JP2012510138A - 電気機械トランスデューサデバイスおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
tiは、層iの厚さであり、
Lは、アクチュエータの長さ(図2に示す長さ218)であり、
αiは、層iの熱膨張率であり、
hiは、層iの頂部と、始点(h0=0)として用いられる積層体の底部との間の距離であり、
ΔTは、デバイスが経験する動作温度と基準温度との差である(典型的には250°C)。
ΔT0は、デバイスの全動作温度範囲であり、
dijは、それぞれ層の中心で測定された層iと層jとの間の距離であり、
zijは、層jが層iの上に位置するときには「1」に等しく、層jが層iの下に位置するときには「−1」に等しい。
より典型的には、MEMSデバイスは、応力平衡していない(または所望された所定歪みを有していない)。それゆえ目標または所望の歪みを得るために応力を調整する必要がある。
他の層の底部に位置する層は、厚さr×t0、応力σ0−δσ/2であり、
他の層は、厚さが(1−r)×t0であり、応力σ0+δσ/2である。
Claims (23)
- 半導体基板(210)上に形成されたマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)であって、
前記マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)は、作動構造(202)の作動に応答して運動可能に構成された可動構造(203)を有し、
前記可動構造(203)は、
第1熱応答特性と第1機械応力応答特性とを有する少なくとも1層の機械層を備えた機械構造(204)と;
前記第1熱応答特性とは異なる第2熱応答特性と、前記第1機械応力応答特性とは異なる第2機械応力応答特性とを有する少なくとも1層の前記作動構造(202)と;
第3熱応答特性と第3機械応力応答特性とを有する第1補償層(206)と;
第4熱応答特性と第4機械応力応答特性とを有する第2補償層(207)と
を有し、
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、前記可動構造(203)の運動が温度変動に依存しないように、前記機械構造(204)と前記作動構造(202)との互いに異なる前記第1熱応答特性と前記第2熱応答特性とによって生み出される熱効果を補償するように構成され、かつ
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、前記マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)が非アクティブな状態のときに前記可動構造(203)が前記半導体基板(210)に対して相対的に所定量だけ歪むように、前記機械構造(204)と前記作動構造(202)との互いに異なる前記第1機械応力応答特性と前記第2機械応力応答特性とによって生み出される応力効果を調整するように構成されている
ことを特徴とする、マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)。 - 前記可動構造(203)は、前記半導体基板(210)の表面上に形成され、
前記所定量は、前記半導体基板(210)の表面に平行な面に対して相対的な所定範囲の歪み値を含む、
請求項1記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記所定量は、ゼロ歪みを含む、
請求項1または2記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記第1補償層(206)は、熱補償層であり、
前記第2補償層(207)は、応力補償層であり、
前記熱補償層(206)は、熱効果を補償するように構成され、
前記応力補償層(207)は、応力効果を補償するように構成されている、
請求項1〜3何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記応力補償層(207)は、第1熱応力特性に等しい第4熱応力特性を有するように構成されている、
請求項4記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記応力補償層(207)は、前記機械構造(204)に隣接している、
請求項4または5記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記機械構造(204)と前記応力補償層(207)とは、応力レベルが互いに異なるかつ互いに同一タイプの材料によって形成されている、
請求項4〜6何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記熱補償層(206)は、前記作動構造(202)とは異なる、
請求項4〜7何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記熱補償層(206)は、前記応力補償層(207)とは反対側で前記機械構造(204)に隣接している、
請求項4〜8および10何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記作動構造(202)の少なくとも1層は、第1材料によって形成され、
前記熱補償層(206)は、前記第1材料とは異なる第2材料によって形成されている、
請求項4〜8および10何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記熱補償層(206)と、前記可動構造(203)の一部を形成する前記作動構造(202)とは、互いに前記機械構造(204)の反対側に形成されている、
請求項4〜8および10何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記作動構造(202)は、複数の層を有し、
前記複数の層(202)は、当該複数の層の作動に応答して運動可能である前記可動構造(203)の一部を形成している、
請求項4〜11何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記作動構造(202)の前記複数の層は、第1電極層(214)と第2電極層(216)との間に圧電層(212)を有する、
請求項12記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記作動構造(202)はさらに、前記半導体基板(210)上に形成された層を有している、
請求項12記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記可動構造(203)の一部を形成する前記作動構造(202)の少なくとも1層は、前記機械構造(204)に対して平行な面内で第1区域を占め、
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、前記機械構造(204)に対して平行な面内で第2区域を占め、
前記第2区域は、前記第1区域に等しい、
請求項1〜14何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、材料の熱膨張率とヤング率とに従って選択された材料によって形成され、
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)のそれぞれは、熱効果と応力効果を補償するために所定厚さを有する、
請求項1〜15何れか一項記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 前記第1補償層(206)は、熱補償層であり、
前記第2補償層(207)は、応力補償層であり、
前記熱補償層(206)の所定厚さは、次式を解くことによって得られ、
tiは、層iの厚さであり、
αiは、層iの熱膨張率であり、
dijは、それぞれの層の中心で測定された層iと層jとの間の距離であり、
zijは、層jが層iの上に位置するときには「1」に等しく、層jが層iの下に位置するときには「−1」に等しい、
請求項16記載のマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス。 - 半導体基板(210)上にマイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)を形成する製造方法であって、
前記製造方法は、前記マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)が有する可動構造(203)を形成することを含み、前記可動構造(203)は、前記作動構造(202)の作動に応答して運動可能に構成され、
前記可動構造(203)を形成することは、
第1熱応答特性と第1機械応力応答特性とを有する少なくとも1層の機械層を備えた機械構造(204)を提供することと;
前記第1熱応答特性とは異なる第2熱応答特性と、前記第1機械応力応答特性とは異なる第2機械応力応答特性とを有する少なくとも1層の前記作動構造(202)を提供することと;
第3熱応答特性と第3機械応力応答特性とを有する第1補償層(206)を提供することと;
第4熱応答特性と第4機械応力応答特性とを有する前記第2補償層(207)を提供することと
を含み、
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、前記可動構造(203)の運動が温度変動に依存しないように、前記機械構造(204)と前記作動構造(202)との互いに異なる前記第1熱応答特性と前記第2熱応答特性とによって生み出される熱効果を補償するように構成され、かつ
前記第1補償層(206)と前記第2補償層(207)とは、前記マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)が非アクティブな状態のときに前記可動構造(203)が前記半導体基板(201)に対して相対的に所定量だけ歪むように、前記機械構造(204)と前記作動構造(202)との互いに異なる前記第1機械応力応答特性と前記第2機械応力応答特性とによって生み出される応力効果を調整するように構成されている
ことを特徴とする、マイクロまたはナノ電気機械トランスデューサデバイス(200)の製造方法。 - 前記可動構造(203)は、前記半導体基板(210)の表面上に形成され、
前記所定量は、前記半導体基板(210)の表面に平行な面に対して相対的な所定範囲の歪み値を含む、
請求項18記載の製造方法。 - 前記所定量は、ゼロ歪みを含む、
請求項18または19記載の製造方法。 - 前記第1補償層(206)は、熱補償層であり、
前記第2補償層(207)は、応力補償層であり、
前記熱補償層(206)は、熱効果を補償するように構成され、
前記応力補償層(207)は、応力効果を補償するように構成されている、
請求項18〜20何れか一項記載の製造方法。 - 前記製造方法はさらに、
前記熱補償層(206)と前記応力補償層(207)の材料を、材料の熱膨張率とヤング率とに従って選択することと;
熱効果と応力効果を補償するために所定厚さを有するように前記熱補償層(206)と前記応力補償層(207)とのそれぞれを構成することと
を含む、
請求項21項記載の製造方法。 - 前記熱補償層(206)の所定厚さは、次式を解くことによって得られ、
tiは、層iの厚さであり、
αiは、層iの熱膨張率であり、
dijは、それぞれの層の中心で測定された層iと層jとの間の距離であり、
zijは、層jが層iの上に位置するときには「1」に等しく、層jが層iの下に位置するときには「−1」に等しい、
請求項22記載の製造方法。
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