IT201900019058A1 - Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore - Google Patents

Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore Download PDF

Info

Publication number
IT201900019058A1
IT201900019058A1 IT102019000019058A IT201900019058A IT201900019058A1 IT 201900019058 A1 IT201900019058 A1 IT 201900019058A1 IT 102019000019058 A IT102019000019058 A IT 102019000019058A IT 201900019058 A IT201900019058 A IT 201900019058A IT 201900019058 A1 IT201900019058 A1 IT 201900019058A1
Authority
IT
Italy
Prior art keywords
transducer
piezoelectric
forming
suspended structure
layer
Prior art date
Application number
IT102019000019058A
Other languages
English (en)
Inventor
Luca Seghizzi
Federico Vercesi
Claudia Pedrini
Original Assignee
St Microelectronics Srl
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by St Microelectronics Srl filed Critical St Microelectronics Srl
Priority to IT102019000019058A priority Critical patent/IT201900019058A1/it
Priority to EP20200134.3A priority patent/EP3809476A1/en
Priority to US17/070,548 priority patent/US11839159B2/en
Priority to CN202011112281.1A priority patent/CN112672260B/zh
Priority to CN202022312262.5U priority patent/CN214154836U/zh
Publication of IT201900019058A1 publication Critical patent/IT201900019058A1/it
Priority to US18/498,737 priority patent/US20240065106A1/en

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/50Piezoelectric or electrostrictive devices having a stacked or multilayer structure
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B06GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS IN GENERAL
    • B06BMETHODS OR APPARATUS FOR GENERATING OR TRANSMITTING MECHANICAL VIBRATIONS OF INFRASONIC, SONIC, OR ULTRASONIC FREQUENCY, e.g. FOR PERFORMING MECHANICAL WORK IN GENERAL
    • B06B1/00Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency
    • B06B1/02Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy
    • B06B1/06Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction
    • B06B1/0607Methods or apparatus for generating mechanical vibrations of infrasonic, sonic, or ultrasonic frequency making use of electrical energy operating with piezoelectric effect or with electrostriction using multiple elements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B43/00Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members
    • F04B43/02Machines, pumps, or pumping installations having flexible working members having plate-like flexible members, e.g. diaphragms
    • F04B43/04Pumps having electric drive
    • F04B43/043Micropumps
    • F04B43/046Micropumps with piezoelectric drive
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor
    • H04R31/006Interconnection of transducer parts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/03Assembling devices that include piezoelectric or electrostrictive parts
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01Manufacture or treatment
    • H10N30/09Forming piezoelectric or electrostrictive materials
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041Beam type
    • H10N30/2042Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2047Membrane type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/304Beam type
    • H10N30/306Cantilevers
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/308Membrane type
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10NELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/704Piezoelectric or electrostrictive devices based on piezoelectric or electrostrictive films or coatings
    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04RLOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003Mems transducers or their use

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Micromachines (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: “TRASDUTTORE CON DISPOSIZIONE PIEZOELETTRICA MIGLIORATA, DISPOSITIVO MEMS COMPRENDENTE IL TRASDUTTORE, E METODI DI FABBRICAZIONE DEL TRASDUTTORE”
La presente invenzione è relativa ad un trasduttore, ad un dispositivo MEMS includente il trasduttore e a metodi di fabbricazione del trasduttore. In particolare, la presente invenzione è relativa ad un trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, che abilita funzionalità evolute.
Come è noto, svariati dispositivi utilizzano una struttura a membrana (o a cantilever) come attuatore e/o trasduttore, per generare l’emissione di un segnale o per acquisire informazioni da un segnale ricevuto.
L’attuazione della membrana avviene, tipicamente, mediante un attuatore di tipo piezoelettrico che, quando azionato mediante un segnale opportuno, impartisce alla membrana una deformazione controllata; analogamente, la trasduzione di un segnale ricevuto avviene mediante generazione di un segnale elettrico che è funzione della dislocazione spaziale (deflessione) della membrana.
Può accadere che, a causa di stress tensili o compressivi residui nei materiali che formano la membrana, quest’ultima risulti, al termine delle fasi di fabbricazione, non perfettamente planare; la membrana presenta, in questo caso, una deflessione o imbarcamento che può impattare sul corretto funzionamento della stessa, sia in attuazione che in rilevamento (es., a causa di una riduzione della corsa consentita).
Considerazioni analoghe valgono per le strutture a cantilever e, in generale, per strutture sospese microfabbricate.
È noto regolare l’imbarcamento o la deflessione di tali strutture sospese progettando opportunamente lo stress generato dagli strati che formano le strutture sospese, al fine di ottenere un bilanciamento degli stress compressivi e tensili. Queste soluzioni tuttavia non sono sempre applicabili, a causa del limitato grado di deflessione che è possibile contro-bilanciare e per la complessità del procedimento, fortemente dipendente dalle condizioni di fabbricazione (non sempre prevedibili aprioristicamente). La compatibilità di tali procedimenti con le strutture già presenti sulla fetta in lavorazione è un ulteriore aspetto da tenere in considerazione.
D’altronde, uno stress residuo eccessivo può causare problemi di affidabilità della relativa struttura sospesa, tra cui la rottura della stessa e l’impedimento rispetto ad un movimento corretto o desiderato.
È pertanto sentita la necessità di porre rimedio a tali inconvenienti.
Scopo della presente invenzione è quindi mettere a disposizione un trasduttore, un dispositivo MEMS includente il trasduttore e metodi di fabbricazione del trasduttore, tali da superarne gli svantaggi.
Secondo la presente divulgazione vengono dunque forniti un trasduttore, un dispositivo MEMS includente il trasduttore e metodi di fabbricazione del trasduttore, come definiti nelle rivendicazioni allegate.
Per la comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte forme di realizzazione preferite, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 illustra, in vista in sezione trasversale, un trasduttore secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2A illustra, in vista in sezione trasversale, un trasduttore secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2B illustra, in vista in sezione trasversale, un trasduttore secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 3A-3G illustrano fasi di fabbricazione del trasduttore di figura 1 secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 4A-4D illustrano fasi di fabbricazione del trasduttore di figura 1 secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 5A-5F illustrano fasi di fabbricazione del trasduttore di figura 2A/2B secondo una ulteriore forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 6A e 6B illustrano, rispettivamente in vista superiore e in sezione, un PMUT includente un trasduttore del tipo mostrato in figura 2A; e
- la figura 7 illustra, in vista superiore, uno specchio microattuato includente una pluralità di trasduttori del tipo illustrato in figura 1.
La figura 1 mostra una vista in sezione laterale di un dispositivo MEMS 1, in particolare un trasduttore, relativamente ad una porzione dello stesso utile alla comprensione della presente invenzione, in un sistema di riferimento Cartesiano triassiale X, Y, Z.
Il dispositivo 1 è provvisto di una struttura sospesa 2 (qui, un cantilever), avente una estensione maggiore lungo l’asse X, una estensione minore lungo l’asse Y, ed uno spessore lungo l’asse Z. Il cantilever 2 è delimitato superiormente da un lato superiore 2a ed inferiormente da un lato inferiore 2b, opposti tra loro lungo la direzione dell’asse Z.
Il cantilever 2 ha una prima porzione terminale 2’ libera di muoversi ed una seconda porzione terminale 2” vincolata ad un corpo solido 8.
Il cantilever 2 è, ad esempio, di materiale semiconduttore (es., silicio), mentre il corpo solido 8 include da una prima regione strutturale 10 ad esempio di materiale semiconduttore (es., silicio), e una seconda regione strutturale 12 (es., di ossido di silicio) che si estende sulla prima regione strutturale 10. Risulta evidente che i materiali utilizzati per il cantilever 2 e per il corpo solido 8 sono solo esemplificativi e possono essere scelti secondo necessità.
Al cantilever 2 sono accoppiati un primo ed un secondo trasduttore 4, 6. Il primo trasduttore 4 è accoppiato in corrispondenza del lato superiore 2a, mentre il secondo trasduttore 6 è accoppiato in corrispondenza del lato inferiore 2b.
In una forma di realizzazione, il primo ed il secondo trasduttore 4, 6 sono controllabili per generare un movimento del cantilever 2 verso l’alto e, rispettivamente, verso il basso, lungo le direzioni delle frecce 15 e 16 di figura 1.
In particolare, il primo trasduttore 4 è configurato per causare una deformazione del cantilever 2 verso l’alto (ovvero verso la direzione della freccia 15), mentre il secondo trasduttore 6 è configurato per causare una deformazione del cantilever 2 verso il basso (ovvero verso la direzione della freccia 16).
Il primo ed il secondo trasduttore 4, 6 sono, in particolare, trasduttori piezoelettrici; il primo trasduttore 4 include una pila (“stack”) piezoelettrica formata da un elettrodo inferiore 4a, un elettrodo superiore 4b, ed uno strato piezoelettrico 4c disposto tra l’elettrodo superiore 4b e l’elettrodo inferiore 4a. Analogamente, il secondo trasduttore 6 include una pila (“stack”) piezoelettrica formata da un elettrodo inferiore 6a, un elettrodo superiore 6b, ed uno strato piezoelettrico 6c disposto tra l’elettrodo superiore 6b e l’elettrodo inferiore 6a. Il primo ed il secondo trasduttore 4, 6 sono accoppiati al cantilever 2 per mezzo dei rispettivi elettrodi inferiori 4a, 6a. Uno strato di passivazione 18 (es., ossido o dielettrico) copre lo stack piezoelettrico del primo trasduttore 4, per isolarlo elettricamente dall’ambiente esterno e proteggerlo da un eventuale danneggiamento; uno strato di passivazione 19 (es., ossido o dielettrico) copre lo stack piezoelettrico del secondo trasduttore 6, per isolarlo elettricamente dall’ambiente esterno e proteggerlo da un eventuale danneggiamento.
Gli elettrodi 4a, 4b, 6a, 6b sono polarizzabili, in uso, attraverso piste conduttive (non illustrate in dettaglio in figura 1), al fine di polarizzarli a tensioni di lavoro (VB’, VT1’ per il primo trasduttore 4; VB”, VT” per il primo trasduttore 6) tali da generare la deflessione, o deformazione, desiderata del cantilever 2. La scelta delle tensioni di lavoro dipende dalla particolare applicazione, dai materiali utilizzati per il cantilever 2 (che definiscono la rigidità della stessa) ed in generale da specifiche di progetto che esulano dal contesto della presente invenzione.
La forma di realizzazione di figura 1 consente di azionare i trasduttori 4 e 6 contemporaneamente o alternativamente, per movimentare il cantilever 2 come desiderato. Ad esempio, se azionati alternativamente l’uno all’altro, è possibile deflettere il cantilever 2 in due direzioni: verso l’alto, in direzione della freccia 15; e verso il basso, in direzione della freccia 16. Invece, se azionati contemporaneamente, è possibile bilanciare o compensare, mediante uno tra i trasduttori 4 e 6, un eventuale stress residuo del cantilever 2, e deflettere il cantilever 2 mediante l’altro tra i trasduttori 4 e 6.
La figura 2A illustra una ulteriore forma di realizzazione di un dispositivo 20’ secondo un aspetto della presente invenzione. Elementi comuni alla figura 1 sono illustrati con gli stessi numeri di riferimento e non ulteriormente descritti.
In questo caso, la struttura sospesa è una membrana 22, che si estende (idealmente, in assenza di stress) parallelamente al piano XY (piano di giacenza della membrana 22), ha uno spessore lungo la direzione Z, e presenta un lato superiore 22a opposto (lungo Z) ad un lato inferiore 22b. Sebbene non illustrato in figura, la membrana 22 può essere forata, secondo necessità ed in funzione dell’applicazione tecnica in cui il dispositivo 20’ è destinato ad essere utilizzato.
La membrana 22 è vincolata in più punti al corpo solido 8, ad esempio in corrispondenza di estremità 22’ e 22” facenti parte di una regione perimetrale, o regione di bordo, della membrana 22. Risulta evidente che questa è solo una forma di realizzazione esemplificativa, e la membrana 22 può essere vincolata lungo l’intero perimetro della stessa oppure in corrispondenza di alcune regioni (tra loro non adiacenti) del perimetro, o in altro modo ancora.
Il dispositivo 20’ comprende il primo e il secondo trasduttore 4, 6, già descritti con riferimento alla figura 1.
In questa forma di realizzazione, il primo e il secondo trasduttore 4, 6 hanno forma, in vista superiore sul piano XY, circolare (ad esempio come illustrato in figura 6A), in particolare con centro coincidente con il centro geometrico della struttura sospesa.
La figura 2B, che include tutti gli elementi descritti con riferimento alla figura 2A, illustra una ulteriore forma di realizzazione di un dispositivo 20”, in cui il primo ed il secondo trasduttore 4, 6 non hanno forma circolare; il dispositivo 20” comprende inoltre un terzo ed un quarto trasduttore 24, 26. Il terzo trasduttore 24 corrisponde, per struttura, materiali e funzionamento, al primo trasduttore 4; il quarto trasduttore 26 corrisponde, per struttura, materiali e funzionamento, al secondo trasduttore 6. Il primo ed il terzo trasduttore 4, 24 sono accoppiati in corrispondenza del lato superiore 22a della membrana 22, mentre il secondo ed il quarto trasduttore 6, 26 sono accoppiati in corrispondenza del lato inferiore 22b della membrana 22.
Il primo ed il secondo trasduttore 4, 6 sono disposti in prossimità dell’estremità 22’ (analogamente alla figura 1), mentre il terzo ed il quarto trasduttore 24, 26 sono disposti in prossimità dell’estremità 22”.
In una forma di realizzazione, il primo ed il terzo trasduttore 4, 24 sono speculari tra loro rispetto ad un primo piano passante per il centro geometrico della membrana 22 e ortogonale al piano di giacenza della membrana 22 (qui, XY); analogamente, anche il secondo ed il quarto trasduttore 6, 26 sono speculari tra loro rispetto ad un secondo piano passante per il centro geometrico della membrana 22 e ortogonale al piano di giacenza della membrana 22. Il secondo piano può coincidere o non coincidere con il primo piano, in base a considerazioni derivanti dall’applicazione specifica che non sono oggetto della presente invenzione.
Inoltre, nella forma di realizzazione di figura 2B, il primo ed il terzo trasduttore 4, 24 sono speculari tra loro rispetto al piano di giacenza della membrana 22; analogamente, anche il secondo ed il quarto trasduttore 6, 26 sono speculari tra loro rispetto al piano di giacenza della membrana 22.
In generale, tuttavia, il primo ed il terzo trasduttore 4, 24 possono non essere speculari tra loro rispetto al piano di giacenza della membrana 22, e così anche il secondo ed il quarto trasduttore 6, 26.
In uso, il primo, il secondo, il terzo ed il quarto trasduttore 4, 6, 24, 26 possono essere polarizzati con tensioni operative (rispettivamente: VB1, VT1; VB2, VT2; VB3, VT3; VB4, VT4) uguali tra loro o diverse tra loro, o uguali a coppie (es., stessa tensione per il primo ed il terzo trasduttore; stessa tensione per il secondo ed il quarto trasduttore).
Vengono ora descritte forme di realizzazione per la fabbricazione del dispositivo 1 di figura 1 (limitatamente a quanto necessario per la comprensione della presente invenzione). Quanto descritto si applica, in modo di per sé evidente al tecnico del ramo, alla fabbricazione del dispositivo 20’ di figura 2A e al dispositivo 20” di figura 2B.
Prima forma di realizzazione (fabbricazione)
Si fa riferimento alle figure 3A-3G. I numeri di riferimento utilizzati nelle figure 3A-3G corrispondono a quelli già utilizzati in figura 1, laddove tali numeri di riferimento identificano elementi comuni a quelli di figura 1.
Con riferimento alla figura 3A, su una superficie superiore 32a di un substrato 32 appartenente ad una fetta a semiconduttore 30 (illustrata solo relativamente ad una porzione utile alla comprensione della presente invenzione), si forma lo stack piezoelettrico 6.
La formazione del secondo trasduttore 6 include formare uno stack piezoelettrico come descritto qui di seguito.
Innanzitutto, si forma, sulla superficie superiore 32a del substrato 32, l’elettrodo inferiore 6a (es., formato a partire da uno strato opzionale di AlN avente la funzione di strato di seme con spessore tra 10 nm e 60 nm), includente uno strato di un primo materiale conduttivo con spessore tra 50 nm e 250 nm.
Quindi, si procede con la deposizione dello strato piezoelettrico 6c al di sopra dell’elettrodo inferiore 6a, in particolare depositando uno strato di PZT (Pb, Zr, TiO3), avente spessore compreso tra 0.3 µm e 3.0 µm, tipicamente 2 µm. Lo strato piezoelettrico 6c può alternativamente essere di nitruro di alluminio (AlN), AlNSc (AlN drogato Scandio), o altro materiale con caratteristiche piezoelettriche.
In seguito, al di sopra dello strato piezoelettrico 6c, si deposita un secondo materiale conduttivo, avente spessore compreso tra 50 nm e 250 nm, per formare l’elettrodo superiore 6b. I materiali utilizzabili per formare gli elettrodi superiore ed inferiore 6b, 6a includono, ma non sono limitati a, Mo, Pt, TiPt, LNO, Al, TiW, Ir, IrO2, ITO, RuO2, TiW-Iridio,ZrO2.
Per definire le geometrie desiderate per gli strati di elettrodo 6a, 6b e piezoelettrico 6c, tali strati vengono depositati e sottoposti a fasi di litografia e attacco, per modellarli secondo un pattern desiderato, in modo non illustrato in dettaglio nelle figure in quanto di per sé evidente al tecnico del ramo.
Uno o più strati di passivazione vengono quindi formati al di sopra dello stack del primo attuatore 6, formando lo strato di passivazione 18. Tali uno o più strati di passivazione includono uno o più tra materiali dielettrici, ossidi, nitruri, carburi (es., SiO2 o SiN o Al2O3, ecc.) di spessore compreso ad esempio tra 0.1 µm e 3 µm. Gli strati di passivazione sono quindi attaccati in corrispondenza di regioni selettive, per creare trincee di accesso verso l’elettrodo inferiore 6a e verso l’elettrodo superiore 6c. Quindi, si procede con una fase di deposito di materiale conduttivo, quale metallo (es., alluminio oppure oro, eventualmente assieme a strati di barriera e adesione quali Ti, TiN, TiW o Ta, TaN), all’interno delle trincee così create, per contattare elettricamente gli elettrodi 6a, 6b. Una successiva fase di modellamento (“patterning”) consente di formare piste conduttive 33, 35 che consentono di accedere all’elettrodo inferiore 6a e rispettivamente all’elettrodo superiore 6b, per polarizzarli elettricamente durante l’uso. È inoltre possibile formare ulteriori strati di passivazione (es., di SiO2 o SiN, non mostrati) a protezione delle piste conduttive 33, 35. Una o più regioni di contatto elettrico (non illustrate) possono altresì essere formate nel substrato 32 (es., mediante impianto di specie droganti), elettricamente accoppiate alle piste conduttive 33, 35.
Quindi, figura 3B, si esegue una fase di deposizione, sulla fetta 30, di uno strato strutturale 38 di materiale dielettrico o ossido (qui, ad esempio, TEOS), con spessore compreso tra 2 e 5 µm. In particolare, lo strato strutturale 38 copre completamente sia lo strato di passivazione 18 che le piste conduttive 33, 35.
Si esegue quindi una fase di planarizzazione dello strato strutturale 38, per ridurne lo spessore e planarizzarne la superficie. In seguito alla fase di planarizzazione, lo strato strutturale 38 ha ancora spessore tale da coprire completamente sia lo strato di passivazione 18 che le piste conduttive 33, 35, ad esempio compreso tra 0.3µm e 1µm (misurato lungo Z a partire dalla superficie superiore 32a del substrato 32).
Quindi, figura 3C, si esegue una fase di accoppiamento tra fette (“wafer-to-wafer bonding”), per accoppiare meccanicamente lo strato di passivazione 18 della fetta 30 ad una ulteriore fetta 40, includente un substrato 42. Il substrato 42 è, analogamente al substrato 32, di materiale semiconduttore, ad esempio silicio.
I materiali dello strato di passivazione 18 e del substrato 42 sono dunque scelti in modo tale da consentire tale fase di accoppiamento, secondo una qualsiasi delle tecnologie disponibili.
Una fase di trattamento termico (annealing) a temperatura compresa tra 300°C e 400°C perfeziona l’adesione tra il silicio del substrato 42 e l’ossido dello strato 38.
In seguito, figura 3D, il substrato 32 viene assottigliato mediante una operazione di molatura (“grinding”) o altra tecnica atta allo scopo. Il substrato 32 formerà, in seguito alle successive fasi di fabbricazione, la struttura sospesa 2 di figura 1 (il cantilever); pertanto, la fase di assottigliamento di figura 3D è eseguita in modo da raggiungere uno spessore finale (lungo Z) pari allo spessore desiderato o progettato per la struttura sospesa 2 (es., compreso tra 0.5 µm e 100 µm).
Si procede quindi, figura 3E, alla formazione del primo trasduttore 4. Le fasi di fabbricazione del primo trasduttore 4 corrispondono a quelle già descritte per il primo trasduttore 6 con riferimento alla figura 3A e pertanto non verranno qui ulteriormente descritte.
Con riferimento alla figura 3F, il substrato 42 viene attaccato. A seguito di questa fase di attacco, il substrato 42 è selettivamente rimosso in modo tale da formare la prima regione strutturale 10 di figura 1. In altre parole, il substrato 42 è rimosso ad eccezione di una o più porzioni la cui forma è scelta secondo necessità, in particolare al fine di supportare e sostenere la struttura sospesa 2.
Quindi, figura 3G, un attacco selettivo dello strato strutturale 38 consente di liberare la struttura sospesa 2, che è ora libera di muoversi. L’attacco dello strato strutturale 38 è, ad esempio, un attacco umido o “wet” (es., usando HF) nel caso in cui lo strato 38 sia di ossido di silicio). L’attacco procede con una velocità maggiore lungo la direzione Z rispetto alla direzione X. Monitorando il tempo di attacco è quindi possibile arrestare l’attacco quando lo strato strutturale 38 è stato completamente rimosso dalla struttura sospesa 2 laddove questa deve, in uso, deflettersi, e mantenere una porzione dello strato strutturale 38 in corrispondenza della prima regione strutturale 10, formando così la seconda regione strutturale 12 di figura 1.
Si ottiene in questo modo il dispositivo MEMS 1 di figura 1.
Risulta evidente che le fasi di processo descritte con riferimento alle figure 3A-3G possono essere utilizzate per formare, su una stessa fetta, una pluralità di dispositivi MEMS 1; similmente, pur avendo descritto fasi di fabbricazione di un cantilever, analoghe fasi sono implementabili, in modo di per sé evidente, per realizzare una membrana provvista di trasduttori piezoelettrici circolari secondo la figura 2A, o di quattro stack piezoelettrici (quattro trasduttori) secondo la figura 2B.
Seconda forma di realizzazione (fabbricazione)
Si fa riferimento alle figure 4A-4D. I numeri di riferimento utilizzati nelle figure 4A-4D corrispondono a quelli già utilizzati in figura 1, e/o nelle figure 3A-3G, laddove tali numeri di riferimento identificano elementi comuni a quelli di figura 1 e/o delle figure 3A-3G.
Con riferimento alla figura 4A, si eseguono le fasi di fabbricazione già descritte con riferimento alla figura 3A, che quindi non vengono qui ulteriormente discusse. Sono altresì utilizzatigli stessi numeri di riferimento. 0
In seguito, figura 4B una ulteriore fetta 40, includente un substrato 42, viene lavorata mediante fasi di microfabbricazione per formare in esso un recesso 45 avente profondità tale da alloggiare, quando accoppiato alla fetta 30, il secondo trasduttore 6. Si forma così una struttura a cappuccio 46 atta ad essere accoppiata alla fetta 30 lateralmente al secondo trasduttore 6, ed in modo tale per cui il recesso 45 alloggia completamente il secondo trasduttore 6.
Alternativamente, la struttura a cappuccio 46 può essere acquisita da terze parti.
La fetta 40 viene accoppiata alla fetta 30 mediante tecniche note di bonding. Ad esempio, in una forma di realizzazione, sia il substrato 32 della fetta 30 che il substrato 42 della fetta 40 sono di silicio. In questo caso, la fase di bonding è ottenuta formando, in corrispondenza della superficie della fetta 40, uno strato di ossido di silicio 48 (es, mediante ossidazione termica o deposito). Quindi, si esegue un bonding tra lo strato di ossido di silicio 48 così formato e il silicio del substrato 32. Una fase di trattamento termico (annealing) a temperatura compresa tra 300°C e 400°C, consente di stabilizzare l’accoppiamento.
Quindi, figura 4C, il substrato 32 viene assottigliato mediante una operazione di molatura (“grinding”) o altra tecnica atta allo scopo. Il substrato 32 formerà, in seguito alle successive fasi di fabbricazione, la struttura sospesa 2 di figura 1 (il cantilever); pertanto, la fase di assottigliamento di figura 4C è eseguita in modo da raggiungere uno spessore finale (lungo Z) del substrato 32 pari allo spessore desiderato o progettato per la struttura sospesa 2 (es., compreso tra 0.5µm e 200µm).
Quindi, sul substrato 32 assottigliato (in particolare, sulla superficie di quest’ultimo opposta alla superficie che alloggia il secondo trasduttore 6), viene formato il primo trasduttore 4. Anche in questo caso, le fasi di fabbricazione del primo trasduttore 4 sono analoghe a quelle già descritte precedentemente, con riferimento alla figura 3A e pertanto non sono ulteriormente discusse in quanto di per sé evidenti.
In seguito, figura 4D, il cappuccio 46 viene sottoposto ad una fase di lappatura, o molatura, per ridurne lo spessore lungo Z e rendere fluidicamente accessibile il primo trasduttore (il fluido può essere, ad esempio aria).
La fase di figura 4D può essere omessa, oppure il cappuccio 46 può essere forato, in modo da ridurre la contaminazione del secondo trasduttore 6 da parte di particolato, polvere o altri contaminanti presenti nell’ambiente in cui il dispositivo è destinato ad essere impiegato.
Ulteriori fasi di attacco mascherato possono essere eseguite per definire una forma desiderata per la struttura sospesa 2.
La struttura sospesa 2 può essere selettivamente attaccata, per formare un cantilever, oppure mantenuta a forma di membrana sospesa sulle restanti porzioni del cappuccio 46.
Si forma così il dispositivo MEMS 1 di figura 1, o il dispositivo 20’ di figura 2A (a seconda della forma progettata per i trasduttori piezoresistivi 4, 6 e della scelta di formare un cantilever o una membrana); in alternativa, formando la struttura sospesa di tipo a membrana e formando gli altri trasduttori piezoresistivi 24, 26 (in modo di per sé evidente e durante le stesse fasi di fabbricazione dei trasduttori 4 e rispettivamente 6), si forma il dispositivo 20” di figura 2B.
Questa forma di realizzazione ha il vantaggio, rispetto a quella delle figure 3A-3G, di non prevedere una fase di rilascio della struttura sospesa 2 mediante attacco wet (rimozione dello strato 38) e dunque viene aumentata la compatibilità del processo di fabbricazione con altri materiali che potrebbero essere presenti sulla fetta 30 e che potrebbero essere danneggiati da tale attacco wet.
Terza forma di realizzazione (fabbricazione)
Si fa riferimento alle figure 5A-5F. I numeri di riferimento utilizzati nelle figure 5A-5F corrispondono a quelli già utilizzati in figura 1, e/o nelle figure 3A-3G, laddove tali numeri di riferimento identificano elementi comuni a quelli di figura 1 e/o delle figure 3A-3G.
Le figure 5A-5F fanno riferimento alla fabbricazione di un dispositivo MEMS includente una struttura sospesa a membrana, ad esempio utilizzabile come lente per applicazioni autofocus.
Con riferimento alla figura 5A, si dispone una fetta 60 includente: un substrato 62 (es., di materiale semiconduttore quale silicio); ed uno strato intermedio 63 (es., di materiale dielettrico o isolante quale ossido di silicio) che si estende su una superficie superiore 62a del substrato 62. Lo strato intermedio 63 ha spessore, ad esempio, compreso tra 0.1 µm e 1 µm.
Sullo strato intermedio 63 si eseguono fasi di formazione di uno stack piezoelettrico 65 di un trasduttore 66, in modo analogo a quanto descritto con riferimento alla figura 3A ed includente: un elettrodo inferiore 66a, un elettrodo superiore 66b ed uno strato piezoelettrico 66c interposto tra l’elettrodo inferiore 66a e l’elettrodo superiore 66b.
Contestualmente alla formazione dello stack piezoelettrico 65, vengono altresì formate strutture di contatto elettrico 68, 69 per la polarizzazione degli elettrodi superiore 66b ed inferiore 66a; tali strutture di contatto elettrico 68, 69 si estendono lateralmente allo stack piezoelettrico 65. La struttura di contatto elettrico 68 include una piazzola conduttiva formata contestualmente all’elettrodo inferiore 66a, ed elettricamente collegata all’elettrodo inferiore 66a mediante piste conduttive non illustrate in figura. La struttura di contatto elettrico 69 include uno stack analogo allo stack piezoelettrico 65 e formato contestualmente a quest’ultimo. In altre parole, la struttura di contatto elettrico 69 comprende una piazzola conduttiva inferiore 69a formata contestualmente all’elettrodo inferiore 66a, una piazzola conduttiva superiore 69b formata contestualmente all’elettrodo superiore 66b, ed uno strato piezoelettrico 69c intermedio formato contestualmente allo strato piezoelettrico 66c. L’elettrodo superiore 66b del trasduttore 66 è elettricamente accoppiato (in modo non illustrato in figura) alla piazzola conduttiva superiore 69b della struttura di contatto elettrico 69. Si esegue quindi una fase di formazione di uno strato di passivazione 72 (es., di materiale dielettrico o isolante) che copre completamente lo stack piezoelettrico 65 e le strutture di contatto elettrico 68 e 69.
Una contatto elettrico 70 è quindi formato tra la piazzola conduttiva superiore 69b e la piazzola conduttiva inferiore 69a, per collegare elettricamente tra loro le due piazzole conduttive 69a, 69b. La formazione del contatto elettrico 70 include le fasi di aprire, attraverso lo strato di passivazione 72, trincee di accesso verso entrambe le piazzole conduttive 69a, 69b. Per tale collegamento, entrambe le piazzole conduttive 69a, 69b sono, in uso, polarizzate allo stesso potenziale e pertanto lo strato piezoelettrico 69c non viene utilizzato come attuatore.
In seguito, figura 5B, si esegue una fase di deposito di uno strato strutturale 76. Questo strato formerà, come discusso in fasi di fabbricazione successive, una struttura sospesa (analoga alla struttura 2 di figura 2A/2B) attuata dai trasduttori piezoresistivi; in una forma di realizzazione, lo strato strutturale 76 implementa la lente per applicazioni autofocus.
La formazione dello strato strutturale 76 comprende, in una forma di realizzazione, i seguenti passi: deposito di un materiale opportuno all’applicazione specificia, ad esempio BPSG/USG nel caso di fabbricazione di una lente, utilizzando CVD, fino a coprire completamente lo strato di passivazione 72 (es., raggiungendo uno spessore compreso tra 2µm e 22µm); e planarizzazione del materiale così depositato mediante CMP (Chemical-Mechanical Polishing), per ridurne lo spessore e planarizzare la superficie (raggiungendo uno spessore finale compreso tra 1 µm e 20 µm).
Quindi, figura 5C, si esegue una fase di accoppiamento tra fette (“wafer-to-wafer bonding”), per accoppiare meccanicamente lo strato strutturale 76 ad una ulteriore fetta 80, includente un substrato 82. Questa fase corrisponde sostanzialmente a quanto descritto con riferimento alla figura 3C. Il substrato 82 è, ad esempio, di materiale semiconduttore, quale silicio. I materiali dello strato strutturale 76 e del substrato 82 sono scelti in modo tale da consentire tale fase di accoppiamento, secondo una qualsiasi delle tecnologie disponibili. Una fase di trattamento termico (annealing) a temperatura compresa tra 300°C e 400°C perfeziona l’adesione tra il silicio del substrato 82 e l’ossido dello strato 76.
In seguito, figura 5D, il substrato 62 viene completamente rimosso mediante tecnica di “grinding” per lasciare un ridotto spessore di silicio, più e un attacco secco di tipo “etch blanket dry” per rimuovere il silicio rimanente, esponendo così lo strato intermedio 63.
Si procede quindi, figura 5E, alla formazione di un ulteriore trasduttore 74 in corrispondenza della superficie esposta, nella fase di figura 5D, dello strato intermedio 63. Le fasi di fabbricazione del trasduttore 74 corrispondono a quelle già descritte precedentemente, ad esempio per la formazione del primo trasduttore 4 di figura 3A. Le fasi di fabbricazione comprendono anche la formazione di percorsi conduttivi 75, 76 per l’accesso elettrico agli elettrodi superiore e inferiore del trasduttore 74.
Inoltre, sempre con riferimento alla figura 5E, vengono formate vie di accesso elettrico verso le strutture di contatto elettrico 68 e 69, attaccando porzioni selettive dello strato intermedio 63 in corrispondenza delle strutture di contatto elettrico 68 e 69. In particolare, lo strato intermedio 63 viene attaccato per formare un primo percorso di accesso verso la strutture di contatto elettrico 68 ed un secondo percorso di accesso verso la piazzola conduttiva inferiore 69a del contatto elettrico 69. Quindi, si procede con la formazione dei rispettivi percorsi conduttivi 77, 78, ad esempio depositando materiale metallico. Si nota che, poiché la piazzola conduttiva inferiore 69a è elettricamente connessa alla piazzola conduttiva superiore 69b, che a sua volta è elettricamente accoppiata all’elettrodo superiore 66b del trasduttore 66, questa forma di realizzazione consente l’accesso elettrico a tutti gli elettrodi di entrambi i trasduttori 74 e 66 da uno stesso lato del dispositivo.
La formazione dei percorsi di accesso elettrico agli elettrodi del trasduttore 74 e del trasduttore 66 può avvenire contestualmente (ad esempio nel caso in cui il materiale di cui è formato lo strato di passivazione che ricopre il trasduttore 74 sia attaccabile con la stessa chimica di attacco utilizzabile per attaccare lo strato intermedio 63). Analogamente, anche la formazione dei percorsi conduttivi 75, 76, 77, 78 può avvenire contestualmente.
Con riferimento alla figura 5F, il substrato 82 viene selettivamente attaccato, fino a raggiungere lo strato strutturale 76. In questo modo, lo strato strutturale 76 viene esposto e forma una struttura sospesa (del tipo a membrana) come illustrato in figura 2A/2B con il numero di riferimento 2. La maschera di attacco utilizzata in questa fase è scelta e/o progettata in funzione della forma che si desidera dare alla struttura sospesa. In altre parole, il substrato 82 è rimosso ad eccezione di una o più porzioni la cui forma è scelta secondo necessità, in particolare al fine di supportare e sostenere la struttura sospesa.
Fasi di fabbricazione di per sé evidenti possono essere eseguite per formare una pluralità di trasduttori piezoelettrici, ad esempio quattro trasduttori come illustrato in figura 2B, diametralmente opposti rispetto al centro geometrico della membrana formata.
La forma, il numero e la disposizione spaziale delle strutture di contatto elettrico 68, 69 in figura 5F è solo esemplificativa, e tali strutture di contatto elettrico 68, 69 possono essere formate in una regione qualsiasi della fetta o del dispositivo che si sta fabbricando, secondo scelte di progetto che esulano dal contesto della presente invenzione.
La presente invenzione, in tutte le precedenti forme di realizzazione descritte ed illustrate, è applicabile a svariati settori tecnici e per svariate applicazioni.
La figura 6A mostra una vista in pianta di una porzione di un PMUT 100; la figura 6B illustra una vista in sezione del PMUT 100 (la figura 6B è presa lungo la linea di sezione VI-VI in figura 6A).
Il PMUT 100 comprende (utilizzando, ove possibile, i numeri di riferimento di figura 2A per un pronto riscontro) la membrana 22, sostenuta da un corpo solido 8 e opzionalmente provvista di un foro centrale 101, e due trasduttori 4 e 6. Come osservabile dalla figura 6A, sia il trasduttore 4 che il trasduttore 6 hanno forma circolare. Inoltre, il primo ed il secondo trasduttore 4 e 6 non sono speculari tra loro rispetto alla membrana 22. Infatti, per massimizzare al contempo la deformazione della membrana 22 in emissione ed ottimizzare la rilevazione del segnale ricevuto, un aspetto della presente invenzione prevede formare il primo trasduttore 4 in prossimità del centro geometrico della membrana, dove la deformazione è massima; e formare il secondo trasduttore 6 in prossimità della regione di accoppiamento tra la membrana 22 ed il corpo solido 8, per imprimere alla membrana 22 la massima deflessione in emissione.
Inoltre, secondo un ulteriore aspetto della presente invenzione, il primo trasduttore 4 è fabbricato utilizzano AlN come materiale del rispettivo strato piezoelettrico; mentre il secondo trasduttore 6 è fabbricato utilizzano PZT come materiale del rispettivo strato piezoelettrico. Infatti, l’AlN ha il vantaggio di poter essere usato come materiale di sensing molto efficace, mentre il PZT ha il vantaggio di avere una più elevata prestazione in termini di attuazione. È così possibile sfruttare al massimo le peculiarità dei vari materiali.
In uso, quando una corrente/tensione AC viene alimentata agli elettrodi superiore 6b ed inferiore 6a del trasduttore 6, al fine di attivare il piezoelettrico 6c, si genera una deflessione della membrana 22 lungo Z.
Come detto, il PMUT 100 può funzionare sia come trasmettitore che come ricevitore. In qualità di trasmettitore, il campo elettrico tra l’elettrodo superiore 6b e l’elettrodo inferiore 6a genera uno stress trasverso nel piezoelettrico 6c a causa dell’effetto piezoelettrico inverso. Lo stress così generato causa un momento flettente che forza la membrana a deflettersi fuori dal piano XY, generando una variazione di pressione dell’ambiente in cui il PMUT 100 è inserito, che si propaga come onda di pressione nel mezzo considerato. In qualità di ricevitore, un’onda di pressione incidente causa una deflessione della membrana 22 e crea uno stress trasverso che risulta in una variazione di carica elettrica tra l’elettrodo superiore 4b e l’elettrodo inferiore 4a del trasduttore 4, per via dell’effetto piezoelettrico.
Le figure 6A e 6B illustrano esemplificativamente un singolo PMUT 100; tuttavia, al fine di emettere un’onda ultrasonica con specifica direttività e distanza di propagazione, è possibile realizzare un dispositivo emettitore includente una matrice o vettori (in generale “array”) di PMUT 100 organizzati secondo uno specifico pattern, ad esempio un pattern circolare o lineare.
Altre applicazioni sono possibili, ad esempio per la fabbricazione di altoparlanti MEMS, micro-specchi, ecc.
A titolo di esempio, la figura 7 illustra schematicamente (in vista in pianta) un microspecchio 200 ad attuazione piezoelettrica, provvisto di quattro bracci di attuazione 202-205, ciascun braccio essendo provvisto a sua volta di due trasduttori piezoelettrici (opposti tra loro lungo Z) che operano come attuatori per generare una deflessione del rispettivo braccio 202-205.
Ciascun braccio 202-205 ha, in vista in sezione lungo la linea di sezione VII-VII di figura 7, forma a cantilever, corrispondente sostanzialmente alla vista di figura 1, e comprende (utilizzando i numeri di riferimento della figura 1) un rispettivo primo trasduttore 4 ed un rispettivo secondo trasduttore 6 accoppiati a superfici, opposte tra loro lungo Z, di ciascun rispettivo braccio 202-205.
I vantaggi ottenibili dal trovato secondo la presente invenzione, nelle rispettive forme realizzative e secondo i rispettivi metodi di fabbricazione, sono evidenti da quanto precedentemente descritto.
In particolare, la presente invenzione abilita la possibilità di deflettere una struttura sospesa in entrambe le direzioni, in base a quale trasduttore/attuatore è attuato.
Inoltre, è possibile compensare eventuali stress residui derivanti dal processo di fabbricazione della struttura sospesa polarizzando un trasduttore piezoelettrico con una tensione tale da generare una deflessione della struttura sospesa atta a compensare lo stress; l’altro trasduttore può essere attuato per attuare la membrana sospesa secondo quanto previsto dall’applicazione specifica. In questo modo, lo stress intrinseco in stato di riposo della struttura sospesa è efficacemente compensato. Il processo produttivo risulta di conseguenza semplificato.
Scegliendo opportunamente il tipo di materiale piezoelettrico, è altresì possibile sfruttare al meglio le caratteristiche intrinseche di tale materiale, ad esempio come descritto nel caso di figura 6A/6B.
Risulta infine chiaro che al dispositivo descritto ed illustrato possono essere apportate numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell’ambito del concetto inventivo, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Claims (22)

  1. RIVENDICAZIONI 1. Trasduttore (1; 20’; 20”) comprendente: - un corpo di supporto (8); - una struttura sospesa (2; 22), meccanicamente accoppiata al corpo di supporto (8), avente una prima ed una seconda superfice (2a, 2b; 22a, 22b) opposte tra loro lungo un asse (Z), e configurata per oscillare lungo una direzione di oscillazione avente almeno una componente parallela a detto asse (Z); - un primo trasduttore piezoelettrico (4), estendentesi in corrispondenza della prima superficie (2a; 22a) della struttura sospesa (2; 22); e - un secondo trasduttore piezoelettrico (6), estendentesi in corrispondenza della seconda superficie (2b; 22b) della struttura sospesa (2; 22).
  2. 2. Trasduttore secondo la rivendicazione 1, in cui il primo trasduttore piezoelettrico (4) include uno stack formato da un elettrodo superiore (4b), un elettrodo inferiore (4a) ed uno strato piezoelettrico (4c) interposto tra l’elettrodo superiore e l’elettrodo inferiore; e il secondo trasduttore piezoelettrico (6) include un rispettivo stack formato da un rispettivo elettrodo superiore (6b), un rispettivo elettrodo inferiore (6a) ed un rispettivo strato piezoelettrico (6c) interposto tra i rispettivi elettrodi superiore e inferiore, in cui detti strati piezoelettrici (4c, 6c) del primo e del secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono scelti di un materiale nel gruppo: nitruro di alluminio, PZT, PZT drogato Niobio, nitruro di alluminio drogato scandio, KNN, BaTiO3, PZT-Mn.
  3. 3. Trasduttore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il primo e il secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono disposti simmetricamente l’uno all’altro rispetto ad un piano di simmetria parallelo alla prima e alla seconda superficie (2a, 2b) e passante per il centro geometrico di detta struttura sospesa (2; 22).
  4. 4. Trasduttore secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui il primo e il secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono disposti sfalsati l’uno dall’altro rispetto ad un piano di simmetria parallelo alla prima e alla seconda superficie (2a, 2b) e passante per il centro geometrico di detta struttura sospesa (2; 22).
  5. 5. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui almeno uno tra detti primo e secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) è disposto in corrispondenza di una regione di attuazione della struttura sospesa (2; 22) scelta in modo tale per cui l’attuazione di detto uno tra detti primo e secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) massimizza la deflessione di detta struttura sospesa lungo la direzione di oscillazione (2; 22).
  6. 6. Trasduttore secondo la rivendicazione 5, in cui detta struttura sospesa è di tipo a cantilever avente una prima estremità (2”) accoppiata al corpo di supporto (8) ed una seconda estremità (2’) libera di oscillare lungo detta direzione di oscillazione, detta regione di attuazione essendo in prossimità della prima estremità (2”).
  7. 7. Trasduttore secondo la rivendicazione 5, in cui detta struttura sospesa è di tipo a membrana avente una regione di bordo (22’, 22”) vincolata, almeno in parte, al corpo di supporto (8) ed una regione centrale, circondata dalla regione di bordo, libera di oscillare lungo detta direzione di oscillazione, detta regione di attuazione estendendosi in prossimità della regione di bordo (22’, 22”).
  8. 8. Trasduttore secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-4, in cui almeno uno tra detti primo e secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) è disposto in corrispondenza di una regione di rilevamento della struttura sospesa (2; 22) scelta in modo tale per cui, quando la struttura sospesa (2; 22) deflette a causa di una forza esterna a detto trasduttore, detta regione di rilevamento è soggetta ad una deformazione massima.
  9. 9. Trasduttore secondo la rivendicazione 8, in cui detta struttura sospesa è di tipo a cantilever avente una prima estremità (2”) accoppiata al corpo di supporto (8) ed una seconda estremità (2’) libera di oscillare lungo detta direzione di oscillazione, detta regione di rilevamento essendo in prossimità della seconda estremità (2’).
  10. 10. Trasduttore secondo le rivendicazioni 4 e 8, in cui detta struttura sospesa è di tipo a membrana avente una regione di bordo (22’, 22”) vincolata, almeno in parte, al corpo di supporto (8) ed una regione centrale, circondata dalla regione di bordo, libera di oscillare lungo detta direzione di oscillazione, in cui l’uno tra detti primo e secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) che è disposto in corrispondenza della regione di rilevamento è disposto ad una distanza dalla regione di bordo (22’, 22”) che è maggiore rispetto alla distanza dalla regione di bordo (22’, 22”) a cui è disposto l’altro tra detti primo e secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6).
  11. 11. Dispositivo MEMS (100; 200) includente almeno un trasduttore (1; 20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10.
  12. 12. Dispositivo MEMS (100; 200), essendo uno tra: un PMUT, un microspecchio, un microfono, un altoparlante, testina stampanti, micro-pompe.
  13. 13. Metodo di fabbricazione di un trasduttore (1; 20’; 20”) comprendente le fasi di: - formare, su un corpo di supporto (8), una struttura sospesa (2; 22) avente una prima ed una seconda superfice (2a, 2b; 22a, 22b) opposte tra loro lungo un asse (Z), e configurata per oscillare lungo una direzione di oscillazione avente almeno una componente parallela a detto asse (Z); - formare, in corrispondenza della prima superficie (2a; 22a) della struttura sospesa (2; 22), un primo trasduttore piezoelettrico (4); e - formare, in corrispondenza della seconda superficie (2b; 22b) della struttura sospesa (2; 22), un secondo trasduttore piezoelettrico (6).
  14. 14. Metodo secondo la rivendicazione 13, in cui la fase di formare il primo trasduttore piezoelettrico (4) comprende formare uno stack includente un elettrodo superiore (4b), un elettrodo inferiore (4a) ed uno strato piezoelettrico (4c) interposto tra l’elettrodo superiore e l’elettrodo inferiore; e formare il secondo trasduttore piezoelettrico (6) comprende formare un rispettivo stack includente un rispettivo elettrodo superiore (6b), un rispettivo elettrodo inferiore (6a) ed un rispettivo strato piezoelettrico (6c) interposto tra i rispettivi elettrodi superiore e inferiore, in cui detti strati piezoelettrici (4c, 6c) del primo e del secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono scelti di un materiale nel gruppo: nitruro di alluminio, PZT, PZT drogato Niobio, nitruro di alluminio drogato scandio, KNN, BaTiO3, PZT-Mn.
  15. 15. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui il primo e il secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono formati in modo simmetrico l’uno all’altro rispetto ad un piano di simmetria parallelo alla prima e alla seconda superficie (2a, 2b) e passante per il centro geometrico di detta struttura sospesa (2; 22).
  16. 16. Metodo secondo la rivendicazione 13 o 14, in cui il primo e il secondo trasduttore piezoelettrico (4, 6) sono formati sfalsati l’uno dall’altro rispetto ad un piano di simmetria parallelo alla prima e alla seconda superficie (2a, 2b) e passante per il centro geometrico di detta struttura sospesa (2; 22).
  17. 17. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-16, in cui la fase di formare detta struttura sospesa comprende: - formare il secondo trasduttore piezoelettrico (6) su un primo strato strutturale (32); - formare un secondo strato strutturale (38) sul primo strato strutturale e sul secondo trasduttore piezoelettrico (6); - accoppiare un terzo strato strutturale (42) al secondo strato strutturale (38) formando così il corpo di supporto (8); - ridurre uno spessore, lungo detto asse (Z), del primo strato strutturale (32), formando una struttura intermedia vincolata al secondo strato strutturale (38); - rimuovere porzioni selettive del terzo strato strutturale (42), formando una apertura attraverso cui è esposta una regione superficiale del secondo strato strutturale (38); - rimuovere porzioni del secondo strato strutturale (38) esposte attraverso detta apertura, rilasciando detta struttura intermedia e formando così la struttura sospesa.
  18. 18. Metodo secondo la rivendicazione 17, in cui la fase di formare il primo trasduttore piezoelettrico (4) è eseguita dopo la fase di ridurre lo spessore del primo strato strutturale (32), detta prima superficie (2a) essendo la superficie della struttura intermedia dopo detta fase di riduzione dello spessore.
  19. 19. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 13-16, in cui la fase di formare detta struttura sospesa comprende: - formare il secondo trasduttore piezoelettrico (6) su un primo strato strutturale (32); - accoppiare una struttura a cappuccio (46), avente una cavità, al primo strato strutturale, in modo tale per cui detta cavità contiene detto secondo trasduttore piezoelettrico (6); e - ridurre uno spessore, lungo detto asse (Z), del primo strato strutturale (32), formando detta struttura sospesa (2; 22).
  20. 20. Metodo secondo la rivendicazione 19, in cui la fase di formare il primo trasduttore piezoelettrico (4) è eseguita dopo la fase di ridurre lo spessore del primo strato strutturale (32), detta prima superficie (2a) essendo la superficie della struttura sospesa dopo detta fase di riduzione dello spessore.
  21. 21. Metodo secondo la rivendicazione 14, o una qualsiasi delle rivendicazioni 15-16 quando dipendente dalla rivendicazione 14, in cui la fase di formare detta struttura sospesa comprende: - disporre un primo corpo strutturale (60) includente uno strato isolante (64) che si estende su un corpo semiconduttore (62); - formare il secondo trasduttore piezoelettrico (6; 66) sullo strato isolante (64); - formare una prima struttura di contatto elettrico (68) sullo strato isolante (64), elettricamente collegata all’elettrodo inferiore (66a) del secondo trasduttore piezoelettrico (66); - formare una seconda struttura di contatto elettrico (69) sullo strato isolante (64), elettricamente collegata all’elettrodo superiore (66b) del secondo trasduttore piezoelettrico (66); - formare uno strato strutturale (76) sullo strato isolante (64) e sul secondo trasduttore piezoelettrico (66); - accoppiare un secondo corpo strutturale (80) allo strato strutturale (76); - rimuovere completamente detto corpo semiconduttore (62), esponendo detto strato isolante (64); - rimuovere porzioni selettive dello strato isolante (64) in corrispondenza della prima e della seconda struttura di contatto elettrico (68, 69), formando aperture passanti attraverso cui sono esposte regioni della prima e della seconda struttura di contatto elettrico (68, 69); - formare, in dette aperture passanti, percorsi conduttivi atti a contattare elettricamente le regioni esposte della prima e della seconda struttura di contatto elettrico (68, 69); - rimuovere porzioni selettive del secondo corpo strutturale (80), sospendendo così corrispondenti porzioni dello strato strutturale (76) e formando detta struttura sospesa.
  22. 22. Metodo secondo la rivendicazione 21, in cui la fase di formare il primo trasduttore piezoelettrico (4; 74) è eseguita dopo la fase di rimuovere completamente il corpo semiconduttore (62), detta prima superficie (2a) essendo la superficie esposta dello strato isolante (64).
IT102019000019058A 2019-10-16 2019-10-16 Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore IT201900019058A1 (it)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000019058A IT201900019058A1 (it) 2019-10-16 2019-10-16 Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore
EP20200134.3A EP3809476A1 (en) 2019-10-16 2020-10-05 Transducer with improved piezoelectric arrangement, mems device comprising the transducer, and methods for manufacturing the transducer
US17/070,548 US11839159B2 (en) 2019-10-16 2020-10-14 Transducer with improved piezoelectric arrangement, mems device comprising the transducer, and methods for manufacturing the transducer
CN202011112281.1A CN112672260B (zh) 2019-10-16 2020-10-16 换能器、包括换能器的mems设备及用于制造换能器的方法
CN202022312262.5U CN214154836U (zh) 2019-10-16 2020-10-16 换能器和mems设备
US18/498,737 US20240065106A1 (en) 2019-10-16 2023-10-31 Transducer with improved piezoelectric arrangement, mems device comprising the transducer, and methods for manufacturing the transducer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IT102019000019058A IT201900019058A1 (it) 2019-10-16 2019-10-16 Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore

Publications (1)

Publication Number Publication Date
IT201900019058A1 true IT201900019058A1 (it) 2021-04-16

Family

ID=69469164

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
IT102019000019058A IT201900019058A1 (it) 2019-10-16 2019-10-16 Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore

Country Status (4)

Country Link
US (2) US11839159B2 (it)
EP (1) EP3809476A1 (it)
CN (2) CN112672260B (it)
IT (1) IT201900019058A1 (it)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT201900019058A1 (it) * 2019-10-16 2021-04-16 St Microelectronics Srl Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore
US11848402B2 (en) * 2020-03-11 2023-12-19 Lumileds Llc Light emitting diode devices with multilayer composite film including current spreading layer
IT202000015073A1 (it) * 2020-06-23 2021-12-23 St Microelectronics Srl Trasduttore microelettromeccanico a membrana con smorzatore attivo
US20220408185A1 (en) * 2021-06-17 2022-12-22 Skyworks Solutions, Inc. Acoustic devices with feedback control of acoustic resistance
WO2022266783A1 (zh) * 2021-06-21 2022-12-29 天津大学 压电mems执行器及其形成方法和运行方法
US20230009789A1 (en) * 2021-07-12 2023-01-12 Robert Bosch Gmbh Ultrasound transducer with distributed cantilevers
US20230011826A1 (en) * 2021-07-12 2023-01-12 Robert Bosch Gmbh Ultrasound transducer with distributed cantilevers
US11899143B2 (en) 2021-07-12 2024-02-13 Robert Bosch Gmbh Ultrasound sensor array for parking assist systems
DE102021211857A1 (de) * 2021-10-21 2023-04-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanikelement für einen mikroelektromechanischen Wandler, Verfahren zum Herstellen eines Mikromechanikelements, Verfahren zum Betreiben eines Mikromechanikelements, Vorrichtung und mikroelektromechanischer Wandler
CN114466282B (zh) * 2022-01-24 2022-11-25 武汉大学 一种声学换能器及声学装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007036612A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Tdk Corp 圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータ
DE102013009715A1 (de) * 2013-05-08 2014-11-13 Intransid Gmbh Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie
JP2017130701A (ja) * 2017-05-02 2017-07-27 富士フイルム株式会社 圧電体素子の製造方法
US20180123017A1 (en) * 2015-06-30 2018-05-03 Fujifilm Corporation Laminate structure, piezoelectric element, and method of manufacturing piezoelectric element

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6713942B2 (en) * 2001-05-23 2004-03-30 Purdue Research Foundation Piezoelectric device with feedback sensor
US20090026881A1 (en) * 2007-07-26 2009-01-29 Hakan Erturk Piezoelectric fan, method of cooling a microelectronic device using same, and system containing same
US7804742B2 (en) 2008-01-29 2010-09-28 Hyde Park Electronics Llc Ultrasonic transducer for a proximity sensor
US10170685B2 (en) * 2008-06-30 2019-01-01 The Regents Of The University Of Michigan Piezoelectric MEMS microphone
CN104602170B (zh) 2008-06-30 2019-08-13 密歇根大学董事会 压电mems麦克风
JP5556968B2 (ja) * 2011-09-06 2014-07-23 株式会社村田製作所 圧電アクチュエータ
DE102017200108A1 (de) 2017-01-05 2018-07-05 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Schallwandleranordnung und ein entsprechendes Herstellungsverfahren
IT201900019058A1 (it) 2019-10-16 2021-04-16 St Microelectronics Srl Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007036612A (ja) * 2005-07-26 2007-02-08 Tdk Corp 圧電薄膜振動子およびその製造方法、並びにそれを用いた駆動装置および圧電モータ
DE102013009715A1 (de) * 2013-05-08 2014-11-13 Intransid Gmbh Einrichtung zur Gewinnung elektrischer Energie
US20180123017A1 (en) * 2015-06-30 2018-05-03 Fujifilm Corporation Laminate structure, piezoelectric element, and method of manufacturing piezoelectric element
JP2017130701A (ja) * 2017-05-02 2017-07-27 富士フイルム株式会社 圧電体素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11839159B2 (en) 2023-12-05
CN112672260B (zh) 2023-04-18
US20240065106A1 (en) 2024-02-22
CN214154836U (zh) 2021-09-07
CN112672260A (zh) 2021-04-16
EP3809476A1 (en) 2021-04-21
US20210119105A1 (en) 2021-04-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
IT201900019058A1 (it) Trasduttore con disposizione piezoelettrica migliorata, dispositivo mems comprendente il trasduttore, e metodi di fabbricazione del trasduttore
US8631711B2 (en) MEMS composite transducer including compliant membrane
US11350218B2 (en) Piezoelectric microelectromechanical acoustic transducer having improved characteristics and corresponding manufacturing process
CN107812691B (zh) 压电超声换能器及其制备方法
IT201800004758A1 (it) Trasduttore acustico mems piezoelettrico e relativo procedimento di fabbricazione
JPWO2016175013A1 (ja) 圧電デバイス、圧電トランスおよび圧電デバイスの製造方法
CN110099344B (zh) 一种mems结构
US10536760B2 (en) Microelectromechanical system
US20200371376A1 (en) Piezoelectric mems actuator for compensating unwanted movements and manufacturing process thereof
US9318687B2 (en) Piezoelectric element, piezoelectric device, ink-jet head, and ink-jet printer
US11696507B2 (en) Piezoelectric MEMS device with a suspended membrane having high mechanical shock resistance and manufacturing process thereof
US20130162106A1 (en) Vibration power generation element and vibration power generation device including same
US20180190895A1 (en) Piezoelectric micro-electro-mechanical actuator device, movable in the plane
US20230370783A1 (en) Mems device with enhanced membrane structure and method of forming the same
US11631800B2 (en) Piezoelectric MEMS devices and methods of forming thereof
WO2012145278A2 (en) Mems composite transducer including compliant membrane
KR101526254B1 (ko) 진동 발전 디바이스 및 그 제조 방법
JP2010147285A (ja) Mems、振動ジャイロスコープおよびmemsの製造方法
US11600765B2 (en) Piezoelectric actuator having a deformation sensor and fabrication method thereof
CN211656381U (zh) 一种mems结构
CN112850636A (zh) 机械微系统以及相关制造方法
US10265956B2 (en) Liquid ejection head and method of manufacturing liquid ejection head
CN111405442A (zh) 一种mems结构
US11818957B2 (en) Piezoelectrically actuated MEMS optical device having a protected chamber and manufacturing process thereof
JP2009276176A (ja) Memsおよびmems製造方法