JP2005122131A - バイモルフ駆動を有した振動マイクロミラー - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 マイクロミラーであって、反射領域(19)を有した可動部(11)と;固定部(12)と;可動部(11)が振動する軸(13)を具現している2つのトーションアーム(14)と;を具備し、軸(13)が、可動部(11)の質量中心(M)からオフセットされた位置において可動部(11)を通過するものとされ、各トーションアーム(14)が、固定部(12)に対してバイモルフ駆動手段(15)を介して連結された一端部を有し、バイモルフ駆動手段(15)が、励起の作用下において体積および/または形状を変化させ得るような能動材料から形成された部材(15.3)と、この部材(15.3)と協働する能動的フレキシブル構造(15.2)と、を有している。
【選択図】 図4A
Description
micromirror for optical beam scanning display”と題する Proceeding MEMS 98,
IEEE, pages 110-115 という文献には、圧電性バイモルフ駆動を有した非対称マイクロミラーが開示されている。図1は、そのようなマイクロミラーを3次元的に図示している。図2A〜図2Dは、可動部を示す図であって、可動部の振動移動を説明している。図3は、時間の関数として、傾斜角度(θ)の変化、鉛直方向変位(δz)の変化、および、可動部の加速度(d2z/dt2)の変化、を示している。
K. Yamada 氏、および、T. Kuriyama 氏による"A novelasymmetric silicon micromirror for optical beam scanning display"と題するProceeding MEMS 98, IEEE, pages 110-115
a)半導体製ベース層と半導体製表面層とこれらの層間に埋め込まれた絶縁層とから形成された半導体基板の半導体製表面層上において、各トーションアームに関して、能動材料からなる部材と、(必要である場合には)この部材に関連する励起手段と、を形成し、
b)埋込絶縁層をエッチング停止層として使用しつつ半導体製表面層内においてエッチングを行うことにより、可動部とトーションアームと受動的フレキシブル構造との形状を規定し、
c)可動部とトーションアームと受動的フレキシブル構造の下部との下方において、半導体製ベース層と埋込絶縁層とを除去することにより、可動部とトーションアームと受動的フレキシブル構造とを解放し、これにより、受動的フレキシブル構造の変形を可能とするとともに、半導体製ベース層と埋込絶縁層との残部内に固定部を形成する。
12 固定部
13 軸
14 トーションアーム
15 バイモルフ駆動手段
15.1 固体積層体
15.2 能動的フレキシブル構造、メンブラン、梁
15.21 端部
15.22 端部
15.3 能動材料からなる部材
15.4 励起手段
19 反射領域
100 半導体基板
101 半導体製ベース層
102 埋込絶縁層
103 半導体製表面層
104 絶縁体製ベース
105 下側電極(第1電極)
106 さらなる絶縁体製ベース
107 上側電極(第2電極)
B 直線状エッジ
B’ 直線状エッジ
C 丸い形状をなすエッジ
M 質量中心
Claims (18)
- マイクロミラーであって、
反射領域(19)を有した可動部(11)と;
固定部(12)と;
前記可動部(11)から延出されているとともに、前記可動部(11)が振動する軸(13)を具現している、2つのトーションアーム(14)と;
を具備し、
前記軸(13)が、前記可動部(11)の主面に対して略平行なものとされ、
前記軸(13)が、前記可動部(11)の質量中心(M)からオフセットされた位置において前記可動部(11)を通過するものとされ、
前記各トーションアーム(14)が、前記固定部(12)に対してバイモルフ駆動手段(15)を介して連結された一端部を有し、
このようなマイクロミラーにおいて、
前記バイモルフ駆動手段(15)が、固体積層体(15.1)を備え、
この固体積層体(15.1)が、各トーションアーム(14)に関して、成膜された層またはアドオン層を有するものとされ、
前記固体積層体(15.1)が、励起の作用下において体積および/または形状を変化させ得るような能動材料から形成された部材(15.3)と、この部材(15.3)と協働する能動的フレキシブル構造(15.2)と、を有していることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1記載のマイクロミラーにおいて、
前記能動材料が、圧電性材料、あるいは、磁気歪み材料、あるいは、前記受動的フレキシブル構造を形成している材料の熱膨張係数とは有意に異なる熱膨張係数を有した熱的効果材料、あるいは、形状記憶合金、とされていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1または2記載のマイクロミラーにおいて、
前記バイモルフ駆動手段(15)が、前記能動材料からなる部材(15.3)を励起するための励起手段(15.4)を備えていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のマイクロミラーにおいて、
前記トーションアーム(14)が、前記受動的フレキシブル構造(15.2)に対して連結されていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項4記載のマイクロミラーにおいて、
前記トーションアーム(14)と前記受動的フレキシブル構造(15.2)との間の前記連結が、励起によって前記能動材料からなる部材(15.3)がその体積および/またはその形状を変化させた際の変形量が大きい領域において、行われていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1〜5のいずれか1項に記載のマイクロミラーにおいて、
前記能動材料からなる部材(15.3)と前記受動的フレキシブル構造(15.2)とが、全体的にまたは部分的にオーバーラップしていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項6記載のマイクロミラーにおいて、
前記オーバーラップが部分的なものである場合には、前記オーバーラップが、前記受動的フレキシブル構造(15.2)の変形量が大きい領域において、行われていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のマイクロミラーにおいて、
前記受動的フレキシブル構造(15.2)が、メンブランの形態とされ、
このメンブランが、前記固定部に対して固定された少なくとも1つのエッジ部分(C)と、前記トーションアーム(14)に対して固定された少なくとも1つの自由エッジ部分(B)と、を有していることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項8記載のマイクロミラーにおいて、
前記メンブラン(15.2)が、ほぼ半円盤とされ、
この半円盤が、丸い形状をなすエッジ(C)と、直線状エッジ(B)と、を有し、
前記直線状エッジ(B)が、自由エッジとされ、
前記丸い形状をなすエッジ(C)が、前記固定部(12)に対して固定されていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項9記載のマイクロミラーにおいて、
前記能動材料からなる部材(15.3)が、ほぼ半円盤の形態とされ、
この半円盤が、前記メンブラン(15.2)の前記直線状エッジ(B)を中心としておりかつそのエッジ(B)と一直線状をなすものとされた直線状エッジ(B’)を有していることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項10記載のマイクロミラーにおいて、
前記能動材料からなる部材(15.3)がなす前記半円盤の前記直線状エッジ(B’)の長さが、前記メンブラン(15.2)の前記直線状エッジ(B)の長さの2/5に等しいものとされていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1〜7のいずれか1項に記載のマイクロミラーにおいて、
前記受動的フレキシブル構造(15.2)が、梁の形態とされ、
この梁の両端部(15.21,15.22)が、前記固定部(12)に対して固定され、
前記トーションアーム(14)が、前記梁(15.2)の略中央領域に固定されていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項12記載のマイクロミラーにおいて、
前記能動材料からなる部材(15.3)が、前記梁の中央領域を占めており、かつ、前記梁の両端部において1/6という長さ部分をそれぞれ露出させていることを特徴とするマイクロミラー。 - 請求項1〜13のいずれか1項に記載されたマイクロミラーを形成するための方法であって、
a)半導体製ベース層(101)と半導体製表面層(103)とこれらの層(101,103)間に埋め込まれた絶縁層(102)とから形成された半導体基板(100)の前記半導体製表面層(103)上において、前記各トーションアーム(14)に関して、前記能動材料からなる部材(15.3)と、(必要である場合には)この部材(15.3)に関連する励起手段(15.4)と、を形成し、
b)前記埋込絶縁層(102)をエッチング停止層として使用しつつ前記半導体製表面層(103)内においてエッチングを行うことにより、前記可動部(11)と前記トーションアーム(14)と前記受動的フレキシブル構造(15.2)との形状を規定し、
c)前記可動部(11)と前記トーションアーム(14)と前記受動的フレキシブル構造(15.2)の下部との下方において、前記半導体製ベース層(101)と前記埋込絶縁層(102)とを除去することにより、前記可動部(11)と前記トーションアーム(14)と前記受動的フレキシブル構造(15.2)とを解放し、これにより、前記受動的フレキシブル構造(15.2)の変形を可能とするとともに、前記半導体製ベース層(101)と前記埋込絶縁層(102)との残部内に前記固定部(12)を形成する、
ことを特徴とする方法。 - 請求項14記載の方法において、
前記ステップb)を行うよりも前に、反射性材料を成膜するとともに、成膜したこの反射性材料の形状を規定することにより、前記半導体製表面層(103)上に、前記反射領域(19)を形成することを特徴とする方法。 - 請求項14または15記載の方法において、
前記能動材料が、圧電性材料または熱的効果材料である場合には、
前記励起手段(15.4)を、前記半導体製表面層(103)と前記能動材料からなる部材(15.3)との間の第1電極(105)と、前記能動材料からなる部材(15.3)の上方に位置した第2電極(107)と、を有してなるものとすることを特徴とする方法。 - 請求項16記載の方法において、
前記第1電極(105)と前記半導体製表面層(103)との間に、絶縁体製ベース(104)を介装することを特徴とする方法。 - 請求項16または17記載の方法において、
前記第1電極(105)と前記第2電極(107)との間に、これら電極どうしを互いに絶縁し得るよう、さらなる絶縁体製ベース(106)を介装することを特徴とする方法。
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