JP2020521347A - 流体の体積流量と相互作用するｍｅｍｓトランスデューサ、およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、複数の基板面を形成する複数の層を有する積層体を含み、積層体内に空洞を有する基板を含む。ＭＥＭＳトランスデューサは、空洞内で基板に接続されて、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能な要素を備える電気機械トランスデューサを含み、運動面内での変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。ＭＥＭＳトランスデューサは、積層体の層内に配置された電子回路を含み、この電子回路は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。【選択図】図２ａ
Description
本発明は、ＭＥＭＳスピーカ、ＭＥＭＳマイクロフォンまたはＭＥＭＳポンプなどの、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサに関し、特に、集積電子回路を備えるＭＥＭＳトランスデューサに関する。本発明はさらに、そのようなＭＥＭＳトランスデューサを備えるデバイス、およびＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法に関する。さらに、本発明は、チップ上のＭＥＭＳ−ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）スピーカシステムに関する。
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術は小型化可能であることに加え、その注目点の一つは、特に部品点数が中程度および大量のコンポーネントを低コストで製造することである。電気音響ＭＥＭＳスピーカは現状、大きく商品展開されていない。いくつかの例外を除き、ＭＥＭＳスピーカは、選択された物理的作用原理によって準静的または共振的に撓む膜で構成される。この撓みは、線形または非線形に、印加される電気信号（電流または電圧）に依存する。信号は時間的変動を含み、この変化が膜の撓みの時間的変動に反映される。膜の往復運動は、周囲の流体に音として伝達される。この流体は、以下ではわかりやすいように空気とするが、これに限定されるものではない。
膜の作動方向が一方向のみとなる場合もある。その場合、膜の撓みに応じた機械的なばね作用によって、復元力が得られる。あるいは、両方向に作動する場合もある。その場合、膜は極めて低い剛性を示し得る。
膜を作動させるために、静電、圧電、電磁気、電気力学、または磁歪の作用原理の利用することについて説明する。上記の原理に基づくＭＥＭＳ音響トランスデューサの概要が、例えば文献［１］に記載されている。
静電的に動作するトランスデューサは、２つの平面電極間に異なる電位がかけられた結果生じる力に基づく。最も単純な場合、この構成はプレートコンデンサに相当し、両方のプレートの一方が移動可能に懸垂される。実用的な実装では、この可動電極は、音響短絡を避けるために膜として構成される。電圧を印加すると、膜は対向電極に向かって反る。特定の実施形態では、膜はいわゆるタッチモードで操作される。ここで、例えば、文献［２］に記載のように、短絡を回避するために薄い絶縁層が貼られた下部電極に膜が接触する。接触面積は、印加される電圧の大きさに依存する。そのため、前記電圧の時間進行に依存する時間的変動を示す。このように生成される振動が音を生成する。原則として、従来の静電構成では、膜は電極の方向にのみ引き付けられる。復元力は、膜の剛性に少なくとも部分的に依存し、可聴音域内の各種高周波数も伝達できるように十分に大きくなければならない。
一方、所定の電圧では、膜の剛性レベルが高いほど、撓みは減少する。この問題を回避するために、文献［３］に記載のような手法が開発されている。この手法では、上下電極で制御される極めて柔軟な膜を用い、これにより両方向に撓むものが利用される。このスピーカは、当該膜が合計２枚利用され、マイクロポンプの場合と同様に、入口と出口を含み、それ以外は閉じている空洞内に懸垂されている。
圧電的に動作するトランスデューサは、逆圧電効果を利用する。電圧を印加すると、固体内に機械的応力が発生する。ＭＥＭＳ技術では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの材料が一般的に使用される。前記材料は、典型的には、機能層として膜に貼り付けられ、機能層に印加される電圧の関数として、膜が撓むおよび／または振動するようにパターニングされる。圧電機能層は、ヒステリシスを伴わずに動作できないという欠点がある。さらに、セラミック機能層の集積化は複雑であり、ＰＺＴおよびＺｎＯの場合は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）への搭載が難しいため、厳密な汚染管理下、ひいては独立したクリーンルーム環境でなければ実現できない。
電磁的に動作するトランスデューサは、非定常磁場（勾配）で軟磁性材料が受ける力の作用に基づく。理論実践のため、軟磁性材料に加えて、永久磁石とコイルが必要となる。これによって磁場の位置勾配は電流の流れによって時間制御される。軟磁性材料は、例えば膜に組み込まれる。その他のすべてのコンポーネントは、例えば文献［４］に記載されているように、アセンブリ内で使用可能になる。この構成はかさばり、複雑で、部品が多いために、合理的にスケーラブルではない。
電気力学的に動作するトランスデューサはローレンツ力を使用する。この方法は大型のスピーカでよく利用され、一部のＭＥＭＳスピーカでも利用されている。磁場は永久磁石によって生成される。磁場内には電流が流れるコイルが配置される。通常、コイルは金属層の被覆とパターニングによって膜に組み込まれ、永久磁石はアセンブリの外部コンポーネントとして追加される。ＭＥＭＳ技術によって全てのコンポーネントを集積する制限と複雑さは、電磁的に動作するトランスデューサと同じように大きな欠点である。
磁歪的に動作するトランスデューサは、磁場が印加されている機能層の収縮または膨張に基づく。例えば、バナジウムパーメンジュールは正の磁歪性を有する。つまり、磁場が印加されると膨張する。前記収縮は、膜振動を生成するために、適切な構成で使用されてもよい。文献［１］では、磁歪機能層として、クロム接着層を介してＳｉＯ２（二酸化ケイ素）上に堆積されたバナジウムパーメンジュール（Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２）が利用されている。外部磁場は、電着銅によって実現されたマイクロパンケーキコイルを介して利用可能となっている。集積化の複雑さと制限に関しては、上述した二つの動作原理と同様の欠点が存在する。
振動を引き起こす膜を利用するという特徴を共有する、前述した古典的で最も普及したトランスデューサに関し、古典的膜原理に対する特定の欠点のために検討された特定の修正が以下に説明される。
柔軟な膜は、可聴音域内に高次モードを含むことがあり、それにより音響品質を損なう（高調波歪み）寄生振動が発生する可能性がある（文献［１］参照）。このような影響を回避または低減するために、確実に剛性の高いプレートが使用される。このようなプレートは、音響短絡防止にも供される非常に柔らかいサスペンションを介してチップに接続される（文献［５］参照）。
さらなる変形として、上述の磁歪トランスデューサで分割された膜を利用することが挙げられる。これは、機能層が２方向に収縮または拡張することに起因した問題に対して、構造的解決手段となる。具体的には、この構成は複数の撓み可能な曲げ梁で構成される。文献［１］によれば、この構成は、３μｍ以下の梁間の距離に対して音響的に閉じていると見なすことができる。共振周波数と梁間の距離に関して個々の梁の寸法を適宜決定することにより、比較的高い音響帯域幅が実現され、振動周波数に基づく音レベルの変動が適応または最適化される。
Ｎｅｕｍａｎｎらは文献［６］において、単一の大きな膜に換えて複数の小さな膜片を使用する手法をとっている。各膜片は、可聴音域内での準静的な撓みの発生に十分な高さの共振周波数を有する。したがって、特に、スピーカのデジタル操作が可能になる。
まとめると、集積に関して、駆動電圧が中程度であれば、既知の静電的に動作する膜を利用したスピーカは、撓みが比較的小さいと結論づけることもできよう。例えば、文献［３］に記載のキムらによる静電膜スピーカを参照に考える。２つの膜のそれぞれの面積は、２ｘ２ｍｍ２である。上部電極と下部電極は、それぞれ７．５μｍの距離でいずれの場合も取り付けられる。膜の形状と、撓みの増加に伴う膜の剛性の増加に応じて、いわゆるプルイン効果により撓みは電極距離の１／３から１／２に制限される。上限である１／２の場合、一方および他方の両方向について、撓みは７．５μｍ／２となる。この変位による体積は、上記膜の最大撓みに対して撓みが半分となる剛性プレートの体積に対応すると仮定し、推定できる。例えば、以下のようになる：
ΔＶ≒（２×２ｍｍ２）×５０％＊（２×７．５μｍ）／２＝１５×１０−３ｍｍ３（式１）
および／または
ΔＶ／アクティブ領域＝ΔＶ／Ａ＝ΔＶ／４ｍｍ２＝３．７５×１０−３ｍｍ（式２）。
ΔＶ≒（２×２ｍｍ２）×５０％＊（２×７．５μｍ）／２＝１５×１０−３ｍｍ３（式１）
および／または
ΔＶ／アクティブ領域＝ΔＶ／Ａ＝ΔＶ／４ｍｍ２＝３．７５×１０−３ｍｍ（式２）。
小型化された膜スピーカを製造する際の一般的な課題は、周波数の関数として、音圧の平坦な変化を実現することである。音圧は、膜の放射インピーダンスと速度に比例して実現される。よりマクロに捉えると、膜の直径は音響波長に対応する。ここで考えるべきは、放射インピーダンスが周波数に比例することである（文献［６］参照）。高品質スピーカは、共振周波数ｆ０が可聴音範囲を下回るように設計されることが多い（マルチパススピーカの場合、各共振周波数は対応する電気フィルターの下端周波数を下回る）。したがって、ｆ＞＞ｆｏの場合、膜の速度は１／ｆに比例する概して、音圧ｐの周波数依存性はｐ∝１となる。したがって、上記の（簡略化された）設定を押さえれば、音圧の完全に平坦な進行が実現できる。
文献［７］に記載されたように、音源／膜の直径が生成される音の波長よりもはるかに小さくなると、放射インピーダンスが周波数に対する二次依存性を示すと仮定される。これは、ミリ単位の膜を備えたＭＥＭＳスピーカに当てはまる。上述のようにｆ＞＞ｆ０と仮定すると、音圧の進行に対して、依存性ｐ∝ｆとなる。低周波数は、高周波数と比較して極めて低い音圧で再生される。準静的動作の場合、膜速度はｆに比例する。したがって、音圧の進行に対して依存性がｐ∝ｆ３となる。これは低周波数でさらに好ましくない。
人間とコンピュータ、または人間と機械の多機能システムの小型化は様々な集積レベルで可能である。
レベル１：プリント基板のハイブリッド集積
異なる基板上で形成されたセンサ、アクチュエータ、および電子回路が、共通配線支持部（ここではプリント回路基板）で組み合わされる。
異なる基板上で形成されたセンサ、アクチュエータ、および電子回路が、共通配線支持部（ここではプリント回路基板）で組み合わされる。
レベル２：システムインパッケージ
システムを形成するために、特定のハウジング内で少なくとも２つのチップが組み合わされる。チップオンチップボンディングがこのために使用される場合もある。多くの場合、シリコンベースの配線支持部（いわゆる「インターポーザー技術」）も使用される。
システムを形成するために、特定のハウジング内で少なくとも２つのチップが組み合わされる。チップオンチップボンディングがこのために使用される場合もある。多くの場合、シリコンベースの配線支持部（いわゆる「インターポーザー技術」）も使用される。
レベル３：ウェハ単位のハイブリッド集積とモノリシック集積
異なるウェハ上で部分的に製造されたセンサ、アクチュエータ、電子回路が、ウェハ単位で相互接続される。結合されたウェハ積層体の個々のチップは、適切なダイシング処理によって積層体から切り出される。モノリシック集積により、センサ、アクチュエータ、電子回路がウェハ上に実装される。いずれの場合も、各要素の電気接続は、一体化された導線またはチップの貫通接続（「シリコン貫通ビア」、略してＴＳＶ）によって実現される。
異なるウェハ上で部分的に製造されたセンサ、アクチュエータ、電子回路が、ウェハ単位で相互接続される。結合されたウェハ積層体の個々のチップは、適切なダイシング処理によって積層体から切り出される。モノリシック集積により、センサ、アクチュエータ、電子回路がウェハ上に実装される。いずれの場合も、各要素の電気接続は、一体化された導線またはチップの貫通接続（「シリコン貫通ビア」、略してＴＳＶ）によって実現される。
いわゆるヒアラブルは、非常に高度なセンサ／アクチュエータハイブリッド集積システム（レベル１）の一例である。現状で既に、スピーカ（精密機械加工により製造）、充電式バッテリー、メモリチップ、ＣＰＵ、赤色および赤外線センサ、温度センサ、光学タッチセンサ、マイクロフォン、３軸加速度センサ、３軸磁場センサ、３軸位置センサのようなコンポーネントがインイヤーヘッドフォンに組み込まれている。このような「システムインパッケージ」の手法は現在、例えばＢＲＡＧＩ（「Ｔｈｅ Ｄａｓｈ」）、サムスン、モトローラ、ソニーなどの企業により、ヒアラブルに利用されている。
いわゆる９軸センサは、高度なシステムインパッケージセンサシステム（レベル２）の一例である。この例として、３軸加速度センサと３軸位置センサが第１シリコンチップに実装され、３軸磁場センサが２番目のシリコンチップに実装され、電子回路が３番目のチップに実装されて、上記各チップが共通パッケージ内に収容される。このようなシステムは、例えばＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ（ＭＰＵ−９１５０）により提供されている。
モノリシック集積センサシステムの例としては、１軸または多軸ジャイロスコープ、または加速度センサ、圧力センサ、磁場センサが挙げられ、それぞれセンサ要素と電子機能が単一のチップに実装されている。
構造的なサイズに関しては、モノリシック集積が大幅に有利である。プリント回路基板のハイブリッド集積の場合、各構造要素に個別のハウジングが必要であり、システムインパッケージでは、特にいくつかの個別のチップを組み合わせる場合、比較的大きなハウジングが必要となるが、このような空間的要件はモノリシック集積においては生じない。また、複雑なハイブリッド構造技術も求められないので、特に多数の部品を使用する場合の製造コストが大幅に削減される。
本願における、小型音響生成（マイクロスピーカ）または音響検出（マイクロフォン）ＭＥＭＳコンポーネントに関して、回路またはその他のアクチュエータまたはセンサ関連の要素のモノリシック集積は、現状極めて利用が限られている。その理由の１つとして、ＭＥＭＳマイクロフォンまたはスピーカの動作モードが挙げられる。いずれの場合も、チップ表面に比較的大きな膜を形成する必要がある。膜の動作時に生じる空気流れのために、上側と下側のチップ面を大きくとる必要がある。したがって、追加で機能を集積するために利用できるチップ表面積は限られる。チップ面の拡大も原則的には可能だが、なによりも歩留まりの悪さにつながる。すなわち、チップ表面積を増加するほど、歩留まり大幅に悪化するのである。さらに、多くの場合、製造工程がＣＭＯＳ回路の製造工程と直接互換性がないので、全体工程の複雑化が生じてしまう。このような上記の２つの理由により、現状、音響コンポーネントを１つ以上の個別のチップに実装し、システム全体をハイブリッド集積／システムインパッケージで集積することで、追加機能が実装されている。
また、ヘッドフォン、特にいわゆるインイヤーヘッドフォンなどのポータブルデバイスで利用できるように、ＭＥＭＳトランスデューサは設置スペースを最小限に抑える必要がある。
したがって、コンセプトとして、設置スペースが小さく高効率な改良型ＭＥＭＳトランスデューサが求められている。
したがって、本発明の目的は、流体の体積流量に対する高効率な作用、さらに／あるいは低効率の体積流量による作用が、小さな設置スペースで実現され得るようなＭＥＭＳトランスデューサおよびその製造方法を提供することである。
この目的は、独立請求項の内容によって達成される。
本発明の根本的な発想は、可動平面（面内）で変形可能要素が、極めて効率的に流体の体積流量に作用し得、さらに／あるいはその体積流量が極めて効率的に当該要素を撓ませることで上述の目的が達成され得るという認識に基づく。したがって、チップ面の寸法は抑えながらも、変形可能要素は大きな表面積を有し得、その表面積と体積流量の相互作用で、全体として、効率の高い効率的なＭＥＭＳトランスデューサデバイスが得られる。さらに、ＭＥＭＳを動作するための電子回路を積層体の層に統合することで、その半導体表面が電子回路に利用可能となり、デバイスに必要な設置スペースが小さく抑えられる。
一実施形態によれば、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、複数の層を有する積層体を含む基板を含む。基板は、積層体内に空洞を有する。複数の層は複数の基板面を形成する。ＭＥＭＳトランスデューサは、空洞内で基板に接続され、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備える電気機械トランスデューサを含む。運動面内の変形可能要素の変形と流体の体積流量との間に相関関係がある。ＭＥＭＳトランスデューサは、積層体の層内に配置された電子回路をさらに含む。電子回路は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。
さらなる実施形態によれば、デバイスは、ＭＥＭＳスピーカとして構成された、前記ＭＥＭＳトランスデューサを備え、モバイル音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される。
さらなる実施形態によれば、健康支援システムが、身体のバイタル機能を感知し、感知されたバイタル機能に基づいてセンサ信号を出力するためのセンサ手段を備える。健康支援システムは、センサ信号を処理し、前記処理に基づいて出力信号を提供する処理手段を備え、前記ＭＥＭＳトランスデューサを備えるヘッドフォンを含む。ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号を受信するための無線通信インタフェースを備え、それに基づいて音響信号を再生するように構成される。
さらなる実施形態によれば、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを提供する方法は、複数の基板面を形成する複数の層を有する積層体を含み、積層体内に空洞を有する基板を提供することを含む。この方法は、基板内に電気機械トランスデューサを作成することを含み、電気機械トランスデューサは空洞内で基板に接続されて、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備え、運動面内での変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。本方法は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成されるように電子回路を積層体の層内に配置することをさらに含む。
さらなる有利な実施形態が従属請求項の内容を形成される。
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
以下に本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明するにあたって、機能または動作が同一または同様の要素、物体および／または構造には、各種図面において同一の参照番号を付し、これにより、異なる複数の実施形態でなされたこれらの要素の説明は、相互に置き換え可能および／または適用可能であることを理解されたい。
以下にＭＥＭＳ（微小電気機械システム）トランスデューサについて説明する。ＭＥＭＳトランスデューサは、印加された電気量（電流、電圧、電荷など）に基づいて機械的コンポーネントの変化を引き起こす１つ以上の電気活性コンポーネントを備えてもよい。前記変化は、例えば、機械コンポーネントの変形、温度上昇、または張力の発生に関連していてもよい。さらに／あるいは、変形、温度上昇、張力の発生など、コンポーネントに対する機械的影響により、電気信号または電気情報（電圧、電流、電荷など）が発生し、コンポーネントの端子で検出され得る。一部の材料またはコンポーネントは相互作用する。すなわち、互いに変換可能な効果を持つ。例えば、圧電材料は、逆圧電効果（印加された電気信号に基づく変形）と圧電効果（変形に基づく電荷の供給）を有し得る。
以下に説明する実施形態のいくつかは、人間／コンピュータ、または人間／機械、インタフェース用途、および「パーソナルアシスタント」の分野の用途を含む相互作用のための完全に一体化され、非常に小型化されたシステムに関する。ここでは音響インタフェースを特に取り上げる。実施形態は、ＭＥＭＳとＣＭＯＳの一体化に関する。
以下に説明する実施形態のいくつかは、電気機械トランスデューサの変形可能要素が流体の体積流量（体積流れ）と相互作用するように構成されているという事実に関する。相互作用の例としては、流体の移動、変位、圧縮または減圧をもたらす電気制御信号により、変形可能要素が変形することが挙げられる。さらに／あるいは、流体の体積流量が変形可能要素を変形させ、体積流量と変形可能要素との相互作用に基づいて、流体の存在、特性（圧力、流速など）またはその他の情報（温度など）が取得され得る。したがって、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。例えば、ＭＥＭＳはシリコン技術で製造され得る。電気機械トランスデューサは、例えば、変形可能要素と、電極および／または電気端子などのさらなる要素とを備え得る。変形可能要素は、（マクロ視点では）横運動方向に沿って変形するように構成されてもよい。すなわち、要素または領域は、横運動方向に沿って移動可能であってもよい。前記要素または領域は、例えば、梁構造の梁端部または中央領域であってもよい。ミクロ視点では、横運動方向に沿った変形可能要素の変形は、変形可能要素の、横運動方向に垂直な変形を生じ得る。以下に説明する実施形態は、上記マクロ視点に関する。
実施形態は、シリコンで作られ、それぞれの設計サイズで、可能な限り高い音レベル、可能な限り高い感度レベル、さらに／あるいは可能な限り大きな流体流量率を実現可能な小型スピーカ、マイクロフォン、および／またはポンプを提供し得る。他の実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサ、ＭＥＭＳバルブおよび／またはＭＥＭＳ投薬システムを提供し得る。
本発明の実施形態は、特に可聴音範囲内の空気伝送音を生成するために使用され得る。したがって、実施形態は、例えば補聴器、インイヤーヘッドフォン等のヘッドフォン、ヘッドセット、携帯電話などに利用されるスピーカ、特に小型化されたスピーカに関する。体積流量と変形可能要素の変形との間の相関関係により、スピーカにも適用可能である。したがって、実施形態は、電気音響トランスデューサに関する。
実施形態は、可能な限り小型化され、人間／コンピュータおよび／または人間／機械の相互作用で使用でき、低コストで大量生産できる多機能システムを提供することを可能にする。さらなる機能によって補完される中心的機能は、音生成および／または音検知の分野に関する。
図１は、一実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサ１０の部品の概略斜視図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、流体の体積流量（体積流れ、流体流、fluid flow）１２と相互作用するように構成される。流体は、気体（例えば、空気）および／または液体であってもよい。例えば、液体は、薬物溶液、薬、技術的処理のための化学薬品などであり得る。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、基板１４を備える。基板１４は、任意の材料を含むことができる。例えば、基板１４は、木製材料、金属材料、および／またはシリコン材料などの半導体材料を含むことができる。基板１４は空洞１６を含む。空洞１６は、例えば、凹部であるか、または基板１４の少なくとも部分的に囲まれた体積であると理解され得る。空洞１６の内部（少なくともその一部に）、体積流量１２の流体が存在し得る。基板１４は、空洞１６を有する少なくとも１つの材料層、例えば、一体的な層を含む。空洞１６は、材料からフライス削りまたはエッチングすることにより形成され得る。さらに／あるいは基板１４の製造時に空洞１６を省略し、空洞１６の周りに基板１４が形成されてもよい。基板１４は、いくつかの層１５ａおよび１５ｂを含むこともでき、これは、例えば、半導体製造において有利であり得る。様々なパターン、例えば空洞１６の有無は、基板１４の各種層で実現できる。あるいは、基板は、以下で説明するように、より多くの層を有してもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、電気機械トランスデューサ１８を含む。電気機械トランスデューサ１８は、基板１４に接続されている。電気機械トランスデューサ１８は、横運動方向２４に沿って変形され得る変形可能要素２２を備える。例えば、電気機械トランスデューサ１８への電気信号の印加は、横運動方向２４に沿った変形可能要素２２の変形をもたらし得る。さらに／あるいは、体積流量１２が、変形可能要素２２にぶつかると、変形可能要素２２が変形し得る。その結果、体積流量１２に基づく電気信号が電気機械トランスデューサ１８によって取得され得る。したがって、変形可能要素２２の変形と体積流量１２に相関関係がある。例えば、電気機械トランスデューサ１８は、少なくとも１つ（例えば２つ）の圧電層を含むか、それによって構成されてもよい。いずれの層も電圧によって変形し得る。電気機械トランスデューサは、さらなる要素（例えば電極）を備えてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、積層体の層１５ａまたは１５ｂの少なくとも１つに配置された図示されていない電子回路を備える。不図示の電子回路は、電気機械トランスデューサ１８に接続され、変形可能要素２２の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。したがって、この不図示の電子回路は、ＭＥＭＳトランスデューサの構成に応じて、ＭＥＭＳトランスデューサ１０のセンサ関連および／またはアクチュエータ関連制御に利用可能である。電子回路を基板１４の蓋層内（例えば層１５ａ内）に配置することで、蓋層の大きな表面積を電子領域に利用することができる。したがって、この利用に応じた省スペース化が、チップ表面積および／または他のコンポーネント（例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０が取り付けられたプリント回路基板）の設置スペースに関して実現される。積層体の蓋表面に電子回路の少なくとも一部を配置することにより、ＭＥＭＳトランスデューサと他の電子コンポーネントとのシンプルな接触という利点が得られやすくなる。
ここで「変換」という用語は、入力変数から出力変数への変換として理解されたい。電子回路は、電気制御信号を１つ以上の変形可能要素の撓みに変換する、すなわちアクチュエータ関連制御を実行する、さらに／あるいは１つ以上の変形可能要素の変形を電気出力信号に変換する、すなわちセンサ関連の評価または制御を実行するように構成されてもよい。変換のために、電子回路は、デジタルな制御信号をアナログな制御信号に変換するためのデジタルアナログコンバータ、およびアナログな電気出力信号をデジタルな電気出力信号に変換するためのアナログデジタルコンバータの少なくとも１つを含んでもよい。簡単に言うと、電子回路１７は、アナログまたはデジタル形式の制御信号を取得し、それをＭＥＭＳトランスデューサ１０に適したアナログまたはデジタル信号Ｏｕｔに変換してもよい。例えば、電子回路は、電気制御信号Ｉｎを少なくとも１つの電気機械トランスデューサの変形可能要素の撓みに変換するように構成されてもよい。この目的のために、電子回路はスイッチング増幅器（いわゆるＤ級アンプ）を含んでもよい。前記増幅器は、信号Ｏｕｔを、変形可能要素のためのデジタルパルス幅変調制御信号として提供するように構成されてもよい。
ここで、「蓋表面」という用語は、例えば前記積層体の外層の例えば外層についての記述に関するということを留意されたい。ただしこれは、前記積層体の他の層に配置できないという意味ではない。外層を一部または全部覆う追加層も設けることができる。例えば、半導体酸化物またはラッカーなどの絶縁層、またはさらなる電気的機能層が設けられてもよい。
基板１４は、体積流量１２がＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲から空洞１６に、および／または空洞１６からＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲に流れることができるように、１つ以上の開口部２６ａ〜ｄを有してもよい。変形中の変形可能要素２２による動きは、基板１４に関して平面内（面内）で生じることが理解されよう。体積流量１２は、例えば体積流量１２用の開口部２６ｃまたは２６ｄによって示されるように、運動方向２４に対して少なくとも一部に垂直に（直交して）空洞１６に出入りすることができる。簡単に言うと、変形可能要素２２の面内運動が面外の体積流量１２を生じ、またその逆の作用も生じ得る。したがって、横運動方向および／または変形可能要素の変形が、基板に対して面内で生じ得る。
基板１４内で、開口部２６ｃおよび２６ｄは、横運動方向２４に対して垂直に配置される。横運動方向２４に沿った変形可能要素２２の変形により、変形可能要素２２の少なくとも一部が開口部２６ａに向かって動く。したがって、この変形により、部分空洞２８にサイズの低減が生じる。これに基づいて、当該部分空洞２８内に存在する流体の圧力が上昇し得る。簡単に言うと、流体が圧縮され得る。したがって、流体が部分空洞２８または空洞１６から流出しやすくなり得る。開口部２６ｄおよび２６ｃにより、横運動方向２４に垂直な（直交する）体積流量１２が得られる。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０のベース領域は、例えば、ｘ／ｙ平面内に配置することができる。ｘ方向および／またはｙ方向に垂直になるように空間に配置されるｚ方向に沿ったＭＥＭＳトランスデューサ１０の寸法を大きくすることで、さらに／あるいはｚ方向に沿った変形可能要素２２の寸法を大きくすることで、ＭＥＭＳトランスデューサ１０のベース領域を変えずに、大きな体積流量１２が実現され得る。部分空洞２８が拡大すると、部分空洞２８内の流体の負圧が生じ得る。したがって、変形可能要素２２の変形に基づいて、体積流量が、横運動方向２４に垂直に、空洞２８／１６内に流入する。
変形可能要素は、例えばｙ方向に沿った軸方向延長部を有してもよい。当該延長部は、最小１μｍから最大１００ｍｍ、好ましくは最小１００μｍから最大１０ｍｍ、特に好ましくは最小５００μｍから最大５ｍｍの範囲の値を有する。変形可能要素２２は、横運動方向２４に沿った延長部を有してもよい。当該延長部は、最小０．１μｍから最大１０００μｍ、好ましくは最小１μｍから最大１００μｍ、特に好ましくは最小５μｍから最大３０μｍの範囲の値を有する。変形可能要素は、横運動方向に対して垂直な（例えばｚ方向）、横方向に沿って延長部を有してもよい。この延長部は、最小０．１μｍから最大１０００μｍ、最小１μｍから最大３００μｍ、特に好ましくは最小１０μｍから最大１００μｍの範囲の値を有する。
図２ａは、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ を含むＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、図１を参照して説明したように、基板１４に接続されており、横運動方向２４に沿って変形可能な要素をそれぞれ含むことができる。
例えば、基板１４は、第１層３２ａ、第１スペーシング層３４ａ、中間層３６、第２スペーシング層３４ｂ、および第２層３２ｂを含み、これらはこの順序で重ねられる。さらなる実施形態によれば、１つ以上のさらなる層が、隣接配置された２つの層の間に配置されてもよい。さらなる実施形態によれば、層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の少なくとも１つが、多層に設計される。電子回路１７、例えば図１を参照して説明した電子回路は、層３２ｂ内に一部または全体的に配置することができる。さらに／あるいは、電子回路１７は、層３２ａ、３４ａ、３６および／または３４ｂのうちの１つ以上の中に少なくとも部分的に配置されてもよい。
電子回路は、電気制御信号Ｉｎ１を変形可能要素の撓みに変換するように構成されてもよく、電気機械トランスデューサに信号Ｉｎ１が入力されて、信号Ｏｕｔ１が提供される。さらに／あるいは、変形可能要素の変形に基づいて、信号Ｉｎ２が得られ、これが電子回路により電気出力信号Ｏｕｔ２に変換され得る。この変換は、電子回路１７がアナログデジタルトランスデューサ（ＡＤＣ）およびデジタルアナログトランスデューサ（ＤＡＣ）、またはＡＣ／ＡＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも１つを含むように実行されてもよい。これに基づいて、電子回路１７は、アナログの入力信号Ｉｎ１を取得し、これをデジタルの信号Ｏｕｔ１に変換するように構成されてもよい。あるいは、信号Ｉｎ１がデジタル信号であってもよく、信号Ｏｕｔ１がアナログ信号であってもよく、信号Ｉｎ１およびＯｕｔ１の両方がデジタルまたはアナログであってもよい。さらに／あるいは、電子回路１７は、電気機械トランスデューサから得られる信号Ｉｎ２（例えばアナログ形式）を、Ｏｕｔ２信号に変換してもよい。信号Ｏｕｔ２はアナログまたはデジタルであってもよい。したがって電子回路１７は、デジタルな制御信号Ｉｎ１をアナログな制御信号Ｏｕｔ１に変換するよう構成されてもよいし、さらに／あるいはアナログな電気出力信号Ｉｎ１を、デジタルな電気出力信号（Ｏｕｔ１）に変換するためのアナログデジタルコンバータを含んでもよい。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、体積流量１２に基づいてさらに／あるいは制御されることに基づいて、互いに向かって（互いに接近して）部分的に移動し、部分的に互いに離れるように、電子回路１７によって構成される、さらに／あるいは制御されることができる。
例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは互いから離れるように移動するように構成され、一方、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは互いに向かって（接近して）移動する。電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄ、ならびに１８ｅおよび１８ｆは、それらの間に部分空洞３８ａ〜ｃが存在する。部分空洞３８ａ〜ｃは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形に基づいて増大可能である。電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃ、ならびに１８ｄおよび１８ｅは、それぞれ、その間に部分空洞４２ａおよび４２ｂが存在する。当該空洞は、運動または変形に応じて、一斉にサイズが減少し得る。続く期間では、電気機械トランスデューサおよび／または変形可能要素が逆に変形または移動し得る。結果、部分空洞３８ａ、３８ｂおよび３８ｃの体積が減少し、部分空洞４２ａおよび４２ｂの体積が増加する。
電子回路１７は、電気機械トランスデューサが移動する運動面に垂直な方向に沿って配置されてもよい。電子回路の位置は、運動面に投影した場合、変形中に変形可能要素が少なくとも部分的に配置される位置に該当し得る。したがって、変形可能要素が、例えば電子回路１７の上または下に配置され得る。
言い換えると、下蓋（第１層３２ａ）は、チップの片側（例えば、限定されないが、底面）を部分的または完全に閉鎖するもので、その上にパターン層のスペーシング層３４ａが設けられてもよい。スペーシング層は、例えば、下蓋と、パターン層３４ａ上に配置された中間層３６との間のスペーサとして使用することができる。一方、パターン層３６はその上にパターニングされたスペーシング層３４ｂが設けられる。このスペーシング層は、スペーサ機能として、スペーシング層３４ａに完全にまたは部分的に対応し、形状も同一または同様であってもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ２０またはその空洞は、ｚ方向に沿って、上蓋である第２層３２ｂによって部分的または完全に閉鎖することができる。図２ａは、空洞の領域内に配置された要素が見えるように、層３２ｂを部分的に切り欠いて示す。電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃならびに／または１８ｄおよび１８ｅは、それぞれ中間層３６のｘ／ｙ平面内に対で配置してもよい。このような配置が、空間方向（ｘ方向）に沿って複数存在してもよい。電子回路１７は、蓋３２ａおよび３２ｂの少なくとも一方の中に完全にまたは部分的に配置することができる。さらに、電子回路１７がいくつかの層にまたがって延在してもよい。例えば、部分的に層３２ａおよび隣接層３４ａ内、または層３２ｂおよび隣接層３４ｂ内に配置され得る。
電子回路を蓋３２ａおよび／または３２ｂの少なくとも一方に完全にまたは少なくとも部分的に配置することにより、電子回路を省スペースで、すなわち表面積効率よく配置できる。これは、特に、横方向に、すなわち面内で移動可能な要素との組み合わせで有利となる。スピーカ膜の場合のように、当該方向に対して垂直におよび面外に運動可能な要素とは異なり、例えば、対応する層の肉薄化（例えば、膜形成のため）を省略できる。さらに／あるいは移動可能な要素機能が、機能に影響を与えることなく、蓋で覆われるように配置され得る。面外の運動が生じる場合、可動要素の少なくとも一部を形成する薄膜層は電子回路の配置に適さない、さらに／あるいは追加の被覆層がデバイスの性能に影響を与えてしまう。実施形態では、積層体の蓋は、さらなる層で覆われていてもよく、可動要素の一部とはならない。
基板は、複数の部分空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂにそれぞれ接続された複数の開口部２６を備えてもよい。例えば、各場合において、１つの開口部２６を部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂに接続することが可能である。各部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの体積は、横運動方向２４に沿って変形可能な少なくとも１つの要素２２の撓み状態に左右され得る。隣接する部分体積は、第１または第２期間中に、相補的に増加または減少可能であってもよい。簡単に言うと、部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの部分体積を小さくし、部分空洞４２ａ〜ｂおよび／または３８ａ〜ｃの隣接部分体積を大きくすることができる。
１つ以上の開口部２６の領域に、棒構造体４４を配置することができる。棒構造体４４は、空洞に対する粒子の出入りを低減または抑制しつつ、一方向または二方向への体積流量１２の通過が可能になるように配置されてもよい。層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の形状は、製造時、例えば、層の選択的除去および／または選択的配置もしくは成長により影響され得る。例えば、棒構造体４４は、選択的エッチング処理に基づいて、層３４ａ、３６および／または３４ｂから形成され得る。さらに、空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの形状は、製造処理時に影響を受け得る。例えば、１つ以上の層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の壁は、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素の動きに対応し得る。これにより、例えば変形可能要素と基板１４との間の距離が少なくとも略一定に、さらに／あるいは小さくできる。
カバー４３（図２ｃ）は、棒構造体または棒要素に、またはそれに隣接して、設けられてもよい。カバー４３は、空洞１６に隣接しておよび／または棒要素４４により空洞１６から離れて設けられてもよい。カバーは、例えば、メッシュ材料、発泡材料、および／または紙材料を含んでもよい。カバーは、棒構造体間の距離よりも小さな直径の粒子を、空洞１６に対して出入り可能とし得る。あるいは、カバー４３（図2ｃ）は、棒要素４４を含まない開口部２６に、またはそれに隣接して設けられてもよい。
可動要素の自由端が、例えば、曲がった経路および／または円形経路で動く場合、基板１４は、可動端が動く領域において、平行または同様の形状を有してもよい。
図２ｂは、図２ａのＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略上面図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、要素４６ａ〜ｃで、基板１４に非固定的または固定的に接続することができる。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の１つ以上の変形可能要素は、要素４６ａ〜ｃと一体的に形成されてもよい。要素４６ａ〜ｃは、層３６の平面内に配置されてもよいし、層３６の一部であってもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素２２の例えばｚ方向に沿った延長距離は、層３４ａ、３６、および３４ｂの延長距離未満であり得る。したがって、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素２２は、層３２ａおよび／または３２ｂと接触せずに、配置され、可動であり得る。あるいは、少なくとも１つの変形可能要素は、接触しながら変形してもよい。例えば、低摩擦層（例えば小さな摩擦係数を有する層）が、少なくとも１つの変形可能要素と隣接する層（例えば、層３２ａおよび／または３２ｂ）との間に配置されてもよい。低摩擦層は、例えば、後述する壁構造４９について説明したように、部分空洞間の流体分離を可能にし得る。摩擦係数は、例えば層３２ａおよび／または３２ｂまたは層３４ａおよび／または３４ｂの摩擦係数よりも１０％、２０％または５０％小さくてもよい。変形可能要素２２と隣接する層との間に作用する摩擦力は、変形可能要素２２の変形に必要な力より小さくてもよい。減少した摩擦力に基づいて、例えばアクチュエータによって提供される力をより小さくできる。したがって、アクチュエータの電力をより小さく設計できる。さらに／あるいは、体積流量１２に関する変形可能要素２２の感度レベルを高めてもよい。
電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、例えば、部分空洞４２ａ（チャンバ）の側壁を形成する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の可動要素２２は、要素４６ａ〜ｃに強く固定することができる。基板１４からの距離、または基板１４の要素４８ａ〜ｄからの距離は、変形可能要素２２の撓み可能または可動端部５２の間としてもよい。したがって、変形可能要素２２の端部５２は、自由に移動できるように配置することができる。１つ以上の変形可能要素２２は、寸法比により、横方向２４に沿って特に大幅に撓むことができる。例えばｙ方向に沿った延長に関連したｘ方向に沿った延長、単純に言うと、梁幅と梁高さの比と解される。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ がアクチュエータとして構成される場合、前記アクチュエータは、対応する信号が印加されることで、撓み可能、例えば、湾曲し、その結果、例えば、変形可能要素２２の端部５２は湾曲経路上で動く。前記経路での進行に従って、要素４８ａ〜ｄのうちの少なくとも１つは、変形可能要素２２が撓んでも、要素４８ａ〜ｄと端部５２との間の距離は、ほぼ一定のまま、さらに／あるいは小さくなるように構成されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、少なくとも１つの壁構造４９を備えてもよい。アクチュエータ、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｅまたは変形可能要素の動きは、例えば、チャンバ４２ａ〜ｂに影響し得る。すなわち、例えば、動きにより生じた、チャンバ３８ａ〜ｃを満たすような流体の流れにより、隣接するチャンバへの流体機械結合が生じ得る。この流体機械的結合に基づいて、部分空洞４２ａと３８ｂとの間に流体の流れ５７が生じ得る。前記直接結合および／または流体の流れ５７を低減または防止するために、動かないように設計され得る１つ以上の隔壁（壁構造４９）を配置して、隣接するチャンバ３８および４２対を分離することができる。壁構造は、層３４ａ、３６、および３４ｂと一体的に形成される要素として、例えばそれぞれの場所で簡単な方法で実現されてもよい。例えば、そのような構造は、選択的エッチングプロセス中に存在し続けてもよい。加えて、壁構造４９は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の機械的安定性を高め、個々の層間の結合処理を容易にし得る。少なくとも１つの壁構造４９は、開口部を備えるか、または一体に設計されてもよい。これにより、チャンバ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂに対する流体の出入りによる減衰を、選択的に調整可能となる。具体的には、共振曲線の幅、ひいてはアクチュエータ／チャンバシステムの動的特性が設定される。
図２ｂが図１と一緒に考慮される場合、空洞１６および／または複数の部分空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの体積は、基板１４の層３２ａおよび３２ｂならびに側方領域５３ａおよび５３ｂによって影響または決定され得る。側方領域５３ａおよび５３ｂは、層３２ａおよび３２ｂの間に配置されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの変形可能要素は、少なくとも横運動方向２４の一部５５内で、第１層３２ａおよび／または３２ｂと平行な動きを実行するように構成され得る。したがって、変形可能要素が層３２ａと３２ｂの間で変形または移動してもよい。
空洞または部分空洞の共振周波数は、体積の形状、電気機械トランスデューサの制御周波数、および／または変形可能要素の機械的共振周波数に影響され得る。例えば壁構造４９により、低摩擦層が配置されることにより、または異なるＭＥＭＳトランスデューサに配置されることにより少なくとも部分的に互いに流体的に分離された（部分）空洞は、それぞれ異なる共振周波数を有し、さらに／あるいは例えば制御デバイスによって異なる周波数で制御され得る。異なる制御周波数および／または異なる共振周波数に基づいて、マルチパススピーカが得られ得る。空洞の共振周波数は、例えば空洞共振器またはヘルムホルツ共振器の分野で利用される。
図２ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。ここで、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、変形可能要素が変形状態にある。例えば、変形可能要素は最大撓みまで撓む。図２ａの記載と比較すると、部分空洞４２ａの体積は、変形可能要素（梁）の変形（曲げ）に基づいて減少する。例えば、層３４ａおよび３４ｂ（スペーサ）の厚さ（ｚ方向または厚さ方向に沿った寸法）が小さい場合、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の移動中に生じる変形可能要素および／または電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ のバイパス流は無視できる程度であり得る。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ と基板（例えば要素４８）との間の距離でも同様であり得る。変形可能要素の変形に基づいて、図２ａおよび２ｃの部分空洞４２ａの体積の差に対応し得る流体の体積（例えば空気体積）は、例えば流体流（体積流量）１２の形で、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲に排出され得る。
第１および第２スペーシング層３４ａおよび３４ｂがｚ方向に沿って中間層３６に配置された際のスペーシング層３４ａまたは３４ｂのｚ方向の寸法は、最小１ｎｍから最大１ｍｍ、好ましくは最小２０ｎｍから最大１００μｍ、または特に好ましくは最小５０ｎｍから最大１μｍの範囲の値をとり得る。例えば、スペーシング層３４ａおよび３４ｂのｚ方向の寸法が、ｚ方向に沿った電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の寸法と比較して小さい場合、変形可能要素の変形時に、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の周りを、第１側から第２側（例えば、＋ｘ方向から−ｘ方向、またはその逆）に迂回する流体流５７の量は、空洞内の体積流量１２の量よりも小さくなり得る。
バイパス流および／または流体流５７は、例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ が動いている領域内から、スペーシング層３４ａおよび／または３４ｂが少なくとも部分的に除去されることに基づいてもよい。簡単に言うと、電気機械トランスデューサと隣接する層との間の距離に基づいて、可動要素の周りに流体が流れ得る（流体損失）。前記流体の流れは、体積流量１２と比較して小さくてもよい。例えば、体積流量の１０分の１、１５分の１、または２０分の１未満であり得る。
電気機械トランスデューサは、対として互いに近づいたり離れたりしてもよい。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、図２ｂに示される状態から、対として互いから離れるように移動し得、続く期間で対として互いに向かって移動し得る。同時に、例えば、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、対として互いに向かってまたは離れるように移動することができる。電気機械式トランスデューサのこのような動きは、各場合において各対で相補的に生じ、トランスデューサが互いに隣接して配置されていない場合にも可能である。これにより、慣性に対する少なくとも部分的または完全な補償が実現される。その結果、ＭＥＭＳトランスデューサ内で生じるさらに／あるいはＭＥＭＳトランスデューサからその周囲に伝達される振動が少なくなるか、なくなる。
言い換えると、これまでに説明したチャンバ手法の特定の特徴は、アクチュエータが反周期的に、対になって互いに向かって移動する、さらに／あるいは離れるように常に移動することに基づく。したがって、（各チャンバ壁を制限する両方の能動的な曲げアクチュエータがそれに応じて慎重に設計されると）、補聴器またはインイヤーヘッドフォンとしての使用を妨害し得る振動が発生しない。
体積流量（流体流）１２は、例えば、開口部２６ａおよび／または２６ｂを通過し得る。開口部２６ａおよび２６ｂは、同一に構成されてもよく、または隣接する部分空洞３８ａおよび／または４２ａの形状に合わせてもよい。開口部２６ａは、例えば、軸方向（例えば、ｙ方向）に沿って断面（例えば、ｘ方向に沿った寸法）が可変であり得る。ｘ方向に沿った開口部２６ｂの寸法は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の内部に向かう方向、すなわち空洞または部分空洞４２ａに向かう方向で減少し得る。さらに／あるいは、開口部２６は、さらなる方向、例えば軸方向ｙに垂直なｚ方向（厚さ方向）に沿って寸法または断面が可変であり得る。可変断面は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から空洞１６に向かって減少し得る。１つ以上の方向ｘおよび／またはｚに沿って、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から空洞１６に向かって、開口部２６のテーパ状となる断面または減少する寸法は、漏斗状開口部とも称される。
漏斗状であり得る開口部２６ｂは、インピーダンス整合のためのデバイスとして利用することができる。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０をスピーカとして使用する場合、インピーダンス整合が有利である場合がある。開口部２６ｂの形態または幾何学形状は、数センチメートルの寸法を有する大きめのスピーカと同様に設定され得る。開口部２６ｂの形状は、漏斗の外表面積によって実際の音放射が規定されることを可能にし得る。開口部２６ｂは、例えば、パターン層３４ａ、３６および３４ｂ内に一体的に形成されてもよい。少なくとも１つの棒要素４４を含む棒格子５４は、棒要素４４間および／または棒要素４４と隣接基板との間の開口部および／または間隙を含むことができる。間隙は、その間を流体が流れることができるように形成されてもよい。
棒格子５４は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の空洞を、粒子の侵入から保護し得る。棒格子５４の開口部の幅、すなわち、棒要素４４間の距離は、流体関連の観点で、流体流量１２が所望の程度に影響されるかまたは影響されないように構成され得る。例えば、または理想的には、棒要素４４間の距離は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０内の最小間隙距離よりも小さくてもよい。これにより、棒格子は、関連粒子を多数または場合によってはすべてフィルタリングすることができる。間隙距離は、例えば、層３２ａまたは３２ｂからの変形可能要素１８ａ〜ｃの距離を表し得る。棒要素４４間の距離は、例えば、５μｍ未満、１μｍ未満、０．１μｍ未満、または０．０５μｍ未満であってもよい。
空間方向に沿った棒要素４４の寸法は、棒要素４４が可聴音範囲内、すなわち少なくとも１６Ｈｚから最大２２ｋＨｚの周波数範囲内で共振を含まないように実現されてもよい。たとえ棒要素４４が、（例えば、開口部２６ａまたは２６ｂがｘ方向に沿った最大寸法を含む領域内で）ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側に配置されるように描かれているとしても、１つ以上の棒要素は、開口部２６ａまたは２６ｂの異なる位置（例えば、開口部２６ａおよび／または２６ｂのテーパ領域内）に配置してもよい。
変形可能要素の変形により、部分空洞４２ａの体積が減少し得る。同じ期間内に、チャンバ（部分空洞）３８ａの体積が増加し得る。部分空洞４２ａと同じようにまたは同様に、部分空洞３８ａは、漏斗形状の開口部２６ｂおよび／または１つ以上の棒要素４４を含む棒格子５４を介して、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲に接続されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、異なる周波数ｏのうちの１つで制御されるように構成され得るか、またはそれを含み得る。各部分空洞の体積は、異なる周波数または少なくとも部分的に同一の周波数で変化し得る。
開口部２６ａおよび開口部２６ｂは、互いに空間的に対向するように配置されたＭＥＭＳトランスデューサ２０の各側面にまたは各側面内に配置することができる。例えば、体積流量１２は、開口部２６ａまたは２６ｂを含む片側の部分空洞４２ａおよび／または３８ａまたはそのような複数の部分空洞によって、それぞれ排出または吸引され得る。したがって、流体流量１２が反対方向に生成され得る。例えば、第１期間中に、体積流量１２は、−ｙ方向に開口部２６ａから排出され、部分空洞３８ａに吸い込まれ得る。第２期間中に、この方向は逆転し得る。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に沿って発生する流れ短絡を防止または除外することができる。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素（梁）は、外部から供給される信号に従って湾曲するように構成されてもよい。湾曲が生じる周波数は、体積流量１２が生成および／または振動する周波数に影響するまたはそれを決定する可能性があり、最終的に音響周波数に影響するまたはそれを決定する可能性がある。供給される信号を介して決定される振動の振幅（１つ以上の共振周波数に対する）は、体積流量１２の振幅に影響するまたはそれを決定する可能性があり、したがって音レベルに影響し得る。
また、少なくとも１つのチャンバ（空洞または部分空洞）が検知要素として機能し、別のチャンバが作動要素として機能してもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサは少なくとも１つの感知変形可能要素と少なくとも１つの作動変形可能要素を含むことができる。梁の動きは検出され、評価される。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、アクチュエータとして制御され得、一方、電気機械トランスデューサ１８ｃおよび／または１８ｄは、流体内の検出のためのセンサとして使用され得る。静電（容量）、圧電、またはピエゾ抵抗センサ要素を検出用に一体化してもよい。そのような要素は、マイクロフォンおよび／または圧力センサとして使用されてもよい。そのような一体化されたマイクロフォンおよび／またはそのような圧力センサはまた、スピーカチャンバ（アクチュエータ）および／または超音波送信機チャンバおよび／またはポンプチャンバの特性をチェックおよび制御するために使用され得る。この目的のために、付随する電子回路が制御回路として使用される。
電気機械トランスデューサまたはアクチュエータのさらなる実施形態を以下に説明する。ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、撓みなし（または非作動）状態では変形可能要素が撓んでないように説明されたが、状態の内容を置き換えることもできる。すなわち、最初の非作動状態で、変形可能要素が変形または湾曲し、制御信号に基づいて、より湾曲が少ない状態、より大きく湾曲した状態、または直線状態になり得る。
上記の説明においては、制御デバイスにより電気信号がＭＥＭＳトランスデューサ２０に提供されるが、体積流量１２も、変形可能要素を変形させ得る。しかし、変形は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に印加される電気信号によって実現することもできる。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ２０はセンサとしても構成できる。
変形可能要素の有利なさらなる展開を以下に説明する。１つ以上の電気機械トランスデューサは、以下で説明するさらなる展開に係る変形可能要素を備えてもよい。
図３は、バイモルフとして構成された変形可能要素３０の概略斜視図を示す。変形可能要素３０は、少なくとも数点で、好ましくはそれらの表面積全体にわたって互いに強固に接続された第１層５６および第２層５８を備える。第１層５６および第２層５８は、変形するように構成されている。例えば、機械的、物理的、または化学的作用に基づいて、様々な程度に膨張または収縮する。例えば、層５６および５８は、互いに異なる熱膨張係数を有し得る。さらに／あるいは、層５６または層５８は、対応する層に提供される電気信号に基づいて膨張または収縮するように構成されてもよい。例えば、前記層は圧電材料を含んでもよい。
層５６および５８の異なる収縮または膨張により、作動方向５９または５９’に沿って変形可能要素３０が変形し得る。作動方向は、横運動方向２４と平行であってもよい。作動方向は、正の電圧を印加された変形可能要素３０が撓む方向であり得る。
さらに／あるいは、例えば変形可能要素３０の横方向の収縮または横方向の膨張および／または任意の層の収縮または膨張に基づく、さらなる横運動方向２４’に沿った変形も利用可能であり得る。したがって、変形可能要素３０が、その梁構造とともに、梁構造の軸方向（例えば、ｙ方向、または面内）に沿って湾曲するように構成され得る。これは、往復運動、すなわち、横運動方向２４に沿った運動と反対方向に沿った運動に基づいて実現され得る。
言い換えると、バイモルフは２つの層で構成される梁に対応し得る。層は、例えば互いに一方向（例えば垂直）に配置される。受動層（例えば、層５６）は、能動層（例えば、層５８）に固定的に接続されてもよい。適切な信号を印加することにより、能動層５８内に機械的張力が生成され、その結果、層５８の収縮または膨張が生じる。層５８の長さ変化の方向は、バイモルフが一方向（収縮）または他の方向（膨張）に横方向に湾曲するように選択されてもよい。
図４ａは、図３を参照して説明したバイモルフ構造を３つ（３０ａ〜ｃ）含む変形可能要素４０の概略斜視図を示す。ｘ、ｙおよびｚ方向に沿った変形可能要素４０の空間的概略配置は、例えば変形可能要素４０がＭＥＭＳトランスデューサ１０または２０内にどのように配置され得るかに関して、例示的に示されている（すなわち限定的ではない）。変形可能（部分）要素３０ａ〜ｃは、ｘ、ｙ、またはｚ方向に沿って、互いに異なる寸法を有してもよい。例えば、変形可能要素３０ａおよび３０ｃは、ｙ方向に沿って等しく膨張し得る。変形可能要素３０ａ〜ｃの作動方向５９ａ〜ｃは、例えば互い違いであってもよく、揃っていてもよい（例えば＋／−／＋ｘ方向）。簡単に言うと、これは、変形可能要素３０ａおよび３０ｃの長さが等しいとも理解され得る。変形可能要素３０ｂは、これらとは長さが異なっていてもよい。例えば、変形可能要素３０ｂの長さは、要素３０ａまたは３０ｃの対応する長さの倍であってもよい。さらなる実施形態によれば、さらなる要素、（例えば、ばね要素）がさらに、変形可能要素３０ａ〜ｃの間に配置されてもよい。
同一または同等の量（例えば、電圧の符号）の印加時に変形可能要素３０ａ〜ｃが撓む方向は、変形可能要素４０の長さに沿って互い違いであり得る。したがって、湾曲が交互に生じ得る。変形可能要素４０が３つの変形可能要素３０ａ〜ｃを含むように示されているが、２つの変形可能要素または４つ以上の変形可能要素３０が配置されることも可能である。
図４ｂは、撓んだ状態の変形可能要素４０の概略斜視図を示す。層５８ａ〜５８ｃは、例えば、複数の湾曲が軸方向（ｙ方向）に沿って進行するように生じるように収縮される。
換言すれば、図３に示された３つの梁は、それらの膨張方向に互いに隣接するように配置され得る。すなわち、対応する信号により、第１梁と第３梁（３０ａおよび３０ｃ）が第１方向に反り、第２梁（３０ｂ）が他の方向に反る。このようにして、図４ａに示すように信号が印加されていないときに示す直線的な形状から、対応する信号の印加により、図４ｂに示すようにＳ字形に変形するアクチュエータが得られる。信号ありと信号なしによる構成は入れ替え可能である。例えば、各場合において、変形可能要素３０は、印加される信号に基づいて、変形可能要素（複数可）３０および／または４０の曲率の減少または直線延長が生じるような、事前撓みまたは付勢が実現されてもよい。例えば、各梁３０ａ〜ｃの曲率は、正負符号以外は同一であり、第１および第３の梁３０ａおよび３０ｃの長さは、それぞれ変形可能要素の全長の約４分の１に相当し、中央梁３０ｂの長さは、変形可能要素４０の長さのほぼ半分に相当すると仮定できる。
図４ｃは、両側で固定され、部分空洞３８が変形可能要素間に配置されるように互いに隣接して配置された２つの変形可能要素４０ａおよび４０ｂの配置の概略上面図を示す。実線は、例えば、変形可能要素４０ａおよび４０ｂの作動状態を示し、一方、破線は、非作動状態を示す。このような変形可能要素の状態は、入れ替え可能である。製造に関する要因で、非作動状態は任意の形態をとり得るためである。
変形可能要素４０ａおよび４０ｂは、非作動状態でそれぞれ湾曲するように構成されてもよい。さらに、変形可能要素４０ａおよび４０ｂはそれぞれ、作動中に互いに対して湾曲する３つのセグメント３０ａ−１〜ｃ−１、および３０ａ−２〜ｃ−２から形成されてもよい。各セグメント、例えば中央セグメント３０ｂ−ａまたは３０ｂ−２は、２つ以上のセグメントから形成されてもよい。図４ａおよび図４ｂの記載と比較すると、セグメント３０ａ−１、３０ｂ−１および３０ｃ−１は、長さが互いに、そしてその他あらゆるセグメントと異なる。長さは、作動時に求められる所望の形状に適応可能であってもよい。Ｓ字型アクチュエータは、大きな平面充填率を実現するだけでなく、処理中に両側で固定できるという大きな利点を発揮する。両面固定により、層張力勾配に起因する技術的に回避することのできない、梁の事前撓みを大幅に低減できる。したがって、基板の下蓋と上蓋からの距離を極めて小さく保つことができる、これにより流量／圧力損失が大幅に減少し、その結果、スピーカ、超音波コンバータ、マイクロフォン、ポンプの効率が大幅に向上するだけでなく、状況によってはそれらの機能を実際に正しく発揮することを可能とする。さらなる実施形態によれば、例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０内に、変形可能要素４０の１つのみを配置することも可能である。
図５は、ＭＥＭＳトランスデューサ５０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ２０と異なる構成を有する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは、第１および第２変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、２２ｅおよび２２ｆをそれぞれ含む。変形可能要素は、互いに対向して配置される。梁要素の撓み可能な端部は、互いに対向して配置される。変形可能要素２２ａ〜ｆが基板に接続される領域は、互いに反対側を向くように配置される。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃはそれぞれ、変形可能要素２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ、２２ｅと２２ｆにそれぞれ接続されたプレート要素６２ａ〜ｃを含む。各プレート要素６２ａ〜ｃは、それぞれの変形可能要素２２ａ〜ｆの撓み可能な端部に接続されてもよい。
変形可能要素２２ａ〜ｆはそれぞれ、部分的にまたは完全に変形可能要素３０または４０として構成されてもよく、または異なる構成を有してもよい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、ならびに２２ｅおよび２２ｆのそれぞれ異なる種類の網掛け（ハッチング）がされており、互いに異なるように変形することが示されている。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの変形可能要素は、変形可能要素２２ａ〜ｆのそれぞれの形態に係らず、同じ空間方向に沿って撓み可能な端部の撓みを実現するように配置されてもよい。
例えば、図５に示される非撓み状態から、制御により、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの撓み可能な端部が＋ｘ方向に沿って移動され得る。加えて、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄの制御により、それぞれの撓み可能要素を−ｘ方向に沿って撓みさせ得る。これにより、プレート要素６２ａおよび６２ｂは、前記制御中に互いに向かって移動することができる。そのようなプレート要素の移動により部分空洞４２ａのサイズが縮小される。さらに／あるいは、空洞４２ａ内の負圧により、プレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに向かって移動し、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形が実現され得る。さらに／あるいは、電気的に受動的な１つ以上の変形可能要素２２ａ〜ｄを実現することもできる。例えば、電位を、１つ以上のプレート要素６２ａ〜ｃにかけてもよい。プレート要素６２ａと６２ｂの電位に基づいて、プレート要素６２ａと６２ｂとの間の引力または反発力が生じる。これにより、プレート要素６２ａおよび６２ｂに動きが生じ、したがって、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形が生じる。さらに／あるいは、変形可能要素２２ｃ〜ｆおよび／またはプレート要素６２ｂおよび６２ｃは、変形可能要素２２ｃ〜ｆの変形および部分空洞３８ａ内の体積変化を実現するように、同時に、または時間をずらして制御されてもよい。
言い換えると、図５は、図２ａ〜図２ｃに示された構成の変形例を示し、それぞれ４つの曲げ梁２２ａ〜ｄおよび２２ｃ〜ｆが、各チャンバ（空洞４２ａおよび３８ａ）を狭めるおよび／または広げるために使用される。図２ａ〜図２ｃに関連して、これは各場合において、２つの曲げ梁（変形可能要素）に基づいて説明される。図５は非作動状態を示す。作動状態と非作動状態を入れ替えることができる。例えば、各制御可能な変形可能要素は通常、信号が適用されないときに変形し、その変形は、特殊な場合として直線（非撓み）状態も含まれるように、信号に基づいて変動し得る。
互いに垂直に（例えば、ｙ方向に沿って）対向する曲げ梁、例えば変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄはそれぞれ、要素６４ａおよび６４ｂを含む曲げ可能なウェブを介して互いに接続され得る。このようにして得られたウェブの中央領域には、比較的硬い延長部である要素６６が配置されていてもよい。一方で、前記要素６６は、プレート要素６２ｂが設けられてもよい。プレート要素６２ｂは剛性であるか、可能な限り剛性であるように構成される。対応する信号が印加されると、プレート要素６２ａ〜ｃは、部分空洞の体積をそれぞれ減少または増加させるように、互いに近づくまたは離れるように同時に移動し得る。プレート要素の同時移動により、極端な場合、部分空洞４２ａの体積をゼロにすることができる。これはプレート要素６２ａと６２ｂが互いに接触することを意味する。このような構成によると図２ａ〜図２ｃを参照して説明した構成と比較して、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の体積流量より確実に大きい流体の体積流量を実現できる。部分空洞４２ａの体積が減少すると、それに応じてまたは少なくともそれに基づいて部分空洞３８ｂの体積を増加させることができる。流体の供給は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に関連して説明したように、それぞれ開口部２６ａ、２６ｂ、および２６ｃを介して行われ得る。要素６４ａおよび６４ｂは、ばね要素とも称され得る。
変形可能要素（曲げ梁）２２ａおよび２２ｂは、信号が印加されたときに右（＋ｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。変形可能要素２２ｃおよび２２ｄは、信号が印加されたときに左（−ｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。両方の種類の梁（変形可能要素の網掛け）は、例えば図３または４のように、第１信号が印加された場合に湾曲し、第２信号が印加された場合に反対方向に湾曲するように設計され得る。この場合、梁の曲げによる機械的復元力とは関係なく、チャンバ（部分空洞）を元のサイズに狭めることと広げることの両方を実現できる。第１および第２信号は、例えば、それぞれ正および負の電圧であり得る。例えば、図３を参照すると、層５６および５８はそれぞれ能動層であってもよい。さらに／あるいはさらなる能動層が、層５８から離れて面する側の層５６に配置され得る。両方の能動層は、一方または他方の方向の撓みを実現するために、互いに個別に配向されてもよい。
２つの対向する変形可能要素（例えば、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄ）と、それらに接続されたプレート要素６２ｂとの間の体積も、曲げ梁の移動または変形により変化し得る。例えば、プレート要素６２は剛性に構成されてもよい。圧力の均一性向上のため、変形可能要素２２ｃおよび／または２２ｄ、および／またはプレート要素６２ｂを変形可能要素２２ｃおよび２２ｄに接続する接続要素６４および／または６６を局所的に薄くして、局所的流路を提供することができる。これは、例えば、追加のパターニングまたはエッチングによって実現され得る。接続要素６４ａ、６４ｂ、および６６は、Ｔ字配置にしてもよい。接続要素６６は、要素６４ａおよび６４ｂと比較して高い剛性を有し得る。したがって、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄの変形中、要素６４ａおよび６４ｂは、それぞれのプレート要素が直線移動できるように変形することが好ましい場合がある。
図６ａ〜図６ｅを用いて、プレート要素６２ａおよび６２ｂがそれぞれ対向配置された変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄに接続される有利な実施形態を以下に説明する。
以下の説明では、プレート要素の各場合において同一に構成された変形可能要素への接続について述べるが、異なる電気機械トランスデューサおよび／またはプレート要素を形成するための個々の変形可能要素の組み合わせは、互いに異なるように構成されてもよい。以下で説明する詳細は、最終的な有利なさらなる実施形態を説明するものではなく、それ自体で、または互いに組み合わせて、またはさらなる有利な実施形態と組み合わせて実施することができ得る。
図６ａは、直線状に構成されたばね要素６８が、プレート要素６２ａおよび６２ｂと、変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄそれぞれとの間に配置された構成の概略上面図を示す。ばね要素６８は、変形可能要素２２ａ〜ｄの材料またはプレート要素６２ａまたは６２ｂの材料から形成されてもよく、さらに／あるいはこれら要素の１つ以上と一体的に形成されてもよい。例えば、ばね要素６８は、プレート要素６２ａまたは６２ｂに対して直角に配置されてもよい。
図６ｂは、ばね要素６８’が、変形可能要素の撓み可能端部に対して９０°未満の角度α（例えば３０°または４０°）で配置された代替構成を示している。これにより、図６ａの構成よりプレート要素６２ａにおける接触点の距離を大きくとることが可能になり、その結果、移動中のプレート要素６２ａのたるみが減少し得る。
図６ｃは、ばね要素６２ａが９０°を超える角度αで配置されている構成を示す。これにより、例えば、図６ａに示された構成と比較して、ばね要素６８の復元力が低下し得る。
図６ｄは、図６ａの構成の変形例としての構成を示す。ここでは、ばね要素７２ａまたは７２ｂが基板１４の、電気機械トランスデューサ１８ａが隣接配置された、さらに／あるいは各変形可能要素が、基板１４が接続される領域に設けられている。
ばね要素７２ａおよび／または７２ｂは、基板１４内の凹部（空洞）７４ａおよび／または７４ｂによって少なくとも部分的に基づくものであってもよい。したがって、例えば、凹部７４ａまたは７４ｂにより、基板１４の剛性が局所的に低減され、その結果、ばね要素７２ａおよび／または７２ｂが形成される。凹部７４ａおよび７４ｂは、基板１４内です隣接する変形可能要素２２ａおよび２２ｃ、ならびに２２ｂおよび２２ｄにまたがって延在するように描かれているが、凹部７４ａまたは７４ｂは、単一の、またはいくつかの変形可能要素に隣接するように配置されてもよい。あるいは、基板１４は、いくつかの凹部またはばね要素を備えてもよい。
言い換えると、図６ｄは、変形可能要素（梁）が取り付けられた屈曲ばね（ばね要素７２ａおよび７２ｂ）であるさらなる構造物が、引張応力のさらなる低減をもたらし得る構成を示す。そのような屈曲ばね要素は、例えば、図６ｅの構成に示されるように、および凹部７６ａ〜ｄに関連して説明されるように、剛性プレートと一体化されてもよい。梁が撓んだ場合、前記要素はＳ字状に変形し、剛性プレートに作用する引張ひずみを低減し得る。
図６ｅは、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂの構成を示す。プレート要素６２ａおよび６２ｂは、図６ｄに関連して説明した構成と比較して、プレート要素６２ａおよび／または６２ｂがばね要素６８を介して変形可能要素に接続されている領域に隣接する凹部７６ａ〜ｄを含む。プレート要素６２ａおよび／または６２ｂの、変形可能要素に面する側と、凹部７６ａ〜ｄとの間の距離は、前記領域内のプレート要素６２ａおよび／または６２ｂの剛性に影響し得る。凹部７６ａ〜ｄは、変形可能要素２２ａ〜ｄに作用する低減された復元力を可能にする。
言い換えると、図６ａ〜図６ｅは、可動要素および／または電気機械トランスデューサを実現する変形例を示す。前記変形例は、図５に関連して説明した構成とは、例えば／特に、図５に示す要素６４ａまたは６４ｂがブレーシング６６と組み合わされてばね要素６８を形成するという点で異なる。図６ａの構成は、図紙面（ｘ／ｙ平面）に垂直な軸に対するプレート要素６２ａおよび／または６２ｂの寄生的な傾斜に対して剛性を向上し得る。図６ｂと図６ｃの構成についても同様である。さらに、３つの構成はすべて、図５の構成と比較して、曲げ梁をより大きく撓むことが可能にする。図５では、要素６４ａおよび／または６４ｂ（曲げ可能なウェブ）は、梁が撓むと引張応力を受ける。撓みが増加すると、引張応力により変形可能要素の梁撓みに対する機械的抵抗が増加し得る。図６ａ〜図６ｃの変形例では、それぞれ接続するばね要素６８が曲げで応答し、これは、この要素の対応する構成を考慮すると、確実に機械抵抗が低くなることを表すことから、２つの変形可能要素の機械的接続は、確実に柔軟である（剛性が低い）ように構成されてもよい。
図５を参照して説明した接続要素／ばね６８および／または要素／ばね６４ａ〜６４ｂは、湾曲した形状または蛇行した形状を有してもよい。これにより、適切な方向への柔軟性が向上する。図６ｄおよび図６ｅを参照して説明した構成は、変形可能要素の有効剛性をもたらす引張ひずみの低減を可能にする。図６ａ〜図６ｅに記載された構成は、入口および／または出口開口部２６を省略する。前記開口部が配置される場合、基板内の凹部および／またはばね要素は、開口部が配置される領域で省かれてもよい。さらに／あるいは、少なくとも１つの凹部によって得られるばね要素７２ａおよび／または７２ｂの１つ、いくつか、またはそれぞれを、２つ以上の相互に独立した独立したばね要素に基づいてプレート要素６２ａまたは６２ｂ内に設けることができる。
以下で説明する図７ａ〜図７ｃは、例として、変形可能要素およびプレート要素の可能な配置を説明するものである。
図７ａは、プレート要素６２に接続された変形可能要素４０を示す。プレート要素６２は、例えば、変形可能要素４０に直接配置されてもよい。
図７ｂは、変形可能要素４０ａが基板１４の間に固定的に挟まれ、横方向２４に沿って変形するように構成された構成を示す。変形可能要素４０およびプレート要素６２は、その中に配置された２つのさらなる変形可能要素４０ｂおよび４０ｃを有し、それらの端部は互いに接続されてもよい。この接続に基づいて、変形可能要素４０ｂおよび４０ｃは、変形可能要素４０ｂまたは４０ｃの一方が他方に対して互いに反対に反るように並べられてもよい。例えば、変形可能要素４０ａ〜ｃは、まとめて制御されてもよく、またはまとめて流体の体積流量に反応してもよい。例えば、変形可能要素４０ａ〜ｃをまとめて制御することで、調整移動、例えばプレート要素６２が撓む移動の増加が実現される。したがって、変形可能要素とプレート要素の間に、変形可能要素とまとめて制御されることで、変形可能要素の調整移動を増加させるように構成された少なくとも１つのさらなる変形可能要素を設けてもよい。
図７ｃは、電気機械トランスデューサ１８の構成を示し、変形可能要素４０ａ〜ｃは、中央領域に、変形可能要素４０ｂと４０ｃの間に存在する体積８２をさらなる部分空洞（例えば部分空洞３８ａ）に流体結合させる凹部７０ａまたは７０ｂを含む。変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび／または４０ｃはそれぞれ、凹部７８ａおよび７８ｂを提供するように２つの部分で構成されてもよい。さらに／あるいは、凹部７８ａおよび７８ｂは、それぞれ変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび４０ｃのさらなる材料によって厚さ方向（ｚ方向）に沿って囲まれた凹部として構成されてもよい。
言い換えると、図７ａは、図４の駆動されたＳ字状曲げ梁を備えた構成を示しており、曲げ梁への接続部が剛性プレートの中央に配置されている。より撓みを大きくためには、いくつかの曲げアクチュエータを直列に並べて配置してもよい。図７ｂおよび図７ｃは、３つの直列に接続されたＳアクチュエータの配置を概略的に示す。さらなる実施形態によれば、２つのＳアクチュエータ（変形可能要素４０）または３つ以上のアクチュエータを直列に接続することができる。図７ａ〜図７ｃの変形可能要素の網掛けは、例えば、図４で選択された網掛けに合わせて描かれている。網掛けの違いは、各部分の異なる湾曲方向を示し得る。図７ｃは、Ｓ字形アクチュエータの中心に、その間の空間（空洞８２）の換気向上を可能にする開口部（凹部７８ａおよび７８ｂ）を含む構成を示す。
図７ｄは、電気機械トランスデューサの構成を示し、第１変形可能要素４０ａおよび第２変形可能要素４０ｂは、ｙ方向に沿って互いに平行に配置される。これにより、プレート要素６２を撓ませるように作用する力の増大可能になる。変形可能要素の端部は、互いに接続されてもよく、または基板上に接合して配置されてもよい。あるいは、２つ以上の変形可能要素４０ａおよび４０ｂを、例えばｚ方向（厚さ方向）のような異なる方向に沿って平行に配置することも可能である。さらに／あるいは、変形可能要素の直列接続と並列接続を組み合わせることも可能である。
可動要素は、大幅なまたは過度の撓みが発生した場合に、異なる可動要素または固定要素に接触する場合がある。これにより、固着が生じ得る。可動要素または固定要素には、好ましくは、接触面積の大幅な削減を可能とし、固着の低減または回避を可能にする近接要素（ボラード）を設けてもよい。いわゆるボラードの代わりに、ばね要素として構成された小さな構造物を配置することも可能である。固着を回避することに加えて、２つの要素が衝突するときに生じるパルスを回避できる。これにより、エネルギー損失を低減または回避でき、および／またはアクチュエータの動的挙動を改善できる。
図８ａは、変形可能要素が基板および／または中間層３６、および／または基板に接続されたアンカー要素８４に交互に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示す。例えば、変形可能要素２２ａは、中間層３６の領域４６および４８において、端部で基板に固定的に接続され、変形可能要素４０に関して例示的に説明したように、Ｓ字形の動きを実行するように構成される。隣接して配置された変形可能要素２２ｂは、アンカー要素８４に接続される。アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域に配置され、スペーシング層３４ａまたは層３２ａで当該領域に接続されてもよい。したがって、基板がアンカー要素を備え得る。
変形可能要素２２ａまたは２２ｂの可動端部に隣接して配置される中間層３６の側壁は、変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの移動パターンに基づいた形状を有してもよい。
図８ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示しており、スペーシング層３４ｂおよび層３２ｂは例示的に不図示となっている。ＭＥＭＳ８０は、開口部２６の領域に棒要素４４を含む。領域４８は、ばね要素７２ａ〜ｃを含んでもよい。領域４８は、例示的に、中間層３６の上面図で描かれている。
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂおよび／または基板の層と一体的に形成されてもよい。しかしながら、図８に示されるように、アンカー要素８４は、層３２ａおよび３２ｂを互いに接続するために、ｚ方向に沿って、変形可能要素２２ｂを越えて突出してもよい。これにより、層３２ａおよび３２ｂを振動しにくくできる。あるいは、アンカー要素８４は、機械的に変形可能要素２２ｂとは異なる部品としておよび／または異なる材料で形成されてもよい。それに隣接して配置された変形可能要素２２ａは、例えば領域４８または４６において両側で基板に固定的に、例えば固定的または非固定的に接続される。
棒要素４４間の距離８５は、例えば、１μｍ未満、あるいは０．１μｍ未満または０．０５μｍ未満であってもよい。
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域内に配置されてもよい。中央領域は、例えば、変形可能要素の幾何学的重心を含み得る。中央領域は、例えば、変形可能要素４０の梁セグメント３０ｂであってもよい。
図８ｃは、撓んだ状態のＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示している。変形可能要素２２ｂの外側領域は、変形可能要素２２ａに向かう方向に移動し得るが、変形可能要素２２ａの外端の位置は、基本的に変化しない。変形可能要素２２ａの中心領域は、変形可能要素２２ｂの方向に移動し得るが、変形可能要素２２ｂの中心領域の位置は、アンカー要素８４に基づいて基本的に変化しない。
図８ｄは、図８ｃを参照に説明したように撓んだ状態にあるＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示す。図８ｂの図と比較すると、空洞４２の体積は減少し、部分空洞３８の体積は増加している。ばね要素７２ａは、変形可能要素２２ａへ印加される力を減少し得るが、配置されなくてもよい。基板の開口部２６に隣接する第１部分空洞４２は、第１電気機械トランスデューサと第２電気機械トランスデューサの梁構造の間、および／またはアクチュエータ２２ａと２２ｂとの間に配置してもよい。
言い換えると、図８ａおよび８ｂは、それぞれ、変形例の概略三次元表示および上面図を示している。この構造では、ＭＥＭＳトランスデューサのチップ表面積を非常に効率的に活用することができる。図２ａ〜図２ｃを参照に説明した基本構成のように、曲げアクチュエータのみを、またはそれを主に使用することができる。すなわち、追加の剛性プレート要素を省略してもよい。図８ａに示されるように、チャンバ４２は、２つの撓んでいないＳアクチュエータ２２ａおよび２２ｂによって画定される。左側（−ｘ方向）を画定するＳアクチュエータ２２ａは、その両端で、図面の上部および／または下部における残りの構造要素に接続可能である（すなわち、＋または−ｙに沿って）。右側を画定するＳアクチュエータ２２ｂは、ポスト（アンカー要素）８４に取り付けられてもよい。前記Ｓアクチュエータの両端は自由に移動可能であってもよい。ポスト８４は、上蓋３２ａおよび下蓋３２ｂにそれぞれ固定的に接続されてもよい。信号が印加されると、両方のアクチュエータがＳ字型に変形する。図８ａでは隠れている、凹部の影響を受けるばね要素７２ａは、張力緩和に供される。図８ｂの紙面内で、ばね要素７２ａは横運動方向２４に沿って固定的に挟まれるように、横運動方向２４に沿って要素４８内に配置される。例えば、図８に示されるように、ばね要素７２ａは、スペーシング層３４ａおよび３４ｂに、当該スペーシング層に基づいて固定接続されてもよく、挟まれてもよい。あるいは、層３４ａおよび３４ｂは、ばね要素７２ａがスペーシング層３４ａおよび／または３４ｂと接触しないようにパターン化されてもよい。これにより柔軟性を向上できる。
図８ｃおよび図８ｄに示すように、Ｓアクチュエータ２２ａの膨張は、Ｓアクチュエータ２２ａの中心がＳアクチュエータ２２ｂの中心に接触しそうになるほど、ポスト８４に向かって移動するものであり得る。同時に、Ｓアクチュエータ２２ｂの自由端も、Ｓアクチュエータ２２ａの固定された挟持部に向かって接触しそうになるほど移動する。両方のＳアクチュエータの作動形状は、同一または略同一であってもよい。これにより、チャンバ４２は、アクチュエータが十分に撓むと、実質的にまたはほぼ完全に閉じ得る。したがって、チャンバ４２の元の体積のすべてが、体積流量を生成するため、または体積流量を検出するために使用され得る。チャンバ４２の体積が減少する分だけ、チャンバ３８の体積を増し得る。したがって、流れに影響を与える要素の寸法を適切に設定することで、動的効果により、チャンバ３８および４２の間で生じ得る過剰な圧力差が、アクチュエータ移動に影響することを防止できる。要素４６および４８は、アクチュエータ２２ｂの自由端からの距離が、端部の撓みにかかわらず、小さく、さらに／あるいはほぼ一定であるように構成されてもよい。アクチュエータ２２ａのストレインリリーフを実現するために、上述のように、屈曲ばね要素７２ａが配置されてもよい。
上述の実施形態は、生じる流路内に配置されるさらなるアクチュエータを含んでもよい。さらなるアクチュエータは、例えば、電気機械トランスデューサ１８のように、音を生成可能にするのに直接供されるのではなく、流れ特性を可変設定するように利用可能であり得る。したがって、例えば、減衰、すなわち共振曲線の幅は、構造要素（ＭＥＭＳトランスデューサ）の動作中に各チャンバに必要に応じて柔軟に、かつ個別に適合させられ得る。
当初の推定として、従来技術による膜スピーカのアクティブ領域あたりの体積の変化（ΔＶ／Ａ）は３．７５μｍと推定された。以下で説明するように、これは、アクティブ領域の推定値△Ｖ／Ａを取得するために、マイクロ回路技術で有用な寸法を使用して、図８ａ〜図８ｃに示すＭＥＭＳトランスデューサに対して再推定され得る。この目的のために、アクチュエータの幅（図８ａのｘ方向）の値は５μｍと仮定される。ポスト８４の幅も同様に５μｍの値を有し得る。チャンバ３８の側壁を形成するアクチュエータの距離（例えば、図８ａおよび図８ｂの撓みなし状態）は、１０μｍであると仮定される。チャンバ４２の側壁を形成するアクチュエータの距離（図８ａおよび図８ｂの撓みなし状態）は、１００μｍであると仮定される。次に、体積流量の生成に使用されるアクティブ領域の割合を示す平面充填係数Ｆｐは以下のようになり得る：
Ｆｐ＝１００／（５＋１００＋５＋１０）＝８３％。
Ｆｐ＝１００／（５＋１００＋５＋１０）＝８３％。
ΔＶ／Ａは、次のように表され得る：ΔＶ／Ａ＝ＡｘＦｐｈ／Ａ＝Ｆｐｈ
上記の式では、ｈはチャンバの高さ（例えば、図８ａのｚ方向）を示し得る。簡単に言うと、この目的のためにアクチュエータの高さのみを仮定してもよい。スペーシング層３４ａおよび３４ｂの厚さは無視してもよい。膜スピーカの上記３．７５μｍと比較すると、アクティブ領域ごとに同じ体積流量を提供するために、アクチュエータの高さは３．７５μｍ／Ｆｐ（つまり４．５μｍ）であればよいことは明らかである。追加のオーバーヘッドなしで微細機械技術で製造できるアクチュエータの厚さｈが約５０μｍの場合、ＭＥＭＳ膜スピーカの値の１０倍になり得る。
上記の式では、ｈはチャンバの高さ（例えば、図８ａのｚ方向）を示し得る。簡単に言うと、この目的のためにアクチュエータの高さのみを仮定してもよい。スペーシング層３４ａおよび３４ｂの厚さは無視してもよい。膜スピーカの上記３．７５μｍと比較すると、アクティブ領域ごとに同じ体積流量を提供するために、アクチュエータの高さは３．７５μｍ／Ｆｐ（つまり４．５μｍ）であればよいことは明らかである。追加のオーバーヘッドなしで微細機械技術で製造できるアクチュエータの厚さｈが約５０μｍの場合、ＭＥＭＳ膜スピーカの値の１０倍になり得る。
剛性プレートを一切使用せずに構成されたＭＥＭＳトランスデューサ８０による実施形態では、プレートを含み、さらなる変形可能要素を変形可能要素とプレート要素との間に含み得る変形例と比較して、機械部品と機械的接続の数が確実に減少するため、寄生振動の処理または低減がかなり容易になり得る。例えば、図７ｂおよび７ｃに示すように、アクチュエータを直列に接続することは、より大きなストロークおよび／またはより大きな力を実現し得る。
図９は、積層体９０の概略斜視上面図を示す。積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａを含み、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａは、さらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび８０ｃに接続されて積層体９０を形成し、積層体９０内に配置される。ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａおよびさらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃの電気機械トランスデューサは、まとめて制御可能であってもよい。したがって、チップの表面積を変えることなく、生成または検出され得る体積流量が増加する。積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａ、８０ｂ、および８０ｃを含むように説明されているが、他のＭＥＭＳトランスデューサ１０、２０、および／または５０がこれらに加えて／替えて配置されてもよい。積層体９０は３つのＭＥＭＳトランスデューサを含むと説明されたが、異なる数のＭＥＭＳトランスデューサ、例えば２、４、５、６個、またはそれ以上のＭＥＭＳランスデューサを含むことができる。積層体９０内に配置されたＭＥＭＳトランスデューサおよび／または隣接するＭＥＭＳトランスデューサの空洞または部分空洞は、互いに接続されてもよい。空洞または部分空洞は、例えば、各ＭＥＭＳトランスデューサ間の層に設けられた開口部を通じて接続されてもよい。電子回路１７は、１つ以上のＭＥＭＳトランスデューサを制御するように、すなわち、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成され得る。したがって、積層体９０は、少なくとも１つまたはいくつかの電子回路１７を含むことができる。
言い換えれば、ウェハまたはチップ（ＭＥＭＳトランスデューサ）は、例えばシリコン技術に基づいた接合方法によって積層できる。そのため、この場合、従来の膜スピーカとは異なり、体積流量がさらに増加し得る。積層する前に、個々のウェハまたはチップを薄くする技術を採用することで、積層体の高さを低くすることができる。そのような技術は、例えば、エッチングプロセスおよび／または研削プロセスを含み得る。
互いに隣接して配置された層３２ａおよび／または３２ｂの層厚の削減は、前記層の一方または両方が除去される程度まで実行されてもよい。さらに／あるいは、積層体の高さを低減するため、特定の下蓋および／または上蓋（層３２ａおよび／または３２ｂ）が不要になるように製造処理が実行されてもよい。例えば、積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃがそれぞれ層３２ｂを含まないように構成され得る。
図１０は、ＭＥＭＳトランスデューサ１００の一部の概略斜視上面図を示し、変形可能要素２２ａ〜ｄは、基板１４の側面間に配置されている。変形可能要素２２ａおよび２２ｂは、アンカー要素８４ａを介して間接的に接続される。したがって、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの端部が基板（アンカー要素８４ａでも良い）に固定的に接続され、したがって（強く）固定され得る。したがって、変形可能要素２２ａ〜ｄまたはさらなる実施形態に係る他の変形可能要素がそれぞれ梁構造を備え得る。梁構造は、第１端部および第２端部で固定的に挟まれてもよい。変形可能要素２２ａ〜ｄおよび／または梁構造の端部を固定することにより、変形可能要素の事前撓み（例えば、層張力勾配による）の低減または大幅な低減が可能になる。したがって、蓋とアクチュエータの間の間隙がはるかに小さくなる。これは、いくつかの用途において、効率に関して非常に有利となる。
変形可能要素２２ａ〜ｄは、例えば、各場合において両側で固定的に挟持される。固定された挟持は、基板１４および／またはアンカー要素８４ａおよび／または８４ｂに変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂを配置または生成することにより実現できる。破線８８は、撓みなし状態を示す。一方、連続的な梁９２は、変形可能要素２２ａ〜ｄの撓み状態を示す。基板１４の要素９４ａおよび９４ｂにより、変形可能要素２２ａ〜ｄがｙ方向に沿って位置決めできる。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの対となる位置は、要素９４ａおよび９４ｂに基づいて変位させることができる。互いに隣接しておよび／または対で配置される電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、互いに反対に変形可能であってもよい。
変形可能要素２２ａおよび場合によっては反対側に位置する変形可能要素２２ｃは、変形により部分空洞部位９６ａに影響を与え得（すなわち変形に基づき部分空洞部を増加または減少させ得る）、さらに／あるいは部分空洞部位９６ａ内部の体積流量に基づいて変形するように構成され得る。変形可能要素２２ｂおよび場合によっては反対側に配置された変形可能要素２２ｄは、部分空洞部位９６ｂに影響するように構成されてもよい。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、例えば、アンカー要素８４ａおよび８４ｂの領域で互いに接続されてもよい。変形可能要素２２ａ〜ｄの変形は、変形可能要素２２ａおよび２２ｃ、ならびに２２ｂおよび２２ｄがそれぞれ異なる周波数で変形するように生じてもよい。すなわち、部分空洞部位９６ａ内の体積の変化が生じる周波数が、部分空洞部位９６ｂの体積が変化する周波数と異なってもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサがスピーカとして使用される場合、周波数が異なる体積の変化に基づいて、部分空洞の各部分内で異なる周波数が得られ得る。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１００がマイクロフォンとして使用される場合、部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、例えば、異なる共振周波数を有し得る。あるいは、さらなる部分空洞部位およびさらなる変形可能要素をｙ方向に沿って配置することができる。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、例えば、さらなる周波数を生成するか、さらなる共振周波数を含むことができる。
あるいは、変形可能要素２２ａおよび２２ｂまたは変形可能要素２２ｃおよび２２ｄは、互いに直接接続されてもよい。例えば、アンカー要素は、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形に影響を及ぼすように、１つ以上の変形可能要素２２ａ〜ｄの中央領域内に配置されてもよい。したがって、変形可能要素２２ａおよび２２ｂは互いに直接接続され得る。あるいは、ばね要素または異なる要素を変形可能要素２２ａと２２ｂとの間に配置することも可能である。
ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、第１期間中に、開口部２６から＋ｙ方向に体積流量１２が生じ、続く、第２期間中に、開口部２６から−ｙ方向に体積流量１２が生じるように構成され得る。
言い換えると、図１０は、すべてＳ字形となり得るアクチュエータが配置された構成を示している。原理を説明するために、Ｓ字形アクチュエータは、図では作動状態（実線９２）および非作動状態（破線８８）の両方で提示され得る。作動状態と非作動状態は、設計によって入れ替え可能である。Ｓ字形アクチュエータ（変形可能要素２２ａ〜ｄ）は、それらの端部の一方（上端）および端部の他方（下端）の両方で固定されてもよい。この目的のために、アンカー要素８４ａ〜ｂを使用してもよい。アンカー要素８４ａ〜ｂは、層３４ａ、３６および３４ｂから形成され、層３２ａおよび／または３２ｂに接続されてもよい。この構成では、Ｓ字形アクチュエータの自由端と要素９４ａまたは９４ｂとの間の距離は省略できる。これにより、バイパス流の損失が低減でき得る。最初の基板は、アクチュエータがそこから製造されるように処理されてもよい。前記最初の基板は、層張力勾配を含んでもよく、またはアクチュエータの製造中に層張力勾配が導入されてもよい。それによって生じる変形可能要素の撓みは、アンカー要素８４ａおよび／または８４ｂが設けられることで低減または防止され得る。特に、変形可能要素を両側に懸垂することにより、層３２ａまたは３２ｂの一方の方向への撓みを低減または防止することができ得る。したがって、スペーシング層３４ａおよび／または３４ｂは肉薄に設計されてもよく、これにより、バイパス流の損失が低減され得る。各チャンバ（部分空洞部位９６ａまたは９６ｂ）は、２つのＳ字型アクチュエータによって画定されてもよい。図１０の例では、２つのチャンバが直列に接続され得る。直列に接続されたチャンバの数は、音響特性、特にＳ字型アクチュエータおよび／またはアクチュエータチャンバシステムの共振周波数を考慮しながら、チップ上で利用可能になる表面積に基づいて選択可能であってもよく、１から多数の間で可変であり得る（例えば３、５、１０個よりも多くてもよい）。
要素９４ａおよび９４ｂが、任意に配置されてもよい。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、この要素なしで構成されてもよい。例えば、アクチュエータの対応する部分が、電気機械トランスデューサおよび／または変形可能要素の特定の設計または制御のために撓まない場合、要素９４ａまたは９４ｂによる基板１４からの距離を省略できる。多Ｓ形状アクチュエータ（波状アクチュエータ）を構成してもよい。特に、長さが増加するにつれて梁の（変形可能要素の）共振周波数が低下し得るので、この配置に基づいて低共振周波数が実現できる。
図１１ａは、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０のセクションの概略上断面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂは、図１０の構成と異なり、基板１４の横方向（例えばｘ方向）に対して斜めに配置されている。ＭＥＭＳトランスデューサ１００の延在と同一のｙ方向に沿った延在により、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂは、より長く軸方向に延在し得る。これにより、より大きな部分空洞部位９６ａおよび／または９６ｂ、および／または、より多数の直列接続された部分空洞部位および／または変形可能要素を実現できる。
変形可能要素の外側梁セグメント３０ａは、アンカー要素８４を介してさらなる変形可能要素の外側梁セグメント３０ｃに間接的に接続されてもよい。あるいは、梁セグメント３０ａおよび３０ｃは、直に、すなわち直接互いに接続されてもよい。
言い換えれば、図１１ａは、図１０の記載から、アクティブ領域が４５°回転したさらなる実施形態を示す。さらに使用可能なチップの表面積が大きくなり得る。漏斗状の開口部２６は、好ましくは音がチップ縁部領域に対して垂直に、すなわち＋または−ｙ方向に沿って放出されるように設計することができる。
上述の変形可能要素のそれぞれは、相互接続された複数の変形可能要素として形成されてもよい。
図１１ｂは、例えばポンプとして使用され得るＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の概略上断面図を示す。図１１ａのＭＥＭＳトランスデューサ１１０と比較すると、部分空洞部位９６ａおよび９６ｂが、２つの開口部２６ａおよび２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の周囲に接続され得る。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、開口部２６ａを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第１側面９７ａに接続されてもよく、開口部２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第２側面９７ｂに接続されてもよい。第１側面９７ａと第２側面９７ｂとは、例えば、反対側に位置するように配置されてもよい。あるいは、側面９７ａおよび９７ｂはまた、互いに傾斜してもよい。例えば、側面９７ａまたは９７ｂの一方は、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の側面を含んでもよく、他方の側面９７ｂまたは９７ａは、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の主側面（例えば、上面または底面）を含んでもよい。
変形可能要素２２ａ〜ｄの変形に基づいて、第１側面９７ａから第２側面９７ｂへ、またはその逆に流れる流体が、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’を介して生成可能であり得る。例えば、第１期間中に、変形可能要素２２ａおよび２２ｃが変形し、部分空洞部位９６ａの体積が減少し得る。第２期間中に、部分空洞部位９６ｂの体積が減少し得る。体積の減少または増加の順序に、体積流量１２の方向が影響され得る。あるいは、いくつかの部分空洞部位を前後に配置すること、または１の部分空洞部位のみを配置することも可能である。
簡単に言うと、スピーカと同様、体積流量１２が往復するのではなく、ＭＥＭＳトランスデューサを流れる際の原理に従って体積流量１２が生成されて、ポンプの機能が実現され得る。ＭＥＭＳトランスデューサの入口側および出口側は、互いに反対側に配置することができるが、代替的に、互いに傾斜して配置するか、同じ側に配置し、互いに位置的または流体的に離間させることもできる。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂを含む空洞は、基板の開口部２６ａおよび２６ｂを含むことができる。電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも一方は、流体に基づいて体積流量１２を提供するように構成されてもよい。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも１つは、電気機械トランスデューサの作動に基づいて、流体を第１開口部２６ａを通じて空洞に向かう方向に搬送するか、同作動に基づいて、流体を第２開口部２６ｂを通じて空洞から離れる方向に搬送するか、あるいはこれとは逆に搬送するように構成されてもよい。
ポンプ機能はＭＥＭＳトランスデューサ１１０’に関連して説明されているが、ここで説明される他の実施形態も、空洞、部分空洞または少なくとも１つの部分空洞部位の開口部の配置により、例えば、ポンプまたはマイクロポンプとしても使用可能であり得る。
変形可能要素２２ａおよび２２ｅが同時に撓む場合、負圧（あるいは過圧）が介在体積内に生じ、この圧力が変形または撓みを打ち消す。体積は例えば層３２ａおよび／または３２ｂに開口部を有してもよい。これにより、前記体積内の圧力均等化が実現できる。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’のより効率的な動作が図られる。
図１２ａは、例えば第１状態でＭＥＭＳポンプとして使用され得るＭＥＭＳトランスデューサ１２０の概略図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１２０は、例えば、２つの変形可能要素２２ａおよび２２ｂを備え、これらは梁構造を有し、両側で基板１４に挟持または固定して挟持される。あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサ１２０は、１つの変形可能要素または３つ以上の変形可能要素で構成されてもよい。
図１２ｂは、第２状態のＭＥＭＳトランスデューサ１２０を示す。少なくとも１つの変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの変形に基づいて、図１２ａに示す第１状態から第２状態に遷移できる。変形可能要素（複数可）の形状復元に基づいて、第２状態から第１状態に遷移できる。第２状態において、例えば、変形可能要素２２ａと２２ｂとの間の部分空洞３８が、第１状態と比較して大きい。第１状態から第２状態への遷移中に、部分空洞３８内に負圧が生じ得る。第２状態から第１状態への遷移中に、部分空洞３８内に負圧が生じ得る。
変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに基板１４は、それぞれの間に部分空洞４２ａおよび４２ｂが配置され、その体積は、変形可能要素の変形により、部分空洞３８の体積と相補的に減少または増加し得、さらに部分空洞３８に対して相補的に、過圧または負圧が実現され得る。
各開口部２６の領域に、バルブ構造８５ａ〜ｆが配置されてもよい。１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは、例えば、基板１４の材料から形成され得る。バルブ構造は、基板１４の１つ以上の層と一体的に形成されてもよく、例えば、エッチングプロセスによって製造されてもよい。
バルブ構造は、少なくとも一方向に沿って開口部２６を通る体積流量１２の通過を妨げる、すなわち減少または防止するように構成されてもよい。例えば、バルブ構造８５ｂ、８５ｄ、および８５ｆは、それぞれの部分空洞からの流体の流出を低減または防止するように構成されてもよい。さらに／あるいは、バルブ構造８５ａ、８５ｃおよび８５ｅは、それぞれの部分空洞への流体の進入を低減または防止するように構成されてもよい。１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは、受動的に構成されてもよい。すなわち、片側が固定された曲げ梁構造または舌状構造として構成されてもよい。さらに／あるいは、１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは能動的に構成されてもよい。すなわち、電気機械トランスデューサまたは変形可能要素として構成されてもよい。簡単に言うと、バルブ構造８５ａ〜ｆとＭＥＭＳトランスデューサの他のアクチュエータ（電気機械トランスデューサ）を作動可能であり得る。
バルブ構造８５ｄは、例えば、バルブ構造８５ｃにより部分空洞３８への体積流量１２の流入が低減または防止された状態で、部分空洞３８内の負圧に基づいて体積流量１２が部分空洞３８に流入できるように構成することができる。図１２ｂに示すように、部分空洞３８内に過圧が生じる場合、バルブ構造８５ｄにより部分空洞３８からの体積流量１２の流出が減少または防止された状態で、バルブ構造８５ｃは、過圧に基づいて体積流量１２が部分空洞３８から流出することを可能にするように構成される。
バルブ構造８５ａ、８５ｂ、および８５ｅおよび８５ｆの機能は、それぞれ、部分空洞４２ａおよび４２ｂと同一または同等であり得る。バルブ構造８５ａ〜ｆは、逆止弁とも呼ばれ、それらは、例えば、体積流量１２の好ましい方向の設定を可能にする。
ＭＥＭＳトランスデューサは、例えば、体積流量が、部分空洞３８、４２ａおよび４２ｂから同じ方向（＋ｙ方向）に沿って、第１状態と第２状態との間で遷移が生じる異なる期間中に流れるとように説明した。ただしバルブ構造は、体積流量が少なくとも１つの部分空洞３８、４２ａまたは４２ｂから異なる方向（例えば−ｙ方向）に沿って流れるように配置されてもよい。
バルブ構造８５ａ〜ｆが各開口部２６に配置されるようにＭＥＭＳトランスデューサを説明した。しかし、バルブ構造を開口部２６に配置しないか、または一部の開口部２６にのみ配置してもよい。
バルブ構造は、逆止弁として機能するように受動的に構成してもよいが、バルブ構造は能動的に構成してもよい。つまり、制御可能で、その制御に基づいて、アクチュエータに関してバルブの開閉状態を実現してもよい。特に、各場合において１つの部分空洞に関連する２つのバルブ構造８５ａおよび８５ｂ、８５ｃおよび８５ｄ、または８５ｅおよび８５ｆは、例えばＭＥＭＳトランスデューサに接続された制御手段によって、圧力パルスが体積流量１２内で生じるようにして制御することができる。例えば、電気機械トランスデューサ１８の作動は、部分空洞４２ａ、４２ｂ内部の流体内に過圧または負圧が蓄積され、その後にのみバルブ構造８５ａ〜ｆの開放が制御されるように行われ得る。
言い換えると、そのような圧力パルスを利用すれば、短い圧力パルスによって低周波音波に近似することができる。前後に直列に配置された複数のチャンバを使用することにより、上述の効果がほぼ連続的に発生する。これは、互いに平行に隣接するチャンバでも可能である。図１２ａは、非作動状態の例を示しており、各チャンバには、上部および底部に、それぞれアクティブになるように構成され得る１つのバルブが設けられている。各バルブは個別に開閉できる。部分的な開閉も可能である。バルブ梁は、可動側壁、すなわち変形可能要素と完全に同じように設計および／または動作してもよい。したがって、それらは同じまたは同一のアクチュエータ原理に基づいていてもよい。これに関連して、前記バルブ曲げ梁は、両方向に移動可能に、および／または流体の流れに応じて（曲げアクチュエータバルブによって加えられる対応する反力によって）開口部を閉じるように構成されてもよい（すなわち、移動に必要な非常に小さな間隙以外を閉鎖）。この設定により、特に各チャンバごとに個別に、方向および／または負圧／過圧に関して流体の流れを制御するような完全な柔軟性が保証される。流体の流れの方向が決まっている場合、バルブ梁のストップを使用することもできる（「逆止弁」）。
言い換えると、第１の状態では、黒く描かれた２つのアクチュエータ（変形可能要素２２ａおよび２２ｂ）によって、中央チャンバ（部分空洞３８）が膨張され得、２つの外側チャンバ（部分空洞４２ａおよび４２ｂ）が圧縮される。第１チャンバは、逆止弁８５ｄを介して下部領域からの流体で満たされる。外側チャンバは、逆止弁８５ａおよび／または８５ｅによって流体を上部領域に押し込む。第２状態では、中央チャンバが圧縮される。流体が上部に押し込まれる。外側のチャンバが、下部領域からの流体で満たされる。
図１３は、変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの横方向延在方向９８に沿って互いに接続された、第１変形可能要素２２ａおよび第２変形可能要素２２ｂの概略図を示す。ばね要素１０２が、変形可能要素２２ａと変形可能要素２２ｂとの間に配置される。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂにおいて機械的に生じる復元力を低減させ得る。例えば、ばね要素１０２は、方向９８に垂直な方向９８’において剛性が低く、方向９８および９８’に対して、空間的に直行してもよい方向９８”において剛性が大きい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂならびにばね要素１０２は、例えば、変形可能要素２２ａとしてＭＥＭＳトランスデューサ１１０内に配置されてもよい。
言い換えると、適切なばね要素１０２は、Ｓ字形アクチュエータ２２ａ〜ｄの張力緩和を実現するために配置されてもよい。当該アクチュエータは、アクチュエータの両側で、固定位置で、または例えば固定位置間の領域（例えば中央）においても固定される。例えば、ばね要素１０２は、アクチュエータの中心に使用され、所望の方向（９８’）で特に柔軟であり、２つの方向（９８および９８”）で硬い（すなわち、剛性が高いまたは比較的高い）。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの撓み可能な端部の間に配置されてもよい。ばね要素１０２の剛性は、横運動方向２４に垂直な方向よりも、横運動方向２４で低くてもよい。
図１４は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０と異なり、互いに接続され、共有層３２を含むＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよびＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂを含む積層体１４０の概略図を示す。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ８０の層３２ａまたは３２ｂが省略されている。電子回路１７は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂをまとめて制御するように構成されてもよい。あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂはそれぞれ、対応する電子回路を備えてもよい。
さらに、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａは、層３２ｂ内に開口部２６を有してもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ８０に対して、体積流量１２の排出方向および／または体積流量１２の進入方向が直角に傾いてもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサの蓋表面が積層体の外側を形成し得る。ＭＥＭＳトランスデューサは、第２ＭＥＭＳトランスデューサに面する側とは反対側を向くように配置された蓋表面に開口部を有してもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの体積流量１２は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂの体積流量に対して垂直にまたは反対に空洞を出入りする。
ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａは、その上に膜要素１０４が配置される。膜要素１０４は、空洞から膜要素１０４を通る体積流量１２の流出、または空洞１６への体積流量１２の流入が少なくとも部分的に防止されるように配置することができる。空洞は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの外側に配置された領域と、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと膜要素１０４との間に配置される領域とにまで延在してもよい。体積流量１２に基づいて、膜要素１０４が撓み得る。膜要素１０４は、例えば、フレーム構造１０６によってＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａ上に配置されてもよい。フレーム構造１０６は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの側面、例えば層３２ｂの主側面に配置されてもよい。
または、９０°以外の角度で傾けてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂは、層３２ｂにまたは層３２ｂ内に開口部を有してもよく、それにより、体積流量１２は、積層体１４０の２つの側面の空洞に出入りすることができる。前記側面は互いに対向するように配置される。
さらに／あるいは、積層体１４０は、さらなるまたは別のＭＥＭＳトランスデューサ、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０または８０、を含んでもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと８０’ｂとの間に配置されてもよい。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの対応する方向に垂直な方向に沿った空洞へのまたは空洞からの体積流量１２の流入または流出が可能になる。
言い換えると、音出力開口部２６は、チップ側面ではなく、下蓋３２ａおよび／または上蓋３２ｂに設けられてもよい。図１４は、これを簡略化して示す。上蓋３２ｂの開口部２６は視認可能である。同様の開口部が下蓋３２ｂに配置されてもよいが、斜視図では視認不能である。層３２も、開口部を含んでもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂの空洞、部分空洞および／または部分空洞部位は互いに接続されてもよい。（ｚ方向に沿って）垂直に重ねられた各チャンバは、層３２内の開口部を介して互いに接続され得る。
１つ以上の棒要素（グリッドウェブ）４４を含み、減衰設定用に構成され、特に粒子からの保護用に構成され得る格子は、図１４に記載の変形例においてもシンプルに実現され得る。例えば、上蓋３２ｂおよび／または下蓋３２ａの開口部２６は、湿式または乾式化学エッチングプロセスによって形成されてもよい。エッチングの前に、開口部のエッチングに対して適切に高い選択性を有する追加の薄い層に、所望の格子をパターニングしてもよい。開口部２６をエッチングするために、最適で高度な等方性および／または横方向のアンダーカットを有するエッチングプロセスを選択することができる。これにより、グリッドウェブ４４のアンダーカットが得られる。例として、格子は酸化シリコンまたは窒化シリコン層で作成され、蓋はシリコンからパターニングされ手もよい。その後、蓋は深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によってパターニングされてもよい。前記プロセスは、マイクロメートル単位のアンダーカットが実現できるように設定されてもよい。あるいは、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）および／または硝酸（ＨＮＡ）を用いて湿式化学エッチングを行ってもよい。
下蓋３２ａおよび上蓋３２ｂの開口部が漏斗形状になるように設計されている場合、音出口面はチップ表面積の大きな割合を占める可能性があり、場合によっては、ＭＥＭＳトランスデューサ８０のように側面に出口を有するＭＥＭＳトランスデューサと比較して大きくなるように設計される。このような選択肢は、音響特性と減衰に関して、より多くの創造的展開の余地を残す。蓋３２ａおよび３２ｂの音出力開口部と蓋面３２ａおよび３２ｂの間の側面との組み合わせが、さらなる実施形態の特徴となる。高度に集積されたシステムの好ましい変形例は、上方向に音を発するように蓋３２ｂに開口部を取り付けること、およびシンプルに構造要素（例えばプリント基板上に）を適用できるように側面に圧力均等化開口部を取り付けることを含む。
概して、音入口開口部および／または音出口開口部２６は、音響特性および／または減衰特性が目標通りに設定されるように設計され得る。下層３２ａおよび上層３２ｂはそれぞれ、原則として振動可能であり得る。前記要素の振動は、介在層３４ａおよび３４ｂおよび／または３６に存在する適切な追加の接続要素によって、例えばアンカー要素８４によって、抑制および／または低減することができる。抑制または低減することは、振動を可聴音以外の周波数範囲にシフトすることを含む。さらに／あるいは、層３２ａおよび／または３２ｂの振動はまた、音響放射を最適化するという目標に合わせて実現してもよい。また、対応するパターニング（連続開口部または止まり穴）によって、層内で選択的接続を行い、層３２ａおよび３２ｂの剛性レベルおよび／または音響特性をさらに設定することも可能である。
上蓋３２ｂに膜を適用することも可能である。膜は、チャンバの体積流量１２によって振動させられる。これを、破線１０４によって概略的に示す。シンプルな場合、フレームの形態のスペーサ１０６は、膜１０４をその上に配置または固定することができ、この目的のために上蓋３２ｂに配置することができる。そのような膜１０４は、既知のマイクロメカニカルプロセスにより製造することができる。あるいは、膜１０４は、空洞または部分空洞の内部に配置され、かつ／または１つの開口部のみまたは開口部２６の一部のみを覆うこともできる。
ＭＥＭＳトランスデューサの前述の実施形態のいくつか（例えば、ＭＥＭＳ構造スピーカ要素）に適用できることとして、部分体積流量を、例えばその他チャンバのいくつか、一部、またはすべてとは独立して、部分空洞または部分空洞部位内に生成できるチャンバがある。横方向および／または縦方向に隣接する部分チャンバからなるチャンバを実現してもよい（横方向：例えば図１０および図１１を参照）（縦方向：例えば図１４を参照）。その組み合わせの実施形態もあり得る。そのような連続した部分チャンバ（例えば、部分空洞部位９４ａおよび９４ｂ）は、他のチャンバまたは部分チャンバと関係して、または独立して部分体積流量を生成するために使用されてもよい。独立して体積流量を生成するチャンバ（部分空洞）は、モノチャンバとも称され得る。いくつかの部分チャンバ（部分空洞部位）に基づいて体積流量を生成できるチャンバは、複合チャンバと呼ばれ得る。
上述の実施形態は、両方の種類のチャンバを適宜組み合わせることができるように変形可能である。したがって、モノチャンバのみまたは複合チャンバのみが設けられた実施形態が可能である。あるいは、両方の種類のチャンバが設けられた実施形態も可能である。
言い換えると、モノチャンバのみを使用する場合、すべてのアクチュエータ／チャンバシステムの共振周波数が同一になるように、あるいは異なるように設計されてもよい。例えば、音響放射における特定の周波数範囲は、対応するモノチャンバの数の増加によって強調され得る。特に、格子開口部、または一般的に音出力開口部および／または流路の寸法設計により、減衰を介した共振周波数と共振曲線の幅を広げることで、周波数応答の設定（周波数に基づく音圧レベル）が実現され得る。これに関して、周波数応答の平滑化が極めて重要となる。
部分空洞および／または部分空洞部位は、異なる周波数で体積流量を放出してもよく、さらに／あるいは体積の空間的広がり、電気機械トランスデューサの幾何学的形状、および／または電気機械トランスデューサが動作する周波数に基づいて体積流量の特定の周波数を検出するように最適化されてもよい。
さらなる実施形態では、モノチャンバのみが使用される。音出力開口部は、もっぱら横方向にのみ配置されてもよい。３つのチップ／ウェハ（ＭＥＭＳトランスデューサ）を上下に積み重ねてもよい。上部チップは、第１（例えば、高）周波数範囲内の音響放射用に最適化されてもよい。第２（例えば中間）ＭＥＭＳトランスデューサは、第２周波数範囲（例えば、中域周波数）に適合させてもよい。第３ＭＥＭＳトランスデューサは、第３の周波数範囲（低周波数用）に適合されてもよい。これにより、３ウェイスピーカが得られ得る。３つのチャネル（３つのＭＥＭＳトランスデューサ）は、チップ内に次のように配置されてもよい。すなわち、横方向に、第１数Ｎ１のチャンバが高周波に使用され、２番目の数Ｎ２のチャンバが中域周波数に使用され、３番目の数Ｎ３が低周波数に使用されてもよい。この原理は、横方向に、また積層体の場合は垂直方向に、Ｎウェイシステムに容易に拡張できる。さらなる実施形態において、Ｎウェイシステムは、対応する高調波のフーリエ合成を介して、最低周波数を構成する周波数Ｎ＊ｆ１、ｆ１を有する音が生成されるように設計される。
これは、少なくとも１つのさらなるＭＥＭＳトランスデューサとともに積層体を形成するようにＭＥＭＳトランスデューサを設けるができることを意味する。例えば、横方向（例えばｘ方向）および／または厚さ方向（例えばｚ方向）に沿って少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサを設けて積層体を得ることが可能である。さらに、ＭＥＭＳトランスデューサは、互いに距離を空けて配置することもできる。ＭＥＭＳトランスデューサの空洞および少なくとも１つのさらなる（第２）ＭＥＭＳトランスデューサの空洞は、異なる共振周波数を有し得る。
アクチュエータ動作、すなわち変形可能要素が能動的に変形することにより、Ｎウェイスピーカが得られ得る。ここで、Ｎは異なる共振周波数を持つＭＥＭＳトランスデューサの数を示す。センサ動作の場合、例えば、異なる複数のＭＥＭＳトランスデューサを使用することにより、体積流量の異なる周波数範囲が検出され得る。これにより、例えば、体積流量のフーリエ合成を実行できる。例えば、制御デバイス１２８は、ＭＥＭＳトランスデューサおよびさらなるＭＥＭＳトランスデューサの１つ以上の電気機械トランスデューサの変形可能要素の変形を検出するように構成されてもよい。制御デバイスは、電気信号に基づいてフーリエ合成（フーリエ解析）を計算し、結果を出力するように構成されてもよい。
上述したモノチャンバを使用する例は、複合チャンバを使用して実現されてもよい。その場合、複合チャンバの各部分チャンバは同一の共振周波数を有する。
複合チャンバを使用する場合、隣接する部分チャンバも、共鳴極大の対応する位置により、異なる周波数に対応し得る。例えば、３つの部分チャンバにより３ウェイシステムが得られ得る。例えば後方部分チャンバ（軸方向に沿った最初の部分）において低周波で変調された気流は、さらに中央部分チャンバ（軸方向に沿った２番目の部分）で中周波変調を受け、さらに前方チャンバ（軸方向に沿った３番目の部分）で高周波変調を受ける。
同じ音圧を生成する際、必要なストローク、つまり電気機械トランスデューサの撓みは低周波数よりも高周波数で小さくなる。すなわち、高周波で使用されるチャンバまたは部分チャンバは、チャンバ体積、および／またはアクチュエータとして機能してチャンバを画定する側壁間の距離がより小さく設計され得る。
動作中、同じ周波数のチャンバ間の制御を介して位相オフセットが実現され得る。これにより、波面は傾斜し、表面に垂直に波面は出力されない（フェーズドアレイ）。
上述の、そして以下のすべての変形例では、各チャンバは、空気が当該チャンバに流入する際、圧力均等化を実現するために空気が流入する少なくとも１つの別のチャンバに囲まれている。空気流の方向は逆もあり得る。これは特に、該チャンバ間に仕切り壁が存在しない場合に明らかである。すなわち、アクチュエータの動作中、一方のチャンバの体積が増加すると同時に他方のチャンバの体積が減少するのである（逆も同）。
例えば、補聴器またはインイヤーヘッドフォンなどのスピーカでの用途では、外気（つまり、耳の外側の空気）はスピーカ内を移動しない。耳の経路内に存在する体積の周期的変化は、例えば膜の振動のみによって生じる。上述の、そして以下のすべての変形例では、実施形態に応じてチップ上面、チップ底面またはチップ側面のいずれかに存在する開口部が閉じた状態を維持することで実現される。このために、該当する箇所にて、棒格子のパターニングは省略される。
一般的に、またスピーカのあらゆる用途に関して、特定の箇所で、棒格子は、完全に閉鎖した膜で置き換えられ得る。これにより、粒子の侵入が最小限に抑えられ、特に汚染および／または腐食性のガスおよび液体内でも動作可能となる。
以下では、曲げアクチュエータの設計と動作の観点に関する方策が提示される。目的は、最適に所望の周波数応答を示すことを可能にすることである。
曲げアクチュエータを個々の要素に細分するいくつかの追加のばね要素を含めることにより、アクチュエータの有効剛性、したがって共振周波数が低減し得る。例として図１５を参照されたい。ここでは、単一のばね要素を使用して、曲げアクチュエータを２つの要素に分割している。２つ以上の要素への細分化は、可聴音の低周波数範囲内の共振周波数を実現するために重要である。この方策を用いなければ、通常の寸法（例えば、幅５μｍ、長さ２ｍｍ、シリコン製）の曲げアクチュエータは、固有振動数がｋＨｚ範囲となる。さらに／あるいは、共振周波数を低減するために、曲げアクチュエータまたは場合によっては既存の剛性プレートに、選択的に追加の質量要素を提供してもよい。そのような要素は、層３６をパターニングするときに、シンプルに提供されてもよい。追加質量△ｍの動作態様は、調和振動子のモデルを例に説明され得る。
剛性ｋのばねを介して吊るされる質量ｍの要素の振動振幅Ａ（ω）は、振幅Ｆ０の力による正弦波励起の場合、次のようになる。
（式３）
ωは励起の角周波数で、ｃは減衰定数である。共振器が準静的範囲内で動作する場合、振幅は質量に依存しない。ω＜＜ω０として、以下のとおりとなる。
Ａ（ω）≒Ｆ０／ｋ （式４）
Ａ（ω）≒Ｆ０／ｋ （式４）
したがって、質量△ｍを追加すると、振動の振幅が変化せずに、共振周波数ω０がより低い値ω０ーに変化する。曲げ作用がその固有振動数の範囲内で動作する場合、この限りではない。ω≒ω０の場合、式３のルート内の第１項は、第２項と比較して無視され得る。したがって、以下のとおりとなる。
Ａ（ω）≒Ｆ０／（ｃω０−） （式５）
Ａ（ω）≒Ｆ０／（ｃω０−） （式５）
ω０−はバイブレータ（共振器）の質量のルートに反比例するため、質量が増加すると、それに応じてω０−が減少する。したがって、振幅が増加する。振幅のゲインは、条件ｃω０−＜ｋで得られる。配向および／または信号に応じて、曲げ梁が一方向または他方向に曲げることができるように構築され得ることは上述のとおりである。したがって、梁が曲がった際に、機械的ばね作用を介した復元力が必ずしも必要ではなくなる。結合されるエネルギーが一定であるとすると、このような曲げ梁に選択された剛性レベルが低いほど、撓みが大きくなる。
上記説明は可聴音範囲に関したものであったが、超音波を生成するために上記構造要素を構成することも可能である。原則として、アクチュエータの代わりに、位置検出要素（ピエゾ抵抗、圧電、容量など）を梁に設けて、構造要素をマイクロフォンとして使用可能にしてもよい。
原則的に、シリコン技術でＭＥＭＳスピーカを製造する際、既知のウェハボンディングと深堀り反応性イオンエッチングを利用できる。アクチュエータの生産は、選択された動作原理に依存し、ここでは考慮されない。この部分は、以下の例示的な手順においてモジュール方式で含まれてもよい。以下の記載は、空気流のための開口部を横方向にのみ有する構造要素に関する。
出発材料として、ＢＳＯＩ（接合型ＳＯＩ）ウェハが使用される。キャリアウェハ（支持基盤）は、ＭＥＭＳ構造スピーカ要素の下蓋３２ａを形成する。ＢＳＯＩウェハの埋め込み酸化物層は、後にスペーシング層３４ａとなり得る。ＢＳＯＩウェハの活性層は、層３６に対応し得る。支持基盤の厚さは５００〜７００μｍで、必要に応じて、プロセスの最後等にさらに薄くしてもよい。埋め込み酸化物層は、５０ｎｍ〜１μｍの厚さを有してもよい。ＢＳＯＩウェハの活性層は、１〜３００μｍの厚さを有してもよい。層３６は、好ましくは、例えば、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりパターニングされる。前記パターニングに続いて、埋め込み酸化物層（３４ａ）が、アクチュエータの移動領域内で少なくとも局所的に除去されるか、少なくとも薄くされてもよい。これは、湿式化学的な方法、例えば、ＢＯＥ（緩衝酸化物エッチング）を使用するか、ドライケミカル方式（例えばガス状ＨＦ（フッ化水素酸）を利用）が使用される。アクチュエータの移動領域でスペーシング層３４ａが少なくとも部分的に除去されると、層３４ａとアクチュエータ（変形可能要素）との間のギャップを閉じる、または大幅に低減する低摩擦層は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される。あるいは、例えば、米国特許第７，８０３，２８１号に記載されているように、適切な層を堆積およびパターニングすることにより、各領域が画定されるのが、ＢＳＯＩウェハ生成用にウェハの結合中であって、結合が完了していない時点でもよい。そのような方法は、上蓋および下蓋に採用され得る。層３４ｂは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングされることが好ましい。前記パターニングの２つの事例により、層３６および３４ｂ内のすべての要素は、該当する図に示されるように生成される。これには、棒状の格子構造も含まれる。
上記の低摩擦層の堆積は、上蓋（層３２ｂ）にも行ってよい。その場合、前記層は、例えば、結合の前に蓋に設けられる。そしてスペーシング層３４ｂを省略できる。例えば、低摩擦層は、材料を堆積することにより得られ得る。摩擦係数は、例えば、層３２ａ、３４ａ、３４ｂまたは３２ｂの材料よりも１０％、２０％または５０％小さくてもよい。
適切なドーピングにより、層３６は導電体としても使用できる。特に、アクチュエータが異なる周波数で励起される場合、層３６の垂直電気絶縁が好ましい。これは、文献［８］に記載のように、例えば、いわゆる埋め込みトレンチ（ｆｉｌｌｅｄ ｔｒｅｎｃｈ）によって実現できる。電気絶縁のために開放トレンチ（ｏｐｅｎ ｔｒｅｎｃｈ）を利用することも可能である。
５００〜７００μｍの典型的または妥当な厚さを有するシリコンウェハとして形成され、例えば上蓋３２ｂを形成する第２ウェハの上に、パターニングされる層が設けられる。前記層はスペーシング層３４ｂに対応する。前記層の厚さは、埋め込み酸化物層の厚さに対応することが好ましい。スペーシング層の材料として、後に第２ウェハをＢＳＯＩウェハに接合することを可能にする任意の材料を使用することができる。ここでは一例として、酸化ケイ素、好ましくは酸化ケイ素をケイ素に直接結合するための熱酸化物とする。あるいは、ポリシリコンを直接接合に使用してもよい。さらに、上蓋３２ｂの機能とスペーシング層３４ｂの機能の両方がウェハ上に設けられるように、第２ウェハに適切な凹部をエッチングすることもできる。少なくともアクチュエータの移動領域では、アクチュエータ（可動要素）と蓋（層３２ａおよび／または３２ｂ）との間の距離がなくなるように、ウェハが適切な低摩擦層でコーティングされている場合、窪みを省略してもよい。そして２番目のウェハ上の追加の層（パターニング用の補助層（マスキング）を除く）が省略できる。さらに、シリコン上にシリコンを直接結合してもよい。
直接結合に加えて、接着剤結合法も利用できる。その場合、スペーシング層３４ｂはポリマー材料（例えばＰＣＢ）からなる。Ａｕ−Ｓｉ共晶接合法または陽極接合法（Ｎａイオンを含む層）も可能である。しかし、ＣＭＯＳに対応しないので、好ましくない。
２枚のウェハの接合により、ウェハアレイ（ウェハ積層体）製造工程の大部分が完了する。残りは、必要となり得る電気配線と接点、および電気絶縁構造の作成である。これら要素は、先行技術の標準的処理で実現できる。すなわち、導体ラインの製造（例えばＡｌＳｉＣｕのスパッタリングとパターニング）、酸化物の堆積とパターニングによる垂直絶縁、層３６を完全に貫通する開放または充填絶縁トレンチによる横絶縁である。
特に、横方向に配置された開口部を有する構造要素のダイシングには、棒格子の保護が必要となる。これは、例えば、フレーム内の構造要素を、例えば４つの薄いウェブを介して前記フレームに接続することで実現できる。したがって、下蓋３２ａおよび上蓋３２ｂ、ならびに層３４ａ、３６および３６ｂを、これに応じてパターニングする。前記パターニングのために、とりわけ、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ、およびＤＲＩＥなどの異方性エッチング方法が可能である。具体的には、棒格子に沿ってパターニングする場合、層３６のＤＲＩＥパターニングを行う変形例が好ましい。ウェハアレイから構造要素を除去するために、ウェブが破壊される。これは、機械的に、または例えばレーザー加工によって実現され得る。
また、ダイシングのために下蓋３２ａ以外、すなわち層３４ａ、３６、３４ｂおよび３２ｂのみをパターニングしてもよい。特に、層３６は、棒格子の垂直延在を実現するために、ＤＲＩＥによってパターニングされてもよい。これにより、チップ表面から下蓋３２ｂまでのトレンチが形成される。そしてこのトレンチは、ポリマー材料（例えばフォトレジスト）で充填されてもよい。ポリマーにより、続くソーイング／ダイシングプロセス中の汚染からの保護が実現される。ソーイング後、ソーイングによるスラリーを除去するために、構造要素が水洗される。その後、ポリマーを適切な溶媒または酸素プラズマで除去する。
横方向の開口部ではなく、下側と上側の蓋の開口部の場合、図１６を参照に説明したように、製造が展開される。上下の開口部は、ダイシングなどのためにフィルムで保護されているため、ソーイングプロセスまたはレーザー切断が可能である。あるいは、開口部は、ダイシングプロセス用のポリマー材料、（例えば、フォトレジスト）によって閉じられてもよい。そしてこのポリマー材料は、溶媒によって、または酸素プラズマ内で除去することができる。
構造要素は、好ましくは、ウェハアレイ内の結合方法によって積層される。次いで、それぞれの層３６の電気接点（ボンディングパッド）によって、またはＴＳＶ（シリコン貫通ビア）を使用する場合、チップの底面に存在するいわゆるバンプを介して、電気的接触を実現できる。ＴＳＶは、積層された個々のチップを電気的に接続するためにも利用できる。積層されないチップの場合、ＴＳＶとバンプも使用できる。
棒格子５４の安定性向上のために、スペーシング層３４ａおよび３４ｂは、棒格子の領域ではパターニングされなくてもよい。
横方向曲げアクチュエータの製造実施に関する好ましい変形例を以下に説明する。
原則として、曲げ梁を作動させるために、公知の静電、圧電、熱機械、および電気力学的作用原理が採用されてもよい。
単純な静電作用原理は、アクティブな曲げ梁がなくても、上に示した構造要素の変形例の一部で実施され得る。ＭＥＭＳトランスデューサ５０は、電位差により、剛性プレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに向かって移動するコンデンサプレートとして構成されるか、またはそれを含むように構成される。その場合、屈曲ばねとして作用する要素６４は、相応の機械的反力を有する。
あるいは、追加的に配置された固定対向電極を介して曲げ梁を直接撓ませることもできる。力または撓みを増加させるために櫛形電極を使用することも可能である。
さらなる静電原理は、固定位置で電極からの距離が非常に小さい、片側に固定された梁の使用に基づく。この電極距離は、固定位置からの距離が増加するにつれて増加する。固定位置では当該距離はゼロであり得る。曲げ梁と電極との間に電圧が印加されると、曲げ梁の一部（電圧の量と梁の剛性レベルによって決まる）が電極と接触する。本明細書で説明される原理に関して、梁と電極との間の空間はチャンバ４２ａを形成し、これは上記のように体積が可変である。
そのようなアクチュエータの基本原理の例は、文献に記載されている。例えば、文献［９］には、垂直撓みアクチュエータが記載されている。電極距離の変化は、曲げ梁の製造中に、選択的に層張力を導入することにより実現される。本出願に記載の構造要素について、アクチュエータは、前記原理に従って、層３６をパターニングすることにより、容易に実現され得る。層３６のパターニング（必ず必要）に加えて、電極と曲げ梁との間に絶縁層を設ける必要があるが、これはマイクロシステム技術の既知の方法によって容易に可能である。曲げ梁はパターニングにより既に所望の形状となっているため、層張力を導入する必要がない。ここで説明するとおり、アクチュエータは横方向に撓むことができ、したがって、上記で説明した構造要素の原理に利用できる。
多数の部品の集積と拡張性の点で、静電作用の原理は利点が多い。磁石やコイルなどの外部コンポーネントは不要である。また、クリーンルーム、特にＣＭＯＳ対応のクリーンルームで使用されるような、汚染に関して重要な材料は不要である。。ただし、これまでの膜によるアプローチにはいくつか欠点がある。すなわち、単一の振動膜または振動板を使用すると、可聴音域全体を不十分なレベルでしかカバーできないのである。膜を準静的な方法で動作させる方式は、この問題を解決する。しかし、共振増大や撓みの欠如のため、得られる体積流量、および／または実現できる音レベルが犠牲になる。後者の２つは、インイヤーヘッドフォンなどの固定音量の場合、次のように相関する。文献［１１］：
（式６）
式中、ＳＰＬは音圧レベルを表し、Ｐ０は通常の圧力、△Ｖはスピーカで実現可能な音量の変化、Ｐｒｅｆは可聴しきい値の尺度を示す基準圧力（２０μＰａ）、Ｖ０は、インイヤーヘッドフォンまたは補聴器の場合の、耳の空洞の体積である（約２ｃｍ３）。
式中、ＳＰＬは音圧レベルを表し、Ｐ０は通常の圧力、△Ｖはスピーカで実現可能な音量の変化、Ｐｒｅｆは可聴しきい値の尺度を示す基準圧力（２０μＰａ）、Ｖ０は、インイヤーヘッドフォンまたは補聴器の場合の、耳の空洞の体積である（約２ｃｍ３）。
したがって、ＭＥＭＳスピーカに関して、チップ表面積あたり、またはスピーカ全体の体積あたり可能な限り大きな体積流量を実現することが望ましい。例えば、動電トランスデューサは、非常に大きな膜の撓みが得られ、したがって、大きな体積流量を実現し得る。ただし、永久磁石が必要なため、設計全体の体積が極めて大きくなってしまう。携帯電話内のスピーカの場合、利用可能な一次元的空間が極めて限られているので、客観的に、この手法は概して限定的に思われる。
圧電曲げアクチュエータの場合、基板上に圧電層を堆積する必要がある。前記圧電層は、例えば、図３の層５８に対応し、これは、例えば、シリコンを含むか、またはシリコンからなる層５６に対して横方向に配置される。前記アクチュエータは、表面微細機械加工により製造可能である。
例えば、文献［１０］に記載の、１つのコールドアームと１つのウォームアームの形態をとる、横方向の熱機械アクチュエータは、上記の層３６のＤＲＩＥパターニングの対応する形状を考慮して、極めて容易に集積できる。
熱機械アクチュエータの変形例として、電流によって加熱されるバイモルフの使用が挙げられる。そのようなバイモルフを製造するために、例えば層３６のパターニング後に、酸化物層を、すべての側壁も被覆されるようにコンフォーマルに堆積してもよい。そして、マスキングおよびエッチングプロセスにより、曲げ要素の一方の側壁を除く任意の箇所で前記酸化物層が除去され得る。
電気力学的動作原理は、両側で固定された曲げ梁に容易に実施できる。電流が梁または別個に取り付けられた導体パターンを流れると、梁は磁場内で撓むように力を受ける。電流の流れの方向は、所望の撓み方向に合わせて、個々の梁に対して選択されてもよい。導体ラインの任意の製造は、標準的な表面微細機械加工によって実現される。この場合、スペーシング層３４ｂの厚さを選択する際に、さらなる形状を考慮すべきである。
曲げアクチュエータの好ましい態様として、低電圧で能動的または受動的に動作可能なように、非常に小さな電極間ギャップを使用することに基づく横方向静電アクチュエータが挙げられる。そのような横方向アクチュエータの例が、欧州特許出願公開第２２６４０５８号に記載されている。この技術によると、上述の変形例のすべてに係る曲げアクチュエータおよび構造的コンポーネントの製造が可能となる。しかもこの製造処理は、上述した構造要素の製造プロセスの主要部分に、簡潔かつモジュール方式で容易に統合することができる。
以下に、側壁、すなわち変形可能要素の移動中に発生するバイパス流損失について説明する。層流を仮定すると、スペーシング層３４ａおよび３４ｂが、層３６の厚さと比較して小さければ、例えば、有用な体積流量（すなわち、外側に漏れる、および／または外側から内部に入る体積流量）に対する、図２ａのチャンバ３８ａへのチャンバ４２ａからの体積流量である、バイパス流の損失を極めて少なく保てることが、シンプルなモデルで示すことができる。側方画定構造から、曲げ梁の自由端の距離についても同様である。両側で固定された曲げアクチュエータの場合は、後者は検討する必要がない。上記の構成について、長方形パイプを通る層流のモデルで流れ損失を計算する。以下の寸法だと、バイパス流により、有効体積流量に対して約３％の損失が生じる：
曲げアクチュエータ：長さ１ｍｍ、高さ３０μｍ、幅１０μｍ
チャンバ：外部への流れ抵抗を計算するために、５０μｍの中程度の幅を想定する。曲げアクチュエータが大きく撓む場合に存在する流れ抵抗が低く見積もられている。
スペーサ層３４ａおよび３４ｂの厚さ：それぞれ０．５μｍ
曲げアクチュエータ：長さ１ｍｍ、高さ３０μｍ、幅１０μｍ
チャンバ：外部への流れ抵抗を計算するために、５０μｍの中程度の幅を想定する。曲げアクチュエータが大きく撓む場合に存在する流れ抵抗が低く見積もられている。
スペーサ層３４ａおよび３４ｂの厚さ：それぞれ０．５μｍ
仮定された寸法は、あくまで例として理解され、微細機械技術により極めて有効に実現され得る。仮定した層流は、パイプの長さに対応してアクチュエータの幅が狭いため（上記：１０μｍ）、不正確であり得る。ただし、乱流の発生により流れ抵抗が増加するため、これは最悪の場合を仮定したものである。そのような乱流を促すため、層３６内の曲げアクチュエータに、適切な横方向に形成された要素を設けることができる。適切な配置は、バイパス流の発生時に渦を形成するものと考えられる。さらに／あるいは、チャンバに面する蓋３２ａおよび３２ｂの面をあえて粗面にすることでも、乱流の形成が促され得る。
図１５は、第１層１１２および第２層１１４を含む変形可能要素１５０の概略側断面図を示す。これらは互いに離間しながら、接続要素１１６を介して接続される。接続要素１１６ａ〜１６ｃは層１１４および層１１２に関して９０°とは異なる角度で傾斜して配置される。例えば、層１１２および１１４は、１つの電極を備えてもよい。あるいは、層１１２および／または１１４のそれぞれに電極を配置してもよい。電位をかけることで、反発力または引力が層１１２と１１４の間に生成され得る。引力または反発力は、要素１１６ａ〜ｃを変形し得る。これにより、変形可能要素１４４の、固定端１１８とは反対側を向く撓み可能端１２２は、横運動方向２４に沿って撓むことが可能となる。
したがって、変形可能要素１５０が第１層１１４と第２層１１６を備え、それらの間にスペーサ１１６ａ〜ｃが配置される。スペーサ１１６ａ〜ｃは、層１１２および１１４の延在方向に対して傾斜して、傾斜方向１２４に配置されてもよい。層１１２と１１４との間に作用する引力により、変形可能要素１５０が曲がり得る。
変形可能要素１５０は、傾斜方向に沿って、平坦であるか、または１つの湾曲を有するように構成されてもよい。あるいは、変形可能要素および／または層１１２および／または１１４は、不連続、例えば鋸歯状で互いに接触するように配置された２つの部位を含んでもよい。
図１６は、電極１２６に隣接して配置された変形可能要素１６０の概略上面図を示す。変形可能要素１６０は、さらなる電極１２７であるか、またはそれを含んでもよい。電極１２６と、変形可能要素１６０のさらなる電極１２７との間にかかる電位に基づいて、静電または電気力学的力Ｆが生成され得る。静電または電気力Ｆに基づいて、変形可能要素１６０の変形が生じ得る。
体積流量または電位（すなわち力Ｆ）の影響を変形可能要素１６０が受けない状態では、変形可能要素の軸方向延在方向９８に沿った変形可能要素１６０と電極１２６との間の距離は可変であり得る。機械的トランスデューサおよび／または変形可能要素１６０が基板１４に接続する領域で、この距離は最小であり得る。これにより、変形可能要素１６０の変形が高度に制御できる。あるいは、電極１２６と変形可能要素１６０との間の延長方向９８に沿った距離は、所望に応じて可変でも一定でもよい。
実施形態によれば、電気機械トランスデューサは、静電トランスデューサ、圧電トランスデューサ、電磁トランスデューサ、動電トランスデューサ、熱機械トランスデューサ、または磁歪トランスデューサとして構成されてもよい。
生成され得る力に基づいて、変形可能要素の変形が発生、確認および／または決定可能であってもよい。
以下の図を用いて、電子回路のいくつかの有利な形態を説明する。
図１７ａは、実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサ１７０の概略斜視図を示す。簡潔性のため、層３６に、例えば図２ａを参照して説明した層３４ａおよび３４ｂも含まれるものとする。ＭＥＭＳトランスデューサ１７０の空洞は、開口部２６を介してＭＥＭＳトランスデューサ１７０の外部環境に接続される。電子回路１７は、電子回路１７の第１部分１７ａが層３２ｂの上または内部に配置されるように、多くの部分を含むように構成されてもよい。電子回路１７のさらなる部分１７ｂは、異なる層（例えば層３２ａおよび／または３６）に配置されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１７０は、例えば、電子回路１７に対して電気信号を入力および／または出力するためのコンタクトピンとして機能する貫通接続部１９を、層３２ｂにおいてまたはその内部に有してもよい。
図１７ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０のさらなる概略図を示しており、ここで側面３２ａが前面となっている。電子回路１７の第２部分１７ｂは、層３２ａの上または内部に配置されてもよい。層３２ａはさらに、貫通接続部１９を備えてもよい。貫通接続部の一部は、機能が同一であり得る。貫通接続部は、例えば、積層体全体を通じた貫通接続を実現するために利用できる。ただし、そのうちの１つ、複数、またはすべては、積層体の一部にのみ（例えば変形可能要素まで）使用することとしてもよい。したがって、一例では、貫通接続部１９の一部は、トランスデューサの変形可能要素との接触部位を示し得る。一方、他の貫通接続部１９は、蓋ウェハの電子回路を、下部ウェハ上の電子回路に接続する、同様の接触場所を示し得る。
図１７ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０の、図１７ａと同様の概略斜視図を示す。開口部は、粒子の進入を少なくとも妨げるようにグリッドウェブ４４が配置されるように構成される。
電子回路１７をＭＥＭＳトランスデューサ（ＭＥＭＳトランスデューサ１７０）の層内に配置することで、高集積構造を実現できる。これにより、外部回路構造を減らすか省略できるので、デバイス全体が小さく設計できる。さらに、積層体の層に電子回路を配置すると、信号経路を短くできる。これは、デバイスの電磁適合性、さらに時間および性能のいずれの点でも有利である。
層３２ａまたは３２ｂの一方のみに電子回路を配置することも可能である。しかし、電子回路を分割して層３２ａおよび３２ｂ内または両方に配置すると、各場合において、隣接する各電子コンポーネントが、可能な限り短い信号経路を介して、電子回路１７によって制御されるという利点が得られる。電子回路１７を分割することにより、電子回路１７ａおよび１７ｂが、異なるまたは相補的な機能を持つことができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳおよびＣＭＯＳのように、相補的な技術でそれぞれ実現できる。電子回路１７ａおよび１７ｂは、実際に互いにおよび／または電気機械トランスデューサに電気的に接続されてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ１７を積層構造とすると、各層を互いに独立して（すなわち異なる半導体製造プロセスで）製造できる。これにより、少なくとも半導体製造プロセスの影響を受ける異なる機能をそれぞれ異なる層、ひいてはそれぞれ異なる電子回路で実現できる。したがって、異なる半導体製造プロセスに基づいて得られた回路構造１７ａおよび１７ｂをＭＥＭＳトランスデューサ１７０のチップ内に設けることができる。
したがって、第１電子回路１７ａが積層体の第１蓋層に配置され、第２電子回路１７ｂが基板の積層体の第２蓋層に配置されることもあり得ると理解されたい。両電子回路１７ａおよび１７ｂのそれぞれは、面内運動面に垂直な方向に沿って配置されている。変形可能要素は変形時、第１電子回路１７ａと第２電子回路１７ｂとの間に少なくとも部分的に配置されてもよい。貫通接続部および／または他の回路要素により、電子回路１７またはそれが配置される層は、ＭＥＭＳトランスデューサの外側に少なくとも電気的に接続されるか、外側を表し得る。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサがリードアセンブリ（例えば回路基板上）に接触可能になり得る。
言い換えると、実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサ内に、異なる機能を有する構造要素を集積可能にする。これらのことは、例えば、ＭＥＭＳスピーカの一体的電子制御、集積加速度センサの制御／読み取りが含まれる。個々の機能要素の製造は、ウェハの製造中に組み合わせることができないかまたは組み合わせることが困難であり得る、様々な製造プロセスで実行または実現され得る。上記の機能を２つの層（上部および下部ウェハ３２ａおよび３２ｂ）に分割することにより、製造プロセスを極めて柔軟に選択でき、機能レベルで組み合わせることができる（すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０内で結合できる）。例えば、上部ウェハ（蓋）には、低電圧範囲の電子回路要素（つまりスペースをほとんど必要とせず、高速化を可能にする小さな電子構造）が含まれてもよい。下側のウェハ（底）には、例えば、スピーカを動作させるための高電圧のＤ／Ａ変換、つまり、大きなスペースを必要とし、緩やかに動作する大きなトランジスタ構造が含まれてもよい。記憶要素、光源、または追加で統合されたＭＥＭＳセンサ／アクチュエータについても、同様の利点が得られる。相補的に集積された機能は、必要に応じて分割可能である。
さらに言い換えると、集積電子回路１７（または１７ａおよび／または１７ｂ）は、層３２ａおよび／または３２ｂに実装されてもよい。前記電子回路は、例えば、音生成のためにアクチュエータを制御し、所望の音圧に従ってそれぞれの電圧を設定し、所望の周波数で電気励起を実施するのに供され得る。デジタル電気入力信号をアナログ制御信号に変換することも必要となり得るが、これも集積回路を使用して可能である（Ｄ／Ａコンバータの形式またはパルス幅変調（ＰＷＭ）による）。マイクロフォン機能の場合、例えば電気信号（前）処理（信号経路を短く抑えながら）またはＡ／Ｄ変換を前記回路内で実現できる。集積電子回路１７をチップ内部のアクチュエータ／センサと電気的に接触させるために、層３２ａおよび／または３２ｂ内に貫通接続部１９が配置され得る。前記貫通接続部は、層３４ａおよび／または３４ｂを貫通してもよく、それにより集積回路から個々のアクチュエータ（梁）への個々の連続的な電気接続が実現され得る。各梁に対して、例えば、２つの電気接点が提供されてもよい。積層体の一方の側では、貫通接続部１９は、不図示の集積導体線を介して電子回路１７に接続されてもよい。
製造に関して、シリコンＣＭＯＳウェハ（ＣＭＯＳ＝相補型金属酸化膜半導体）が層３４ｂに接合される。前記ウェハは、チップに関して、層３２ｂを形成し、チャンバ（空洞）を上部で封止する。シリコンＣＭＯＳウェハ内の貫通接続部は、接合完了前に設けてもよい（ケースａ）。この場合、結合完了前に層３４ｂの貫通接続部も設ける必要があり得る。あるいは、いずれの貫通接続部も、接合後に設けてもよい（ケースｂ）。簡単に言うと、マスクにより、接合後の該当する位置で、電気的に接触する梁の位置までエッチングし、その結果生じた止まり穴を導電性材料（例えば金属またはドープされた半導体材料）で埋め直してもよい。止まり穴の側壁は、導電性材料充填前に、例えば酸化シリコンおよび／または窒化シリコンなどの絶縁層でコーティングされてもよい。
図１７ａ〜図１７ｃでは、電子回路が空洞１４を取り囲む２層に配置されるように描かれているが、電子回路は、例えば１層（回路基板などに接続されるように構成された層、すなわち最下層）のみに配置することもできる。さらに／あるいは、追加の機能要素を前記層の少なくとも１つに実装してもよく、その層は貫通接続部を含んでもよい。選択的エッチングによって貫通接続部を配置する代わりに、またはそれに加えて、１つの貫通接続部を積層体全体を通して提供することも可能である。例えば、いわゆるＴＶＳ（シリコン貫通ビア）により、底層と蓋層の機能構造を電気的に接続可能である。スペーシング層３４ｂは、カバーウェハの裏側、すなわち層３２ｂ上に設けられ、その共通層がウェハと結合されてもよい。さらに／あるいは、層３２ａ上にスペーシング層３４ａを設け、それらを他の層と結合することにより、前記複合層を接合してもよい。互いに接触するように設けられたそれぞれの層は、結合の前に他の構成要素と接触してもよい。なお原則的に、一連の工程の任意の時点で、層３２ａおよび３２ｂおよび／またはそこに設けられた層３４ａおよび３４ｂに貫通接続部を設けてもよい。
さらに／あるいは、空洞が比較的厚いウェハから成形されるように、空洞内に上記のようなＭＥＭＳトランスデューサを設けてもよい。これにより、ウェハ接合工程の少なくとも一部を省略できる。
図１８ａは、例えば図１７ａ同様、層３２ｂが手前側にある、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０の概略斜視図を示す。
電子回路１７ａに隣接して、層３２ｂは、１つ以上のＭＥＭＳ機能を有し得る機能要素またはＭＥＭＳ構造２１を含み得る。例えば、ＭＥＭＳ構造２１は、慣性センサ、磁力計、温度および／または湿度センサ、ガスセンサ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳ構造２１は、任意のセンサ、任意のアクチュエータ、無線通信インタフェース、光源、メモリコンポーネント、プロセッサおよび／またはナビゲーション受信機であり得る。電子回路１７ａは、ＭＥＭＳ構造２１を制御および／または評価するように構成されてもよい。
したがって、内部に電子回路１７ａが配置されている層３２が機能要素、すなわちＭＥＭＳ構造２１を含み得る。機能要素は電子回路に接続されてもよく、前記電子回路１７ａは機能要素を制御または評価するように構成されてもよい。
軸２３を中心にＭＥＭＳトランスデューサ１８０を回転させることで、図１７ｂとなる。側面３２ａに配置された回路１７ｂは、例えば、空洞内部のＭＥＭＳトランスデューサ１８０の電気機械トランスデューサを評価および／または制御するように構成され得る。ここでも、電子回路１７ａおよび１７ｂは相補的な機能を実行してもよい。
言い換えれば、底部ウェハは、好ましくは回路１７ａのタスクを補完するタスクを担う集積電子回路１７ｂを備えてもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０が回路構造または回路基板上に、ＭＥＭＳ構造２１が前記構造から離れて面するように、配置され得る。
図１８ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０を変形したＭＥＭＳトランスデューサ１８０’の概略斜視図を示す。変形として、開口部２６ａが層３２ｂ内に配置され、例えばＭＥＭＳブロック２１の内側に配置される。
例えば、この構成は、電子回路１７ａが空洞内の電気機械トランスデューサの制御および／または読み出しを実行するように構成され、ＭＥＭＳ構造２１を制御および／または評価するように構成されるように実現され得る。
ＭＥＭＳトランスデューサ１８０’は、基板にさらなる開口部２６ｂを有してもよい。開口部２６ｂは、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０を通じた流体流量１２の距離が、より長くなるように配置されてもよい。例えば、開口部２６ｂは、ＭＥＭＳ構造体２１から最大距離にあるＭＥＭＳトランスデューサ１８０’の側壁上または側壁内に設けてもよい。ＭＥＭＳ構造（機能要素）２１は、例えば、蓋層３２ｂに配置されたガス検知機能要素として構成されてもよい。ガス検知機能要素２１は、流体流量１２が開口部２６ａを通過するときに流体流量１２と相互作用し、流体流量１２をセンサのように検出するように構成されてもよい。言い換えると、機能要素２１は、流体流量１２の特性を検出するように構成され得る。
電子回路の２つの部分の上記で説明した相補的な機能は、例えば、積層体の片側（例えば底面）のガスセンサ要素と、積層体の反対側の電子制御に関するものであってもよい。例えば、ガスセンサ要素の製造プロセス（例えばＭＥＭＳ技術による）は、前側の電子回路の製造工程（例えば、ＣＭＯＳ技術による）に統合できないか、できたとしても大きな犠牲が伴う可能性がある。したがって、機能を相補的な対に分けることで、標準的な製造工程が利用できるようになる。具体的には、前記標準的な工程の１つにより、ウェハ上にガスセンサの制御機能を実装し、異なるウェハ内に電気機械トランスデューサの制御機能を実装してもよい。そしてこのウェハ同士をウェハボンディングで後に接合することで、ＭＥＭＳトランスデューサ（例えばＭＥＭＳトランスデューサ１８０）を得るようにしてもよい。
例えば、ガス検知機能要素２１は、流体流量１２と可能な限り大きく表面接触するように、開口部２６ａの周囲に設けられてもよい。さらに／あるいは、ガス検知機能要素は少なくとも部分的に開口部内に突出してもよい（例えば、流量などを測定するための要素を設ける場合）。
言い換えると、層３２ｂは開口部を有する。追加の開口部が、例えば、積層体内の右側に設けられる。層３６内の流体的に相互作用する要素、すなわち変形可能要素またはプレート要素は、この例では、蓋層および底部層３２ａおよび３２ｂと組み合わされて、マイクロポンプを生成するように構成される。例えば、外気が吸い込まれ、開口部２６ａを介して開口部２６ｂに向かって送り込まれ得る。例えば、開口部に近接しているために準連続的に周囲空気が供給されるガスセンサがブロック２１に配置される。したがって、ガス交換が溶着にのみ基づいて行われる場合と比較して、センサが外気の変化を確実に早く捉えることができる。
図１９ａは、実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサの積層体の一部であり得る層２７の概略図を示す。層２７は、第１主面２９ａおよび第２主面２９ｂを含み、図１９の左側は、主面２９ａが見えるように、また面２９ｂが図１９の右側に見えるように描かれている（軸２３中心に層２７を回転）。側面２９ａは、第１距離ラスタ３３ａを含む電子パターン３１ａを含む。第２側面２９ｂも、それとは異なる距離ラスタ３３ｂを有する電子パターン３１ｂを含む。電子パターン３１ａおよび３１ｂは、適応層２７内で互いに電気的に接続され、その結果、適応層２７によって、第１距離ラスタ３３ａの適応または実装による第２距離ラスタ３３ｂ（またはその逆）が可能となる。距離ラスタ３３ａおよび３３ｂは、例えば、それぞれの側面２９ａまたは２９ｂの特定のタイプの電子回路との接触を単純化または可能にするように適応され得る。例えば、２つの距離ラスタ３３ａまたは３３ｂの一方は、使用される周波数または構造要素または回路基板の標準的ラスタ化に対応するように構成してもよい。他方の距離ラスタは、ＭＥＭＳトランスデューサ内で、回路構造のコンパクトな設計を可能にするためにより小さいパターン距離を含む。あるいは、距離ラスタ３３ｂ内の距離は、距離ラスタ３３ａ内の距離よりも大きくてもよい。
層２７は、積層体内の任意の層であり得る（例えば他のコンポーネントとの接触を可能にする層、例えば図１７ａの層３２ａおよび／または３２ｂ）。したがって、層２７は積層体の蓋層であってもよい。
あるいは、層２７を、距離ラスタを適応させるための適応層としてのみ（すなわち電子回路１７を含まない）ように構成してもよい。それとは関係なく、層２７は、積層体の蓋層であってもよい（例えば電子回路１７が積層体の片側のみに配置される場合）。
層２７は、積層体の蓋層として配置することができ、これにより、インターポーザーとしての利用できる。すなわち、当該層がインターポーザーの機能も実行できる。例えば、電気接点を製造するためのはんだ付け方法または他の適切な接続方法により、電子的および／またはセンサ的機能を有し、対応する距離ラスタを含むさらなるチップまたは回路キャリアが、当該層上に設けられる。実施形態において、実装されるトランスデューサを制御／読み出すための電子機能の一部または全部、および／または上記のように（すなわち追加的なチップ接触により）実現され得るあらゆる追加のセンサ的機能が実現できる。
ＭＥＭＳ技術により、開口部２６ａの近傍だけでなく、開口部の真上にもガス検知要素を配置することが可能である。したがって、ガス検知素子を開口部内に突出させることができる。この目的のために、センサ要素は開口部２６ａ内に懸垂されてもよい。上述の機能を有するポンプは、例えば、利用可能なチップ体積の一部を利用してもよい。したがって、利用可能なチップ体積の別の部分、例えばスピーカおよび／またはマイクロフォンのために提供される領域が、上記の目的のために使用されてもよい。また、チップ体積またはチップ体積の一部は、超音波トランスデューサとして、または本明細書で説明される他の機能のために使用されてもよい。
記載された技術を、一体的なセンサ技術と信号処理を含むミクロ投与ユニットに利用することも可能である。例えば、グルコースセンサは、層３６内に実現された集積リザーバに接続されたマイクロポンプを備えたＭＥＭＳ要素として集積されてもよい。グルコースセンサが重大な血糖値を示すと、ポンプは即、必要な量のインスリンをリザーバから投与する。例えば他の薬物および／または鎮痛剤などの活性物質にも同様に利用可能である（例えばモルヒネまたはハイドロモルフォンポンプ）。
言い換えると、本新規手法は、流体感受性要素がチップ表面ではなくチップの内部に収容されているＭＥＭＳチップによって音感知および／または音再生が行われるという事実にも基づく。したがって、チップの上面と下面の表面は、さらなるセンサ、アクチュエータ、および電子回路をモノリシック集積するために、すべて、または少なくとも大部分が利用可能となる。本明細書記載の表現は、本質的に前記原理の利用に関する。しかし、本発明はこれに限定されず、一般に、音の発生および／または音の処理がチップボリューム内で行われるすべてのＭＥＭＳスピーカおよびＭＥＭＳマイクロフォンに使用することができる。
図１９ｂは、図１９ａの適応層の好ましい利用を示している。既に述べたように、適応層は半導体層として構成されてもよい（すなわち、例えばシリコンまたはヒ化ガリウムなどの半導体材料を含んでもよい）。第１層の主面２９ａでは、適応層２７は、第１距離ラスタ３３ａを含む第１電子パターン３１ａを含んでもよい。反対側の第２の層の主面２９ｂでは、適応層２７は、第２距離ラスタ３３ｂを含む第２電子パターン３１ｂを含んでもよい。第１および第２電子パターン３１ａおよび３１ｂは互いに電気的に接続される。これにより、電子回路、例えば側面２９ａまたは２９ｂの一方の電子回路１７を接触することで、距離ラスタ３３ａまたは３３ｂを他方の距離ラスタ３３ｂまたは３３ａに適合させることが可能となる。
適応層２７は、ＭＥＭＳ積層体内に配置することができる（本明細書に記載のＭＥＭＳトランスデューサ内）。ＭＥＭＳ積層体は、電子回路（例えば、距離ラスタ３３ａまたは３３ｂの１つを含む電子回路１７）を有する回路層４５を含んでもよい。層４５は、例えば、層３２ｂまたは電子回路を有する別の層であり得る。したがって、電子回路１７が他の層の主面２９ｂを介して、したがって異なる距離ラスタに接触できるようにすることができるように、電子回路１７は、第１または第２電子パターン３１ａまたは３１ｂに電気的に接続されてもよい。したがって、層２９はインターポーザーとしても使用可能である。適応層２７に接続された積層体は、電子回路１７がそのように配置されない場合、本明細書に記載の積層体であり得る。積層体は、変形可能要素の評価および／または制御を実行するために、適応層２７によって積層体に接続されてもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に関して、電子回路の代わりに、電子回路に接続するための電子構造を設けることも可能である。したがって、層３２ｂが適応層として構成され得る。
本明細書で説明される実施形態に係るＭＥＭＳ積層体は、流体の体積流量１２と相互作用するためのＭＥＭＳトランスデューサを形成することができ、以下を含む：
複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を備え、積層体内に空洞１６を備える基板１４と、
空洞（１６）内で基板１４に接続され、要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０を含み、当該要素は少なくとも複数の基板面の運動面内で変形可能で、撓み可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の運動面内の変形と、流体の体積流量１２とに関連性がある電子トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）。
複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を備え、積層体内に空洞１６を備える基板１４と、
空洞（１６）内で基板１４に接続され、要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０を含み、当該要素は少なくとも複数の基板面の運動面内で変形可能で、撓み可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の運動面内の変形と、流体の体積流量１２とに関連性がある電子トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）。
電子回路１７は、半導体層を介して、電気機械トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）に接続される。
電子回路１７は、変形可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の変形と、電気信号との間の変換を実現するように構成される。
半導体層２７を提供する方法は、第１電子パターン３１ａが第１距離ラスタ３３ａを含むように、半導体層２７の第１層主面２９ａに第１電子パターン３１ａを設けることを含む。方法はさらに、第２電子パターン３１ｂが第２距離ラスタ３３ｂを含むように、半導体層２７の反対側に位置する第２層主面２９ｂに第２電子パターン３１ｂを設けることを含む。方法は、第１および第２電子パターン３１ａ、３１ｂを互いに接続することを含む。
図２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０に提供される信号および／またはＭＥＭＳトランスデューサから受信した信号の処理を実行するように構成された制御デバイス１２８に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０を備えるＭＥＭＳシステム２００の概略ブロック図を示す。例えば、電子回路は、ＭＥＭＳデバイス８０の動電トランスデューサを制御してもよく、さらに／あるいはＭＥＭＳデバイス８０の動電トランスデューサから電気信号を受信してもよい。制御デバイス１２８内で、対応する制御、および／または評価がどのように行われ得るかについての情報が処理される。
例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ８０が複数の電気機械トランスデューサ１８を含む場合、制御デバイス１２８は、複数の電気機械トランスデューサ（共有電子回路および／または個々の電子回路）に情報を提供するように構成されてもよい。これにより、第１および隣接する第２の電気機械トランスデューサは、第１の期間中に少なくとも局所的に互いに向かって移動する。制御デバイス１２８は、第１電気機械トランスデューサと、第１電気機械トランスデューサに隣接して配置された第３の電気機械トランスデューサが、第２期間中に互いに向かって移動するように、複数の電気機械トランスデューサのうちの少なくとも１つの電子回路を制御するように構成されてもよい。第１電気機械トランスデューサは、第２電気機械トランスデューサと第３の電気機械トランスデューサとの間に配置されてもよい。例えば、前記電気機械トランスデューサは電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃであってもよい。電気機械トランスデューサ１８ｂは、第１電気機械トランスデューサであってもよい。
さらに／あるいは、制御デバイス１２８は、電子回路から変形要素の変形に基づく電気信号を受信し、それを評価するように構成されてもよい。例えば、制御デバイス１２８は、変形の周波数または振幅を決定するように構成されてもよい。したがって、システム２００はセンサおよび／またはアクチュエータとして動作し得る。
システム２００は、例えば、ＭＥＭＳスピーカとして動作してもよい。体積流量１２は、音響音波または超音波であり得る。
あるいは、システム２００は、ＭＥＭＳポンプとして構成されてもよい。基板の空洞は、基板１４の第１開口部２６および第２開口部２６を含んでもよい。電気機械トランスデューサ１８は、流体に基づいて体積流量１２を提供するように構成されてもよい。電気機械トランスデューサは、電気機械トランスデューサ１８の作動に基づいて流体を第１開口部２６から空洞に向かって運ぶか、または前記作動に基づいて流体を、第２開口部を通して空洞から外部に運ぶように構成されてもよい。
あるいは、システム２００は、ＭＥＭＳマイクロフォンとして動作してもよい。変形可能要素の変形に基づいて、電気信号は、電気機械トランスデューサ８０または接続された異なる電気機械トランスデューサのポートで取得可能である。変形可能要素の変形は、体積流量１２に基づいて生じ得る。
さらに／あるいは、本明細書に記載のＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳバルブまたはＭＥＭＳ投薬システムとして構成されてもよい。ＭＥＭＳ投薬システムは、例えば、インプラント可能な薬物および／またはインスリンポンプ用に利用してもよい。
システム２００は、制御デバイス１２８がＭＥＭＳトランスデューサ８０に接続されるように説明されたが、異なるＭＥＭＳトランスデューサ（例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０、２０、５０、１００、１１０、１７０、１８０、１８０’、２３０および／または２４０）を配置することも可能である。さらに／あるいは、上述の実施形態に係るいくつかのＭＥＭＳトランスデューサを配置することができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサの積層体（積層体９０または１４０）を配置してもよい。さらに／あるいは、少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサが配置されてもよい。少なくとも第１ＭＥＭＳトランスデューサおよび第２ＭＥＭＳトランスデューサは、空洞または部分空洞、および／または異なる共振周波数を有する電気機械的トランスデューサ（例えば５００Ｈｚアクチュエータを含むチャンバ、２ｋＨｚアクチュエータを含むさらなるチャンバまたはさらなる（部分）空洞等）を含んでもよい。
上述のＭＥＭＳトランスデューサは、様々なデバイスで使用することができる。図２１ａに、一実施形態に係るそのようなデバイス２１０の例を示す。デバイス２１０は、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０を含む。ただし本明細書に記載される異なるＭＥＭＳトランスデューサ２０、５０、１００、１１０、１７０、１８０、１８０’、２３０および／または２４０を追加で／代替的に含むこともできる。ＭＥＭＳトランスデューサは、例えば、音波である音響流体流量１２を生成するためのＭＥＭＳスピーカとして構成され、デバイス２１０は、携帯音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される。
図２１ｂは、例えば、デバイス２１０を含み得る、一実施形態に係るシステム２１５の概略ブロック図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１０および／または配置された異なるＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号３９に基づいて、流体流量１２の形式で、音響信号を再生するように構成され得る。出力信号は、音響情報を含むアナログ信号またはデジタル信号であり得る（例えば音声情報を含む）。信号２１５は、例えば、屋内（建物内）および屋外（建物外）の両方の用途のための万能翻訳機および／またはナビゲーション支援システムとして構成されてもよい。この目的のために、システム２１５は、さらなるコンポーネント、（例えばマイクロフォンおよび／または位置決定のためのデバイスならびにＣＰＵのような計算ユニット）を有してもよい。マイクロフォンは、本明細書で説明されるＭＥＭＳトランスデューサとして構成されてもよい。計算ユニットは、マイクロフォンによって拾われる第１言語の音声コンテンツを第２言語に変換して、出力信号３９とともに第２言語を提供するように構成されてもよい。あるいは、計算ユニットは、決定された位置に基づいて、ＭＥＭＳトランスデューサ１０によって再生され得る、決定された位置に関する音声情報を含むように、出力信号３９を提供するように構成され得る。
図２２は、一実施形態に係る健康支援システム２２０の概略図を示す。健康支援システム２２０は、身体３７のバイタル機能を感知し、感知したバイタル機能に基づいてセンサ信号３９を出力するためのセンサ手段３５を含む。健康支援システム２２０は、センサ信号３９を処理し、前記処理に基づいて出力信号を提供する処理手段４１を含む。健康支援システム２２０は、ヘッドフォン、例えば本明細書に記載の実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサを含むデバイス２００を含む。ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号４３を受信するための無線通信インタフェースを含む。スピーカ２００は、出力信号４３に基づいて音響信号を再生するように構成される。スピーカをヘッドフォン、特にインイヤーヘッドフォンとして構成すると有利である。例えば、観察されるバイタル機能は（例えばスポーツ中の脈拍数）はユーザに通知される。また、バイタル機能に由来する量（閾値を超える、下回る等）を出力することもできる。
図２３は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ２３０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、横方向に間隔を開けて第１空洞１６ａ内に互いに隣接して配置され、電気機械トランスデューサ１８ｇ〜１８ｉは、第２空洞１６ｂ内で横方向に間隔を開けて互いに隣接して配置されている。空洞１６ａおよび１６ｂは、基板１４の底面および／または蓋面（不図示）に開口部を備えていてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ２３０は、個々の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉと、それぞれの空洞１６ａおよび１６ｂの電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ または１８ｇ〜１８ｉのいずれもが対応可能なように、スピーカおよび／またはマイクロフォンとして使用可能であり得る。スピーカおよび／またはマイクロフォンは、振動を介して音波を放出および／または受信するために最適化されるように実現されてもよい。例えば、固体伝播音を介して情報が送信および／または受信されるように、人体に（理想的には骨の近くに）配置してもよい。この場合、好ましい変形例は、すべてのアクチュエータがそれぞれ、すなわち、チャンバが２つの可動壁を含むとした手法であっても、同じ方向に動くものである。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、片側が固定された梁要素を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２３０は、不図示の電子回路１７を含む。
言い換えると、左側のチャンバである空洞１６ａは、好ましくは同相で振動するように、横方向または垂直方向に移動可能な曲げアクチュエータを含む。これにより、対応する音を伝達するようにチップを振動させる。右側のチャンバである空洞１６ｂには３つの横方向または垂直方向の曲げアクチュエータが含まれている。これらのアクチュエータは同相で振動するが、左側のチャンバとは異なる周波数範囲を網羅するように、寸法（厚さ、長さ、幅）が設計されている。
図２４は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ２４０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、横方向に間隔をあけて、互いに隣接して配置され、それぞれ、空洞１６ａ〜１６ｋまたは部分的な空洞に隣接する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、両側が固定された梁要素を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２４０は、不図示の電子回路１７を含む。
図２３および２４の実施形態では、ＭＥＭＳトランスデューサ２３０が片側で固定されるそのような梁要素のみを含むように描かれているが、上述のように、ＭＥＭＳトランスデューサ２４０は両側が固定される梁要素のみを含むため、実施形態は、空洞１６ａまたは１６ｂに応じて、同じタイプの電気機械トランスデューサを互いに独立して配置できるように、または空洞内に異なるタイプの電気機械トランスデューサを配置できるように、必要に応じて互いに組み合わせることができる。
言い換えれば、図２４は図２３と同じ原理を示すが、両側が固定された曲げアクチュエータが使用されている。
さらなる実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法に関する。この方法は、複数の基板面を形成する複数の層を含み、積層体内に空洞を含む基板を提供することを含む。この方法は、基板内に電気機械トランスデューサを作成することを含み、電気機械トランスデューサは空洞内で基板に接続されて、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備え、運動面内での変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。本方法は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成されるように電子回路を積層体の層内に配置することを含む。
上記の実施形態は、２つの電気機械トランスデューサが互いに向かって移動することで体積流量が生成されるという事実に関する。ただし、体積流量は、剛性構造（例えば基板）に関連した電気機械トランスデューサの運動に基づいて、またはそれとの相互作用で実現することもできる。したがって、部分空洞または部分空洞部位の体積が個々の電気機械トランスデューサによって影響を受け得る。
複数箇所湾曲するように、さらに／あるいはプレート要素に接続された変形可能要素を含む上記の実施形態は、図１を参照して説明した構成と比較して、確実により大きい体積流量を生成するまたは、確実に体積流量により敏感に反応するように利用可能である。
実施形態は、音圧の周波数依存曲線を柔軟に設定することを可能にし、特に、多くの場合目標にされる、可能な限り平坦な周波数応答も可能にする。
ＭＥＭＳトランスデューサのチャンバをできるだけ少なくして、周波数に依存する音圧曲線をできるだけ平坦に設計するには、振動曲げ梁のＱ係数が低い、曲げ梁が広い共鳴曲線を持つことが好ましい。この目的のために、減衰材料によって梁振動がさらに減衰されるように、梁を固定してもよい。梁は、非結晶材料により固定されることが好ましい。これには、酸化ケイ素、ＳＵ８などのポリマー、または他のレジストなどが含まれる。梁振動の減衰は、電気的にも実現可能である。例えば、静電容量の変化により、電圧が印加されると、静電アクチュエータまたは圧電アクチュエータの自由梁振動中に周期的な交流電流が流れる。適切に設けられた電気抵抗器により、電力消費が発生し、その結果振動が減衰する。完全な電気共振回路（つまり、集積または外部コイルが追加で設けられる）も可能である。減衰は、流体がチャンバに流入したり流出したりする際の大きな流れ抵抗を示すように、追加の構造が曲げ梁に実装されることでも実現可能である。
特に、低共振周波数を示す、つまり低周波数を生成および／または検出するためには、曲げ梁の質量を増やすことが好ましくなり得る。剛性が大幅に増加しないように、このための追加構造は、好ましくは最大の振動振幅の領域に取り付けられる。梁が片側で固定されている場合、理想的な位置（最大の振動振幅の領域）は、曲げ梁の端となる。梁が両側で固定されている場合、理想的な位置は梁の中心となる。
言い換えると、本発明の発見は、チャンバ（すなわちシリコンチップ内に形成され得る部分空洞または部分空洞部位）を圧縮および／または拡張することにより、体積流量が生成されるか、または検出可能になるという事実に基づいている。各チャンバには、流体、（例えば空気）が流入、流出する入口または出口が設けられてもよい。チャンバは、移動の横方向に垂直な方向に沿って（例えば、上部と下部で）固定蓋によって閉じられてもよい。各チャンバの側壁の少なくとも１つは、可動または変形可能に設計されており、アクチュエータによって、前記チャンバの体積が減少または増加するように変位させることができる。
ＭＥＭＳトランスデューサの上述の実施形態は、明瞭性のために不図示の電気接続、ボンドパッドなどを含んでもよい。
上述の実施形態は、少なくとも２つの空洞または部分空洞の異なる共振周波数に基づいて実現可能なマルチパススピーカまたはＮウェイスピーカに関する。電気機械トランスデューサと空洞または部分空洞は、音圧レベル（ＳＰＬ）が少なくとも部分的に共振周波数に基づくように、互いに対して調整可能である。すなわち、いくつかのアクチュエータチャンバは異なる周波数応答を有してもよい（ＳＰＬ＝ｆ（周波数））。したがって、変形可能要素の変形に基づいて、および部分空洞に基づいて得られる音圧レベルの値と、それぞれの部分空洞から出入りする体積流量の周波数とに相関関係がある。相関は関数として提示可能である。例えば、線形関数であり得る。例えば、ＳＰＬ＝ｘ＊ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＋ｂとなる。式中、ｘとｂは変数である。代わりに、関数は、非線形、すなわち、二乗、指数関数、またはルート関数に基づいてもよい。機能的相関は、異なるＭＥＭＳトランスデューサ内に配置された異なる部分空洞または空洞に容易に適用可能である。したがって、体積流量の周波数は、流体内の圧力の周波数依存曲線を示し得る。
ＭＥＭＳトランスデューサのシリコンチップは、それぞれの用途に適合した形状を有するように設計され、ウェハレベルでの製造中に得られるウェハアレイから取り出されてもよい。例えば、チップは補聴器やインイヤーヘッドフォンのスピーカとして使用するために円形、または六角形に設計され得る。これはウェハ上のシリコン表面積の消費を考慮すると、より好ましい。
音響生成にチップボリュームを使用するＭＥＭＳスピーカの表面および裏面でのマイクロエレクトロニクスコンポーネントおよび／またはマイクロシステムのモノリシック集積の技術的実現について、いくつかの側面が補足され得る。例えば、ＭＥＭＳ構造などのマイクロエレクトロニクスコンポーネントは、１つ以上の層に集積されてもよい。電子制御および／または評価回路、すなわち電子回路１７は、デジタルアナログコンバータおよび／またはＰＷＭ発生器を備えてもよい。信号調整は、例えば、電子回路１７の一部であり得るデジタル信号処理によって実現され得る。電子回路１７は、クロック発生器および／または発振器、高電圧発生器（すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ）を含んでもよく、チャージポンプまたはブーストチョッパーは、デコーダ（「サウンドワイヤ」規格などのデジタルオーディオ信号用）またはＭＰ３デコーダを含むことができる。さらに、電子回路は、増幅器または蓄電器を含み得る。電子回路１７は、例えばテキスト音声変換アルゴリズムまたは音声テキスト変換アルゴリズムに使用される、例えばＣＰＵなどのプロセッサを備えてもよい。また、電子回路１７は、例えば、ＲＡＭメモリやフラッシュメモリなどの半導体メモリを備えてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサは、加速度センサ、温度センサ、回転速度センサ、位置センサまたは磁場センサなどのＭＥＭＳセンサを含むことができ、これらは電子回路１７、またはさらなる回路コンポーネントの一部によって制御または読み出される。加えて、温度または湿度センサまたはガスセンサが設けられてもよい。さらに／あるいは、無線インタフェースまたは無線式インタフェースを、例えば近距離無線通信（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈインタフェース）用の無線通信用に設けてもよい。また、例えばＬＴＥおよび／またはｅＳＩＭ（埋め込みＳＩＭ）などのモバイル無線インタフェース、ｉＢｅａｃｏｎや物理Ｗｅｂなどのマシン／マシンインタフェースを設けてもよい。さらに／あるいは、ＧＰＳなどの全地球的航法衛星システム用の受信機が集積されてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳマイクロフォンおよび／またはＭＥＭＳスピーカなどとして構成されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサは、システム機能、つまり、さらなる機能または用途との組み合わせを可能にする。例えば、ＭＰ３プレーヤー、エンターテイメント技術、ストリーミング、ヘッドセット、トランシーバーなどが挙げられる。補聴器への適用も可能である。歩数、体温、呼吸数、エネルギー消費などのバイタルデータの記録、比較、最適化、および／または通知を可能にするフィットネストラッカーなどの健康支援システムも実現可能である。システムは、音声／テキストおよび／またはテキスト／音声技術またはアルゴリズムを介して、例えば公共空間および／または建物内での補助を可能とするナビゲーション支援システムに関してもよい。これは、視覚障害者などの特定の人々のグループ、および／または公共の建物、軍の建物、警察の建物、消防隊の建物などの特定の建物に関し得る。制御システムでは、本明細書で説明される実施形態が、例えば、ジェスチャおよびスピーチを介して通信およびデバイスを制御するために使用され得る。これに関連して、例えば、音声／テキストおよび／またはテキスト／音声技術および／またはアルゴリズムを介してヒューマン／マシンインタフェースが提供され得る。また、万能翻訳機の用途も考えられる（例えば言語間での同時翻訳用）。仮想現実における用途も考えられる。例えば視覚障害者用の純粋に音響的な仮想現実である。「拡張現実」とも呼ばれる視覚的仮想現実、可聴インターネット、可聴ソーシャルネットワークなどに対応するものである。さらに／あるいは、音声コマンドの識別を可能にするオーディオ署名を実現してもよい。この例としては、可聴インターネットおよび人間／機械通信用のセキュリティ関連ログインが挙げられる。例えば助けを呼ぶ等、安全性が重視される音響イベントの認識も実現され得る。限定的ではなく、上述した例示は音響信号を受信するためのＭＥＭＳマイクロフォンにも適用される。
デバイスの文脈でいくつかの態様を説明したが、前記態様は対応する方法の説明でもあることを理解されたい。したがって、デバイスのブロックまたは構造コンポーネントも対応する方法ステップ、またはその機能としても理解される。同様に、方法ステップに関連して、または方法ステップとして説明された態様は、対応するブロックの説明または対応するデバイスの詳細または特徴にも対応する。
上述の実施形態は、あくまで本発明の原理の例示である。当業者であれば、本明細書に記載の構成および詳細のあらゆる修正および変形が理解可能であることが理解されよう。したがって、本発明は、実施形態の説明および議論によって本明細書に提示された特定の詳細によってではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
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［１１］ Ｃｈｅｎｇ，Ｍｉｎｇ−Ｃｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ．：Ａ ｌｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ ｆｏｒ ｈｅａｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１４（２００４），ｐ．８５９−８６６
本発明は、ＭＥＭＳスピーカ、ＭＥＭＳマイクロフォンまたはＭＥＭＳポンプなどの、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサに関し、特に、集積電子回路を備えるＭＥＭＳトランスデューサに関する。本発明はさらに、そのようなＭＥＭＳトランスデューサを備えるデバイス、およびＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法に関する。さらに、本発明は、チップ上のＭＥＭＳ−ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）スピーカシステムに関する。
ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）技術は小型化可能であることに加え、その注目点の一つは、特に部品点数が中程度および大量のコンポーネントを低コストで製造することである。電気音響ＭＥＭＳスピーカは現状、大きく商品展開されていない。いくつかの例外を除き、ＭＥＭＳスピーカは、選択された物理的作用原理によって準静的または共振的に撓む膜で構成される。この撓みは、線形または非線形に、印加される電気信号（電流または電圧）に依存する。信号は時間的変動を含み、この変化が膜の撓みの時間的変動に反映される。膜の往復運動は、周囲の流体に音として伝達される。この流体は、以下ではわかりやすいように空気とするが、これに限定されるものではない。
膜の作動方向が一方向のみとなる場合もある。その場合、膜の撓みに応じた機械的なばね作用によって、復元力が得られる。あるいは、両方向に作動する場合もある。その場合、膜は極めて低い剛性を示し得る。
膜を作動させるために、静電、圧電、電磁気、電気力学、または磁歪の作用原理の利用することについて説明する。上記の原理に基づくＭＥＭＳ音響トランスデューサの概要が、例えば文献［１］に記載されている。
静電的に動作するトランスデューサは、２つの平面電極間に異なる電位がかけられた結果生じる力に基づく。最も単純な場合、この構成はプレートコンデンサに相当し、両方のプレートの一方が移動可能に懸垂される。実用的な実装では、この可動電極は、音響短絡を避けるために膜として構成される。電圧を印加すると、膜は対向電極に向かって反る。特定の実施形態では、膜はいわゆるタッチモードで操作される。ここで、例えば、文献［２］に記載のように、短絡を回避するために薄い絶縁層が貼られた下部電極に膜が接触する。接触面積は、印加される電圧の大きさに依存する。そのため、前記電圧の時間進行に依存する時間的変動を示す。このように生成される振動が音を生成する。原則として、従来の静電構成では、膜は電極の方向にのみ引き付けられる。復元力は、膜の剛性に少なくとも部分的に依存し、可聴音域内の各種高周波数も伝達できるように十分に大きくなければならない。
一方、所定の電圧では、膜の剛性レベルが高いほど、撓みは減少する。この問題を回避するために、文献［３］に記載のような手法が開発されている。この手法では、上下電極で制御される極めて柔軟な膜を用い、これにより両方向に撓むものが利用される。このスピーカは、当該膜が合計２枚利用され、マイクロポンプの場合と同様に、入口と出口を含み、それ以外は閉じている空洞内に懸垂されている。
圧電的に動作するトランスデューサは、逆圧電効果を利用する。電圧を印加すると、固体内に機械的応力が発生する。ＭＥＭＳ技術では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコニウム酸鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの材料が一般的に使用される。前記材料は、典型的には、機能層として膜に貼り付けられ、機能層に印加される電圧の関数として、膜が撓むおよび／または振動するようにパターニングされる。圧電機能層は、ヒステリシスを伴わずに動作できないという欠点がある。さらに、セラミック機能層の集積化は複雑であり、ＰＺＴおよびＺｎＯの場合は、ＣＭＯＳ（相補型金属酸化物半導体）への搭載が難しいため、厳密な汚染管理下、ひいては独立したクリーンルーム環境でなければ実現できない。
電磁的に動作するトランスデューサは、非定常磁場（勾配）で軟磁性材料が受ける力の作用に基づく。理論実践のため、軟磁性材料に加えて、永久磁石とコイルが必要となる。これによって磁場の位置勾配は電流の流れによって時間制御される。軟磁性材料は、例えば膜に組み込まれる。その他のすべてのコンポーネントは、例えば文献［４］に記載されているように、アセンブリ内で使用可能になる。この構成はかさばり、複雑で、部品が多いために、合理的にスケーラブルではない。
電気力学的に動作するトランスデューサはローレンツ力を使用する。この方法は大型のスピーカでよく利用され、一部のＭＥＭＳスピーカでも利用されている。磁場は永久磁石によって生成される。磁場内には電流が流れるコイルが配置される。通常、コイルは金属層の被覆とパターニングによって膜に組み込まれ、永久磁石はアセンブリの外部コンポーネントとして追加される。ＭＥＭＳ技術によって全てのコンポーネントを集積する制限と複雑さは、電磁的に動作するトランスデューサと同じように大きな欠点である。
磁歪的に動作するトランスデューサは、磁場が印加されている機能層の収縮または膨張に基づく。例えば、バナジウムパーメンジュールは正の磁歪性を有する。つまり、磁場が印加されると膨張する。前記収縮は、膜振動を生成するために、適切な構成で使用されてもよい。文献［１］では、磁歪機能層として、クロム接着層を介してＳｉＯ２（二酸化ケイ素）上に堆積されたバナジウムパーメンジュール（Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２）が利用されている。外部磁場は、電着銅によって実現されたマイクロパンケーキコイルを介して利用可能となっている。集積化の複雑さと制限に関しては、上述した二つの動作原理と同様の欠点が存在する。
振動を引き起こす膜を利用するという特徴を共有する、前述した古典的で最も普及したトランスデューサに関し、古典的膜原理に対する特定の欠点のために検討された特定の修正が以下に説明される。
柔軟な膜は、可聴音域内に高次モードを含むことがあり、それにより音響品質を損なう（高調波歪み）寄生振動が発生する可能性がある（文献［１］参照）。このような影響を回避または低減するために、確実に剛性の高いプレートが使用される。このようなプレートは、音響短絡防止にも供される非常に柔らかいサスペンションを介してチップに接続される（文献［５］参照）。
さらなる変形として、上述の磁歪トランスデューサで分割された膜を利用することが挙げられる。これは、機能層が２方向に収縮または拡張することに起因した問題に対して、構造的解決手段となる。具体的には、この構成は複数の撓み可能な曲げ梁で構成される。文献［１］によれば、この構成は、３μｍ以下の梁間の距離に対して音響的に閉じていると見なすことができる。共振周波数と梁間の距離に関して個々の梁の寸法を適宜決定することにより、比較的高い音響帯域幅が実現され、振動周波数に基づく音レベルの変動が適応または最適化される。
Ｎｅｕｍａｎｎらは文献［６］において、単一の大きな膜に換えて複数の小さな膜片を使用する手法をとっている。各膜片は、可聴音域内での準静的な撓みの発生に十分な高さの共振周波数を有する。したがって、特に、スピーカのデジタル操作が可能になる。
まとめると、集積に関して、駆動電圧が中程度であれば、既知の静電的に動作する膜を利用したスピーカは、撓みが比較的小さいと結論づけることもできよう。例えば、文献［３］に記載のキムらによる静電膜スピーカを参照に考える。２つの膜のそれぞれの面積は、２ｘ２ｍｍ２である。上部電極と下部電極は、それぞれ７．５μｍの距離でいずれの場合も取り付けられる。膜の形状と、撓みの増加に伴う膜の剛性の増加に応じて、いわゆるプルイン効果により撓みは電極距離の１／３から１／２に制限される。上限である１／２の場合、一方および他方の両方向について、撓みは７．５μｍ／２となる。この変位による体積は、上記膜の最大撓みに対して撓みが半分となる剛性プレートの体積に対応すると仮定し、推定できる。例えば、以下のようになる：
ΔＶ≒（２×２ｍｍ２）×５０％＊（２×７．５μｍ）／２＝１５×１０−３ｍｍ３（式１）
および／または
ΔＶ／アクティブ領域＝ΔＶ／Ａ＝ΔＶ／４ｍｍ２＝３．７５×１０−３ｍｍ（式２）。
ΔＶ≒（２×２ｍｍ２）×５０％＊（２×７．５μｍ）／２＝１５×１０−３ｍｍ３（式１）
および／または
ΔＶ／アクティブ領域＝ΔＶ／Ａ＝ΔＶ／４ｍｍ２＝３．７５×１０−３ｍｍ（式２）。
小型化された膜スピーカを製造する際の一般的な課題は、周波数の関数として、音圧の平坦な変化を実現することである。音圧は、膜の放射インピーダンスと速度に比例して実現される。よりマクロに捉えると、膜の直径は音響波長に対応する。ここで考えるべきは、放射インピーダンスが周波数に比例することである（文献［６］参照）。高品質スピーカは、共振周波数ｆ０が可聴音範囲を下回るように設計されることが多い（マルチパススピーカの場合、各共振周波数は対応する電気フィルターの下端周波数を下回る）。したがって、ｆ＞＞ｆｏの場合、膜の速度は１／ｆに比例する概して、音圧ｐの周波数依存性はｐ∝１となる。したがって、上記の（簡略化された）設定を押さえれば、音圧の完全に平坦な進行が実現できる。
文献［７］に記載されたように、音源／膜の直径が生成される音の波長よりもはるかに小さくなると、放射インピーダンスが周波数に対する二次依存性を示すと仮定される。これは、ミリ単位の膜を備えたＭＥＭＳスピーカに当てはまる。上述のようにｆ＞＞ｆ０と仮定すると、音圧の進行に対して、依存性ｐ∝ｆとなる。低周波数は、高周波数と比較して極めて低い音圧で再生される。準静的動作の場合、膜速度はｆに比例する。したがって、音圧の進行に対して依存性がｐ∝ｆ３となる。これは低周波数でさらに好ましくない。
人間とコンピュータ、または人間と機械の多機能システムの小型化は様々な集積レベルで可能である。
レベル１：プリント基板のハイブリッド集積
異なる基板上で形成されたセンサ、アクチュエータ、および電子回路が、共通配線支持部（ここではプリント回路基板）で組み合わされる。
異なる基板上で形成されたセンサ、アクチュエータ、および電子回路が、共通配線支持部（ここではプリント回路基板）で組み合わされる。
レベル２：システムインパッケージ
システムを形成するために、特定のハウジング内で少なくとも２つのチップが組み合わされる。チップオンチップボンディングがこのために使用される場合もある。多くの場合、シリコンベースの配線支持部（いわゆる「インターポーザー技術」）も使用される。
システムを形成するために、特定のハウジング内で少なくとも２つのチップが組み合わされる。チップオンチップボンディングがこのために使用される場合もある。多くの場合、シリコンベースの配線支持部（いわゆる「インターポーザー技術」）も使用される。
レベル３：ウェハ単位のハイブリッド集積とモノリシック集積
異なるウェハ上で部分的に製造されたセンサ、アクチュエータ、電子回路が、ウェハ単位で相互接続される。結合されたウェハ積層体の個々のチップは、適切なダイシング処理によって積層体から切り出される。モノリシック集積により、センサ、アクチュエータ、電子回路がウェハ上に実装される。いずれの場合も、各要素の電気接続は、一体化された導線またはチップの貫通接続（「シリコン貫通ビア」、略してＴＳＶ）によって実現される。
異なるウェハ上で部分的に製造されたセンサ、アクチュエータ、電子回路が、ウェハ単位で相互接続される。結合されたウェハ積層体の個々のチップは、適切なダイシング処理によって積層体から切り出される。モノリシック集積により、センサ、アクチュエータ、電子回路がウェハ上に実装される。いずれの場合も、各要素の電気接続は、一体化された導線またはチップの貫通接続（「シリコン貫通ビア」、略してＴＳＶ）によって実現される。
いわゆるヒアラブルは、非常に高度なセンサ／アクチュエータハイブリッド集積システム（レベル１）の一例である。現状で既に、スピーカ（精密機械加工により製造）、充電式バッテリー、メモリチップ、ＣＰＵ、赤色および赤外線センサ、温度センサ、光学タッチセンサ、マイクロフォン、３軸加速度センサ、３軸磁場センサ、３軸位置センサのようなコンポーネントがインイヤーヘッドフォンに組み込まれている。このような「システムインパッケージ」の手法は現在、例えばＢＲＡＧＩ（「Ｔｈｅ Ｄａｓｈ」）、サムスン、モトローラ、ソニーなどの企業により、ヒアラブルに利用されている。
いわゆる９軸センサは、高度なシステムインパッケージセンサシステム（レベル２）の一例である。この例として、３軸加速度センサと３軸位置センサが第１シリコンチップに実装され、３軸磁場センサが２番目のシリコンチップに実装され、電子回路が３番目のチップに実装されて、上記各チップが共通パッケージ内に収容される。このようなシステムは、例えばＩｎｖｅｎＳｅｎｓｅ（ＭＰＵ−９１５０）により提供されている。
モノリシック集積センサシステムの例としては、１軸または多軸ジャイロスコープ、または加速度センサ、圧力センサ、磁場センサが挙げられ、それぞれセンサ要素と電子機能が単一のチップに実装されている。
構造的なサイズに関しては、モノリシック集積が大幅に有利である。プリント回路基板のハイブリッド集積の場合、各構造要素に個別のハウジングが必要であり、システムインパッケージでは、特にいくつかの個別のチップを組み合わせる場合、比較的大きなハウジングが必要となるが、このような空間的要件はモノリシック集積においては生じない。また、複雑なハイブリッド構造技術も求められないので、特に多数の部品を使用する場合の製造コストが大幅に削減される。
本願における、小型音響生成（マイクロスピーカ）または音響検出（マイクロフォン）ＭＥＭＳコンポーネントに関して、回路またはその他のアクチュエータまたはセンサ関連の要素のモノリシック集積は、現状極めて利用が限られている。その理由の１つとして、ＭＥＭＳマイクロフォンまたはスピーカの動作モードが挙げられる。いずれの場合も、チップ表面に比較的大きな膜を形成する必要がある。膜の動作時に生じる空気流れのために、上側と下側のチップ面を大きくとる必要がある。したがって、追加で機能を集積するために利用できるチップ表面積は限られる。チップ面の拡大も原則的には可能だが、なによりも歩留まりの悪さにつながる。すなわち、チップ表面積を増加するほど、歩留まり大幅に悪化するのである。さらに、多くの場合、製造工程がＣＭＯＳ回路の製造工程と直接互換性がないので、全体工程の複雑化が生じてしまう。このような上記の２つの理由により、現状、音響コンポーネントを１つ以上の個別のチップに実装し、システム全体をハイブリッド集積／システムインパッケージで集積することで、追加機能が実装されている。
また、ヘッドフォン、特にいわゆるインイヤーヘッドフォンなどのポータブルデバイスで利用できるように、ＭＥＭＳトランスデューサは設置スペースを最小限に抑える必要がある。
したがって、コンセプトとして、設置スペースが小さく高効率な改良型ＭＥＭＳトランスデューサが求められている。
したがって、本発明の目的は、流体の体積流量に対する高効率な作用、さらに／あるいは低効率の体積流量による作用が、小さな設置スペースで実現され得るようなＭＥＭＳトランスデューサおよびその製造方法を提供することである。
この目的は、独立請求項の内容によって達成される。
本発明の根本的な発想は、可動平面（面内）で変形可能要素が、極めて効率的に流体の体積流量に作用し得、さらに／あるいはその体積流量が極めて効率的に当該要素を撓ませることで上述の目的が達成され得るという認識に基づく。したがって、チップ面の寸法は抑えながらも、変形可能要素は大きな表面積を有し得、その表面積と体積流量の相互作用で、全体として、効率の高い効率的なＭＥＭＳトランスデューサデバイスが得られる。さらに、ＭＥＭＳを動作するための電子回路を積層体の層に統合することで、その半導体表面が電子回路に利用可能となり、デバイスに必要な設置スペースが小さく抑えられる。
一実施形態によれば、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、複数の層を有する積層体を含む基板を含む。基板は、積層体内に空洞を有する。複数の層は複数の基板面を形成する。ＭＥＭＳトランスデューサは、空洞内で基板に接続され、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備える電気機械トランスデューサを含む。運動面内の変形可能要素の変形と流体の体積流量との間に相関関係がある。ＭＥＭＳトランスデューサは、積層体の層内に配置された電子回路をさらに含む。電子回路は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。
さらなる実施形態によれば、デバイスは、ＭＥＭＳスピーカとして構成された、前記ＭＥＭＳトランスデューサを備え、モバイル音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される。
さらなる実施形態によれば、健康支援システムが、身体のバイタル機能を感知し、感知されたバイタル機能に基づいてセンサ信号を出力するためのセンサ手段を備える。健康支援システムは、センサ信号を処理し、前記処理に基づいて出力信号を提供する処理手段を備え、前記ＭＥＭＳトランスデューサを備えるヘッドフォンを含む。ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号を受信するための無線通信インタフェースを備え、それに基づいて音響信号を再生するように構成される。
さらなる実施形態によれば、流体の体積流量と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを提供する方法は、複数の基板面を形成する複数の層を有する積層体を含み、積層体内に空洞を有する基板を提供することを含む。この方法は、基板内に電気機械トランスデューサを作成することを含み、電気機械トランスデューサは空洞内で基板に接続されて、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備え、運動面内での変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。本方法は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成されるように電子回路を積層体の層内に配置することをさらに含む。
さらなる有利な実施形態が従属請求項の内容を形成される。
本発明の好ましい実施形態を、添付の図面を参照して以下に説明する。
以下に本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明するにあたって、機能または動作が同一または同様の要素、物体および／または構造には、各種図面において同一の参照番号を付し、これにより、異なる複数の実施形態でなされたこれらの要素の説明は、相互に置き換え可能および／または適用可能であることを理解されたい。
以下にＭＥＭＳ（微小電気機械システム）トランスデューサについて説明する。ＭＥＭＳトランスデューサは、印加された電気量（電流、電圧、電荷など）に基づいて機械的コンポーネントの変化を引き起こす１つ以上の電気活性コンポーネントを備えてもよい。前記変化は、例えば、機械コンポーネントの変形、温度上昇、または張力の発生に関連していてもよい。さらに／あるいは、変形、温度上昇、張力の発生など、コンポーネントに対する機械的影響により、電気信号または電気情報（電圧、電流、電荷など）が発生し、コンポーネントの端子で検出され得る。一部の材料またはコンポーネントは相互作用する。すなわち、互いに変換可能な効果を持つ。例えば、圧電材料は、逆圧電効果（印加された電気信号に基づく変形）と圧電効果（変形に基づく電荷の供給）を有し得る。
以下に説明する実施形態のいくつかは、人間／コンピュータ、または人間／機械、インタフェース用途、および「パーソナルアシスタント」の分野の用途を含む相互作用のための完全に一体化され、非常に小型化されたシステムに関する。ここでは音響インタフェースを特に取り上げる。実施形態は、ＭＥＭＳとＣＭＯＳの一体化に関する。
以下に説明する実施形態のいくつかは、電気機械トランスデューサの変形可能要素が流体の体積流量（体積流れ）と相互作用するように構成されているという事実に関する。相互作用の例としては、流体の移動、変位、圧縮または減圧をもたらす電気制御信号により、変形可能要素が変形することが挙げられる。さらに／あるいは、流体の体積流量が変形可能要素を変形させ、体積流量と変形可能要素との相互作用に基づいて、流体の存在、特性（圧力、流速など）またはその他の情報（温度など）が取得され得る。したがって、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。例えば、ＭＥＭＳはシリコン技術で製造され得る。電気機械トランスデューサは、例えば、変形可能要素と、電極および／または電気端子などのさらなる要素とを備え得る。変形可能要素は、（マクロ視点では）横運動方向に沿って変形するように構成されてもよい。すなわち、要素または領域は、横運動方向に沿って移動可能であってもよい。前記要素または領域は、例えば、梁構造の梁端部または中央領域であってもよい。ミクロ視点では、横運動方向に沿った変形可能要素の変形は、変形可能要素の、横運動方向に垂直な変形を生じ得る。以下に説明する実施形態は、上記マクロ視点に関する。
実施形態は、シリコンで作られ、それぞれの設計サイズで、可能な限り高い音レベル、可能な限り高い感度レベル、さらに／あるいは可能な限り大きな流体流量率を実現可能な小型スピーカ、マイクロフォン、および／またはポンプを提供し得る。他の実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサ、ＭＥＭＳバルブおよび／またはＭＥＭＳ投薬システムを提供し得る。
本発明の実施形態は、特に可聴音範囲内の空気伝送音を生成するために使用され得る。したがって、実施形態は、例えば補聴器、インイヤーヘッドフォン等のヘッドフォン、ヘッドセット、携帯電話などに利用されるスピーカ、特に小型化されたスピーカに関する。体積流量と変形可能要素の変形との間の相関関係により、スピーカにも適用可能である。したがって、実施形態は、電気音響トランスデューサに関する。
実施形態は、可能な限り小型化され、人間／コンピュータおよび／または人間／機械の相互作用で使用でき、低コストで大量生産できる多機能システムを提供することを可能にする。さらなる機能によって補完される中心的機能は、音生成および／または音検知の分野に関する。
図１は、一実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサ１０の部品の概略斜視図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、流体の体積流量（体積流れ、流体流、fluid flow）１２と相互作用するように構成される。流体は、気体（例えば、空気）および／または液体であってもよい。例えば、液体は、薬物溶液、薬、技術的処理のための化学薬品などであり得る。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、基板１４を備える。基板１４は、任意の材料を含むことができる。例えば、基板１４は、木製材料、金属材料、および／またはシリコン材料などの半導体材料を含むことができる。基板１４は空洞１６を含む。空洞１６は、例えば、凹部であるか、または基板１４の少なくとも部分的に囲まれた体積であると理解され得る。空洞１６の内部（少なくともその一部に）、体積流量１２の流体が存在し得る。基板１４は、空洞１６を有する少なくとも１つの材料層、例えば、一体的な層を含む。空洞１６は、材料からフライス削りまたはエッチングすることにより形成され得る。さらに／あるいは基板１４の製造時に空洞１６を省略し、空洞１６の周りに基板１４が形成されてもよい。基板１４は、いくつかの層１５ａおよび１５ｂを含むこともでき、これは、例えば、半導体製造において有利であり得る。様々なパターン、例えば空洞１６の有無は、基板１４の各種層で実現できる。あるいは、基板は、以下で説明するように、より多くの層を有してもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、電気機械トランスデューサ１８を含む。電気機械トランスデューサ１８は、基板１４に接続されている。電気機械トランスデューサ１８は、横運動方向２４に沿って変形され得る変形可能要素２２を備える。例えば、電気機械トランスデューサ１８への電気信号の印加は、横運動方向２４に沿った変形可能要素２２の変形をもたらし得る。さらに／あるいは、体積流量１２が、変形可能要素２２にぶつかると、変形可能要素２２が変形し得る。その結果、体積流量１２に基づく電気信号が電気機械トランスデューサ１８によって取得され得る。したがって、変形可能要素２２の変形と体積流量１２に相関関係がある。例えば、電気機械トランスデューサ１８は、少なくとも１つ（例えば２つ）の圧電層を含むか、それによって構成されてもよい。いずれの層も電圧によって変形し得る。電気機械トランスデューサは、さらなる要素（例えば電極）を備えてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、積層体の層１５ａまたは１５ｂの少なくとも１つに配置された図示されていない電子回路を備える。不図示の電子回路は、電気機械トランスデューサ１８に接続され、変形可能要素２２の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。したがって、この不図示の電子回路は、ＭＥＭＳトランスデューサの構成に応じて、ＭＥＭＳトランスデューサ１０のセンサ関連および／またはアクチュエータ関連制御に利用可能である。電子回路を基板１４の蓋層内（例えば層１５ａ内）に配置することで、蓋層の大きな表面積を電子領域に利用することができる。したがって、この利用に応じた省スペース化が、チップ表面積および／または他のコンポーネント（例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０が取り付けられたプリント回路基板）の設置スペースに関して実現される。積層体の蓋表面に電子回路の少なくとも一部を配置することにより、ＭＥＭＳトランスデューサと他の電子コンポーネントとのシンプルな接触という利点が得られやすくなる。
ここで「変換」という用語は、入力変数から出力変数への変換として理解されたい。電子回路は、電気制御信号を１つ以上の変形可能要素の撓みに変換する、すなわちアクチュエータ関連制御を実行する、さらに／あるいは１つ以上の変形可能要素の変形を電気出力信号に変換する、すなわちセンサ関連の評価または制御を実行するように構成されてもよい。変換のために、電子回路は、デジタルな制御信号をアナログな制御信号に変換するためのデジタルアナログコンバータ、およびアナログな電気出力信号をデジタルな電気出力信号に変換するためのアナログデジタルコンバータの少なくとも１つを含んでもよい。簡単に言うと、電子回路１７は、アナログまたはデジタル形式の制御信号を取得し、それをＭＥＭＳトランスデューサ１０に適したアナログまたはデジタル信号Ｏｕｔに変換してもよい。例えば、電子回路は、電気制御信号Ｉｎを少なくとも１つの電気機械トランスデューサの変形可能要素の撓みに変換するように構成されてもよい。この目的のために、電子回路はスイッチング増幅器（いわゆるＤ級アンプ）を含んでもよい。前記増幅器は、信号Ｏｕｔを、変形可能要素のためのデジタルパルス幅変調制御信号として提供するように構成されてもよい。
ここで、「蓋表面」という用語は、例えば前記積層体の外層の例えば外層についての記述に関するということを留意されたい。ただしこれは、前記積層体の他の層に配置できないという意味ではない。外層を一部または全部覆う追加層も設けることができる。例えば、半導体酸化物またはラッカーなどの絶縁層、またはさらなる電気的機能層が設けられてもよい。
基板１４は、体積流量１２がＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲から空洞１６に、および／または空洞１６からＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲に流れることができるように、１つ以上の開口部２６ａ〜ｄを有してもよい。変形中の変形可能要素２２による動きは、基板１４に関して平面内（面内）で生じることが理解されよう。体積流量１２は、例えば体積流量１２用の開口部２６ｃまたは２６ｄによって示されるように、運動方向２４に対して少なくとも一部に垂直に（直交して）空洞１６に出入りすることができる。簡単に言うと、変形可能要素２２の面内運動が面外の体積流量１２を生じ、またその逆の作用も生じ得る。したがって、横運動方向および／または変形可能要素の変形が、基板に対して面内で生じ得る。
基板１４内で、開口部２６ｃおよび２６ｄは、横運動方向２４に対して垂直に配置される。横運動方向２４に沿った変形可能要素２２の変形により、変形可能要素２２の少なくとも一部が開口部２６ａに向かって動く。したがって、この変形により、部分空洞２８にサイズの低減が生じる。これに基づいて、当該部分空洞２８内に存在する流体の圧力が上昇し得る。簡単に言うと、流体が圧縮され得る。したがって、流体が部分空洞２８または空洞１６から流出しやすくなり得る。開口部２６ｄおよび２６ｃにより、横運動方向２４に垂直な（直交する）体積流量１２が得られる。
ＭＥＭＳトランスデューサ１０のベース領域は、例えば、ｘ／ｙ平面内に配置することができる。ｘ方向および／またはｙ方向に垂直になるように空間に配置されるｚ方向に沿ったＭＥＭＳトランスデューサ１０の寸法を大きくすることで、さらに／あるいはｚ方向に沿った変形可能要素２２の寸法を大きくすることで、ＭＥＭＳトランスデューサ１０のベース領域を変えずに、大きな体積流量１２が実現され得る。部分空洞２８が拡大すると、部分空洞２８内の流体の負圧が生じ得る。したがって、変形可能要素２２の変形に基づいて、体積流量が、横運動方向２４に垂直に、空洞２８／１６内に流入する。
変形可能要素は、例えばｙ方向に沿った軸方向延長部を有してもよい。当該延長部は、最小１μｍから最大１００ｍｍ、好ましくは最小１００μｍから最大１０ｍｍ、特に好ましくは最小５００μｍから最大５ｍｍの範囲の値を有する。変形可能要素２２は、横運動方向２４に沿った延長部を有してもよい。当該延長部は、最小０．１μｍから最大１０００μｍ、好ましくは最小１μｍから最大１００μｍ、特に好ましくは最小５μｍから最大３０μｍの範囲の値を有する。変形可能要素は、横運動方向に対して垂直な（例えばｚ方向）、横方向に沿って延長部を有してもよい。この延長部は、最小０．１μｍから最大１０００μｍ、最小１μｍから最大３００μｍ、特に好ましくは最小１０μｍから最大１００μｍの範囲の値を有する。
図２ａは、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ を含むＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、図１を参照して説明したように、基板１４に接続されており、横運動方向２４に沿って変形可能な要素をそれぞれ含むことができる。
例えば、基板１４は、第１層３２ａ、第１スペーシング層３４ａ、中間層３６、第２スペーシング層３４ｂ、および第２層３２ｂを含み、これらはこの順序で重ねられる。さらなる実施形態によれば、１つ以上のさらなる層が、隣接配置された２つの層の間に配置されてもよい。さらなる実施形態によれば、層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の少なくとも１つが、多層に設計される。電子回路１７、例えば図１を参照して説明した電子回路は、層３２ｂ内に一部または全体的に配置することができる。さらに／あるいは、電子回路１７は、層３２ａ、３４ａ、３６および／または３４ｂのうちの１つ以上の中に少なくとも部分的に配置されてもよい。
電子回路は、電気制御信号Ｉｎ１を変形可能要素の撓みに変換するように構成されてもよく、電気機械トランスデューサに信号Ｉｎ１が入力されて、信号Ｏｕｔ１が提供される。さらに／あるいは、変形可能要素の変形に基づいて、信号Ｉｎ２が得られ、これが電子回路により電気出力信号Ｏｕｔ２に変換され得る。この変換は、電子回路１７がアナログデジタルトランスデューサ（ＡＤＣ）およびデジタルアナログトランスデューサ（ＤＡＣ）、またはＡＣ／ＡＣコンバータまたはＤＣ／ＤＣコンバータの少なくとも１つを含むように実行されてもよい。これに基づいて、電子回路１７は、アナログの入力信号Ｉｎ１を取得し、これをデジタルの信号Ｏｕｔ１に変換するように構成されてもよい。あるいは、信号Ｉｎ１がデジタル信号であってもよく、信号Ｏｕｔ１がアナログ信号であってもよく、信号Ｉｎ１およびＯｕｔ１の両方がデジタルまたはアナログであってもよい。さらに／あるいは、電子回路１７は、電気機械トランスデューサから得られる信号Ｉｎ２（例えばアナログ形式）を、Ｏｕｔ２信号に変換してもよい。信号Ｏｕｔ２はアナログまたはデジタルであってもよい。したがって電子回路１７は、デジタルな制御信号Ｉｎ１をアナログな制御信号Ｏｕｔ１に変換するよう構成されてもよいし、さらに／あるいはアナログな電気出力信号Ｉｎ１を、デジタルな電気出力信号（Ｏｕｔ１）に変換するためのアナログデジタルコンバータを含んでもよい。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、体積流量１２に基づいてさらに／あるいは制御されることに基づいて、互いに向かって（互いに接近して）部分的に移動し、部分的に互いに離れるように、電子回路１７によって構成される、さらに／あるいは制御されることができる。
例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは互いから離れるように移動するように構成され、一方、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは互いに向かって（接近して）移動する。電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂ、１８ｃおよび１８ｄ、ならびに１８ｅおよび１８ｆは、それらの間に部分空洞３８ａ〜ｃが存在する。部分空洞３８ａ〜ｃは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形に基づいて増大可能である。電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃ、ならびに１８ｄおよび１８ｅは、それぞれ、その間に部分空洞４２ａおよび４２ｂが存在する。当該空洞は、運動または変形に応じて、一斉にサイズが減少し得る。続く期間では、電気機械トランスデューサおよび／または変形可能要素が逆に変形または移動し得る。結果、部分空洞３８ａ、３８ｂおよび３８ｃの体積が減少し、部分空洞４２ａおよび４２ｂの体積が増加する。
電子回路１７は、電気機械トランスデューサが移動する運動面に垂直な方向に沿って配置されてもよい。電子回路の位置は、運動面に投影した場合、変形中に変形可能要素が少なくとも部分的に配置される位置に該当し得る。したがって、変形可能要素が、例えば電子回路１７の上または下に配置され得る。
言い換えると、下蓋（第１層３２ａ）は、チップの片側（例えば、限定されないが、底面）を部分的または完全に閉鎖するもので、その上にパターン層のスペーシング層３４ａが設けられてもよい。スペーシング層は、例えば、下蓋と、パターン層３４ａ上に配置された中間層３６との間のスペーサとして使用することができる。一方、パターン層３６はその上にパターニングされたスペーシング層３４ｂが設けられる。このスペーシング層は、スペーサ機能として、スペーシング層３４ａに完全にまたは部分的に対応し、形状も同一または同様であってもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ２０またはその空洞は、ｚ方向に沿って、上蓋である第２層３２ｂによって部分的または完全に閉鎖することができる。図２ａは、空洞の領域内に配置された要素が見えるように、層３２ｂを部分的に切り欠いて示す。電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃならびに／または１８ｄおよび１８ｅは、それぞれ中間層３６のｘ／ｙ平面内に対で配置してもよい。このような配置が、空間方向（ｘ方向）に沿って複数存在してもよい。電子回路１７は、蓋３２ａおよび３２ｂの少なくとも一方の中に完全にまたは部分的に配置することができる。さらに、電子回路１７がいくつかの層にまたがって延在してもよい。例えば、部分的に層３２ａおよび隣接層３４ａ内、または層３２ｂおよび隣接層３４ｂ内に配置され得る。
電子回路を蓋３２ａおよび／または３２ｂの少なくとも一方に完全にまたは少なくとも部分的に配置することにより、電子回路を省スペースで、すなわち表面積効率よく配置できる。これは、特に、横方向に、すなわち面内で移動可能な要素との組み合わせで有利となる。スピーカ膜の場合のように、当該方向に対して垂直におよび面外に運動可能な要素とは異なり、例えば、対応する層の肉薄化（例えば、膜形成のため）を省略できる。さらに／あるいは移動可能な要素機能が、機能に影響を与えることなく、蓋で覆われるように配置され得る。面外の運動が生じる場合、可動要素の少なくとも一部を形成する薄膜層は電子回路の配置に適さない、さらに／あるいは追加の被覆層がデバイスの性能に影響を与えてしまう。実施形態では、積層体の蓋は、さらなる層で覆われていてもよく、可動要素の一部とはならない。
基板は、複数の部分空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂにそれぞれ接続された複数の開口部２６を備えてもよい。例えば、各場合において、１つの開口部２６を部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂに接続することが可能である。各部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの体積は、横運動方向２４に沿って変形可能な少なくとも１つの要素２２の撓み状態に左右され得る。隣接する部分体積は、第１または第２期間中に、相補的に増加または減少可能であってもよい。簡単に言うと、部分空洞３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの部分体積を小さくし、部分空洞４２ａ〜ｂおよび／または３８ａ〜ｃの隣接部分体積を大きくすることができる。
１つ以上の開口部２６の領域に、棒構造体４４を配置することができる。棒構造体４４は、空洞に対する粒子の出入りを低減または抑制しつつ、一方向または二方向への体積流量１２の通過が可能になるように配置されてもよい。層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の形状は、製造時、例えば、層の選択的除去および／または選択的配置もしくは成長により影響され得る。例えば、棒構造体４４は、選択的エッチング処理に基づいて、層３４ａ、３６および／または３４ｂから形成され得る。さらに、空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの形状は、製造処理時に影響を受け得る。例えば、１つ以上の層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の壁は、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素の動きに対応し得る。これにより、例えば変形可能要素と基板１４との間の距離が少なくとも略一定に、さらに／あるいは小さくできる。
カバー４３（図２ｃ）は、棒構造体または棒要素に、またはそれに隣接して、設けられてもよい。カバー４３は、空洞１６に隣接しておよび／または棒要素４４により空洞１６から離れて設けられてもよい。カバーは、例えば、メッシュ材料、発泡材料、および／または紙材料を含んでもよい。カバーは、棒構造体間の距離よりも小さな直径の粒子を、空洞１６に対して出入り可能とし得る。あるいは、カバー４３（図2ｃ）は、棒要素４４を含まない開口部２６に、またはそれに隣接して設けられてもよい。
可動要素の自由端が、例えば、曲がった経路および／または円形経路で動く場合、基板１４は、可動端が動く領域において、平行または同様の形状を有してもよい。
図２ｂは、図２ａのＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略上面図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、要素４６ａ〜ｃで、基板１４に非固定的または固定的に接続することができる。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の１つ以上の変形可能要素は、要素４６ａ〜ｃと一体的に形成されてもよい。要素４６ａ〜ｃは、層３６の平面内に配置されてもよいし、層３６の一部であってもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素２２の例えばｚ方向に沿った延長距離は、層３４ａ、３６、および３４ｂの延長距離未満であり得る。したがって、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素２２は、層３２ａおよび／または３２ｂと接触せずに、配置され、可動であり得る。あるいは、少なくとも１つの変形可能要素は、接触しながら変形してもよい。例えば、低摩擦層（例えば小さな摩擦係数を有する層）が、少なくとも１つの変形可能要素と隣接する層（例えば、層３２ａおよび／または３２ｂ）との間に配置されてもよい。低摩擦層は、例えば、後述する壁構造４９について説明したように、部分空洞間の流体分離を可能にし得る。摩擦係数は、例えば層３２ａおよび／または３２ｂまたは層３４ａおよび／または３４ｂの摩擦係数よりも１０％、２０％または５０％小さくてもよい。変形可能要素２２と隣接する層との間に作用する摩擦力は、変形可能要素２２の変形に必要な力より小さくてもよい。減少した摩擦力に基づいて、例えばアクチュエータによって提供される力をより小さくできる。したがって、アクチュエータの電力をより小さく設計できる。さらに／あるいは、体積流量１２に関する変形可能要素２２の感度レベルを高めてもよい。
電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、例えば、部分空洞４２ａ（チャンバ）の側壁を形成する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の可動要素２２は、要素４６ａ〜ｃに強く固定することができる。基板１４からの距離、または基板１４の要素４８ａ〜ｄからの距離は、変形可能要素２２の撓み可能または可動端部５２の間としてもよい。したがって、変形可能要素２２の端部５２は、自由に移動できるように配置することができる。１つ以上の変形可能要素２２は、寸法比により、横方向２４に沿って特に大幅に撓むことができる。例えばｙ方向に沿った延長に関連したｘ方向に沿った延長、単純に言うと、梁幅と梁高さの比と解される。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ がアクチュエータとして構成される場合、前記アクチュエータは、対応する信号が印加されることで、撓み可能、例えば、湾曲し、その結果、例えば、変形可能要素２２の端部５２は湾曲経路上で動く。前記経路での進行に従って、要素４８ａ〜ｄのうちの少なくとも１つは、変形可能要素２２が撓んでも、要素４８ａ〜ｄと端部５２との間の距離は、ほぼ一定のまま、さらに／あるいは小さくなるように構成されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、少なくとも１つの壁構造４９を備えてもよい。アクチュエータ、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｅまたは変形可能要素の動きは、例えば、チャンバ４２ａ〜ｂに影響し得る。すなわち、例えば、動きにより生じた、チャンバ３８ａ〜ｃを満たすような流体の流れにより、隣接するチャンバへの流体機械結合が生じ得る。この流体機械的結合に基づいて、部分空洞４２ａと３８ｂとの間に流体の流れ５７が生じ得る。前記直接結合および／または流体の流れ５７を低減または防止するために、動かないように設計され得る１つ以上の隔壁（壁構造４９）を配置して、隣接するチャンバ３８および４２対を分離することができる。壁構造は、層３４ａ、３６、および３４ｂと一体的に形成される要素として、例えばそれぞれの場所で簡単な方法で実現されてもよい。例えば、そのような構造は、選択的エッチングプロセス中に存在し続けてもよい。加えて、壁構造４９は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の機械的安定性を高め、個々の層間の結合処理を容易にし得る。少なくとも１つの壁構造４９は、開口部を備えるか、または一体に設計されてもよい。これにより、チャンバ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂに対する流体の出入りによる減衰を、選択的に調整可能となる。具体的には、共振曲線の幅、ひいてはアクチュエータ／チャンバシステムの動的特性が設定される。
図２ｂが図１と一緒に考慮される場合、空洞１６および／または複数の部分空洞３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの体積は、基板１４の層３２ａおよび３２ｂならびに側方領域５３ａおよび５３ｂによって影響または決定され得る。側方領域５３ａおよび５３ｂは、層３２ａおよび３２ｂの間に配置されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの変形可能要素は、少なくとも横運動方向２４の一部５５内で、第１層３２ａおよび／または３２ｂと平行な動きを実行するように構成され得る。したがって、変形可能要素が層３２ａと３２ｂの間で変形または移動してもよい。
空洞または部分空洞の共振周波数は、体積の形状、電気機械トランスデューサの制御周波数、および／または変形可能要素の機械的共振周波数に影響され得る。例えば壁構造４９により、低摩擦層が配置されることにより、または異なるＭＥＭＳトランスデューサに配置されることにより少なくとも部分的に互いに流体的に分離された（部分）空洞は、それぞれ異なる共振周波数を有し、さらに／あるいは例えば制御デバイスによって異なる周波数で制御され得る。異なる制御周波数および／または異なる共振周波数に基づいて、マルチパススピーカが得られ得る。空洞の共振周波数は、例えば空洞共振器またはヘルムホルツ共振器の分野で利用される。
図２ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。ここで、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、変形可能要素が変形状態にある。例えば、変形可能要素は最大撓みまで撓む。図２ａの記載と比較すると、部分空洞４２ａの体積は、変形可能要素（梁）の変形（曲げ）に基づいて減少する。例えば、層３４ａおよび３４ｂ（スペーサ）の厚さ（ｚ方向または厚さ方向に沿った寸法）が小さい場合、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の移動中に生じる変形可能要素および／または電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ のバイパス流は無視できる程度であり得る。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ と基板（例えば要素４８）との間の距離でも同様であり得る。変形可能要素の変形に基づいて、図２ａおよび２ｃの部分空洞４２ａの体積の差に対応し得る流体の体積（例えば空気体積）は、例えば流体流（体積流量）１２の形で、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲に排出され得る。
第１および第２スペーシング層３４ａおよび３４ｂがｚ方向に沿って中間層３６に配置された際のスペーシング層３４ａまたは３４ｂのｚ方向の寸法は、最小１ｎｍから最大１ｍｍ、好ましくは最小２０ｎｍから最大１００μｍ、または特に好ましくは最小５０ｎｍから最大１μｍの範囲の値をとり得る。例えば、スペーシング層３４ａおよび３４ｂのｚ方向の寸法が、ｚ方向に沿った電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の寸法と比較して小さい場合、変形可能要素の変形時に、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の周りを、第１側から第２側（例えば、＋ｘ方向から−ｘ方向、またはその逆）に迂回する流体流５７の量は、空洞内の体積流量１２の量よりも小さくなり得る。
バイパス流および／または流体流５７は、例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ が動いている領域内から、スペーシング層３４ａおよび／または３４ｂが少なくとも部分的に除去されることに基づいてもよい。簡単に言うと、電気機械トランスデューサと隣接する層との間の距離に基づいて、可動要素の周りに流体が流れ得る（流体損失）。前記流体の流れは、体積流量１２と比較して小さくてもよい。例えば、体積流量の１０分の１、１５分の１、または２０分の１未満であり得る。
電気機械トランスデューサは、対として互いに近づいたり離れたりしてもよい。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、図２ｂに示される状態から、対として互いから離れるように移動し得、続く期間で対として互いに向かって移動し得る。同時に、例えば、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、対として互いに向かってまたは離れるように移動することができる。電気機械式トランスデューサのこのような動きは、各場合において各対で相補的に生じ、トランスデューサが互いに隣接して配置されていない場合にも可能である。これにより、慣性に対する少なくとも部分的または完全な補償が実現される。その結果、ＭＥＭＳトランスデューサ内で生じるさらに／あるいはＭＥＭＳトランスデューサからその周囲に伝達される振動が少なくなるか、なくなる。
言い換えると、これまでに説明したチャンバ手法の特定の特徴は、アクチュエータが反周期的に、対になって互いに向かって移動する、さらに／あるいは離れるように常に移動することに基づく。したがって、（各チャンバ壁を制限する両方の能動的な曲げアクチュエータがそれに応じて慎重に設計されると）、補聴器またはインイヤーヘッドフォンとしての使用を妨害し得る振動が発生しない。
体積流量（流体流）１２は、例えば、開口部２６ａおよび／または２６ｂを通過し得る。開口部２６ａおよび２６ｂは、同一に構成されてもよく、または隣接する部分空洞３８ａおよび／または４２ａの形状に合わせてもよい。開口部２６ａは、例えば、軸方向（例えば、ｙ方向）に沿って断面（例えば、ｘ方向に沿った寸法）が可変であり得る。ｘ方向に沿った開口部２６ｂの寸法は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の内部に向かう方向、すなわち空洞または部分空洞４２ａに向かう方向で減少し得る。さらに／あるいは、開口部２６は、さらなる方向、例えば軸方向ｙに垂直なｚ方向（厚さ方向）に沿って寸法または断面が可変であり得る。可変断面は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から空洞１６に向かって減少し得る。１つ以上の方向ｘおよび／またはｚに沿って、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から空洞１６に向かって、開口部２６のテーパ状となる断面または減少する寸法は、漏斗状開口部とも称される。
漏斗状であり得る開口部２６ｂは、インピーダンス整合のためのデバイスとして利用することができる。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０をスピーカとして使用する場合、インピーダンス整合が有利である場合がある。開口部２６ｂの形態または幾何学形状は、数センチメートルの寸法を有する大きめのスピーカと同様に設定され得る。開口部２６ｂの形状は、漏斗の外表面積によって実際の音放射が規定されることを可能にし得る。開口部２６ｂは、例えば、パターン層３４ａ、３６および３４ｂ内に一体的に形成されてもよい。少なくとも１つの棒要素４４を含む棒格子５４は、棒要素４４間および／または棒要素４４と隣接基板との間の開口部および／または間隙を含むことができる。間隙は、その間を流体が流れることができるように形成されてもよい。
棒格子５４は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の空洞を、粒子の侵入から保護し得る。棒格子５４の開口部の幅、すなわち、棒要素４４間の距離は、流体関連の観点で、流体流量１２が所望の程度に影響されるかまたは影響されないように構成され得る。例えば、または理想的には、棒要素４４間の距離は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０内の最小間隙距離よりも小さくてもよい。これにより、棒格子は、関連粒子を多数または場合によってはすべてフィルタリングすることができる。間隙距離は、例えば、層３２ａまたは３２ｂからの変形可能要素１８ａ〜ｃの距離を表し得る。棒要素４４間の距離は、例えば、５μｍ未満、１μｍ未満、０．１μｍ未満、または０．０５μｍ未満であってもよい。
空間方向に沿った棒要素４４の寸法は、棒要素４４が可聴音範囲内、すなわち少なくとも１６Ｈｚから最大２２ｋＨｚの周波数範囲内で共振を含まないように実現されてもよい。たとえ棒要素４４が、（例えば、開口部２６ａまたは２６ｂがｘ方向に沿った最大寸法を含む領域内で）ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側に配置されるように描かれているとしても、１つ以上の棒要素は、開口部２６ａまたは２６ｂの異なる位置（例えば、開口部２６ａおよび／または２６ｂのテーパ領域内）に配置してもよい。
変形可能要素の変形により、部分空洞４２ａの体積が減少し得る。同じ期間内に、チャンバ（部分空洞）３８ａの体積が増加し得る。部分空洞４２ａと同じようにまたは同様に、部分空洞３８ａは、漏斗形状の開口部２６ｂおよび／または１つ以上の棒要素４４を含む棒格子５４を介して、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲に接続されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、異なる周波数ｏのうちの１つで制御されるように構成され得るか、またはそれを含み得る。各部分空洞の体積は、異なる周波数または少なくとも部分的に同一の周波数で変化し得る。
開口部２６ａおよび開口部２６ｂは、互いに空間的に対向するように配置されたＭＥＭＳトランスデューサ２０の各側面にまたは各側面内に配置することができる。例えば、体積流量１２は、開口部２６ａまたは２６ｂを含む片側の部分空洞４２ａおよび／または３８ａまたはそのような複数の部分空洞によって、それぞれ排出または吸引され得る。したがって、流体流量１２が反対方向に生成され得る。例えば、第１期間中に、体積流量１２は、−ｙ方向に開口部２６ａから排出され、部分空洞３８ａに吸い込まれ得る。第２期間中に、この方向は逆転し得る。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に沿って発生する流れ短絡を防止または除外することができる。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ の変形可能要素（梁）は、外部から供給される信号に従って湾曲するように構成されてもよい。湾曲が生じる周波数は、体積流量１２が生成および／または振動する周波数に影響するまたはそれを決定する可能性があり、最終的に音響周波数に影響するまたはそれを決定する可能性がある。供給される信号を介して決定される振動の振幅（１つ以上の共振周波数に対する）は、体積流量１２の振幅に影響するまたはそれを決定する可能性があり、したがって音レベルに影響し得る。
また、少なくとも１つのチャンバ（空洞または部分空洞）が検知要素として機能し、別のチャンバが作動要素として機能してもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサは少なくとも１つの感知変形可能要素と少なくとも１つの作動変形可能要素を含むことができる。梁の動きは検出され、評価される。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、アクチュエータとして制御され得、一方、電気機械トランスデューサ１８ｃおよび／または１８ｄは、流体内の検出のためのセンサとして使用され得る。静電（容量）、圧電、またはピエゾ抵抗センサ要素を検出用に一体化してもよい。そのような要素は、マイクロフォンおよび／または圧力センサとして使用されてもよい。そのような一体化されたマイクロフォンおよび／またはそのような圧力センサはまた、スピーカチャンバ（アクチュエータ）および／または超音波送信機チャンバおよび／またはポンプチャンバの特性をチェックおよび制御するために使用され得る。この目的のために、付随する電子回路が制御回路として使用される。
電気機械トランスデューサまたはアクチュエータのさらなる実施形態を以下に説明する。ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、撓みなし（または非作動）状態では変形可能要素が撓んでないように説明されたが、状態の内容を置き換えることもできる。すなわち、最初の非作動状態で、変形可能要素が変形または湾曲し、制御信号に基づいて、より湾曲が少ない状態、より大きく湾曲した状態、または直線状態になり得る。
上記の説明においては、制御デバイスにより電気信号がＭＥＭＳトランスデューサ２０に提供されるが、体積流量１２も、変形可能要素を変形させ得る。しかし、変形は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に印加される電気信号によって実現することもできる。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ２０はセンサとしても構成できる。
変形可能要素の有利なさらなる展開を以下に説明する。１つ以上の電気機械トランスデューサは、以下で説明するさらなる展開に係る変形可能要素を備えてもよい。
図３は、バイモルフとして構成された変形可能要素３０の概略斜視図を示す。変形可能要素３０は、少なくとも数点で、好ましくはそれらの表面積全体にわたって互いに強固に接続された第１層５６および第２層５８を備える。第１層５６および第２層５８は、変形するように構成されている。例えば、機械的、物理的、または化学的作用に基づいて、様々な程度に膨張または収縮する。例えば、層５６および５８は、互いに異なる熱膨張係数を有し得る。さらに／あるいは、層５６または層５８は、対応する層に提供される電気信号に基づいて膨張または収縮するように構成されてもよい。例えば、前記層は圧電材料を含んでもよい。
層５６および５８の異なる収縮または膨張により、作動方向５９または５９’に沿って変形可能要素３０が変形し得る。作動方向は、横運動方向２４と平行であってもよい。作動方向は、正の電圧を印加された変形可能要素３０が撓む方向であり得る。
さらに／あるいは、例えば変形可能要素３０の横方向の収縮または横方向の膨張および／または任意の層の収縮または膨張に基づく、さらなる横運動方向２４’に沿った変形も利用可能であり得る。したがって、変形可能要素３０が、その梁構造とともに、梁構造の軸方向（例えば、ｙ方向、または面内）に沿って湾曲するように構成され得る。これは、往復運動、すなわち、横運動方向２４に沿った運動と反対方向に沿った運動に基づいて実現され得る。
言い換えると、バイモルフは２つの層で構成される梁に対応し得る。層は、例えば互いに一方向（例えば垂直）に配置される。受動層（例えば、層５６）は、能動層（例えば、層５８）に固定的に接続されてもよい。適切な信号を印加することにより、能動層５８内に機械的張力が生成され、その結果、層５８の収縮または膨張が生じる。層５８の長さ変化の方向は、バイモルフが一方向（収縮）または他の方向（膨張）に横方向に湾曲するように選択されてもよい。
図４ａは、図３を参照して説明したバイモルフ構造を３つ（３０ａ〜ｃ）含む変形可能要素４０の概略斜視図を示す。ｘ、ｙおよびｚ方向に沿った変形可能要素４０の空間的概略配置は、例えば変形可能要素４０がＭＥＭＳトランスデューサ１０または２０内にどのように配置され得るかに関して、例示的に示されている（すなわち限定的ではない）。変形可能（部分）要素３０ａ〜ｃは、ｘ、ｙ、またはｚ方向に沿って、互いに異なる寸法を有してもよい。例えば、変形可能要素３０ａおよび３０ｃは、ｙ方向に沿って等しく膨張し得る。変形可能要素３０ａ〜ｃの作動方向５９ａ〜ｃは、例えば互い違いであってもよく、揃っていてもよい（例えば＋／−／＋ｘ方向）。簡単に言うと、これは、変形可能要素３０ａおよび３０ｃの長さが等しいとも理解され得る。変形可能要素３０ｂは、これらとは長さが異なっていてもよい。例えば、変形可能要素３０ｂの長さは、要素３０ａまたは３０ｃの対応する長さの倍であってもよい。さらなる実施形態によれば、さらなる要素、（例えば、ばね要素）がさらに、変形可能要素３０ａ〜ｃの間に配置されてもよい。
同一または同等の量（例えば、電圧の符号）の印加時に変形可能要素３０ａ〜ｃが撓む方向は、変形可能要素４０の長さに沿って互い違いであり得る。したがって、湾曲が交互に生じ得る。変形可能要素４０が３つの変形可能要素３０ａ〜ｃを含むように示されているが、２つの変形可能要素または４つ以上の変形可能要素３０が配置されることも可能である。
図４ｂは、撓んだ状態の変形可能要素４０の概略斜視図を示す。層５８ａ〜５８ｃは、例えば、複数の湾曲が軸方向（ｙ方向）に沿って進行するように生じるように収縮される。
換言すれば、図３に示された３つの梁は、それらの膨張方向に互いに隣接するように配置され得る。すなわち、対応する信号により、第１梁と第３梁（３０ａおよび３０ｃ）が第１方向に反り、第２梁（３０ｂ）が他の方向に反る。このようにして、図４ａに示すように信号が印加されていないときに示す直線的な形状から、対応する信号の印加により、図４ｂに示すようにＳ字形に変形するアクチュエータが得られる。信号ありと信号なしによる構成は入れ替え可能である。例えば、各場合において、変形可能要素３０は、印加される信号に基づいて、変形可能要素（複数可）３０および／または４０の曲率の減少または直線延長が生じるような、事前撓みまたは付勢が実現されてもよい。例えば、各梁３０ａ〜ｃの曲率は、正負符号以外は同一であり、第１および第３の梁３０ａおよび３０ｃの長さは、それぞれ変形可能要素の全長の約４分の１に相当し、中央梁３０ｂの長さは、変形可能要素４０の長さのほぼ半分に相当すると仮定できる。
図４ｃは、両側で固定され、部分空洞３８が変形可能要素間に配置されるように互いに隣接して配置された２つの変形可能要素４０ａおよび４０ｂの配置の概略上面図を示す。実線は、例えば、変形可能要素４０ａおよび４０ｂの作動状態を示し、一方、破線は、非作動状態を示す。このような変形可能要素の状態は、入れ替え可能である。製造に関する要因で、非作動状態は任意の形態をとり得るためである。
変形可能要素４０ａおよび４０ｂは、非作動状態でそれぞれ湾曲するように構成されてもよい。さらに、変形可能要素４０ａおよび４０ｂはそれぞれ、作動中に互いに対して湾曲する３つのセグメント３０ａ−１〜ｃ−１、および３０ａ−２〜ｃ−２から形成されてもよい。各セグメント、例えば中央セグメント３０ｂ−１または３０ｂ−２は、２つ以上のセグメントから形成されてもよい。図４ａおよび図４ｂの記載と比較すると、セグメント３０ａ−１、３０ｂ−１および３０ｃ−１は、長さが互いに、そしてその他あらゆるセグメントと異なる。長さは、作動時に求められる所望の形状に適応可能であってもよい。Ｓ字型アクチュエータは、大きな平面充填率を実現するだけでなく、処理中に両側で固定できるという大きな利点を発揮する。両面固定により、層張力勾配に起因する技術的に回避することのできない、梁の事前撓みを大幅に低減できる。したがって、基板の下蓋と上蓋からの距離を極めて小さく保つことができる、これにより流量／圧力損失が大幅に減少し、その結果、スピーカ、超音波コンバータ、マイクロフォン、ポンプの効率が大幅に向上するだけでなく、状況によってはそれらの機能を実際に正しく発揮することを可能とする。さらなる実施形態によれば、例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０内に、変形可能要素４０の１つのみを配置することも可能である。
図５は、ＭＥＭＳトランスデューサ５０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ２０と異なる構成を有する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは、第１および第２変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、２２ｅおよび２２ｆをそれぞれ含む。変形可能要素は、互いに対向して配置される。梁要素の撓み可能な端部は、互いに対向して配置される。変形可能要素２２ａ〜ｆが基板に接続される領域は、互いに反対側を向くように配置される。
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃはそれぞれ、変形可能要素２２ａと２２ｂ、２２ｃと２２ｄ、２２ｅと２２ｆにそれぞれ接続されたプレート要素６２ａ〜ｃを含む。各プレート要素６２ａ〜ｃは、それぞれの変形可能要素２２ａ〜ｆの撓み可能な端部に接続されてもよい。
変形可能要素２２ａ〜ｆはそれぞれ、部分的にまたは完全に変形可能要素３０または４０として構成されてもよく、または異なる構成を有してもよい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、ならびに２２ｅおよび２２ｆのそれぞれ異なる種類の網掛け（ハッチング）がされており、互いに異なるように変形することが示されている。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの変形可能要素は、変形可能要素２２ａ〜ｆのそれぞれの形態に係らず、同じ空間方向に沿って撓み可能な端部の撓みを実現するように配置されてもよい。
例えば、図５に示される非撓み状態から、制御により、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの撓み可能な端部が＋ｘ方向に沿って移動され得る。加えて、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄの制御により、それぞれの撓み可能要素を−ｘ方向に沿って撓みさせ得る。これにより、プレート要素６２ａおよび６２ｂは、前記制御中に互いに向かって移動することができる。そのようなプレート要素の移動により部分空洞４２ａのサイズが縮小される。さらに／あるいは、空洞４２ａ内の負圧により、プレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに向かって移動し、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形が実現され得る。さらに／あるいは、電気的に受動的な１つ以上の変形可能要素２２ａ〜ｄを実現することもできる。例えば、電位を、１つ以上のプレート要素６２ａ〜ｃにかけてもよい。プレート要素６２ａと６２ｂの電位に基づいて、プレート要素６２ａと６２ｂとの間の引力または反発力が生じる。これにより、プレート要素６２ａおよび６２ｂに動きが生じ、したがって、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形が生じる。さらに／あるいは、変形可能要素２２ｃ〜ｆおよび／またはプレート要素６２ｂおよび６２ｃは、変形可能要素２２ｃ〜ｆの変形および部分空洞３８ａ内の体積変化を実現するように、同時に、または時間をずらして制御されてもよい。
言い換えると、図５は、図２ａ〜図２ｃに示された構成の変形例を示し、それぞれ４つの曲げ梁２２ａ〜ｄおよび２２ｃ〜ｆが、各チャンバ（空洞４２ａおよび３８ａ）を狭めるおよび／または広げるために使用される。図２ａ〜図２ｃに関連して、これは各場合において、２つの曲げ梁（変形可能要素）に基づいて説明される。図５は非作動状態を示す。作動状態と非作動状態を入れ替えることができる。例えば、各制御可能な変形可能要素は通常、信号が適用されないときに変形し、その変形は、特殊な場合として直線（非撓み）状態も含まれるように、信号に基づいて変動し得る。
互いに垂直に（例えば、ｙ方向に沿って）対向する曲げ梁、例えば変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄはそれぞれ、要素６４ａおよび６４ｂを含む曲げ可能なウェブを介して互いに接続され得る。このようにして得られたウェブの中央領域には、比較的硬い延長部である要素６６が配置されていてもよい。一方で、前記要素６６は、プレート要素６２ｂが設けられてもよい。プレート要素６２ｂは剛性であるか、可能な限り剛性であるように構成される。対応する信号が印加されると、プレート要素６２ａ〜ｃは、部分空洞の体積をそれぞれ減少または増加させるように、互いに近づくまたは離れるように同時に移動し得る。プレート要素の同時移動により、極端な場合、部分空洞４２ａの体積をゼロにすることができる。これはプレート要素６２ａと６２ｂが互いに接触することを意味する。このような構成によると図２ａ〜図２ｃを参照して説明した構成と比較して、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の体積流量より確実に大きい流体の体積流量を実現できる。部分空洞４２ａの体積が減少すると、それに応じてまたは少なくともそれに基づいて部分空洞３８ｂの体積を増加させることができる。流体の供給は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に関連して説明したように、それぞれ開口部２６ａ、２６ｂ、および２６ｃを介して行われ得る。要素６４ａおよび６４ｂは、ばね要素とも称され得る。
変形可能要素（曲げ梁）２２ａおよび２２ｂは、信号が印加されたときに右（＋ｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。変形可能要素２２ｃおよび２２ｄは、信号が印加されたときに左（−ｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。両方の種類の梁（変形可能要素の網掛け）は、例えば図３または４のように、第１信号が印加された場合に湾曲し、第２信号が印加された場合に反対方向に湾曲するように設計され得る。この場合、梁の曲げによる機械的復元力とは関係なく、チャンバ（部分空洞）を元のサイズに狭めることと広げることの両方を実現できる。第１および第２信号は、例えば、それぞれ正および負の電圧であり得る。例えば、図３を参照すると、層５６および５８はそれぞれ能動層であってもよい。さらに／あるいはさらなる能動層が、層５８から離れて面する側の層５６に配置され得る。両方の能動層は、一方または他方の方向の撓みを実現するために、互いに個別に配向されてもよい。
２つの対向する変形可能要素（例えば、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄ）と、それらに接続されたプレート要素６２ｂとの間の体積も、曲げ梁の移動または変形により変化し得る。例えば、プレート要素６２は剛性に構成されてもよい。圧力の均一性向上のため、変形可能要素２２ｃおよび／または２２ｄ、および／またはプレート要素６２ｂを変形可能要素２２ｃおよび２２ｄに接続する接続要素６４および／または６６を局所的に薄くして、局所的流路を提供することができる。これは、例えば、追加のパターニングまたはエッチングによって実現され得る。接続要素６４ａ、６４ｂ、および６６は、Ｔ字配置にしてもよい。接続要素６６は、要素６４ａおよび６４ｂと比較して高い剛性を有し得る。したがって、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄの変形中、要素６４ａおよび６４ｂは、それぞれのプレート要素が直線移動できるように変形することが好ましい場合がある。
図６ａ〜図６ｅを用いて、プレート要素６２ａおよび６２ｂがそれぞれ対向配置された変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄに接続される有利な実施形態を以下に説明する。
以下の説明では、プレート要素の各場合において同一に構成された変形可能要素への接続について述べるが、異なる電気機械トランスデューサおよび／またはプレート要素を形成するための個々の変形可能要素の組み合わせは、互いに異なるように構成されてもよい。以下で説明する詳細は、最終的な有利なさらなる実施形態を説明するものではなく、それ自体で、または互いに組み合わせて、またはさらなる有利な実施形態と組み合わせて実施することができ得る。
図６ａは、直線状に構成されたばね要素６８が、プレート要素６２ａおよび６２ｂと、変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄそれぞれとの間に配置された構成の概略上面図を示す。ばね要素６８は、変形可能要素２２ａ〜ｄの材料またはプレート要素６２ａまたは６２ｂの材料から形成されてもよく、さらに／あるいはこれら要素の１つ以上と一体的に形成されてもよい。例えば、ばね要素６８は、プレート要素６２ａまたは６２ｂに対して直角に配置されてもよい。
図６ｂは、ばね要素６８’が、変形可能要素の撓み可能端部に対して９０°未満の角度α（例えば３０°または４０°）で配置された代替構成を示している。これにより、図６ａの構成よりプレート要素６２ａにおける接触点の距離を大きくとることが可能になり、その結果、移動中のプレート要素６２ａのたるみが減少し得る。
図６ｃは、ばね要素６２ａが９０°を超える角度αで配置されている構成を示す。これにより、例えば、図６ａに示された構成と比較して、ばね要素６８の復元力が低下し得る。
図６ｄは、図６ａの構成の変形例としての構成を示す。ここでは、ばね要素７２ａまたは７２ｂが基板１４の、電気機械トランスデューサ１８ａが隣接配置された、さらに／あるいは各変形可能要素が、基板１４が接続される領域に設けられている。
ばね要素７２ａおよび／または７２ｂは、基板１４内の凹部（空洞）７４ａおよび／または７４ｂによって少なくとも部分的に基づくものであってもよい。したがって、例えば、凹部７４ａまたは７４ｂにより、基板１４の剛性が局所的に低減され、その結果、ばね要素７２ａおよび／または７２ｂが形成される。凹部７４ａおよび７４ｂは、基板１４内です隣接する変形可能要素２２ａおよび２２ｃ、ならびに２２ｂおよび２２ｄにまたがって延在するように描かれているが、凹部７４ａまたは７４ｂは、単一の、またはいくつかの変形可能要素に隣接するように配置されてもよい。あるいは、基板１４は、いくつかの凹部またはばね要素を備えてもよい。
言い換えると、図６ｄは、変形可能要素（梁）が取り付けられた屈曲ばね（ばね要素７２ａおよび７２ｂ）であるさらなる構造物が、引張応力のさらなる低減をもたらし得る構成を示す。そのような屈曲ばね要素は、例えば、図６ｅの構成に示されるように、および凹部７６ａ〜ｄに関連して説明されるように、剛性プレートと一体化されてもよい。梁が撓んだ場合、前記要素はＳ字状に変形し、剛性プレートに作用する引張ひずみを低減し得る。
図６ｅは、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂの構成を示す。プレート要素６２ａおよび６２ｂは、図６ｄに関連して説明した構成と比較して、プレート要素６２ａおよび／または６２ｂがばね要素６８を介して変形可能要素に接続されている領域に隣接する凹部７６ａ〜ｄを含む。プレート要素６２ａおよび／または６２ｂの、変形可能要素に面する側と、凹部７６ａ〜ｄとの間の距離は、前記領域内のプレート要素６２ａおよび／または６２ｂの剛性に影響し得る。凹部７６ａ〜ｄは、変形可能要素２２ａ〜ｄに作用する低減された復元力を可能にする。
言い換えると、図６ａ〜図６ｅは、可動要素および／または電気機械トランスデューサを実現する変形例を示す。前記変形例は、図５に関連して説明した構成とは、例えば／特に、図５に示す要素６４ａまたは６４ｂがブレーシング６６と組み合わされてばね要素６８を形成するという点で異なる。図６ａの構成は、図紙面（ｘ／ｙ平面）に垂直な軸に対するプレート要素６２ａおよび／または６２ｂの寄生的な傾斜に対して剛性を向上し得る。図６ｂと図６ｃの構成についても同様である。さらに、３つの構成はすべて、図５の構成と比較して、曲げ梁をより大きく撓むことが可能にする。図５では、要素６４ａおよび／または６４ｂ（曲げ可能なウェブ）は、梁が撓むと引張応力を受ける。撓みが増加すると、引張応力により変形可能要素の梁撓みに対する機械的抵抗が増加し得る。図６ａ〜図６ｃの変形例では、それぞれ接続するばね要素６８が曲げで応答し、これは、この要素の対応する構成を考慮すると、確実に機械抵抗が低くなることを表すことから、２つの変形可能要素の機械的接続は、確実に柔軟である（剛性が低い）ように構成されてもよい。
図５を参照して説明した接続要素／ばね６８および／または要素／ばね６４ａ〜６４ｂは、湾曲した形状または蛇行した形状を有してもよい。これにより、適切な方向への柔軟性が向上する。図６ｄおよび図６ｅを参照して説明した構成は、変形可能要素の有効剛性をもたらす引張ひずみの低減を可能にする。図６ａ〜図６ｅに記載された構成は、入口および／または出口開口部２６を省略する。前記開口部が配置される場合、基板内の凹部および／またはばね要素は、開口部が配置される領域で省かれてもよい。さらに／あるいは、少なくとも１つの凹部によって得られるばね要素７２ａおよび／または７２ｂの１つ、いくつか、またはそれぞれを、２つ以上の相互に独立した独立したばね要素に基づいてプレート要素６２ａまたは６２ｂ内に設けることができる。
以下で説明する図７ａ〜図７ｃは、例として、変形可能要素およびプレート要素の可能な配置を説明するものである。
図７ａは、プレート要素６２に接続された変形可能要素４０を示す。プレート要素６２は、例えば、変形可能要素４０に直接配置されてもよい。
図７ｂは、変形可能要素４０ａが基板１４の間に固定的に挟まれ、横方向２４に沿って変形するように構成された構成を示す。変形可能要素４０およびプレート要素６２は、その中に配置された２つのさらなる変形可能要素４０ｂおよび４０ｃを有し、それらの端部は互いに接続されてもよい。この接続に基づいて、変形可能要素４０ｂおよび４０ｃは、変形可能要素４０ｂまたは４０ｃの一方が他方に対して互いに反対に反るように並べられてもよい。例えば、変形可能要素４０ａ〜ｃは、まとめて制御されてもよく、またはまとめて流体の体積流量に反応してもよい。例えば、変形可能要素４０ａ〜ｃをまとめて制御することで、調整移動、例えばプレート要素６２が撓む移動の増加が実現される。したがって、変形可能要素とプレート要素の間に、変形可能要素とまとめて制御されることで、変形可能要素の調整移動を増加させるように構成された少なくとも１つのさらなる変形可能要素を設けてもよい。
図７ｃは、電気機械トランスデューサ１８の構成を示し、変形可能要素４０ａ〜ｃは、中央領域に、変形可能要素４０ｂと４０ｃの間に存在する体積８２をさらなる部分空洞（例えば部分空洞３８ａ）に流体結合させる凹部７０ａまたは７０ｂを含む。変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび／または４０ｃはそれぞれ、凹部７８ａおよび７８ｂを提供するように２つの部分で構成されてもよい。さらに／あるいは、凹部７８ａおよび７８ｂは、それぞれ変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび４０ｃのさらなる材料によって厚さ方向（ｚ方向）に沿って囲まれた凹部として構成されてもよい。
言い換えると、図７ａは、図４の駆動されたＳ字状曲げ梁を備えた構成を示しており、曲げ梁への接続部が剛性プレートの中央に配置されている。より撓みを大きくためには、いくつかの曲げアクチュエータを直列に並べて配置してもよい。図７ｂおよび図７ｃは、３つの直列に接続されたＳアクチュエータの配置を概略的に示す。さらなる実施形態によれば、２つのＳアクチュエータ（変形可能要素４０）または３つ以上のアクチュエータを直列に接続することができる。図７ａ〜図７ｃの変形可能要素の網掛けは、例えば、図４で選択された網掛けに合わせて描かれている。網掛けの違いは、各部分の異なる湾曲方向を示し得る。図７ｃは、Ｓ字形アクチュエータの中心に、その間の空間（空洞８２）の換気向上を可能にする開口部（凹部７８ａおよび７８ｂ）を含む構成を示す。
図７ｄは、電気機械トランスデューサの構成を示し、第１変形可能要素４０ａおよび第２変形可能要素４０ｂは、ｙ方向に沿って互いに平行に配置される。これにより、プレート要素６２を撓ませるように作用する力の増大可能になる。変形可能要素の端部は、互いに接続されてもよく、または基板上に接合して配置されてもよい。あるいは、２つ以上の変形可能要素４０ａおよび４０ｂを、例えばｚ方向（厚さ方向）のような異なる方向に沿って平行に配置することも可能である。さらに／あるいは、変形可能要素の直列接続と並列接続を組み合わせることも可能である。
可動要素は、大幅なまたは過度の撓みが発生した場合に、異なる可動要素または固定要素に接触する場合がある。これにより、固着が生じ得る。可動要素または固定要素には、好ましくは、接触面積の大幅な削減を可能とし、固着の低減または回避を可能にする近接要素（ボラード）を設けてもよい。いわゆるボラードの代わりに、ばね要素として構成された小さな構造物を配置することも可能である。固着を回避することに加えて、２つの要素が衝突するときに生じるパルスを回避できる。これにより、エネルギー損失を低減または回避でき、および／またはアクチュエータの動的挙動を改善できる。
図８ａは、変形可能要素が基板および／または中間層３６、および／または基板に接続されたアンカー要素８４に交互に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示す。例えば、変形可能要素２２ａは、中間層３６の領域４６および４８において、端部で基板に固定的に接続され、変形可能要素４０に関して例示的に説明したように、Ｓ字形の動きを実行するように構成される。隣接して配置された変形可能要素２２ｂは、アンカー要素８４に接続される。アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域に配置され、スペーシング層３４ａまたは層３２ａで当該領域に接続されてもよい。したがって、基板がアンカー要素を備え得る。
変形可能要素２２ａまたは２２ｂの可動端部に隣接して配置される中間層３６の側壁は、変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの移動パターンに基づいた形状を有してもよい。
図８ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示しており、スペーシング層３４ｂおよび層３２ｂは例示的に不図示となっている。ＭＥＭＳ８０は、開口部２６の領域に棒要素４４を含む。領域４８は、ばね要素７２ａ〜ｃを含んでもよい。領域４８は、例示的に、中間層３６の上面図で描かれている。
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂおよび／または基板の層と一体的に形成されてもよい。しかしながら、図８に示されるように、アンカー要素８４は、層３２ａおよび３２ｂを互いに接続するために、ｚ方向に沿って、変形可能要素２２ｂを越えて突出してもよい。これにより、層３２ａおよび３２ｂを振動しにくくできる。あるいは、アンカー要素８４は、機械的に変形可能要素２２ｂとは異なる部品としておよび／または異なる材料で形成されてもよい。それに隣接して配置された変形可能要素２２ａは、例えば領域４８または４６において両側で基板に固定的に、例えば固定的または非固定的に接続される。
棒要素４４間の距離８５は、例えば、１μｍ未満、あるいは０．１μｍ未満または０．０５μｍ未満であってもよい。
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域内に配置されてもよい。中央領域は、例えば、変形可能要素の幾何学的重心を含み得る。中央領域は、例えば、変形可能要素４０の梁セグメント３０ｂであってもよい。
図８ｃは、撓んだ状態のＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示している。変形可能要素２２ｂの外側領域は、変形可能要素２２ａに向かう方向に移動し得るが、変形可能要素２２ａの外端の位置は、基本的に変化しない。変形可能要素２２ａの中心領域は、変形可能要素２２ｂの方向に移動し得るが、変形可能要素２２ｂの中心領域の位置は、アンカー要素８４に基づいて基本的に変化しない。
図８ｄは、図８ｃを参照に説明したように撓んだ状態にあるＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示す。図８ｂの図と比較すると、空洞４２の体積は減少し、部分空洞３８の体積は増加している。ばね要素７２ａは、変形可能要素２２ａへ印加される力を減少し得るが、配置されなくてもよい。基板の開口部２６に隣接する第１部分空洞４２は、第１電気機械トランスデューサと第２電気機械トランスデューサの梁構造の間、および／またはアクチュエータ２２ａと２２ｂとの間に配置してもよい。
言い換えると、図８ａおよび８ｂは、それぞれ、変形例の概略三次元表示および上面図を示している。この構造では、ＭＥＭＳトランスデューサのチップ表面積を非常に効率的に活用することができる。図２ａ〜図２ｃを参照に説明した基本構成のように、曲げアクチュエータのみを、またはそれを主に使用することができる。すなわち、追加の剛性プレート要素を省略してもよい。図８ａに示されるように、チャンバ４２は、２つの撓んでいないＳアクチュエータ２２ａおよび２２ｂによって画定される。左側（−ｘ方向）を画定するＳアクチュエータ２２ａは、その両端で、図面の上部および／または下部における残りの構造要素に接続可能である（すなわち、＋または−ｙに沿って）。右側を画定するＳアクチュエータ２２ｂは、ポスト（アンカー要素）８４に取り付けられてもよい。前記Ｓアクチュエータの両端は自由に移動可能であってもよい。ポスト８４は、上蓋３２ａおよび下蓋３２ｂにそれぞれ固定的に接続されてもよい。信号が印加されると、両方のアクチュエータがＳ字型に変形する。図８ａでは隠れている、凹部の影響を受けるばね要素７２ａは、張力緩和に供される。図８ｂの紙面内で、ばね要素７２ａは横運動方向２４に沿って固定的に挟まれるように、横運動方向２４に沿って要素４８内に配置される。例えば、図８に示されるように、ばね要素７２ａは、スペーシング層３４ａおよび３４ｂに、当該スペーシング層に基づいて固定接続されてもよく、挟まれてもよい。あるいは、層３４ａおよび３４ｂは、ばね要素７２ａがスペーシング層３４ａおよび／または３４ｂと接触しないようにパターン化されてもよい。これにより柔軟性を向上できる。
図８ｃおよび図８ｄに示すように、Ｓアクチュエータ２２ａの膨張は、Ｓアクチュエータ２２ａの中心がＳアクチュエータ２２ｂの中心に接触しそうになるほど、ポスト８４に向かって移動するものであり得る。同時に、Ｓアクチュエータ２２ｂの自由端も、Ｓアクチュエータ２２ａの固定された挟持部に向かって接触しそうになるほど移動する。両方のＳアクチュエータの作動形状は、同一または略同一であってもよい。これにより、チャンバ４２は、アクチュエータが十分に撓むと、実質的にまたはほぼ完全に閉じ得る。したがって、チャンバ４２の元の体積のすべてが、体積流量を生成するため、または体積流量を検出するために使用され得る。チャンバ４２の体積が減少する分だけ、チャンバ３８の体積を増し得る。したがって、流れに影響を与える要素の寸法を適切に設定することで、動的効果により、チャンバ３８および４２の間で生じ得る過剰な圧力差が、アクチュエータ移動に影響することを防止できる。要素４６および４８は、アクチュエータ２２ｂの自由端からの距離が、端部の撓みにかかわらず、小さく、さらに／あるいはほぼ一定であるように構成されてもよい。アクチュエータ２２ａのストレインリリーフを実現するために、上述のように、屈曲ばね要素７２ａが配置されてもよい。
上述の実施形態は、生じる流路内に配置されるさらなるアクチュエータを含んでもよい。さらなるアクチュエータは、例えば、電気機械トランスデューサ１８のように、音を生成可能にするのに直接供されるのではなく、流れ特性を可変設定するように利用可能であり得る。したがって、例えば、減衰、すなわち共振曲線の幅は、構造要素（ＭＥＭＳトランスデューサ）の動作中に各チャンバに必要に応じて柔軟に、かつ個別に適合させられ得る。
当初の推定として、従来技術による膜スピーカのアクティブ領域あたりの体積の変化（ΔＶ／Ａ）は３．７５μｍと推定された。以下で説明するように、これは、アクティブ領域の推定値△Ｖ／Ａを取得するために、マイクロ回路技術で有用な寸法を使用して、図８ａ〜図８ｃに示すＭＥＭＳトランスデューサに対して再推定され得る。この目的のために、アクチュエータの幅（図８ａのｘ方向）の値は５μｍと仮定される。ポスト８４の幅も同様に５μｍの値を有し得る。チャンバ３８の側壁を形成するアクチュエータの距離（例えば、図８ａおよび図８ｂの撓みなし状態）は、１０μｍであると仮定される。チャンバ４２の側壁を形成するアクチュエータの距離（図８ａおよび図８ｂの撓みなし状態）は、１００μｍであると仮定される。次に、体積流量の生成に使用されるアクティブ領域の割合を示す平面充填係数Ｆｐは以下のようになり得る：
Ｆｐ＝１００／（５＋１００＋５＋１０）＝８３％。
Ｆｐ＝１００／（５＋１００＋５＋１０）＝８３％。
ΔＶ／Ａは、次のように表され得る：ΔＶ／Ａ＝ＡｘＦｐｈ／Ａ＝Ｆｐｈ
上記の式では、ｈはチャンバの高さ（例えば、図８ａのｚ方向）を示し得る。簡単に言うと、この目的のためにアクチュエータの高さのみを仮定してもよい。スペーシング層３４ａおよび３４ｂの厚さは無視してもよい。膜スピーカの上記３．７５μｍと比較すると、アクティブ領域ごとに同じ体積流量を提供するために、アクチュエータの高さは３．７５μｍ／Ｆｐ（つまり４．５μｍ）であればよいことは明らかである。追加のオーバーヘッドなしで微細機械技術で製造できるアクチュエータの厚さｈが約５０μｍの場合、ＭＥＭＳ膜スピーカの値の１０倍になり得る。
上記の式では、ｈはチャンバの高さ（例えば、図８ａのｚ方向）を示し得る。簡単に言うと、この目的のためにアクチュエータの高さのみを仮定してもよい。スペーシング層３４ａおよび３４ｂの厚さは無視してもよい。膜スピーカの上記３．７５μｍと比較すると、アクティブ領域ごとに同じ体積流量を提供するために、アクチュエータの高さは３．７５μｍ／Ｆｐ（つまり４．５μｍ）であればよいことは明らかである。追加のオーバーヘッドなしで微細機械技術で製造できるアクチュエータの厚さｈが約５０μｍの場合、ＭＥＭＳ膜スピーカの値の１０倍になり得る。
剛性プレートを一切使用せずに構成されたＭＥＭＳトランスデューサ８０による実施形態では、プレートを含み、さらなる変形可能要素を変形可能要素とプレート要素との間に含み得る変形例と比較して、機械部品と機械的接続の数が確実に減少するため、寄生振動の処理または低減がかなり容易になり得る。例えば、図７ｂおよび７ｃに示すように、アクチュエータを直列に接続することは、より大きなストロークおよび／またはより大きな力を実現し得る。
図９は、積層体９０の概略斜視上面図を示す。積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａを含み、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａは、さらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび８０ｃに接続されて積層体９０を形成し、積層体９０内に配置される。ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａおよびさらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃの電気機械トランスデューサは、まとめて制御可能であってもよい。したがって、チップの表面積を変えることなく、生成または検出され得る体積流量が増加する。積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａ、８０ｂ、および８０ｃを含むように説明されているが、他のＭＥＭＳトランスデューサ１０、２０、および／または５０がこれらに加えて／替えて配置されてもよい。積層体９０は３つのＭＥＭＳトランスデューサを含むと説明されたが、異なる数のＭＥＭＳトランスデューサ、例えば２、４、５、６個、またはそれ以上のＭＥＭＳランスデューサを含むことができる。積層体９０内に配置されたＭＥＭＳトランスデューサおよび／または隣接するＭＥＭＳトランスデューサの空洞または部分空洞は、互いに接続されてもよい。空洞または部分空洞は、例えば、各ＭＥＭＳトランスデューサ間の層に設けられた開口部を通じて接続されてもよい。電子回路１７は、１つ以上のＭＥＭＳトランスデューサを制御するように、すなわち、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成され得る。したがって、積層体９０は、少なくとも１つまたはいくつかの電子回路１７を含むことができる。
言い換えれば、ウェハまたはチップ（ＭＥＭＳトランスデューサ）は、例えばシリコン技術に基づいた接合方法によって積層できる。そのため、この場合、従来の膜スピーカとは異なり、体積流量がさらに増加し得る。積層する前に、個々のウェハまたはチップを薄くする技術を採用することで、積層体の高さを低くすることができる。そのような技術は、例えば、エッチングプロセスおよび／または研削プロセスを含み得る。
互いに隣接して配置された層３２ａおよび／または３２ｂの層厚の削減は、前記層の一方または両方が除去される程度まで実行されてもよい。さらに／あるいは、積層体の高さを低減するため、特定の下蓋および／または上蓋（層３２ａおよび／または３２ｂ）が不要になるように製造処理が実行されてもよい。例えば、積層体９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃがそれぞれ層３２ｂを含まないように構成され得る。
図１０は、ＭＥＭＳトランスデューサ１００の一部の概略斜視上面図を示し、変形可能要素２２ａ〜ｄは、基板１４の側面間に配置されている。変形可能要素２２ａおよび２２ｂは、アンカー要素８４ａを介して間接的に接続される。したがって、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの端部が基板（アンカー要素８４ａでも良い）に固定的に接続され、したがって（強く）固定され得る。したがって、変形可能要素２２ａ〜ｄまたはさらなる実施形態に係る他の変形可能要素がそれぞれ梁構造を備え得る。梁構造は、第１端部および第２端部で固定的に挟まれてもよい。変形可能要素２２ａ〜ｄおよび／または梁構造の端部を固定することにより、変形可能要素の事前撓み（例えば、層張力勾配による）の低減または大幅な低減が可能になる。したがって、蓋とアクチュエータの間の間隙がはるかに小さくなる。これは、いくつかの用途において、効率に関して非常に有利となる。
変形可能要素２２ａ〜ｄは、例えば、各場合において両側で固定的に挟持される。固定された挟持は、基板１４および／またはアンカー要素８４ａおよび／または８４ｂに変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂを配置または生成することにより実現できる。破線８８は、撓みなし状態を示す。一方、連続的な梁９２は、変形可能要素２２ａ〜ｄの撓み状態を示す。基板１４の要素９４ａおよび９４ｂにより、変形可能要素２２ａ〜ｄがｙ方向に沿って位置決めできる。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの対となる位置は、要素９４ａおよび９４ｂに基づいて変位させることができる。互いに隣接しておよび／または対で配置される電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、互いに反対に変形可能であってもよい。
変形可能要素２２ａおよび場合によっては反対側に位置する変形可能要素２２ｃは、変形により部分空洞部位９６ａに影響を与え得（すなわち変形に基づき部分空洞部を増加または減少させ得る）、さらに／あるいは部分空洞部位９６ａ内部の体積流量に基づいて変形するように構成され得る。変形可能要素２２ｂおよび場合によっては反対側に配置された変形可能要素２２ｄは、部分空洞部位９６ｂに影響するように構成されてもよい。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、例えば、アンカー要素８４ａおよび８４ｂの領域で互いに接続されてもよい。変形可能要素２２ａ〜ｄの変形は、変形可能要素２２ａおよび２２ｃ、ならびに２２ｂおよび２２ｄがそれぞれ異なる周波数で変形するように生じてもよい。すなわち、部分空洞部位９６ａ内の体積の変化が生じる周波数が、部分空洞部位９６ｂの体積が変化する周波数と異なってもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサがスピーカとして使用される場合、周波数が異なる体積の変化に基づいて、部分空洞の各部分内で異なる周波数が得られ得る。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１００がマイクロフォンとして使用される場合、部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、例えば、異なる共振周波数を有し得る。あるいは、さらなる部分空洞部位およびさらなる変形可能要素をｙ方向に沿って配置することができる。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、例えば、さらなる周波数を生成するか、さらなる共振周波数を含むことができる。
あるいは、変形可能要素２２ａおよび２２ｂまたは変形可能要素２２ｃおよび２２ｄは、互いに直接接続されてもよい。例えば、アンカー要素は、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形に影響を及ぼすように、１つ以上の変形可能要素２２ａ〜ｄの中央領域内に配置されてもよい。したがって、変形可能要素２２ａおよび２２ｂは互いに直接接続され得る。あるいは、ばね要素または異なる要素を変形可能要素２２ａと２２ｂとの間に配置することも可能である。
ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、第１期間中に、開口部２６から＋ｙ方向に体積流量１２が生じ、続く、第２期間中に、開口部２６から−ｙ方向に体積流量１２が生じるように構成され得る。
言い換えると、図１０は、すべてＳ字形となり得るアクチュエータが配置された構成を示している。原理を説明するために、Ｓ字形アクチュエータは、図では作動状態（実線９２）および非作動状態（破線８８）の両方で提示され得る。作動状態と非作動状態は、設計によって入れ替え可能である。Ｓ字形アクチュエータ（変形可能要素２２ａ〜ｄ）は、それらの端部の一方（上端）および端部の他方（下端）の両方で固定されてもよい。この目的のために、アンカー要素８４ａ〜ｂを使用してもよい。アンカー要素８４ａ〜ｂは、層３４ａ、３６および３４ｂから形成され、層３２ａおよび／または３２ｂに接続されてもよい。この構成では、Ｓ字形アクチュエータの自由端と要素９４ａまたは９４ｂとの間の距離は省略できる。これにより、バイパス流の損失が低減でき得る。最初の基板は、アクチュエータがそこから製造されるように処理されてもよい。前記最初の基板は、層張力勾配を含んでもよく、またはアクチュエータの製造中に層張力勾配が導入されてもよい。それによって生じる変形可能要素の撓みは、アンカー要素８４ａおよび／または８４ｂが設けられることで低減または防止され得る。特に、変形可能要素を両側に懸垂することにより、層３２ａまたは３２ｂの一方の方向への撓みを低減または防止することができ得る。したがって、スペーシング層３４ａおよび／または３４ｂは肉薄に設計されてもよく、これにより、バイパス流の損失が低減され得る。各チャンバ（部分空洞部位９６ａまたは９６ｂ）は、２つのＳ字型アクチュエータによって画定されてもよい。図１０の例では、２つのチャンバが直列に接続され得る。直列に接続されたチャンバの数は、音響特性、特にＳ字型アクチュエータおよび／またはアクチュエータチャンバシステムの共振周波数を考慮しながら、チップ上で利用可能になる表面積に基づいて選択可能であってもよく、１から多数の間で可変であり得る（例えば３、５、１０個よりも多くてもよい）。
要素９４ａおよび９４ｂが、任意に配置されてもよい。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、この要素なしで構成されてもよい。例えば、アクチュエータの対応する部分が、電気機械トランスデューサおよび／または変形可能要素の特定の設計または制御のために撓まない場合、要素９４ａまたは９４ｂによる基板１４からの距離を省略できる。多Ｓ形状アクチュエータ（波状アクチュエータ）を構成してもよい。特に、長さが増加するにつれて梁の（変形可能要素の）共振周波数が低下し得るので、この配置に基づいて低共振周波数が実現できる。
図１１ａは、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０のセクションの概略上断面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂは、図１０の構成と異なり、基板１４の横方向（例えばｘ方向）に対して斜めに配置されている。ＭＥＭＳトランスデューサ１００の延在と同一のｙ方向に沿った延在により、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂは、より長く軸方向に延在し得る。これにより、より大きな部分空洞部位９６ａおよび／または９６ｂ、および／または、より多数の直列接続された部分空洞部位および／または変形可能要素を実現できる。
変形可能要素の外側梁セグメント３０ａは、アンカー要素８４を介してさらなる変形可能要素の外側梁セグメント３０ｃに間接的に接続されてもよい。あるいは、梁セグメント３０ａおよび３０ｃは、直に、すなわち直接互いに接続されてもよい。
言い換えれば、図１１ａは、図１０の記載から、アクティブ領域が４５°回転したさらなる実施形態を示す。さらに使用可能なチップの表面積が大きくなり得る。漏斗状の開口部２６は、好ましくは音がチップ縁部領域に対して垂直に、すなわち＋または−ｙ方向に沿って放出されるように設計することができる。
上述の変形可能要素のそれぞれは、相互接続された複数の変形可能要素として形成されてもよい。
図１１ｂは、例えばポンプとして使用され得るＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の概略上断面図を示す。図１１ａのＭＥＭＳトランスデューサ１１０と比較すると、部分空洞部位９６ａおよび９６ｂが、２つの開口部２６ａおよび２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の周囲に接続され得る。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂは、開口部２６ａを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第１側面９７ａに接続されてもよく、開口部２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第２側面９７ｂに接続されてもよい。第１側面９７ａと第２側面９７ｂとは、例えば、反対側に位置するように配置されてもよい。あるいは、側面９７ａおよび９７ｂはまた、互いに傾斜してもよい。例えば、側面９７ａまたは９７ｂの一方は、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の側面を含んでもよく、他方の側面９７ｂまたは９７ａは、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の主側面（例えば、上面または底面）を含んでもよい。
変形可能要素２２ａ〜ｄの変形に基づいて、第１側面９７ａから第２側面９７ｂへ、またはその逆に流れる流体が、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’を介して生成可能であり得る。例えば、第１期間中に、変形可能要素２２ａおよび２２ｃが変形し、部分空洞部位９６ａの体積が減少し得る。第２期間中に、部分空洞部位９６ｂの体積が減少し得る。体積の減少または増加の順序に、体積流量１２の方向が影響され得る。あるいは、いくつかの部分空洞部位を前後に配置すること、または１の部分空洞部位のみを配置することも可能である。
簡単に言うと、スピーカと同様、体積流量１２が往復するのではなく、ＭＥＭＳトランスデューサを流れる際の原理に従って体積流量１２が生成されて、ポンプの機能が実現され得る。ＭＥＭＳトランスデューサの入口側および出口側は、互いに反対側に配置することができるが、代替的に、互いに傾斜して配置するか、同じ側に配置し、互いに位置的または流体的に離間させることもできる。部分空洞部位９６ａおよび９６ｂを含む空洞は、基板の開口部２６ａおよび２６ｂを含むことができる。電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも一方は、流体に基づいて体積流量１２を提供するように構成されてもよい。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも１つは、電気機械トランスデューサの作動に基づいて、流体を第１開口部２６ａを通じて空洞に向かう方向に搬送するか、同作動に基づいて、流体を第２開口部２６ｂを通じて空洞から離れる方向に搬送するか、あるいはこれとは逆に搬送するように構成されてもよい。
ポンプ機能はＭＥＭＳトランスデューサ１１０’に関連して説明されているが、ここで説明される他の実施形態も、空洞、部分空洞または少なくとも１つの部分空洞部位の開口部の配置により、例えば、ポンプまたはマイクロポンプとしても使用可能であり得る。
変形可能要素２２ａおよび２２ｅが同時に撓む場合、負圧（あるいは過圧）が介在体積内に生じ、この圧力が変形または撓みを打ち消す。体積は例えば層３２ａおよび／または３２ｂに開口部を有してもよい。これにより、前記体積内の圧力均等化が実現できる。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’のより効率的な動作が図られる。
図１２ａは、例えば第１状態でＭＥＭＳポンプとして使用され得るＭＥＭＳトランスデューサ１２０の概略図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１２０は、例えば、２つの変形可能要素２２ａおよび２２ｂを備え、これらは梁構造を有し、両側で基板１４に挟持または固定して挟持される。あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサ１２０は、１つの変形可能要素または３つ以上の変形可能要素で構成されてもよい。
図１２ｂは、第２状態のＭＥＭＳトランスデューサ１２０を示す。少なくとも１つの変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの変形に基づいて、図１２ａに示す第１状態から第２状態に遷移できる。変形可能要素（複数可）の形状復元に基づいて、第２状態から第１状態に遷移できる。第２状態において、例えば、変形可能要素２２ａと２２ｂとの間の部分空洞３８が、第１状態と比較して大きい。第１状態から第２状態への遷移中に、部分空洞３８内に負圧が生じ得る。第２状態から第１状態への遷移中に、部分空洞３８内に負圧が生じ得る。
変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに基板１４は、それぞれの間に部分空洞４２ａおよび４２ｂが配置され、その体積は、変形可能要素の変形により、部分空洞３８の体積と相補的に減少または増加し得、さらに部分空洞３８に対して相補的に、過圧または負圧が実現され得る。
各開口部２６の領域に、バルブ構造８５ａ〜ｆが配置されてもよい。１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは、例えば、基板１４の材料から形成され得る。バルブ構造は、基板１４の１つ以上の層と一体的に形成されてもよく、例えば、エッチングプロセスによって製造されてもよい。
バルブ構造は、少なくとも一方向に沿って開口部２６を通る体積流量１２の通過を妨げる、すなわち減少または防止するように構成されてもよい。例えば、バルブ構造８５ｂ、８５ｄ、および８５ｆは、それぞれの部分空洞からの流体の流出を低減または防止するように構成されてもよい。さらに／あるいは、バルブ構造８５ａ、８５ｃおよび８５ｅは、それぞれの部分空洞への流体の進入を低減または防止するように構成されてもよい。１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは、受動的に構成されてもよい。すなわち、片側が固定された曲げ梁構造または舌状構造として構成されてもよい。さらに／あるいは、１つ以上のバルブ構造８５ａ〜ｆは能動的に構成されてもよい。すなわち、電気機械トランスデューサまたは変形可能要素として構成されてもよい。簡単に言うと、バルブ構造８５ａ〜ｆとＭＥＭＳトランスデューサの他のアクチュエータ（電気機械トランスデューサ）を作動可能であり得る。
バルブ構造８５ｄは、例えば、バルブ構造８５ｃにより部分空洞３８への体積流量１２の流入が低減または防止された状態で、部分空洞３８内の負圧に基づいて体積流量１２が部分空洞３８に流入できるように構成することができる。図１２ｂに示すように、部分空洞３８内に過圧が生じる場合、バルブ構造８５ｄにより部分空洞３８からの体積流量１２の流出が減少または防止された状態で、バルブ構造８５ｃは、過圧に基づいて体積流量１２が部分空洞３８から流出することを可能にするように構成される。
バルブ構造８５ａ、８５ｂ、および８５ｅおよび８５ｆの機能は、それぞれ、部分空洞４２ａおよび４２ｂと同一または同等であり得る。バルブ構造８５ａ〜ｆは、逆止弁とも呼ばれ、それらは、例えば、体積流量１２の好ましい方向の設定を可能にする。
ＭＥＭＳトランスデューサは、例えば、体積流量が、部分空洞３８、４２ａおよび４２ｂから同じ方向（＋ｙ方向）に沿って、第１状態と第２状態との間で遷移が生じる異なる期間中に流れるとように説明した。ただしバルブ構造は、体積流量が少なくとも１つの部分空洞３８、４２ａまたは４２ｂから異なる方向（例えば−ｙ方向）に沿って流れるように配置されてもよい。
バルブ構造８５ａ〜ｆが各開口部２６に配置されるようにＭＥＭＳトランスデューサを説明した。しかし、バルブ構造を開口部２６に配置しないか、または一部の開口部２６にのみ配置してもよい。
バルブ構造は、逆止弁として機能するように受動的に構成してもよいが、バルブ構造は能動的に構成してもよい。つまり、制御可能で、その制御に基づいて、アクチュエータに関してバルブの開閉状態を実現してもよい。特に、各場合において１つの部分空洞に関連する２つのバルブ構造８５ａおよび８５ｂ、８５ｃおよび８５ｄ、または８５ｅおよび８５ｆは、例えばＭＥＭＳトランスデューサに接続された制御手段によって、圧力パルスが体積流量１２内で生じるようにして制御することができる。例えば、電気機械トランスデューサ１８の作動は、部分空洞４２ａ、４２ｂ内部の流体内に過圧または負圧が蓄積され、その後にのみバルブ構造８５ａ〜ｆの開放が制御されるように行われ得る。
言い換えると、そのような圧力パルスを利用すれば、短い圧力パルスによって低周波音波に近似することができる。前後に直列に配置された複数のチャンバを使用することにより、上述の効果がほぼ連続的に発生する。これは、互いに平行に隣接するチャンバでも可能である。図１２ａは、非作動状態の例を示しており、各チャンバには、上部および底部に、それぞれアクティブになるように構成され得る１つのバルブが設けられている。各バルブは個別に開閉できる。部分的な開閉も可能である。バルブ梁は、可動側壁、すなわち変形可能要素と完全に同じように設計および／または動作してもよい。したがって、それらは同じまたは同一のアクチュエータ原理に基づいていてもよい。これに関連して、前記バルブ曲げ梁は、両方向に移動可能に、および／または流体の流れに応じて（曲げアクチュエータバルブによって加えられる対応する反力によって）開口部を閉じるように構成されてもよい（すなわち、移動に必要な非常に小さな間隙以外を閉鎖）。この設定により、特に各チャンバごとに個別に、方向および／または負圧／過圧に関して流体の流れを制御するような完全な柔軟性が保証される。流体の流れの方向が決まっている場合、バルブ梁のストップを使用することもできる（「逆止弁」）。
言い換えると、第１の状態では、黒く描かれた２つのアクチュエータ（変形可能要素２２ａおよび２２ｂ）によって、中央チャンバ（部分空洞３８）が膨張され得、２つの外側チャンバ（部分空洞４２ａおよび４２ｂ）が圧縮される。第１チャンバは、逆止弁８５ｄを介して下部領域からの流体で満たされる。外側チャンバは、逆止弁８５ａおよび／または８５ｅによって流体を上部領域に押し込む。第２状態では、中央チャンバが圧縮される。流体が上部に押し込まれる。外側のチャンバが、下部領域からの流体で満たされる。
図１３は、変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの横方向延在方向９８に沿って互いに接続された、第１変形可能要素２２ａおよび第２変形可能要素２２ｂの概略図を示す。ばね要素１０２が、変形可能要素２２ａと変形可能要素２２ｂとの間に配置される。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂにおいて機械的に生じる復元力を低減させ得る。例えば、ばね要素１０２は、方向９８に垂直な方向９８’において剛性が低く、方向９８および９８’に対して、空間的に直行してもよい方向９８”において剛性が大きい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂならびにばね要素１０２は、例えば、変形可能要素２２ａとしてＭＥＭＳトランスデューサ１１０内に配置されてもよい。
言い換えると、適切なばね要素１０２は、Ｓ字形アクチュエータ２２ａ〜ｄの張力緩和を実現するために配置されてもよい。当該アクチュエータは、アクチュエータの両側で、固定位置で、または例えば固定位置間の領域（例えば中央）においても固定される。例えば、ばね要素１０２は、アクチュエータの中心に使用され、所望の方向（９８’）で特に柔軟であり、２つの方向（９８および９８”）で硬い（すなわち、剛性が高いまたは比較的高い）。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの撓み可能な端部の間に配置されてもよい。ばね要素１０２の剛性は、横運動方向２４に垂直な方向よりも、横運動方向２４で低くてもよい。
図１４は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０と異なり、互いに接続され、共有層３２を含むＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよびＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂを含む積層体１４０の概略図を示す。すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ８０の層３２ａまたは３２ｂが省略されている。電子回路１７は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂをまとめて制御するように構成されてもよい。あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂはそれぞれ、対応する電子回路を備えてもよい。
さらに、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａは、層３２ｂ内に開口部２６を有してもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ８０に対して、体積流量１２の排出方向および／または体積流量１２の進入方向が直角に傾いてもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサの蓋表面が積層体の外側を形成し得る。ＭＥＭＳトランスデューサは、第２ＭＥＭＳトランスデューサに面する側とは反対側を向くように配置された蓋表面に開口部を有してもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの体積流量１２は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂの体積流量に対して垂直にまたは反対に空洞を出入りする。
ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａは、その上に膜要素１０４が配置される。膜要素１０４は、空洞から膜要素１０４を通る体積流量１２の流出、または空洞１６への体積流量１２の流入が少なくとも部分的に防止されるように配置することができる。空洞は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの外側に配置された領域と、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと膜要素１０４との間に配置される領域とにまで延在してもよい。体積流量１２に基づいて、膜要素１０４が撓み得る。膜要素１０４は、例えば、フレーム構造１０６によってＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａ上に配置されてもよい。フレーム構造１０６は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの側面、例えば層３２ｂの主側面に配置されてもよい。
または、９０°以外の角度で傾けてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂは、層３２ｂにまたは層３２ｂ内に開口部を有してもよく、それにより、体積流量１２は、積層体１４０の２つの側面の空洞に出入りすることができる。前記側面は互いに対向するように配置される。
さらに／あるいは、積層体１４０は、さらなるまたは別のＭＥＭＳトランスデューサ、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０または８０、を含んでもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと８０’ｂとの間に配置されてもよい。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの対応する方向に垂直な方向に沿った空洞へのまたは空洞からの体積流量１２の流入または流出が可能になる。
言い換えると、音出力開口部２６は、チップ側面ではなく、下蓋３２ａおよび／または上蓋３２ｂに設けられてもよい。図１４は、これを簡略化して示す。上蓋３２ｂの開口部２６は視認可能である。同様の開口部が下蓋３２ｂに配置されてもよいが、斜視図では視認不能である。層３２も、開口部を含んでもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂの空洞、部分空洞および／または部分空洞部位は互いに接続されてもよい。（ｚ方向に沿って）垂直に重ねられた各チャンバは、層３２内の開口部を介して互いに接続され得る。
１つ以上の棒要素（グリッドウェブ）４４を含み、減衰設定用に構成され、特に粒子からの保護用に構成され得る格子は、図１４に記載の変形例においてもシンプルに実現され得る。例えば、上蓋３２ｂおよび／または下蓋３２ａの開口部２６は、湿式または乾式化学エッチングプロセスによって形成されてもよい。エッチングの前に、開口部のエッチングに対して適切に高い選択性を有する追加の薄い層に、所望の格子をパターニングしてもよい。開口部２６をエッチングするために、最適で高度な等方性および／または横方向のアンダーカットを有するエッチングプロセスを選択することができる。これにより、グリッドウェブ４４のアンダーカットが得られる。例として、格子は酸化シリコンまたは窒化シリコン層で作成され、蓋はシリコンからパターニングされ手もよい。その後、蓋は深反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によってパターニングされてもよい。前記プロセスは、マイクロメートル単位のアンダーカットが実現できるように設定されてもよい。あるいは、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）および／または硝酸（ＨＮＡ）を用いて湿式化学エッチングを行ってもよい。
下蓋３２ａおよび上蓋３２ｂの開口部が漏斗形状になるように設計されている場合、音出口面はチップ表面積の大きな割合を占める可能性があり、場合によっては、ＭＥＭＳトランスデューサ８０のように側面に出口を有するＭＥＭＳトランスデューサと比較して大きくなるように設計される。このような選択肢は、音響特性と減衰に関して、より多くの創造的展開の余地を残す。蓋３２ａおよび３２ｂの音出力開口部と蓋面３２ａおよび３２ｂの間の側面との組み合わせが、さらなる実施形態の特徴となる。高度に集積されたシステムの好ましい変形例は、上方向に音を発するように蓋３２ｂに開口部を取り付けること、およびシンプルに構造要素（例えばプリント基板上に）を適用できるように側面に圧力均等化開口部を取り付けることを含む。
概して、音入口開口部および／または音出口開口部２６は、音響特性および／または減衰特性が目標通りに設定されるように設計され得る。下層３２ａおよび上層３２ｂはそれぞれ、原則として振動可能であり得る。前記要素の振動は、介在層３４ａおよび３４ｂおよび／または３６に存在する適切な追加の接続要素によって、例えばアンカー要素８４によって、抑制および／または低減することができる。抑制または低減することは、振動を可聴音以外の周波数範囲にシフトすることを含む。さらに／あるいは、層３２ａおよび／または３２ｂの振動はまた、音響放射を最適化するという目標に合わせて実現してもよい。また、対応するパターニング（連続開口部または止まり穴）によって、層内で選択的接続を行い、層３２ａおよび３２ｂの剛性レベルおよび／または音響特性をさらに設定することも可能である。
上蓋３２ｂに膜を適用することも可能である。膜は、チャンバの体積流量１２によって振動させられる。これを、破線１０４によって概略的に示す。シンプルな場合、フレームの形態のスペーサ１０６は、膜１０４をその上に配置または固定することができ、この目的のために上蓋３２ｂに配置することができる。そのような膜１０４は、既知のマイクロメカニカルプロセスにより製造することができる。あるいは、膜１０４は、空洞または部分空洞の内部に配置され、かつ／または１つの開口部のみまたは開口部２６の一部のみを覆うこともできる。
ＭＥＭＳトランスデューサの前述の実施形態のいくつか（例えば、ＭＥＭＳ構造スピーカ要素）に適用できることとして、部分体積流量を、例えばその他チャンバのいくつか、一部、またはすべてとは独立して、部分空洞または部分空洞部位内に生成できるチャンバがある。横方向および／または縦方向に隣接する部分チャンバからなるチャンバを実現してもよい（横方向：例えば図１０および図１１を参照）（縦方向：例えば図１４を参照）。その組み合わせの実施形態もあり得る。そのような連続した部分チャンバ（例えば、部分空洞部位９６ａおよび９６ｂ）は、他のチャンバまたは部分チャンバと関係して、または独立して部分体積流量を生成するために使用されてもよい。独立して体積流量を生成するチャンバ（部分空洞）は、モノチャンバとも称され得る。いくつかの部分チャンバ（部分空洞部位）に基づいて体積流量を生成できるチャンバは、複合チャンバと呼ばれ得る。
上述の実施形態は、両方の種類のチャンバを適宜組み合わせることができるように変形可能である。したがって、モノチャンバのみまたは複合チャンバのみが設けられた実施形態が可能である。あるいは、両方の種類のチャンバが設けられた実施形態も可能である。
言い換えると、モノチャンバのみを使用する場合、すべてのアクチュエータ／チャンバシステムの共振周波数が同一になるように、あるいは異なるように設計されてもよい。例えば、音響放射における特定の周波数範囲は、対応するモノチャンバの数の増加によって強調され得る。特に、格子開口部、または一般的に音出力開口部および／または流路の寸法設計により、減衰を介した共振周波数と共振曲線の幅を広げることで、周波数応答の設定（周波数に基づく音圧レベル）が実現され得る。これに関して、周波数応答の平滑化が極めて重要となる。
部分空洞および／または部分空洞部位は、異なる周波数で体積流量を放出してもよく、さらに／あるいは体積の空間的広がり、電気機械トランスデューサの幾何学的形状、および／または電気機械トランスデューサが動作する周波数に基づいて体積流量の特定の周波数を検出するように最適化されてもよい。
さらなる実施形態では、モノチャンバのみが使用される。音出力開口部は、もっぱら横方向にのみ配置されてもよい。３つのチップ／ウェハ（ＭＥＭＳトランスデューサ）を上下に積み重ねてもよい。上部チップは、第１（例えば、高）周波数範囲内の音響放射用に最適化されてもよい。第２（例えば中間）ＭＥＭＳトランスデューサは、第２周波数範囲（例えば、中域周波数）に適合させてもよい。第３ＭＥＭＳトランスデューサは、第３の周波数範囲（低周波数用）に適合されてもよい。これにより、３ウェイスピーカが得られ得る。３つのチャネル（３つのＭＥＭＳトランスデューサ）は、チップ内に次のように配置されてもよい。すなわち、横方向に、第１数Ｎ１のチャンバが高周波に使用され、２番目の数Ｎ２のチャンバが中域周波数に使用され、３番目の数Ｎ３が低周波数に使用されてもよい。この原理は、横方向に、また積層体の場合は垂直方向に、Ｎウェイシステムに容易に拡張できる。さらなる実施形態において、Ｎウェイシステムは、対応する高調波のフーリエ合成を介して、最低周波数を構成する周波数Ｎ＊ｆ１、ｆ１を有する音が生成されるように設計される。
これは、少なくとも１つのさらなるＭＥＭＳトランスデューサとともに積層体を形成するようにＭＥＭＳトランスデューサを設けるができることを意味する。例えば、横方向（例えばｘ方向）および／または厚さ方向（例えばｚ方向）に沿って少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサを設けて積層体を得ることが可能である。さらに、ＭＥＭＳトランスデューサは、互いに距離を空けて配置することもできる。ＭＥＭＳトランスデューサの空洞および少なくとも１つのさらなる（第２）ＭＥＭＳトランスデューサの空洞は、異なる共振周波数を有し得る。
アクチュエータ動作、すなわち変形可能要素が能動的に変形することにより、Ｎウェイスピーカが得られ得る。ここで、Ｎは異なる共振周波数を持つＭＥＭＳトランスデューサの数を示す。センサ動作の場合、例えば、異なる複数のＭＥＭＳトランスデューサを使用することにより、体積流量の異なる周波数範囲が検出され得る。これにより、例えば、体積流量のフーリエ合成を実行できる。例えば、制御デバイス１２８は、ＭＥＭＳトランスデューサおよびさらなるＭＥＭＳトランスデューサの１つ以上の電気機械トランスデューサの変形可能要素の変形を検出するように構成されてもよい。制御デバイスは、電気信号に基づいてフーリエ合成（フーリエ解析）を計算し、結果を出力するように構成されてもよい。
上述したモノチャンバを使用する例は、複合チャンバを使用して実現されてもよい。その場合、複合チャンバの各部分チャンバは同一の共振周波数を有する。
複合チャンバを使用する場合、隣接する部分チャンバも、共鳴極大の対応する位置により、異なる周波数に対応し得る。例えば、３つの部分チャンバにより３ウェイシステムが得られ得る。例えば後方部分チャンバ（軸方向に沿った最初の部分）において低周波で変調された気流は、さらに中央部分チャンバ（軸方向に沿った２番目の部分）で中周波変調を受け、さらに前方チャンバ（軸方向に沿った３番目の部分）で高周波変調を受ける。
同じ音圧を生成する際、必要なストローク、つまり電気機械トランスデューサの撓みは低周波数よりも高周波数で小さくなる。すなわち、高周波で使用されるチャンバまたは部分チャンバは、チャンバ体積、および／またはアクチュエータとして機能してチャンバを画定する側壁間の距離がより小さく設計され得る。
動作中、同じ周波数のチャンバ間の制御を介して位相オフセットが実現され得る。これにより、波面は傾斜し、表面に垂直に波面は出力されない（フェーズドアレイ）。
上述の、そして以下のすべての変形例では、各チャンバは、空気が当該チャンバに流入する際、圧力均等化を実現するために空気が流入する少なくとも１つの別のチャンバに囲まれている。空気流の方向は逆もあり得る。これは特に、該チャンバ間に仕切り壁が存在しない場合に明らかである。すなわち、アクチュエータの動作中、一方のチャンバの体積が増加すると同時に他方のチャンバの体積が減少するのである（逆も同）。
例えば、補聴器またはインイヤーヘッドフォンなどのスピーカでの用途では、外気（つまり、耳の外側の空気）はスピーカ内を移動しない。耳の経路内に存在する体積の周期的変化は、例えば膜の振動のみによって生じる。上述の、そして以下のすべての変形例では、実施形態に応じてチップ上面、チップ底面またはチップ側面のいずれかに存在する開口部が閉じた状態を維持することで実現される。このために、該当する箇所にて、棒格子のパターニングは省略される。
一般的に、またスピーカのあらゆる用途に関して、特定の箇所で、棒格子は、完全に閉鎖した膜で置き換えられ得る。これにより、粒子の侵入が最小限に抑えられ、特に汚染および／または腐食性のガスおよび液体内でも動作可能となる。
以下では、曲げアクチュエータの設計と動作の観点に関する方策が提示される。目的は、最適に所望の周波数応答を示すことを可能にすることである。
曲げアクチュエータを個々の要素に細分するいくつかの追加のばね要素を含めることにより、アクチュエータの有効剛性、したがって共振周波数が低減し得る。例として図１５を参照されたい。ここでは、単一のばね要素を使用して、曲げアクチュエータを２つの要素に分割している。２つ以上の要素への細分化は、可聴音の低周波数範囲内の共振周波数を実現するために重要である。この方策を用いなければ、通常の寸法（例えば、幅５μｍ、長さ２ｍｍ、シリコン製）の曲げアクチュエータは、固有振動数がｋＨｚ範囲となる。さらに／あるいは、共振周波数を低減するために、曲げアクチュエータまたは場合によっては既存の剛性プレートに、選択的に追加の質量要素を提供してもよい。そのような要素は、層３６をパターニングするときに、シンプルに提供されてもよい。追加質量△ｍの動作態様は、調和振動子のモデルを例に説明され得る。
剛性ｋのばねを介して吊るされる質量ｍの要素の振動振幅Ａ（ω）は、振幅Ｆ０の力による正弦波励起の場合、次のようになる。
（式３）
ωは励起の角周波数で、ｃは減衰定数である。共振器が準静的範囲内で動作する場合、振幅は質量に依存しない。ω＜＜ω０として、以下のとおりとなる。
Ａ（ω）≒Ｆ０／ｋ （式４）
Ａ（ω）≒Ｆ０／ｋ （式４）
したがって、質量△ｍを追加すると、振動の振幅が変化せずに、共振周波数ω０がより低い値ω０ーに変化する。曲げ作用がその固有振動数の範囲内で動作する場合、この限りではない。ω≒ω０の場合、式３のルート内の第１項は、第２項と比較して無視され得る。したがって、以下のとおりとなる。
Ａ（ω）≒Ｆ０／（ｃω０−） （式５）
Ａ（ω）≒Ｆ０／（ｃω０−） （式５）
ω０−はバイブレータ（共振器）の質量のルートに反比例するため、質量が増加すると、それに応じてω０−が減少する。したがって、振幅が増加する。振幅のゲインは、条件ｃω０−＜ｋで得られる。配向および／または信号に応じて、曲げ梁が一方向または他方向に曲げることができるように構築され得ることは上述のとおりである。したがって、梁が曲がった際に、機械的ばね作用を介した復元力が必ずしも必要ではなくなる。結合されるエネルギーが一定であるとすると、このような曲げ梁に選択された剛性レベルが低いほど、撓みが大きくなる。
上記説明は可聴音範囲に関したものであったが、超音波を生成するために上記構造要素を構成することも可能である。原則として、アクチュエータの代わりに、位置検出要素（ピエゾ抵抗、圧電、容量など）を梁に設けて、構造要素をマイクロフォンとして使用可能にしてもよい。
原則的に、シリコン技術でＭＥＭＳスピーカを製造する際、既知のウェハボンディングと深堀り反応性イオンエッチングを利用できる。アクチュエータの生産は、選択された動作原理に依存し、ここでは考慮されない。この部分は、以下の例示的な手順においてモジュール方式で含まれてもよい。以下の記載は、空気流のための開口部を横方向にのみ有する構造要素に関する。
出発材料として、ＢＳＯＩ（接合型ＳＯＩ）ウェハが使用される。キャリアウェハ（支持基盤）は、ＭＥＭＳ構造スピーカ要素の下蓋３２ａを形成する。ＢＳＯＩウェハの埋め込み酸化物層は、後にスペーシング層３４ａとなり得る。ＢＳＯＩウェハの活性層は、層３６に対応し得る。支持基盤の厚さは５００〜７００μｍで、必要に応じて、プロセスの最後等にさらに薄くしてもよい。埋め込み酸化物層は、５０ｎｍ〜１μｍの厚さを有してもよい。ＢＳＯＩウェハの活性層は、１〜３００μｍの厚さを有してもよい。層３６は、好ましくは、例えば、深堀り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によりパターニングされる。前記パターニングに続いて、埋め込み酸化物層（３４ａ）が、アクチュエータの移動領域内で少なくとも局所的に除去されるか、少なくとも薄くされてもよい。これは、湿式化学的な方法、例えば、ＢＯＥ（緩衝酸化物エッチング）を使用するか、ドライケミカル方式（例えばガス状ＨＦ（フッ化水素酸）を利用）が使用される。アクチュエータの移動領域でスペーシング層３４ａが少なくとも部分的に除去されると、層３４ａとアクチュエータ（変形可能要素）との間のギャップを閉じる、または大幅に低減する低摩擦層は、例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）により堆積される。あるいは、例えば、米国特許第７，８０３，２８１号に記載されているように、適切な層を堆積およびパターニングすることにより、各領域が画定されるのが、ＢＳＯＩウェハ生成用にウェハの結合中であって、結合が完了していない時点でもよい。そのような方法は、上蓋および下蓋に採用され得る。層３４ｂは、例えば反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によりパターニングされることが好ましい。前記パターニングの２つの事例により、層３６および３４ｂ内のすべての要素は、該当する図に示されるように生成される。これには、棒状の格子構造も含まれる。
上記の低摩擦層の堆積は、上蓋（層３２ｂ）にも行ってよい。その場合、前記層は、例えば、結合の前に蓋に設けられる。そしてスペーシング層３４ｂを省略できる。例えば、低摩擦層は、材料を堆積することにより得られ得る。摩擦係数は、例えば、層３２ａ、３４ａ、３４ｂまたは３２ｂの材料よりも１０％、２０％または５０％小さくてもよい。
適切なドーピングにより、層３６は導電体としても使用できる。特に、アクチュエータが異なる周波数で励起される場合、層３６の垂直電気絶縁が好ましい。これは、文献［８］に記載のように、例えば、いわゆる埋め込みトレンチ（ｆｉｌｌｅｄ ｔｒｅｎｃｈ）によって実現できる。電気絶縁のために開放トレンチ（ｏｐｅｎ ｔｒｅｎｃｈ）を利用することも可能である。
５００〜７００μｍの典型的または妥当な厚さを有するシリコンウェハとして形成され、例えば上蓋３２ｂを形成する第２ウェハの上に、パターニングされる層が設けられる。前記層はスペーシング層３４ｂに対応する。前記層の厚さは、埋め込み酸化物層の厚さに対応することが好ましい。スペーシング層の材料として、後に第２ウェハをＢＳＯＩウェハに接合することを可能にする任意の材料を使用することができる。ここでは一例として、酸化ケイ素、好ましくは酸化ケイ素をケイ素に直接結合するための熱酸化物とする。あるいは、ポリシリコンを直接接合に使用してもよい。さらに、上蓋３２ｂの機能とスペーシング層３４ｂの機能の両方がウェハ上に設けられるように、第２ウェハに適切な凹部をエッチングすることもできる。少なくともアクチュエータの移動領域では、アクチュエータ（可動要素）と蓋（層３２ａおよび／または３２ｂ）との間の距離がなくなるように、ウェハが適切な低摩擦層でコーティングされている場合、窪みを省略してもよい。そして２番目のウェハ上の追加の層（パターニング用の補助層（マスキング）を除く）が省略できる。さらに、シリコン上にシリコンを直接結合してもよい。
直接結合に加えて、接着剤結合法も利用できる。その場合、スペーシング層３４ｂはポリマー材料（例えばＰＣＢ）からなる。Ａｕ−Ｓｉ共晶接合法または陽極接合法（Ｎａイオンを含む層）も可能である。しかし、ＣＭＯＳに対応しないので、好ましくない。
２枚のウェハの接合により、ウェハアレイ（ウェハ積層体）製造工程の大部分が完了する。残りは、必要となり得る電気配線と接点、および電気絶縁構造の作成である。これら要素は、先行技術の標準的処理で実現できる。すなわち、導体ラインの製造（例えばＡｌＳｉＣｕのスパッタリングとパターニング）、酸化物の堆積とパターニングによる垂直絶縁、層３６を完全に貫通する開放または充填絶縁トレンチによる横絶縁である。
特に、横方向に配置された開口部を有する構造要素のダイシングには、棒格子の保護が必要となる。これは、例えば、フレーム内の構造要素を、例えば４つの薄いウェブを介して前記フレームに接続することで実現できる。したがって、下蓋３２ａおよび上蓋３２ｂ、ならびに層３４ａ、３６および３６ｂを、これに応じてパターニングする。前記パターニングのために、とりわけ、ＴＭＡＨ、ＫＯＨ、およびＤＲＩＥなどの異方性エッチング方法が可能である。具体的には、棒格子に沿ってパターニングする場合、層３６のＤＲＩＥパターニングを行う変形例が好ましい。ウェハアレイから構造要素を除去するために、ウェブが破壊される。これは、機械的に、または例えばレーザー加工によって実現され得る。
また、ダイシングのために下蓋３２ａ以外、すなわち層３４ａ、３６、３４ｂおよび３２ｂのみをパターニングしてもよい。特に、層３６は、棒格子の垂直延在を実現するために、ＤＲＩＥによってパターニングされてもよい。これにより、チップ表面から下蓋３２ｂまでのトレンチが形成される。そしてこのトレンチは、ポリマー材料（例えばフォトレジスト）で充填されてもよい。ポリマーにより、続くソーイング／ダイシングプロセス中の汚染からの保護が実現される。ソーイング後、ソーイングによるスラリーを除去するために、構造要素が水洗される。その後、ポリマーを適切な溶媒または酸素プラズマで除去する。
横方向の開口部ではなく、下側と上側の蓋の開口部の場合、図１６を参照に説明したように、製造が展開される。上下の開口部は、ダイシングなどのためにフィルムで保護されているため、ソーイングプロセスまたはレーザー切断が可能である。あるいは、開口部は、ダイシングプロセス用のポリマー材料、（例えば、フォトレジスト）によって閉じられてもよい。そしてこのポリマー材料は、溶媒によって、または酸素プラズマ内で除去することができる。
構造要素は、好ましくは、ウェハアレイ内の結合方法によって積層される。次いで、それぞれの層３６の電気接点（ボンディングパッド）によって、またはＴＳＶ（シリコン貫通ビア）を使用する場合、チップの底面に存在するいわゆるバンプを介して、電気的接触を実現できる。ＴＳＶは、積層された個々のチップを電気的に接続するためにも利用できる。積層されないチップの場合、ＴＳＶとバンプも使用できる。
棒格子５４の安定性向上のために、スペーシング層３４ａおよび３４ｂは、棒格子の領域ではパターニングされなくてもよい。
横方向曲げアクチュエータの製造実施に関する好ましい変形例を以下に説明する。
原則として、曲げ梁を作動させるために、公知の静電、圧電、熱機械、および電気力学的作用原理が採用されてもよい。
単純な静電作用原理は、アクティブな曲げ梁がなくても、上に示した構造要素の変形例の一部で実施され得る。ＭＥＭＳトランスデューサ５０は、電位差により、剛性プレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに向かって移動するコンデンサプレートとして構成されるか、またはそれを含むように構成される。その場合、屈曲ばねとして作用する要素６４は、相応の機械的反力を有する。
あるいは、追加的に配置された固定対向電極を介して曲げ梁を直接撓ませることもできる。力または撓みを増加させるために櫛形電極を使用することも可能である。
さらなる静電原理は、固定位置で電極からの距離が非常に小さい、片側に固定された梁の使用に基づく。この電極距離は、固定位置からの距離が増加するにつれて増加する。固定位置では当該距離はゼロであり得る。曲げ梁と電極との間に電圧が印加されると、曲げ梁の一部（電圧の量と梁の剛性レベルによって決まる）が電極と接触する。本明細書で説明される原理に関して、梁と電極との間の空間はチャンバ４２ａを形成し、これは上記のように体積が可変である。
そのようなアクチュエータの基本原理の例は、文献に記載されている。例えば、文献［９］には、垂直撓みアクチュエータが記載されている。電極距離の変化は、曲げ梁の製造中に、選択的に層張力を導入することにより実現される。本出願に記載の構造要素について、アクチュエータは、前記原理に従って、層３６をパターニングすることにより、容易に実現され得る。層３６のパターニング（必ず必要）に加えて、電極と曲げ梁との間に絶縁層を設ける必要があるが、これはマイクロシステム技術の既知の方法によって容易に可能である。曲げ梁はパターニングにより既に所望の形状となっているため、層張力を導入する必要がない。ここで説明するとおり、アクチュエータは横方向に撓むことができ、したがって、上記で説明した構造要素の原理に利用できる。
多数の部品の集積と拡張性の点で、静電作用の原理は利点が多い。磁石やコイルなどの外部コンポーネントは不要である。また、クリーンルーム、特にＣＭＯＳ対応のクリーンルームで使用されるような、汚染に関して重要な材料は不要である。。ただし、これまでの膜によるアプローチにはいくつか欠点がある。すなわち、単一の振動膜または振動板を使用すると、可聴音域全体を不十分なレベルでしかカバーできないのである。膜を準静的な方法で動作させる方式は、この問題を解決する。しかし、共振増大や撓みの欠如のため、得られる体積流量、および／または実現できる音レベルが犠牲になる。後者の２つは、インイヤーヘッドフォンなどの固定音量の場合、次のように相関する。文献［１１］：
（式６）
式中、ＳＰＬは音圧レベルを表し、Ｐ０は通常の圧力、△Ｖはスピーカで実現可能な音量の変化、Ｐｒｅｆは可聴しきい値の尺度を示す基準圧力（２０μＰａ）、Ｖ０は、インイヤーヘッドフォンまたは補聴器の場合の、耳の空洞の体積である（約２ｃｍ３）。
式中、ＳＰＬは音圧レベルを表し、Ｐ０は通常の圧力、△Ｖはスピーカで実現可能な音量の変化、Ｐｒｅｆは可聴しきい値の尺度を示す基準圧力（２０μＰａ）、Ｖ０は、インイヤーヘッドフォンまたは補聴器の場合の、耳の空洞の体積である（約２ｃｍ３）。
したがって、ＭＥＭＳスピーカに関して、チップ表面積あたり、またはスピーカ全体の体積あたり可能な限り大きな体積流量を実現することが望ましい。例えば、動電トランスデューサは、非常に大きな膜の撓みが得られ、したがって、大きな体積流量を実現し得る。ただし、永久磁石が必要なため、設計全体の体積が極めて大きくなってしまう。携帯電話内のスピーカの場合、利用可能な一次元的空間が極めて限られているので、客観的に、この手法は概して限定的に思われる。
圧電曲げアクチュエータの場合、基板上に圧電層を堆積する必要がある。前記圧電層は、例えば、図３の層５８に対応し、これは、例えば、シリコンを含むか、またはシリコンからなる層５６に対して横方向に配置される。前記アクチュエータは、表面微細機械加工により製造可能である。
例えば、文献［１０］に記載の、１つのコールドアームと１つのウォームアームの形態をとる、横方向の熱機械アクチュエータは、上記の層３６のＤＲＩＥパターニングの対応する形状を考慮して、極めて容易に集積できる。
熱機械アクチュエータの変形例として、電流によって加熱されるバイモルフの使用が挙げられる。そのようなバイモルフを製造するために、例えば層３６のパターニング後に、酸化物層を、すべての側壁も被覆されるようにコンフォーマルに堆積してもよい。そして、マスキングおよびエッチングプロセスにより、曲げ要素の一方の側壁を除く任意の箇所で前記酸化物層が除去され得る。
電気力学的動作原理は、両側で固定された曲げ梁に容易に実施できる。電流が梁または別個に取り付けられた導体パターンを流れると、梁は磁場内で撓むように力を受ける。電流の流れの方向は、所望の撓み方向に合わせて、個々の梁に対して選択されてもよい。導体ラインの任意の製造は、標準的な表面微細機械加工によって実現される。この場合、スペーシング層３４ｂの厚さを選択する際に、さらなる形状を考慮すべきである。
曲げアクチュエータの好ましい態様として、低電圧で能動的または受動的に動作可能なように、非常に小さな電極間ギャップを使用することに基づく横方向静電アクチュエータが挙げられる。そのような横方向アクチュエータの例が、欧州特許出願公開第２２６４０５８号に記載されている。この技術によると、上述の変形例のすべてに係る曲げアクチュエータおよび構造的コンポーネントの製造が可能となる。しかもこの製造処理は、上述した構造要素の製造プロセスの主要部分に、簡潔かつモジュール方式で容易に統合することができる。
以下に、側壁、すなわち変形可能要素の移動中に発生するバイパス流損失について説明する。層流を仮定すると、スペーシング層３４ａおよび３４ｂが、層３６の厚さと比較して小さければ、例えば、有用な体積流量（すなわち、外側に漏れる、および／または外側から内部に入る体積流量）に対する、図２ａのチャンバ３８ａへのチャンバ４２ａからの体積流量である、バイパス流の損失を極めて少なく保てることが、シンプルなモデルで示すことができる。側方画定構造から、曲げ梁の自由端の距離についても同様である。両側で固定された曲げアクチュエータの場合は、後者は検討する必要がない。上記の構成について、長方形パイプを通る層流のモデルで流れ損失を計算する。以下の寸法だと、バイパス流により、有効体積流量に対して約３％の損失が生じる：
曲げアクチュエータ：長さ１ｍｍ、高さ３０μｍ、幅１０μｍ
チャンバ：外部への流れ抵抗を計算するために、５０μｍの中程度の幅を想定する。曲げアクチュエータが大きく撓む場合に存在する流れ抵抗が低く見積もられている。
スペーサ層３４ａおよび３４ｂの厚さ：それぞれ０．５μｍ
曲げアクチュエータ：長さ１ｍｍ、高さ３０μｍ、幅１０μｍ
チャンバ：外部への流れ抵抗を計算するために、５０μｍの中程度の幅を想定する。曲げアクチュエータが大きく撓む場合に存在する流れ抵抗が低く見積もられている。
スペーサ層３４ａおよび３４ｂの厚さ：それぞれ０．５μｍ
仮定された寸法は、あくまで例として理解され、微細機械技術により極めて有効に実現され得る。仮定した層流は、パイプの長さに対応してアクチュエータの幅が狭いため（上記：１０μｍ）、不正確であり得る。ただし、乱流の発生により流れ抵抗が増加するため、これは最悪の場合を仮定したものである。そのような乱流を促すため、層３６内の曲げアクチュエータに、適切な横方向に形成された要素を設けることができる。適切な配置は、バイパス流の発生時に渦を形成するものと考えられる。さらに／あるいは、チャンバに面する蓋３２ａおよび３２ｂの面をあえて粗面にすることでも、乱流の形成が促され得る。
図１５は、第１層１１２および第２層１１４を含む変形可能要素１５０の概略側断面図を示す。これらは互いに離間しながら、接続要素１１６を介して接続される。接続要素１１６ａ〜１６ｃは層１１４および層１１２に関して９０°とは異なる角度で傾斜して配置される。例えば、層１１２および１１４は、１つの電極を備えてもよい。あるいは、層１１２および／または１１４のそれぞれに電極を配置してもよい。電位をかけることで、反発力または引力が層１１２と１１４の間に生成され得る。引力または反発力は、要素１１６ａ〜ｃを変形し得る。これにより、変形可能要素１４４の、固定端１１８とは反対側を向く撓み可能端１２２は、横運動方向２４に沿って撓むことが可能となる。
したがって、変形可能要素１５０が第１層１１２と第２層１１４を備え、それらの間にスペーサ１１６ａ〜ｃが配置される。スペーサ１１６ａ〜ｃは、層１１２および１１４の延在方向に対して傾斜して、傾斜方向１２４に配置されてもよい。層１１２と１１４との間に作用する引力により、変形可能要素１５０が曲がり得る。
変形可能要素１５０は、傾斜方向に沿って、平坦であるか、または１つの湾曲を有するように構成されてもよい。あるいは、変形可能要素および／または層１１２および／または１１４は、不連続、例えば鋸歯状で互いに接触するように配置された２つの部位を含んでもよい。
図１６は、電極１２６に隣接して配置された変形可能要素１６０の概略上面図を示す。変形可能要素１６０は、さらなる電極１２７であるか、またはそれを含んでもよい。電極１２６と、変形可能要素１６０のさらなる電極１２７との間にかかる電位に基づいて、静電または電気力学的力Ｆが生成され得る。静電または電気力Ｆに基づいて、変形可能要素１６０の変形が生じ得る。
体積流量または電位（すなわち力Ｆ）の影響を変形可能要素１６０が受けない状態では、変形可能要素の軸方向延在方向９８に沿った変形可能要素１６０と電極１２６との間の距離は可変であり得る。機械的トランスデューサおよび／または変形可能要素１６０が基板１４に接続する領域で、この距離は最小であり得る。これにより、変形可能要素１６０の変形が高度に制御できる。あるいは、電極１２６と変形可能要素１６０との間の延長方向９８に沿った距離は、所望に応じて可変でも一定でもよい。
実施形態によれば、電気機械トランスデューサは、静電トランスデューサ、圧電トランスデューサ、電磁トランスデューサ、動電トランスデューサ、熱機械トランスデューサ、または磁歪トランスデューサとして構成されてもよい。
生成され得る力に基づいて、変形可能要素の変形が発生、確認および／または決定可能であってもよい。
以下の図を用いて、電子回路のいくつかの有利な形態を説明する。
図１７ａは、実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサ１７０の概略斜視図を示す。簡潔性のため、層３６に、例えば図２ａを参照して説明した層３４ａおよび３４ｂも含まれるものとする。ＭＥＭＳトランスデューサ１７０の空洞は、開口部２６を介してＭＥＭＳトランスデューサ１７０の外部環境に接続される。電子回路１７は、電子回路１７の第１部分１７ａが層３２ｂの上または内部に配置されるように、多くの部分を含むように構成されてもよい。電子回路１７のさらなる部分１７ｂは、異なる層（例えば層３２ａおよび／または３６）に配置されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサ１７０は、例えば、電子回路１７に対して電気信号を入力および／または出力するためのコンタクトピンとして機能する貫通接続部１９を、層３２ｂにおいてまたはその内部に有してもよい。
図１７ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０のさらなる概略図を示しており、ここで側面３２ａが前面となっている。電子回路１７の第２部分１７ｂは、層３２ａの上または内部に配置されてもよい。層３２ａはさらに、貫通接続部１９を備えてもよい。貫通接続部の一部は、機能が同一であり得る。貫通接続部は、例えば、積層体全体を通じた貫通接続を実現するために利用できる。ただし、そのうちの１つ、複数、またはすべては、積層体の一部にのみ（例えば変形可能要素まで）使用することとしてもよい。したがって、一例では、貫通接続部１９の一部は、トランスデューサの変形可能要素との接触部位を示し得る。一方、他の貫通接続部１９は、蓋ウェハの電子回路を、下部ウェハ上の電子回路に接続する、同様の接触場所を示し得る。
図１７ｃは、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０の、図１７ａと同様の概略斜視図を示す。開口部は、粒子の進入を少なくとも妨げるようにグリッドウェブ４４が配置されるように構成される。
電子回路１７をＭＥＭＳトランスデューサ（ＭＥＭＳトランスデューサ１７０）の層内に配置することで、高集積構造を実現できる。これにより、外部回路構造を減らすか省略できるので、デバイス全体が小さく設計できる。さらに、積層体の層に電子回路を配置すると、信号経路を短くできる。これは、デバイスの電磁適合性、さらに時間および性能のいずれの点でも有利である。
層３２ａまたは３２ｂの一方のみに電子回路を配置することも可能である。しかし、電子回路を分割して層３２ａおよび３２ｂ内または両方に配置すると、各場合において、隣接する各電子コンポーネントが、可能な限り短い信号経路を介して、電子回路１７によって制御されるという利点が得られる。電子回路１７を分割することにより、電子回路１７ａおよび１７ｂが、異なるまたは相補的な機能を持つことができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳおよびＣＭＯＳのように、相補的な技術でそれぞれ実現できる。電子回路１７ａおよび１７ｂは、実際に互いにおよび／または電気機械トランスデューサに電気的に接続されてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ１７を積層構造とすると、各層を互いに独立して（すなわち異なる半導体製造プロセスで）製造できる。これにより、少なくとも半導体製造プロセスの影響を受ける異なる機能をそれぞれ異なる層、ひいてはそれぞれ異なる電子回路で実現できる。したがって、異なる半導体製造プロセスに基づいて得られた回路構造１７ａおよび１７ｂをＭＥＭＳトランスデューサ１７０のチップ内に設けることができる。
したがって、第１電子回路１７ａが積層体の第１蓋層に配置され、第２電子回路１７ｂが基板の積層体の第２蓋層に配置されることもあり得ると理解されたい。両電子回路１７ａおよび１７ｂのそれぞれは、面内運動面に垂直な方向に沿って配置されている。変形可能要素は変形時、第１電子回路１７ａと第２電子回路１７ｂとの間に少なくとも部分的に配置されてもよい。貫通接続部および／または他の回路要素により、電子回路１７またはそれが配置される層は、ＭＥＭＳトランスデューサの外側に少なくとも電気的に接続されるか、外側を表し得る。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサがリードアセンブリ（例えば回路基板上）に接触可能になり得る。
言い換えると、実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサ内に、異なる機能を有する構造要素を集積可能にする。これらのことは、例えば、ＭＥＭＳスピーカの一体的電子制御、集積加速度センサの制御／読み取りが含まれる。個々の機能要素の製造は、ウェハの製造中に組み合わせることができないかまたは組み合わせることが困難であり得る、様々な製造プロセスで実行または実現され得る。上記の機能を２つの層（上部および下部ウェハ３２ａおよび３２ｂ）に分割することにより、製造プロセスを極めて柔軟に選択でき、機能レベルで組み合わせることができる（すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ１７０内で結合できる）。例えば、上部ウェハ（蓋）には、低電圧範囲の電子回路要素（つまりスペースをほとんど必要とせず、高速化を可能にする小さな電子構造）が含まれてもよい。下側のウェハ（底）には、例えば、スピーカを動作させるための高電圧のＤ／Ａ変換、つまり、大きなスペースを必要とし、緩やかに動作する大きなトランジスタ構造が含まれてもよい。記憶要素、光源、または追加で統合されたＭＥＭＳセンサ／アクチュエータについても、同様の利点が得られる。相補的に集積された機能は、必要に応じて分割可能である。
さらに言い換えると、集積電子回路１７（または１７ａおよび／または１７ｂ）は、層３２ａおよび／または３２ｂに実装されてもよい。前記電子回路は、例えば、音生成のためにアクチュエータを制御し、所望の音圧に従ってそれぞれの電圧を設定し、所望の周波数で電気励起を実施するのに供され得る。デジタル電気入力信号をアナログ制御信号に変換することも必要となり得るが、これも集積回路を使用して可能である（Ｄ／Ａコンバータの形式またはパルス幅変調（ＰＷＭ）による）。マイクロフォン機能の場合、例えば電気信号（前）処理（信号経路を短く抑えながら）またはＡ／Ｄ変換を前記回路内で実現できる。集積電子回路１７をチップ内部のアクチュエータ／センサと電気的に接触させるために、層３２ａおよび／または３２ｂ内に貫通接続部１９が配置され得る。前記貫通接続部は、層３４ａおよび／または３４ｂを貫通してもよく、それにより集積回路から個々のアクチュエータ（梁）への個々の連続的な電気接続が実現され得る。各梁に対して、例えば、２つの電気接点が提供されてもよい。積層体の一方の側では、貫通接続部１９は、不図示の集積導体線を介して電子回路１７に接続されてもよい。
製造に関して、シリコンＣＭＯＳウェハ（ＣＭＯＳ＝相補型金属酸化膜半導体）が層３４ｂに接合される。前記ウェハは、チップに関して、層３２ｂを形成し、チャンバ（空洞）を上部で封止する。シリコンＣＭＯＳウェハ内の貫通接続部は、接合完了前に設けてもよい（ケースａ）。この場合、結合完了前に層３４ｂの貫通接続部も設ける必要があり得る。あるいは、いずれの貫通接続部も、接合後に設けてもよい（ケースｂ）。簡単に言うと、マスクにより、接合後の該当する位置で、電気的に接触する梁の位置までエッチングし、その結果生じた止まり穴を導電性材料（例えば金属またはドープされた半導体材料）で埋め直してもよい。止まり穴の側壁は、導電性材料充填前に、例えば酸化シリコンおよび／または窒化シリコンなどの絶縁層でコーティングされてもよい。
図１７ａ〜図１７ｃでは、電子回路が空洞１６を取り囲む２層に配置されるように描かれているが、電子回路は、例えば１層（回路基板などに接続されるように構成された層、すなわち最下層）のみに配置することもできる。さらに／あるいは、追加の機能要素を前記層の少なくとも１つに実装してもよく、その層は貫通接続部を含んでもよい。選択的エッチングによって貫通接続部を配置する代わりに、またはそれに加えて、１つの貫通接続部を積層体全体を通して提供することも可能である。例えば、いわゆるＴＶＳ（シリコン貫通ビア）により、底層と蓋層の機能構造を電気的に接続可能である。スペーシング層３４ｂは、カバーウェハの裏側、すなわち層３２ｂ上に設けられ、その共通層がウェハと結合されてもよい。さらに／あるいは、層３２ａ上にスペーシング層３４ａを設け、それらを他の層と結合することにより、前記複合層を接合してもよい。互いに接触するように設けられたそれぞれの層は、結合の前に他の構成要素と接触してもよい。なお原則的に、一連の工程の任意の時点で、層３２ａおよび３２ｂおよび／またはそこに設けられた層３４ａおよび３４ｂに貫通接続部を設けてもよい。
さらに／あるいは、空洞が比較的厚いウェハから成形されるように、空洞内に上記のようなＭＥＭＳトランスデューサを設けてもよい。これにより、ウェハ接合工程の少なくとも一部を省略できる。
図１８ａは、例えば図１７ａ同様、層３２ｂが手前側にある、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０の概略斜視図を示す。
電子回路１７ａに隣接して、層３２ｂは、１つ以上のＭＥＭＳ機能を有し得る機能要素またはＭＥＭＳ構造２１を含み得る。例えば、ＭＥＭＳ構造２１は、慣性センサ、磁力計、温度および／または湿度センサ、ガスセンサ、またはそれらの組み合わせを含むことができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳ構造２１は、任意のセンサ、任意のアクチュエータ、無線通信インタフェース、光源、メモリコンポーネント、プロセッサおよび／またはナビゲーション受信機であり得る。電子回路１７ａは、ＭＥＭＳ構造２１を制御および／または評価するように構成されてもよい。
したがって、内部に電子回路１７ａが配置されている層３２が機能要素、すなわちＭＥＭＳ構造２１を含み得る。機能要素は電子回路に接続されてもよく、前記電子回路１７ａは機能要素を制御または評価するように構成されてもよい。
軸２３を中心にＭＥＭＳトランスデューサ１８０を回転させることで、図１７ｂとなる。側面３２ａに配置された回路１７ｂは、例えば、空洞内部のＭＥＭＳトランスデューサ１８０の電気機械トランスデューサを評価および／または制御するように構成され得る。ここでも、電子回路１７ａおよび１７ｂは相補的な機能を実行してもよい。
言い換えれば、底部ウェハは、好ましくは回路１７ａのタスクを補完するタスクを担う集積電子回路１７ｂを備えてもよい。したがって、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０が回路構造または回路基板上に、ＭＥＭＳ構造２１が前記構造から離れて面するように、配置され得る。
図１８ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０を変形したＭＥＭＳトランスデューサ１８０’の概略斜視図を示す。変形として、開口部２６ａが層３２ｂ内に配置され、例えばＭＥＭＳブロック２１の内側に配置される。
例えば、この構成は、電子回路１７ａが空洞内の電気機械トランスデューサの制御および／または読み出しを実行するように構成され、ＭＥＭＳ構造２１を制御および／または評価するように構成されるように実現され得る。
ＭＥＭＳトランスデューサ１８０’は、基板にさらなる開口部２６ｂを有してもよい。開口部２６ｂは、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０を通じた流体流量１２の距離が、より長くなるように配置されてもよい。例えば、開口部２６ｂは、ＭＥＭＳ構造体２１から最大距離にあるＭＥＭＳトランスデューサ１８０’の側壁上または側壁内に設けてもよい。ＭＥＭＳ構造（機能要素）２１は、例えば、蓋層３２ｂに配置されたガス検知機能要素として構成されてもよい。ガス検知機能要素２１は、流体流量１２が開口部２６ａを通過するときに流体流量１２と相互作用し、流体流量１２をセンサのように検出するように構成されてもよい。言い換えると、機能要素２１は、流体流量１２の特性を検出するように構成され得る。
電子回路の２つの部分の上記で説明した相補的な機能は、例えば、積層体の片側（例えば底面）のガスセンサ要素と、積層体の反対側の電子制御に関するものであってもよい。例えば、ガスセンサ要素の製造プロセス（例えばＭＥＭＳ技術による）は、前側の電子回路の製造工程（例えば、ＣＭＯＳ技術による）に統合できないか、できたとしても大きな犠牲が伴う可能性がある。したがって、機能を相補的な対に分けることで、標準的な製造工程が利用できるようになる。具体的には、前記標準的な工程の１つにより、ウェハ上にガスセンサの制御機能を実装し、異なるウェハ内に電気機械トランスデューサの制御機能を実装してもよい。そしてこのウェハ同士をウェハボンディングで後に接合することで、ＭＥＭＳトランスデューサ（例えばＭＥＭＳトランスデューサ１８０）を得るようにしてもよい。
例えば、ガス検知機能要素２１は、流体流量１２と可能な限り大きく表面接触するように、開口部２６ａの周囲に設けられてもよい。さらに／あるいは、ガス検知機能要素は少なくとも部分的に開口部内に突出してもよい（例えば、流量などを測定するための要素を設ける場合）。
言い換えると、層３２ｂは開口部を有する。追加の開口部が、例えば、積層体内の右側に設けられる。層３６内の流体的に相互作用する要素、すなわち変形可能要素またはプレート要素は、この例では、蓋層および底部層３２ａおよび３２ｂと組み合わされて、マイクロポンプを生成するように構成される。例えば、外気が吸い込まれ、開口部２６ａを介して開口部２６ｂに向かって送り込まれ得る。例えば、開口部に近接しているために準連続的に周囲空気が供給されるガスセンサがブロック２１に配置される。したがって、ガス交換が溶着にのみ基づいて行われる場合と比較して、センサが外気の変化を確実に早く捉えることができる。
図１９ａは、実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサの積層体の一部であり得る層２７の概略図を示す。層２７は、第１主面２９ａおよび第２主面２９ｂを含み、図１９の左側は、主面２９ａが見えるように、また面２９ｂが図１９の右側に見えるように描かれている（軸２３中心に層２７を回転）。側面２９ａは、第１距離ラスタ３３ａを含む電子パターン３１ａを含む。第２側面２９ｂも、それとは異なる距離ラスタ３３ｂを有する電子パターン３１ｂを含む。電子パターン３１ａおよび３１ｂは、適応層２７内で互いに電気的に接続され、その結果、適応層２７によって、第１距離ラスタ３３ａの適応または実装による第２距離ラスタ３３ｂ（またはその逆）が可能となる。距離ラスタ３３ａおよび３３ｂは、例えば、それぞれの側面２９ａまたは２９ｂの特定のタイプの電子回路との接触を単純化または可能にするように適応され得る。例えば、２つの距離ラスタ３３ａまたは３３ｂの一方は、使用される周波数または構造要素または回路基板の標準的ラスタ化に対応するように構成してもよい。他方の距離ラスタは、ＭＥＭＳトランスデューサ内で、回路構造のコンパクトな設計を可能にするためにより小さいパターン距離を含む。あるいは、距離ラスタ３３ｂ内の距離は、距離ラスタ３３ａ内の距離よりも大きくてもよい。
層２７は、積層体内の任意の層であり得る（例えば他のコンポーネントとの接触を可能にする層、例えば図１７ａの層３２ａおよび／または３２ｂ）。したがって、層２７は積層体の蓋層であってもよい。
あるいは、層２７を、距離ラスタを適応させるための適応層としてのみ（すなわち電子回路１７を含まない）ように構成してもよい。それとは関係なく、層２７は、積層体の蓋層であってもよい（例えば電子回路１７が積層体の片側のみに配置される場合）。
層２７は、積層体の蓋層として配置することができ、これにより、インターポーザーとしての利用できる。すなわち、当該層がインターポーザーの機能も実行できる。例えば、電気接点を製造するためのはんだ付け方法または他の適切な接続方法により、電子的および／またはセンサ的機能を有し、対応する距離ラスタを含むさらなるチップまたは回路キャリアが、当該層上に設けられる。実施形態において、実装されるトランスデューサを制御／読み出すための電子機能の一部または全部、および／または上記のように（すなわち追加的なチップ接触により）実現され得るあらゆる追加のセンサ的機能が実現できる。
ＭＥＭＳ技術により、開口部２６ａの近傍だけでなく、開口部の真上にもガス検知要素を配置することが可能である。したがって、ガス検知素子を開口部内に突出させることができる。この目的のために、センサ要素は開口部２６ａ内に懸垂されてもよい。上述の機能を有するポンプは、例えば、利用可能なチップ体積の一部を利用してもよい。したがって、利用可能なチップ体積の別の部分、例えばスピーカおよび／またはマイクロフォンのために提供される領域が、上記の目的のために使用されてもよい。また、チップ体積またはチップ体積の一部は、超音波トランスデューサとして、または本明細書で説明される他の機能のために使用されてもよい。
記載された技術を、一体的なセンサ技術と信号処理を含むミクロ投与ユニットに利用することも可能である。例えば、グルコースセンサは、層３６内に実現された集積リザーバに接続されたマイクロポンプを備えたＭＥＭＳ要素として集積されてもよい。グルコースセンサが重大な血糖値を示すと、ポンプは即、必要な量のインスリンをリザーバから投与する。例えば他の薬物および／または鎮痛剤などの活性物質にも同様に利用可能である（例えばモルヒネまたはハイドロモルフォンポンプ）。
言い換えると、本新規手法は、流体感受性要素がチップ表面ではなくチップの内部に収容されているＭＥＭＳチップによって音感知および／または音再生が行われるという事実にも基づく。したがって、チップの上面と下面の表面は、さらなるセンサ、アクチュエータ、および電子回路をモノリシック集積するために、すべて、または少なくとも大部分が利用可能となる。本明細書記載の表現は、本質的に前記原理の利用に関する。しかし、本発明はこれに限定されず、一般に、音の発生および／または音の処理がチップボリューム内で行われるすべてのＭＥＭＳスピーカおよびＭＥＭＳマイクロフォンに使用することができる。
図１９ｂは、図１９ａの適応層の好ましい利用を示している。既に述べたように、適応層は半導体層として構成されてもよい（すなわち、例えばシリコンまたはヒ化ガリウムなどの半導体材料を含んでもよい）。第１層の主面２９ａでは、適応層２７は、第１距離ラスタ３３ａを含む第１電子パターン３１ａを含んでもよい。反対側の第２の層の主面２９ｂでは、適応層２７は、第２距離ラスタ３３ｂを含む第２電子パターン３１ｂを含んでもよい。第１および第２電子パターン３１ａおよび３１ｂは互いに電気的に接続される。これにより、電子回路、例えば側面２９ａまたは２９ｂの一方の電子回路１７を接触することで、距離ラスタ３３ａまたは３３ｂを他方の距離ラスタ３３ｂまたは３３ａに適合させることが可能となる。
適応層２７は、ＭＥＭＳ積層体内に配置することができる（本明細書に記載のＭＥＭＳトランスデューサ内）。ＭＥＭＳ積層体は、電子回路（例えば、距離ラスタ３３ａまたは３３ｂの１つを含む電子回路１７）を有する回路層４５を含んでもよい。層４５は、例えば、層３２ｂまたは電子回路を有する別の層であり得る。したがって、電子回路１７が他の層の主面２９ｂを介して、したがって異なる距離ラスタに接触できるようにすることができるように、電子回路１７は、第１または第２電子パターン３１ａまたは３１ｂに電気的に接続されてもよい。したがって、層２９はインターポーザーとしても使用可能である。適応層２７に接続された積層体は、電子回路１７がそのように配置されない場合、本明細書に記載の積層体であり得る。積層体は、変形可能要素の評価および／または制御を実行するために、適応層２７によって積層体に接続されてもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に関して、電子回路の代わりに、電子回路に接続するための電子構造を設けることも可能である。したがって、層３２ｂが適応層として構成され得る。
本明細書で説明される実施形態に係るＭＥＭＳ積層体は、流体の体積流量１２と相互作用するためのＭＥＭＳトランスデューサを形成することができ、以下を含む：
複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を備え、積層体内に空洞１６を備える基板１４と、
空洞（１６）内で基板１４に接続され、要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０を含み、当該要素は少なくとも複数の基板面の運動面内で変形可能で、撓み可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の運動面内の変形と、流体の体積流量１２とに関連性がある電子トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）。
複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を備え、積層体内に空洞１６を備える基板１４と、
空洞（１６）内で基板１４に接続され、要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０を含み、当該要素は少なくとも複数の基板面の運動面内で変形可能で、撓み可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の運動面内の変形と、流体の体積流量１２とに関連性がある電子トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）。
電子回路１７は、半導体層を介して、電気機械トランスデューサ１８（１８ａ〜ｆ ）に接続される。
電子回路１７は、変形可能要素２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０の変形と、電気信号との間の変換を実現するように構成される。
半導体層２７を提供する方法は、第１電子パターン３１ａが第１距離ラスタ３３ａを含むように、半導体層２７の第１層主面２９ａに第１電子パターン３１ａを設けることを含む。方法はさらに、第２電子パターン３１ｂが第２距離ラスタ３３ｂを含むように、半導体層２７の反対側に位置する第２層主面２９ｂに第２電子パターン３１ｂを設けることを含む。方法は、第１および第２電子パターン３１ａ、３１ｂを互いに接続することを含む。
図２０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０に提供される信号および／またはＭＥＭＳトランスデューサから受信した信号の処理を実行するように構成された制御デバイス１２８に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０を備えるＭＥＭＳシステム２００の概略ブロック図を示す。例えば、電子回路は、ＭＥＭＳデバイス８０の動電トランスデューサを制御してもよく、さらに／あるいはＭＥＭＳデバイス８０の動電トランスデューサから電気信号を受信してもよい。制御デバイス１２８内で、対応する制御、および／または評価がどのように行われ得るかについての情報が処理される。
例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ８０が複数の電気機械トランスデューサ１８を含む場合、制御デバイス１２８は、複数の電気機械トランスデューサ（共有電子回路および／または個々の電子回路）に情報を提供するように構成されてもよい。これにより、第１および隣接する第２の電気機械トランスデューサは、第１の期間中に少なくとも局所的に互いに向かって移動する。制御デバイス１２８は、第１電気機械トランスデューサと、第１電気機械トランスデューサに隣接して配置された第３の電気機械トランスデューサが、第２期間中に互いに向かって移動するように、複数の電気機械トランスデューサのうちの少なくとも１つの電子回路を制御するように構成されてもよい。第１電気機械トランスデューサは、第２電気機械トランスデューサと第３の電気機械トランスデューサとの間に配置されてもよい。例えば、前記電気機械トランスデューサは電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃであってもよい。電気機械トランスデューサ１８ｂは、第１電気機械トランスデューサであってもよい。
さらに／あるいは、制御デバイス１２８は、電子回路から変形可能要素の変形に基づく電気信号を受信し、それを評価するように構成されてもよい。例えば、制御デバイス１２８は、変形の周波数または振幅を決定するように構成されてもよい。したがって、システム２００はセンサおよび／またはアクチュエータとして動作し得る。
システム２００は、例えば、ＭＥＭＳスピーカとして動作してもよい。体積流量１２は、音響音波または超音波であり得る。
あるいは、システム２００は、ＭＥＭＳポンプとして構成されてもよい。基板の空洞は、基板１４の第１開口部２６および第２開口部２６を含んでもよい。電気機械トランスデューサ１８は、流体に基づいて体積流量１２を提供するように構成されてもよい。電気機械トランスデューサは、電気機械トランスデューサ１８の作動に基づいて流体を第１開口部２６から空洞に向かって運ぶか、または前記作動に基づいて流体を、第２開口部を通して空洞から外部に運ぶように構成されてもよい。
あるいは、システム２００は、ＭＥＭＳマイクロフォンとして動作してもよい。変形可能要素の変形に基づいて、電気信号は、電気機械トランスデューサ８０または接続された異なる電気機械トランスデューサのポートで取得可能である。変形可能要素の変形は、体積流量１２に基づいて生じ得る。
さらに／あるいは、本明細書に記載のＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳバルブまたはＭＥＭＳ投薬システムとして構成されてもよい。ＭＥＭＳ投薬システムは、例えば、インプラント可能な薬物および／またはインスリンポンプ用に利用してもよい。
システム２００は、制御デバイス１２８がＭＥＭＳトランスデューサ８０に接続されるように説明されたが、異なるＭＥＭＳトランスデューサ（例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０、２０、５０、１００、１１０、１７０、１８０、１８０’、２３０および／または２４０）を配置することも可能である。さらに／あるいは、上述の実施形態に係るいくつかのＭＥＭＳトランスデューサを配置することができる。さらに／あるいは、ＭＥＭＳトランスデューサの積層体（積層体９０または１４０）を配置してもよい。さらに／あるいは、少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサが配置されてもよい。少なくとも第１ＭＥＭＳトランスデューサおよび第２ＭＥＭＳトランスデューサは、空洞または部分空洞、および／または異なる共振周波数を有する電気機械的トランスデューサ（例えば５００Ｈｚアクチュエータを含むチャンバ、２ｋＨｚアクチュエータを含むさらなるチャンバまたはさらなる（部分）空洞等）を含んでもよい。
上述のＭＥＭＳトランスデューサは、様々なデバイスで使用することができる。図２１ａに、一実施形態に係るそのようなデバイス２１０の例を示す。デバイス２１０は、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０を含む。ただし本明細書に記載される異なるＭＥＭＳトランスデューサ２０、５０、１００、１１０、１７０、１８０、１８０’、２３０および／または２４０を追加で／代替的に含むこともできる。ＭＥＭＳトランスデューサは、例えば、音波である音響流体流量１２を生成するためのＭＥＭＳスピーカとして構成され、デバイス２１０は、携帯音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される。
図２１ｂは、例えば、デバイス２１０を含み得る、一実施形態に係るシステム２１５の概略ブロック図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１０および／または配置された異なるＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号３９に基づいて、流体流量１２の形式で、音響信号を再生するように構成され得る。出力信号は、音響情報を含むアナログ信号またはデジタル信号であり得る（例えば音声情報を含む）。システム２１５は、例えば、屋内（建物内）および屋外（建物外）の両方の用途のための万能翻訳機および／またはナビゲーション支援システムとして構成されてもよい。この目的のために、システム２１５は、さらなるコンポーネント、（例えばマイクロフォンおよび／または位置決定のためのデバイスならびにＣＰＵのような計算ユニット）を有してもよい。マイクロフォンは、本明細書で説明されるＭＥＭＳトランスデューサとして構成されてもよい。計算ユニットは、マイクロフォンによって拾われる第１言語の音声コンテンツを第２言語に変換して、出力信号３９とともに第２言語を提供するように構成されてもよい。あるいは、計算ユニットは、決定された位置に基づいて、ＭＥＭＳトランスデューサ１０によって再生され得る、決定された位置に関する音声情報を含むように、出力信号３９を提供するように構成され得る。
図２２は、一実施形態に係る健康支援システム２２０の概略図を示す。健康支援システム２２０は、身体３７のバイタル機能を感知し、感知したバイタル機能に基づいてセンサ信号３９を出力するためのセンサ手段３５を含む。健康支援システム２２０は、センサ信号３９を処理し、前記処理に基づいて出力信号を提供する処理手段４１を含む。健康支援システム２２０は、ヘッドフォン、例えば本明細書に記載の実施形態に係るＭＥＭＳトランスデューサを含むデバイス２００を含む。ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号４３を受信するための無線通信インタフェースを含む。スピーカ２００は、出力信号４３に基づいて音響信号を再生するように構成される。スピーカをヘッドフォン、特にインイヤーヘッドフォンとして構成すると有利である。例えば、観察されるバイタル機能は（例えばスポーツ中の脈拍数）はユーザに通知される。また、バイタル機能に由来する量（閾値を超える、下回る等）を出力することもできる。
図２３は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ２３０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、横方向に間隔を開けて第１空洞１６ａ内に互いに隣接して配置され、電気機械トランスデューサ１８ｇ〜１８ｉは、第２空洞１６ｂ内で横方向に間隔を開けて互いに隣接して配置されている。空洞１６ａおよび１６ｂは、基板１４の底面および／または蓋面（不図示）に開口部を備えていてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ２３０は、個々の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉと、それぞれの空洞１６ａおよび１６ｂの電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ または１８ｇ〜１８ｉのいずれもが対応可能なように、スピーカおよび／またはマイクロフォンとして使用可能であり得る。スピーカおよび／またはマイクロフォンは、振動を介して音波を放出および／または受信するために最適化されるように実現されてもよい。例えば、固体伝播音を介して情報が送信および／または受信されるように、人体に（理想的には骨の近くに）配置してもよい。この場合、好ましい変形例は、すべてのアクチュエータがそれぞれ、すなわち、チャンバが２つの可動壁を含むとした手法であっても、同じ方向に動くものである。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、片側が固定された梁要素を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２３０は、不図示の電子回路１７を含む。
言い換えると、左側のチャンバである空洞１６ａは、好ましくは同相で振動するように、横方向または垂直方向に移動可能な曲げアクチュエータを含む。これにより、対応する音を伝達するようにチップを振動させる。右側のチャンバである空洞１６ｂには３つの横方向または垂直方向の曲げアクチュエータが含まれている。これらのアクチュエータは同相で振動するが、左側のチャンバとは異なる周波数範囲を網羅するように、寸法（厚さ、長さ、幅）が設計されている。
図２４は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ２４０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆ は、横方向に間隔をあけて、互いに隣接して配置され、それぞれ、空洞１６ａ〜１６ｋまたは部分的な空洞に隣接する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、両側が固定された梁要素を含む。ＭＥＭＳトランスデューサ２４０は、不図示の電子回路１７を含む。
図２３および２４の実施形態では、ＭＥＭＳトランスデューサ２３０が片側で固定されるそのような梁要素のみを含むように描かれているが、上述のように、ＭＥＭＳトランスデューサ２４０は両側が固定される梁要素のみを含むため、実施形態は、空洞１６ａまたは１６ｂに応じて、同じタイプの電気機械トランスデューサを互いに独立して配置できるように、または空洞内に異なるタイプの電気機械トランスデューサを配置できるように、必要に応じて互いに組み合わせることができる。
言い換えれば、図２４は図２３と同じ原理を示すが、両側が固定された曲げアクチュエータが使用されている。
さらなる実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法に関する。この方法は、複数の基板面を形成する複数の層を含み、積層体内に空洞を含む基板を提供することを含む。この方法は、基板内に電気機械トランスデューサを作成することを含み、電気機械トランスデューサは空洞内で基板に接続されて、複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素を備え、運動面内での変形可能要素の変形と、流体の体積流量との間に相関関係がある。本方法は、電気機械トランスデューサに接続され、変形可能要素の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成されるように電子回路を積層体の層内に配置することを含む。
上記の実施形態は、２つの電気機械トランスデューサが互いに向かって移動することで体積流量が生成されるという事実に関する。ただし、体積流量は、剛性構造（例えば基板）に関連した電気機械トランスデューサの運動に基づいて、またはそれとの相互作用で実現することもできる。したがって、部分空洞または部分空洞部位の体積が個々の電気機械トランスデューサによって影響を受け得る。
複数箇所湾曲するように、さらに／あるいはプレート要素に接続された変形可能要素を含む上記の実施形態は、図１を参照して説明した構成と比較して、確実により大きい体積流量を生成するまたは、確実に体積流量により敏感に反応するように利用可能である。
実施形態は、音圧の周波数依存曲線を柔軟に設定することを可能にし、特に、多くの場合目標にされる、可能な限り平坦な周波数応答も可能にする。
ＭＥＭＳトランスデューサのチャンバをできるだけ少なくして、周波数に依存する音圧曲線をできるだけ平坦に設計するには、振動曲げ梁のＱ係数が低い、曲げ梁が広い共鳴曲線を持つことが好ましい。この目的のために、減衰材料によって梁振動がさらに減衰されるように、梁を固定してもよい。梁は、非結晶材料により固定されることが好ましい。これには、酸化ケイ素、ＳＵ８などのポリマー、または他のレジストなどが含まれる。梁振動の減衰は、電気的にも実現可能である。例えば、静電容量の変化により、電圧が印加されると、静電アクチュエータまたは圧電アクチュエータの自由梁振動中に周期的な交流電流が流れる。適切に設けられた電気抵抗器により、電力消費が発生し、その結果振動が減衰する。完全な電気共振回路（つまり、集積または外部コイルが追加で設けられる）も可能である。減衰は、流体がチャンバに流入したり流出したりする際の大きな流れ抵抗を示すように、追加の構造が曲げ梁に実装されることでも実現可能である。
特に、低共振周波数を示す、つまり低周波数を生成および／または検出するためには、曲げ梁の質量を増やすことが好ましくなり得る。剛性が大幅に増加しないように、このための追加構造は、好ましくは最大の振動振幅の領域に取り付けられる。梁が片側で固定されている場合、理想的な位置（最大の振動振幅の領域）は、曲げ梁の端となる。梁が両側で固定されている場合、理想的な位置は梁の中心となる。
言い換えると、本発明の発見は、チャンバ（すなわちシリコンチップ内に形成され得る部分空洞または部分空洞部位）を圧縮および／または拡張することにより、体積流量が生成されるか、または検出可能になるという事実に基づいている。各チャンバには、流体、（例えば空気）が流入、流出する入口または出口が設けられてもよい。チャンバは、移動の横方向に垂直な方向に沿って（例えば、上部と下部で）固定蓋によって閉じられてもよい。各チャンバの側壁の少なくとも１つは、可動または変形可能に設計されており、アクチュエータによって、前記チャンバの体積が減少または増加するように変位させることができる。
ＭＥＭＳトランスデューサの上述の実施形態は、明瞭性のために不図示の電気接続、ボンドパッドなどを含んでもよい。
上述の実施形態は、少なくとも２つの空洞または部分空洞の異なる共振周波数に基づいて実現可能なマルチパススピーカまたはＮウェイスピーカに関する。電気機械トランスデューサと空洞または部分空洞は、音圧レベル（ＳＰＬ）が少なくとも部分的に共振周波数に基づくように、互いに対して調整可能である。すなわち、いくつかのアクチュエータチャンバは異なる周波数応答を有してもよい（ＳＰＬ＝ｆ（周波数））。したがって、変形可能要素の変形に基づいて、および部分空洞に基づいて得られる音圧レベルの値と、それぞれの部分空洞から出入りする体積流量の周波数とに相関関係がある。相関は関数として提示可能である。例えば、線形関数であり得る。例えば、ＳＰＬ＝ｘ＊ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ＋ｂとなる。式中、ｘとｂは変数である。代わりに、関数は、非線形、すなわち、二乗、指数関数、またはルート関数に基づいてもよい。機能的相関は、異なるＭＥＭＳトランスデューサ内に配置された異なる部分空洞または空洞に容易に適用可能である。したがって、体積流量の周波数は、流体内の圧力の周波数依存曲線を示し得る。
ＭＥＭＳトランスデューサのシリコンチップは、それぞれの用途に適合した形状を有するように設計され、ウェハレベルでの製造中に得られるウェハアレイから取り出されてもよい。例えば、チップは補聴器やインイヤーヘッドフォンのスピーカとして使用するために円形、または六角形に設計され得る。これはウェハ上のシリコン表面積の消費を考慮すると、より好ましい。
音響生成にチップボリュームを使用するＭＥＭＳスピーカの表面および裏面でのマイクロエレクトロニクスコンポーネントおよび／またはマイクロシステムのモノリシック集積の技術的実現について、いくつかの側面が補足され得る。例えば、ＭＥＭＳ構造などのマイクロエレクトロニクスコンポーネントは、１つ以上の層に集積されてもよい。電子制御および／または評価回路、すなわち電子回路１７は、デジタルアナログコンバータおよび／またはＰＷＭ発生器を備えてもよい。信号調整は、例えば、電子回路１７の一部であり得るデジタル信号処理によって実現され得る。電子回路１７は、クロック発生器および／または発振器、高電圧発生器（すなわち、ＤＣ／ＤＣコンバータ）を含んでもよく、チャージポンプまたはブーストチョッパーは、デコーダ（「サウンドワイヤ」規格などのデジタルオーディオ信号用）またはＭＰ３デコーダを含むことができる。さらに、電子回路は、増幅器または蓄電器を含み得る。電子回路１７は、例えばテキスト音声変換アルゴリズムまたは音声テキスト変換アルゴリズムに使用される、例えばＣＰＵなどのプロセッサを備えてもよい。また、電子回路１７は、例えば、ＲＡＭメモリやフラッシュメモリなどの半導体メモリを備えてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサは、加速度センサ、温度センサ、回転速度センサ、位置センサまたは磁場センサなどのＭＥＭＳセンサを含むことができ、これらは電子回路１７、またはさらなる回路コンポーネントの一部によって制御または読み出される。加えて、温度または湿度センサまたはガスセンサが設けられてもよい。さらに／あるいは、無線インタフェースまたは無線式インタフェースを、例えば近距離無線通信（例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）インタフェース）用の無線通信用に設けてもよい。また、例えばＬＴＥおよび／またはｅＳＩＭ（埋め込みＳＩＭ）などのモバイル無線インタフェース、ｉＢｅａｃｏｎや物理Ｗｅｂなどのマシン／マシンインタフェースを設けてもよい。さらに／あるいは、ＧＰＳなどの全地球的航法衛星システム用の受信機が集積されてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳマイクロフォンおよび／またはＭＥＭＳスピーカなどとして構成されてもよい。
ＭＥＭＳトランスデューサは、システム機能、つまり、さらなる機能または用途との組み合わせを可能にする。例えば、ＭＰ３プレーヤー、エンターテイメント技術、ストリーミング、ヘッドセット、トランシーバーなどが挙げられる。補聴器への適用も可能である。歩数、体温、呼吸数、エネルギー消費などのバイタルデータの記録、比較、最適化、および／または通知を可能にするフィットネストラッカーなどの健康支援システムも実現可能である。システムは、音声／テキストおよび／またはテキスト／音声技術またはアルゴリズムを介して、例えば公共空間および／または建物内での補助を可能とするナビゲーション支援システムに関してもよい。これは、視覚障害者などの特定の人々のグループ、および／または公共の建物、軍の建物、警察の建物、消防隊の建物などの特定の建物に関し得る。制御システムでは、本明細書で説明される実施形態が、例えば、ジェスチャおよびスピーチを介して通信およびデバイスを制御するために使用され得る。これに関連して、例えば、音声／テキストおよび／またはテキスト／音声技術および／またはアルゴリズムを介してヒューマン／マシンインタフェースが提供され得る。また、万能翻訳機の用途も考えられる（例えば言語間での同時翻訳用）。仮想現実における用途も考えられる。例えば視覚障害者用の純粋に音響的な仮想現実である。「拡張現実」とも呼ばれる視覚的仮想現実、可聴インターネット、可聴ソーシャルネットワークなどに対応するものである。さらに／あるいは、音声コマンドの識別を可能にするオーディオ署名を実現してもよい。この例としては、可聴インターネットおよび人間／機械通信用のセキュリティ関連ログインが挙げられる。例えば助けを呼ぶ等、安全性が重視される音響イベントの認識も実現され得る。限定的ではなく、上述した例示は音響信号を受信するためのＭＥＭＳマイクロフォンにも適用される。
以下において、個々にまたは本明細書に記載される特徴および機能性および詳細のいずれかと組み合わせて使用できる本発明の追加の実施形態および態様を説明する。
第１の態様によると、流体の体積流量１２と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を含み、前記積層体内に空洞１６を有する基板１４と、前記空洞１６内で前記基板１４に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を備える電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆであって、運動面内の前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と流体の体積流量１２との間に因果関係がある電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆと、前記積層体の層３２ａ〜ｂ内に配置された電子回路１７、１７ａ〜ｂであって、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆに接続され、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と電気信号との間の変換を実現する電子回路１７、１７ａ〜ｂと、を含む。
第１の態様に係る第２の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、電気制御信号Ｉｎ
１
を前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の撓みに変換する、または前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形を電気出力信号Ｏｕｔ
２
に変換するように構成される。
第２の態様に係る第３の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、デジタルな前記制御信号Ｉｎ
１
をアナログな前記制御信号Ｏｕｔ
１
に変換するためのデジタルアナログコンバータ、アナログな前記電気出力信号Ｉｎ
１
をデジタルな前記電気出力信号Ｏｕｔ
１
に変換するためのアナログデジタルコンバータ、信号デコーダ、プロセッサ、半導体メモリ、近距離無線通信用の無線通信インタフェース、およびモバイル無線インタフェースの少なくとも１つを含む。
第２または第３の態様に係る第４の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記電気制御信号Ｉｎを前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の撓みに変換するように構成され、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０のためのデジタルパルス幅変調制御信号を提供するように構成されたスイッチング増幅器を含む。
第２から第４の態様のいずれかに係る第５の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は第１変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０であって、前記ＭＥＭＳトランスデューサは少なくとも第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を含み、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記電気制御信号Ｉｎを前記第１および第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の撓みに変換するように構成された、または前記第１および第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形を前記電気出力信号Ｏｕｔ
２
に変換するように構成される。
第１から第５の態様のいずれかに係る第６の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は能動的に形成され、前記体積流量１２と相互作用するように構成され、または前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０に接続されたプレート要素６２、６２ａ〜ｃが剛性であり、前記体積流量１２と相互作用するように構成される。
第１から第６の態様のいずれかに係る第７の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは、前記運動面に垂直な方向に沿って配置されている。
第１から第７の態様のいずれかに係る第８の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは、前記ＭＥＭＳトランスデューサの外側に電気的に接続され、または前記ＭＥＭＳトランスデューサの前記外側であってリードアセンブリに接触し得る。
第１から第８の態様のいずれかに係る第９の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは第１蓋層であり、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは第１電子回路１７ａであり、第２電子回路１７ｂが前記基板１４の第２蓋層に配置されている。
第９の態様に係る第１０の態様によると、変形中に、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、少なくとも時々、前記第１および第２電子回路１７ａ、１７ｂの間に配置される。
第９または第１０の態様に係る第１１の態様によると、前記第２電子回路１７ｂは、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆまたは前記第１電子回路１７ａに接続され、前記第１電子回路１７ａに対して相補的に、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０に関して機能を提供するように構成される。
第１から第１１の態様のいずれかに係る第１２の態様によると、前記積層体は、第１層の主面２９ａに、第１距離ラスタ３３ａを有する第１電子パターン３１ａと、反対側に位置する第２層の主面２９ｂに、第２距離ラスタ３３ｂを有する第２電子パターン３１ｂを含む適応層２７を含み、前記第１電子構造と前記第２電子構造は前記適応層で互いに接続される。
第１２の態様に係る第１３の態様によると、前記適応２７は、前記積層体の蓋層であり、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが少なくとも部分的に中に配置されるか、または適応層としてのみ電気的に構成される前記積層体の蓋層である。
第１から第１３の態様のいずれかに係る第１４の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂに接続された機能要素２１を含み、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記機能要素２１を制御または評価するように構成される。
第１から第１４の態様のいずれかに係る第１５の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは第１蓋層であり、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは第１電子回路１７ａであり、第２電子回路１７ｂと機能要素２１が前記基板１４の第２蓋層に配置され、前記第２電子回路１７ｂは、前記機能要素２１に接続され、前記機能要素２１を制御または評価するように構成される。
第１４または第１５の態様に係る第１６の態様によると、前記機能要素２１は、センサ、アクチュエータ、無線通信インタフェース、光源、メモリコンポーネント、プロセッサ、およびナビゲーション受信機のうちの少なくとも１つを含む。
第１６の態様に係る第１７の態様によると、前記機能要素２１は、ＭＥＭＳセンサおよびＭＥＭＳアクチュエータのうちの少なくとも１つを含む。
第１から第１７の態様のいずれかに係る第１８の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは前記基板１４の蓋層に配置され、さらに、ガス検知機能要素が前記蓋層に配置され、前記蓋層は、前記流体の流れ１２を通過させるように構成された開口部２６ａを備え、前記ガス検知機能要素は、前記流体の流れ１２と感覚的に相互作用するように構成される。
第１８の態様に係る第１９の態様によると、前記開口部は、前記蓋層内の前記ガス検知機能要素２１によって取り囲まれる。
第１８の態様に係る第２０の態様によると、前記ガス検知機能要素２１は、前記開口部２６ａに少なくとも部分的に突出する。
第１から第２０の態様のいずれかに係る第２１の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂが中に配置された前記層３２ａ〜ｂは第１基板層であり、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは隣接する第２基板層に少なくとも部分的に配置される。
第１から第２１の態様のいずれかに係る第２２の態様によると、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記運動面に垂直な方向に沿って配置され、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂの位置は、前記位置を前記運動面に投影した場合、変形中に前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０が少なくとも部分的に配置される位置に該当する。
第１から第２２の態様のいずれかに係る第２３の態様によると、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆは、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂの電気制御Ｏｕｔ、Ｏｕｔ
１
に応じて前記空洞１６内の流体の動きを引き起こすように構成され、および／または前記空洞１６内の流体の動きに応じて前記電子回路１７、１７ａ〜ｂに電気信号Ｏｕｔ
２
を相関的に提供するように構成される。
第１から第２３の態様のいずれかに係る第２４の態様によると、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、複数の電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆと、その軸方向に沿って湾曲するように構成された梁構造３０を含む第１および第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０とを含み、前記基板１４の開口部２６に隣接する第１部分空洞４２ａ、４２ｂが、第１電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄと第２電気機械トランスデューサ１８ｃ、１８ｅの前記梁構造３０の間に配置される。
第１から第２４の態様のいずれかに係る第２５の態様によると、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、それぞれが横運動方向２４に沿って変形可能な要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を含む、前記基板１４に接続された複数の電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆを含み、第１電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄと第２電気機械トランスデューサ１８ｃ、１８ｅとの間に第１部分空洞４２ａ、４２ｂが配置され、前記第２電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄと第３電気機械トランスデューサ１８ａ、１８ｃとの間に第２部分空洞３８ａ、３８ｂが配置される。
第２５の態様に係る第２６の態様によると、前記第１および第２電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄは、第１周波数で前記第１部分空洞の体積を変化させるように構成され、第１、１８ｂ、１８ｄおよび第３、１８ａ、１８ｃ電気機械トランスデューサは、第２周波数で前記第２部分空洞の体積を変化させるように構成される。
第２５または第２６の態様に係る第２７の態様によると、前記基板１４は、前記空洞１６の複数の部分空洞に接続された複数の開口部を備え、各部分空洞の体積は、前記横運動方向に沿って変形可能な少なくとも１つの要素の撓み状態の影響を受け、部分空洞の２つの隣接する部分体積が第１または第２期間中に相補的な方法で増加または減少できる。
第２５から第２７の態様のいずれかに係る第２８の態様によると、前記第１電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄ、前記第２電気機械トランスデューサ１８ｃ、１８ｅ、および前記第３電気機械トランスデューサ１８ａ、１８ｃの前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０はそれぞれ、第１および第２端部を含む梁アクチュエータ３０を含み、前記第１電気機械トランスデューサ１８ｂ、１８ｄの前記梁アクチュエータ３０は、前記第１端部および前記第２端部で前記基板１４に接続され、前記第２電気機械トランスデューサ１８ｃ、１８ｅまたは前記第３電気機械トランスデューサ１８ａ、１８ｃの前記梁アクチュエータは、前記梁アクチュエータの中央領域で前記基板１４に接続されている。
第２５から第２８の態様のいずれかに係る第２９の態様によると、前記基板１４は、前記空洞１６の複数の部分空洞４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃに接続された複数の開口部２６を含み、各部分空洞４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃの体積は横運動方向２４に沿って変形可能な少なくとも１つの要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の撓み状態の影響を受け、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形および前記部分空洞４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃに基づいて得られる音圧レベルの値が、それぞれの部分空洞４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃから出入りする体積流量１２の周波数との相関を示し、当該相関は関数として表され得るものであり、前記体積流量１２の周波数は流体内の圧力の周波数依存の進行を表す。
第１から第２９の態様のいずれかに係る第３０の態様によると、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆは、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆの軸方向ｙに少なくとも間接的に接続された複数の変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を含み、前記要素は、それぞれ第１および第２部分空洞部位９６ａ、９６ｂの体積に影響を及ぼすように構成される。
第３０の態様に係る第３１の態様によると、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆは、電気制御１２９ａに応じて前記第１、９６ａおよび第２、９６ｂ部分空洞部位内の流体の動きを引き起こすように構成され、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、異なる周波数で第１、９６ａおよび第２、９６ｂ部分空洞部位の体積を変えるように構成される。
第１から第３１の態様のいずれかに係る第３２の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、前記運動面と平行に前記空洞１６を定義する前記基板１４の層３２ａ〜ｂと非接触式に配置され、または、低摩擦層が前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０と前記運動面と平行に前記空洞１６を定義する前記層３２ａ〜ｂとの間に配置される。
第１から第３２の態様のいずれかに係る第３３の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、電圧を印加することで変前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０が変形可能である作動方向５９、５９’を含むバイモルフとして構成される。
第３３の態様に係る第３４の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、それぞれ反対の作動方向５９ａ〜ｃを含む、第１、３０ａ、第２、３０ｂ、および第３、３０ｃ梁セグメントを、軸方向ｙに沿ってこの順序で配置されて含む。
第３４の態様に係る第３５の態様によると、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆは、第１および第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を含み、前記第１変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の外側梁セグメント３０ａ、３０ｃと、前記第２変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の外側梁セグメント３０ａ、３０ｃとは、少なくとも間接的に互いに接続されている。
第１から第３５の態様のいずれかに係る第３６の態様によると、前記基板１４はアンカー要素８４を含み、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の軸方向延在方向ｙの中央領域３０ｂで前記アンカー要素８４に接続され、または前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、前記アンカー要素８４を介して外側梁セグメント３０ａ、３０ｃでさらなる変形可能要素に接続される。
第１から第３６の態様のいずれかに係る第３７の態様によると、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０は、梁構造を含み、前記梁構造は第１および第２端部で強く固定される。
第１から第３７の態様のいずれかに係る第３８の態様によると、前記空洞１６は、前記横運動方向２４に垂直に配置された前記基板１４内の開口部２６を備え、これにより前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形に基づいて、前記横運動方向２４に垂直に、前記体積流量１２が前記空洞１６から、または前記空洞１６に流れ込む。
第１から第３８の態様のいずれかに係る第３９の態様によると、前記変形可能要素は前記開口部（２６）に隣接して配置される。
第１から第３９の態様のいずれかに係る第４０の態様によると、ＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳポンプ、ＭＥＭＳスピーカ、ＭＥＭＳマイクロフォン、ＭＥＭＳバルブ、およびＭＥＭＳ投薬システムのうちの１つとして構成される。
第４１の態様は、第１から第４０の態様のいずれかに係るＭＥＭＳトランスデューサを含むデバイスに関し、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳスピーカとして構成され、前記デバイスはモバイル音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される。
第４２の態様は、第１から第４１の態様のいずれかに係るＭＥＭＳトランスデューサを含むシステムに関し、前記ＭＥＭＳトランスデューサはスピーカとして構成され、出力信号に基づいて音響信号を再生するように設計される。
第４３の態様によると、第４２の態様のシステムは、万能翻訳機またはナビゲーション支援システムとして構成される。
第４４の態様は、第１層主面２９ａに、第１距離ラスタ３３ａを有する第１電子パターン３１ａを含み、反対側に位置する第２層主面２９ｂに、第２距離ラスタ３３ｂを有する第２電子パターン３１ｂを含む半導体層であって、前記第１および第２電子パターン３１ａ、３１ｂは互いに電気的に接続されている、半導体層に関する。
第４５の態様は、第４４の態様の半導体層を含み、第１距離ラスタ３３ａを含む電子回路１７を有する回路層を含むＭＥＭＳ積層体であって、前記電子回路１７は第１電子構造体に接続されており、これにより前記電子回路１７は前記第２層主面２９ｂを介して接触され得る、ＭＥＭＳ積層体に関する。
第４６の態様によると、第４５の態様に記載のＭＥＭＳ積層体流体は、流体の体積流量１２と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを形成するＭＥＭＳ積層体であって、複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を含み、積層体内に空洞１６を有する基板１４と、前記空洞１６内で前記基板１４に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能な要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を備える電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆであって、運動面内の前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と流体の体積流量１２との間に因果関係がある電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆと、を含み、前記電子回路１７は、前記半導体層を介して前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆに接続され、前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成される。
第４７の態様は、身体３７のバイタル機能を感知し、感知された前記バイタル機能に基づいてセンサ信号３９を出力するセンサ手段３５と、前記センサ信号３９を処理し、当該処理に基づいて出力信号４３を提供する処理手段４１と、請求項１から３８のいずれかに記載のＭＥＭＳトランスデューサを含むヘッドフォン２００と、を含む健康支援システム２２０であって、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、出力信号４３を受信する無線通信インタフェースを含み、それに基づいて音響信号を再生するように構成された、健康支援システム２２０に関する。
第４７の態様に関連する第４８の態様によれば、ヘッドフォンはインイヤーヘッドフォンとして形成される。
第４９の態様によると、流体の体積流量１２と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを提供する方法であって、複数の基板面を形成する複数の層３２ａ〜ｂ、３４ａ〜ｂ、３６を有する積層体を含み、前記積層体内に空洞１６を有する基板１４を提供するステップと、前記基板１４内に電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆを作成するステップであって、これによって前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆは前記空洞１６内で前記基板１４に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能な要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０を備える、ステップと、ここで運動面内の前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と流体の体積流量１２との間に因果関係があり、電子回路１７、１７ａ〜ｂを前記積層体の層３２ａ〜ｂ内に配置するステップであって、これによって前記電子回路１７、１７ａ〜ｂは、前記電気機械トランスデューサ１８、１８ａ〜ｆに接続され、前記変形可能要素２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０の変形と電気信号との間の変換を実現する、ステップと、を含む。
第５０の態様によると、半導体層を提供する方法は、第１層主面２９ａに第１電子パターン３１ａを配置するステップであって、これによって前記第１電子構造は第１距離ラスタ３３ａを有する、ステップと、反対側に位置する第２層主面２９ｂに第２電子パターン３１ｂを配置するステップであって、これによって前記第２電子パターンは第２距離ラスタ３３ｂを有する、ステップと、前記第１および第２電子パターン３１ａ、３１ｂを互いに電気的に接続するステップと、を含む。
デバイスの文脈でいくつかの態様を説明したが、前記態様は対応する方法の説明でもあることを理解されたい。したがって、デバイスのブロックまたは構造コンポーネントも対応する方法ステップ、またはその機能としても理解される。同様に、方法ステップに関連して、または方法ステップとして説明された態様は、対応するブロックの説明または対応するデバイスの詳細または特徴にも対応する。
上述の実施形態は、あくまで本発明の原理の例示である。当業者であれば、本明細書に記載の構成および詳細のあらゆる修正および変形が理解可能であることが理解されよう。したがって、本発明は、実施形態の説明および議論によって本明細書に提示された特定の詳細によってではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図される。
［１］ Ａｌｂａｃｈ，Ｔｈｏｒｓｔｅｎ Ｓｖｅｎ：Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖｅ Ｍｉｋｒｏａｋｔｏｒｅｎ ｕｎｄ ｄｅｒｅｎ Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ ａｌｓ Ｍｉｋｒｏｌａｕｔｓｐｒｅｃｈｅｒ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｎｂｅｒｇ（２０１３）．
［２］ Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｃ．ｅｔ ａｌ．：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｏｕｃｈ−Ｍｏｄｅ Ｐｏｌｙ−ＳｉＣ Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ ２００７（２００７），ｐ．２８４−２８７．
［３］ Ｋｉｍ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．：Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ ｗｉｔｈ Ｔｗｏ Ｌａｒｇｅ−Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ Ａｃｔｕａｔｅｄ ｂｙ Ｓｉｎｇｌｅ／Ｄｕａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ ２００５（２００５），ｐ．８９−９２．
［４］ Ｒｅｈｄｅｒ，Ｊ．；Ｒｏｍｂａｃｈ，Ｐ．；Ｈａｎｓｅｎ，Ｏ．：Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｂａｌａｎｃｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ．Ｉｎ：Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ ９７（２００２），Ｎｏ．８，ｐ．６１−６７．
［５］ Ｎｅｒｉ，Ｆ．；Ｄｉ Ｆａｚｉｏ，Ｆ．；Ｃｒｅｓｃｅｎｚｉ，Ｒ．；Ｂａｌｕｃａｎｉ，Ｍ．：Ａ ｎｏｖｅｌ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ．Ｉｎ：６１ ｓｔ Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥＣＴＣ，ＩＥＥＥ ２０１１（２０１１），ｐ．１２２１−１２２７．
［６］ Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｊ．Ｊ．，Ｇａｂｒｉｅｌ，Ｋ．Ｊ．：ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｎ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏ ａｎｄ Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．２．ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ．Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｈ．Ｂａｌｔｅｓ ｅｔ ａｌ．，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００５）．
［７］ Ｌｅｒｃｈ Ｒ．；Ｓｅｓｓｌｅｒ，Ｇ．；Ｗｏｌｆ，Ｄ．：Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ａｋｕｓｔｉｋ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ（２００９）．
［８］ Ｓｃｈｅｎｋ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．：Ａ ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ２Ｄ−ｍｉｃｒｏ−ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｍｉｒｒｏｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ８９（２００１），ｐ．１０４−１１１．
［９］ Ｒｏｓａ，Ｍ．Ａ．ｅｔ ａｌ．：Ａ ｎｏｖｅｌ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＥＭＳ ｂａｓｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．（２００４），ｐ．４４６−４５１．
［１０］ Ｋｕｍａｒ，Ｖ．；Ｓｈａｒｍａ，Ｎ．Ｎ．：Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｕ Ｓｈａｐｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１（２０１４），ｐ．８６−９１．
［１１］ Ｃｈｅｎｇ，Ｍｉｎｇ−Ｃｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ．：Ａ ｌｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ ｆｏｒ ｈｅａｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１４（２００４），ｐ．８５９−８６６
［２］ Ｒｏｂｅｒｔｓ，Ｒｏｂｅｒｔ Ｃ．ｅｔ ａｌ．：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ Ｔｏｕｃｈ−Ｍｏｄｅ Ｐｏｌｙ−ＳｉＣ Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ ２００７（２００７），ｐ．２８４−２８７．
［３］ Ｋｉｍ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．：Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ ｗｉｔｈ Ｔｗｏ Ｌａｒｇｅ−Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ Ａｃｔｕａｔｅｄ ｂｙ Ｓｉｎｇｌｅ／Ｄｕａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ ２００５（２００５），ｐ．８９−９２．
［４］ Ｒｅｈｄｅｒ，Ｊ．；Ｒｏｍｂａｃｈ，Ｐ．；Ｈａｎｓｅｎ，Ｏ．：Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｌｕｘ ｇｅｎｅｒａｔｏｒ ｆｏｒ ｂａｌａｎｃｅｄ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ．Ｉｎ：Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ ９７（２００２），Ｎｏ．８，ｐ．６１−６７．
［５］ Ｎｅｒｉ，Ｆ．；Ｄｉ Ｆａｚｉｏ，Ｆ．；Ｃｒｅｓｃｅｎｚｉ，Ｒ．；Ｂａｌｕｃａｎｉ，Ｍ．：Ａ ｎｏｖｅｌ ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ ｔｏｐｏｌｏｇｙ．Ｉｎ：６１ ｓｔ Ｃｏｎｆ．ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥＣＴＣ，ＩＥＥＥ ２０１１（２０１１），ｐ．１２２１−１２２７．
［６］ Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｊ．Ｊ．，Ｇａｂｒｉｅｌ，Ｋ．Ｊ．：ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ Ａｃｏｕｓｔｉｃ Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｎ：Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍｉｃｒｏ ａｎｄ Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．２．ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ．Ｅｄｉｔｅｄ ｂｙ Ｈ．Ｂａｌｔｅｓ ｅｔ ａｌ．，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ Ｖｅｒｌａｇ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００５）．
［７］ Ｌｅｒｃｈ Ｒ．；Ｓｅｓｓｌｅｒ，Ｇ．；Ｗｏｌｆ，Ｄ．：Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ Ａｋｕｓｔｉｋ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｖｅｒｌａｇ（２００９）．
［８］ Ｓｃｈｅｎｋ，Ｈ．ｅｔ ａｌ．：Ａ ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ ｅｘｃｉｔｅｄ ２Ｄ−ｍｉｃｒｏ−ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｍｉｒｒｏｒ ｗｉｔｈ ｌａｒｇｅ ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，Ｓｅｎｓｏｒｓ ａｎｄ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ Ａ ８９（２００１），ｐ．１０４−１１１．
［９］ Ｒｏｓａ，Ｍ．Ａ．ｅｔ ａｌ．：Ａ ｎｏｖｅｌ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ａｃｔｕａｔｉｏｎ ｏｆ ＭＥＭＳ ｂａｓｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．（２００４），ｐ．４４６−４５１．
［１０］ Ｋｕｍａｒ，Ｖ．；Ｓｈａｒｍａ，Ｎ．Ｎ．：Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ Ｂａｓｅｄ Ｕ Ｓｈａｐｅｄ ｔｈｅｒｍａｌ Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ａｎｄ Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１（２０１４），ｐ．８６−９１．
［１１］ Ｃｈｅｎｇ，Ｍｉｎｇ−Ｃｈｅｎｇ ｅｔ ａｌ．：Ａ ｌｉｌｉｃｏｎ ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ ｆｏｒ ｈｅａｒｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．１４（２００４），ｐ．８５９−８６６
Claims (50)
- 流体の体積流量（１２）と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサであって、
複数の基板面を形成する複数の層（３２ａ〜ｂ、（３４ａ〜ｂ、３６）を有する積層体を含み、前記積層体内に空洞（１６）を有する基板（１４）と、
前記空洞（１６）内で前記基板（１４）に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能な要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を備える電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）であって、前記運動面内の前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と前記流体の前記体積流量（１２）との間に因果関係がある電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）と、
前記積層体の層（３２ａ〜ｂ）内に配置された電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）であって、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）に接続され、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と電気信号との間の変換を実現する電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）と、
を含むＭＥＭＳトランスデューサ。 - 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、電気制御信号（Ｉｎ１）を前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の撓みに変換する、または前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形を電気出力信号（Ｏｕｔ２）に変換するように構成される、請求項１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、デジタルな前記制御信号（Ｉｎ１）をアナログな前記制御信号（Ｏｕｔ１）に変換するためのデジタルアナログコンバータ、アナログな前記電気出力信号（Ｉｎ１）をデジタルな前記電気出力信号（Ｏｕｔ１）に変換するためのアナログデジタルコンバータ、信号デコーダ、プロセッサ、半導体メモリ、近距離無線通信用の無線通信インタフェース、およびモバイル無線インタフェースの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記電気制御信号（Ｉｎ）を前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の撓みに変換するように構成され、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）のためのデジタルパルス幅変調制御信号を提供するように構成されたスイッチング増幅器を含む、請求項２または３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は第１変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）であって、前記ＭＥＭＳトランスデューサは少なくとも第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を含み、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記電気制御信号（Ｉｎ）を前記第１および第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の撓みに変換するように構成された、または前記第１および第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形を前記電気出力信号（Ｏｕｔ２）に変換するように構成された、請求項２から４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は能動的に形成され、前記体積流量（１２）と相互作用するように構成され、または前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）に接続されたプレート要素（６２、６２ａ〜ｃ）が剛性であり、前記体積流量（１２）と相互作用するように構成された、請求項１から５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は、前記運動面に垂直な方向に沿って配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は、前記ＭＥＭＳトランスデューサの外側に電気的に接続され、または前記ＭＥＭＳトランスデューサの前記外側であってリードアセンブリに接触し得る、請求項１から７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は第１蓋層であり、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は第１電子回路（１７ａ）であり、第２電子回路（１７ｂ）が前記基板（１４）の第２蓋層に配置されている、請求項１から８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 変形中に、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、少なくとも時々、前記第１および第２電子回路（１７ａ、１７ｂ）の間に配置される、請求項９に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記第２電子回路（１７ｂ）は、前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）または前記第１電子回路（１７ａ）に接続され、前記第１電子回路（１７ａ）に対して相補的に、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）に関して機能を提供するように構成される、請求項９または１０に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記積層体は、第１層の主面（２９ａ）配置した第１距離ラスタ（３３ａ）を有する第１電子パターン（３１ａ）と、反対側に位置する第２層の主面（２９ｂ）に配置した、第２距離ラスタ（３３ｂ）を有する第２電子パターン（３１ｂ）を含む適応層（２７）を含み、前記第１電子構造と前記第２電子構造は前記適応層で互いに接続される、請求項１から１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記適応層（２７）は、前記積層体の蓋層であり、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が少なくとも部分的に配置されるか、または適応層としてのみ電気的に構成される前記積層体の蓋層である、請求項１２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）に接続された機能要素（２１）を含み、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記機能要素（２１）を制御または評価するように構成された、請求項１から１３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は第１蓋層であり、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は第１電子回路（１７ａ）であり、第２電子回路（１７ｂ）と機能要素（２１）が前記基板（１４）の第２蓋層に配置され、前記第２電子回路（１７ｂ）は、前記機能要素（２１）に接続され、前記機能要素（２１）を制御または評価するように構成された、請求項１から１４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記機能要素（２１）は、センサ、アクチュエータ、無線通信インタフェース、光源、メモリコンポーネント、プロセッサ、およびナビゲーション受信機のうちの少なくとも１つを含む、請求項１４または１５に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記機能要素（２１）は、ＭＥＭＳセンサおよびＭＥＭＳアクチュエータのうちの少なくとも１つを含む、請求項１６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は前記基板（１４）の蓋層に配置され、さらに、ガス検知機能要素が前記蓋層に配置され、前記蓋層は、前記流体の流れ（１２）を通過させるように構成された開口部（２６ａ）を備え、前記ガス検知機能要素は、前記流体の流れ（１２）と感覚的に相互作用するように構成された、請求項１から１７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記開口部は、前記蓋層内の前記ガス検知機能要素（２１）によって取り囲まれる、請求項１８に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記ガス検知機能要素（２１）は、前記開口部（２６ａ）に少なくとも部分的に突出する、請求項１８に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）が配置された前記層（３２ａ〜ｂ）は第１基板層であり、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は隣接する第２基板層に少なくとも部分的に配置される、請求項１から２０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記運動面に垂直な方向に沿って配置され、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）の位置は、前記位置を前記運動面に投影した場合、変形中に前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）が少なくとも部分的に配置される位置に該当する、請求項１から２１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）は、前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）の電気制御（Ｏｕｔ、Ｏｕｔ１）に応じて前記空洞（１６）内の前記流体の動きを引き起こすように構成され、および／または前記空洞（１６）内の前記流体の前記動きに応じて前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）に電気信号（Ｏｕｔ２）を相関的に提供するように構成された、請求項１から２２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 複数の電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）と、その軸方向に沿って湾曲するように構成された梁構造（３０）を含む第１および第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）とを含み、前記基板（１４）の開口部（２６）に隣接する第１部分空洞（４２ａ、４２ｂ）が、前記第１電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と前記第２電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）の前記梁構造（３０）の間に配置される、請求項１から２３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記基板（１４）に接続され、それぞれが前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を含む複数の電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）を含み、
第１電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と第２電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）との間に第１部分空洞（４２ａ、４２ｂ）が配置され、前記第２電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と第３電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）との間に第２部分空洞（３８ａ、３８ｂ）が配置された、請求項１から２４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。 - 前記第１および第２電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）は、第１周波数で前記第１部分空洞の体積を変化させるように構成され、前記第１（１８ｂ、１８ｄ）および前記第３（１８ａ、１８ｃ）電気機械トランスデューサは、第２周波数で前記第２部分空洞の体積を変化させるように構成された、請求項２５に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記基板（１４）は、前記空洞（１６）の複数の部分空洞に接続された複数の開口部を備え、各部分空洞の体積は、前記横運動方向に沿って変形可能な少なくとも１つの要素の撓み状態の影響を受け、部分空洞の２つの隣接する部分体積が第１または第２期間中に相補的な方法で増加または減少できる、請求項２５または２６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記第１電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）、前記第２電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）、および前記第３電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）はそれぞれ、各場合において第１および第２端部を含む梁アクチュエータ（３０）を含み、前記第１電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）の前記梁アクチュエータ（３０）は、前記第１端部および前記第２端部で前記基板（１４）に接続され、前記第２電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）または前記第３電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記梁アクチュエータは、前記梁アクチュエータの中央領域で前記基板（１４）に接続されている、請求項２５から２７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記基板（１４）は、前記空洞（１６）の複数の部分空洞（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）に接続された複数の開口部（２６）を含み、各部分空洞（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）の体積は前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な少なくとも１つの要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の撓み状態の影響を受け、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形および前記部分空洞（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）に基づいて得られる音圧レベルの値が、それぞれの前記部分空洞（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）から出入りする前記体積流量（１２）の周波数との相関を示し、当該相関は関数として表され得るものであり、前記体積流量（１２）の前記周波数は前記流体内の圧力の周波数依存の進行を表す、請求項２５から２８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）は、前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）の軸方向（ｙ）に少なくとも間接的に接続された複数の変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を含み、前記要素は、それぞれ第１および第２部分空洞部位（９６ａ、９６ｂ）の体積に影響を及ぼすように構成された、請求項１から２９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）は、電気制御（１２９ａ）に応じて前記第１（９６ａ）および第２（９６ｂ）部分空洞部位内の前記流体の動きを引き起こすように構成され、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、異なる周波数で前記第１（９６ａ）および第２（９６ｂ）部分空洞部位の前記体積を変えるように構成された、請求項３０に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、前記運動面と平行に前記空洞（１６）を定義する前記基板（１４）の層（３２ａ〜ｂ）と非接触式に配置され、または、低摩擦層が前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）と前記運動面と平行に前記空洞（１６）を定義する前記層（３２ａ〜ｂ）との間に配置された、請求項１から３１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、電圧を印加することで変前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）が撓み可能である作動方向（５９，５９’）を含むバイモルフとして構成された、請求項１から３２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、それぞれ反対の作動方向（５９ａ〜ｃ）を含む第１（３０ａ）、第２（３０ｂ）、および第３（３０ｃ）梁セグメントを、軸方向（ｙ）に沿ってこの順序で配置されて含む、請求項３３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）は、第１および第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を含み、前記第１変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の外側梁セグメント（３０ａ、３０ｃ）と、前記第２変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の外側梁セグメント（３０ａ、３０ｃ）とは、少なくとも間接的に互いに接続されている、請求項３４に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記基板（１４）はアンカー要素（８４）を含み、
前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の軸方向延在方向（ｙ）の中央領域（３０ｂ）で前記アンカー要素（８４）に接続され、または
前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、前記アンカー要素（８４）を介して外側梁セグメント（３０ａ、３０ｃ）でさらなる変形可能要素に接続された、請求項１から３５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。 - 前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）は、梁構造を含み、前記梁構造は第１および第２端部で強く固定された、請求項１から３６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記空洞（１６）は、前記横運動方向（２４）に垂直に配置された前記基板（１４）内の開口部（２６）を備え、これにより前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の前記変形に基づいて、前記横運動方向（２４）に垂直に、前記体積流量（１２）が前記空洞（１６）から、または前記空洞（１６）に流れ込む、請求項１から３７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 前記変形可能要素は前記開口部（２６）に隣接して配置された、請求項１から３８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- ＭＥＭＳポンプ、ＭＥＭＳスピーカ、ＭＥＭＳマイクロフォン、ＭＥＭＳバルブ、およびＭＥＭＳ投薬システムのうちの１つとして構成される、請求項１から３９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
- 請求項１から４０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサを含むデバイスであって、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、ＭＥＭＳスピーカとして構成され、前記デバイスはモバイル音楽再生デバイスまたはヘッドフォンとして構成される、デバイス。
- 請求項１から３８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサを含むシステムであって、前記ＭＥＭＳトランスデューサはスピーカとして構成され、出力信号に基づいて音響信号を再生するように設計された、システム。
- 万能翻訳機またはナビゲーション支援システムとして構成された、請求項４２に記載のシステム。
- 第１層主面（２９ａ）に、前記第１距離ラスタ（３３ａ）を有する第１電子パターン（３１ａ）を含み、反対側に位置する第２層主面（２９ｂ）に、第２距離ラスタ（３３ｂ）を有する第２電子パターン（３１ｂ）を含む半導体層であって、前記第１および第２電子パターン（３１ａ、３１ｂ）は互いに電気的に接続されている、半導体層。
- 請求項４４に記載の半導体層を含み、第１距離ラスタ（３３ａ）を含む電子回路（１７）を有する回路層を含むＭＥＭＳ積層体であって、
前記電子回路（１７）は第１電子構造体に接続されており、これにより前記電子回路（１７）は前記第２層主面（２９ｂ）を介して接触され得る、ＭＥＭＳ積層体。 - 流体の体積流量（１２）と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを形成するＭＥＭＳ積層体であって、
複数の基板面を形成する複数の層（３２ａ〜ｂ、（３４ａ〜ｂ、３６）を有する積層体を含み、積層体内に空洞（１６）を有する基板（１４）と、
前記空洞（１６）内で前記基板（１４）に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を備える電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）であって、前記運動面内の前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と前記流体の前記体積流量（１２）との間に因果関係がある電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）と、を含み、
前記電子回路（１７）は、前記半導体層を介して前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ）に接続され、
前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と電気信号との間の変換を実現するように構成された、請求項４５に記載のＭＥＭＳ積層体。 - 身体（３７）のバイタル機能を感知し、感知された前記バイタル機能に基づいてセンサ信号（３９）を出力するセンサ手段（３５）と、
前記センサ信号（３９）を処理し、当該処理に基づいて出力信号（４３）を提供する処理手段（４１）と、
請求項１から３８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサを含むヘッドフォン（２００）と、を含む健康支援システム（２２０）であって、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、スピーカとして構成され、前記出力信号（４３）を受信する無線通信インタフェースを含み、それに基づいて音響信号を再生するように構成された、健康支援システム（２２０）。 - 前記ヘッドフォンは、インイヤーヘッドフォンとして形成される、請求項４７に記載の健康支援システム。
- 流体の体積流量（１２）と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサを提供する方法であって、
複数の基板面を形成する複数の層（３２ａ〜ｂ、（３４ａ〜ｂ、３６）を有する積層体を含み、前記積層体内に空洞（１６）を有する基板（１４）を提供することと、
前記基板（１４）内に電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）を作成し、これによって前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）は前記空洞（１６）内で前記基板（１４）に接続され、前記複数の基板面の少なくとも１つの運動面内で変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）を備えることと、ここで前記運動面内の前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と前記流体の前記体積流量（１２）との間に因果関係があり、
電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）を前記積層体の層（３２ａ〜ｂ）内に配置し、これによって前記電子回路（１７、１７ａ〜ｂ）は、前記電気機械トランスデューサ（１８、１８ａ〜ｆ ）に接続され、前記変形可能要素（２２、２２ａ〜ｆ、３０、４０、１５０、１６０）の変形と電気信号との間の変換を実現することと、
を含むＭＥＭＳトランスデューサを提供する方法。 - 第１層主面（２９ａ）に第１電子パターン（３１ａ）を配置し、これによって前記第１電子構造は第１距離ラスタ（３３ａ）を有することと、
反対側に位置する第２層主面（２９ｂ）に第２電子パターン（３１ｂ）を配置し、これによって前記第２電子パターン（３１ｂ）は第２距離ラスタ（３３ｂ）を有することと、
前記第１および第２電子パターン（３１ａ、３１ｂ）を互いに電気的に接続することと、
を含む半導体層を提供する方法。
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