IT202100009635A1 - Dispositivo mems con struttura orientabile e controllo migliorato - Google Patents

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piezoelectric
rotation
mems device
axis
displacement sensor
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IT102021000009635A
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Inventor
Roberto Carminati
Nicolo' Boni
Andrea Barbieri
Marco Zamprogno
Luca Molinari
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St Microelectronics Srl
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Description

DESCRIZIONE
del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?DISPOSITIVO MEMS CON STRUTTURA ORIENTABILE E CONTROLLO MIGLIORATO?
La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo MEMS con struttura orientabile e controllo migliorato. In particolare, la presente invenzione ? relativa ad un dispositivo MEMS, un apparecchio elettronico comprendente il dispositivo MEMS e un metodo di utilizzo del dispositivo MEMS e, in maggior dettaglio, ad un microspecchio avente la struttura orientabile comandata piezoelettricamente, comprendente sensori piezoelettrici configurati per rilevare segnali di rilevamento in opposizione di fase fra loro e acquisiti in modo differenziale.
Sono noti dispositivi MEMS aventi una struttura a specchio realizzata con la tecnologia dei materiali semiconduttori.
Tali dispositivi micro-elettro-meccanici (MEMS) vengono ad esempio utilizzati in apparecchi portatili, quali computer portatili, laptop, notebook (compresi i notebook ultra-sottili), PDA, tablet, telefoni cellulari smartphone, per applicazioni ottiche, in particolare per indirizzare con modalit? desiderate fasci di radiazioni luminose generati da una sorgente di luce in applicazioni di visualizzazione su schermo o di tipo LIDAR.
Grazie alle ridotte dimensioni, tali dispositivi consentono di rispettare requisiti stringenti per quanto riguarda l?occupazione di spazio, sia relativamente all'area sia allo spessore.
Ad esempio, dispositivi micro-elettro-meccanici a specchio vengono utilizzati in moduli proiettori miniaturizzati (cosiddetti picoproiettori), in grado di proiettare a distanza immagini o di generare pattern di luce desiderati.
I dispositivi micro-elettro-meccanici a specchio includono generalmente un elemento a specchio sospeso su una cavit? e realizzato a partire da un corpo di materiale semiconduttore in modo tale da risultare mobile, tipicamente con movimento di inclinazione o rotazione, per indirizzare in maniera desiderata il fascio luminoso incidente. Generalmente, l?elemento a specchio ? controllato e fatto ruotare tramite attuatori di tipo piezoelettrico o capacitivo.
Al fine di consentire un migliore controllo dell?elemento a specchio e, conseguentemente, del fascio luminoso da esso indirizzato, ? noto accoppiare all?elemento a specchio uno o pi? sensori configurati per rilevare la posizione dell?elemento a specchio. Questo permette, ad esempio, di controllare in modalit? ?closed-loop? l?elemento a specchio, azionando gli attuatori in funzione della posizione rilevata dell?elemento a specchio. Di conseguenza, l?utilizzo dei sensori permette un pi? accurato controllo della posizione dell?elemento a specchio.
A tale scopo, ? noto l?utilizzo di sensori piezoresistivi o di un sensore piezoelettrico con lettura ?single-ended?.
In particolare, i sensori piezoresistivi comprendono elementi sensibili di materiale semiconduttore (es., silicio) la cui resistenza elettrica ? funzione di una deformazione meccanica di tali elementi sensibili. Di conseguenza, quando gli attuatori generano un movimento dell?elemento a specchio, essi causano anche la deformazione meccanica degli elementi sensibili che viene rilevata come variazione di tensione/corrente ai capi degli elementi sensibili. Tuttavia, i sensori piezoresistivi presentano ridotte sensibilit? di misura (es., inferiori a circa 3 mV/deg), richiedono fasi aggiuntive di fabbricazione e quindi maggiori costi e tempi di produzione, e sono fortemente dipendenti dalle variazioni di temperatura (es., -0.25%/?C). A causa di ci?, l?utilizzo dei sensori piezoresistivi richiede complesse procedure di calibrazione per bilanciare gli effetti termici a cui tali sensori possono esser soggetti, e in generale fa s? che l?accuratezza di misura sia limitata.
Invece, il sensore piezoelettrico comprende un rispettivo elemento sensibile di materiale isolante (es., zirconato-titanato di piombo, PZT, o nitruro di alluminio, AlN) che si polarizza, generando dunque una differenza di potenziale ai propri capi, quando sottoposto ad una deformazione meccanica generata dagli attuatori per controllare l?elemento a specchio. Le soluzioni note comprendono la lettura di questa differenza di potenziale in modalit? ?single-ended?, cio? amplificando la differenza di potenziale, convertendola in un rispettivo segnale digitale tramite un convertitore ADC e utilizzando questo segnale digitale per determinare la posizione dell?elemento a specchio e/o per controllarne la posizione in ?closed-loop?. Tuttavia, il segnale digitale cos? ottenuto ? sensibile a modi meccanici del dispositivo MEMS ed ? dipendente da disturbi elettrici e rumore di misura, e quindi questo tipo di rilevamento presenta un ridotto rapporto segnale-rumore.
Scopo della presente invenzione ? fornire un dispositivo MEMS, un apparecchio elettronico comprendente il dispositivo MEMS e un metodo di utilizzo del dispositivo MEMS, che superino gli inconvenienti dell?arte nota.
Secondo la presente invenzione vengono realizzati un dispositivo MEMS, un apparecchio elettronico comprendente il dispositivo MEMS e un metodo di utilizzo del dispositivo MEMS, come definiti nelle rivendicazioni annesse.
Per una migliore comprensione della presente invenzione viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:
- la figura 1 rappresenta schematicamente una vista in sezione laterale con parti sospese di un dispositivo MEMS dotato di una struttura orientabile;
- le figure 2-4 sono viste dall?alto di rispettive forme di realizzazione del dispositivo MEMS di figura 1;
- la figura 5 ? un diagramma a blocchi che mostra schematicamente un apparecchio elettronico comprendente il dispositivo MEMS di figura 1; e
- la figura 6 ? un circuito elettrico che mostra schematicamente un circuito di acquisizione differenziale dell?apparecchio elettronico di figura 5.
Elementi comuni alle diverse forme di realizzazione della presente invenzione, descritte nel seguito, sono indicati con gli stessi numeri di riferimento.
La figura 1 mostra schematicamente, in vista in sezione laterale in un sistema di riferimento cartesiano (triassiale) di assi X, Y, Z, un dispositivo MEMS 20, in particolare un dispositivo di specchio.
Il dispositivo MEMS 20 ? formato in un corpo semiconduttore 21. Ad esempio, il corpo semiconduttore 21 pu? essere una piastrina (?die?) di materiale semiconduttore, in particolare silicio mono- o policristallino, oppure un doppio strato strutturale, ad esempio formato da una fetta SOI (Silicon On Insulator).
Il dispositivo MEMS 20 ? dotato di una struttura orientabile 22, avente estensione principale in un piano orizzontale XY, definito dagli assi X e Y, e disposta in modo da ruotare intorno ad un asse di rotazione A, parallelo all?asse X.
L'asse di rotazione A rappresenta anche un primo asse mediano di simmetria per il dispositivo MEMS 20, indicato quindi anch'esso con A; un secondo asse mediano di simmetria C per il dispositivo MEMS 20 ? parallelo all?asse Y e passante per un centro O della struttura orientabile 22.
La struttura orientabile 22 ? sospesa al di sopra di una cavit? 23 realizzata nel corpo semiconduttore 21 da una struttura fissa 24 del corpo semiconduttore 21. La struttura orientabile 22 porta superiormente una superficie riflettente 22? in modo da definire una struttura di specchio. La superficie riflettente 22? ? di un materiale opportuno, ad esempio alluminio, oppure oro, a seconda che la proiezione sia nel visibile o nell?infrarosso.
La struttura orientabile 22 ? accoppiata elasticamente ad una struttura di ancoraggio, qui formata da una porzione a telaio 24' della struttura fissa 24, mediante una struttura di supporto comprendente un primo e un secondo braccio di supporto, non mostrati nella figura 1 perch? estendentisi longitudinalmente lungo il primo asse mediano di simmetria A, al di sopra della cavit? 23, fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la struttura orientabile 22, da parti opposte di questa. I bracci di supporto sono fra loro uguali e disposti simmetricamente rispetto al secondo asse mediano di simmetria C.
Il dispositivo MEMS 20 comprende inoltre una pluralit? di strutture di attuazione 30 che, come mostrato in maggior dettaglio in figura 2, si estendono fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la struttura di supporto, su lati di quest?ultima opposti fra loro lungo l?asse Y e ai quali le rispettive strutture di attuazione 30 sono affacciate. In particolare, le strutture di attuazione 30 hanno struttura simmetrica rispetto al primo asse mediano di simmetria A.
Le strutture di attuazione 30 sono sospese al di sopra della cavit? 23 e portano, in corrispondenza di loro superfici superiori 30? (non rivolte verso la cavit? 23) rispettivi elementi attuatori piezoelettrici, non mostrati in figura 1 e controllabili elettricamente per causare una deformazione meccanica delle strutture di attuazione che induce una torsione dei bracci di supporto attorno al primo asse mediano di simmetria A e, dunque, uno spostamento della struttura di specchio (in dettaglio, una rotazione della struttura orientabile 22 attorno al primo asse mediano di simmetria A). Inoltre, il dispositivo MEMS 20 comprende una pluralit? di sensori di spostamento (indicati in figura 1 con i riferimenti 41A1 e 41A2, come meglio descritto nel seguito) di tipo piezoelettrico che sono galvanicamente isolati rispetto agli elementi attuatori piezoelettrici, sono portati dalle strutture di attuazione 30 in modo simmetrico rispetto al primo asse mediano di simmetria A (in particolare si estendono sulle superfici superiori 30? delle strutture di attuazione 30), e sono sospesi sulla cavit? 23.
In dettaglio, ciascun sensore di spostamento comprende un rispettivo strato piezoelettrico 42a (in dettaglio, di materiale piezoelettrico, e in maggior dettaglio di materiale isolante e piezoelettrico quale PZT o AlN) interposto, lungo l?asse Z (cio? ortogonalmente alla superficie superiore 30? della rispettiva struttura di attuazione 30 su cui il sensore di spostamento ? disposto), tra un rispettivo elettrodo superiore 42b e un rispettivo elettrodo inferiore 42c, quest?ultimo essendo a contatto con la superficie superiore 30? della rispettiva struttura di attuazione 30 su cui il sensore di spostamento ? disposto. In altre parole, per ciascun sensore di spostamento, lo strato piezoelettrico 42a presenta una prima e una seconda superficie opposte fra loro lungo l?asse Z, dove l?elettrodo superiore 42b ? a contatto con la prima superficie e l?elettrodo inferiore 42c ? a contatto con la seconda superficie. Ciascun sensore di spostamento forma dunque un rispettivo condensatore, dove l?elettrodo superiore 42b e l?elettrodo inferiore 42c (ad esempio entrambi di materiale metallico quale platino) sono armature o piastre del condensatore. In uso, per ciascun sensore di spostamento, la deformazione meccanica delle strutture di attuazione 30 causata dagli elementi attuatori piezoelettrici genera una corrispondente deformazione meccanica nei sensori di spostamento e dunque, per effetto piezoelettrico diretto, si genera un accumulo di cariche di segno opposto in corrispondenza della prima e della seconda superficie dello strato piezoelettrico 42a (in particolare, cariche positive all?interfaccia con l?elettrodo inferiore/superiore dove il reticolo cristallino subisce compressione e cariche negative all?interfaccia con l?elettrodo superiore/inferiore dove il reticolo cristallino subisce dilatazione), e quindi una differenza di potenziale fra l?elettrodo superiore 42b e l?elettrodo inferiore 42c. Di conseguenza, ciascun sensore di spostamento genera un rispettivo segnale di rilevamento (cio? tale differenza di potenziale) che ? correlato alla rotazione della struttura orientabile 22 intorno all'asse di rotazione A e che viene fornito all?esterno del dispositivo MEMS 20, come meglio discusso nel seguito con riferimento alla figura 5.
In maggior dettaglio, il dispositivo MEMS 20 comprende almeno un primo sensore di spostamento 41A1 e un secondo sensore di spostamento 41A2 disposti sulle strutture di attuazione 30, da parti opposte fra loro del primo asse mediano di simmetria A. Poich? il primo e il secondo sensore di spostamento 41A1, 41A2 sono disposti simmetricamente rispetto al primo asse mediano di simmetria A, essi sono soggetti a movimenti di deformazione lungo l?asse Z opposti fra loro: ad esempio, se la prima superficie dello strato piezoelettrico 42a del primo sensore di spostamento 41A1 subisce compressione del reticolo cristallino e la seconda superficie dello strato piezoelettrico 42a del primo sensore di spostamento 41A1 subisce dilatazione del reticolo cristallino, allora la prima superficie dello strato piezoelettrico 42a del secondo sensore di spostamento 41A2 subisce dilatazione del reticolo cristallino e la seconda superficie dello strato piezoelettrico 42a del secondo sensore di spostamento 41A2 subisce compressione del reticolo cristallino. Di conseguenza, l?accumulo di cariche sulle prime e seconde superfici dello strato piezoelettrico 42a ? opposto per il primo e il secondo sensore di spostamento 41A1, 41A2, e i rispettivi segnali di rilevamento da essi generati sono in opposizione di fase (controfase) fra loro e possono esser acquisiti in modo differenziale, come meglio descritto nel seguito con riferimento alla figura 6.
In alternativa a quanto precedentemente discusso, come mostrato ad esempio in figura 3, le strutture di attuazione 30 possono estendersi fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la struttura orientabile 22, in modo da esser affacciate a detti lati della struttura di supporto opposti fra loro lungo l?asse Y. In particolare, le strutture di attuazione 30 hanno struttura simmetrica rispetto al primo asse mediano di simmetria A e al secondo asse mediano di simmetria C. In questo caso dunque, le strutture di attuazione 30 sono direttamente accoppiate alla struttura orientabile 22, e non sono invece direttamente accoppiate alla struttura di supporto.
La figura 2 mostra schematicamente il dispositivo MEMS 20, secondo una forma di realizzazione analoga a quella mostrata in figura 1 e in cui il dispositivo MEMS 20 ? progettato per operare in regime dinamico (cio? in risonanza, a frequenze di rotazione della struttura orientabile 22 superiori a 10 kHz).
Il dispositivo MEMS 20 ? formato nel corpo semiconduttore 21 ed ? dotato della struttura orientabile 22.
La struttura orientabile 22 ? sospesa al di sopra della cavit? 23 e porta superiormente la superficie riflettente 22? che ha, nella forma di realizzazione illustrata, una forma genericamente circolare nel piano XY (sebbene altre forme siano possibili, da una forma ellittica ad una forma poligonale, ad esempio quadrata o rettangolare).
La struttura orientabile 22 ? accoppiata elasticamente alla porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 mediante la struttura di supporto comprendente il primo e il secondo braccio di supporto, indicati in figura 2 con i riferimenti 25A, 25B. I bracci di supporto 25A, 25B si estendono longitudinalmente lungo il primo asse mediano di simmetria A, al di sopra della cavit? 23, fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la struttura orientabile 22, da parti opposte di questa. I bracci di supporto 25A, 25B sono fra loro uguali e disposti simmetricamente rispetto al secondo asse mediano di simmetria C.
In dettaglio, il primo braccio di supporto 25A ha una prima estremit? 25A' accoppiata rigidamente alla struttura orientabile 22 e una seconda estremit? 25A? accoppiata rigidamente alla porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e comprende una prima ed una seconda molla torsionale 27A, 28A. La prima e la seconda molla torsionale 27A, 28A hanno forma lineare, si estendono in prosecuzione fra loro lungo il primo asse mediano di simmetria A fra un primo lato della struttura orientabile 22 ed un primo lato della porzione a telaio 24' della struttura fissa 24.
Il secondo braccio di supporto 25B ha una prima estremit? 25B' accoppiata rigidamente alla struttura orientabile 22 e una seconda estremit? 25B? accoppiata rigidamente alla porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e comprende una terza e una quarta molla torsionale 27B, 28B. La terza e la quarta molla torsionale 27B, 28B si estendono in prosecuzione fra loro lungo il primo asse mediano di simmetria A fra un secondo lato, opposto al primo, della struttura orientabile 22 ed un secondo lato, opposto al primo, della porzione a telaio 24' della struttura fissa 24.
In dettaglio, le molle torsionali 27A, 27B, 28A, 28B presentano ciascuna forma di trave lineare rigida per movimenti fuori dal piano XY e cedevole alla torsione intorno al primo asse mediano di simmetria A.
Nel primo braccio di supporto 25A, la prima e la seconda molla torsionale 27A, 28A sono collegate fra loro in corrispondenza di una prima struttura di vincolo 29A, rigida; nel secondo braccio di supporto 25B, la terza e la quarta molla torsionale 27B, 28B sono collegate fra loro in corrispondenza di una seconda struttura di vincolo 29B, rigida.
Il dispositivo MEMS 20 comprende inoltre la pluralit? di strutture di attuazione 30 di tipo risonante, e in particolare almeno una prima e una seconda struttura di attuazione 30A1 e 30A2, estendentisi fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la prima struttura di vincolo 29A, su un primo e, rispettivamente un secondo lato del primo braccio di supporto 25A, e hanno struttura simmetrica rispetto al primo asse mediano di simmetria A. In dettaglio, la prima struttura di attuazione 30A1 ? accoppiata alla prima struttura di vincolo 29A tramite una regione di accoppiamento 35A1 della prima struttura di attuazione 30A1, che si estende lungo una direzione di estensione principale trasversale rispetto ad una direzione di estensione principale della restante porzione della prima struttura di attuazione 30A1; analogamente, la seconda struttura di attuazione 30A2 ? accoppiata alla prima struttura di vincolo 29A tramite una regione di accoppiamento 35A2 della seconda struttura di attuazione 30A2, che si estende lungo una rispettiva direzione di estensione principale trasversale rispetto ad una direzione di estensione principale della restante porzione della seconda struttura di attuazione 30A2.
La pluralit? di strutture di attuazione 30 comprende inoltre una terza e una quarta struttura di attuazione 30B1 e 30B2, estendentisi fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la seconda struttura di vincolo 29B, su un primo e, rispettivamente un secondo lato del secondo braccio di supporto 25B. La terza e la quarta struttura di attuazione 30B1 e 30B2 hanno struttura simmetrica fra loro rispetto al primo asse mediano di simmetria A. In dettaglio, la terza struttura di attuazione 30B1 ? accoppiata alla seconda struttura di vincolo 29B tramite una regione di accoppiamento 35B1 della terza struttura di attuazione 30B1, che si estende lungo una rispettiva direzione di estensione principale trasversale rispetto ad una direzione di estensione principale della restante porzione della terza struttura di attuazione 30B1; analogamente, la quarta struttura di attuazione 30B2 ? accoppiata alla seconda struttura di vincolo 29B tramite una regione di accoppiamento 35B2 della quarta struttura di attuazione 30B2 che si estende lungo una rispettiva direzione di estensione principale trasversale rispetto ad una direzione di estensione principale della restante porzione della quarta struttura di attuazione 30B2.
Le strutture di attuazione 30A1, 30A2, 30B1 e 30B2 sono sospese al di sopra della cavit? 23 e portano, in corrispondenza delle loro superfici superiori 30?, i rispettivi elementi attuatori piezoelettrici, indicati in figura 2 con i riferimenti 38A1, 38A2, 38B1, 38B2. In particolare, gli elementi attuatori piezoelettrici 38A1, 38A2, 38B1, 38B2 sono basati sull?effetto piezoelettrico inverso e presentano struttura analoga ai sensori di spostamento (dunque ciascuno di essi comprende, in modo non mostrato in figura 2, il rispettivo strato piezoelettrico 42a, il rispettivo elettrodo superiore 42b e il rispettivo elettrodo inferiore 42c), e dunque non vengono qui descritti ulteriormente.
Inoltre, il dispositivo MEMS 20 comprende la pluralit? di sensori di spostamento, e in particolare comprende il primo e il secondo sensore di spostamento 41A1 e 41A2. Il primo e il secondo sensore di spostamento 41A1 e 41A2 si estendono ad esempio sulla prima e, rispettivamente, sulla seconda struttura di attuazione 30A1, 30A2 (in alternativa e in modo non mostrato, si estendono sulla terza e, rispettivamente, sulla quarta struttura di attuazione 30B1, 30B2), in particolare sulle loro superfici superiori 30?. Ad esempio, il primo e il secondo sensore di spostamento 41A1 e 41A2 si estendono in corrispondenza della porzione a telaio 24? della struttura fissa 24.
Opzionalmente, la pluralit? di sensori di spostamento comprende inoltre un terzo e un quarto sensore di spostamento 41B1 e 41B2 estendentisi sulla terza e, rispettivamente, sulla quarta struttura di attuazione 30B1, 30B2, in particolare sulle loro superfici superiori 30?. Ad esempio, il terzo e il quarto sensore di spostamento 41B1 e 41B2 si estendono in corrispondenza della porzione a telaio 24? della struttura fissa 24.
Inoltre, opzionalmente il dispositivo MEMS 20 comprende una pluralit? di piazzole (?pad?) 40 di contatto elettrico, portate dalla porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e collegate elettricamente agli elementi attuatori piezoelettrici 38A1, 38A2, 38B1, 38B2, per consentirne la polarizzazione elettrica mediante segnali di attuazione provenienti dall?esterno del dispositivo MEMS 20 (meglio discusso nel seguito con riferimento alla figura 5), e collegate elettricamente al primo e al secondo sensore di spostamento 41A1 e 41A2 (opzionalmente, anche al terzo e al quarto sensore di spostamento 41B1 e 41B2, se presenti), per consentire il rilevamento delle rispettive differenze di potenziale. In particolare, le piazzole 40 comprendono: una prima piazzola di primo attuatore 40A1? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di primo attuatore 43A1?, agli elettrodi superiori 42b degli elementi attuatori piezoelettrici 38A1 e 38B1; una seconda piazzola di primo attuatore 40A1? elettricamente collegata, tramite una seconda via conduttiva di primo attuatore 43A1?, agli elettrodi inferiori 42c degli elementi attuatori piezoelettrici 38A1 e 38B1; una prima piazzola di primo sensore 40C1? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di primo sensore 43C1?, all?elettrodo superiore 42b del primo sensore di spostamento 41A1; una seconda piazzola di primo sensore 40C1? elettricamente collegata, tramite una seconda via conduttiva di primo sensore 43C1?, all?elettrodo inferiore 42c del primo sensore di spostamento 41A1; una prima piazzola di secondo attuatore 40A2? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di secondo attuatore 43A2?, agli elettrodi superiori 42b degli elementi attuatori piezoelettrici 38A2 e 38B2; una seconda piazzola di secondo attuatore 40A2? elettricamente collegata, tramite una seconda via conduttiva di secondo attuatore 43A2?, agli elettrodi inferiori 42c degli elementi attuatori piezoelettrici 38A2 e 38B2; una prima piazzola di secondo sensore 40C2? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di secondo sensore 43C2?, all?elettrodo superiore 42b del secondo sensore di spostamento 41A2; e una seconda piazzola di secondo sensore 40C2? elettricamente collegata, tramite una seconda via conduttiva di secondo sensore 43C2?, all?elettrodo inferiore 42c del secondo sensore di spostamento 41A2.
Opzionalmente, il dispositivo MEMS 20 comprende inoltre un primo e un secondo condensatore integrato 65A e 65B, integrati nel corpo semiconduttore 21, ad esempio nella struttura fissa 24. In modo non mostrato in figura 2, ciascun condensatore integrato 65A, 65B comprende una rispettiva piastra superiore, una rispettiva piastra inferiore (es., di materiale metallico) e un rispettivo strato dielettrico interposto, lungo l?asse Z, fra la piastra inferiore e la piastra superiore. Ad esempio, in questo caso le piazzole 40 comprendono inoltre: una prima piazzola di primo condensatore 40D1? elettricamente collegata alla piastra superiore del primo condensatore integrato 65A; una seconda piazzola di primo condensatore 40D1? elettricamente collegata, tramite una via conduttiva di primo condensatore 43D1?, alla piastra inferiore del primo condensatore integrato 65A; una prima piazzola di secondo condensatore 40D2? elettricamente collegata alla piastra superiore del secondo condensatore integrato 65B; una seconda piazzola di secondo condensatore 40D2? elettricamente collegata, tramite una via conduttiva di secondo condensatore 43D2?, alla piastra inferiore del secondo condensatore integrato 65B. L?uso dei condensatori integrati 65A e 65B ? descritto nel seguito, con riferimento alla figura 6.
La figura 3 mostra schematicamente il dispositivo MEMS 20, secondo una ulteriore forma di realizzazione in cui il dispositivo MEMS 20 ? progettato per operare in quasi-statico (?quasi-static?, cio? a frequenze di rotazione della struttura orientabile 22 inferiori a circa 200 Hz). In particolare, la struttura del dispositivo MEMS di figura 3 ? analoga a quella di figura 2, e quindi non viene qui nuovamente descritta in dettaglio.
Tuttavia, in figura 3 le strutture di attuazione 30 si estendono fra la porzione a telaio 24' della struttura fissa 24 e la struttura orientabile 22, su lati di quest?ultima opposti fra loro lungo l?asse X. Dunque, le strutture di attuazione 30 sono direttamente accoppiate alla struttura orientabile 22, e non sono invece direttamente accoppiate alla struttura di supporto come descritto con riferimento alla figura 2.
La figura 4 mostra schematicamente il dispositivo MEMS 20, secondo una ulteriore forma di realizzazione. In particolare, la struttura del dispositivo MEMS di figura 4 ? analoga a quella di figura 2, e quindi non viene qui nuovamente descritta in dettaglio.
Tuttavia, in figura 4 sono presenti anche il terzo e il quarto sensore di spostamento 41B1 e 41B2, che sono posti elettricamente in serie al primo e, rispettivamente, al secondo sensore di spostamento 41A1 e 41A2. In altre parole, i condensatori formati dal primo e dal terzo sensore di spostamento 41A1 e 41B1 sono in serie fra loro, e i condensatori formati dal secondo e dal quarto sensore di spostamento 41A2 e 41B2 sono in serie fra loro. In particolare, l?elettrodo inferiore 42c del primo sensore di spostamento 41A1 ? elettricamente collegato, tramite una prima via conduttiva comune di sensore 43E?, all?elettrodo superiore 42b del terzo sensore di spostamento 41B1 e, analogamente, l?elettrodo inferiore 42c del secondo sensore di spostamento 41A2 ? elettricamente collegato, tramite una seconda via conduttiva comune di sensore 43E?, all?elettrodo superiore 42b del quarto sensore di spostamento 41B2.
Inoltre, in figura 4 sono assenti la seconda piazzola di primo sensore 40C1?, la seconda via conduttiva di primo sensore 43C1?, la seconda piazzola di secondo sensore 40C2?, la seconda via conduttiva di secondo sensore 43C2?. In loro sostituzione, le piazzole 40 comprendono: una prima piazzola di terzo sensore 40C3? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di terzo sensore 43C3?, all?elettrodo inferiore 42c del terzo sensore di spostamento 41B1; e una prima piazzola di quarto sensore 40C4? elettricamente collegata, tramite una prima via conduttiva di quarto sensore 43C4?, all?elettrodo inferiore 42c del quarto sensore di spostamento 41B2.
La figura 5 mostra un apparecchio elettronico 50 (es., un proiettore laser per ?Virtual Retinal Display?, VRD) comprendente il dispositivo MEMS 20 secondo una qualsiasi delle forme di realizzazione precedentemente descritte, e un?unit? di controllo 52 (es., un circuito elettronico di elaborazione quale un ASIC - Application Specific Integrated Circuit) accoppiata al dispositivo MEMS 20.
In particolare, l?unit? di controllo 52 comprende un modulo di acquisizione differenziale 54 elettricamente accoppiato ai sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2 per ricevere da essi i rispettivi segnali di rilevamento e per elaborare questi ultimi in modo differenziale. In dettaglio, i segnali di rilevamento vengono acquisiti in modo differenziale dal modulo di acquisizione differenziale 54 che, sulla base dei segnali di rilevamento, genera in uscita un rispettivo segnale di spostamento indicativo dello spostamento rilevato della struttura orientabile 22.
Opzionalmente, l?unit? di controllo 52 comprende inoltre un modulo di polarizzazione 56 elettricamente accoppiato agli elementi attuatori piezoelettrici 38A1, 38A2, 38B1, 38B2 per inviare ad essi i rispettivi segnali di attuazione e quindi controllare la rotazione della struttura orientabile 22.
Ad esempio, i segnali di attuazione sono generati, secondo note tecniche di controllo in ?closed-loop?, in funzione del segnale di spostamento generato dal modulo di acquisizione differenziale 54.
Inoltre, o in alternativa, il segnale di spostamento pu? esser utilizzato per verificare il corretto funzionamento del dispositivo MEMS 20 (cio? la corretta posizione della struttura orientabile 22 rispetto ad una posizione target). Ci? permette di controllare il fascio luminoso deflesso dalla struttura orientabile 22, dunque garantendo la corretta scansione angolare operata dal dispositivo MEMS 20; inoltre, in applicazioni VRD, ci? evita che il fascio luminoso incidente sulla struttura orientabile 22 sia generato quando la struttura orientabile 22 non ? in movimento, fatto che potrebbe causare emissione luminosa oltre le soglie di sicurezza per l?occhio umano.
La figura 6 mostra un circuito di acquisizione differenziale 58 compreso nel modulo di acquisizione differenziale 54 ed elettricamente accoppiato al dispositivo MEMS 20.
In particolare, il dispositivo MEMS 20 ? rappresentato tramite un circuito elettrico equivalente che comprende: un primo circuito serie di un primo generatore di tensione 62A e un primo condensatore 64A, che si estendono tra un primo nodo 60A e un secondo nodo 60B; e un secondo circuito serie di un secondo generatore di tensione 62B e un secondo condensatore 64B, che si estendono tra un terzo nodo 60C e un quarto nodo 60D. Considerando i casi delle figure 2 e 3, i nodi 60A, 60B, 60C e 60D corrispondono rispettivamente alla prima piazzola di primo sensore 40C1?, alla seconda piazzola di primo sensore 40C1?, alla prima piazzola di secondo sensore 40C2? e alla seconda piazzola di secondo sensore 40C2?. Considerando il caso di figura 4, i nodi 60A, 60B, 60C e 60D corrispondono rispettivamente alla prima piazzola di primo sensore 40C1?, alla prima piazzola di terzo sensore 40C3?, alla prima piazzola di secondo sensore 40C2? e alla prima piazzola di quarto sensore 40C4?.
Nelle forme di realizzazione delle figure 2 e 3 in cui i segnali di rilevamento sono generati solo dal primo e dal secondo sensore di spostamento 41A1, 41A2, il primo generatore di tensione 62A genera una tensione Vsense1 che ? pari alla differenza di potenziale (indicata nel seguito con VA1) generata dal primo sensore di spostamento 41A1, il secondo generatore di tensione 62B genera una tensione Vsense2 che ? pari alla differenza di potenziale (indicata nel seguito con VA2) generata dal secondo sensore di spostamento 41A2, il primo condensatore 64A presenta una capacit? CPS1 pari ad una capacit? CA1 del primo sensore di spostamento 41A1, e il secondo condensatore 64B presenta una capacit? CPS2 pari ad una capacit? CA2 del secondo sensore di spostamento 41A2.
Nella forma di realizzazione di figura 4 in cui i segnali di rilevamento sono generati dai sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1 e 41B2, il primo generatore di tensione 62A genera la tensione Vsense1 che ? pari alla somma della differenza di potenziale VA1 generata dal primo sensore di spostamento 41A1 e della differenza di potenziale (indicata nel seguito con VB1) generata dal terzo sensore di spostamento 41B1, il secondo generatore di tensione 62B genera la tensione Vsense2 che ? pari alla somma della differenza di potenziale VA2 generata dal secondo sensore di spostamento 41A2 e della differenza di potenziale (indicata nel seguito con VB2) generata dal quarto sensore di spostamento 41B2, il primo condensatore 64A presenta la capacit? CPS1 pari alla serie (cio? al reciproco della somma dei reciproci) della capacit? CA1 del primo sensore di spostamento 41A1 e di una capacit? CB1 del terzo sensore di spostamento 41B1, e il secondo condensatore 64B presenta la capacit? CPS2 pari alla serie della capacit? CA2 del secondo sensore di spostamento 41A2 e di una capacit? CB2 del quarto sensore di spostamento 41B2.
Inoltre, in figura 6 il secondo e il quarto nodo 60B e 60D sono cortocircuitati fra loro e un nodo intermedio 60E ? presente fra essi. Opzionalmente, una tensione di modo comune VCM ? applicata al nodo intermedio 60E ed ? indicativa di una tensione continua di modo comune fornita ai sensori di spostamento 41A1 e 41A2 (considerando esemplificativamente i casi delle figure 2 e 3) tramite la seconda piazzola di primo sensore 40C1? e, rispettivamente, la seconda piazzola di secondo sensore 40C2?, per i motivi successivamente descritti. Considerando invece il caso di figura 4, la tensione di modo comune VCM ? indicativa di una tensione continua di modo comune fornita ai sensori di spostamento 41A1, 41A2 41B1, 41B2 tramite la prima piazzola di terzo sensore 40C3? e la prima piazzola di quarto sensore 40C4?. Ad esempio, tale tensione continua di modo comune ? fornita dall?unit? di controllo 52 (es., dal modulo di polarizzazione 56).
Il circuito di acquisizione differenziale 58 comprende un amplificatore operazionale di tipo differenziale, in particolare un amplificatore completamente differenziale (?fully-differential amplifier?, FDA 58?) quale un amplificatore completamente differenziale di carica. In dettaglio, l?FDA 58? presenta ingressi e uscite differenziali, e in particolare ha un ingresso positivo 66a, un ingresso negativo 66b, un?uscita negativa 66c e un?uscita positiva 66d. L?ingresso positivo 66a ? accoppiato al primo nodo 60A e, inoltre, ? accoppiato all?uscita negativa 66c tramite un primo circuito parallelo di un primo resistore di feedback 68A e di un primo condensatore di feedback 67A. L?ingresso negativo 66b ? accoppiato al terzo nodo 60C e, inoltre, ? accoppiato all?uscita positiva 66d tramite un secondo circuito parallelo di un secondo resistore di feedback 68B e di un secondo condensatore di feedback 67B. In particolare, i resistori di feedback 68A e 68B servono per garantire il funzionamento del FDA 58? anche quando opera in regime di tensioni continue (DC). Secondo un aspetto della presente invenzione, il primo e il secondo condensatore di feedback 67A e 67B presentano rispettivamente una prima e una seconda capacit? di feedback CFB1 e CFB2 che sono uguali fra loro, il primo e il secondo resistore di feedback 68A e 68B presentano rispettivamente una prima e una seconda resistenza di feedback RFB1 e RFB2 che sono uguali fra loro, e le capacit? CPS1 e CPS2 del primo e del secondo condensatore 64A e 64B sono uguali fra loro (in maggior dettaglio, CA1=CA2=CB1=CB2 considerando esemplificativamente il caso di figura 4). In questo caso, un guadagno del FDA 58? ? proporzionale al rapporto CPSX/CFB, dove CPSX=CPS1=CPS1 e CFB=CFB1=CFB2.
Secondo un aspetto della presente invenzione, il primo e il secondo condensatore di feedback 67A e 67B sono, rispettivamente, il primo e il secondo condensatore integrato 65A e 65B, e dunque sono integrati nel dispositivo MEMS 20.
In uso, a causa dello spostamento della struttura orientabile 22, il dispositivo MEMS genera i segnali di rilevamento. A causa di tali segnali di rilevamento, fra l?uscita negativa 66c e l?uscita positiva 66d si genera una tensione differenziale Vdiff (o segnale differenziale) che ? correlata al segnale di spostamento.
Infatti, il segnale di spostamento ? ottenuto, tramite tecniche note di elaborazione di segnali, a partire dalla tensione differenziale Vdiff. Ad esempio, in modo non mostrato, il modulo di acquisizione differenziale 54 comprende inoltre un convertitore analogico-digitale (ADC) e, opzionalmente, un modulo di filtraggio per convertire in digitale la tensione differenziale Vdiff e per filtrare in frequenza tale segnale, ottenendo cos? il segnale di spostamento. Inoltre, in modo non mostrato, una tensione continua di polarizzazione ? fornita all?FDA 58?, al fine di polarizzare quest?ultimo in modo di per s? noto. Inoltre, poich? i sensori di spostamento 41A1, 41A2 (e 41B1, 41B2 se nel caso di figura 4) presentano generalmente rispettivi resistori di perdita (?leakage?, non mostrati ed esemplificativamente posti in parallelo al primo e, rispettivamente, al secondo condensatore 64A, 64B), la tensione di modo comune VCM pu? esser applicata al fine di stabilizzare una tensione di modo comune di ingresso dell?FDA 58? (non mostrata e presente fra l?ingresso positivo 66a e l?ingresso negativo 66b dell?FDA 58?). Infatti, in assenza della tensione di modo comune VCM, se i resistori di perdita presentano rispettive resistenze che sono comparabili alla prima e una seconda resistenza di feedback RFB1 e RFB2 (es., hanno lo stesso ordine di grandezza delle resistenze di feedback RFB1 e RFB2), la tensione di modo comune di ingresso dell?FDA 58? potrebbe subire variazioni tali da compromettere il funzionamento ottimale dell?FDA 58?. Invece, quando la tensione di modo comune VCM ? presente e le resistenze dei resistori di perdita sono comparabili alla prima e alla seconda resistenza di feedback RFB1 e RFB2, la tensione di modo comune di ingresso dell?FDA 58? dipende anche dalla tensione di modo comune VCM che pu? esser applicata per controllare la tensione di modo comune di ingresso dell?FDA 58?.
Da un esame delle caratteristiche del trovato realizzato secondo la presente invenzione sono evidenti i vantaggi che essa consente di ottenere.
In particolare, i sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2 di tipo piezoelettrico e con acquisizione di tipo differenziale permettono di rilevare in modo preciso gli spostamenti della struttura orientabile 22, grazie anche al loro posizionamento da parti opposte rispetto al primo asse mediano di simmetria A che fa s? che generino i segnali di rilevamento in opposizione di fase fra loro. ? quindi possibile controllare i movimenti della struttura orientabile 22 in modo pi? accurato di quanto fatto tramite le soluzioni note.
I sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2, essendo di tipo piezoelettrico, necessitano di un consumo di potenza minore di quello richiesto da sensori piezoresistivi.
Inoltre, il processo di fabbricazione del dispositivo MEMS 20 ? semplificato, in quanto la fabbricazione dei sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2 pu? avvenire contemporaneamente (cio? sfruttando le stesse fasi di fabbricazione e adattando le maschere gi? utilizzate) rispetto alla fabbricazione degli elementi attuatori piezoelettrici 38A1, 38A2, 38B1, 38B2. In altre parole, non sono necessarie fasi aggiuntive di fabbricazione, e ci? riduce il costo complessivo del dispositivo MEMS 20.
Inoltre, il sensore MEMS 20 e il modulo di acquisizione differenziale 54 permettono di rilevare i movimenti della struttura orientabile 22 con maggiore sensibilit? rispetto alle tecniche note, raggiungendo sensibilit? di misura anche superiori a circa 12 mV/deg. Inoltre, l?utilizzo del sensore MEMS 20 e del modulo di acquisizione differenziale 54 permette di ottenere una misura dello spostamento della struttura orientabile 22 che non ? influenzata dalle variazioni di temperatura.
L?utilizzo in serie del primo e del terzo sensore di spostamento 41A1, 41B1, e del secondo e del quarto sensore di spostamento 41A2, 41B2, come descritto in figura 4, permette di accrescere l?accumulo complessivo di carica grazie ad una maggiore area complessiva di condensatore, mantenendo comunque ridotto il valore complessivo di capacit? (CPS1 ? pari alla serie di CA1 e di CB1, e CPS2 ? pari alla serie di CA2 e di CB2).
Inoltre, la presenza del primo e del secondo condensatore integrato 65A e 65B, integrati nel corpo semiconduttore 21, permette di avere un miglior controllo delle tolleranze di fabbricazione dei condensatori di feedback 67A e 67B in quanto permette l?utilizzo, per la fabbricazione dei condensatori di feedback 67A e 67B, dello stesso processo di fabbricazione in tecnologia MEMS con cui sono realizzati i sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2 (invece che due processi distinti, quello MEMS e quello elettronico, con tolleranze di fabbricazione scorrelate fra loro). In aggiunta, l?integrazione dei condensatori di feedback 67A e 67B nel corpo semiconduttore 21 ha l?ulteriore vantaggio di sfruttare, con efficacia e senza richiedere costi aggiuntivi, un?area del corpo semiconduttore 21 che altrimenti sarebbe comunque presente ma inutilizzata.
Risulta infine chiaro che al trovato qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate.
Ad esempio, considerando le forme di realizzazione delle figure 2 e 3, i sensori di spostamento 41A1, 41A2 possono non esser galvanicamente isolati rispetto ai rispettivi elementi attuatori piezoelettrici 38A1, 38A2. Infatti, gli elettrodi inferiori 42c del primo sensore di spostamento 41A1 e del primo elemento attuatore piezoelettrico 38A1 possono esser in contatto elettrico fra loro, cos? come gli elettrodi inferiori 42c del secondo sensore di spostamento 41A2 e del secondo elemento attuatore piezoelettrico 38A2. Analoghe considerazioni possono esser fatte considerando, invece degli elettrodi inferiori 42c, gli elettrodi superiori 42b.
Inoltre, l?utilizzo dei sensori di spostamento 41A1, 41A2, 41B1, 41B2 come mostrato in figura 4 non ? limitato alla struttura del dispositivo MEMS 20 mostrata in figura 4, ma ? analogamente applicabile alla struttura del dispositivo MEMS 20 mostrata in figura 3.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI
1. Dispositivo MEMS (20) comprendente:
- un corpo semiconduttore (21) definente una cavit? (23) e formante una porzione di ancoraggio (24');
- una struttura orientabile (22) sospesa elasticamente sulla cavit? (23);
- un primo ed un secondo braccio di supporto (25A, 25B) estendentisi fra la porzione di ancoraggio (24?) e opposti lati della struttura orientabile (22), lungo un asse di rotazione (A) della struttura orientabile (22);
- una prima ed una seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) che sono affacciate a opposti lati del primo braccio di supporto (25A), si estendono fra la porzione di ancoraggio (24?) e detti opposti lati del primo braccio di supporto (25A) oppure fra la porzione di ancoraggio (24?) e la struttura orientabile (22), e sono polarizzabili per deformarsi meccanicamente, generando cos? una rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A),
in cui la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) portano un primo (41A1) e, rispettivamente, un secondo (41A2) sensore di spostamento di tipo piezoelettrico, che sono opposti fra loro rispetto all?asse di rotazione (A),
in cui, quando la struttura orientabile (22) ruota intorno all?asse di rotazione (A) a causa della prima e della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2), il primo e il secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2) subiscono rispettive deformazioni meccaniche e generano un primo e, rispettivamente, un secondo segnale di rilevamento che sono in opposizione di fase fra loro e sono indicativi della rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A), e
in cui il primo e il secondo segnale di rilevamento sono configurati per esser acquisiti in modo differenziale.
2. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 1, in cui il primo e il secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2) sono elettricamente accoppiati ad un modulo di acquisizione differenziale (54) configurato per acquisire in modo differenziale il primo e il secondo segnale di rilevamento e per generare, sulla base del primo e del secondo segnale di rilevamento, un segnale differenziale indicativo della rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A).
3. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 2, in cui il modulo di acquisizione differenziale (54) comprende un circuito di acquisizione differenziale (58) formato da:
- un amplificatore completamente differenziale (58?) avente un ingresso positivo (66a), un ingresso negativo (66b), un?uscita negativa (66c) e un?uscita positiva (66d), l?ingresso positivo (66a) essendo elettricamente accoppiato al primo sensore di spostamento (41A1) e l?ingresso negativo (66b) essendo elettricamente accoppiato al secondo sensore di spostamento (41A2);
- un primo circuito parallelo di un primo resistore di feedback (68A) e di un primo condensatore di feedback (67A), il primo circuito parallelo estendendosi fra l?ingresso positivo (66a) e l?uscita negativa (66c); e
- un secondo circuito parallelo di un secondo resistore di feedback (68B) e di un secondo condensatore di feedback (67B), il secondo circuito parallelo estendendosi fra l?ingresso negativo (66b) e l?uscita positiva (66d),
in cui, quando la struttura orientabile (22) ruota intorno all?asse di rotazione (A) a causa della prima e della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2), una tensione differenziale (Vdiff) ? generata fra l?uscita negativa (66c) e l?uscita positiva (66d), la tensione differenziale (Vdiff) essendo detto segnale differenziale.
4. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 3, in cui il primo e il secondo condensatore di feedback (67A, 67B) sono integrati nel corpo semiconduttore (21).
5. Dispositivo MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo e il secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2) si estendono su rispettive superfici superiori (30?) della prima e, rispettivamente, della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2),
in cui ciascuno fra il primo e il secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2) comprende un rispettivo strato piezoelettrico (42a) interposto, ortogonalmente alla rispettiva superficie superiore (30?), tra un rispettivo elettrodo superiore (42b) e un rispettivo elettrodo inferiore (42c) che ? a contatto con la rispettiva superficie superiore (30?) della prima o, rispettivamente, della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2).
6. Dispositivo MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre una terza ed una quarta struttura di attuazione piezoelettrica (30B1, 30B2) che sono affacciate a opposti lati del secondo braccio di supporto (25B), si estendono fra la porzione di ancoraggio (24?) e detti opposti lati del secondo braccio di supporto (25B) oppure fra la porzione di ancoraggio (24?) e la struttura orientabile (22), e sono polarizzabili per deformarsi meccanicamente, generando cos? la rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A),
in cui la terza e la quarta struttura di attuazione piezoelettrica (30B1, 30B2) portano un terzo (41B1) e, rispettivamente, un quarto (41B2) sensore di spostamento di tipo piezoelettrico, che sono opposti fra loro rispetto all?asse di rotazione (A),
in cui, quando la struttura orientabile (22) ruota intorno all?asse di rotazione (A) a causa della prima, della seconda, della terza e della quarta struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2, 30B1, 30B2), il primo, il secondo, il terzo e il quarto sensore di spostamento (41A1, 41A2, 41B1, 41B2) subiscono rispettive deformazioni meccaniche e generano, rispettivamente, il primo, il secondo, un terzo e un quarto segnale di rilevamento, il terzo e il quarto segnale di rilevamento essendo in opposizione di fase fra loro ed essendo indicativi della rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A).
7. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 6, in cui il primo e il terzo sensore di spostamento (41A1, 41B1) sono elettricamente collegati in serie fra loro, e in cui il secondo e il quarto sensore di spostamento (41A2, 41B2) sono elettricamente collegati in serie fra loro.
8. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 5 e la rivendicazione 7, in cui il terzo e il quarto sensore di spostamento (41B1, 41B2) si estendono su rispettive superfici superiori (30?) della terza e, rispettivamente, della quarta struttura di attuazione piezoelettrica (30B1, 30B2),
in cui ciascuno fra il terzo e il quarto sensore di spostamento (41B1, 41B2) comprende un rispettivo strato piezoelettrico (42a) interposto, ortogonalmente alla rispettiva superficie superiore (30?), tra un rispettivo elettrodo superiore (42b) e un rispettivo elettrodo inferiore (42c) che ? a contatto con la rispettiva superficie superiore (30?) della terza o, rispettivamente, della quarta struttura di attuazione piezoelettrica (30B1, 30B2),
in cui l?elettrodo inferiore (42c) del primo sensore di spostamento (41A1) ? elettricamente accoppiato all?elettrodo superiore (42b) del terzo sensore di spostamento (41B1), e in cui l?elettrodo inferiore (42c) del secondo sensore di spostamento (41A2) ? elettricamente accoppiato all?elettrodo superiore (42b) del quarto sensore di spostamento (41B2).
9. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 2 e una fra le rivendicazioni 7 e 8, in cui il primo, il secondo, il terzo e il quarto sensore di spostamento (41A1, 41A2, 41B1, 41B2) sono elettricamente accoppiati al modulo di acquisizione differenziale (54) che ? configurato per acquisire in modo differenziale la somma del primo e del terzo segnale di rilevamento e la somma del secondo e del quarto segnale di rilevamento e per generare, sulla base della somma del primo e del terzo segnale di rilevamento e sulla base della somma del secondo e del quarto segnale di rilevamento, detto segnale differenziale.
10. Dispositivo MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) comprendono un primo (38A1) e, rispettivamente, un secondo (38A2) elemento attuatore piezoelettrico di tipo piezoelettrico, che sono opposti fra loro rispetto all?asse di rotazione (A),
in cui il primo sensore di spostamento (41A1) e il primo elemento attuatore piezoelettrico (38A1) sono galvanicamente isolati fra loro, e in cui il secondo sensore di spostamento (41A2) e il secondo elemento attuatore piezoelettrico (38A2) sono galvanicamente isolati fra loro.
11. Dispositivo MEMS secondo la rivendicazione 5, in cui la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) comprendono un primo (38A1) e, rispettivamente, un secondo (38A2) elemento attuatore piezoelettrico di tipo piezoelettrico, che sono opposti fra loro rispetto all?asse di rotazione (A),
in cui il primo e il secondo elemento attuatore piezoelettrico (38A1, 38A2) si estendono sulle rispettive superfici superiori (30?) della prima e, rispettivamente, della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2),
in cui ciascuno fra il primo e il secondo elemento attuatore piezoelettrico (38A1, 38A2) comprende un rispettivo strato piezoelettrico (42a) interposto, ortogonalmente alla rispettiva superficie superiore (30?), tra un rispettivo elettrodo superiore (42b) e un rispettivo elettrodo inferiore (42c) che ? a contatto con la rispettiva superficie superiore (30?) della prima o, rispettivamente, della seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2),
in cui gli elettrodi inferiori (42c) o gli elettrodi superiori (42b) del primo sensore di spostamento (41A1) e del primo elemento attuatore piezoelettrico (38A1) sono elettricamente accoppiati fra loro, e in cui gli elettrodi inferiori (42c) o gli elettrodi superiori (42b) del secondo sensore di spostamento (41A2) e del secondo elemento attuatore piezoelettrico (38A2) sono elettricamente accoppiati fra loro.
12. Dispositivo MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) sono di tipo risonante,
in cui la struttura orientabile (22) ha estensione principale in un piano orizzontale (XY) definito da un primo ed un secondo asse orizzontale (X, Y) perpendicolari fra loro, il primo asse orizzontale (X) essendo parallelo all'asse di rotazione (A),
in cui il primo braccio di supporto (25A) comprende una prima ed una seconda molla torsionale (27A, 28A) rigide per movimenti fuori dal piano orizzontale (XY) e cedevoli a torsione intorno all'asse di rotazione (A), la prima molla torsionale (27A) essendo accoppiata alla struttura orientabile, la seconda molla torsionale (28A) essendo accoppiata alla porzione di ancoraggio (24?), la prima e la seconda molla torsionale (27A, 28A) essendo accoppiate reciprocamente in corrispondenza di una prima regione di vincolo (29A), e
in cui la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (38A1, 38A2) si estendono fra la porzione di ancoraggio (24?) e la prima struttura di vincolo (29A), sui rispettivi opposti lati del primo braccio di supporto (25A).
13. Dispositivo MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo e il secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2) sono configurati per esser polarizzati con una tensione continua di modo comune (VCM).
14. Apparecchio elettronico (50) comprendente un dispositivo MEMS (20), secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-13, e un modulo di acquisizione differenziale (54), secondo la rivendicazione 2.
15. Apparecchio elettronico (50) secondo la rivendicazione 14, comprendente inoltre un modulo di polarizzazione (56) accoppiato al modulo di acquisizione differenziale (54) e alla prima e alla seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2), e configurato per: - ricevere dal modulo di acquisizione differenziale (54) un segnale di spostamento correlato al segnale differenziale;
- generare, sulla base del segnale di spostamento, segnali di attuazione; e
- polarizzare, tramite i segnali di attuazione, la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2).
16. Metodo di utilizzo di un dispositivo MEMS (20) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-13, comprendente le fasi di:
- polarizzare la prima e la seconda struttura di attuazione piezoelettrica (30A1, 30A2) per generare la rotazione della struttura orientabile (22) intorno all?asse di rotazione (A); e
- acquisire in modo differenziale il primo e il secondo segnale di rilevamento generati dal primo e, rispettivamente, dal secondo sensore di spostamento (41A1, 41A2).
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