JP2007517488A - 静電駆動デバイス - Google Patents
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Abstract
Description
"A Novel Electrostatic Actuator for Micro DeformableMirrors: Fabrication and Test", C. Divoux, J. Charton, W. Schwartz, E. Stadler,J. Margail, L. Jocou, T. Enot, J.C. Barbe, J. Chiaroni and P. Berruyer,Transducers '03, IEEE, 12th International Conference on Solide-State Sensors,Actuators and Microsystems, Boston, Massachusetts, USA, June 8-12, 2003. "Electrostatically Excited Diaphragm driven as aLoudspeaker", P. Rangsten, L. Smith, L. Rosengren, B. Hok, Transducers 95, the 8th International Conference on Solid State Sensors and Actuators, andEurosensors IX, Stockholm, Sweden, June 25-29, 1995. "Electrostatic Curved Electrode", Rob Legtenberg,John Gilbert, Stephen D. Senturia, Miko Elwenspoeck, Journal ofMicroelectromechanical System, vol. 6, No. 3, September 1997. "A new Electrostatic Actuator providing improved StrokeLength and Force", Jeans Branebjerg, Perter Gravesen, Micro Electro Mechanical Systems '92, Travemunde (Germany), February 4-7, 1992.
−基板に対して自由に移動し得るものとされたいわゆる可動電極と、
−可動電極の一部に対して対向しつつ可動電極と同じサイドに配置されかつ基板に対して固定された少なくとも2つの固定電極と、
−可動電極の少なくとも一部に対しての少なくとも1つのピボットを形成するためのピボット形成手段と、
を具備している。
−基板に対しての可動部分またはフレキシブル部分を有したメンブランの一部であるとともに、この一部が、電気的絶縁部分を介して互いに絶縁された少なくとも2つの可動電極を備えているような、メンブランの一部と、
−可動部分と同じサイドに配置されかつ基板に対して固定された少なくとも1つの固定電極であるとともに、この固定電極の第1部分と第2部分とが、可動部分のそれぞれ対応する可動電極に対向して配置されているような、少なくとも1つの固定電極と、
−可動部分またはフレキシブル部分またはメンブランの少なくとも一部に対しての少なくとも1つのピボットを形成するためのピボット形成手段と、
を具備している。
−第1基板に、この第1基板に対して固定された1つあるいは2つの固定電極を形成し、
−ピボット形成手段と、可動電極またはメンブランと、を形成し、この際、可動電極またはメンブランには、絶縁部分を介して互いに絶縁された少なくとも2つの電極を設けるとともに、可動電極またはメンブランを、基板に対して自由に移動し得るものとする。
−Si3N4から形成された第1層、
−FeNiから形成された第2層、
−Si3N4から形成された第3層。
−可動電極または可動メンブランの一部と、固定電極と、の間に対して、好ましくは漸次的に、電圧を印加すること。
−可能であれば、可動電極または可動メンブランの他の部分と、固定電極と、の間に前もって印加された電圧を解除すること。
−2対をなす電極620,621から形成されたアクチュエータ。その際、2対をなす電極は、2つの固定電極620(図15B)、および、自由端621.1を有した1つの可動電極621、とされている。可動電極621は、その自由端621.1のところから、固定電極620に対して接触し得るよう構成されている。可動電極は、2つの電極間に対する印加電圧の関数として、可変表面積でもって接触を行う。
−あるいは、図13A〜図14Bに関して上述したように、各アクチュエータに関し、あるいは、アクチュエータのうちの1つに関し、アクチュエータのあるいは各アクチュエータの可動部分内に設けられかつ絶縁領域によって互いに絶縁された2つの電極、および、1つあるいは2つの固定電極(例えば、図13Aおよび図14Aに図示されている)。
−2つのアクチュエータ619の各々は、互いに絶縁された2つの可動電極を備えたタイプのものとされる。しかしながら、一方のアクチュエータは、固定電極に対して対向配置され、他方のアクチュエータは、他の2つの固定電極に対して対向配置される。
−あるいは、一方のアクチュエータ619が、互いに絶縁された2つの可動電極を備えたタイプのものとされ、なおかつ、1つの固定電極に対してあるいは2つの固定電極に対して対向配置され、さらに、他方のアクチュエータ619が、2つの固定電極に対して対向配置された単一の可動電極を備えたタイプのものとされる。
−長さに関しては、数十μm〜数mm、例えば、10μmあるいは20μmから、1mmあるいは5mmあるいは10mmまで。
−厚さに関しては、0.1μmの数倍〜数μm、例えば、0.1μm〜10μm。この厚さのために、可動電極621を、ベース614がなす主面に対してほぼ垂直な方向において、十分にフレキシブルなものとすることができる。
−ボディの幅621.2に関しては、ボディの厚さよりも、かなり大きなものとすることができ、例えば、50μm〜100μmとすることができる。電極間スペース625は、休止時において、数μm〜数十μmとすることができる。
12 固定電極
14 固定電極
18 ピボット形成手段
20 絶縁層
22 基板
28 ピボット形成手段
30 メンブラン
33 可動電極、パッド
34 パッド
35 可動電極
36 パッド
37 可動電極
62 固定電極
64 固定電極
77 エルボー
79 ピボット
80 ピボット
82 固定電極
84 固定電極
92 固定電極
94 固定電極
98 ピボット形成手段
120 絶縁層
123 基板
132 固定電極
134 固定電極
135 可動電極、可動部分
136 固定電極、可動部分
137 可動電極
139 可動電極、可動部分
140 端部
158 ピボット形成手段
196 電気的コンタクト部材
198 ピボット形成手段
210 可動電極
220 絶縁層
222 基板
224 絶縁層
232 磁気的手段
234 磁気的手段
242 固定磁気的手段
244 固定磁気的手段
320 絶縁層
322 基板
335 可動電極
337 可動電極
339 可動電極
342 固定磁気的手段
344 固定磁気的手段
350 電気的コンタクト部材
398 ピボット形成手段
399 ピボット形成手段
532 犠牲層
610 支持手段
613 連結手段、トーションアーム
617 支持手段
623 駆動アーム
626 キャビティ
630 ピボット形成手段
800 支持手段
804 伸張手段
1000 第2基板
1200 第1基板
Claims (62)
- 静電駆動デバイスであって、
−可動電極と称される少なくとも1つの電極(10,33,35,37,135,137,139,210,335,337,339)であるとともに、基板(22,123,222,322)に対して自由に移動し得るものとされた少なくとも1つの部分を備えている可動電極と、
−前記可動電極の一部に対して対向しつつ前記可動電極と同じサイドに配置されかつ前記基板に対して固定された少なくとも2つの固定電極(12,14,62,64,82,84,92,94,132,134,136)と、
−前記可動電極の少なくとも一部に対しての少なくとも1つのピボットを形成するためのピボット形成手段(18,28,98,158,198,398,399)と、
を具備し、
前記固定電極のうちの1つが、対向している前記可動電極の一部を引きつけた際には、前記可動電極が前記ピボットに当接し得るとともに、前記可動電極の他の部分が、機械的復元力の効果によって、前記基板から離間し得るものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1記載のデバイスにおいて、
前記可動電極が、前記基板に対して垂直であるような少なくとも1つの方向に沿って少なくとも1つの可動部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1または2記載のデバイスにおいて、
2つの固定電極が、前記基板上と前記可動電極上との一方または双方に形成された絶縁層(20,120,220,224,320)を介して、前記可動電極から絶縁されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜3のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極の前記可動部分が、パッド(33,34,36)を介してメンブラン(30)に対して連結されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記ピボット形成手段が、前記基板に対して固定された少なくとも1つのパッド(18,98,158,198,398,399)を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜4のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記ピボット形成手段が、前記可動部分の側方に配置された少なくとも1つのアーム(28)を備えている、あるいは、前記可動部分の両サイドに配置された2つのアームを備えている、ことを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極の前記可動部分が、エルボー(77)を形成していることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
互いに対向した2つの対として配置された4つの固定電極(82,84,92,94)を具備し、
前記可動電極が、十字形状に配置された2つの可動部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項8記載のデバイスにおいて、
2つのピボット(79,80)を具備していることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜9のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極が、前記基板または前記絶縁層の上部にまたは内部に嵌め込まれたまたは固定された少なくとも1つの部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜10のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記各固定電極が、前記ピボット形成手段のサイドにおいて、前記可動電極の少なくとも1つの端部に対向して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極が、少なくとも2つの可動部分(135,137,139)を備え、
各可動部分の一方の端部が、自由端とされ、
前記固定電極(132,134,136)が、各可動部分(135,137,139)に対向して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項12記載のデバイスにおいて、
前記可動電極が、3つの可動部分(135,137,139)を備え、
3つの固定電極(132,134,136)が設けられ、
これら各固定電極(132,134,136)が、前記可動部分の一部に対向して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項12または13記載のデバイスにおいて、
前記可動電極の前記可動部分が、複数のものとして延出されているとともに、これら可動部分が、側方においてまたは角度をなして、互いにオフセットされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜6のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
3つの固定電極を具備し、
前記可動部分が、端部(140)のところにおいて互いに連結された3つのストリップ(135,137,139)を備えていることを特徴とするデバイス。 - 静電駆動デバイスであって、
−基板(22,123)に対しての可動部分またはフレキシブル部分を有したメンブランの一部であるとともに、この一部が、電気的絶縁部分(11,141)を介して互いに絶縁された少なくとも2つの可動電極(13,15,135,137,139)を備えているような、メンブランの一部と、
−前記可動部分と同じサイドに配置されかつ前記基板に対して固定された少なくとも1つの固定電極(17,133)であるとともに、この固定電極の第1部分と第2部分とが、前記可動部分のそれぞれ対応する前記可動電極に対向して配置されているような、少なくとも1つの固定電極と、
−前記可動部分または前記フレキシブル部分または前記メンブランの少なくとも一部に対しての少なくとも1つのピボットを形成するためのピボット形成手段(18,28,98,158,198,398,399)と、
を具備し、
前記固定電極のうちの1つが、前記可動部分または前記フレキシブル部分または前記メンブランの前記可動電極のうちの1つを引きつけた際には、前記可動部分または前記フレキシブル部分または前記メンブランが前記ピボットに当接し得るとともに、他の可動電極が、機械的復元力の効果によって、前記基板から離間し得るものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、前記基板に対して垂直であるような少なくとも1つの方向に沿って自由に移動し得るものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16または17記載のデバイスにおいて、
2つの固定電極が、前記基板上と前記可動電極上との一方または双方に形成された絶縁層(20,120,220,224,320)を介して、前記可動電極から絶縁されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜18のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、パッド(33,34,36)を介してメンブラン(30)に対して連結されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜19のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記ピボット形成手段が、前記基板に対して固定された少なくとも1つのパッド(18,98,158,198,398,399)を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜20のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記ピボット形成手段が、前記可動部分の側方に配置された少なくとも1つのアーム(28)を備えている、あるいは、前記可動部分の両サイドに配置された2つのアームを備えている、ことを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜21のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、エルボー(77)を形成していることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜22のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
互いに対向した対として配置された4つの固定電極(82,84,92,94)を具備し、
前記可動部分が、十字形状に配置された2つの可動部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項23記載のデバイスにおいて、
2つのピボット(79,80)を具備していることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜24のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、前記基板または前記絶縁層の上部にまたは内部に嵌め込まれたまたは固定された少なくとも1つの部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜25のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
各固定電極が、ピボット形成手段の一方サイドにおいて、可動電極の少なくとも一端に対して対向して配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜21のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、少なくとも2つの可動電極(135,137,139)を備え、
これら可動電極(135,137,139)が、一方の端部において、絶縁部分(141)を介して互いに連結され、
各可動電極の他方の端部が、自由端とされ、
前記固定電極(132,134,136)が、各可動電極(135,137,139)に対向していることを特徴とするデバイス。 - 請求項27記載のデバイスにおいて、
前記可動部分が、3つの可動電極(135,137,139)を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項27または28記載のデバイスにおいて、
前記可動電極が、複数のものとして延出されているとともに、これら可動電極が、側方においてまたは角度をなして、互いにオフセットされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項16〜29のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
少なくとも2つの固定電極を具備していることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜30のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動部分上には、電気的コンタクト部材(196,350)が固定されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜16のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極と前記固定電極と前記ピボットとが、前記基板の表面上においてほぼ平面状となっていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜32のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
少なくとも1つの可動電極が、磁気的手段または部分的な磁気的手段(232,234)を備え、
さらに、前記基板に対して固定された固定磁気的手段(242,244,342,344)を具備し、
これら固定磁気的手段が、前記可動電極の前記磁気的手段に対してのコンタクトを引き起こし得るものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項33記載のデバイスにおいて、
コンタクト時における静電力と磁気力との間の相対差が、10%であることを特徴とするデバイス。 - 請求項33または34記載のデバイスにおいて、
コンタクト時における静電力および磁気力が、機械的復元力よりも大きなものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項35記載のデバイスにおいて、
コンタクト時における静電力および磁気力が、機械的復元力と比較して、少なくとも10倍大きなものとされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項33〜36のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記可動電極の前記磁気的手段と、前記固定磁気的手段とが、前記デバイスの少なくとも2つの安定位置を規定することを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜37のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
少なくとも1つの固定電極と1つの可動電極とを具備しており、これにより、キャパシタを形成していることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜38のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記ピボット形成手段を使用することにより、前記可動電極の一ポイントを、前記基板から50nm〜20μmという高さ位置に保持し得るものとされていることを特徴とするデバイス。 - 光学素子のための駆動デバイスであって、
−請求項1〜39のいずれか1項に記載された少なくとも1つの静電駆動デバイスと、
−光学素子のための支持手段(610,617)であるとともに、前記メンブランに対してまたは前記駆動デバイスの前記可動電極に対して連結されており、さらに、前記メンブランまたは前記可動電極の移動時には、このメンブランまたはこの電極によって駆動され得るものとされた、支持手段と、
を具備していることを特徴とするデバイス。 - 請求項40記載のデバイスにおいて、
複数の前記駆動デバイスのうちの1つの駆動デバイスの少なくとも1つの電極が、第1方向に沿った第1幅を有した長尺ボディ(621.1)と、前記第1幅よりも広い第2幅を有しておりかつスタータと称されるような端部(621.3)と、を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項40または41記載のデバイスにおいて、
請求項1〜39のいずれか1項に記載された2つ静電駆動デバイスを具備し、
光学素子のための前記支持手段(610,617)が、それら2つ静電駆動デバイスに対して連結されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42記載のデバイスにおいて、
前記2つの静電駆動デバイスが、光学素子のための前記支持手段の両サイドに配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42記載のデバイスにおいて、
前記2つの静電駆動デバイスが、光学素子のための前記支持手段と同じサイドに配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42〜44のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記2つの静電駆動デバイスが、互いに平行な2つの方向に沿って延在していることを特徴とするデバイス。 - 請求項42〜44のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記2つの静電駆動デバイスの各々が、湾曲部分を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項46記載のデバイスにおいて、
前記2つの静電駆動デバイスが、少なくとも1つの共通端部(621.3)によって機械的に連結されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42〜47のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
2つの駆動アーム(623)を備え、
これら駆動アームが、前記2つの静電駆動デバイスを、光学素子のための前記支持手段(610,617)に対して連結していることを特徴とするデバイス。 - 請求項42〜48のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
キャビティ(626)を備えた基板を具備し、
前記キャビティ(626)が、光学素子のための前記支持手段の回転を可能としていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42〜49のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
さらに、
フレーム(615)と、
前記静電駆動デバイスおよび光学素子のための前記支持手段(610,617)を、前記フレームに対して連結するための連結手段(613)と、
を具備していることを特徴とするデバイス。 - 請求項50記載のデバイスにおいて、
前記連結手段(613)が、トーションアーム(613)を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項42記載のデバイスにおいて、
前記支持手段(800)が、湾曲を有した閉じた輪郭を備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項52記載のデバイスにおいて、
前記輪郭の周囲にあるいは前記輪郭に沿って、前記静電駆動デバイスが配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項52記載のデバイスにおいて、
前記輪郭に対して放射状でもって、前記静電駆動デバイスが配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項52〜54のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
前記輪郭が、円形とされていることを特徴とするデバイス。 - 請求項52〜55のいずれか1項に記載のデバイスにおいて、
さらに、伸張手段(804)を具備し、
この伸張手段(804)が、前記静電駆動デバイスと前記支持手段(800)との間に配置されていることを特徴とするデバイス。 - 請求項56記載のデバイスにおいて、
前記伸張手段(804)が、少なくとも1つの伸張ループを備えていることを特徴とするデバイス。 - 請求項1〜39のいずれか1項に記載されたデバイスの製造方法であって、
−第1基板に、この第1基板に対して固定された1つあるいは2つの固定電極を形成し、
−ピボット形成手段(630)と、可動電極またはメンブランと、を形成し、この際、前記可動電極または前記メンブランには、絶縁部分を介して互いに絶縁された少なくとも2つの電極を設けるとともに、前記可動電極または前記メンブランを、前記基板に対して自由に移動し得るものとする、
ことを特徴とする方法。 - 請求項58記載の方法において、
前記可動電極または前記メンブランを、前記基板上に形成されたまたは成膜された犠牲層(532)上に形成し、
その後、その犠牲層を除去することを特徴とする方法。 - 請求項58記載の方法において、
前記可動電極または前記メンブランを、第2基板(1000)の表面上に形成し、
その後、前記第1基板(1200)と前記第2基板(1000)とを組み立てることを特徴とする方法。 - 請求項59記載の方法において、
前記第2基板の薄肉化により、前記可動電極または前記メンブランを、前記第2基板の表面から除去することを特徴とする方法。 - 請求項58〜61のいずれか1項に記載の方法において、
前記第1基板上に、ピボット形成手段を形成することを特徴とする方法。
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