 5b eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung, wie sie beispielsweise i MEMS der Fig. 5a verwendet werden kann, gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 6a eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines weiteren MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 6b eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 6a;

Fig. 7a eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur des MEMS aus Fig. 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 7b eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur aus Fig. 7a, die entlang positiver y-Richtung ausgelenkt ist;

Fig. 7c eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur aus Fig. 7a, die im Vergleich zur Fig. 7b entlang der gegenüberliegenden negativen y-Richtung ausgelenkt ist;

Fig. 7d-7f schematische Ansichten der Interaktionsstruktur aus Fig. 7a, wobei zusätzlich Gruppen von Öffnungen der Kavität gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts dargestellt sind;

Fig. 7g eine schematische Ansicht einer alternative Ausführungsform von Öffnungen gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 8a-c schematische perspektivische Aufsichten auf das MEMS aus Fig. 2 in einer Ebene der aktiven Struktur und gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 9a eine schematische Aufsicht auf eine weitere Interaktionsstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 9b eine schematische perspektivische Ansicht der Interaktionsstruktur aus Fig. 9a; Fig. 9c eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus Fig. 9a und 9b;

Fig. 9d eine detailliertere schematische Aufsicht auf einen Teil der Interaktionsstruktur aus Fig. 9a;

Fig. 10a eine beispielhafte Draufsicht auf eine aktive Struktur eines MEMS gemäß ei nem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts, das Teilaktuatoren umfasst;

Fig. 10b eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 10a;

Fig. 10c eine schematische Aufsicht auf den Teil aus Fig. 10b, bei dem anhand der

Aktuierung der Aktuatorteile eine gegenläufige Verformung von Elementen erfolgt;

Fig. 11 in einer vereinfachten Draufsicht eine elektrische Ankopplung des MEMS aus Fig. 10a-c gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 12a eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer aktiven Struktur in einem ers ten Zustand gemäß einem Ausführungsbeispiel des ersten Aspekts;

Fig. 12b einen zu Fig. 12a komplementären Zustand der aktiven Struktur;

Fig. 12c-d schematische Aufsichten von Ausführungsbeispielen der aktiven Struktur des MEMS, bei denen Kammelektroden, die feststehenden Elektroden zugewandt sind, räumlich voneinander entlang der y-Richtung getrennt sind;

Fig. 12e eine schematische Aufsicht des MEMS aus Fig. 12a-b, bei der eine erste MEMS-Ebene im Vordergrund und eine zweite MEMS-Ebene im Hintergrund und teilweise verdeckt durch die erste MEMS-Ebene dargestellt ist;

Fig. 12f eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die aktive Struktur und/oder die Interaktionsstruktur symmetrisch gespiegelt ist; Fig. 12g eine schematische Aufsicht auf Teile eines MEMS gemäß einem Ausfüh rungsbeispiel, bei in einer Kammelektrodenstruktur innere, bewegliche Kam melektroden mit einem Wechselpotential und äußere Kammelektroden mit unterschiedlichen statischen Potentialen beaufschlagt werden;

Fig. 12h eine schematische Seitenschnittansicht des MEMS aus Fig. 12g; Fig. 13a eine beispielhafte Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung gemäß ei nem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;

Fig. 13b eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts, bei der entlang des axialen Verlaufs parallel zu Richtung eine Vielzahl von N diskreten Bereichen zwi schen Balken der beweglichen Schichtanordnung angeordnet sind;

Fig. 14a-f schematische Aufsichten auf unterschiedliche Ausgestaltungen aktiver beweglicher Schichtanordnungen gemäß Ausführungsbeispielen des zweiten Aspekts;

Fig. 15 eine schematische Ansicht einer beweglichen Schichtanordnung gemäß ei nem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts, die zumindest einen vierten Balkenaufweist;

Fig. 16 eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung gemäß ei nem Ausführungsbeispiel, die eine diskrete Fixierungen an einem Ende der beweglichen Schichtanordnung aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts;

Fig. 17 eine schematische Ansicht einer beweglichen Schichtanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel des zweiten Aspekts; und

Fig. 18a-b schematische Ansichten beweglicher Schichtanordnungen gemäß Ausfüh rungsbeispielen des zweiten Aspekts, bei denen die Balken abschnittsweise gekrümmt zueinander angeordnet sind. Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktions gleiche oder gleichwirkende Elemente, Objekte und/oder Strukturen in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung dieser Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.

Nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Vielzahl von Details beschrieben. Ausführungsbeispiele können jedoch auch ohne diese detaillierten Merkmale implementiert werden. Des Weiteren werden Ausführungsbeispiele der Verständlichkeit wegen unter Verwendung von Blockschaltbildern als Ersatz einer De taildarstellung beschrieben. Ferner können Details und/oder Merkmale einzelner Ausführungsbeispiele ohne Weiteres mit einander kombiniert werden, solange es nicht explizit gegenteilig beschrieben ist.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele beziehen sich auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS). Manche der hierin beschriebenen MEMS können mehrschichtige Schichtstrukturen sein. Derartige MEMS können beispielsweise durch Prozessieren von Halbleitermate rialien auf Wafer-Level erfolgen, was auch eine Kombination mehrerer Wafer oder die Abscheidung von Schichten auf Wafer-Ebene beinhalten kann. Manche der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele gehen auf MEMS-Ebenen ein. Als eine MEMS-Ebene wird eine nicht notwendigerweise zweidimensionale oder ungekrümmte Ebene verstanden, die sich im Wesentlichen parallel zu einem prozessierten Wafer erstreckt, etwa parallel zu einer Hauptseite des Wafers bzw. des späteren MEMS. Eine Ebenenrichtung kann als eine Rich tung innerhalb dieser Ebene verstanden werden, was auch mit dem englischen Begriff „in plane“ bezeichnet wird. Eine Richtung senkrecht hierzu, das bedeutet, senkreicht zu einer Ebenenrichtung kann vereinfacht als Dickenrichtung bezeichnet werden, wobei der Begriff der Dicke keine Limitierung im Sinne einer Orientierung dieser Richtung im Raum entfaltet. Es versteht sich, dass hierin verwendete Begriffe wie Länge, Breite, Höhe, oben, unten, links, rechts und dergleichen lediglich zur Illustration hierin beschriebener Ausführungsbei spiele herangezogen werden, da ihre Lage im Raum beliebig veränderbar ist.

Fig. 1 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines MEMS 10 gemäß einem Aus führungsbeispiels des ersten Aspekts. Das MEMS 10 umfasst eine Schichtstruktur 12 mit zwei oder mehreren Schichten 12i, 12₂ und/oder 123, wobei eine Anzahl der Schichten be- liebig sein kann und zumindest 1 beträgt. Eine beispielhafte Anzahl von Schichten ist dem zufolge 1 , 2, 3, zumindest 4, zumindest 5, zumindest 8 oder mehr. Die Schichten der Schichtstruktur können unterschiedliche Materialien und/oder Materialkombinationen umfassen, insbesondere Schichten, die mit Halbleiterprozessen kompatibel sind, etwa Silizium, Galliumarsenid oder dergleichen, wobei zumindest lokal Dotierungen implementiert sein können und/oder zusätzliche Materialien angeordnet sein können, etwa leitfähige Ma terialien wie Metalle. Alternativ oder zusätzlich können auch elektrisch isolierende Materia lien zumindest Teile einer Schicht bilden, etwa Nitrid- und/oder Oxidmaterialien.

Ausführungsbeispiele beziehen sich darauf, unterschiedliche Elemente in unterschiedli chen MEMS-Ebenen 14i und 14₂ vorzusehen, die beispielsweise parallel zu einer x/y- Ebene angeordnet sind. Die Ebenen 14i und 14₂ sowie die x/y-Ebene kann parallel zu einer Wafer-Hauptseite angeordnet sein und somit In-plane-Ebenen definieren oder beschreiben. Die x-Richtung, die y-Richtung sowie Kombinationen hieraus können insofern als Ebenenrichtung verstanden werden. Eine Richtung senkrecht hierzu, beispielsweise z, kann als Dickenrichtung bezeichnet werden.

Die Ebenen 14i und 14₂ können entlang der z-Richtung versetzt zueinander angeordnet sein, wobei es hierzu unerheblich ist, ob die Ebenen 14i und 14₂ in Bereichen angeordnet sind, in denen die Schichtstruktur 12 eine gemeinsame Schicht 12i, 12₂ oder 12₃ aufweist oder in verschiedenen Schichten 12i und 12₃. Zwar ermöglicht das Anordnen von unterschiedlichen Elementen durch unterschiedliche Schichten 12i und 12₃ mit möglicherweise unterschiedlichen Materialien einfache Herstellungsprozesse, es ist jedoch auch möglich, unterschiedliche Strukturen in unterschiedlichen Ebenen 14i und 14₂ heraus zu formen, die aus demselben Material bzw. einer selben Schicht bestehen.

Bodenschichten und Deckelschichten, die eine in der Schichtstruktur 12 angeordnete Ka vität 16 mit begrenzen können, sind in der Fig. 1 nicht dargestellt. Anstelle dessen ist eine Öffnung 18 in der Schichtstruktur 12 dargestellt, die eine äußere Umgebung 22 der Schichtstruktur 12 mit der Kavität 16 fluidisch koppelt, das bedeutet, es ist ein Fluidfluss von der äußeren Umgebung 22 in die Kavität 16 und/oder von der Kavität 16 hin zur äuße ren Umgebung 22 möglich. Dabei können in der Öffnung 18 zusätzliche Strukturen, etwa Ventile oder Filter vorgesehen sein.

Die fluidische Kopplung durch die Öffnung 18 kann beispielsweise auch ganz oder teilweise durch ein Weglassen und/oder Öffnen des nicht-dargestellten Deckelwafers/Deckelschicht und/oder Bodenwafers/Bodenschicht implementiert werden, das bedeutet, die Öffnung 18 kann in einer Seitenwandstruktur angeordnet sein, kann sich jedoch auch an anderer Stelle befinden. Ausführungsbeispiele sehen ferner mehrere Öffnungen vor, die sich an unter schiedlichen Stellen der Schichtstruktur 12, insbesondere in Seitenwandstrukturen und/o der Deckel- bzw. Bodenschichten befinden können. As eine Seitenwandstruktur kann eine laterale Begrenzung der Kavität in-plane verstanden werden.

Eine Interaktionsstruktur 24 ist in der MEMS-Ebene 14i angeordnet. Die Interaktionsstruk tur 24 ist ausgebildet, um mit einem in der Kavität 16 angeordneten Fluid, etwa ein Gas oder eine Flüssigkeit, insbesondere Luft, zu interagieren. Eine Bewegung der Interaktionsstruktur 24 hängt mit einer Bewegung des Fluids durch die Öffnung 18 kausal zusammen. Das bedeutet, dass eine Bewegung der Interaktionsstruktur 24 einen Fluidfluss durch die Öffnung 18 bewirken kann und/oder dass ein Fluidfluss durch die Öffnung 18 eine Bewegung der Interaktionsstruktur 24 bewirken kann, etwa indem das Fluid mit der Interaktionsstruktur 24 in Kontakt tritt bzw. interagiert. Manche Ausführungsbeispiele ermöglichen einen Betrieb oder eine Implementierung des MEMS als Sensor, indem eine Bewegung des Flu ids zu einer Bewegung der Interaktionsstruktur 24 führt. Manche Ausführungsbeispiele ermöglichen einen Betrieb oder eine Implementierung des MEMS als Aktuator, indem eine aktiv erzeugte Bewegung der Interaktionsstruktur 24 auf das Fluid übertragen wird, wie es bspw. für Lautsprecher nutzbar ist.

In der MEMS-Ebene 14₂ ist eine aktive Struktur 26 angeordnet. Die aktive Struktur 26 ist mit der Interaktionsstruktur 24 mechanisch gekoppelt, das bedeutet, mit einer mechanischen Verbindung aneinander befestigt. Hierfür kann ein mechanisches Koppelelement 28 vorgesehen sein, welches die mechanische Verbindung zwischen der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 zumindest teilweise bereitstellt. Das mechanische Koppelelement 28 kann eine mechanisch steife Verbindung bereitstellen, wobei dies so zu verstehen ist, dass eine gewisse Elastizität im Sinne mechanischer Bruchfestigkeit durchaus wünschenswert sein kann. Allerdings kann mittels des mechanischen Koppelelements 28 eine zu hohe Elastizität vermieden werden, welche zu einer ungewollten Relativauslenkung zwischen der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 führen könnte, was im aktiven Betrieb des MEMS 10 einen Kraftverlust und/oder im sensorischen Betrieb des MEMS 10 einen Sensitivitätsverlust bedeuten könnte. Die aktive Struktur 26 ist konfiguriert, dass ein elektrisches Signal oder Potenzial 32 an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur 26 mit einer Verformung der aktiven Struk tur 26 kausal zusammenhängt. Die Verformung der aktiven Struktur 26 hängt wiederum mit der Bewegung des Fluids kausal zusammen, etwa indem die Interaktionsstruktur 24 mittels der aktiven Struktur 24 angetrieben wird, um das Fluid zu bewegen oder indem das Fluid die Interaktionsstruktur 24 bewegt, was mittels der aktiven Struktur 26 erfasst werden kann. Ein Anlegen des elektrischen Signals 32 kann bspw. zu einem Antreiben der aktiven Struktur 26 und mithin der Interaktionsstruktur 24 führen. Ein Abgreifen oder Messen des elektrischen Signals 32 (was ein Anlegen eines Referenzpotentials mit umfassen kann) kann genutzt werden, um die Bewegung der Interaktionsstruktur zu erfassen.

So kann beispielsweise in einem sensorische Betrieb des MEMS 10 das Fluid die Interaktionsstruktur 24 auslenken. Diese Auslenkung kann mittels des mechanischen Koppelelements 28 an die aktive Struktur 26 übertragen werden, so dass diese ebenfalls ausgelenkt wird. Die Auslenkung der aktiven Struktur 26 kann beispielsweise mittels des Signals 32 detektierbar und/oder auswertbar sein, etwa mittels eines integrierten Schaltkreises (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), eines Prozessors oder Mikrocontrollers oder sonstiger geeigneter Einrichtungen.

In einem Aktuatorbetrieb des MEMS 10 kann beispielsweise das Signal 32 bewirken, dass die aktive Struktur 26 ausgelenkt wird, wobei diese Auslenkung mittels des mechanischen Koppelelements 28 an die Interaktionsstruktur 24 weitergegeben wird, um so die Bewegung des Fluids zu bewirken.

Die Interaktionsstruktur 24 und die aktive Struktur 26 befinden sich dabei in unterschiedli chen MEMS-Ebenen 14i und 14₂, insbesondere in voneinander verschiedenen Ebenen. Ausführungsbeispiele sehen dabei vor, dass ein Erstrecken der Interaktionsstruktur 24 in die Ebene 14₂ der aktiven Struktur 26 und umgekehrt vermieden ist, so dass funktionsmäßig eine Separation zwischen der Funktionsebene der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine räumliche Trennung beider Funktionalitä ten, nämlich des Interagierens mit dem Fluid einerseits und der Anordnung der aktiven Struktur andererseits. Diese räumliche Trennung erlaubt es, beide Strukturen sehr bau raumeffizient zu gestalten und damit ein insgesamt bauraumeffizientes MEMS zu erzeugen. Beispielsweise aber nicht notwendigerweise sind dabei die aktive Struktur 26, das mecha nische Koppelelement 28 und/oder die Interaktionsstruktur 24 ganz oder teilweise aus einem Material umliegender Strukturen derselben jeweiligen Schicht 12i, 12₂ und/oder 12₃ gebildet. So kann beispielsweise zur elektrischen Isolation der Interaktionsstruktur 24 von der aktiven Struktur 26 eine Zwischenschicht 12₂ vorgesehen sein, die elektrisch isolierende Materialien umfasst, beispielsweise Siliziumoxid und/oder Siliziumnitrid. Dies ermöglicht es, auch das mechanische Koppelelement 28 aus entsprechenden Materialien zu bilden. Es sei jedoch angemerkt, dass das mechanische Koppelelement 28 sowohl beliebige Materialien als auch eine beliebige geometrische Form aufweisen kann, die ausgelegt ist, um die Interaktionsstruktur 24 mit der aktiven Struktur 26 mechanisch zu koppeln.

Die Interaktionsstruktur 24 kann mittels des mechanischen Koppelelements 28 in dem MEMS 10 aufgehängt und/oder befestigt bzw. mit der aktiven Struktur 26 gekoppelt sein. Optional können weitere Stützelemente, etwa Federelemente oder dergleichen vorgesehen sein, die eine Bewegung der Interaktionsstruktur 24 abstützen können. Während das mechanische Koppelelement 28 eine mechanisch Kopplung zwischen Interaktionsstruktur 24 und aktiver Struktur 26 ermöglichen kann, können optionale zusätzliche Stützelemente eine Abstützung der Interaktionsstruktur 24 an einem umgebenden Substrat ermöglichen.

Obwohl das MEMS 10 so dargestellt ist, dass die aktive Struktur 26 und die Interaktions struktur 24 entlang der z-Richtung eine in etwa gleiche Abmessung aufweisen, ermöglicht es das zugrundeliegende Konzept, die Interaktionsstruktur 24 entlang der z-Richtung ungleich größer auszugestalten als die aktive Struktur 26. Damit kann erreicht werden, dass die Interaktion mit dem Fluid überwiegend, d. h., zumindest 90%, zumindest 95% oder zumindest 98% oder gar vollständig durch die Interaktionsstruktur 24 erfolgt, während funktional die aktive Struktur 26 darauf ausgelegt ist, um die Bewegung der Interaktionsstruktur 24 zu erzeugen und/oder zu sensieren und an der Interaktion mit dem Fluid in einem gerin gen Ausmaß oder eventuell nicht teilnimmt. Die Schichtdicken der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 können beliebig an einander und/oder an einen Einsatzzweck angepasst werden. Beispielsweise aber nicht notwendigerweise kann die Schichtdicke der Interaktionsstruktur 24 größer sein als eine Schichtdicke der aktiven Struktur 26. In beispielhaften Ausgestaltungen ist die Schichtdicke der Interaktionsstruktur 24 senkrecht zu der Ebenenrichtung x bzw. y zumindest ein 1 ,1 -Faches, zumindest ein 1,5-Faches, zumindest ein 2-Faches, zumindest ein 5-Faches, zumindest ein 10-Faches, zumindest ein 15-Faches oder zumindest ein 20-Faches einer Schichtdicke der aktiven Struktur 26. Hierbei handelt es sich um bevorzugte Beispiele. Andere MEMS in Übereinstimmung mit diesen Aspekten können andere Verhältnisse der Schichtdicken aufweisen.

Nachfolgende Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer aktiven Ausge staltung von MEMS beschrieben, dergestalt, dass ein aktuatorischer Betrieb des MEMS implementiert ist, etwa als Lautsprecher. Ausführungsbeispiele sind jedoch nicht hierauf beschränkt, sondern beziehen sich ebenfalls darauf, das jeweilige MEMS als Sensor zu verwenden, was kombinatorisch oder alternativ zu einer Ausgestaltung als Aktuator möglich ist.

Bei einem entsprechenden aktuatorischen Betrieb ist die aktive Struktur so gebildet, dass sie eine Aktuatorstruktur umfasst, die ausgebildet ist, um bei Anlegen des elektrischen Signals 32 an den Anschluss eine Verformung der aktiven Struktur 26 zu bewirken, die eine Bewegung der Interaktionsstruktur 24 und die Bewegung des Fluids bewirkt.

Fig. 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines MEMS 20 gemäß einem Aus führungsbeispiel, bei dem die aktive Struktur 26 in einer Schicht 12₃ angeordnet ist und die Interaktionsstruktur 24 in einer benachbarten Schicht 12₂ eines Schichtstapels der Schichtstruktur 12 angeordnet ist, die ferner eine Bodenschicht 12i und eine Deckelschicht 124 aufweist. Öffnungen 18i bis 18e können in der Bodenschicht 12i angeordnet sein. Al ternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere Öffnungen 18₇ bis 18₁₇ in der Deckel schicht 12₄ angeordnet sein.

Die mechanische Kopplung zwischen aktiver Struktur 26 und Interaktionsstruktur 24 kann mittels Koppelteilelemente 28a und 28b erfolgen, etwa vergleichsweise steife örtliche Be reiche in der Interaktionsstruktur 24 und/oder der aktiven Struktur 26, die miteinander mechanisch fest verbunden sind. Teile der Interaktionsstruktur 24 können gegenüber einer der aktiven Struktur 26 zugewandten Oberfläche des Koppelteilements 28a in negative z-Rich- tung zurückgesetzt sein und/oder es können Teile der aktiven Struktur 26 entlang positiver z-Richtung gegenüber dem Koppelteilement 28b bzw. einer der Interaktionsstruktur 24 zu gewandten Oberfläche desselben zurückgesetzt sein, so dass zwischen den entsprechen den Bereichen der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 ein Abstand oder Spalt 34 entstehen kann, der eine Relativbewegung einzelner Teile der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 zueinander zulässt. Alternativ oder zusätzlich können auch zusätzliche Elemente zwischen den Koppelteilelementen 28a und 28b angeordnet werden, um den Spalt 34 zu erhalten. Während beispielsweise Teile der aktiven Struktur 26 beweg lich oder deformierbar sein können, kann die Interaktionsstruktur 24 vergleichsweise steif oder unbeweglich gebildet sein. Die entsprechende Relativbewegung zwischen defomier- baren Teilen der aktiven Struktur 26 und den Elementen der Interaktionsstruktur 24 bei einer Auslenkung oder Deformation der aktiven Struktur 26 kann dadurch verbessert werden, indem der Spalt 34 vorgesehen ist. Der Spalt 34 kann ein Hohlraum sein, kann aber beispielsweise auch durch eine mechanische Struktur befüllt sein, beispielsweise eine Trennschicht, Gleitschicht oder dergleichen. Diese Schicht kann fluidisch zumindest teilweise abgedichtet sein, wobei beispielsweise Bewegungsräume für eine Bewegung der Koppelteilemente 28a und/oder 28b vorgesehen sein können.

Das bedeutet, das Koppelelement 28 kann die aktive Struktur 26 mit der Interaktionsstruktur 24 mechanisch fest verbinden und einen Abstand zwischen der Aktivstruktur und der Interaktionsstruktur einstellen. Der Abstand beträgt bzw. der Spalt misst entlang z zumindest 0,05 pm und höchstens 20 pm, zumindest 0,3 pm und höchstens 10 pm oder zumindest 0,8 pm und höchstens 1,5 pm, bevorzugt 1 pm. In einem Bereich des Abstands kann ein elektrisch isolierendes Material angeordnet sein, das bedeutet, das Koppelelement 28 kann zumindest bereichsweise elektrisch isolierendes Material umfassen. Eine mechanische Steifigkeit des Koppelelements kann einer mechanischen Steifigkeit der aktiven Struktur 26 und/oder der Widerstandsstruktur 24 entlang der ebenen Richtung entsprechen oder gerin ger sein als die mechanische Steifigkeit der aktiven Struktur und/oder der Widerstandstruk tur.

Während das MEMS 20 beispielsweise eine fluidische Durchströmung von der Bodenschicht 12i zu der Deckelschicht 12 oder umgekehrt vorsehen kann, kann bei einer Ausführung des MEMS 20 ohne Öffnungen in der Deckelschicht 12₄ auf eine fluidische Durch strömung des Spalts 34 ebenfalls verzichtet werden. Weitere Ausgestaltungen sehen vor, Öffnungen in der Deckelschicht 12₄ bspw. mit fluidischen Kanälen zu verbinden, die an der aktiven Struktur 26 vorbei laufen.

Die Interaktionsstruktur 24 kann durch die aktive Struktur 26 entlang einer oder mehrerer Richtungen bewegt werden. Beispielsweise kann eine Aktuierung mittels des Signals 32 zu einer Expansion oder Kontraktion eines Teils 26a oder 26b der aktiven Struktur 26 genutzt werden. Bei einer Wegnahme des Signals 32 oder einer Rückkehr zu einem Bezugspoten zial kann eine mechanische Steifigkeit eines Materials der aktiven Struktur 26 und/oder zusätzlicher Elemente genutzt werden, um die aktive Struktur 26 und mithin die Interaktionsstruktur 24 wieder zurückzubewegen. Es ist darüber hinaus aber ebenfalls möglich, diese gegenläufige Bewegung mittels eines zweiten elektrischen Signals zu unterstützen oder zu erzeugen, so dass beispielsweise abwechselnd eine Komprimierung eines derTeile 26a und Teils 26b und eine Expansion des anderen Teils 26b bzw. 26a entlang positiver bzw. negativer y-Richtung erfolgt. So kann beispielsweise in einem ersten Zeitintervall mit tels Komprimierung des Teils 26a eine Bewegung des mechanischen Koppelelements 28b in negative y-Richtung erfolgen und in einem darauffolgenden Zeitintervall mittels Komprimierung des Teils 26b der aktiven Struktur eine Bewegung des Koppelteilelements 28b in positive y-Richtung erfolgen.

In Fig. 2 weist das MEMS 20 die aktive Struktur 26 dergestalt aus, dass zwei entgegengesetzt zueinander angeordnete Aktuierungseinrichtungen 26a und 26b vorgesehen sind, die ausgebildet sind, um basierend auf einem ersten Aktuierungssignal eine Bewegung entlang einer Aktuierungsrichtung (beispielsweise -y) auszuführen und um basierend auf einem weiteren Aktuierungssignal eine hierzu komplementäre Bewegung (beispielsweise +y) entgegengesetzt zu der ersten Aktuierungs-Richtung bereitzustellen. Dies kann dazu genutzt werden, um eine Art Hin-und-Herbewegung entlang einer Achse zu erzeugen. Weitere Aus führungsbeispiele sehen eine mehrachsige Bewegung der Interaktionsstruktur 24 vor, wo bei beispielsweise unterschiedliche oder zusätzliche Teile der aktiven Struktur 26 in einem Winkel von ungleich 0° und/oder ungleich 180° zueinander gedreht sein können. Die Teile 26a und 26b können als jeweilige Teilaktuatoren bzw. Aktuierungseinrichtungen gebildet sein und bspw. über ein zugeordnetes Aktuatorsignal, ähnlich oder gleich dem Signal 32 angesteuert werden.

Die Interaktionsstruktur 24 kann eine oder mehrere Flächen oder Strukturen aufweisen, die zur Interaktion mit dem Fluid vorgesehen sind. In einer bevorzugten Konfiguration weist die Interaktionsstruktur 24 mehrere im Wesentlichen parallel zueinander verlaufende Platten strukturen oder Finnenstrukturen 36 auf.

Zwischen benachbarten bewegten Finnenstrukturen 36 können optional Elemente vorgesehen sein, die die Kavität 16 in Teilkavitäten unterteilen. Diese bevorzugt starren Elemente oder Finnen 38 können paarweise oder in Kombination mit einem umgebenden Substrat jeweils Teilkavitäten der Kavität der Schichtstruktur 12 definieren. Zumindest eine der im nachfolgenden als Finnen bezeichneten Strukturteile der Interaktionsstruktur, die eine beliebige Geometrie, bevorzugt aber eine massenarme steife Ausgestaltung aufweisen, ist in zumindest einer der Teilkavitäten angeordnet. Die jeweilige bewegliche Finne 36 kann somit in einerTeilkavität hin und her bewegbar angeordnet sein. Eine gemeinsame Bewegung mehrerer oder aller bewegter Finnen 36 kann dabei über eine mechanische Kopplung der bewegten Finnen 36 untereinander ermöglicht werden, etwa durch ein Verbindungselement 42, welches die bewegten Finnen 36 untereinander mechanisch verbindet und mit dem Koppelteilelement 28a verbunden sein kann, so dass hierüber die Bewegung der aktiven Struktur 26 an die bewegten Finnen 36 weitergegeben wird.

Eine oder mehrere Aufhängungen 44 können das Verbindungselement 42 und/oder die bewegten Finnen 36 beziehungsweise die Interaktionsstruktur 24 mit dem umliegenden Substrat, etwa der Schicht 12₂ verbinden. Die starren Finnen 38 können ebenfalls in dieser oder einer anderen Schicht mit dem Substrat verbunden sein.

In anderen Worten kann die Ebene mit den passiven Elementen der Interaktionsstruktur 24 dafür genutzt werden, um die mechanische Wirkung mit einer hohen Effektivität zu erzeugen. Die Effektivität kann durch die vergrößerte Packungsdichte und die von der aktiven Schicht unabhängige Ebenenhöhe oder Schichtdicke der Schicht 12₂ verbessert werden. Das Wegfallen der aktiven Elemente in der Strukturebene 12₂ reduziert den Platzbedarf zumindest im Hinblick auf die benötigte Chipoberfläche und ermöglicht unterschiedliche und angepasste Herstellungsverfahren der unterschiedlichen Ebenen. Es besteht die Möglichkeit, die passiven Elemente der Strukturebene 12₂ als ein elastisch aufgehängtes oder alternativ unaufgehängtes, freies Widerstandselement 42 auszuführen. Alternativ können sich auch mehrere elastische Balken oder andere Strukturen, etwa zur Schallwellenzeu gung, in der Strukturebene 12₂ befinden.

Die beschriebene Aufteilung der Funktionsebenen ist insbesondere vorteilhaft, da beispiels weise zur Erzeugung hoher Kräfte oder hoher Sensitivitäten eine große aktive Fläche zu sammen mit einem geringen Abstand zwischen Elektroden oder sonstigen aktiven Elemen ten der aktiven Struktur 26 wünschenswert sein kann, also bspw. ein großes Aspektverhält nis. In den Herstellungsprozessen kann solch ein Aspektverhältnis, das bedeutet, eine Di cke entlang der z-Richtung bei gewünschter Beabstandung in x/y limitiert sein. Gleichzeitig kann für eine Interaktion mit dem Fluid eine große Interaktionsfläche wünschenswert sein, die jedoch nicht notwendigerweise derart dicht gepackt sein müssen wie es für die aktive Struktur angestrebt ist. Anders ausgedrückt bestehen in Herstellungsprozessen Limitierun gen. Eine mögliche Limitierung ergibt sich bspw. durch den Herstellungsprozess. Um aus reichend hohe Stellkräfte zu ermöglichen, wird angestrebt, geringe Elektrodenabstände der klassischen NED zu realisieren. Geringe Elektrodenabstände sind bei großen Aktordicken (die genügend Fluid verdrängen) nicht mehr oder nur mit hohem ggf. ungerechtfertigtem Aufwand realisierbar. Dadurch ergibt sich ein Widerspruch zwischen der notwendigen Höhe der Elektroden und dem notwendigen Elektrodenabstand.

Die Entkopplung der aktiven Struktur von der Interaktionsstruktur 24 und das möglicherweise fehlende oder unkritischere Erfordernis der geringen Abstände in der Interaktionsstruktur 24 ermöglichen es, die Aspektverhältnisse in der aktiven Struktur 26 einzuhalten, da eine geringe Ausdehnung entlang z für die gewünschten Kräfte genügt. Für die fluidische Wirkung kann eine höhere Ausdehnung entlang z für die Interaktionsstruktur 24 gewählt werden, was unproblematisch oder weniger problematisch sein kann, da hier die Abstände zwischen den einzelnen Strukturen größer sein können.

Fig. 3a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur 26. Die aktive Struktur 26 kann eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Elektrodenelementen 46₁ bis 40₆ umfassen, wobei eine Gesamtanzahl der Elektrodenelemente größer 2, größer 4, größer 6, größer 8, größer 10 oder auch größer 20, größer 30, größer 50 oder höher sein kann. Die Elektroden können als plattenartige Strukturen gebildet sein, die in einem, möglicherweise theoretischen, Referenzzustand in etwa parallel zu einander sind, so dass die Hauptseiten der Elektroden einander zugewandt sind. Als Hauptseite wird eine Seite verstanden, die gegenüber zwei Hauptseiten verbindenden Nebenseiten eine vergleichsweise große Flächenausdehnung aufweist. Aus diesem Referenzzustand können die Elektroden gemäß manchen Ausführungsbeispielen vorausgelenkt sein, wie es bspw. in Fig., 3a gezeigt ist.

Auch Hauptseiten benachbarter Elektrodenpaare, etwa 48i und 48₂, 48₂ und 48₃ oder 48₃ und 484 können einander zugewandt angeordnet sein. Ein jeweiliges Elektrodenpaar 48i bis 484 kann so ausgestaltet sein, dass bei Anlegen eines elektrischen Potenzials, etwa mittels des Signals 32, ein Abstand h_gap zwischen den Elektroden zumindest lokal reduziert wird, um zumindest einen Teil eines Aktuator-Hubs bereitzustellen. Durch serielles Hinter einanderschalten mehrerer Paare kann ein hoher Gesamthub der aktiven Struktur 26 er halten werden.

In Mittenbereichen 52i bis 52a der Elektroden kann ein jeweiliges Elektrodenpaar mit einem benachbarten Elektrodenpaar beziehungsweise dem umgebenden Substrat oder einer tra genden Struktur verbunden sein. Hierzu können Abstandselemente 54i bis 54₆ angeordnet werden, die optional auch elektrisch isolierend gebildet sein können, um eine elektrische Isolierung benachbarter Elektroden bereitzustellen. Alternativ kann eine elektrische Isolie rung als auch Beschichtung an den Elektrodenelementen vorgesehen sein und/oder durch elektrische Isolierung von Elektroden desselben Elektrodenpaares 48 zueinander, etwa durch Abstandselemente 56i bis 56s. Die Abstandselemente 56i bis 56s können jedoch alternativ oder zusätzlich auch mittels des umgebenden Substrats, etwa der Schicht 12₃ realisiert werden. So kann eine elektrische Isolierung anstelle der Abstandselemente 56i bis 56₈ auch über das umgebende Medium (oder Vakuum) im Zusammenspiel mit dem Substrat bereitgestellt werden. Es besteht ferner die Möglichkeit, benachbarte Elektroden unterschiedlicher Paare mit einem selben Potenzial zu beaufschlagen, womit im Bedarfsfall auf eine elektrische Isolierung diesen Orts für diese Elektroden auch verzichtet werden kann.

Das bedeutet, die Elektrodenelemente eines Elektrodenpaares können sowohl durch dis krete äußere Abstandselemente 56 in einem Randbereich der Elektrodenelemente mecha nisch fixiert sein und/oder die Elektrodenelemente können in einem Randbereich derselben mit der Schichtstruktur mechanisch fixiert sein, um einen Abstand h« zwischen den Elektrodenelementen einzustellen, der ansonsten über die Abstandselemente 56 einstellbar ist.

Im Randbereich kann der Abstand h_ti gering gehalten werden, etwa in einem Bereich von 0,01 pm bis 200 pm, bevorzugt von 0,3 pm bis 3 pm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ,3 pm.

Mittels der inneren Abstandselemente 52i bis 52e kann zwischen den Elektrodenpaaren ein vergleichbarer oder gleicher Abstand eingestellt werden, wie zwischen einzelnen Elektro den, die mittels der äußeren Abstandselemente 56 erhalten werden.

Durch Anlegen eines elektrischen Potenzials zwischen Elektrodenelementen eines Elekt rodenpaares 48 kann entlang einer Richtung innerhalb der MEMS Ebene 14₂, beispiels weise entlang y, eine Längenänderung des Elektrodenpaares und somit ein Hub der aktiven Struktur 26 bewirkt werden, die an die Interaktionsstruktur 24 übertragen werden kann.

Aufgrund der Anordnung der zumindest in Teilen optionalen Abstandselemente 54 in Mit tenbereichen 52 können diese als innere Abstandselemente bezeichnet werden. Die optio nalen Abstandselemente 56 im äußeren Bereich oder Randbereichen können als Abstand selemente bezeichnet werden. Die aktive Struktur 26 kann eine Vielzahl von Elektrodenpaaren 48 aufweisen, die jeweils in einem Mittenbereich mit Elektrodenelementen benachbarter Elektrodenpaare an disktre ten Stellen mechanisch fest verbunden sind, etwa durch die inneren Abstandselemente 52.

In anderen Worten zeigt Fig. 3a einen Teil eines auslenkbaren Elements der aktiven Struk tur 26, die auch als Mikromuskel bezeichnet werden kann und die eine Vielzahl zueinander in einem diskreten Abstand angeordneter leitfähiger Balken/Elektroden 46 umfassen kann. Diese Balken sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein dotiertes Halbleitermaterial und stellen jeweils zumindest eine Elektrode dar, beispielsweise aus Metall oder Silizium, vorzugsweise aber Silizium. Gegenüberliegende Balken sind über ein elektrisch nicht- leitendes Medium miteinander verbunden. Das nichtleitende Medium kann auch eine iso lierende Abstandshalterschicht sein, in die in einer ersten und einer zweiten Erstreckungs richtung des auslenkbaren Elements segmentiert ist. Das bedeutet, die Balken können durch einen isolierenden Abstandshalter 54 und/oder 56 miteinander verbunden sein. Wei tere Ausführungsbeispiele beinhalten gasförmige, flüssige oder feste nichtleitende Medien. Im Falle von gasförmigen und flüssigen Abstandshalterschichten können die auslenkbaren Elemente zusätzlich am Substrat befestigt werden. Bei einem festen nichtleitenden Medium ist die Elastizität bevorzugt kleiner als die Elastizität des festen leitenden Mediums. Die Balken werden mit einer elektrischen Spannung versorgt, so dass zwischen zwei benach barten auslenkbaren Elementen eines Elektrodenpaares, etwa 46i und 462, ein Potenzial unterschied besteht. Dieser Potenzialunterschied erzeugt eine elektrostatische Kraft und die Balken werden zueinander angezogen. Die Elastizität des nichtleitenden Mediums oder der segmentierten, isolierenden Abstandshaltschichten 54 und/oder 56 kann eine Rück stellkraft zur Verfügung stellen. Es kann auch eine Rückstellkraft aus der Elastizität der leitenden Balken 46 gewonnen werden. Dafür können isolierende Festkörper, die den isolierenden Abstandshaltern 56 entsprechen, zwischen den leitenden Festkörpern angeordnet werden, etwa indem die Abstandshalter 54 implementiert werden. Eine mögliche An ordnung der Abstandshalterelemente 54 und 56 ist beispielsweise ein sogenanntes „Ziegelsteinmuster“, wodurch die Stützstellen zwischen den leitenden Medien von Reihe zu Reihe alternieren, so dass die nächste Stützstelle immer zwischen zwei Stützstellen der benachbarten Reihe ist. Die entsprechende Struktur ist eine periodische Struktur aus sich wiederholenden Einzelzellen 48, was jedoch nicht zwingend notwendig ist. Beim Erzeugen eines Potenzialunterschiedes zwischen den benachbarten leitenden Festkörpern kann die Gesamtstruktur deformiert werden. In Fig. 3a bezeichnet l_Ceii eine Dimension einer Muskelzelle entlang der x-Richtung, 1« eine Dimensionierung einer Stützstelle entlang der x-Richtung, h« eine Dimensionierung einer Stützstelle entlang der y-Richtung, h_eiec eine Dimensionierung einer Elektrode entlang der y-Richtung und h_gap einen Abstand zwischen zwei Elektroden entlang der y-Richtung. Die genannten Parameter können jeweils einzeln und unabhängig implementiert werden, können aber auch an einander angepasst werden. Jeder dieser Parameter kann bspw. innerhalb eines Bereichs von zumindest 0.01 pm und höchstens 200 pm liegen, L_ceii bspw. auch bis 1500 pm. Besonders bevorzugt für eine spezielle Implementierung sind bspw. lceii = 124 pm, I_ti = 4 pm, h_gap (in einem Referenzzustand minimaler bzw. maximaler Aktua- torauslenkung) = 1 ,3 pm, t = 1 pm und/oder h_ti = 1 pm, jeweils abänderbar und/oder in nerhalb gewisser Toleranzen.

Bei einer Aktuierung kann eine Änderung des Werts h_gap (beispielsweise eine Verkürzung) entlang der y-Richtung erfolgen und je nach der geometrischen Ausführung eine Veränderung des Werts l_ceii entlang der x-Richtung. Je nachdem, wie die Ankopplung an das Widerstandselement beziehungsweise Koppelteilelement 28a in Fig. 2 realisiert ist, wird eine der Verformungsrichtungen x oder y auf das Koppelteilelement 28b in Fig. 2 übertragen. Durch die Anreihung der weiteren Zellen nebeneinander entlang der y-Richtung und/oder der x- Richtung kann die Verschiebung der Richtung beziehungsweise die Kraft der einzelnen Zelle mit der Anzahl der Zellen erfüllt oder multipliziert werden.

Die Geometrie des auslenkbaren Elements 26 (in anderen Worten die Muskelzelle oder der Mikromuskel) kann dabei genutzt werden, gezielt die Steifigkeit in x-Richtung und/oder y- Richtung einzustellen. Außerdem kann die Kraft pro Auslenkung angepasst oder optimiert werden, beispielsweise an eine „Stress-Strain-Curve“ (Zug-Druck-Kurve). Bei der Schaller zeugung ist zunächst für die Ausgangssituation viel Auslenkung mit relativ wenig Kraft er forderlich. Wenn das verdrängte Volumen zunimmt, erhöht sich die Rückstellkraft des Fluids (beispielsweise Luft) auf den Muskel. Dann ist es nötig, mehr Kraft für Auslenkung zu ge nerieren. Die Wahl der Zellgeometrie erlaubte die Kraftänderung während des Auslenkvor gangs einzustellen. Weiterhin kann das Verhältnis aus Längenänderung in y- zu x-Richtung (effektive Poissonzahl der Struktur) über die Zellgeometrie angepasst werden. Durch die passende Wahl der Zellgeometrie können Muskeln mit einer effektiven Poissonzahl kleiner 0 designt werden. Solchen Strukturen, die als auxetische Strukturen bezeichnet werden, können ganz besondere Eigenschaften bei einer Verkrümmung zeigen. Diese Eigenschaf ten bieten Potential für Verbesserungen des Muskels hinsichtlich des vertikalen Pull- In. Fig. 3b zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur 26 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Gegenüber der Fig. 3a können die gleichen Elemente vorgesehen sein und zusätzlich kann zwischen benachbarten Elektroden 46₁ und 46₂, 46₃ und 46₄, 46s und 46e und/oder 46₇ und 46e eine elektrisch isolierende Schicht 58i, 68₂, 68₃ beziehungs weise 58₄ vorgesehen sein. Die isolierenden Schichten 58 können elektrisch isolierende Materialien, etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder andere isolierende Materialien umfassen, insbesondere AI2O₃.

Obwohl die elektrisch isolierenden Schichten 58i bis 68₄ so dargestellt sind, dass sie eine Abmessung entlang der y-Richtung aufweisen, die gegenüber den äußeren Abstandshaltern 56 dünner ausgeführt ist, können sie alternativ auch eine gleiche oder größere Di cke/Ausdehnung aufweisen, womit beispielsweise eine Endposition während der Aktuie- rung einstellbar oder beeinflussbar ist. Die Dicke kann gleichmäßig oder entlang der x-Rich- tung variabel sein.

Die elektrisch isolierenden Schichten 58i bis 58₄ können zwischen den äußeren Abstand selementen aufgehängt sein, die in einem Randbereich der Elektroden des Elektrodenpaares 48i bis 48₄ angeordnet sind, um die Elektroden mechanisch zu fixieren. Alternativ kann eine Anordnung der isolierenden Schichten 58i bis 58₄ auch an dem Substrat oder anderen feststehenden Strukturen erfolgen. Alternativ oder zusätzlich kann eine entsprechende Konfiguration auch erhalten werden, indem die äußeren Abstandselemente 56 als eine durchgängige, ggf. lokal ausgedünnte Schicht zwischen den Elektroden angeordnet wer den.

In anderen Worten zeigt Fig. 3b ein weiteres Ausführungsbeispiel mit einer isolierenden Abstandshalterschicht. Der dargestellte alternative Abstandshalter 58 stellt eine Verbin dung zwischen den Abstandshaltern 56 dar und ist beispielsweise stoffschlüssig mit diesen verbunden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Abstandshalter 56 und 58 aus demselben Material. Vorteilhaft wird dadurch die dielektrische Konstante im Spalt ver größert. Daneben ergibt sich auch eine Verbesserung bezüglich der Steifigkeit der auslenk baren Elemente in deren Dickenrichtung. Ebenfalls können Kurzschlüsse zwischen den Elektroden vermieden werden, etwa beim lateralen Pull-In. Ferner kann die Zuverlässigkeit der aktiven Struktur 26 verbessert werden, weil die sogenannte kalte Anodisierung reduziert beziehungsweise vermieden werden kann. Fig. 3c zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur 26 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, das die Ausgestaltung der Fig. 3a weiterführt. In einem Bereich der im Zusammenhang mit Fig. 3a als innere Abstandhalter 52 bezeichneten Elemente können weitere Elektroden, etwa die Elektrode 46₇ angeordnet werden, die mit einem oder mehreren Elektroden oder Abschnitten hiervon ein weiteres Elektrodenpaar 48s bilden, etwa indem unterschiedliche Potentiale angelegt werden. Anders ausgedrückt kann durch entsprechende Beabstandung und Fixierung mittels Elektroden unterschiedlicher Elektrodenpaare ein weiteres Elektrodenpaar definiert werden. Es kann eine Art Waben muster erhalten werden, was hohe Kräfte bei gleichzeitig hoher Stabilität bietet.

Fig. 3d zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur 26 beziehungsweise ein Elektrodenpaar 48 hiervon. Im Unterschied zu vorangehend beschriebenen Erläuterungen sind die Elektroden 46₁ und 46₂ gegenübereinander mittels eines Substratmaterials 62 voneinander gehaltert, fixiert und beabstandet, etwa im Material der Schicht 12₃ des MEMS 20. Die Elektroden 46₁ und 46₂ können hin zum Mitten bereich 52 einen zuneh menden Abstand zueinander aufweisen, etwa durch eine einander abgewandte Krümmung und/oder durch entsprechende Fixierungen in dem Mittenbereich 52, was auch abschnittsweise gerade Elektrodenformen umfassen kann, wie sie beispielsweise in den Fig. 3a und 3b dargestellt sind. Hierdurch kann eine Anpassung an eine aktive Erzeugung anziehender Kräfte erfolgen.

Anstelle einer einzelnen Isolationsschicht, die in Fig. 3b dargestellt ist, können auch zwei Isolationsschichten 58a und 58b zwischen den Elektroden 46₁ und 46₂ angeordnet sein, wobei ersichtlich ist, dass anstelle der Fixierung der Isolationsschichten 58a und 58b und/o der der Elektroden 46i und 46₂ an dem Substratmaterial 62 auch eine Fixierung gegen übereinander mittels der äußeren Abstandselemente 56 erfolgen kann. Alternativ kann auch lediglich eine der Isolationsschichten 58a oder 58b angeordnet sein. Eine Form der isolierenden Schicht 58a und/oder 58b kann an eine in einem passiven Zustand des MEMS vorausgelenkte Form der Elektroden 46₁ beziehungsweise 46₂ des Elektrodenpaares 48 angepasst sein. Beispielsweise ist die isolierende Schicht 58a zumindest innerhalb eines Toleranzbereichs gemäß einer Krümmung der Elektrode 46₁ gekrümmt. Ebenso ist die Iso lationsschicht 58b zumindest ähnlich der Elektrode 46₂ gekrümmt.

Insofern können die Schichten 58a und 58b als Teilschichten der Isolationsschicht 58 verstanden werden, bei denen jede Teilschicht einer vorausgelenkten Form der Elektrode 46₁ beziehungsweise 46₂ folgt. Ein Abstand zwischen einander abgewandten Hauptoberflä chen der Teilschichten 58a und 58b (beispielsweise die Hauptoberflächen, die der jeweili gen Elektrode 46i beziehungsweise 46₂ zugewandt sind) entlang eines Elektrodenverlaufs, etwa entlang der x-Richtung in der MEMS-Ebene der aktiven Struktur zwischen den Befes tigungsbereichen an dem Substratmaterial 62 kann insofern veränderlich sein. Vorteilhaft an einer derartigen Ausgestaltung ist, dass die isolierende Schicht 58a und/oder 58b sich entsprechend der Elektroden 46₁ und 46₂ entlang der x-Richtung vergleichsweise einfach verlängern oder ausdehnen kann, wenn die Elektroden sich aufeinander zubewegen. Das kann insofern eine Materialspannung in der isolierenden Schicht 58a und/oder 58b verringern oder vermeiden, was sowohl für das Auslenkverhalten des Aktuators vorteilhaft ist als auch für die Materialbeanspruchung der isolierenden Schicht.

In anderen Worten zeigt Fig. 3d wie die isolierende Schicht 58a/58b zwischen den Elektroden 46i und 46₂ der Form der Elektroden folgt. Das hat zum Vorteil, dass die Steifigkeit der auslenkbaren Elemente in x-Richtung deutlich erhöht ist, weil ein höherer Anteil der isolie renden Abstandshalterschicht, etwa umfassend AI₂O₃ verwendet wird.

Fig. 3e zeigt eine rasterelektronenmikroskopische Aufnahme sowie eine schematische Aufsicht auf einen Teil der aktiven Struktur 26. Dargestellt ist der Ort eines Fluids beziehungs weise Hohlraums 64 zwischen Isolationsstrukturen und Insolationsschichten.

In anderen Worten zeigt Fig. 3e in einer rasterelektronenmikroskopischen Aufnahme pilzförmige Abstandshalter 56, bestehend aus AI₂O₃, die dann zum Einsatz kommen, wenn Kurzschlüsse bei einem vertikalen Pull-In verhindert werden sollen. Damit ist es diesen Pil zen nicht mehr möglich, dass beispielsweise die aktive Struktur 26 mit der Interaktionsstruktur 24 in Kontakt kommt und ein elektrischer Kurzschluss erfolgt. Die wegen ihrer prinzipiell beliebig einstellbaren Form als Pilze referenziellen Abstandshalter 56 können aus der dar gestellten Bildebene herausragen und einen elektrischen Kurzschluss zwischen der aktiven Struktur 26 und der Interaktionsstruktur 24 verhindern. Somit können Abstandhalter zwi schen der Interaktionsstruktur 24 und der aktiven Struktur 26 verteilt über die gesamte Bau teilausdehnung geschaffen werden.

Fig. 4a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Interaktionsstruktur gemäß einem Aus führungsbeispiel, die beispielsweise in dem MEMS 10 und/oder 20 zum Einsatz kommen kann. Die Interaktionsstruktur 24 kann beispielsweise symmetrisch zu einer Symmetrieachse 66, die in dem MEMS 10 oder 20 beispielsweise parallel zu einer y-Richtung angeordnet sein kann, ausgebildet sein, wobei dies nicht erforderlich ist.

An dem Verbindungselement 42 können entlang der y-Richtung mehrere Widerstandsele mente beziehungsweise Finnen 36i bis 36io angeordnet sein, wobei eine Anzahl, eine Größe und/oder eine Geometrie an den jeweiligen Bedarfsfall anpassbar sind. An gegen überliegenden Enden kann die Interaktionsstruktur 24 über bevorzugt elastische Aufhän gungen 44i und 44₂ mit einem umliegenden Substrat verbunden sein. Zwar sind die Auf hängungen 44i und 44₂ vorteilhaft in Bezug auf die Führung der Bewegung der Interaktionsstruktur 24, es kann jedoch bereits ausreichend sein, eine Aufhängung mittels des Koppelteilelements 28a vorzusehen. Alternativ oder zusätzlich können auch andere Arten der Bewegungsführung und/oder Aufhängung vorgesehen sein. Ausführungsbeispiele schaffen Finnen 36,, die abweichende Querschnitte aufweisen. Beispielsweise können die Finnen 36i ausgehend von einer Mitte spitz zulaufen. Im Bereich der Verbindung mit 42 sind die Breiten oder Materialausdehnungen oder Materialstärken der Finnen 36, bspw. groß und am frei schwingenden Ende klein. Das hat den Vorteil, dass mögliche Spannungen im Be reich der Verbindung werkstoffgerecht minimiert werden können. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, die Finnen 36, innen hohl zu gestalten. Dies bietet insbesondere im Bereich der Verbindung zu 42, wo ein hohes Massen-Einsparpotential liegt, ein hohes Leichtbau potential.

Fig. 4b zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Interaktionsstruktur 24 aus Fig. 4a. Die Widerstandsstruktur 24 kann, wie es im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben ist, hin und her bewegt werden, weshalb die Interaktionsstruktur 24 auch als Shuttle be zeichnet werden kann. Die Interaktionsstruktur 24 kann ebenso wie andere bewegte Strukturen in der Strukturebene 14i als passives Element betrachtet werden. Elastische Aufhängungen 44i und 44₂ können über Elemente erfolgen, die eine geringere Steifigkeit aufwei sen als die passiven oder aktiven Elemente und/oder als ein federndes Element ausgebildet sind. Die elastische Aufhängung 44i und/oder 44₂ ermöglicht es, die Eigenfrequenzen des Shuttles einzustellen, ohne die aktive Schicht verändern zu müssen. Dazu können von den Fig. 4a und 4b abweichende Geometrien eingesetzt werden. Zusätzlich kann durch eine geeignete Wahl der Steifigkeitsverteilung eine elastische Führung des Widerstandsele ments beziehungsweise der Interaktionsstruktur 24 realisiert werden. Eine solche Führung kann so ausgestaltet werden, dass das Widerstandselement nur in die dafür vorgesehene Richtung eine Beweglichkeit aufweist oder zumindest eine bevorzugte Beweglichkeit auf weist.

Verglichen mit der mechanischen Kopplung durch das Koppelelement 28 beziehungsweise die Koppelteilelemente 28a und 28b kann die Steifigkeit der Aufhängung 44i und 44₂ gerin ger sein, so dass beispielsweise die mechanische Kopplung des Koppelelements 28 eine mechanische Steifigkeit aufweist, die um einen Faktor von zumindest 3 größer ist als eine mechanische Kopplung der Interaktionsstruktur 24 mit der Schichtstruktur mittels der Auf hängungen 44i und 44₂ oder anderer Verbindungen.

Weitere Ausführungsbeispiele weisen MEMS mit einem Widerstandselement beziehungs weise Interaktionsstruktur auf, die ohne zusätzliche Aufhängungen 44i und 44₂ ausgeführt sind. Das bedeutet, dass die Interaktionsstruktur 24 abgesehen von der mechanischen Kopplung 28a/28b zur aktiven Struktur aufhängungslos angeordnet sein kann. In der Dar stellung gemäß den Fig. 4a und 4b ist die Widerstandsstruktur 24 einerseits auf mindestens einer Seite mit dem (nicht dargestellten) umgebenden Substrat verbunden, andererseits ist es mit den Aktoren, also den Mikromuskeln oder auslenkbaren Elementen 26 der Antriebsebene 14₂ verbunden. Diese Verbindung ist bevorzugt steif ausgebildet. Hier kommen bspw. formschlüssige, kraftschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindungen in Betracht. Das das Verbindungselement/Koppelelement 28 ist in einem bevorzugten Ausführungsbei spiel stoffschlüssig mit der Interaktionsstruktur 24 (passives Element) und der aktiven Struk tur 26 (aktives Element) verbunden und weist eine Steifigkeit auf, die dem aktiven und dem passiven Element entspricht. Andere Ausführungsbeispiele beinhalten ein Verbindungsele ment 28, das eine geringere Steifigkeit aufweist als die aktiven und passiven Elemente. In anderen Worten ist es in alternativen Ausführungsbeispielen als Federelement ausgeführt. Eine der beiden Verbindungselemente 28a oder 28b ragen um zumindest 1 pm aus der jeweiligen Ebene heraus, so dass sichergestellt werden kann, dass die Verbindung tatsächlich nur über das Verbindungselement 28a und das Verbindungselement 28b erfolgt. Das bedeutet, der in Fig. 2 dargestellte Spalt 34 kann eine Ausdehnung von beispielsweise 1 pm aufweisen.

Fig. 5a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine aktive Struktur 26 eines MEMS 50 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das ohne Weiteres mit Interaktionsstrukturen aus dem MEMS 10 und/oder 20 sowie weiteren Strukturelementen hierin beschriebener Ausführungsbeispiele kombinierbar ist. Das Teilelement 28b ist mit einem Verbindungselement 68 mechanisch verbunden oder einstückig geformt, an welchen mehrere Elektrodenanordnungen 72 angeordnet sind. Bei spielhaft sind die Elektrodenanordnungen seriell hintereinandergeschaltet, so dass bei spielsweise Elektrodenanordnungen 72^ und 72₂ seriell hintereinandergeschaltet zwischen dem Substrat in der Schicht 12₃ und dem Verbindungselement 68 angeordnet sind. Jede der Elektrodenanordnungen 72 kann eine bewegliche Schichtanordnung bilden, die im Zu sammenhang mit Fig. 5b näher beschrieben ist. Die beweglichen Schichtanordnungen können mit einem Krümmungsradius gekrümmt sein, wobei weiterhin optional Krümmungsgra dienten hintereinander geschalteter beweglicher Schichtanordnungen 72, etwa der beweglichen Schichtanordnungen 721 und 72₂ alternierende Vorzeichen aufweisen können. Dies kann beispielsweise bei gleichzeitiger oder abwechselnder Aktuierung der beweglichen Schichtanordnungen 72i und 72z einen Verlauf der erzeugten Bewegung zumindest beein flussen.

Die beweglichen Schichtanordnungen 72 können in mehreren Gruppen zwischen dem Ver bindungselement 68 und dem Substrat angeordnet sein. In der Fig. 5a sind beispielhaft vier Gruppen in vier Quadranten vorgesehen, um eine symmetrische Aufhängung des Koppelteilelements 28b zu ermöglichen.

Die Vielzahl beweglicher Schichtanordnungen ist dabei, zumindest in Gruppen, im Beispiel des MEMS 50 zu mehreren Symmetrieachsen 66₁ und 66₂ angeordnet, die beispielsweise parallel zur x-Richtung und/oder zur y-Richtung angeordnet sind. Es kann ferner auch eine andere Art der Symmetrie vorliegen, beispielsweise eine Punktsymmetrie, etwa um einen geometrischen Mittelpunkt des Koppelteilelements 28b in der dargestellten Ebene. Es kön nen auch eine Rotationssymmetrie oder andere Arten der Symmetrie vorgesehen sein, was auch anhand der vorgesehenen Aktuierungsrichtungen einstellbar ist.

Fig. 5b zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung, wie sie beispielsweise im MEMS 50 verwendet werden kann. Die bewegliche Schichtanordnung umfasst zumindest drei Balken 76i, 76₂ und 76₃, die ausgelegt sind, um ansprechend auf ein elektrisches Potenzial eine Bewegung bzw. Verformung auszuführen. Die Balken 76i, 76₂ und 76₃ können beispielsweise in Übereinstimmung mit den Elektrodenelementen 46 elektrisch leitfähige Materialien aufweisen, etwa Metallmaterialien und/oder dotierte Halb leitermaterialien und für elektrostatische Kräfte angeordnet sein. Es ist jedoch ebenfalls möglich, thermisch induzierte Verformungen, piezoelektrische Kräfte oder eine andere Art von elektrisch erzeugter Aktuierung zu implementieren, indem die aktive Struktur so aus gestaltet wird, dass sie elektrostatische, piezoelektrische oder thermomechanische Elekt rodenstrukturen und/oder Kombinationen hieraus umfasst. Der Balken 76₃ ist aber bei spielsweise zwischen den Balken 76i und 76₃ angeordnet. Die Balken 76i, 76₂ und 76₃ sind dabei an diskreten Bereichen 78i und 78₂ elektrisch isoliert voneinander fixiert, beispiels weise mittels elektrisch isolierender Abstandselemente 82i bis 82₄. Obwohl die elektrisch isolierenden Abstandselemente 82 so dargestellt sind, dass sie in Randbereichen der Bal ken 76i bis 76₃ angeordnet sind, können sie alternativ oder zusätzlich hierzu auch in einem Mittenbereich oder in einem Bereich dazwischen angeordnet sein. Die bewegliche Schicht anordnung 72 ist so ausgestaltet, dass ansprechend auf ein elektrisches Potenzial zwischen den Balken 76i, und 76s einerseits und/oder ansprechend auf ein elektrisches Potenzial zwischen den Balken 76₂ und 76s andererseits eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in der MEMS-Ebene 14₂ ausgeführt wird, womit das Koppelelement 28, ins besondere das Koppelteilelement 28b bewegt wird. Beispielsweise kann basierend auf ei ner Einspannung der beweglichen Schichtanordnung 72 eine in-plane-ausgerichtete Wischbewegung der beweglichen Schichtanordnung 72 erhalten werden, die mittels sym metrischer Aufhängung in eine lineare Bewegung des mechanischen Koppelteilelements 28b umgewandelt werden kann. Andere Arten und Formen der Bewegung sind ohne wei teres einstellbar.

In anderen Worten zeigen die Fig. 5a und 5b ein alternatives Ausführungsbeispiel eines auslenkbaren Elements 26 mit den Teilelementen einer beweglichen Schichtanordnung 72i und 72₂, die miteinander und mit dem Widerstandselement 24 (nicht dargestellt) über das Verbindungselement 28b verbunden sind. Die Struktur der auslenkbaren Elemente bzw. beweglichen Schichtanordnungen kann ein Aufbau aus zumindest drei Elektroden sein, die voneinander durch isolierte Abstandshalter getrennt sind. Die beiden äußeren Elektroden erhalten dieselbe Spannung, beispielsweise ein Referenzpotenzial oder GND, die mittlere Elektrode kann eine Signalspannung erhalten, etwa in Form des Signals 32. Infolgedessen kann eine Auslenkung der auslenkbaren Elemente erfolgen. Durch den symmetrischen Auf bau der beweglichen Schichtanordnungen 72i und 72₂ zueinander kann ein lineares Aus lenkungsverhalten realisiert werden. Ein entsprechender Aufbau kann beispielsweise in Übereinstimmung mit WO 2012/095185 A1 erhalten werden.

Fig. 6a zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines MEMS 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das im Wesentlichen mit den Ausführungen in Fig. 2 überein stimmen kann. Die Schichten 12i und 12₄ sind exemplarisch nicht dargestellt, können aber angeordnet sein, ebenso wie weitere Schichten. Die Teile 26a und 26b können jeweils als eigenständiger Aktuator gebildet sein, die entgegengesetzt zueinander angeordnet sind und mittels des Koppelteilelements 28b mechanisch miteinander und mit der Interaktionsstruktur 24 gekoppelt sind, wobei das Koppelteilelement zwischen den Aktuatoren 26a und 26b angeordnet ist. So kann erreicht werden, dass die aktive Struktur 26 ausgebildet ist, um sich basierend auf einem ersten Aktuisierungssignal für einen der Aktuatoren 26a und 26b in einem ersten Bereich parallel zu der Aktuierungsrichtung zu längen und in dem an deren Teil zu verkürzen. Basierend auf einem anderen Aktuierungssignal kann eine kom plementäre Bewegung erreicht werden, indem Verkürzung und Verlängung/Ausdehnung der jeweiligen aktiven Struktur umgekehrt ist.

Unter Verweis auf die aktive Struktur 26 der Fig. 2, 3a, 3b, 6a und 6b können die Elektrodenpaare ebenso wie beispielsweise die beweglichen Schichtanordnungen aus Fig. 4 in einer Reihe angeordnet sein. So kann beispielsweise die in den Fig. 3a und 3b näher er läuterte Struktur eine Reihe von parallel zu einer Aktuierungsrichtung in der MEMS-Ebene 14₂ angeordnete Anzahl von Elektrodenpaaren aufweisen, um eine Bewegung der Interak tionsstruktur entlang dieser Richtung in der MEMS-Ebene 14i zu bewirken. Ausführungsbeispiele sehen dabei optional zumindest eine zweite Reihe von Elektrodenpaaren vor, die parallel zu einer zweiten, hiervon verschiedenen Richtung angeordnet sind, um eine Bewe gung der Interaktionsstruktur 24 entlang einer weiteren Richtung zu bewirken. Es wird da rauf hingewiesen, dass die jeweilige Aktuierungsrichtung der aktiven Elemente mittels ge eigneter mechanischer Umlenkelemente, etwa Hebel oder Getriebe oder dergleichen auch umgelenkt werden kann.

So ist beispielsweise vorstellbar, dass ein oder mehrere weitere Teilaktuatoren in einem 90-Grad-Winkel zu den Teilaktuatoren 26a und 26b angeordnet sind, um zusätzlich zu einer Bewegung parallel zury-Richtung auch eine Bewegung parallel zurx-Richtung zu bewirken.

Fig. 6b zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts aus Fig. 6a, insbesondere im Bereich der mechanischen Verbindung zwischen den Koppelteilelemen ten 28a und 28b. Die aktive Struktur 26 ist beispielsweise in Übereinstimmung mit den Aus führungen zum MEMS 20 und den Figuren 3a und/oder 3b gebildet, wobei beispielhaft zwei gegenüberliegende Aktuierungseinrichtungen 26a und 26b angeordnet sind, die basierend auf unterschiedlichen Aktuierungssignalen eine Längenänderung in der jeweiligen Aktuie- rungseinrichtung 26a oder 26b bewirken können und mittels der mechanischen Kopplung damit auch eine Längenänderung oder Deformation in dem anderen Aktuierungsteil bewir ken können.

Hierdurch kann ein zumindest nahezu lineares Auslenkungsverhalten durch die Verkopp lung von zwei gegeneinander wirkenden Muskeln bzw. Aktuierungseinrichtungen erhalten werden, was auch als ausgeglichenes (balanced) Verhalten bezeichnet werden kann, was ein lineares Verhalten zumindest annähert. In anderen Worten sind ein erstes und ein zwei tes aktiv auslenkbares Element 26a und 26b über ein Verbindungselement 28b miteinander verbunden. Diese Verbindung kann starr sein, um vorteilhaft ein lineares Verhalten des resultierenden aktiv auslenkbaren Elements, etwa am Ort des Koppelelements, zu ermöglichen.

Eine derartige Konfiguration kann das nicht lineare Spannungs-Verschiebungs- Verhalten reduzieren oder vermindern, welches durch die elektrostatische Betätigung entsteht. Die ses Prinzip kann auch auf beliebige andere Aktuatoren angewandt werden. Es können asymmetrische Aktuatoren, etwa A-NED (asymmetrischer nanoskopischer elektrostati scher Drive/Antrieb) verwendet werden, die so angeordnet werden, dass zwei Muskeln eine Auslenkung in entgegengesetzte Richtungen bewirken. Auch symmetrische Aktoren, wie z. B. die beschriebenen balanced NED (BNED) oder BA-NED (balanced-asymmetric NED), die im Zusammenhang mit weiteren Ausführungsbeispielen beschrieben werden, können genutzt werden. Für BNED kann beispielsweise die Spannung an den äußeren Elektroden in den beiden Muskeln umgekehrt gewählt werden. Das Gleiche funktioniert für einen BA- NED. Alternativ kann die Lage der Isolationsinseln in BA-NED verschieden gewählt werden, um die Auslenkungsrichtung des Aktors vorzugeben.

Zwischen der aktiven Struktur 26 und der Interaktionsstruktur 24 ist bevorzugt der Spalt 34 angeordnet, der im Zusammenhang mit der Fig. 2 als zumindest 1 pm betragend beschrie ben ist, wobei auch andere Werte hierfür wählbar sind. Beispielsweise kann das jeweilige Koppelteilelement aus der Ebene der Elektroden bzw. Finnen herausragen. Alternativ oder teilweise kann eine bevorzugt elektrisch isolierende mechanische Verbindungsschicht 84 den Spalt 34 ganz oder teilweise einstellen. Die Verbindungsschicht 84 kann beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid umfassen.

Fig. 7a zeigt eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur 24 des MEMS 20, die über die Aufhängung 44i und 44₂ mit dem Substrat der Schicht 12₂ verbunden und daran aufgehängt ist. Die Aufhängungen 44i und 44₂ können beispielsweise Biegefederelemente umfassen, mittels derer die Interaktionsstruktur 24 elastisch mit der Schichtstruktur gekoppelt ist. Eine mechanische Kopplung der Interaktionsstruktur mit der Schichtstruktur kann höchstens eine gleiche Steifigkeit aufweisen wie die Steifigkeit der Interaktionsstruktur 24 selbst, ist bevorzugt jedoch weicher oder alternativ nicht ausgeführt.

Die beweglichen Finnen 36i bis 3620 können sich dabei jeweils in durch das umliegende Substrat und die starren, gegenüber der Interaktionsstruktur 24 kontaktlos oder reibungs arm angeordneten Trennwände oder starren Finnen 38 definierten Teilkavitäten bewegen. Die Finnenstrukturen 36i bis 3620 der Interaktionsstruktur können somit in den Teilkavitäten 16a bis 16t beweglich angeordnet sein. Fig. 7a zeigt beispielsweise einen unausgelenkten Zustand des MEMS 20.

Fig. 7b zeigt eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur 24 in einem Zustand, in welchem die Interaktionsstruktur 24 entlang positiver y-Richtung ausgelenkt ist, so dass ein erster Bereich 16ai einer Teilkavität 16a vergrößert und ein zugehöriger anderer Teil 16a₂ der Teilkavität 16a verkleinert ist, was mit einem Fluidstrom kausal Zusammenhängen kann.

Fig. 7c zeigt eine schematische Aufsicht auf die Interaktionsstruktur 24 aus Fig. 7a, die im Vergleich zur Fig. 7b entlang der gegenüberliegenden negativen y-Richtung ausgelenkt ist, womit beispielsweise durch die Bewegung des Elements 36i eine Veränderung der Volu mina 16ai und 16a₂ bewirkt wird, die ebenfalls mit dem Volumenstrom kausal Zusammen hängen kann.

Durch Koppeln der Elemente 36 untereinander mittels des Verbindungselements 42 kann eine gleichmäßige Veränderung in den Teilkavitäten unter Berücksichtigung der gleich oder voneinander verschieden eingestellten Größen der Teilkavitäten, welche durch Positionierung der Elemente 36 einerseits und der Elemente 38 andererseits gewählt werden kann, erhalten.

In anderen Worten zeigen die Fig. 7a bis 7c die Auslenkung des Widerstandselements 24 ausgehend von einer Ruhelage in Fig. 7a in eine erste Richtung (+y) in Fig. 7b und in eine zweite Richtung (-y) in Fig. 7c. Die Verkrümmung der Aufhängungen 44i und 44₂ ist eben falls dargestellt. In Ausführungsbeispielen kann die Geometrie der Aufhängung von dem Gezeigten abweichen. Die Geometrie kann beispielsweise dachartig, wellenförmig oder s- förmig sein. Die Ausgestaltung kann basierend auf der jeweiligen Anwendung gewählt werden, kann aber basierend auf Steifigkeitseigenschaften oder dergleichen einen entscheidenden Einfluss auf die resultierende Resonanzfrequenz des bewegten Systems haben. Ein weiteres Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein Widerstandselement 24 ohne die gezeigten Aufhängungen 44i und 44₂. Die Fig. 7a und 7c zeigen weiterhin, dass durch die bewegten Finnen 36 und starre Finnen 38 Kavitäten 16a bis 16t, 16ai bis 16t₂ gebildet sind. Die Länge der bewegten Finnen 36 kann so bemessen sein, dass der Abstand zwischen dem freien Ende der Finnen 36 und dem umgebenden Substrat 12a möglichst gering ist. Der Abstand ist dabei so gewählt, dass der Austausch von Fluid zwischen den Kavitäten 16ai und 16a₂ oder 16ti und 16t₂ kaum oder nicht stattfinden, das bedeutet, dass fluidische Verluste gering sind. In anderen Worten und im Zusammenhang mit dem Ausführungsbei spiel eines MEMS-Lautsprechers, das mittels der hierin gezeigten MEMS implementiert wird, kann an dieser Stelle ein akustischer Kurzschluss vermieden werden.

Die Fig. 7d bis 7f zeigen die Interaktionsstruktur 24 aus den Fig. 7a, 7b und 7c in korrespondierenden Zuständen, wobei zusätzlich Gruppen 18a und 18b von Öffnungen dargestellt sind. Eine erste Gruppe 18a von Öffnungen kann beispielsweise in einem Deckelwafer und eine andere Gruppe 18b in einem Bodenwafer des MEMS 20 vorgesehen sein oder andersherum. Hierdurch können unterschiedliche Teilkavitäten 16ai bis 16L bzw. 16a₂ bis 16t₂mit unterschiedlichen Seiten des MEMS verbunden sein.

In der in Fig. 7e dargestellten und mit Fig. 7b übereinstimmenden Positionierung kann somit Fluid aus den Öffnungen der Gruppe 18b herausbewegt werden und/oder durch Öffnungen der Gruppe 18a hineinbewegt werden, was auch durch die Anordnung von Ventilstrukturen beeinflusst werden kann.

In Fig. 7f ist eine gegenläufige Konfiguration zu sehen, in der in Übereinstimmung mit der Fig. 7c die Teilkavitäten, welche mit „1“ indiziert sind, verkleinert sind, so dass Fluid aus den Öffnungen der Gruppe 18a herausbewegt wird.

Wie es anhand der Fig. 7b bis 7f gezeigt ist, können unterschiedliche Teilkavitätsteile, etwa der Teilkavitätsteil 16ai oder 16ti verglichen mit Teilkavitätsteilen 16a₂ oder 16t₂ mit unterschiedlichen Öffnungen fluidisch gekoppelt sein, wobei die Öffnungen einzeln oder in Grup pen mit der Umgebung 22 gekoppelt sein können bzw. unterschiedlichen Seiten hiervon. Die Finnenstrukturen können Teilkavitäten in unterschiedliche Teilkavitätsteile trennen, wobei dies nicht notwendigerweise hermetisch dicht bedeutet, sondern unter Vermeidung eines fluidischen Kurzschlusses eine Separierung bewirken kann. Die Volumina der Teilkavitätsteile können jeweils komplementär zueinander basierend auf der Bewegung der Interaktionsstruktur veränderlich sein.

Die Öffnungen der Gruppen 18a und 18b können ganz oder teilweise ausgehend von der Teilkavität senkrecht zu der Ebenenrichtung, das bedeutet, entlang positiver oder negativer z-Richtung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können Öffnungen in der MEMS- Ebene 12₂ bzw. der Ebene 14₂ vorgesehen sein.

Es sind ebenfalls Kombinationen vorstellbar, gemäß derer ein seitlicher Auslass aus den Teilkavitätsteilen vorgesehen ist, wie es beispielsweise in Fig. 7g dargestellt ist und diese seitlichen Auslässe in unterschiedliche Richtungen entlang der z-Achse gelenkt werden, so dass analog zu den Fig. 7d bis 7f unterschiedliche Teilkavitätsteile mit einer Oberseite oder Unterseite verbunden sind, wobei eine entsprechende Verbindung des Teilkavitätsteils, etwa des Teilkavitätsteils 16ai seitlich, innerhalb der Ebene 14i erfolgen kann. Das bedeu tet, nach einem seitlichen Auslass oder Einlass in der Schicht 12₂ kann eine Richtungsum- lenkung der fluidischen Strömung erfolgen, so dass in der MEMS-Ebene 14i angeordnete MEMS-Öffnungen der Gruppen 18a und 18b mit MEMS-Öffnungen, Deckelschichten, etwa Schicht 12i oder 124 der Schichtstruktur 12 entlang einer Richtung senkrecht zu der Ebe nenrichtung, d. h., entlang z, fluidisch verbunden sind.

In anderen Worten können durch die Geometrie des passiven Elements 24 Kavitäten entstehen, insbesondere können in den durch die starren Finnenstrukturen definierten Teilkavitäten Teilkavitätsteile durch die Geometrie oder bewegten Finnen des Elements 24 de finiert werden. Die entstehenden Teilkavitätsteile sind im Inneren des Bauelements so von einander getrennt, dass entweder kein oder nur ein sehr geringer Fluidaustausch zwischen den Teilkavitätsteilen stattfinden kann. Die Teilkavitätsteile können durch Öffnungen 18a und 18b in dem Boden- und Deckelwafer nach außen verbunden werden. Wenn das pas sive Element 24 verschoben wird, wird ein Fluid durch Öffnungen auf einer Seite in die Kavität befördert und auf der anderen Seite herausbefördert. In einem Ausführungsbeispiel, dem eines Lautsprechers, wird durch diese Bewegung des passiven Elements ein Schalldruck erzeugt. Es ist ebenso vorstellbar, eine Pumpenwirkung zu erzeugen. Die Aktuierung des Widerstandselements 24 und anderer passiver Elemente kann über die auslenkbaren Elemente 26 der Device-Ebene 14₂ erfolgen. Es können beliebige auslenkbare Elemente verwendet werden, wie beispielsweise hierin beschriebene Mikromuskeln oder ANED- Muskeln. Da die Device-Ebene ohne passive Elemente zur mechanischen fluidischen In teraktion ausgeführt werden kann oder einen vernachlässigbaren Anteil hierzu aufweist, kann diese vollständig mit aktiven Elementen gefüllt werden. Somit können relativ viel Ele mente sehr dicht gepackt platziert werden. Dies ermöglicht das Anpassen der aktiven Ele mente auf die notwendige mechanische Wirkung, welche dann durch das Widerstandsele ment 24 erreicht wird. Die Übertragung der mechanischen Wirkung zwischen der aktiven Ebene und der passiven Ebene erfolgt über die feste Verbindung zwischen dem Device wafer und dem Handlingwafer, den Elementen 24 und 26, die nach der Fertigung bestehen bleibt oder nachträglich gefertigt wird.

Die in Fig. 7g dargestellte alternative Ausführungsform von Öffnungen, die die Kavitäten mit dem umgebenen Fluid verbinden, kann dabei so ausgeführt werden, dass Öffnungen 18'a und 18’b so im Strukturwafer angeordnet werden, dass eine Verbindung zu den Öff nungen 18a und 18b aus den Fig. 7b bis 7f des Boden- oder Handlingwafers ermöglicht ist. Die Öffnungen können insofern so im Strukturwafer angeordnet sein, dass die Öffnungen mit einer Ober- oder Unterseite fluidisch verbunden sind. Daraus ergibt sich ein weiterer Vorteil durch die Trennung der Funktionen in zwei Ebenen. Durch die zusätzlichen Ebenen entstehen neue Möglichkeiten der Fluidführung, etwa Luftführung, die ein Übereinanderliegen der Auslassöffnungen der beiden Chipseiten erlauben. Für diesen Zweck können kurze Kanäle, die Öffnungen 18’a und 18’b, in der die Deviceebene in der Strukturebene so gelegt werden, die den Fluidstrom zu den Auslassöffnungen führen (in diesem Fall Luft). Dies führt dazu, dass die Auslassöffnungen dichter gepackt werden können, da die Auslassöffnungen ein begrenzender Faktor der Packungsdichte der passiven schallerzeugenden Elemente sein können, so dass durch diesen Ansatz eine Erhöhung der Packungsdichte der schall erzeugenden Elemente erreicht werden kann.

Die Fig. 8a bis 8c zeigen eine schematische perspektivische Aufsicht auf das MEMS 20 in der Ebene 14₂, so dass die Schicht 12a und die aktive Struktur 26 exemplarisch dargestellt ist. Die Aktuatorteile 26a und 26b können beispielsweise mit mehr als einer der Aktuator- Reihen 86₁ bis 86₅, die nebeneinander entlang der x-Richtung angeordnet sind, und mög licherweise mechanisch miteinander gekoppelt sind oder sogar durchgehende Elektroden bilden, wie es bspw. in Fig. 3c dargestellt ist, ausgeführt sein. Beispielhaft sind 5 Aktuator reihen 86₁ bis 86₅ vorgesehen, wobei eine andere beliebige Anzahl von zumindest 1 , zu mindest 2, zumindest 3, zumindest 4, zumindest 6, etwa 10 oder dergleichen vorgesehen sein kann. Es ist möglich, jedoch nicht notwendig, dass die Aktuatorteile 26a und 26b sym metrisch zueinander gebildet sind.

In Fig. 8a ist ein neutraler, d. h., unausgelenkter Zustand der aktiven Struktur 26 gezeigt, während Fig. 8b einen Zustand zeigt, in welchem eine Ausdehnung des Aktuatorteils 26b verkürzt ist und korrespondierend der Aktuatorteil 26a verlangt ist, etwa, indem der Aktua torteil 26b aktiviert ist. Hierdurch kann eine Bewegung des Koppelteilelements 28b entlang positiver y-Richtung erhalten werden.

Fig. 8c zeigt einen zu Fig. 8d komplementären Zustand, in welchem das Koppelteilelement 28b gegenüber der Fig. 8a in negative y-Richtung bewegt ist, was beispielsweise durch Aktuierung des Aktuatorteils 26a erhalten werden kann. Unabhängig hiervon kann in der Schicht 12₃ die Anordnung von fluidischen Kanälen 88₁ bis 88_n vorgesehen sein, die bei spielsweise und unter Bezugnahme auf die Fig. 7g die Öffnungen 18a und/oder 18b mit den Öffnungen 18’a bzw. 18’b fluidisch verbinden können.

Auch in der Ausgestaltung gemäß den Fig. 8a bis 8c kann das MEMS zumindest einen ersten Aktuator zum Umsetzen eines ersten Aktuierungssignals und einen zweiten Aktuator zum Umsetzen eines zweiten Aktuisierungssignals aufweisen.

In den Fig. 8a bis 8c ist dargestellt, dass zwei zueinander spiegelsymmetrisch aufgebaute auslenkbare Elemente 26a und 26b, die gegenüber einer Mittellinie gegenüberliegend an geordnet sein können, was einen balancierten oder ausgeglichenen (balanced) Muskel im plementieren kann. Eine weitere Möglichkeit eines balanced Muskels bietet die Wahl der Muskelzellgeometrie. Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele beziehen sich darauf, ak tiv auslenkbare Elemente zu schaffen, die eine hohe Linearität aufweisen.

Die Geometrie eines auslenkbaren aktiven Elements bestimmt seine Wirkungsweise und - richtung. Durch die Kombination von verschiedenen, mindestens zwei, aber auch mehr Ge ometrien können verschiedene Wirkungsrichtungen innerhalb eines Muskels oder auslenk baren Elements implementiert werden.

In anderen Worten zeigen die Fig. 8a bis 8c die Auslenkung des auslenkbaren Elements 26 bestehend aus einem ersten und einem zweiten auslenkbaren Element 26a und 26b. In einem ersten Zeitintervall, welches in Fig. 8b dargestellt ist, erfolgt die Auslenkung in eine erste Richtung (+y) durch Verkleinerung des Werts für h_gap aus Fig. 3a oder 3b im verform baren Element 26b. In einem zweiten Zeitintervall, das dem ersten Zeitintervall folgen oder vorangehen kann, erfolgt die Auslenkung in eine zweite Richtung (-y) durch Verkleinerung des Werts für h_gap im auslenkbaren Element 26a und infolgedessen eine Vergrößerung für h_gap im verformbaren Element 26b.

Fig. 9a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Interaktionsstruktur 24‘ gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Interaktionsstruktur 24‘ kann alternativ oder zusätzlich zur Inter aktionsstruktur 24 in einem hierin beschriebenen MEMS vorgesehen sein, etwa die MEMS 10, 20 und/oder 40.

Fig. 9b zeigt eine schematische perspektivische Ansicht der Interaktionsstruktur 24' aus Fig. 9a.

Während andere Interaktionsstrukturen so beschrieben sind, dass feste Finnen mit dem Substrat verbunden sind, gegen die sich die Interaktionsstruktur bewegt, kann die Interak tionsstruktur 24‘ eine Vielzahl von Platten- oder Finnenelementen aufweisen, die parallel zueinander in der MEMS-Ebene 14i und senkrecht hierzu orientiert angeordnet sind und in gegenüberliegenden Randbereichen mit einem MEMS-Substrat verbunden sind. Alternativ können Plattenelemente oder Finnenelemente 92 gruppenweise und paarweise alternie rend mit unterschiedlichen Aktuatorteilen verbunden sein. So können beispielsweise meh rere Aktuatoren der Aktuatorteile vorgesehen sein. So kann eine erste Gruppe 92a von Plattenelementen 92 abwechselnd mit Plattenelementen 92 einer zweiten Gruppe 92b an geordnet sein. Plattenelemente 92a und 92b einer jeweiligen Gruppe können einzeln oder gemeinsam über vereinfacht dargestellte Aktuatoren 94a bzw. 94b aktuiert werden, welche wiederum einen oder mehrere Teilaktuatoren 26a und 26b aufweisen können. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist zumindest einer der Aktuatoren 94 die Teilaktuatoren 26a und 26b auf. Mehrere Aktuatoren oder Muskel können wiederum einzeln oder gemein sam über Verbindungsstege 96ai, 96a₂ bzw. 96bi, 96b₂ gruppenweise oder global mitei nander antreiben. Dies erlaubt die Anordnung einer oder mehrerer Aktuatoren. Die Kop pelteilelemente oder Plattenelemente 94a 1 bis 94ae einerseits oder 94bi bis 94be stellen in manchen Ausgestaltungen eine vereinfachte Ansicht der Aktoren 26a und 26b dar. Die be schriebenen Plattenelemente können somit Aktoren bereitstellen, die ausgebildet sing, um die Finnengruppen 92a/92b über Koppelstangen 96 zu aktuieren. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Interaktionsstruktur 24' so auszugestalten, dass eine Vielzahl von Finnenelementen 92 angeordnet ist, die parallel zueinander in der MEMS- Ebene 14i angeordnet sein können, zumindest zeitweise in einem bestimmten, etwa unak- tuierten Zustand. Die Finnenelemente können senkrecht zu der MEMS-Ebene 14i orientiert angeordnet sein. Die Finnenelemente 92 können gruppenweise mittels Verbindungselemente 94 und/oder 96 mechanisch miteinander zu Finnengruppen gekoppelt sein.

Die unterschiedlichen Finnengruppen 92a und 92b können relativ zueinander auslenkbar sein, was den erforderlichen Hub zum Erreichen eines Mindestabstands zwischen Finnen elementen gegenüber den starren Finnen 38 reduzieren kann.

So kann beispielsweise vorgesehen sein, um Finnenelemente der Finnengruppe 92a und Finnenelemente der Finnengruppe 92b, deren Elemente benachbart zueinander und alternierend angeordnet sein können, gegenläufig zueinander auszulenken.

Fig. 9c zeigt eine schematische perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus Fig. 9a und 9b, in welchem erkennbar ist, dass die Verbindungsstege 96a mit Finnenelementen der Gruppe 92a mechanisch fest verbunden sind, während Verbindungsstege 96b mit Finnen elementen der Gruppe 92b mechanisch verbunden sind. Der Verbindungssteg 96bi wird beispielsweise über das Koppelteilelement 94bs zumindest teilweise angetrieben, während der Verbindungssteg 96ai über das Koppelteilelement 94ae zumindest teilweise angetrie ben wird, wobei auch mehrere Koppelteilelemente für den Antrieb eingesetzt werden kön nen, wie es beschrieben ist. Für die mechanische Verbindung können unterschiedliche Ebenen der Strukturelemente vorgesehen sein, so dass die entsprechenden Bewegungen aneinander vorbeilaufen können. Insbesondere sind die Verbindungsstege 96ai und 96bi beweglich zueinander angeordnet. Die Verbindungsstege 96ai und 96bi sind teilweise aus geblendet, um eine bessere Darstellung zu ermöglichen.

Fig. 9d zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil der Interaktionsstruktur 24‘. Die Verbindungsstege 96ai, 96bi und 96 b2 können über Koppelstellen 98 mit den Finnenelemen ten 92ai bis 92a§ der Gruppe 92a oder den Finnenelementen 92bi bis 92bs der Finnen gruppe 92b mechanisch fest verbunden sein. Die Aktuatoren oder Gruppen hiervon 94a und 94b sind bspw. Muskelgruppen. Eine solche Gruppe entspricht bspw. der der in der Fig. 8a-c dargestellten Anordnung: zwei gegeneinander arbeitende Muskelgruppen (balan- ced) bewegen ein Koppelelement 28. In Fig. 9a-b sind nun mehrere dieser Muskelgruppen vereinfacht dargestellt und diese ziehen gemeinsam an den Verbindungsstegen 96. In anderen Worten zeigen Fig. 9a bis 9d ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein alternatives passives Element 24‘ als elastische Finnen oder Balken ausgeführt ist. Dabei sind diese Finnen oder Balken 92a, und 92b, mit i1 ,... , N mit N>2, an einem oder beiden Enden mit dem umgebenden Substrat verbunden. In einem besonders bevorzugten Aus führungsbeispiel ist das passive Element weiter mit dem umgebenden Substrat verbunden. Dadurch wird der Summenquerschnitt der akustischen Kurzschlüsse wesentlich reduziert. Das auslenkbare Element kann auf mehrere Baugruppen 94a und 94b aufgeteilt bezie hungsweise verteilt werden und lenkt die in der Ebene auslenkbaren Elemente beziehungs weise Finnenelemente oder Plattenelemente über angeordnete Koppelstangen beziehungsweise Verbindungsstege in die positive oder negative y-Richtung aus. Die in diesem Ausführungsbeispiel offenbarten auslenkbaren Elemente 94a beziehungsweise 94b umfassen beispielhaft die hierin beschriebenen muskelartigen auslenkbaren Elemente oder Ak tuatoren oder andere hierin beschriebene Aktuatoren, wozu auch die beweglichen Schicht anordnungen des zweiten Aspekts gehören. Andere Antriebsarten sind ebenfalls möglich. Die Auslenkung der Koppelstangen wird auf die passiven Elemente, die Plattenelemente, übertragen. Es existieren jeweils zwei Gruppen von auslenkbaren Elementen (Aktuatoren) von passiven Elementen (Plattenelemente) und von Koppelstangen (Verbindungsstege), die beispielhaft mit dem Buchstaben a für eine Gruppe A und dem Buchstaben b für eine Gruppe B bezeichnet sind. Die Gruppen A und B können stets gegeneinander ausgelenkt werden, um das Fluid zwischen den passiven Elementen mit einer hohen bis maximalen Effizienz zu komprimieren. Wenn Gruppe A sich in die positive y-Richtung verschiebt, lenkt sich die Gruppe B in die negative y-Richtung aus. Die Verbindung der Koppelstangen 53a und 53b in der Ebene der auslenkbaren Elemente wird durch eine kraftschlüssige Verbin dung zu den passiven Elementen der passenden Gruppe realisiert. An manchen Stellen kann eine zusätzliche Verbindung 102 (siehe Fig. 9c) vorgesehen sein, wobei der Kraft schluss von der unterbrochenen Koppelstange auf das passive Element übertragen werden kann. Das passive Element kann die Kraft auf die Fortsetzung der jeweiligen Koppelstange übertragen, das bedeutet, zwischen den Elementen 102 und 104 kann eine Kraftübertragung über das Plattenelement erfolgen, so dass die Koppelstange bereichsweise substitu iert werden kann. Damit können Unterbrechungen der Koppelstange in der Ebene der auslenkbaren Elemente ermöglicht werden. Außerdem kann sich die kraftschlüssige Verbindung zwischen Koppelstange und Plattenelement außermittig auf den passiven Elementen, den Plattenelementen, befinden, was in einer Übersetzung einer geringen Auslenkung am Kraftangriffspunkt zu einer wesentlich größeren Auslenkung der Balkenmitte resultiert, siehe Fig. 9d. Im Nachfolgenden wird auf eine alternativen Antriebsauslenkung einer Interaktionsstruktur Bezug genommen, die auf dem sogenannten Stator-Shuttle-Prinzip beruht.

In Fig. 10a ist eine beispielhafte Draufsicht auf eine aktive Struktur 26 eines MEMS 100 dargestellt, die Teilaktuatoren 26a und 26b umfasst, wie sie beispielsweise im Zusammenhang mit der Fig. 2 erläutert sind.

In der Ebene 14₂ kann diese Bewegung an mehrere Koppelelemente 28bi und 28b2 übertragen werden, welche ausgelegt sind, um in der MEMS-Ebene 14i angeordnete bewegte Strukturen, etwa die Finnen 36i bis 36e auszulenken, so dass die Finnen 36i bis 36₈ in Teilkavitäten, die durch optionale starre Strukturen 38i bis 38e zumindest teilweise definiert werden, beweglich sind, was im Zusammenhang mit den Fig. 10b und 10c detailliert be schrieben wird.

Fig. 10b zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts 104 aus Fig. 10a, bei dem deutlich wird, dass eine Ausdehnung 106i der Interaktionsstruktur entlang der z-Richtung und/oder der y-Richtung wesentlich größer sein kann, als eine Ausdehnung IO6₂ der aktiven Struktur 26.

Fig. 10b zeigt einen ausgelenkten Zustand des Koppelteilelements 28bi entlang positiver y-Richtung, womit die an dem umgebenden Substrat fest, entweder einstückig oder form schlüssig oder kraftschlüssig, aufgehängten beweglichen Elemente 36i bis 364 bewegt wer den, um einen Fluidstrom durch die Öffnungen 18ai bis 18a₄ zu ermöglichen. Das bedeutet, die Interaktionsstruktur kann an einem der aktiven Struktur 26 abgewandten Bereich me chanisch mit dem MEMS-Substrat verbunden und flexibel gebildet sein, um sich bei einer Auslenkung der aktiven Struktur zu deformieren. Als flexibel wird hierbei verstanden, eine höchstens halbe, ein Drittel oder ein Viertel der Steifigkeit aufzuweisen wie die umgebenden starren Strukturen. Die starren Finnen 38i bis 38₃ können als Begrenzungsstrukturen Teil kavitäten 16a bis 16d definieren, in denen die flexiblen Elemente 36₁ bis 364 beweglich angeordnet sind, um sich in den Teilkavitäten 16a bis 16d zu deformieren. Wie es beispiels weise im Zusammenhang mit den Fig. 7a bis 7g beschrieben wurde, können die bewegli chen Elemente 36i bis 36₄ die Teilkavitäten 16a bis 16d dabei in Teilkavitätsteile 16ai und 16a₂, 16bi und 16b₂, 16ci und I6C₂ sowie 16di und 16d₂ trennen oder unterteilen. Basie rend auf der Bewegung der Interaktionsstruktur und mithin der Elemente 36i bis 36₄ kann ein Volumen jeweils eines Teilkavitätsteils komplementär zum Volumen des anderen zugehörigen Teilkavitätsteil veränderlich sein.

In der Ausgestaltung der Fig. 10a bis 10c ist dabei jeweils der Teilkavitätsteil 16ai, 16bi 16ci 16di mittels Öffnungen in der Schicht 12i mit der Umgebung des MEMS 100 verbunden. In der nicht dargestellten Schicht 124 können beispielsweise die komplementären Teilkavitätsteile 16a₂, 16b₂, 16C₂ und/oder 16d₂ mit der äußeren Umgebung verbunden sein, wobei dies optional aber nicht notwendigerweise in der Deckelschicht erfolgen kann, sondern auch eine Umlenkung vorgesehen sein kann, die beispielsweise im Zusammenhang mit der Fig. 7g beschrieben ist.

Fig. 10c zeigt eine schematische Aufsicht auf den Teil 104, bei dem anhand der Aktuierung der Aktuatorteile 26a und 26b eine gegenläufige Verformung der Elemente 36i bis 364 erfolgt.

In anderen Worten zeigen die Fig. 10a bis 10c ein weiteres Ausführungsbeispiel einer MEMS-Baugruppe 100 zum Antrieb und zur Auslenkung von passiven Widerstandselemen ten 36 in einer von der Antriebsebene unabhängigen Ebene. Hierbei ist eine Gruppe, be stehend aus vier elastischen Widerstandselementen 36 über ein Koppelelement 96 mit aus lenkbaren Elementen 26a und 26b verbunden. Die auslenkbaren Elemente können aus in hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Aktuatoren bestehen oder diese umfassen und weisen beispielsweise ein lineares Auslenkverhalten auf. Die Gruppe der elastischen Widerstandselemente 36 und der aktiv auslenkbaren Elemente 26a/26b ist beispielsweise durch eine aus dem umgebenden Substrat gebildete Berandung 62 eingefasst. Diese Berandung erhöht die Steifigkeit des MEMS-Bauteils 100 insgesamt und umfasst Kavitäten in denen die Widerstandselemente 36 angeordnet sind. Weiterhin ist die Berandung 62 elektrisch mit der Ansteuerung gekoppelt und dient als Stator. So kann die Berandung 62 drei Funktionen synergetisch erfüllen: Sie kann eine akustische Funktion erfüllen und als weitere Wand dienen; die kann eine elektrische Funktion erfüllen und die Spannung zum Aktuator leiten; und die kann eine mechanische Funktion erfüllen, indem eine Befestigung für den Aktuator bereitgestellt wird. Der Aktuator kann sowohl den Shuttle als auch den Stator ziehen oder Kräfte hieraus ausüben, aber der Stator wird befestigt, damit dessen Bewegung eingeschränkt oder verhindert wird. In diesem Ausführungsbei spiel ist der Shuttle das aktiv auslenkbare Widerstandselement, weshalb zwischen der Be randung 62 und dem auslenkbaren Element 26a/26b ein elektrisches Potenzial aufgebaut ist. Zur Ausbildung von Kavitäten sind weitere Berandungen 38 vorgesehen, die zwischen den Widerstandselementen 36 angeordnet sind. Die Berandungen 38 können eine gerin gere Dicke aufweisen als die Berandung 62. Die Widerstandselemente befördern Fluid in diese Kavitäten durch Öffnungen im Deckel- und Handling Wafer hinein und hinaus. Zum Ein- und Austritt von Fluid in die Kavitäten sind sowohl im Deckel - als auch im Handling Wafer Öffnungen (beispielsweise 18a im Handling Wafer) vorgesehen. Die Öffnungen sind so angeordnet, dass sie in einer Draufsicht, die beispielsweise in den Fig. 10b und 10c gezeigt ist, nicht von den auslenkbaren Elementen 36 überstrichen sind oder werden. Alternativ können die Öffnungen auch im umgebenden Substrat angeordnet sein, wie es bei spielsweise im Zusammenhang mit den Fig. 6a und 6b beschrieben ist.

Fig. 11 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht eine elektrische Ankopplung des MEMS 100 und damit der aktiven auslenkbaren Elemente beziehungsweise aktiven Strukturen 26a und 26b. Dabei bezeichnet UAC eine Signalspannung, -UDC eine erste Vorspannung und +UDC eine zweite Vorspannung. Die erste Vorspannung und die zweite Vorspannung können dabei beliebig eingestellt werden und einen gleichen oder voneinander verschiedene Betrags werte aufweisen. Ebenfalls können beide Vorspannungen einen positiven und/oder negati ven Spannungswert aufweisen. Beispielhaft sind lediglich drei bewegliche Elemente 36₁ bis 36₃ dargestellt sowie zwei starre Elemente 38i und 38₂.

Fig. 12a zeigt eine schematische Aufsicht auf einen Teil einer aktiven Struktur 26 eines MEMS 120, die gemäß Ausführungsbeispielen als aktive Struktur anderer hierin beschriebenen MEMS eingesetzt werden kann. So weisen Statorelektroden IO8₁ und IO8₂, die gegenüberliegend zueinander angeordnet sind und eine zwischen Elektroden IO8₁ und IO8₂ 112 Kammelektrodenstrukturen 114ai und 114a₂ einerseits sowie 114b andererseits auf, die ausgelegt sind, um mittels Aktuierung durch Anlegen der Signale UAC, +UDC und -UDC gleichzeitig oder im Wechsel, eine Bewegung der beweglichen Elektrode 112 auszulösen, indem die Kammelektrodenstruktur 114b in die Kammelektrodenstrukturen 114ai oder 114a₂ greift.

In Fig. 12b ist ein zu Fig. 12a komplementärer Zustand gezeigt, bei dem die bewegliche Elektrode 112 gegenüber einem Referenzzustand 116 hin zur Statorelektrode IO8₂ ausge lenkt ist.

In anderen Worten stellen Fig. 12a und 12b in einer Draufsicht eine weitere Ausführungs form des öffnungsgemäßen Konzepts vor. Hierbei folgt der Antrieb innerhalb der Antriebsebene dem Stator-Shuttle-Prinzip. Die feststehende Umrandung IO8₁ und IO8₂ der Aktoren ist mit kammartigen, auslenkbaren Elementen 114b ausgestattet, die in kammartige, mit dem Substrat verbundene und nichtauslenkbare Gegenelemente 114ai und 114a₂ ineinan- dergreifen. In einem ersten Zeitintervall, welches in Fig. 12a dargestellt ist, erfolgt die Auslenkung der kammartigen, auslenkbaren Elemente in eine erste Bewegungsrichtung. In einem zweiten Zeitintervall, welches in Fig. 12b dargestellt ist, erfolgt die Bewegung der kammartigen, auslenkbaren Elemente in eine zur ersten Richtung entgegengesetzte zweite Bewegungsrichtung. Die Auslenkung erfolgt in-plane und senkrecht zur Erstreckungsrich tung des Widerstandselements beziehungsweise der in einer anderen Ebene angeordneten Interaktionsstruktur 24. Die passiven und in der Verdrängungsebene angeordneten Wider standselemente der Interaktionsstruktur 24 können beidseitig mit dem umgebenden Substrat, etwa der Schicht 12₂ verbunden sein. Die Widerstandselemente können in die aktive Device-Ebene erweitert werden und dort angetrieben werden. Die Bewegung der aktiv auslenkbaren Elemente, das heißt, der in der Ebene 14₂ angeordneten Kammelektrodenstrukturen kann aufgrund der resultierenden Kraft infolge der Potenzialdifferenz zwischen den E I e ktrode n stru ktu re n 114ai/114a₂ einerseits und 114b andererseits erfolgen. Die Länge der auslenkbaren kammartigen Elemente kann in etwa 40 bis 80% der Länge der Widerstand selemente entsprechen.

Die Elektrodenpaare der aktiv auslenkbaren Strukturen können somit als ineinandergrei- fende Elektrodenkammstrukturen gebildet sein. Hierzu kann einem jeweiligen Elektroden paar eine dritte Elektrode mit einer Elektrodenkammstruktur zugeordnet sein, um eine Gruppe von drei Elektroden zu bilden, die beispielhaft in den Fig. 12a und 12b dargestellt ist. Gemäß Ausführungsbeispielen sieht eine aktive Struktur eine Vielzahl von derartigen Zellen vor, die gemäß den hierin beschriebenen Ausführungen in einer oder mehreren Rei hen angeordnet sein können. Die Reihen können parallel zueinander angeordnet sein, um beispielsweise eine hohe Kraft zu erzeugen. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Reihen geneigt zueinander anzuordnen, um eine zumindest zweidimensionale Bewegung der Interaktionsstruktur zu erzeugen oder anders ausgedrückt kann durch die geneigte, nichtparallele Anordnung der Reihen von Aktuatoren eine 2D-Bewegung der Interaktionsstruktur erhalten werden. Die mittlere der drei Elektroden kann basierend auf einer alternierenden Beaufschlagung der äußeren Elektroden in unterschiedliche Richtungen auslenkbar sein.

Fig. 12c zeigt eine schematische Aufsicht der aktiven Struktur 26 des MEMS 120, bei dem die Kammelektroden, die den feststehenden Elektroden 114ai bzw. 114a₂ zugewandt sind, räumlich voneinander entlang der y-Richtung getrennt sind zu Kammelektrodenelementen 114bi und 114b₂, die mit einem gleichen Potential verbindbar bzw. elektrisch leitfähig mit einander verbunden sind. Dies kann eine räumliche Ausdehnung des Kammelektrodenan triebs entlang der Bewegungsrichtung y bewirken, was große Bewegungsamplituden er möglichen kann.

Eine Biegelinie der Finne der Interaktionsstruktur und/oder der die Kammelemente 114bi und 114b₂ aufhängenden Struktur kann über eine Anzahl und/oder einen Ort verbindender Strukturen 115 bzw. 115i und 115₂ eingestellt werden, deren Anzahl zumindest 1 (siehe Fig. 12c), zumindest 2 (siehe Fig. 12d) oder höher liegen kann.

In Fig. 12e ist eine schematische Aufsicht des MEMS 120 gezeigt, bei der die MEMS-Ebene 14i im Vordergrund und die MEMS-Ebene 14₂ im Hintergrund und teilweise verdeckt durch die MEMS-Ebene 14i ist, welche wiederrum teilweise nicht dargestellt ist, um die MEMS- Ebene 14₂ freizulegen.

Eine Umrandung 108 kann ein Mehrfaches der feststehenden Elektroden 114a durch Elekt rodenkämme 114ai, .... 114a₄, ... sowohl mehrfach in Reihe hintereinander als auch in mehrere Reihen, das bedeutet, als zumindest eindimensionales oder zumindest zweidimensionales Array mit einander verschaltet sein. Die Elektrodenkämme 114ai, .... 114a4,... können dabei je nach Auslegung einzeln, gruppenweise oder global mit elektrischen Potentialen beaufschlagt oder voneinander isoliert sein.

In der Ebene 14₂ kann eine mechanische Verbindung unterschiedlicher beweglicher Kammelektrodenelemente 114b mittels eines oder mehrerer Verbindungsstege 96 vorgesehen sein, um eine gleichmäßige Weitergabe der Bewegung an die Interaktionsstruktur 24, etwa die beweglichen Finnen 36i bis 363 zu ermöglichen, wofür ein oder mehrere Kopplungselemente 282 bis 28_Q vorgesehen sein können. Es können auch andere Ausgestaltungen der Elektrodenkämme implementiert werden, etwa die Vergrößerungen gemäß Fig. 12c und Fig. 12d.

In anderen Worten zeigt Fig. 12e die Verknüpfung der Koppelstangen mit dem Kamman trieb. Im Gegensatz zu bekannten Kammantrieben, bewegt sich der dargestellte Kamman trieb ausschließlich parallel zurund teilweise in der Ebene 12₂ bzw. in-plane.

Fig. 12f zeigt eine schematische Seitenschnittansicht eines MEMS 120‘, das ähnlich aufge baut sein kann wie andere hierin beschriebene MEMS und bspw. den Elektrodenkamman- trieb des MEMS 120 aufweisen kann, wobei die Ergänzungen des MEMS120' auf für andere Antriebsarten ohne weiteres einsetzbar sind. So kann strukturell eine Spiegelung oder Doppelung des Antriebs an einer Ebene 117 erfolgen, so dass anstelle der beiden Kam melektrodenstrukturen 114bi und 114b₂ vier Kammelektrodenstrukturen 114bi bis 114b4 angeordnet sein können, die bspw. mechanisch und/oder elektrisch paarweise mit einander direkt oder indirekt gekoppelt sein können, etwa zu Paaren 114bi/114b₃ und 1140₂/1140₄, was unter Beibehaltung von Fertigungsparametern und insbesondere der Aspektverhältnisse eine Verdoppelung der Aktuatorfläche ermöglicht. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Interaktionsstruktur 24 an der Ebene 117 gespiegelt werden und als Interaktionsstrukturen 24i und 24₂ eingesetzt werden, was bei gleichem oder vergleichbarem Flächenbedarf des MEMS eine weitere Erhöhung der bewegten Fluidmenge ermöglicht.

Abmessungen 106i der Interaktionsstrukturen 24i und 24₂ und/oder Abmessungen IO6₂ der aktiven Strukturen 114bi/114ba und 114b₂/114b₄, können dabei gleich oder von einan der verschieden sein.

Fig. 12g zeigt eine schematische Aufsicht auf Teile eines MEMS gemäß einem Ausführungsbeispiel, etwa des MEMS 120, bei dem die aktive Struktur 26 ausgehend von der Konfiguration in den Fig. 12a und 12b ähnlich erweitert ist, wie es im Zusammenhang mit Fig. 12c und Fig. 12d beschrieben ist. Alternativ zu den Fig. 12a-d ist die aktive Struktur 26 jedoch so implementiert, dass eine in dem Shuttle 112a/112b mittels bspw. elektrostatischer Kräfte unter Verwendung der ortsfesten Kammelektrode 114ai bis 114a₄ mittels verbinden der Elemente 115i und 115₂ an eine jeweils zugeordnete Interaktionsstruktur 24i und 24₂ weitergegeben wird. In der Darstellungsebene sind anstelle der Interaktionsstrukturen 24i und 24₂ Elemente 119i und 119₂ dargestellt, die bspw. aber nicht notwendigerweise zumin dest teilweise in der MEMS-Ebene 14i angeordnet sein können, wie es aus der in der Fig. 12h dargestellten schematischen Seitenschnittansicht des MEMS aus Fig. 12g hervor geht.

Die Elemente 115i und 115₂ können elastische gebildet sein und die Bewegung des Shut tles und/oder der Interaktionsstruktur zumindest in Teilen gegenüber dem Substrat abstüt zen.

Die Kammelektrodenstrukturen 114bi bis 114b₄ können zu Paaren 114bi und 1140₃ sowie 1140₂ und 114b₄ kombiniert werden, wobei die Paare von einander mittels elektrischer Iso lation elektrisch voneinander isoliert sein können. Obwohl hierzu auch eine durchgehende Isolationsschicht verwendet werden kann, bieten diskrete Isolationsbereiche 78i bis 78i₂ einen Vorteil im Hinblick auf eine mechanische Verformbarkeit der Struktur.

Anders formuliert können die Kammelektroden 114ai bis 114a₄ einerseits und 114bi bis 114b₄ andererseits jeweils zu Paaren 114i bis 114₄ gebildet oder gruppiert werden, von denen jedes Elektrodenpaar ein eine ortsfeste Kammelektrode 114ai mit i = 1.4 und eine beweglich zur ortsfesten Kammelektrode 114a, angeordnete bewegliche Kammelektrode 114bj aufweist. Das MEMS kann eine beliebige Anzahl von Elektrodenpaaren aufweisen, etwa 1 wie in Fig. 12a-d, das bspw. durch eine dritte Elektrode ergänzt werden kann, aber auch eine höhere Anzahl von zumindest zwei. Gemäß Fig. 12g sind beispielhaft 4 Paare gezeigt, was eine symmetrische Aktuierung um einen Bereich minimalen Abstands der Ele mente 115i und 1162 ermöglicht. Während an den Elementen 115i und 1162 an einer Achse parallel zur y-Achse gespiegelte Paare gleich aufgebaut, eine Fortsetzung eines jeweiligen Pa res oder gar als ein Kammelektrodenpaar aufgefasst werden können, sind bei Paaren, die bspw. an einer Achse parallel zur x-Achse gegenüberliegend angeordnet sind, etwa die Paare 114i und 114₂ oder 114a und 114₄ so gebildet, dass die beweglichen Kammelektro den 114bj des ersten Kammelektrodenpaares 114i bzw. 114s und des zweiten Kammelektrodenpaares 114₂ bzw. 1144 mechanisch mit einander gekoppelt und elektrisch isoliert voneinander sind, etwa unter Verwendung der diskreten Bereiche 78. Zu einem Zeitpunkt können diese Kammelektroden dadurch mit voneinander verschiedenen elektrischen Potenti alen +UDC und -UDC beaufschlagt zu werden. Das MEMS kann ausgebildet sein, um die ortfesten Kammelektroden 114ai des ersten Paares und des zweiten Paares mit einem zeit veränderlichen Potential zu beaufschlagen, nämlich dem Potential UAC.

Unabhängig von anderen in diesem Zusammenhang beschriebenen Einzelheiten können die Kammelektroden 114ai bis 114a₄ anders als in Fig. 12a-d mit dem variierenden Poten tial UAC beaufschlagt werden, während die dazwischen angeordneten Kammelektroden 114bi bis 114b₄ mit jeweils paarweise in Paaren 114bi und 114ba sowie 114b₂ und 114b₄ verschiedenen Potentialen +UDC und -UDC beaufschlagt werden können. Spannungen, die hierzu verwendet werden können, können mit anderen Ausführungsbeispielen korrespon dieren und bspw. in einem Bereich von betragsmäßig 0,1 V und 24 V oder weniger liegen, wobei mit +UDC und -UDC vergleichsweise statische Potentiale bezeichnet werden können, die möglicherweise betragsgleich gegenüber einem Bezugspotential, etwa Masse oder 0 V sind aber vorzeicheninvertiert bereitgestellt werden. Das Wechselpotential UAC kann einen veränderlichen Wert aufweisen und bspw. zwischen den Potentialen +UDC und -UDC hin und her geschaltet werden, um wechselweise Kräfte zu erzeugen. Die Paare 114bi und 114b₃ sowie 114b₂ und 114b₄ können jeweils elektrisch getrennt von einander mit den Potentialen beaufschlagt werden, wobei hierfür funktionssynergetisch die Elemente 115i bzw. 115i verwendet werden können, die mit den Elementen 119i bzw. 119₂ mechanisch fest und elektrisch gekoppelt sind, von den Interaktionsstrukturen 24i und 24₂ jedoch elektrisch isoliert sein können, etwa durch in Fig. 12h dargestellte Isolationsbereiche 121₁ und 121₄, die bspw. umfassend Oxidmaterialen und/oder Nitridmaterialien gebildet sein können. Die Elemente 115i und 115₂ ermöglichen eine einfache Weiterleitung der Potentiale, etwa von unterschiedlichen und elektrisch isoliert voneinander gebildeten Berei chen 12_2a und 12_2b eines umgebenden Substrats oder sonstiger Anschlussmöglichkeiten.

Vorteilhaft an der in Fig. 12g und Fig. 12h dargestellten Konfiguration ist, dass bei einer Projektion der MEMS-Ebenen 14i und 14₂ in einander vergleichsweise große Zwischenräume zwischen Elementen der Interaktionsstruktur mit einer großen Elementedichte der aktiven Struktur befüllt werden kann. Es kann vorgesehen sein, bspw. die Interaktionsstruktur 24i und 24₂ bzw. Elemente oder Finnen hiervon mit weiteren, benachbarten Aktuatorzellen zu verbinden, um eine weitere Kraftsteigerung zu erhalten. So könnten bspw. die Elemente 115i und/oder 115₂ ausgehend von dem Mittenbereich der Kammelektroden 114a/114b über die Interaktionsstrukturen 24i bzw. 24₂ hinausgehend verlängert werden und dort mit elektrisch gespiegelten Zellen verbunden sein.

In Fig. 12h ist eine Ortsbeziehung der Elemente in einer Seitenschnittansicht gezeigt, wobei auf eine Darstellung der Kammelektroden 114bi bis 114b₄ verzichtet wird. Beispielhaft sind die Abmessung 106i in einem Bereich von 400 pm bis 650 pm gewählt, wobei auch andere Abmessungen verwendet werden können. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Abmes sung IO6₂ bspw. zumindest 30 pm und höchstens 75 pm, wobei auch hier basierend auf Anforderungen der Anwendung andere Werte implementiert werden können. Die starren Finnen 38i und 38₂ können zur Unterteilung der Kavität genutzt werden und können zur Einsparung von Material und/oder Gewicht zwei entlang der y-Richtung beabstandete Elemente bilden, die ohne Weiteres jedoch auch als ein gemeinsames Element gebildet werden können. Optional können die Finnen 38i und/oder 38₂ zur mechanischen Abstützung der Kammelektroden 114ai bis 114a₄ genutzt werden, wozu hierzu bspw. elektrisch isolierende Isolationsbereiche 121₂ bzw. 121₃ vorgesehen werden können. Fig. 13a zeigt eine beispielhafte Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung oder aktive Struktur 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die einfach oder als Mehrfaches angeord net sein kann, um beispielsweise eine Interaktionsstruktur eines hierin beschriebenen MEMS auszulenken. Jedoch ist dieses Antriebskonzept nicht hierauf beschränkt, sondern in beliebigen MEMS einsetzbar, die eine Schichtstruktur umfassen und eine in der Schichtstruktur angeordnete Kavität. Die aktive Struktur 130 ist eine bewegliche Schichtan ordnung umfassend drei Balken 76i bis 76₃, die beispielsweise in ihrer Struktur ähnlich oder gleich gebildet sein können, wie die Balken 76 aus den Fig. 5a und 5b. Die Balken sind ebenfalls an diskreten Bereichen 78ai, 78a₂, 78bi und 78b₂ elektrisch isoliert und fixiert gegenübereinander, wobei diskrete Bereiche oder Isolationselemente 78ai und 78a₂ den Balken 76i gegenüber dem Balken 76s fixieren und diskrete Bereiche oder Isolationselemente 78bi und 78b₂ den Balken 76₂ gegenüber dem Balken 76a fixieren und isolieren. Eine Anzahl von jeweils zwei diskreten Bereichen zwischen zwei benachbarten Balken 76i und 76₃ beziehungsweise 76₂ und 76s ist dabei beispielhaft und kann eine beliebige Anzahl von zumindest 2 aufweisen, beispielsweise 2, 3, 4, zumindest 5, zumindest 7, zumindest 10 oder mehr.

Die bewegliche Schichtanordnung ist ausgebildet, um ansprechend auf ein elektrisches Potenzial zwischen den Balken 76i und 76s oder um ansprechend auf ein elektrisches Potenzial zwischen den Balken 76₂ und 76s eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung 122a oder 122b auszuführen. So kann basierend auf einer Fixierung der Schichtstruktur beispielsweise ein Potenzial zwischen den Balken 76i und 76₃ eine Bewegung entlang der Richtung 122b bewirken, während das erwähnte elektrische Potenzial zwischen den Balken 76₂ und 76₃ eine Bewegung entlang der Richtung 122a bewirken kann.

Anders ausgedrückt kann die Auslenkungsrichtung in beide Richtungen 122a und 122b er halten werden. Die Angelegte Spannung kann dabei die Richtung vorgeben. Der Spalt zwi schen den Balken 78ai und 78a₂ kann bspw. ein Drehmoment im Uhrzeigersinn der Dar stellungsebene verursachen und so eine Auslenkung in die Richtung 122b, wenn das in Bildrichtung obere Ende fixiert wird, etwa indem in einem Bereich des diskreten Bereichs von 78ai der Aktor eine Verbindung zu einem nicht dargestellten Substrat (Grenzfläche entsprechend in y-Richtung) aufweist.. Ein Spalt zwischen den Balken 78bi und 78b₂ kann dahingegen ein Drehmoment entgegen dem Uhrzeigersinn erzeugen und eine Auslenkung entlang Richtung 122a bewirken, wenn das obere Ende fixiert ist bzw. in Bezug auf das obere Ende. Die diskreten Bereiche zum Fixieren der Balken 76i und 76a einerseits und der Balken 762 und 763 andererseits sind entlang eines axialen Verlaufs entlang einer Richtung 124 der beweglichen Schichtanordnung 130 versetzt zueinander angeordnet. Das kann so verstanden werden, dass an zumindest einem Bereich entlang des axialen Verlaufs entlang der Richtung 124 der Balken 78a gegenüber einem benachbarten Balken 76i oder 762 fixiert ist, während er in diesem Bereich zum anderen gegenüberliegenden Balken keine Fixierung aufweist.

Lediglich exemplarisch können die Richtungen 122a und 122b parallel zur y-Richtung an geordnet sein, während die Richtung 124 senkrecht hierzu und parallel zurx-Richtung, etwa im MEMS 20 aus Fig. 2 angeordnet sein. Wird die tägliche Schichtanordnung 130 zumindest als Teil der aktiven Struktur 26 eines hierin beschriebenen MEMS eingesetzt, so kann das entsprechende MEMS mit einer Öffnung in der Schichtstruktur versehen sein und in der Ebene 14₂ beweglich angeordnet sein, um eine Interaktionsstruktur, die ausgebildet ist, um mit einem Fluid in der Kavität zu interagieren, anzutreiben, so dass eine Bewegung der Interaktionsstruktur mit einer Bewegung des Fluids durch die zumindest eine Öffnung kausal zusammenhängt. Die aktive Struktur ist dann mit der Interaktionsstruktur mechanisch gekoppelt und konfiguriert, dass ein elektrisches Signal an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur beziehungsweise der beweglichen Schichtanordnung kausal mit einer Ver formung der aktiven Struktur und der beweglichen Schichtanordnung zusammenhängt, wo bei die Verformung der aktiven Struktur und der beweglichen Schichtanordnung mit der Bewegung des Fluids kausal zusammenhängt, etwa wegen direkten Kontakts mit dem Fluid oder indirektem Kontakt, etwa über die Interaktionsstruktur.

Wie es in Fig. 13a gezeigt ist, kann die bewegliche Schichtanordnung 130 entlang des axi alen Verlaufs parallel zu Richtung 124 in unterschiedliche Richtungen mehrfach gekrümmt gebildet sein. So kann beispielsweise jedes der Balkenelemente gemäß einem Zickzack- Muster geknickt oder gekrümmt gebildet sein und die benachbarten Balken einen im Wesentlichen parallelen Verlauf zueinander aufweisen.

Die Abstandshalter beziehungsweise diskreten Bereiche 78ai, 78a₂, 78bi und 78b₂ können beispielsweise an einer Außenseite eines Krümmungswechsels des axialen Verlaufs angeordnet sein. So ist beispielsweise die bewegliche Schichtanordnung 130 im Bereich des diskreten Bereichs 78ai gekrümmt, um anschließend in Richtung 122a zu weisen, während in einem Bereich des diskreten Bereichs 78bi ein erneuter Richtungswechsel in Richtung der Richtung 122b erfolgt. An der jeweiligen Außenseite der beweglichen Schichtanordnung kann im Bereich des Krümmungswechsels die Fixierung erfolgen.

Fig. 13b zeigt eine schematische Aufsicht, bei der entlang des axialen Verlaufs parallel zu Richtung 124 eine Vielzahl von N diskreten Bereichen zwischen den Balken 76i und 76a und eine Vielzahl von M diskreten Bereichen zwischen den Balken 76₂ und 76a vorgesehen ist. Möglicherweise aber nicht notwendigerweise entspricht dabei N der Anzahl M oder ist hiervon verschieden. Eine Anzahl kann basierend auf einer gewünschten Gesamtlänge der Struktur entlang x gewählt werden.

Die Gesamtlänge des Aktuators, d. h., der beweglichen Schichtstruktur kann bei der Verwendung als aktives Element durch die Clearance (Abstand zum Deckel/Handle-Wafer) und den damit verbundenen vertikalen Pull-in (bei dem der Aktuator die Deckel- bzw. Handle-Schicht berührt) limitiert sein. Als aktiver Antrieb ist die Gesamtlänge durch den lateralen Pull-in in einzelnen Zellen begrenzt oder beeinflusst. Vergleichsweise kurze Aktu atoren können dabei bei einer einseitig eingespannten Variante resultieren, hier gibt es mi nimal nur 2 Einheitszellen, was einen großen Wertebereich ermöglicht.

Die Gesamtlänge einer beweglichen Schichtstruktur kann bspw. als aktiv schallerzeugender Aktuator in einem Bereich von zumindest 50 pm liegen und bspw. höchstens 5 mm betragen, bevorzugt ist bspw. ein Bereich um 2.5 mm und eine beidseitig eingespannte Konfiguration, wobei auch andere Werte implementiert werden können, bspw. durch zu sätzliche Abstandselemente, die den vertikalen Pull-In verhindern. Auch kann eine entspre chende Limitierung bei einer sensorischen Anwendung weniger kritisch sein.

Eine Gesamtlänge als Antriebsebene kann bspw. in einem Bereich von zumindest 200 pm und höchstens 10 mm liegen, wobei hier bevorzugt eine beidseitig eingespannter Konfigu ration des Aktuators in Betracht kommt und eine mittige Verbindung implementiert wird, etwa in einem Bereich 78ci aus Fig. 14c. Bevorzugt werden Längen in einem Bereich zwi schen 3 mm -4 mm implementiert. Eine mittige Verbindung ist jedoch nicht immer nötig. Weitere Beispiele für eine beidseitig eingespannten Konfigurationen sind in den Fig. 14e und Fig. 14f dargestellt. Die mittige Verbindung kann bspw. bevorzugt sein, wenn der Aktor als Antriebselement genutzt wird wie in Fig. 14e. Wenn er selbst als aktives Element zur Schallerzeugung verwendet wird, also einen direkten Kontakt zum Fluid bereitstellt, dann kann es bevorzugt sein, einen punktsymmetrischen Aktor zu wählen, wie in Fig. 14f darge stellt. Als aktiv schallerzeugender Aktor können längere Zellen zu größeren Auslenkungen füh ren. Daher sind für einen solchen Anwendungsfall in einem derartigen Bereich eine geringere Anzahl diskreter Bereiche bevorzugt. Als Antriebselement kann die Gesamtlänge größer sein. Zu lange Zellen können jedoch die Spannung limitieren. Das kann durch die Anzahl der Zellen optimiert werden. Die Anzahl der Zellen kann in Abhängigkeit von der ge wählten Länge der Elementarzelle gewählt werden.

Bei einem Einsatz der aktiven Schichtstruktur als aktiv schallerzeugender Aktuator, etwa direkt mit dem Fluid interagierender Aktuator kann eine Anzahl N oder M von zumindest 2 und höchstens 100 gewählt werden, bevorzugt eine geringe Anzahl von höchstens 50, höchstens 10 oder exakt 2.

Bei einem Einsatz als Antriebselement, etwa für eine hierin beschriebene Interaktionsstruktur kann die Anzahl der diskreten Bereiche zumindest 2 und höchstens 100 betragen, bevorzugt zumindest 2 und höchstens 50, zumindest 2 und höchstens 10 und besonders bevorzugt zumindest 2 und höchstens 4, je nach Gesamtlänge und Zelllänge.

Eine Ausdehnung oder Abmessung eines diskreten Bereichen oder Isolationsinseln ent lang x kann dabei zumindest 1 pm und höchstens 100 pm betragen, bevorzugt ist eine Ab messung von 15 pm.

Die Länge einer Einheitszelle entlang der x-Richtung kann als Summe aus 2^*Länge der Schrägen + 1^*Länge der Isolationsinsel betrachtet werden. Die Länge (entlang der Diagonalrichtung) einer solchen Schräge (einer Kathete in dem in Fig. 13b dargestellten Dreieck) kann zumindest 10 pm und höchstens 1.000 pm betragen und liegt bevorzugt bei in etwa 250 pmm. Diese Auslegung kann sich auch auf den Versatz zwischen den diskreten Berei chen (-Länge einer Schräge) und/oder den Versatz der Einheitszellen auswirken, so dass diese bei einer derartigen Konfiguration ebenfalls zumindest 10 pm und höchstens 1.000 pm betragen können.

Eine Länge einer Einheitszelle, d. h., ein Abstand zwischen den diskreten Bereichen ent lang der x-Richtung kann hierbei bspw. in einem Bereich von zumindest 20 pm und höchs tens 2.200 pm liegen, wobei Werte in einem Bereich von zumindest 450 pm und höchstens 550 pm bevorzugt sind. Eine Höhe bzw. Abmessung entlang dery-Richtung, d. h., bspw. ein Abstand zwischen den diskreten Bereichen 78a₂ und 78bi kann zusammen mit der Länge einer Schräge (Versatz zwischen diskreten Bereichen) den Winkel einer Elementarzelle (Winkel einer Schräge zur horizontalen Richtung) ergeben. Dieser Winkel ist größer 0° und kleiner 90°, bevorzugt 2°. Für den Bevorzugten Versatz der diskreten Bereiche von 250 pm, kann die Höhe des dis kreten Bereichs bevorzugt 8 pm bis 9 pm betragen. Die Höhe ist dabei bevorzugt in einem Bereich von größer 0 bis 500 pm gewählt.

Eine Geometrie eines geometrischen Körpers zweier zwischen denselben Balken 76i/76s oder 762/763 angeordneter diskreter Bereiche sowie eines dazwischenliegenden Abschnitts des Balkens 76a in dessen Mitte und/oder Knickpunkt optional ein diskreter Bereich ange ordnet sein kann, der das jeweils andere Balkenpaar fixiert, kann als Einheitszelle 126 be zeichnet werden. So wird beispielsweise eine Einheitszelle 126i aus einem exemplarischen Dreieck der Eckpunkte der diskreten Bereiche 78ai, 78a₂ und 78bi gebildet, während eine Einheitszelle 128i aus den Eckpunkten eines anderen exemplarischen Dreiecks der diskre ten Bereiche 78bi und 78b₂ sowie 78a₂ gebildet werden kann. Eine Geometrie der Einheits zellen ist mittels der Positionen der diskreten Bereiche einstellbar und kann Einfluss auf das Bewegungsverhalten, etwa Amplitude, Linearität und/oder Kraft, der beweglichen Schichtanordnung 130 nehmen.

In anderen Worten zeigen die Fig. 13a und 13b ein Ausführungsbeispiel eines alternativen auslenkbaren Elements 130. Auf die Darstellung der Verbindung zum umgebenen Substrat wird an dieser Stelle verzichtet, da dieses Ausführungsbeispiel im bevorzugten Ausfüh rungsbeispiel auf eine beidseitige Verbindung der Balken 76 mit dem umgebenden Substrat abzielt, das bedeutet, die bewegliche Schichtanordnung kann beidseitig fest eingespannt sein.

Beispielhaft ist die Geometrie aus zick-zack-förmig angeordneten Balken 76i bis 763 gebil det, wobei auch mehr als drei Balken angeordnet sein können. Ausführungsbeispiele kön nen auch andere Geometrien der Balken 76 aufweisen. So ist beispielsweise im Zusam menhang mit den Fig. 18a und 18b eine weitere mögliche Geometrie gezeigt, die an Kreis segmente angelehnt ist. Das bedeutet, die Balken können abschnittsweise gerade oder gekrümmt sein. Die gezeigten Einheitszellen oder Elementarzellen 126 und/oder 128 be zeichnen ein Segment, bestehend aus diskreten Bereichen oder Isolationsinseln und Bal kensegmenten. Unterschiedliche Elementarzellen, etwa die Elementarzellen 126i und 128i können auch verschiedene Geometrien aufweisen, wie es beispielsweise im Zusammen hang mit den Fig. 14a bis 14f gezeigt ist. Ausführungsbeispiele sind nicht auf die Anordnung von drei Balken beschränkt, sondern können eine Vielzahl von Balken enthalten. Die diskreten Bereiche 78 können auch als Isolationsinseln oder isolierende Abstandshalter be zeichnet werden.

Für eine Elementarzelle 128, die eine Auslenkung in Richtung 122b bewirken kann, sind Segmente der Balken 76₂ und 76₃ sowie zwei Isolationsinseln, insbesondere benachbarte Isolationsinseln 78bi und 78b₂ miteinander verbunden. Weitere Elementarzellen 128 sind in einer lateralen Richtung, etwa entlang der Richtung 124, so angeordnet, dass benachbarte Elementarzellen 128 eine gemeinsame Isolationsinsel 78b aufweisen, wie es beispielsweise für die Einheitszellen 128i und 128₂ gezeigt ist. Je nach Orientierung der aktiv elektrostatisch aktuierten Zelle können unterschiedliche Auslenkungsrichtungen resultie ren.

Die aktiven Elemente, Balken, können paarweise oder auch in einer höheren Anzahl sowie zur Erreichung der jeweiligen Richtung 122a oder 122b in unterschiedlichen Anzahlen vorgesehen sein. Eine Asymmetrie kann über eine Beschaltung ausgeglichen werden.

Fig. 14a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung 130 ge mäß einem Ausführungsbeispiel, die gegenüber der beweglichen Schichtanordnung aus Fig. 13a die Isolationsinseln 78a, mit i=1 ,..., I und 78b_j mit j=1 , J jeweils an Innenseiten der Krümmungsradien aufweist.

Fig. 14b zeigt eine schematische Darstellung einer beweglichen Schichtanordnung 130₂, bei der die diskreten Bereiche 78a, und 78b_j an Außenseiten der Krümmungsradien des gekrümmten Verlaufs der beweglichen Schichtanordnung entlang der Richtung 124 angeordnet sind, also komplementär zu Fig. 14a und in Übereinstimmung mit der Darstellung gemäß Fig. 13a. Die dargestellten Auslenkungen sind dabei beispielhaft aber nicht ein schränkend. Bei den Fig. 14a und 14b ist die Auslenkung gewählt, um den Einfluss der Position der Isolationsinseln 78 auf die Auslenkung und exemplarisch für eine konstante Spannungsbelegung darzustellen. So wird bspw. in Fig. 14a angenommen, dass der Bla ken 76i mit +DC beaufschlagt wird, und der Blaken 76₂ mit -DC beaufschlagt wird, während der dazwischenliegende Balken 76a mit einem Steuerungssignal AC beaufschlagt wird, das exemplarisch ebenfalls -DC ist. Damit kann erreicht werden, dass nur der Spalt zwischen 76i und 76₃ aktiv ist. Dieser gibt je nach Anordnung der Isolationsinseln die Bewegungs richtung bzw. das erzeugte Biegemoment vor. Da bei einer derartigen exemplarischen An steuerung nur eine Hälfte aktiv ist, ist die Auslenkung nur in eine Richtung 122a (Fig. 14a) bzw. 122b (Fig. 14b, wo die Beschaltung komplementär angenommen ist, d. h., das AC- Signal ist +DC) dargestellt. Durch andere Potentiale oder Signale kann eine andere Form der Bewegung erreicht werden.

Fig. 14c zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung 1303, die einseitig an dem Substrat 62 eingespannt sein kann. Optional kann ein gegenüberliegendes Ende 132 frei beweglich sein. Alternativ kann die bewegliche Schichtanordnung 130a auch beidseitig eingespannt sein.

Die bewegliche Schichtanordnung 13Ch kann ein oder mehrere kombinatorische diskrete Bereiche 78ci und 78C₂ aufweisen, an denen jeweils eine mechanische Fixierung der bei den 76i, 76₂ und 76a miteinander erfolgt.

Optional können die Verbindungselemente beziehungsweise die diskreten Bereiche ent lang einer Richtung zwischen den diskreten Bereichen, beispielsweise entlang der Richtung 124, eine veränderliche Ausdehnung in der MEMS-Ebene 14₂ und parallel zu einem axialen Verlauf der beweglichen Schichtanordnung aufweisen. So weisen beispielsweise die dis kreten Bereiche der Fig. 14c senkrecht zur Richtung 124 und parallel zur Ebene 14₂ bezie hungsweise parallel zur x/y-Ebene eine veränderliche Ausdehnung entlang der Richtung 124 auf, die beispielsweise an ein Trapez angelehnt sein kann. Das bedeutet, die diskreten Bereiche können trapezförmig gebildet sein. An dem Ende 132 kann optional ebenfalls ein diskreter Bereich vorgesehen sein, der eine Befestigung der Balken 76i, 76₂ und/oder 76₃ untereinander bereitstellen kann.

Fig. 14d zeigt eine schematische Darstellung einer beweglichen Schichtanordnung 1 3Ü4, die gegenüber der beweglichen Schichtanordnung 13Ü₃ verkürzt ist. Alternative Ausfüh rungsbeispiele sehen vor, eine längere bewegliche Schichtanordnung entlang der Richtung 124 zu implementieren.

Fig. 14e zeigt eine schematische Ansicht einer beweglichen Schichtanordnung 130 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die gemäß den beweglichen Schichtanordnungen 130₃ und 130₄ entlang der Richtung 124 länger ausgeführt ist und, unabhängig hiervon, beidseitig fest eingespannt ist. Fig. 14f zeigt eine schematische Ansicht einer beweglichen Schichtanordnung 130e gemäß einem Ausführungsbeispiel, die ebenfalls beidseitig fest eingespannt ist.

Eine oder mehrere der Schichtanordnungen können Symmetrien aufweisen. Während beispielsweise die bewegliche Schichtanordnung 31s achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse 66 senkrecht zur Richtung 124 gebildet sein kann, kann beispielsweise die bewegli che Schichtanordnung 130 bezüglich des kombinatorischen diskreten Bereichs 78ci, der beispielsweise einen geometrischen Mittelpunkt der beweglichen Schichtanordnung be zeichnen kann, punktsymmetrisch bezüglich der anderen diskreten Bereiche aufgebaut sein. Prinzipiell sind beliebige Arten von Symmetrien möglich.

In anderen Worten kann die Auslenkrichtung einer Muskelzelle hauptsächlich von der Anordnung der Isolationsinseln abhängen, beispielsweise „Tal“, wie Sie beispielsweise durch die diskreten Bereiche 78ai, 78a₂ und 78bi sowie 78b₂ aus Fig. 14a implementiert sind oder „Berg“, wie es beispielsweise die diskreten Bereiche der Fig. 14b implementieren. Als Tal kann verstanden werden, auf der Innenseite eines entsprechenden Krümmungsradius an geordnet zu sein, während als Berg eine Anordnung auf einer Außenseite eines Krüm mungswechsels oder Richtungswechsels verstanden werden kann. Somit können elektrisch gleich beschaltete Muskelzellen mit unterschiedlichen Auslenkrichtungen ausge legt werden. Die Kombination aus den beiden möglichen Positionen über ein Verbindungs stück mit Isolationsinseln in beiden Strängen (kombinatorische diskrete Bereiche 78c, beispielsweise in Fig. 14c) oder beispielsweise ein Verlauf von Tal/Berg/Berg/Tal oder Berg/Tal/Tal/Berg oder Berg/Tal/Berg/Tal/Berg/Tal innerhalb eines entlang der Richtung 124 beidseitig eingespannten Aktuators erlaubt eine lineare Auslenkung in der Aktuatormitte bei einer Balanced-Beschaltung, wie es beispielsweise für die Fig. 14f dargestellt ist. Die Anzahl sowie die Geometrie der verwendeten Elementarzellen kann sich in Ausfüh rungsbeispielen unterscheiden. Ein beschriebener Aufbau bietet generell die Möglichkeit, für ein beidseitig eingespanntes auslenkbares Element mit linearer Kennlinie zu sorgen, welches im Gegensatz zum BNED asymmetrisch bezüglich der Flächenschwerpunktfaser ist („balanced asymmetric“ NED“-BA-NED). Die Linearität der vom auslenkbaren Element überstrichenen Fläche ist gegeben, wenn die überstrichene Fläche der Biegelinie mit dem aktiven Strang beziehungsweise Stränge, der Richtung 122a verursacht, mit der überstrichenen Fläche durch den aktiven Strang beziehungsweise der Stränge, entlang der Richtung 122b verursacht, möglichst übereinstimmt. Diese verdrängten Flächen ergeben sich beispielsweise, wenn die mittlere und jeweils eine der äußeren Elektroden das gleiche elektrische Potenzial haben und die jeweils andere Elektrode auf Masse ist, wie es beispielsweise im Zusammenhang mit den Fig. 14a und 14b beschrieben ist. Die elektrischen Eigenschaften wie die Arbeitspunktspannung oder die Steigung der zugehörigen AC- Kennlinie der elektrischen Ansteuerung lassen sich über die Geometrie der Elementarzellen 126 und/oder 128 einstellen. Beispielsweise können mit längeren Elementarzellen größere Auslenkungen bei vergleichsweise niedrigeren Spannungen erreicht werden. Eine längere Elementarzelle bedeutet bspw. einen größeren Abstand zwischen den Isolationsinseln entlang der Richtung 124. Weiterhin ergibt sich je nach Kombinationsart von Elementarzellen 126 und 128 ein um die Aktuatormitte spiegelsymmetrischer (siehe Fig. 14e) oder punktsymmetrischer Aktuator (siehe Fig. 14f). Die Spiegelsymmetrie hat den Vorteil, dass die Momente rechts und links des Verbindungsstücks, etwa 78ci in Fig. 14c, im Gleichgewicht sind. Dadurch verhalten sich die einzelnen Elementarzellen 126 oder 128 ähnlich. Die punktsymmetrische Anordnung bietet den Vorteil, bei gleicher Gesamtlänge längere Elementarzellen zu nutzen und so die Auslenkung zu erhöhen. Weiterhin sind die verdrängten Flächen mit jeweils nur einem aktiven Strang für diesen Fall gleich groß. Dadurch ist die Linearität der Kennlinie sichergestellt.

Die Verbindung eines auslenkbaren Elements mit dem umgebenden Substrat 62 kann dabei aus einer festen oder federnden Verbindung zwischen Substrat 62 und Elementarzelle 126 oder 128 oder Substrat 62 und Isolationsinsel/diskreter Bereich bestehen. Das Verbin dungselement zum Substrat kann die gleiche oder eine andere Steifigkeit wie die Elektroden beziehungsweise Isolationsinseln aufweisen. Die Resonanzfrequenz des Aktors kann durch die entstehende axiale Spannung an der Einspannung erhöht werden, im Vergleich zum Fall ohne axiale Verspannung. Eine derartige axiale Spannung kann beispielsweise durch die Kombination verschiedener Materialien aufgebaut werden.

Des Weiteren kann innerhalb des Aktors ein für die Auslenkung passives Element einge bracht werden, um die Dehnungsversteifung einzustellen. Beispielsweise ein langes Ver bindungsstück 78c oder ein Teilabschnitt mit drei geraden, parallelen Elektroden.

BA-NED Aktoren können analog zur Fig. 6a und zur Fig. 6b für den Aufbau eines Muskels/auslenkbaren Elements 26 dienen. Durch die Linearität der Kennlinie eignen sie sich ebenfalls als Elemente zur direkten Schallerzeugung analog zu den in WO 2018/193 109 A1 geschriebenen GEN1 A-NED (asymmetrische NED der ersten Generation) basierten Lautsprechern. Technologisch bieten diese Aktoren den Vorteil, dass die elektrische Be schaltung innerhalb der Aktor-Ebene erfolgen kann. Außerdem werden keine Trennwände für die elektrische Signalführung zwischen den Aktoren benötigt. Dadurch kann die Packungsdichte der Aktoren erhöht werden. Generell kann ein BA-NED durch die Wahl der Inselpositionen einseitig oder beidseitig eingespannt sein (siehe Fig. 14c-f). Mehrere Zick- Zack-Stränge aneinandergesetzt ergeben wiederum einen BA-NED-Muskel, wie er bei spielsweise in den Fig. 15 und 16 dargestellt ist. Wenn an den Strängen durch die Wahl der Beschaltung die gleiche elektrische Potenzialdifferenz anliegt, wie es beispielsweise in der Fig. 17 dargestellt ist, blockieren sich die Zellen in ihrer horizontalen Bewegung gegenseitig, was eine Längenänderung in horizontaler Richtung verursachen kann.

Für einen Balanced-Betrieb, also einen linearen Betrieb, wird an Strängen gleicher Topologie die gleiche elektrostatische Potenzialdifferenz erzeugt. Dafür kann beispielsweise eine positive und eine negative DC-Vorspannung mit einem AC-Signal kombiniert werden oder ein AC-Signal mit einem invertierten Signal und einer DC-Vorspannung. Dadurch wirkt je eine Muskelhälfte (Stränge mit gleicher Zelltopologie) in eine Auslenkungsrichtung. Damit kann der Muskel aktiv in beide Richtungen ausgelenkt werden. Rückstellende Kraft ist damit die elektrostatische Kraft. Das Balanced-Verhalten ermöglicht dabei eine höhere Linearität der Bewegung. Das bedeutet, die bewegliche Schichtanordnung kann ausgebildet sein, um ein freies Ende der beweglichen Schichtanordnung, etwa das Ende 132 (mit oder ohne diskreter Fixierung) entlang zweier linear unabhängiger Richtungen zu bewegen, beispielsweise die Richtungen 122a/122b einerseits und die Richtung 124 andererseits.

Die Anzahl der benötigten Spannungssignale kann weiterhin durch die Gruppierung der Stränge reduziert werden. Weitere Varianten sind entsprechend als Vielfache von zwei Strängen mit einem gleichen Inselversatz zu wählen. Die Spannung kann so gewählt wer den, dass die Potenzialdifferenz, das Signal (beziehungsweise das invertierte Signal) an allen Strängen gleicher Topologie ergibt.

Es können auch andere Muskelbereiche gleicher Geometrie kombiniert werden, um eine zweidimensionale Auslenkung des Muskels zu ermöglichen. Zum Beispiel ermöglicht ein Muskel aus einem „Ziegelsteinmuster“ mit einem um 90° gedrehten „Ziegelsteinmuster“ die Bewegung in horizontaler sowie axialer Richtung. Damit kann das Widerstandselement 24 entlang beider Achsen in der Ebene darunter verfahren werden. Derartige Ausgestaltungen gelten für sämtliche hierin beschriebene Ausführungsbeispiele.

Fig. 15 zeigt eine schematische Ansicht einer beweglichen Schichtanordnung 150 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die zumindest einen vierten Balken, im dargestellten Beispiel auch einen fünften Balken 76₄ und 76s aufweist. Anstelle trapezförmiger diskreter Bereiche können beispielsweise und unabhängig von der Anzahl der gewählten Balkenanzahl auch quadratische Querschnitte der diskreten Bereiche gewählt werden. Eine höhere Anzahl von Balken ist ebenfalls möglich, etwa zumindest 6, zumindest 7, zumindest 8, zumindest 10, zumindest 20 oder mehr.

Die diskreten Bereiche 78 der beweglichen Schichtanordnung können jeweils paarweise für Paare benachbarter Balken 76₄ und 76i, 76a und 76₂ oder 76s und 76₂ unterschiedlich entlang eines axialen Verlaufs der beweglichen Schichtanordnung angeordnet sein. Das bedeutet, zwischen manchen Paaren, etwa 76₄/76₁ und 76₃/76₂ können die Positionen über einstimmen, während sie zu anderen Paaren voneinander verschieden sind.

Fig. 16 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung 160 gemäß einem Ausführungsbeispiel, die strukturell mit der beweglichen Schichtanordnung 150 übereinstimmen kann. Basierend auf einer beschriebenen Verschaltung und/oder diskreten Fixierungen 78₂ bis 78s an einem Ende 132 der beweglichen Schichtanordnung 160 kann eine Verkürzung oder Verlängerung der beweglichen Schichtanordnung 160 entlang oder entgegengesetzt der Richtung 124 erfolgen.

Fig. 17 zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung 170 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Durch geeignete Wahl von Positionen der Isolationsbereiche 78 kann eine Bewegung entlang der Richtungen 122a und/oder 122b eingestellt werden.

Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel können die diskreten Bereiche 78 der beweglichen Schichtanordnung 170 jeweils spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene entlang einer neutralen Faser der beweglichen Schichtanordnung angeordnet sein. Die neutrale Faser verläuft beispielsweise durch den zentralen Balken 763, etwa entlang seiner Mittellinie. Hierin beschriebene Schichtanordnungen können zumindest einen Teil eines Ak tuators 26 von hierin beschriebenen MEMS bilden, aber auch unabhängig hiervon gebildet sein. Hierin beschriebene MEMS können beispielsweise als Lautsprecher, Mikrofon, Ultra schallwandler, Mikroantrieb oder Mikropumpe gebildet sein.

Fig. 18a zeigt eine schematische Aufsicht auf eine bewegliche Schichtanordnung I8O₁ gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei der die Balken 76i bis 76₃ abschnittsweise gekrümmt zueinander angeordnet sind. Fig. 18b zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren beweglichen Schichtanordnung I8O2, bei der die Balken 76i, 762 und 763 ebenfalls abschnittsweise gekrümmt sind, eine Position der diskreten Bereiche 78 jedoch anders geregelt ist.

Ausführungsbeispiele beruhen auf der Erkenntnis, dass es für die Erzeugung von hohen Schalldrücken sinnvoll ist, aktiv verformbare Elemente nicht zur Schallerzeugung zu verwenden oder lediglich in einem geringen Umfang, sondern diese mit passiven Elementen zu versehen. Das bietet den Vorteil, dass die verformbaren Elemente so ausgebildet sein können, dass eine Verformung gewährleistet wird und passive Elemente derart optimiert sind, dass hohe Schalldrücke erreicht werden können. Gemäß einem ersten Aspekt wird ein muskelartiger Aktor geschaffen, der in einer Antriebsebene angeordnet ist und der mit passiven Elementen in einerweiteren Schicht verbunden ist. Hierdurch wird eine Erhöhung des Schalldruckpegels gegenüber bekannten Konzepten erreicht. Weitere Aspekte beziehen sich auf Aktuatoren und/oder bewegliche Schichtanordnungen, die beidseitig eingespannt sind, womit Spalte zum umgebenen Substrat am frei schwingenden Ende des Balkens vermieden werden, der fluidische Verluste verursachen kann. Hierdurch kann erreicht werden, dass die Bewegung des Balkens frei bleibt und nicht eingeschränkt wird. Derartiges ist beispielsweise für die hierin beschriebenen beweglichen Schichtanordnungen beschrie ben und auch in den Fig. 5a und 5b gezeigt. Ein weiterer Aspekt kann genutzt werden, um als Aktuator die passiven Elemente des ersten Aspekts anzutreiben. Denn beide Aspekte haben dieselbe Aufgabe inne. Jedoch können die Merkmale des zweiten Aspekts für sich alleine stehen, ohne mit einem passiven Element verbunden zu sein.

Die beschriebenen Ausführungsbeispiele zeichnen sich durch eine gegenüber bekannten Konzepten erzielte Steigerung des Schalldruckpegels bei geringer oder minimaler Chipfläche aus. Eine kosteneffiziente Fertigung von Bauteilen, basierend auf Halbleiterwerkstof fen, kann somit zusammen mit einer hohen bis optimalen Flächenausnutzung des zugrundeliegenden Wafers erhalten werden. Die mit den vorliegenden Ausführungsbeispielen gelöste Aufgabe ist es somit Lösungen dafür aufzuzeigen, wie das Chipvolumen ausgenutzt werden kann, um einen hohen Schalldruckpegel zu erzeugen oder besonders sensitiv zu sein. Kern von Ausführungsbeispielen ist es, dass die Antriebsebene von der Schallerzeugungsebene getrennt wird. Somit können schallerzeugende Elemente optimal ausgelegt werden. Gleichermaßen ist die Antriebsebene dadurch gekennzeichnet, dass die Aktoren eine hohe Packungsdichte aufweisen und somit über den Auslenkungsbereich eine hohe Kraft aufweisen können. Mikromechanische Bauelemente werden dazu benötigt, elektrische Signale in mechani sche Wirkung zu übersetzen oder umgekehrt. Im Falle der vorliegenden verformbaren Ele mente resultiert eine Verformung des Elements auf einem elektrischen Eingangssignal. In diesem Fall ist das verformbare Element ein Aktor. Gleichermaßen können derartige ver formbare Elemente auch als Sensoren verwendet werden, indem ein elektrisches Signal, das aus einer Verformung des verformbaren Elementes resultiert, abgegriffen werden kann.

Die verformbaren Elemente sind balkenförmig ausgebildete Aktoren und basieren auf elekt rostatischen, piezoelektrischen, magnetostriktiven und/oder thermomechanischen Wirk prinzipien.

Bauelemente sind Schichtstapel, die aus mindestens einer Deviseebene, einer Struktur ebene und einer Deckelebene bestehen. Die Deviseebene ist dadurch gekennzeichnet, dass die zum Antrieb der verformbaren Elemente notwendigen Aktoren dort angeordnet sind. Die jeweiligen Schichten sind mit stoffschlüssigen Verfahren, beispielsweise Bonden miteinander verbunden. Dadurch ergeben sich akustisch abgedichtete Zwischenräume in den Bauelementen. Die Schichten weisen elektrisch leitfähige Materialen auf, beispielsweise dotierte Halbleitermaterialien und/oder Metallmaterialien. Die Ausbildung der aktiven Elemente eines verformbaren Elements erfolgt durch selektives Herauslösen aus den Schichten der Elektroden. Passive Elementen werden beispielsweise vergleichbar zu dem eben genannten passiv aus der Schicht herausgelöst oder stoffschlüssig gefügt.

Ausführungsbeispiele der hierin beschriebenen Aspekte beziehen sich auf:

1. Vorrichtung

1.1. Aktorebene ist von der Fluid-Interaktionsebene/ Strukturebene abgetrennt

1.1.1. Vorteil: höhere Packungsdichte in Aktorebene, dadurch kann in der Aktorebene eine höhere Kraft aufgebracht werden als bisher.

1.1.2. Höhere Packungsdichte in der Interaktionsebene weil keine Aktorik vorgesehen ist, dadurch kann mehr Fluid pro Fläche verdrängt werden

1 .2. Aktorebene enthält auslenkbare Elemente

1.3. Auslenkbare Elemente sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel Elektroden, die miteinander über elektrisch isolierende Abstandhalter miteinander verbunden sind.

1.4. Auslenkbare Elemente sind mit dem umgebenden Substrat verbunden

1.5. Benachbarte Elektroden werden mit unterschiedlichen Potenzialen beaufschlagt, sodass sie sich aufeinander zu- oder voneinander weg bewegen. 1.5.1. Einstellbare Kraft und Auslenkung über die Elektrodengeometrie und Anzahl

1.6. Bevorzugtes Ausführungsbeispiel für die Anordnung der auslenkbaren Elemente er möglicht ein nahezu lineares Auslenkungsverhalten

1.6.1. zwei auslenkbare Elemente sind symmetrisch mit einem Verbindungsglied verbun den (Fig.1 )

1.7. Fluid-Interaktionsebene enthält passive Elemente, die mit den auslenkbaren Ele menten verbunden sind

1.8. Elemente in der Fluid-Interaktionsebene interagieren mit einem Fluid und erzeugen Volumenstrom

1.9. Passive Elemente sind in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kammartige Elemente.

1.10. Die kammartigen Widerstandselemente bilden zusammen mit Gegenelementen, die fest mit dem Substrat verbunden sind Kavitäten

1.11. Die Bewegung der Widerstandselemente gegenüber den Gegenelementen erzeugt einen Volumenstrom eines Fluids.

1.12. Das Fluid wird über untere und obere Auslassöffnungen im Handling- und Deckel wafer aus den Kavitäten hinein- und hinausbefördert

1.13. Das Widerstandelemente kann in Ausführungsbeispielen mit dem Substrat über Verbindungselemente verbunden sein.

1.13.1. Die Geometrie und Topografie der Verbindungselemente kann ausgelegt werden. Dadurch kann auf die resultierenden Frequenzen des schwingenden Widerstandse lemente Einfluss genommen werden.

1.14. Strukturebene ist in seiner vertikalen Ausrichtung sehr viel größer als die Ak torebene

1.15. Die Strukturebene kann Öffnungen zur Verbindung der Kavitäten mit Öffnungen im Deckel- und Handlingwafer enthalten, wodurch die Kavitäten mit der Umgebung ver bunden sind.

1.16. Weiterer Aspekt ist die Verwendung von Koppelementen zur Ansteuerung elasti scher Widerstandselemente

1.16.1. Widerstandselemente sind bevorzugt beidseitig mit dem Substrat verbunden

1.16.2. Koppelemente übertragen die Bewegung der aktiv auslenkbaren auf die elastischen Widerstandselemente

1.16.3. Es existieren zwei Gruppen von auslenkbaren Elementen, Koppelementen und Wi derstandselementen, die gegensinnig betrieben werden. In anderen Worten bewe gen sie sich in einem ersten Zeitintervall aufeinander zu und in einem darauffolgen den zweiten Zeitintervall aufeinander weg. 1.17. Weiterer Aspekt ist die Verwendung von Koppelelementen, die im Gegensatz zu 1.16 auch in Gruppen aufgeteilt sind. Das Grundprinzip ist eine Stator-Shuttle An ordnung.

1.17.1. Eine Gruppe besteht aus z.B. vier elastischen Widerstandselementen, die mit einem linear betriebenen aktiv auslenkbaren Element verbunden sind.

1.17.2. Die Gruppe der elastischen Widerstandselemente und aktiv auslenkbaren Elemente ist durch eine aus Substrat gebildete Berandung eingefasst. Diese Berandung erhöht die Steifigkeit des Bauteils insgesamt. Weiterhin ist die Berandung elektrisch mit der Ansteuerung gekoppelt und dient als Stator. In diesem Ausführungsbeispiel ist der Shuttle das aktiv auslenkbare Widerstandselement

1.17.3. zur Ausbildung von Kavitäten sind weitere Berandungen vorgesehen, die zwischen den Widerstandselementen angeordnet sind.

1.17.4. Die Widerstandselemente befördern Fluid in diese Kavitäten durch Öffnungen im Deckel- und Handlingwafer hinein und hinaus

1.17.4.1. Die Öffnungen sind nicht im Bereich der aktiv auslenkbaren Elemente ange ordnet, sondern seitlich davon.

1.17.4.2. Die Öffnungen können genauso wie in Fig. 5a angeordnet sein.

1.18. Weiterer Aspekt ist die Verwendung von kammartigen auslenkbaren Elementen, die mit einer Widerstandsstruktur verbunden sind. Das Prinzip entspricht dem Stator- Shuttle Prinzip.

1.18.1. Das umgebende Substrat ist kammförmig ausgebildet. Dieser Bereich hat eine Länge, die 40-80% der Länge eines Widerstandselements entspricht.

1.18.2. In das kammförmig ausgebildete Substrat greifen kammförmig auslenkbare Ele mente ein, die mit einem Widerstandelement verbunden sind.

2. Vorrichtung als alternatives auslenkbares Element

2.1. Auslenkbares Element mit linearem Auslenkungsverhalten

2.1.1. kann eigenständig mit einem Fluid interagieren,

2.1.2. kann aber auch als Antrieb für die Widerstandstruktur genutzt werden

2.2. in Ausführungsbeispielen beidseitig mit dem umgebenden Substrat verbunden

2.2.1. Verbesserung zur Anmeldung PCT/EP2018/078298 ist, dass ein beidseitig einge spannter Aktor keine akustischen Kurzschlüsse aufweist, so wie es am frei beweg lichen Ende des einseitig eingespannten Aktors

2.3. Auslenkbares Element ist gebildet durch die Aneinanderreihung von spiegelsym metrischen Elementarzellen entlang einer Erstreckungsrichtung des auslenkbaren Elements. 2.4. Elementarzellen bestehen aus einem Bereich von balkenförmigen Elektroden, die mit isolierenden Abstandhalterschichten verbunden sind. Die Elementarzellen kön nen Isolierschichten über die Ganze Länge der Elektroden beinhalten, die nicht in direktem mechanischen oder elektrischen Kontakt mit den Elektroden sind.

2.5. Ausführungsbeispiel weißt drei Elektroden auf, die in einer Draufsicht eine Berg-Tal- Berg-Tal Ausrichtung aufweisen.

2.5.1. Erste Elementarzelle ist gebildet aus zwei isolierenden Abstandhaltern „Berg“ und einem isolierendem Abstandhalter „Tal“

2.5.2. Zweite, benachbarte Elementarzelle entsprechend spiegelbildlich angeordnet

2.6. Ausführungsbeispiele weisen mehr als drei Elektroden auf (Fig.12)

2.7. Benachbarte Elektroden weisen unterschiedliche Potenziale auf, dadurch erfolgt die Auslenkung.

2.8. Auslenkungscharakteristik kann durch die Anordnung der isolierenden Abstandhalter eingestellt werden

2.9. Ausführungsbeispiele enthalten auch einseitig mit dem Substrat verbundene auslenkbare Elemente. Dadurch kann eine Längenänderung erzeugt werden

3. Verfahren/ Methode zur Verdrängung eines Fluids mit Hilfe der oben genannten Vorrichtungen

3.1. Vorrichtungen können dazu genutzt werden um eine Druckänderungen im umge benden Fluid zu erzeugen (Schall, Lautsprecher) und Druckänderungen des umgebenden Fluids zu erfassen (Schall, Mikrofon)

4. Ausführungsbeispiele können auch Pumpen oder Mikroantriebe sein.

Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfah rens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein ent sprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrens schritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar.

Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Vari ationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten ein leuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutz umfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsen tiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Patentansprüche

1. MEMS mit einer Schichtstruktur (12), umfassend; eine in der Schichtstruktur (12) angeordneten Kavität (16), die durch zumindest eine Öffnung in der Schichtstruktur (12) mit einer äußeren Umgebung der Schichtstruktur (12) fluidisch gekoppelt ist; eine in einer ersten MEMS-Ebene und in der Kavität (16) entlang einer Ebenenrich tung beweglich angeordneten Interaktionsstruktur (24), die ausgebildet ist, um mit ei nem Fluid in der Kavität (16) zu interagieren, wobei eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) mit einer Bewegung des Fluids durch die zumindest eine Öffnung kausal zusammenhängt; eine in einer zweiten, senkrecht zu der Ebenenrichtung angeordneten MEMS-Ebene angeordnete aktive Struktur (26), die mit der Interaktionsstruktur (24) mechanisch gekoppelt ist; und konfiguriert ist, dass ein elektrisches Signal (32) an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur mit einer Verformung der aktiven Struktur (26) kausal zusammenhängt; wobei die Verformung der aktiven Struktur (26) mit der Bewegung des Fluids kausal zusammenhängt.

2. MEMS gemäß Anspruch 1 , bei dem die aktive Struktur (26) eine Aktuatorstruktur umfasst, die ausgebildet ist, um bei Anlegen eines elektrischen Signals an den Anschluss eine Verformung der aktiven Struktur (26) zu bewirken, die eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) und die Bewegung des Fluids bewirkt.

3. MEMS gemäß Anspruch 2, bei dem die aktive Struktur (26) elektrostatische, piezoe lektrische oder thermomechanische Elektrodenstrukturen umfasst.

4. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die aktive Struktur (26) zwei entgegengesetzt zu einander angeordnete Aktuierungsrichtungen (26a, 26b) aufweist und ausgebildet ist, um basierend auf einem ersten Aktuierungssignal eine Bewegung entlang einer Aktuierungs-Richtung in der zweiten MEMS-Ebene auszu- führen und um basierend auf einem zweiten Aktuierungssignal eine hierzu komple mentäre Bewegung entgegengesetzt zu der Aktuierungs-Richtung in der zweiten MEMS-Ebene auszuführen.

5. MEMS gemäß Anspruch 4, bei dem die aktive Struktur (26) einen ersten Aktuator (26a) zum Umsetzen des ersten Aktuierungssignals und einen zweiten Aktuator (26b) zum Umsetzen des zweiten Aktuierungssignals aufweist.

6. MEMS gemäß Anspruch 5, bei dem der erste Aktuator (26a) und der zweite Aktuator (26b) entgegengesetzt zu einander angeordnet sind, und ein Koppelelement zum Be reitstellen einer mechanischen Kopplung (28) mit der Interaktionsstruktur (24) zwi schen dem ersten Aktuator und dem zweiten Aktuator angeordnet ist.

7. MEMS gemäß einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem die aktive Struktur (26) ausgebildet ist, um sich basierend auf dem ersten Aktuierungssignal in einem ersten Bereich parallel zu der Aktuierungsrichtung zu längen und in einem zweiten Teilbereich zu verkürzen; und um sich basierend auf dem zweiten Aktuierungssignal in dem ers ten Bereich parallel zu der Aktuierungsrichtung zu verkürzen und in dem zweiten Teil bereich zu längen.

8. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die aktive Struktur (26) eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten und zu Elektrodenpaaren gruppierten Elektrodenelementen (46) aufweist, wobei Hauptseiten benachbarter Elektroden paare einander zugewandt angeordnet sind und in einem Mittenbereich (52) der Elektrodenelemente an diskreten Stellen durch innere Abstandselemente (54) ver bunden sind.

9. MEMS gemäß Anspruch 8, bei der die aktive Struktur (26) ausgebildet ist, um basierend auf einem angelegten Potential zwischen Elektrodenelementen (46) eines Elektrodenpaares entlang einer Richtung innerhalb der zweiten MEMS-Ebene eine Län genänderung zu bewirken, die an die Interaktionsstruktur (24) übertragen wird.

10. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei der die aktive Struktur (26) eine Vielzahl Elektrodenpaaren (48) mit jeweils einem ersten und einem zweiten Elektrodenelement (46) aufweist; und benachbarte Elektrodenpaare (48) in einem Mittenbereich der Elektrodenelemente (52) an diskreten Stellen durch innere Abstandselemente (54) verbunden sind.

11. MEMS gemäß Anspruch 10, bei dem das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement eines Elektrodenpaares durch diskrete äußere Abstandselemente (56) in einem Randbereich der Elektrodenelemente mechanisch fixiert sind; oder bei dem das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement eines Elektrodenpaares an einem Randbereich mit der Schichtstruktur (12) mechanisch fixiert sind; um einen Abstand zwischen dem ersten Elektrodenelement und dem zweiten Elektrodenelement einzustellen.

12. MEMS gemäß Anspruch 10 oder 11, bei dem das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement zu einem Abstand von zumindest 0.01 pm und höchstens 200 pm fixiert sind.

13. MEMS gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, bei dem ein durch die inneren Abstand selemente eingestellter Abstand einen Wert von zumindest 0.01 pm und höchstens 200 pm aufweist.

14. MEMS gemäß einem der Ansprüche 8 bis 13, bei dem zwischen benachbarten Elektroden eines Elektrodenpaares eine elektrisch isolierende Schicht (58) angeordnet ist.

15. MEMS gemäß Anspruch 14, bei dem eine elektrisch isolierende Schicht (58) zwischen äußeren Abstandselementen (56) aufgehängt ist, wobei die äußeren Abstandselemente (56) in einem Randbereich der Elektroden des Elektrodenpaares angeord net sind, um die Elektroden mechanisch zu fixieren.

16. MEMS gemäß Anspruch 14 oder 15, bei dem eine Form der isolierenden Schicht (58) an eine in einem passiven Zustand des MEMS vorausgelenkte Form der Elektroden des Elektrodenpaares angepasst ist.

17. MEMS gemäß Anspruch 16, bei dem eine erste Teilschicht (58a) der isolierenden Schicht der vorausgelenkten Form einer ersten Elektrode (46i) des Elektrodenpaares folgt und eine zweite Teilschicht (58b) der isolierenden Schicht der vorausgelenkten Form einer zweiten Elektrode (462) des Elektrodenpaares folgt; wobei ein Abstand zwischen einander abgewandten Hauptoberflächen der ersten Teilschicht und der zweiten Teilschicht entlang eines Elektrodenverlaufs in der zweiten MEMS-Ebene von einem ersten Befestigungsbereich der Teilschichten hin zu einem zweiten Befestigungsbereich der Teilschichten veränderlich ist.

18. MEMS gemäß einem der Ansprüche 8 bis 17, bei dem Elektrodenpaare der aktiven Struktur (26) in zumindest einer Reihe (86) oder in zumindest zwei parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet sind.

19. MEMS gemäß einem der Ansprüche 8 bis 18, bei dem erste Elektrodenpaare in einer ersten Reihe parallel zu einer ersten Richtung in der zweiten MEMS-Ebene angeordnet sind, um eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) entlang einer ersten Richtung in der ersten MEMS-Ebene zu bewirken; und bei dem zweite Elektrodenpaare in einer zweiten Reihe parallel zu einer zweiten Richtung in der zweiten MEMS-Ebene angeordnet sind, um eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) entlang einer zweiten Richtung in der ersten MEMS-Ebene zu bewirken.

20. MEMS gemäß einem der Ansprüche 8 bis 19, bei dem die Elektrodenpaare als in einander greifende Elektrodenkammstrukturen gebildet sind.

21. MEMS gemäß Anspruch 20, bei dem dem Elektrodenpaar eine dritte Elektrode mit einer Elektrodenkammstruktur (114) zugeordnet ist, um eine Gruppe von drei Elekt roden zu bilden, wobei eine mittlere der Elektroden basierend auf einer alternierenden Beaufschlagung äußerer Elektroden der drei Elektroden in unterschiedliche Richtun gen auslenkbar ist.

22. MEMS gemäß Anspruch 20, bei dem das Elektrodenpaar eine ortsfeste Kammelekt rode und eine beweglich zur ortsfesten Kammelektrode angeordnete bewegliche Kammelektrode aufweist und ein erstes Kammelektrodenpaar ist; wobei das MEMS zumindest ein zweites Kammelektrodenpaar aufweist; wobei die beweglichen Kammelektroden des ersten Kammelektrodenpaares und des zweiten Kammelektrodenpaares mechanisch mit einander gekoppelt und elektrisch isoliert voneinander sind und ausgebildet sind, um zu einem Zeitpunkt mit voneinander verschiedenen elektri schen Potentialen beaufschlagt zu werden; wobei das MEMS ausgebildet ist, um die ortfesten Kammelektroden des ersten Paares und des zweiten Paares mit einem zeit veränderlichen Potential zu beaufschlagen

23. MEMS gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die aktive Struktur (26) eine Vielzahl von beweglichen Schichtanordnungen aufweist, die mechanisch zwischen ein MEMS-Substrat und ein Koppelelement (28), das mit der Interaktionsstruktur (24) mechanisch fixiert ist, geschalten ist; wobei jede bewegliche Schichtanordnung einen ersten Balken (76i), einen zweiten Balken (76₂) und einen zwischen dem ersten Balken und zweiten Balken angeordne ten und von denselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierten dritten Bal ken (76₃) aufweist, und ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem ersten Balken und dem dritten Balken oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem zweiten Balken und dem dritten Balken eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in der zweiten MEMS-Ebene auszuführen, um das Koppelelement zu bewegen.

24. MEMS gemäß Anspruch 23, bei dem zwischen dem Koppelement und dem Substrat zumindest eine erste bewegliche Schichtanordnung und eine zweite bewegliche Schichtanordnung mechanisch seriell verschaltet sind, wobei Gradienten eines Krüm mungsverlaus der ersten und der zweiten beweglichen Schichtanordnung alternie rende Vorzeichen aufweisen.

25. MEMS gemäß Anspruch 23 oder 24, bei dem die Vielzahl von beweglichen Schicht anordnung symmetrisch in der zweiten MEMS-Ebene angeordnet ist.

26. MEMS gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die aktive Struktur (26) eine bewegliche Schichtanordnung aufweist, die mechanisch zwischen ein MEMS- Substrat und ein Koppelelement, das mit der Interaktionsstruktur (24) mechanisch fixiert ist, geschalten ist; wobei die bewegliche Schichtanordnung einen ersten Balken (76i), einen zweiten Balken (76₂) und einen zwischen dem ersten Balken und zweiten Balken angeordne ten und von denselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierten dritten Balken (76₃)aufweist, und ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem ersten Balken und dem dritten Balken oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem zweiten Balken und dem dritten Balken eine Be wegung entlang einer Bewegungsrichtung in der zweiten MEMS-Ebene auszuführen, um das Koppelelement zu bewegen, wobei die diskreten Bereiche (78) zum Fixieren des ersten Balken und des dritten Balken einerseits und des zweiten Balkens und des dritten Balkens andererseits entlang eines axialen Verlaufs der beweglichen Schicht- anordnung in der zweiten MEMS-Ebene versetzt zueinander angeordnet sind.

27. MEMS gemäß Anspruch 26, bei dem die bewegliche Schichtanordnung entlang des axialen Verlaufs mehrfach in unterschiedliche Richtungen gekrümmt gebildet ist.

28. MEMS gemäß Anspruch 27, bei dem die diskreten Bereiche an einer Außenseite eines Krümmungswechsels angeordnet sind.

29. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die jede der beweglichen Schichtanordnungen beidseitig fest eingespannt ist.

30. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 29, bei dem der erste Balken mit dem zweiten Balken und dem dritten Balken zusätzlich an einem kombinatorischen diskreten Bereich (78c) verbunden sind.

31. MEMS gemäß einem der Ansprüche 25 bis 29, bei dem ein diskreter Bereich entlang einer Richtung zwischen diskreten Bereichen benachbarter Balken eine veränderliche Ausdehnung in der zweiten MEMS-Ebene und parallel zum einem axialen Verlauf der beweglichen Schichtanordnung aufweist.

32. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 31 , bei dem die diskreten Bereiche punktsymmetrisch zu einem geometrischen Mittelpunkt der beweglichen Schichtanordnung oder achssymmetrisch zu einer Symmetrieachse, die senkrecht zu einem axialen Verlauf der beweglichen Schichtanordnung in der zweiten MEMS-Ebene verläuft und den geometrischen Mittelpunkt schneidet, angeordnet sind.

33. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 32, bei dem die bewegliche Schichtanordnung zumindest einen vierten Balken (764) aufweist.

34. MEMS gemäß Anspruch 33, bei dem die diskreten Bereiche der beweglichen Schichtanordnung jeweils paarweise für Paare benachbarter Balken unterschiedlich entlang eines axialen Verlaufs der beweglichen Schichtanordnung angeordnet sind.

35. MEMS gemäß Anspruch 33, bei dem die diskreten Bereiche der beweglichen Schichtanordnung jeweils spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene entlang einer neut ralen Faser der beweglichen Schichtanordnung angeordnet sind.

36. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 35, bei dem die Balken in Abschnitten zwischen zwei aufeinanderfolgenden diskreten Bereichen abschnittsweise gekrümmt gebildet sind.

37. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 35, bei dem erste bewegliche Schichtstrukturen in einer ersten Reihe parallel zu einer ersten Richtung in der zwei ten MEMS-Ebene angeordnet sind, um eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) entlang einer ersten Richtung in der ersten MEMS-Ebene zu bewirken; und bei dem zweite bewegliche Schichtstrukturen in einer zweiten Reihe parallel zu einer zweiten Richtung in der zweiten MEMS-Ebene angeordnet sind, um eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) entlang einer zweiten Richtung in der ersten MEMS-Ebene zu bewirken.

38. MEMS gemäß einem der Ansprüche 26 bis 28, bei dem die bewegliche Schichtan ordnung ausgebildet ist, um ein freies Ende (132) der beweglichen Schichtanordnung basierend auf einer Ansteuerung der ersten, zweiten und dritten Balken entlang zweier linear unabhängiger Richtungen zu bewegen.

39. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) elektrisch passiv gebildet ist.

40. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem eine mechanische Kopplung (28) der Interaktionsstruktur (24) mit der Schichtstruktur (12) eine höchs tens gleiche Steifigkeit aufweist wie eine Steifigkeit der Interaktionsstruktur (24).

41. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) elastisch durch Biegefederelemente (44) mit der Schichtstruktur (12) gekoppelt ist.

42. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) abgesehen von einer mechanischen Kopplung zur aktiven Struktur (26) aufhän gungslos angeordnet ist.

43. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem in der ersten MEMS- Ebene eine Begrenzungsstruktur angeordnet ist, die Teilkavitäten (16a-16t) in der Ka vität (16) definiert, wobei Finnenstrukturen der Interaktionsstruktur (24) in den Teil kavitäten (16a-16t) beweglich angeordnet sind.

44. MEMS gemäß Anspruch 43, bei dem eine Finnenstruktur in einer Teilkavität (16a-16t) in einen ersten Teilkavitätsteil (16ai-16t₂) und ein einen zweiten Teilkavitätsteil (16ar 16t₂) zumindest teilweise trennt wobei basierend auf der Bewegung der Interaktions struktur (24) ein Volumen des ersten Teilkavitätsteil (16ai-1 t ) komplementär zu einem Volumen des zweiten Teilkavitätsteil (16a 16t₂) veränderlich ist.

45. MEMS gemäß Anspruch 44, bei dem der erste Teilkavitätsteil (16ai-16t₂) mit einer ersten Öffnung fluidisch gekoppelt ist und der zweite Teilkavitätsteil (16ai-1 t ) mit einer zweiten Öffnung fluidisch gekoppelt ist.

46. MEMS gemäß Anspruch 45, bei dem die erste Öffnung und die zweite Öffnung aus gehend von der Teilkavität (16a-16t) senkrecht zu der Ebenenrichtung oder in der ersten MEMS-Ebene angeordnet sind.

47. MEMS gemäß Anspruch 46, bei dem die erste Öffnung und die zweite Öffnung in der ersten MEMS-Ebene angeordnet sind und mit MEMS-Öffnungen in Deckelschichten der Schichtstruktur (12) entlang einer Richtung senkrecht zu der Ebenenrichtung flu idisch verbunden sind.

48. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) eine Vielzahl von Plattenelementen (36, 92) aufweist, die parallel zu einander in der ersten MEMS-Ebene und senkrecht zu der ersten MEMS-Ebene orientiert ange ordnet sind und in gegenüberliegenden Randbereichen mit einem MEMS-Substrat verbunden sind.

49. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) eine Vielzahl von Plattenelementen (36, 92) aufweist, die parallel zu einander in der ersten MEMS-Ebene und senkrecht zu der ersten MEMS-Ebene orientiert ange ordnet sind, wobei die Plattenelemente gruppenweise mittels Verbindungselementen (5201 a/b) mechanisch mit einander zu Plattengruppen gekoppelt sind.

50. MEMS gemäß Anspruch 49, bei dem unterschiedliche Plattengruppen mit relativ zu einander auslenkbar sind.

51. MEMS gemäß Anspruch 49 oder 50, der ausgebildet ist, um Plattenelemente einer ersten Plattengruppe und Plattenelemente einer zweiten Plattengruppe, deren Plat tenelemente benachbart zu einander und alternierend angeordnet sind, gegenläufig auszulenken.

52. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) an einem der aktiven Struktur (26) abgewandten Bereich mechanisch fest mit einem MEMS-Substrat verbunden ist und flexibel gebildet ist, um sich bei einer Aus lenkung der aktiven Struktur (26) zu deformieren.

53. MEMS gemäß Anspruch 52, bei dem in der ersten MEMS-Ebene eine Begrenzungs struktur angeordnet ist, die Teilkavitäten (16a-16t) in der Kavität (16) definiert, wobei flexible Elemente der Interaktionsstruktur (24) in den Teilkavitäten (16a-16t) beweglich angeordnet sind, um sich in den Teilkavitäten ( 16a-16t) zu deformieren.

54. MEMS gemäß Anspruch 53, bei dem ein flexibles Element in einer Teilkavität (16a- 16t) in einen ersten Teilkavitätsteil (16ai-16t₂) und ein einen zweiten Teilkavitätsteil (16ai-16t₂) zumindest teilweise trennt; wobei basierend auf der Bewegung der Inter aktionsstruktur (24) ein Volumen des ersten Teilkavitätsteil (16aH6t₂) komplementär zu einem Volumen des zweiten Teilkavitätsteil (16ai-16t₂) veränderlich ist.

55. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Interaktionsstruktur (24) durch eine mechanische Kopplung mit der aktiven Struktur (26) gekoppelt ist, die entlang der Ebenenrichtung eine mechanische Steifigkeit aufweist, die um einen Fak tor von zumindest 3 größer ist, als eine mechanische Kopplung der Interaktionsstruk tur (24) mit der Schichtstruktur (12).

56. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem ein Kopplungselement die aktive Struktur (26) mit der Interaktionsstruktur (24) mechanisch fest verbindet und einen Abstand (34) zwischen der aktiven Struktur (26) und der Interaktionsstruk tur (24) einstellt.

57. MEMS gemäß Anspruch 56, bei dem der Abstand (34) zumindest 0,1 pm und höchs tens 20 pm beträgt.

58. MEMS gemäß Anspruch 56 oder 57, bei dem in einem Bereich des Abstands ein elektrisch isolierendes Material angeordnet ist.

59. MEMS gemäß einem der Ansprüche 56 bis 58, bei dem eine mechanische Steifigkeit des Kopplungselementes einer mechanischen Steifigkeit der aktiven Struktur (26) und/oder der Interaktionsstruktur (24) entlang der Ebenenrichtung entspricht; oder geringer ist als die mechanische Steifigkeit der aktiven Struktur (26) und/oder der Interaktionsstruktur (24).

60. MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, das als Lautsprecher, Mikro phon, Ultraschallwandler, ein Mikroantrieb oder Mikropumpe gebildet ist.

61. MEMS mit einer Schichtstruktur (12), umfassend: eine in der Schichtstruktur (12) angeordneten Kavität (16); eine in der Kavität (16) angeordnete bewegliche Schichtanordnung umfassend einen ersten Balken, einen zweiten Balken und einen zwischen dem ersten Balken und zweiten Balken angeordneten und von denselben an diskreten Bereichen elektrisch isoliert fixierten dritten Balken; wobei die bewegliche Schichtanordnung ausgebildet ist, um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem ersten Balken und dem dritten Balken oder um ansprechend auf ein elektrisches Potential zwischen dem zweiten Balken und dem dritten Balken eine Bewegung entlang einer Bewegungsrichtung in einer Substrat ebene auszuführen; wobei die diskreten Bereiche zum Fixieren des ersten Balkens und des dritten Bal kens einerseits und des zweiten Balkens und des dritten Balkens andererseits entlang eines axialen Verlaufs der beweglichen Schichtanordnung versetzt zueinander ange ordnet sind.

62. MEMS gemäß Anspruch 61, bei dem die Kavität (16) durch zumindest eine Öffnung in der Schichtstruktur (12) mit einer äußeren Umgebung der Schichtstruktur (12) 61 gekoppelt ist, und das ferner aufweist: eine in einer ersten MEMS-Ebene und in der Kavität (16) entlang einer Ebenenrich tung beweglich angeordneten Interaktionsstruktur (24), die ausgebildet ist, um mit ei nem Fluid in der Kavität (16) zu interagieren, wobei eine Bewegung der Interaktionsstruktur (24) mit einer Bewegung des Fluids durch die zumindest eine Öffnung kausal zusammenhängt; wobei die bewegliche Schichtanordnung Teil einer aktiven Struktur (26) ist, die in einer zweiten MEMS-Ebene senkrecht zu der Ebenenrichtung angeordnet ist, wobei die aktive Struktur (26) mit der Interaktionsstruktur (24) mechanisch gekoppelt ist; und konfiguriert ist, dass ein elektrisches Signal an einem elektrischen Kontakt der aktiven Struktur (26) mit einer Verformung der aktiven Struktur (26) und der beweglichen

Schichtanordnung kausal zusammenhängt; wobei die Verformung der aktiven Struk tur (26) und der beweglichen Schichtanordnung mit der Bewegung des Fluids kausal zusammenhängt.

63. Verfahren zum Verdrängen eines Fluids mit folgendem Schritt:

Betreiben eines MEMS gemäß einem der vorangehenden Ansprüche.