JP2002052499A - Actuator - Google Patents

Actuator

Info

Publication number
JP2002052499A
JP2002052499A JP2000242304A JP2000242304A JP2002052499A JP 2002052499 A JP2002052499 A JP 2002052499A JP 2000242304 A JP2000242304 A JP 2000242304A JP 2000242304 A JP2000242304 A JP 2000242304A JP 2002052499 A JP2002052499 A JP 2002052499A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
impurity diffusion
layers
conductivity type
metal
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
JP2000242304A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Ogiwara
淳 荻原
Naomasa Oka
直正 岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Electric Works Co Ltd
Original Assignee
Matsushita Electric Works Ltd
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 Matsushita Electric Works Ltd filed Critical Matsushita Electric Works Ltd
Priority to JP2000242304A priority Critical patent/JP2002052499A/en
Publication of JP2002052499A publication Critical patent/JP2002052499A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01HELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H37/00Thermally-actuated switches
    • H01H2037/008Micromechanical switches operated thermally

Landscapes

  • Micromachines (AREA)
  • Thermally Actuated Switches (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an actuator actuating in two directions. SOLUTION: Two girder structural bodies, which are formed by having first conductive semiconductor layers 1 and 7, second conductive impurity diffusion layers 2 and 8 formed on the surface of the conductive semiconductor layers 1 and 7 by diffusing impurities, insulating layers 3 and 9 formed on the first conductive semiconductor layers 1 and 7 and the second conductive impurity diffusion layers 2 and 8, metal layers 6 and 12 formed on the second conductive impurity diffusion layers 2 and 8 via the insulating layers 3 and 9 and having thermal expansion coefficient larger than that of the first conductive semiconductor layers, and two metal electrodes 4, 5 and 10, 11 contacting with the second conductive impurity diffusion layers 2 and 8 clamping the metal layers 6 and 12 are so joined that the faces of the first conductive semiconductor layers 1 and 7 without formed with the insulating layers 3 and 9 aye faced to each other via a heat insulation layer 13.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロマシンの
分野において利用が期待されているアクチュエータで、
特にシリコンを用いたアクチュエータに関するものであ
る。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an actuator which is expected to be used in the field of micromachines.
In particular, the present invention relates to an actuator using silicon.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、シリコンを用いたアクチュエー
タ、特にマイクロアクチュエータのニーズが高まってい
る。ここで、マイクロアクチュエータとは、微小な構造
体を何らかの力によって駆動して、その動きを利用する
ものである。
2. Description of the Related Art In recent years, the need for an actuator using silicon, particularly a microactuator has been increasing. Here, the microactuator is a device that drives a minute structure by some force and uses the movement.

【0003】従来のシリコンを用いたマイクロアクチュ
エータの形態には、図2に示すように、バイメタル方式
のシリコン梁構造体を用いた形態を挙げることができ
る。これは具体的には、マイクロリレーなどに応用され
ている。ここで、バイメタル方式とは、図3(a)に示
すように、熱膨張係数の異なる2種の金属を貼り合わせ
た構造であり、原理的には熱が加わることで、図3
(b)に示すように熱膨張係数が大きい金属部材14が
伸び、熱膨張係数が小さい金属部材15が縮むように湾
曲する駆動力を利用するものである。
As a form of a conventional microactuator using silicon, as shown in FIG. 2, there is a form using a bimetal type silicon beam structure. This is specifically applied to micro relays and the like. Here, the bimetal system is a structure in which two types of metals having different thermal expansion coefficients are bonded to each other as shown in FIG. 3A.
As shown in (b), a driving force is used in which the metal member 14 having a large coefficient of thermal expansion expands and the metal member 15 having a small coefficient of thermal expansion contracts.

【0004】従来の基本的なアクチュエータ21は、図
2に示すように、第1導電型半導体層1と、第1導電型
半導体層1の表面に不純物拡散により形成した第2導電
型不純物拡散層2と、第1導電型半導体層1と第2導電
型不純物拡散層2の上に形成された絶縁層3と、第2導
電型不純物拡散層2と接触をとった金属電極4、5と、
第2導電型不純物拡散層の上に絶縁層3を介して形成さ
れ熱膨張係数が第1導電型半導体層の熱膨張係数に比べ
大きい金属層6と、金属層6を挟むように第2導電型不
純物拡散層2と接触をとった金属電極4、5とを有して
なっている。また、図2に示すように、第1導電型半導
体層1の一面を基板20に固定する。
As shown in FIG. 2, a conventional basic actuator 21 includes a first conductive type semiconductor layer 1 and a second conductive type impurity diffusion layer formed on the surface of the first conductive type semiconductor layer 1 by impurity diffusion. 2, an insulating layer 3 formed on the first conductive type semiconductor layer 1 and the second conductive type impurity diffusion layer 2, and metal electrodes 4 and 5 in contact with the second conductive type impurity diffusion layer 2.
A metal layer formed on the impurity diffusion layer of the second conductivity type via the insulating layer and having a thermal expansion coefficient larger than that of the semiconductor layer of the first conductivity type; And metal electrodes 4 and 5 in contact with the impurity diffusion layer 2. Further, as shown in FIG. 2, one surface of the first conductivity type semiconductor layer 1 is fixed to the substrate 20.

【0005】具体的には、第1導電型半導体層1にはN
型シリコン層を、第2導電型不純物拡散層2にはP型抵
抗層を、絶縁層3にはシリコン酸化膜を、金属電極4、
5にはアルミニウム電極を、金属層6にはアルミニウム
膜などを用いることができる。
More specifically, the first conductivity type semiconductor layer 1 has N
Type silicon layer, a P-type resistance layer for the second conductivity type impurity diffusion layer 2, a silicon oxide film for the insulating layer 3, a metal electrode 4,
An aluminum electrode can be used for 5 and an aluminum film can be used for the metal layer 6.

【0006】次に動作原理について説明する。まず、ア
ルミニウム電極4とアルミニウム電極5との間にP型抵
抗層2を介して、通電手段(図示せず)にて電流を流す
とジュール熱が発生する。このジュール熱によりN型シ
リコン層1及びアルミニウム膜6が加熱されるが、アル
ミニウム膜6の熱膨張係数は、N型シリコン層1の熱膨
張係数に比べて大きいため、図2において矢印Aで示す
ように下向きに湾曲する駆動力が発生し、アクチュエー
タ21は下向きに変位する。アクチュエータ21の基板
20に対する角度は、アルミニウム電極4とアルミニウ
ム電極5の間に流す電流の大きさを制御することにより
調整することができる。
Next, the operation principle will be described. First, Joule heat is generated when a current is applied between the aluminum electrode 4 and the aluminum electrode 5 via the P-type resistive layer 2 by an energizing means (not shown). The Joule heat heats the N-type silicon layer 1 and the aluminum film 6. Since the coefficient of thermal expansion of the aluminum film 6 is larger than the coefficient of thermal expansion of the N-type silicon layer 1, it is indicated by an arrow A in FIG. As described above, a driving force curving downward is generated, and the actuator 21 is displaced downward. The angle of the actuator 21 with respect to the substrate 20 can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing between the aluminum electrode 4 and the aluminum electrode 5.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のシリコ
ンを用いたマイクロアクチュエータにあっては、前述の
ように一方向にしかシリコン梁構造体を変位させること
ができない。そのため、アクチュエータとしての適用用
途が制限されるという問題があった。
In the above-mentioned conventional microactuator using silicon, the silicon beam structure can be displaced only in one direction as described above. For this reason, there is a problem that the application of the actuator is limited.

【0008】本発明は上記課題の点を鑑みてなされたも
のであり、二方向に駆動するアクチュエータを提供する
ことを目的とするものである。
The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an actuator that can be driven in two directions.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1記載のアクチュ
エータは、第1導電型半導体層と、該第1導電型半導体
層の表面に不純物拡散により形成した第2導電型不純物
拡散層と、前記第1導電型半導体層と前記第2導電型不
純物拡散層の上に形成された絶縁層と、前記第2導電型
不純物拡散層の上に前記絶縁層を介して形成され熱膨張
係数が前記第1導電型半導体層の熱膨張係数に比べ大き
い金属層と、該金属層を挟むように前記第2導電型不純
物拡散層と接触をとった2つの金属電極とを有してなる
2つの梁構造体を、熱絶縁層を介して、前記絶縁層が形
成されていない前記第1導電型半導体層の面を互いに対
向させて接合したことを特徴とするものである。
According to a first aspect of the present invention, there is provided an actuator comprising: a first conductivity type semiconductor layer; a second conductivity type impurity diffusion layer formed on a surface of the first conductivity type semiconductor layer by impurity diffusion; An insulating layer formed on the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type impurity diffusion layer, and a thermal expansion coefficient formed on the second conductive type impurity diffusion layer via the insulating layer; A two-beam structure including a metal layer having a larger thermal expansion coefficient than the one conductivity type semiconductor layer, and two metal electrodes in contact with the second conductivity type impurity diffusion layer so as to sandwich the metal layer. The body is joined via a heat insulating layer with the surfaces of the first conductive type semiconductor layers on which the insulating layer is not formed facing each other.

【0010】また、請求項2記載のアクチュエータは、
請求項1記載の発明において、前記第1導電型半導体層
が、導電型シリコン層であることを特徴とするものであ
る。
Further, the actuator according to claim 2 is
The invention according to claim 1, wherein the first conductive semiconductor layer is a conductive silicon layer.

【0011】また、請求項3記載のアクチュエータは、
請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記金属
層の熱膨張係数が、1.3×10-5/℃以上であること
を特徴とするものである。
The actuator according to claim 3 is
The invention according to claim 1 or 2, wherein the metal layer has a coefficient of thermal expansion of 1.3 × 10 −5 / ° C. or more.

【0012】また、請求項4記載のアクチュエータは、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明におい
て、前記熱絶縁層の熱伝導率が、10W/m・℃以下で
あることを特徴とするものである。
Further, the actuator according to claim 4 is
The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal insulation layer has a thermal conductivity of 10 W / m · ° C or less.

【0013】また、請求項5記載のアクチュエータは、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発明におい
て、前記熱絶縁層が、シリコン酸化膜であることを特徴
とするものである。
[0013] The actuator according to the fifth aspect is characterized in that:
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat insulating layer is a silicon oxide film.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図1に
基づいて説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.

【0015】図1において、第1の梁構造体は、第1導
電型半導体層1と、第1導電型半導体層1の表面に不純
物拡散により形成した第2導電型不純物拡散層2と、第
1導電型半導体層1と第2導電型不純物拡散層2の上に
形成された絶縁層3と、第2導電型不純物拡散層2の上
に絶縁層3を介して形成され熱膨張係数が第1導電型半
導体層1の熱膨張係数に比べ大きい金属層6と、金属層
6を挟むように第2導電型不純物拡散層2とオーミック
コンタクトをとった金属電極4及び5とを有してなって
いる。
In FIG. 1, the first beam structure includes a first conductive type semiconductor layer 1, a second conductive type impurity diffusion layer 2 formed on the surface of the first conductive type semiconductor layer 1 by impurity diffusion, An insulating layer 3 formed on the one-conductivity-type semiconductor layer 1 and the second-conductivity-type impurity diffusion layer 2; and a thermal expansion coefficient formed on the second-conductivity-type impurity diffusion layer 2 via the insulating layer 3. It has a metal layer 6 having a larger thermal expansion coefficient than the one conductivity type semiconductor layer 1, and metal electrodes 4 and 5 having ohmic contact with the second conductivity type impurity diffusion layer 2 so as to sandwich the metal layer 6. ing.

【0016】ここで、一般に導電体と導電体を接触させ
た場合、その接触部分の電圧−電流特性が直線的な関係
にあるとき、これをオーミックコンタクトと呼ぶ。
In general, when a conductor is brought into contact with a conductor and the voltage-current characteristics of the contact portion have a linear relationship, this is called an ohmic contact.

【0017】更に、図1において、第1の梁構造体と同
様の構成である第2の梁構造体も、第1導電型半導体層
7と、第1導電型半導体層7の表面に不純物拡散により
形成した第2導電型不純物拡散層8と、第1導電型半導
体層7と第2導電型不純物拡散層8の上に形成された絶
縁層9と、第2導電型不純物拡散層8の上に絶縁層9を
介して形成され熱膨張係数が第1導電型半導体層7の熱
膨張係数に比べ大きい金属層12と、金属層12を挟む
ように第2導電型不純物拡散層8とオーミックコンタク
トをとった金属電極10及び11とを有してなってい
る。なお、上記に示したように、第1の梁構造体及び第
2の梁構造体はバイメタル方式をとっている。
Further, in FIG. 1, the second beam structure having the same structure as the first beam structure also has the first conductive type semiconductor layer 7 and the impurity diffusion on the surface of the first conductive type semiconductor layer 7. A second conductivity type impurity diffusion layer 8 formed by the above, an insulation layer 9 formed on the first conductivity type semiconductor layer 7 and the second conductivity type impurity diffusion layer 8, and a second conductivity type impurity diffusion layer 8 on the second conductivity type impurity diffusion layer 8. A metal layer 12 having a thermal expansion coefficient larger than that of the first conductive type semiconductor layer 7 and an ohmic contact with the second conductive type impurity diffusion layer 8 with the metal layer 12 interposed therebetween. , And metal electrodes 10 and 11 which take the same shape. Note that, as described above, the first beam structure and the second beam structure employ a bimetal system.

【0018】本実施形態を示すアクチュエータ22は、
図1に示すように、第1の梁構造体を構成し、絶縁層3
が形成されていない第1導電型半導体層1の面に、熱絶
縁層13の一面を接合し、第2の梁構造体を構成し、絶
縁層9が形成されていない第1導電型半導体層7の面に
前記熱絶縁層13の他面を接合してなっている。また、
図2に示すように、第1導電型半導体層7の一面を基板
20に固定する。
The actuator 22 according to the present embodiment includes:
As shown in FIG. 1, a first beam structure is formed, and an insulating layer 3 is formed.
One surface of the heat insulating layer 13 is joined to the surface of the first conductive type semiconductor layer 1 where no insulating layer 9 is formed, and the first conductive type semiconductor layer where the insulating layer 9 is not formed. The other surface of the heat insulating layer 13 is joined to the surface 7. Also,
As shown in FIG. 2, one surface of the first conductivity type semiconductor layer 7 is fixed to the substrate 20.

【0019】具体的には、第1導電型半導体層1、7に
はN型シリコン層を、第2導電型不純物拡散層2、8に
はボロンなどの不純物拡散によって形成したP型抵抗層
を、絶縁層3、9にはシリコン酸化膜を、金属電極4、
5、10、12にはアルミニウム電極を、金属層6、1
2にはアルミニウム膜を用いる。また、熱絶縁層13に
はシリコン酸化膜を用いる。なお、シリコン酸化膜の熱
電導率は8.4W/m・℃であり、シリコンの熱電導率
は139W/m・℃であるため、シリコン酸化膜13の
熱電導率は、N型シリコン層1、7の熱電導率に比べ小
さい。また、アルミニウムの熱膨張係数は2.4×10
-5/℃であり、シリコンの熱膨張係数は7.6×10-6
/℃である。
Specifically, an N-type silicon layer is formed on the first conductivity type semiconductor layers 1 and 7, and a P-type resistance layer formed by impurity diffusion such as boron is formed on the second conductivity type impurity diffusion layers 2 and 8. A silicon oxide film on the insulating layers 3 and 9;
5, 10, and 12 are provided with aluminum electrodes and metal layers 6, 1 and 2, respectively.
2 uses an aluminum film. Further, a silicon oxide film is used for the heat insulating layer 13. Since the thermal conductivity of the silicon oxide film is 8.4 W / m · ° C. and the thermal conductivity of silicon is 139 W / m · ° C., the thermal conductivity of the silicon oxide film 13 is , 7 are smaller than the thermal conductivity. The coefficient of thermal expansion of aluminum is 2.4 × 10
−5 / ° C., and the coefficient of thermal expansion of silicon is 7.6 × 10 −6.
/ ° C.

【0020】例えば、金属電極4、5、10、12には
アルミニウム電極の他に、Al−Si、Al−Si−C
uなどのアルミ合金電極を用いることもできる。また、
金属層6、12にはアルミニウム膜の他に、ニッケル膜
を用いることもできる。ニッケル膜の熱膨張係数は1.
3×10-5/℃である。また、熱絶縁層13の熱電導率
は、シリコンの熱電導率のおよそ1/10以下、好まし
くは10W/m・℃以下であることが望ましい。
For example, the metal electrodes 4, 5, 10, and 12 may be made of Al-Si, Al-Si-C
An aluminum alloy electrode such as u can also be used. Also,
As the metal layers 6 and 12, a nickel film can be used in addition to the aluminum film. The thermal expansion coefficient of the nickel film is 1.
3 × 10 −5 / ° C. The thermal conductivity of the heat insulating layer 13 is preferably about 1/10 or less of the thermal conductivity of silicon, and more preferably 10 W / m · ° C. or less.

【0021】また、SOI(Silicon on I
nsulator)ウエハの埋め込み酸化膜を熱絶縁層
13として用い、その酸化膜を挟みこむシリコン層をN
型シリコン層1、7として用いることは、本実施形態の
アクチュエータ構造を実現する上で有効な手段である。
Further, SOI (Silicon on I)
The buried oxide film of the wafer is used as the thermal insulating layer 13, and the silicon layer sandwiching the oxide film is N
The use as the mold silicon layers 1 and 7 is an effective means for realizing the actuator structure of the present embodiment.

【0022】また、例えば、第1導電型半導体層1、7
としてP型シリコン層を用いるときは、第2導電型不純
物拡散層2、8にはN型抵抗層を用いることも可能であ
る。
Further, for example, the first conductivity type semiconductor layers 1 and 7
When a P-type silicon layer is used, an N-type resistance layer can be used for the second conductivity type impurity diffusion layers 2 and 8.

【0023】次に動作原理について説明する。まず、ア
ルミニウム電極4とアルミニウム電極5との間にP型抵
抗層2を介し通電手段(図示せず)にて電流を流すとジ
ュール熱が発生する。このジュール熱によりN型シリコ
ン層1及びアルミニウム膜6が加熱され、N型シリコン
層1の熱膨張係数よりもアルミニウム膜6の熱膨張係数
の方が大きいため、図1において矢印Bで示すように下
向きに湾曲する駆動力が発生し、バイメタル方式のアク
チュエータ22としては下向きに変位する。
Next, the operation principle will be described. First, Joule heat is generated when a current is applied between the aluminum electrode 4 and the aluminum electrode 5 via the P-type resistive layer 2 by a current supply means (not shown). The Joule heat heats the N-type silicon layer 1 and the aluminum film 6, and the coefficient of thermal expansion of the aluminum film 6 is larger than that of the N-type silicon layer 1, as shown by the arrow B in FIG. A driving force curving downward is generated, and the bimetallic actuator 22 is displaced downward.

【0024】このとき、ジュール熱の一部はシリコン酸
化膜13を介してN型シリコン層7及びアルミニウム膜
12にも伝導し、図1において上向きに湾曲し変位しよ
うとする力も発生するが、シリコン酸化膜13が存在す
るため、N型シリコン層1及びアルミニウム膜6の温度
上昇の方が各々N型シリコン層7及びアルミニウム膜1
2の温度上昇に比べてはるかに大きい。そのためアクチ
ュエータ22は下向きに変位する。アクチュエータ22
の基板20に対する角度は、アルミニウム電極4とアル
ミニウム電極5の間に流す電流の大きさを制御すること
により調整することができる次に、同様にアルミニウム
電極10とアルミニウム電極11との間にP型抵抗層8
を介し通電手段(図示せず)にて電流を流すとジュール
熱が発生する。このジュール熱によりN型シリコン層7
及びアルミニウム膜12が加熱され、N型シリコン層7
の熱膨張係数よりもアルミニウム膜12の熱膨張係数の
方が大きいため、図1において矢印Cで示すように上向
きに湾曲する駆動力が発生し、バイメタル方式のアクチ
ュエータ22としては上向きに変位する。
At this time, a part of the Joule heat is also conducted to the N-type silicon layer 7 and the aluminum film 12 through the silicon oxide film 13, and a force for bending upward and displacing in FIG. Since the oxide film 13 exists, the temperature of the N-type silicon layer 1 and the temperature of the aluminum film 6 rise more than the N-type silicon layer 7 and the aluminum film 1 respectively.
It is much larger than the temperature rise of 2. Therefore, the actuator 22 is displaced downward. Actuator 22
Can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing between the aluminum electrode 4 and the aluminum electrode 5. Next, similarly, a P-type electrode is formed between the aluminum electrode 10 and the aluminum electrode 11. Resistance layer 8
Joule heat is generated when an electric current is passed through an energizing means (not shown) via the. The N-type silicon layer 7 is generated by the Joule heat.
And the aluminum film 12 is heated, and the N-type silicon layer 7 is heated.
Since the coefficient of thermal expansion of the aluminum film 12 is greater than the coefficient of thermal expansion of the aluminum film 12, a driving force curving upward is generated as shown by the arrow C in FIG. 1, and the bimetallic actuator 22 is displaced upward.

【0025】このとき、ジュール熱の一部はシリコン酸
化膜13を介してN型シリコン層1及びアルミニウム膜
6にも伝導し、図1において下向きに湾曲し変位しよう
とする力も発生するが、シリコン酸化膜13が存在する
ため、N型シリコン層7及びアルミニウム膜12の温度
上昇の方が各々N型シリコン層1及びアルミニウム膜6
の温度上昇に比べてはるかに大きい。そのためアクチュ
エータ22としては上向きに変位する。アクチュエータ
22の基板20に対する角度は、アルミニウム電極10
とアルミニウム電極11の間に流す電流の大きさを制御
することにより調整することができる。
At this time, a part of the Joule heat is also conducted to the N-type silicon layer 1 and the aluminum film 6 through the silicon oxide film 13, and a force which is bent downward in FIG. Due to the presence of the oxide film 13, the temperature rise of the N-type silicon layer 7 and the aluminum film 12 is greater than that of the N-type silicon layer 1 and the aluminum film 6, respectively.
Much higher than the temperature rise. Therefore, the actuator 22 is displaced upward. The angle of the actuator 22 with respect to the substrate 20 depends on the aluminum electrode 10
It can be adjusted by controlling the magnitude of the current flowing between the electrode and the aluminum electrode 11.

【0026】本実施形態は、バイメタル方式のシリコン
梁構造で構成されたマイクロアクチュエータであり、例
えばマイクロリレーに用いることができる。
The present embodiment is a microactuator having a bimetallic silicon beam structure, and can be used for a microrelay, for example.

【0027】かかるアクチュエータにおいては、熱絶縁
層13を介して、アクチュエータ22を二方向に変位さ
せることが可能である。
In such an actuator, the actuator 22 can be displaced in two directions via the heat insulating layer 13.

【0028】なお、上述の実施形態では、絶縁層3、9
にはシリコン酸化膜を、金属電極4、5、10、12に
はアルミニウム電極を、金属層6、12にはアルミニウ
ム膜を、熱絶縁層13にはシリコン酸化膜を用いたが、
この構成に限定されるものではない。
In the above embodiment, the insulating layers 3 and 9
A silicon oxide film, an aluminum electrode for the metal electrodes 4, 5, 10, and 12, an aluminum film for the metal layers 6 and 12, and a silicon oxide film for the heat insulating layer 13.
It is not limited to this configuration.

【0029】[0029]

【発明の効果】上記のように本発明に係る請求項1記載
のアクチュエータは、第1導電型半導体層と、該第1導
電型半導体層の表面に不純物拡散により形成した第2導
電型不純物拡散層と、前記第1導電型半導体層と前記第
2導電型不純物拡散層の上に形成された絶縁層と、前記
第2導電型不純物拡散層の上に前記絶縁層を介して形成
され熱膨張係数が前記第1導電型半導体層の熱膨張係数
に比べ大きい金属層と、該金属層を挟むように前記第2
導電型不純物拡散層と接触をとった2つの金属電極とを
有してなる2つの梁構造体を、熱絶縁層を介して、前記
絶縁層が形成されていない前記第1導電型半導体層の面
を互いに対向させて接合してなるようにしたもので、熱
膨張係数の違いを利用して、アクチュエータを二方向に
駆動させることが可能になった。そのため、従来の方式
のように一方向しか駆動できない場合に比べ、アクチュ
エータとしての使用用途が拡大した。
As described above, in the actuator according to the first aspect of the present invention, the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type impurity diffusion layer formed on the surface of the first conductive type semiconductor layer by impurity diffusion. A layer, an insulating layer formed on the first conductive type semiconductor layer and the second conductive type impurity diffusion layer, and a thermal expansion formed on the second conductive type impurity diffusion layer via the insulating layer. A metal layer whose coefficient is larger than the coefficient of thermal expansion of the first conductivity type semiconductor layer;
The two beam structures having the conductive impurity diffusion layer and the two metal electrodes in contact with each other are separated by a heat insulating layer into the first conductive semiconductor layer on which the insulating layer is not formed. The actuators can be driven in two directions by using the difference in the coefficient of thermal expansion because the surfaces are joined to face each other. Therefore, the use as an actuator has been expanded compared to the case where driving can be performed in only one direction as in the conventional method.

【0030】また、請求項2記載のアクチュエータは、
請求項1記載の発明において、前記第1導電型半導体層
が、導電型シリコン層であるとしたもので、本発明記載
のアクチュエータを容易に実現することができる。
The actuator according to claim 2 is
In the first aspect of the present invention, the first conductive type semiconductor layer is a conductive type silicon layer, so that the actuator according to the present invention can be easily realized.

【0031】また、請求項3記載のアクチュエータは、
請求項1又は請求項2に記載の発明において、前記金属
層の熱膨張係数は、1.3×10-5/℃以上であるとし
たもので、熱膨張係数に違いにより発生する駆動力を十
分発現させることが可能である。
Further, the actuator according to claim 3 is
In the invention according to claim 1 or 2, the thermal expansion coefficient of the metal layer is 1.3 × 10 −5 / ° C. or more, and a driving force generated due to a difference in the thermal expansion coefficient is determined. It can be sufficiently expressed.

【0032】また、請求項4記載のアクチュエータは、
請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の発明におい
て、前記熱絶縁層の熱伝導率は、10W/m・℃以下で
あるとしたもので、第1の梁構造体と第2の梁構造体と
の間の熱伝導を減少させることで、熱膨張係数の違いを
十分利用した二方向の駆動が可能となる。
Further, the actuator according to claim 4 is
The invention according to any one of claims 1 to 3, wherein the thermal insulation layer has a thermal conductivity of 10 W / m · ° C or less, and the first beam structure and the second beam structure. By reducing the heat conduction between the structure and the structure, it is possible to perform two-way driving that makes full use of the difference in the coefficient of thermal expansion.

【0033】また、請求項5記載のアクチュエータは、
請求項1乃至請求項4のいずれかに記載の発明におい
て、前記熱絶縁層は、シリコン酸化膜であるとしたもの
で、第1の梁構造体と第2の梁構造体との間の熱伝導を
効果的に減少させることができる。
Further, the actuator according to claim 5 is
The invention according to any one of claims 1 to 4, wherein the heat insulating layer is a silicon oxide film, and a thermal interface between the first beam structure and the second beam structure. Conduction can be effectively reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係るアクチュエータの断面
図である。
FIG. 1 is a sectional view of an actuator according to an embodiment of the present invention.

【図2】従来例に係るアクチュエータの断面図である。FIG. 2 is a sectional view of an actuator according to a conventional example.

【図3】バイメタル方式を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a bimetal system.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 第1導電型半導体層 2 第2導電型不純物拡散層 3 絶縁層 4 金属電極 5 金属電極 6 金属層 7 第1導電型半導体層 8 第2導電型不純物拡散層 9 絶縁層 10 金属電極 11 金属電極 12 金属層 13 熱絶縁層 14 金属部材 15 金属部材 20 基板 21 アクチュエータ 22 アクチュエータ REFERENCE SIGNS LIST 1 first conductive type semiconductor layer 2 second conductive type impurity diffusion layer 3 insulating layer 4 metal electrode 5 metal electrode 6 metal layer 7 first conductive type semiconductor layer 8 second conductive type impurity diffusion layer 9 insulating layer 10 metal electrode 11 metal Electrode 12 Metal layer 13 Thermal insulation layer 14 Metal member 15 Metal member 20 Substrate 21 Actuator 22 Actuator

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型半導体層と、該第1導電型半
導体層の表面に不純物拡散により形成した第2導電型不
純物拡散層と、前記第1導電型半導体層と前記第2導電
型不純物拡散層の上に形成された絶縁層と、前記第2導
電型不純物拡散層の上に前記絶縁層を介して形成され熱
膨張係数が前記第1導電型半導体層の熱膨張係数に比べ
大きい金属層と、該金属層を挟むように前記第2導電型
不純物拡散層と接触をとった2つの金属電極とを有して
なる2つの梁構造体を、熱絶縁層を介して、前記絶縁層
が形成されていない前記第1導電型半導体層の面を互い
に対向させて接合したことを特徴とするアクチュエー
タ。
A first conductivity type semiconductor layer; a second conductivity type impurity diffusion layer formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer by impurity diffusion; the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type. An insulating layer formed on the impurity diffusion layer; and a thermal expansion coefficient formed on the second conductivity type impurity diffusion layer via the insulating layer, the thermal expansion coefficient being larger than that of the first conductivity type semiconductor layer. The two beam structures each having a metal layer and two metal electrodes in contact with the second conductivity type impurity diffusion layer so as to sandwich the metal layer are separated from each other by a heat insulating layer. An actuator, wherein the surfaces of the first conductivity type semiconductor layers, on which no layers are formed, are joined to face each other.
【請求項2】前記第1導電型半導体層は、導電型シリコ
ン層であることを特徴とする請求項1記載のアクチュエ
ータ。
2. The actuator according to claim 1, wherein the first conductive semiconductor layer is a conductive silicon layer.
【請求項3】前記金属層の熱膨張係数は、1.3×10
-5/℃以上であることを特徴とする請求項1記載又は請
求項2に記載のアクチュエータ。
3. The thermal expansion coefficient of said metal layer is 1.3 × 10
The actuator according to claim 1 or 2, wherein the temperature is −5 / ° C. or more.
【請求項4】前記熱絶縁層の熱伝導率は、10W/m・
℃以下であることを特徴とする請求項1乃至請求項3の
いずれかに記載のアクチュエータ。
4. A thermal conductivity of the heat insulating layer is 10 W / m ·
The actuator according to any one of claims 1 to 3, wherein the temperature is lower than or equal to ° C.
【請求項5】前記熱絶縁層は、シリコン酸化膜であるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれかに記載
のアクチュエータ。
5. The actuator according to claim 1, wherein the heat insulating layer is a silicon oxide film.
JP2000242304A 2000-08-10 2000-08-10 Actuator Pending JP2002052499A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000242304A JP2002052499A (en) 2000-08-10 2000-08-10 Actuator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2000242304A JP2002052499A (en) 2000-08-10 2000-08-10 Actuator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2002052499A true JP2002052499A (en) 2002-02-19

Family

ID=18733341

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000242304A Pending JP2002052499A (en) 2000-08-10 2000-08-10 Actuator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2002052499A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004001176A (en) * 2002-02-08 2004-01-08 Eastman Kodak Co Double-motion thermal actuator and its operation method
JP2004001172A (en) * 2002-02-08 2004-01-08 Eastman Kodak Co Triple-layered thermal actuator, and operating method therefor
JP2004160650A (en) * 2002-11-13 2004-06-10 Eastman Kodak Co Tapered multilayer thermal actuator and its operation method

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004001176A (en) * 2002-02-08 2004-01-08 Eastman Kodak Co Double-motion thermal actuator and its operation method
JP2004001172A (en) * 2002-02-08 2004-01-08 Eastman Kodak Co Triple-layered thermal actuator, and operating method therefor
JP4580619B2 (en) * 2002-02-08 2010-11-17 イーストマン コダック カンパニー Three-layer thermal actuator and operating method
JP2004160650A (en) * 2002-11-13 2004-06-10 Eastman Kodak Co Tapered multilayer thermal actuator and its operation method
JP4563020B2 (en) * 2002-11-13 2010-10-13 イーストマン コダック カンパニー Tapered multilayer thermal actuator and method of operation thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6407482B2 (en) Micro-relay and method for manufacturing the same
US6255757B1 (en) Microactuators including a metal layer on distal portions of an arched beam
EP1121694B1 (en) Microelectromechanical device having single crystalline components and metallic components and associated fabrication methods
KR20010050447A (en) In-plane MEMS thermal actuator and associated fabrication methods
US8154378B2 (en) Thermal actuator for a MEMS-based relay switch
CA2332216A1 (en) Actuators including serpentine arrangements of alternating actuating and opposing segments and related methods
JP2005500655A5 (en)
US20110168224A1 (en) Thermoelectric device and thermoelectric device array
CN1295178A (en) Thermal actuating miniature electromechanical system with thermal isolation structure
JP2002052499A (en) Actuator
US6664885B2 (en) Thermally activated latch
JP2005251549A (en) Microswitch and driving method for microswitch
JP2000050661A (en) Power generator
US20030183267A1 (en) Thermoelectric microactuator
US20040160302A1 (en) Actuator and switch
JP2000309000A (en) Semiconductor device, and semiconductor micro-actuator, semiconductor micro-valve and semiconductor micro- relay which all use same device, and manufacture of semiconductor device and manufacture of semiconductor micro-actuator
JPH0442971A (en) Semiconductor device
JP4032638B2 (en) Semiconductor microactuator
TW200421639A (en) Liquid metal, latching relay with face contact
JP2002200597A (en) Semiconductor micro actuator, and semiconductor micro valve using the same
JP2005353333A (en) Microswitch
JP2001150392A (en) Semiconductor micro-actuator
JPH04370622A (en) Electrostatic relay
JP2000068565A (en) Peltier element
KR20050066337A (en) Manufacturing method of thermoelectric module