JPH03174112A - 可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、空間的光変調器（光弁）に関し、特に、電子
式にアドレス可能な可撓梁から形成される絵素を有する
空間的光変調器に関する。

［従来の技術］ 空間的光変調器（ＳＬＭ）は、電気的または光学的人力
に対応して、入射光を空間的パターンに変調するトラン
スジューサである。入射光は、位相、強度、偏り、また
は方向に関して変調され、この光変調は、さまざまな光
電気または光磁気効果を示すさまざまな材料によって、
また、表面変形により光を変調する材料によって行なわ
れる。

ＳＬＭは、光情報処理、映写表示、および静電印刷の諸
分野に多数の応用面を有する。３０１ＥＥＥＴｒａｎ、
　Ｅｌｅｃ、　Ｄｅｖ、　５３９　（１９８３）に所載
の、Ｌ。

Ｈｏｒｎｂｅｃｋ著ｒ　１２８　ｘ　１２８　　Ｄｅｆ
ｏｒＩｌａｂｌｅＭｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ　Ｊに引
用されている参照文献を参照されたい。

大形高輝度電子表示に用いられる公知のＳＬＭは、アイ
ドホールであり、この装置は、活性光素子として静電的
にさざ波を起こされる油膜を用いる。２０　Ｊ、　ＳＭ
ＰＴＥ　３５１　（１９５３）に所載の、Ｅ。

Ｂａｕｇ＋ａｎｎ著ｒＴｈｅ　Ｐｉｓｃｈｅｒ　！ａｒ
ｇｅ−ｓｃｒｅｅｎｐｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅ
ｍ　（Ｅｉｄｏｐｈｏｒ）Ｊを参照されたい。

この装置においては、連続した油膜が電子ビームによっ
てラスク状に走査されるであるが、この電子ビームは、
その油膜上のそれぞれの解像可能な絵素領域内に空間的
周期性を有する付着電荷の分布を作り出すように変調さ
れる。この電荷分布は、油膜表面と、定電位に保持され
た支持基板との間の静電引力により、各絵素内に位相グ
レーティングを作り出す。この引力は、付着電荷の量に
比例した量だけ膜表面を変形せしめる。この変調された
油膜は、キセノンアークランプからの空間的コヒーレン
ト光により照明される。油膜上の変調された絵素への入
射光は、局部的位相グレーティングにより回折されて、
規則的な間隔を有する諸次数の不連続的な回折光の組を
作り、これらは、光学装置の一部をなす、透明バー、不
透明バーが交互に並べられた周期的アレイから成るシュ
リーレン絞り上に入射せしめられる。シュリーレン絞り
のバーの間隔は、回折信号の諸次数のものの間隔に適合
するように選択されるので、高い光学的スルーブツト効
率が達成される。光弁の不変長領域に入１．ｊした光は
、シュリーレン絞りの不透明バーにより、映写レンズに
達しないよう阻止される。

光弁上の不変調領域から、シュリーレン写像装置によっ
て映写スクリーン上に形成される映像は従って暗くなり
、一方、変調された電子ビームにより導入された位相摂
動は、シュリーレン映写器によりスクリーン上における
光輝点に変換される。

電子衝撃による油の重合および陰極の有機蒸気汚染に関
連する多くの技術的困難にもかかわらず、この形式の油
膜装置は、スクリーンにおいて数千ルーメンの総光息が
要求される場合に極めて広く使用される装置をなす段階
まで、成功裡に発展せしめられた。しかし、このような
装置は、高価で、大形であり、かつ短寿命の成分を有す
る。

いくつかの非油膜式ＳＬＭも開発され、これらのＳＬＭ
は、可撓素子形、偏光面回転形、および光散乱形のもの
を含む。これらの形式のＳＬＭは、金属、エラストマー
、またはエラストマー光導電体の反射層の変形、および
強誘電体、ＰＬＺＴセラミックス、および液晶による偏
光および散乱、などのさまざまな効果を用いる。例えば
、２２９Ｐｒｏｃ、　５ＰＩＥ　６ｇ　（１９８１）に
所載のＲ，Ｓｐｒａｇｕｅ外著ｒＬｉｎｅａｒ　ｔｏｔ
ａｌ　１ｎｔｅｒｎａｌ　ｒｅｆ’１ｅｅｔｉｏｎ　ｓ
ｐａｔｉａｌｌｉｇｈｔ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｆｏｒ
　１ａｓｅｒ　ｐｒｉｎｔｉｎｇＪ　Ｓおよび２９９　
Ｐｒｏｃ、　５ＰＩＥ　７６　（ｆ９８２）に所載のＷ
、　ＴｕｒｎｅｒおよびＲ，Ｓｐｒａｇｕｅ著ｒｌｎｔ
ｅｇｒａｔｅｄ　ｔｏｔａｌ　１ｎｔｅｒｎａｌｒｅｆ
ｌｅｃｔｉｏｎ　（ＴＩＲ）　５ｐａｔ１ａｌ　　ｌｉ
ｇｈｔ　ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　ｆｏｒｌａｓｅｒ　ｐｒ
ｉｎｔｉｎｇＪ　、および米国特許節４．３８０゜３７
３号には、感光媒体に対する非衝撃印刷装置が説明され
ており、その装置においては、レーザ光か照明線を形式
せしめられ、光変調器の直線形アレイを通過した後、感
光媒体上に像を形成する。

そのアレイは、内部全反射式空間的光変調器として構成
され、その電極および駆動電子装置は集積駆動素子上に
製造され、その素子は、ニオブ酸リチウムなどの光電気
結晶の内部全反射表面に対して載置される。それぞれの
２１！極間の縞状の界により生ぜしめられる屈折率の局
部的変化は、シュリーレン読出光学装置によって読出さ
れ、その光学装置はＴＩＲ界面を感光媒体上に写像する
。これは１次元画像であり、感光媒体は、直線形アレイ
の像の下のドラム上において回転せしめられ、印刷上の
応用のための２次元画像（例えば、テキストの１ページ
）を生じる。しかし、ＳＬＭ（光弁）は、そのハイブリ
ッド性のために、極めて製造上の諸問題の影響を受けや
すい。縞の異強度、従って変調された絵素から回折され
る光量は、アドレス電極と、強誘電体結晶表面との間の
、１／ｌＯミクロン未満のエアギャップの厚さの変化に
敏感に影響される。従って、結晶と電極構造との間に捕
えられた極めて小さい粒子でも、感光媒体に対する照明
の非一様性問題を発生せしめうる。光弁の変調領域と不
変調領域との境界に存在する絵素における装置の光応答
はまた、アドレス技術の性質のために、変調領域の中央
付近の絵素における応答よりもかなり低い。この技術に
基づくプリンタの市販の予定はまだ存在しない。

Ｐｒｏｃ、　ＳＩＤ　Ｓｙｍｐ、　２５０　（Ａｐｒｉ
ｌ　１９ｇ２）に所載のＨ５ＬＩｔｔｌｅ外著「ＣＣＤ
−Ａｄｄｒｅｓｓｅｄ　Ｌｉｑｕｉｄ　Ｃｒｙｓｔａｌ
Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ　Ｊには、シリコンチップの前
面にＣＣＤ領域アレイを有し、そのチップの後面に液晶
アレイを有するＳＬＭが説明されている。電荷はＣＣＤ
に、アナログ電荷データの完全なフレームがロードされ
るまで入力され、その後その電荷は、チップの後面にダ
ンプされて、液晶を変調する。

この装置は、ひどい固定パターン雑音、および前面から
後面への転送からの電荷の拡散により解像度の劣化、を
難点とする。

１次元アレイおよび２次元アレイの双方として製造され
るもう１つの形式のＳＬＭには、変形可能鏡がある。変
形可能鏡には、エラストマー、膜、および片持梁の３種
類がある。エラストマ一方式においては、エラストマー
の圧縮により表面の変形を生ぜしめる空間的に変化する
電圧によって、金属被覆されたエラストマーがアドレス
される。

アドレス電圧としては１００また２００ボルト程度が要
求されるので、エラストマーは高密度のシリコンアドレ
ス回路と集積するための良い候補にはなりえない。一般
的には２４１ＥＥＥ　Ｔｒａｎ、　Ｅｌｅｃ。

Ｄｅｖ、　９３０　（１９７７）に所載のＡ、　Ｌａｋ
ａｔｏｓおよびＲ０Ｂｅｒｇｅｎ著　ｒＴＶ　　ｐｒｏ
ｊｅｃｔｉｏｎ　　ｄｉｓｐｌａｙ　　ｕｓｉｎｇ　　
ａｎａｍｏｒｐｈｏｕｓ−８ｅ−ｔｙｐｅ　ＲＵＴＩＣ
ＯＮ　ｌｉｇｈｔ　ｖａｌｖｅ　Ｊを参照されたい。

膜形変形可能鏡にはさまざまな形式のものがある。１形
式は、本質的に、前述のアイドホール装置の油膜の代わ
りをなすものである。この装置においては、薄い反射膜
が支持格子構造により、陰極線管（ＣＲＴ）の前面に取
付けられる。アイドホールにおけると同様に、アドレッ
シングはラスク走査をする電子ビームによって行なわれ
る。電子ビームによりＣＲＴの前面ガラスに付着せしめ
られた電荷は、定電圧に保持された膜を静電的に引きつ
ける。この引力は、膜を格子構造により形成された井戸
状部内へたるませ、それによってそれぞれの絵素位置に
小球面鏡を形成する。この形式の変調絵素からの回折光
は、鏡様に反射されたビームのまわりに回転対称な、比
較的細い稚内に集中せしめられる。従って、この形式の
光弁は、この光弁の不変調領域から鏡様に反射された後
光学装置により形成される光源像を阻止すべき位置と大
きさとを有する単一の中央暗部から成るシュリーレン絞
りと共用される。変調された絵素は、この中央暗部より
大きく、そこに中心を置く、シュリーレン絞り面におけ
る円形光領域を作る。この絞りの効率、すなわちシュリ
ーレン絞りを通過する変調絵素エネルギの割合は、変形
可能膜に基づく映写器においては、油膜式アイドホール
映写器におけるよりも一般にやや低い。さらに、このよ
うな変形可能層鏡装置は、少なくとも２つの主要問題を
有する。比較的に固い反射膜をアドレスするのに高い電
圧が要求され、また、電子ビームラスタと絵素支持格子
構造との間のわずかな位置不整合がアドレッシング問題
を生ぜしめるのである。この位置不整合は、映像のぼけ
と、表示輝度の不均一性とを生ぜしめる。

もう１つの形式の変形可能膜端は、８０１ＥＥＥＴｒａ
ｎｓ、　Ｅｌｃｅ、　Ｄｅｖ、　５３９　（１９Ｈ）に
所載のり。

Ｈｏｒｎｂｅｃｋの論文と、米国特許第４，４４１，７
９１号とに説明されており、これは、シリコンアドレス
回路に接着された金属被覆重合体鏡のアレイから成るハ
イブリッド集積回路をなす。鏡素子からエアギャップに
より分離された下部のアナログアドレス回路は、鏡アレ
イをして選択された絵素において静電引力により変位せ
しめる。この結果得られる２次元変位パターンは、反射
光に対し対応した位相変調パターンを与える。このパタ
ーンは、シュリーレン映写技術によってアナログ強度変
化に変換されるか、または、光情報プロセッサに対する
入カドランスジューサとして用いられる。

しかし、変形可能膜端は、膜と下部支持構造との間に、
小さい、ミクロン大の粒子が捕えられた時でさえ生じる
欠陥の影響を受けやすいことによる、製造上の問題を有
する。膜は、これらの捕えられた粒子の上にテント部を
形成し、これらのテント部の横方向の広がりは粒子自身
の大きさよりずっと大きいので、これらのテント部はシ
ュリーレン写像装置により輝点として写像されることに
なる。

変形可能片持梁鏡は、変形可能片持梁の微細な機械的ア
レイであり、入射光を直線形パターンまたは領域形パタ
ーンをなすように変調するための、あるアドレス手段に
より静電的に、かつ個々に変形せしめられつる。変形可
能片持梁鏡は、適正な映写光学装置と共用されることに
より、表示、光情報処理、および電子写真式印刷に利用
されつる。

真空蒸着によりガス上に製造された金属片持梁を用いた
初期の形式のものは、米国特許第３，６゜Ｏ，７９８号
に開示されている。この装置は、装置の非集積的アーキ
テクチャに起因する、前部ガラス基板と後部ガラス基板
との位置整合を含めての、製造上の問題を有する。

変形可能片持梁鏡は、２２１ＥＥＥ　Ｔｒａｎ、　Ｅｌ
ｅｃ。

Ｄｅｖ、　７６５　（１９７５）に所載のＲ，Ｔｈｏａ
＋ａｓ外著ｒ　ＴｈｅＭｉｒｒｏｒ−Ｍａｔｒｉｘ　Ｔ
ｕｂｅ：　Ａ　Ｎｏｖｅｌ　Ｌｉｇｈｔ　Ｖａｌｖｅ　
ｆｏｒＰｒｏｊｅｃｔｉｏｎ　Ｄｌｓｐｌａｙｓ　Ｊお
よび米国特許第３，８８６．３１０号および第３，８９
６，３３８号に説明されている。この装置は、次のよう
にして製造される：サファイア基板上のシリコン上に熱
二酸化シリコン層を成長せしめる；この酸化物を、中央
で接合された４つの片持梁のクロバーの葉形アレイをな
すようにパターン化する。シリコンを、酸化物の下部が
切離されるまで等方向にウェットエツチングし、それぞ
れの絵素内、中央のシリコン支持柱によって支持される
４つの酸化物片持梁を残す。このクロバーの葉形アレイ
を、次に反射率を増大させるためにアルミニウムで金属
被覆される。サファイア基板上に付着したアルミニウム
は、直流バイアスレベルに保持される基準格子電極をな
す。この装置は、走査電子ビームによってアドレスされ
、この電子ビームはクロバー葉形梁上に電荷パターンを
付着せしめることにより、それらの梁を基準格子に向か
う静電引力によって変形せしめる。消去は、狭い間隔を
おいた外部格子を負にバイアスすることにより、この装
置に低エネルギー電子を浴びせることによって行なわれ
る。

シュリーレン映写器を用いて梁の変形は映写スクリーン
上の輝度変化に変換される。この装置の重要な特徴は、
クロパー葉の幾何学的形態であり、この形態によって、
梁のたわみは梁間の開口から４５＠回転せしめられた方
向へ行なわれるようにされ、それによって、変調された
回折信号を減衰させることなく、固定された回折バック
グラウンドを阻止する簡単な十字形シュリーレン絞りが
使用しうることになる。この装置は、２．５４（７）（
１インチ）あたり５００絵素の絵素密度で製造され、梁
は４″までたわむことができた。光学装置は、１５０ワ
ツトのキセノンアークランプと、反射式シュリーレン光
学装置と、利得５の７６．２ｃｍＸ１０６．７ｃｙｎ　
（２，５フイート×３．５フイート）のスクリーンと、
を使用した。

４００本のＴＶ線の解像度は、１０．６７メートル・ル
ーメン（３５フート・ルーメン）のスクリーン輝度と、
１５対１のコントラスト比と、４８％のビーム回折効率
と、を示した。１／３０秒未満の書込時間が達成され、
消去時間は書込時間の１／１０の短かさであった。しか
し、この装置は、走査誤差から起こる解像度の劣化、低
い製造歩どまり、および従来の投射管に比し利点をもた
ない、などの諸問題を有する。すなわち、走査から走査
への位置決め精度が、個々の絵素へ再生可能なように書
込むほど十分高くない。その結果起こる解像度の低下の
ため、比較可能なように書込まれた蛍光体と比較して同
じ解像度を保つためには、少なくとも絵素の数を４倍に
増加する必要がある。

また、装置の歩どまりは、クロパー葉の支持柱に対する
エッチ止の欠如、梁のウェットエツチングによる梁の破
損、常態において緊張状態にあるアルミニウムを酸化物
の梁上にゼロ応力の状態で蒸着する必要性、により制約
される。さらに、この装置は、従来の投射管に比し、経
費または性能に関して明瞭な利点をもたない。

アドレス回路と共にシリコン上に集積され、従って前述
の片持梁装置の高電圧回路による電子ビームアドレッシ
ングおよび真空外囲器をなくした、変形可能な片持梁鏡
は、３１　Ａｐｐｌ、　Ｐｈｙｓ、　Ｌｅｔｔ。

５２１　（１９７７）に所載のに、　Ｐｅｔｅｒｓｅｎ
著ｒＭｆｃｒｏ−ｍｅｃｈａｎｔｃａｌ　Ｌｌｇｈｔ　
Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ　Ａｒｒａｙ　Ｆａｂｒｉｃａｔｅ
ｄｏｎ　５ｉｌｉｃｏｎＪ　、および米国特許第４．２
２９，７３２号に開示されている。これらの参照文献の
最初のものには、次のようにして製造される飛込み板形
片持梁の１６×１７レイが説明されている：厚さ約１２
ミクロンの（１００）一方向の（ｐまたはｎ形）シリコ
ンのエピタキシャル層をｐ子基板（または埋込み層）上
に成長せしめる；このエピタキシャル層を約０．５ミク
ロンの厚さまで酸化し、約５００Ａの厚さのＣｒ−Ａｕ
膜で被覆する。この酸化物を、第２マスキング段階にお
いて、金属被覆のまわりが櫛パターンをなすようにエツ
チング除去する。最後に、シリコン自体を、エチレンジ
アミンおよびピロカテキンの溶液内で１２０℃において
エツチングする。もし、結晶軸に対してマスクの適正な
方向が維持されれば、金属被覆酸化物の飛込み板はエツ
チングによって下部を切離されシリコンから自由になる
。このエツチングはλ方性のものであるから、それ以上
の横方向エツチングは、櫛パターンの長方形エンベロブ
を画定する（１１１）面によって停止せしめられる。

さらに、エッチ液はｐ生材料により抑制されるので、飛
込み板の下部の井戸部の深さはエピタキシャル層の厚さ
によって画定される。基板と飛込み板の金属被覆との間
に直流電圧が印加されると、薄い酸化物の飛込み板は静
電的にエツチングされた井戸部内へ下向きにたわまされ
る。長さ１０６ミクロン、幅２５ミクロンの飛込み板は
、約６６ボルトのスレッショルド電圧を示した。

第２の参照文献（ＨａｒｔｓｔｅｉｎおよびＰｅｔｅｒ
ｓｅｎによる米国特許第４，２２９，７３２号）には飛
込み板装置と同様に製造される（金属被覆された二酸化
シリコン片持梁の下部の井戸状部を形成するためのエッ
チ止としてｐ中層を用いる）が、異なるアーキテクチャ
を有する装置が説明されている。

すなわち、片持梁は１つのかどでヒンジ連結された正方
形フラップ状をなし、これらのフラップは飛込み板の１
次元の行の代わりに２次元アレイを形成し、これらのフ
ラップの下部の井戸部は連結されていないので、フラッ
プに対するアドレス線路は、フラップの行および列の間
のシリコンの頂部表面上に形成されうる。もちろん、フ
ラップの角のヒンジ連結は、米国特許第３，８８６，３
１０号および第３．８９６，３３８号のクロパー葉アー
キテクチャに由来するものだが、完全なりロバー葉アー
キテクチャは、クロパー葉フラップがシリコン表面から
分離された中央柱にヒンジ連結されているために、表面
のアドレス線路の使用可能性を排除するので、用いるこ
とができない。さらに、これらの装置は、密度上の制約
のために解像度が低く、かつ低効率であり、活性領域の
割合が小さく、製造歩どまりが低く、アドレス回路によ
る回折効果のためにコントラスト比が劣り、酸化物フラ
ップの帯電効果のために残像を生じる、という諸問題を
有する。特に、アドレス回路は、井戸部がエピタキシャ
ル層をｐ十エッチ止に達する下方までエツチング除去し
て形成されるために、アドレス回路を活性領域（フラッ
プ）下に配置しえないので、活性領域を迂回せざるをえ
ない。従って、活性領域は実質的に減少せしめられるの
で、回折効率も同時に低下する。これは、同じスクリー
ン輝度を得るのに大きいランプ電力を要することを意味
する。アドレス回路のために追加の領域が必要になるの
で、絵素の大きさはフラップ領域よりずっと大きくなり
、そのため達成可能な解像度が低下する。井戸部の形成
のために必要なウェットエツチングは、電気的および機
械的歩どまりを低下させる。実際、スピン−リンス／乾
燥サイクル中に梁の下の捕えられた水は、表面から回転
せしめられている時に果を破損するので、チップに切断
した後のウェットクリーニングはフラップおよび飛込み
板を破壊する。もし、代わりに水を表面から蒸発させれ
ば、表面の背後に一部が残留して表面の洩れ電流を増大
せしめうるので、装置の誤動作の原因になる。また、シ
リコン表面にあるアドレス回路は、変調されるべき入射
光にさらされるので、トランジスタゲートからの望まし
くない回折効果を生じ、コントラスト比をさらに低下さ
せる。さらに、アドレス構造内への光の洩れは、光によ
る電荷発生を起こすので、蓄積時間を減少せしめる。最
後に、酸化物／金属フラップは、井戸部に面する絶縁側
を有し、井戸部に存在する強い電界により帯電せしめら
れる。こらは残像（「バーンイン（ｂｕｒｎ−ｉｎ　）
　Ｊ像）を生ぜしめる。

この残像問題をなくすために必要な交流駆動は、上述の
ＮＭＯ８駆動回路によっては与えられない。

さらに、もしフラップが最大安定たわみを越えてたわま
されると、それは撓潰して井戸部の底部に付着する。従
って、撓潰電圧以上の電圧は絶対に避けなくてはならな
い。

片持梁方式の変種は、２４　ＩＢＭ　Ｊ、　Ｒｅｓ、　
Ｄｅｖｐ。

６３１　（１９８０）に所載のに、　Ｐｅｔｅｒｓｅｎ
著ｒｓｉｌｌｃｏｎＴｏｒｓｉｏｎａｌ　Ｓｃａｎｎｉ
ｎｇ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｊ　、および４１ＥＥＥＥｌｅｃ
、　Ｄｅｗ、　Ｌｅｔｔ、　３　（１９８３）に所載の
Ｍ、　Ｃａｄｍａｎ外著ｒＭｉｃｒｏＩＩｅｃｈａｎｌ
ｃａｌ　Ｄｉｓｐｌａｙ　Ｌｌｓｉｎｇ　ＴｈｉｎＭｅ
ｔａｌｌｉｃ　ＦｉｌｍｓＪに示されている。この方式
においては、周囲の反射面と２つのヒンジで連結された
金属被覆シリコンフラップまたは金属性フラップを形成
し、これらのフラップをヒンジによって形成される軸に
沿ってねじることによって動作せしめる。これらのフラ
ップは、下部のアドレス用基板とモノリシックには形成
されていないが、前述の変形可能膜と同様に、それに接
着されている。

Ｃａｄｅによる米国特許節４，３５６，７３０号の装置
は、以上の諸特徴を組合わせ、金属被覆二酸化シリコン
片持梁飛込み板と、角でヒンジ連結されたフラップと、
ヒンジ連結されたねじれフラップと、を備えたシリコン
基板を有する。アドレス電極（メモリアレイにおけると
同様に、ＸＹアドレッシング用として飛込み板またはフ
ラップ毎に２つある）は、表面上にあり、飛込み板また
はフラップは、スイッチまたはメモリビットとして動作
せしめられ、スレッショルド電圧の印加によって、シリ
コン基板にエツチングされた穴の底部へ収容される。飛
込み板またはフラップは、その後はもっと小さい予備電
圧により穴の底部に保持される。

上述の片持梁装置に関する参照文献には、シュリーレン
映写光学装置が片持梁装置と共用されうろことが示唆さ
れている。しかし、そのような光学装置は、達成しうる
光学的性能に関し制約を有する。まず、写像レンズの開
口直径は、信号エネルギのみを通過させるのに必要な大
きさよりも大きくなくてはならない。すなわち、シュリ
ーレン絞りの中央暗部の周囲の全信号エネルギを通過せ
しめるために、レンズ速度は比較的に高くなくてはなら
ない（または、同等のことであるが、レンズのｆ数は比
較的小さくなくてはならない）。さらに、この写像配置
においては、信号はレンズのひとみの外部を通過する。

ＳＬＭ上の任意の与えられた点から出て、写像レンズの
ひとみの最外部領域を通過する光線は、任意の写像レン
ズの光学的設計において、十分に補正された焦点へ集め
るのに最も困難な光線である。外側の光線が十分に制御
されれば、写像レンズの中央を通る光線は自動的に十分
に補正される。従って、写像レンズに対しては、高度に
複雑な光学的設計が要求される。

第２に、片持梁ＳＬＭ上の軸外絵素の十分に補正された
像を写像レンズが形成できる視界角の大きさも制限され
る。いかなるレンズ設計の仕事も、レンズ速度と、レン
ズが良好な品質の映像を形成しうる視界角範囲との間の
妥協を含む。高速度レンズは狭い視界範囲で働き、広角
レンズは比較的に低速度である傾向がある。シュリーレ
ン写像装置は、その全開口上において十分に補正されて
いなくてはならず、この開口の直径は像形成光を通過さ
せるのに要するよりも大きい必要があるので、レンズが
働きうる視界角範囲は、遮蔽されない、小さい直径のレ
ンズの中央を信号が通過するような別の写像配置がもし
考案されえたとすれば、その場合よりは小さくなる。最
後に、与えられた有限の速度を有する写像レンズにおい
ては、シュリーレン絞りを配置使用すると、使用可能な
光源の大きさが制限される。これによって、映写スクリ
ーンまたは受光装置の、たわんだ絵素の像へ送られうる
照射レベルが制限される。この照射レベル、すなわち単
位面積あたりの送達電力は、光源の放射発生量、光学装
置の伝達率、および像形成光線錐の立体角に依存する。

光源の放射量は、使用される特定のランプによってのみ
決定される。光学装置の伝達率は、特定のＳＬＭ／シュ
リーレン絞り配置における絞り効率および表面伝達損に
よる。

しかし、像形成光線錐の立体角は、信号エネルギで満た
される写像レンズのひとみの面積に正比例する。写像レ
ンズのひとみに中央領域を遮るシュリーレン絞りを使用
すると、使用可能なひとみ面積が制限され、従って、与
えられた速度のレンズおよび与えられた放射量の光源に
よって得られる像平面における照射レベルも制限を受け
る。これは、使用できる最火光錐が梁のたわみ角に等し
い開口角を有するという基本的な照射制限に追加される
ものである。

従来の梁成ＳＬＭは、梁絶縁体帯電効果、梁の撓潰に対
する過電圧保護の欠如、光学的非効率性および不均一性
を生ぜしめる小さい角度の、かつ不均一な梁のたわみ、
および絵素の高電圧アドレッシング、の諸問題を含む。

［発明の要約コ 本発明は、看＠電極上に着地する梁を有する可撓梁式空
間的光変調器のリセット方法を提供する。

このリセット方法は、梁の無撓モードを励振し、梁が着
地電極に付着する問題を解決する。

［実施例コ 実施例の可撓梁成空間的変調器（ＳＬＭ）は、通常、絵
素の直線形アレイまたは領域形パターンから形成され、
それぞれの絵素は個々にアドレス可能であって、少なく
とも１つの可撓反射梁を含み、これらの絵素はモノリシ
ックシリコンを基材とするチップの形式に構成される。

これらのチップは、シリコンウェーハを処理し、このウ
ェーハをチップに切断し、さらに個々のチップを処理す
ることによって製造される。これらのチップの寸法は、
応用面によって異なり、例えば絵素の２４００ｘｌ直線
形アレイ（これは２．５４ｃｍ（１インチ）あたり３０
０ドツトのプリンタ成分をなしうる）は、約３３．０２
ｍｍ８６．３５ｍｍ　（約１３００ミル×２５０ミル）
のチップ上に約１２ミクロン（１／２　ミル）平方の絵
素として製造される。

このＳＬＭは、絵素から光を反射することによって動作
し、反射光は可撓梁のたわみを変化させることによって
変調される。従って、このようなＳＬＭはまた変形可能
鏡装置（ＤＭＤ）とも呼ばれ、可撓梁はまた鎖素子とも
呼ばれる。以下の説明は主としてＤＭＤにおける個々の
絵素に関するものであり、図は全て説明をわかりやすく
するために概略図にしである。

ｆｆｌｌａ図には、第１実施例の方法によって製造され
たＤＭＤの第１実施例の単一絵素が斜視図として示され
ており、第１ｂ図にはその完断面図が、第１Ｃ図にはそ
の平面図が示されている。全体が２０によって示されて
いる絵素は、基本的には浅い井戸部を覆う梁（フラップ
）であり、シリコン基板２２と、絶縁スペーサ２４と、
金属ヒンジ層２６と、金属梁層２８と、層２６−２８内
に形成された梁３０と、梁３０内のプラズマエツチング
・アクセス孔３２と、を有する。梁層２８によって覆わ
れないヒンジ層２６の部分３４．３６は、梁３ｏのスペ
ーサ２４で支持される層２６−２８の部分に取付けられ
たねじれヒンジ（ねじれロッド）を形成する。電極４０
．４２．４６．４１は、スペーサ２４と基板２２との間
に延長し、二酸化シリコン層４４により基板２２から分
離されている。第１ｂ図は、第１ａ図および第１ｃ図に
示されたＢ−Ｂ線における断面図である。

絵素２０の典型的な寸法は次の通りである：梁３０は一
辺の長さが１２．５ミクロンの正方形をなし、スペーサ
２４の厚さ（第１ｂ図では鉛直をなす）は４．０ミクロ
ン、ヒンジ層２６の厚さは８００Ａ、梁層２８の厚さは
３．６０ＯＡ、ヒンジ３４および３６のそれぞれの長さ
は４．６ミクロン、幅は１．８ミクロンであり、プラズ
マエツチング◆アクセス孔３２は一辺が２．０ミクロン
の正方形をなし、プラズマエツチング・アクセスギャッ
プ３８（梁３０と梁層２８の残部との間の空間）の幅は
２．０ミクロンである。

約１０＠の梁の最大のたわみ角を生じる絵素２０におけ
る典型的な寸法のもう１つの組は次の通りである：梁３
０は一辺の長さが１９ミクロンの正方形をなし、スペー
サ２４の厚さ（第１ｂ図では鉛直をなす）は２．３ミク
ロン、ヒンジ層２６の厚さは７５０Ａ、梁層２８の厚さ
は３０００Ａ。

ねじれヒンジ３４および３６のそれぞれの長さは４．６
ミクロン、輻は１．０ミクロンであり、プラズマエツチ
ング・アクセス孔３２は一辺が１．５ミクロンの正方形
をなし、プラズマエツチング・アクセスギャップ３８（
梁３０と梁層２８の残部との間の空間）の幅は１．０ミ
クロンである。

基板２２は、抵抗率約１０Ω’０１１１の（１００）シ
リコンで、通常その表面上にアドレス回路が形成されて
おり、電極４０．４１．４２．４６のほかに周辺装置を
も含む。スペーサ２４はポジ形ホトレジストであり、絶
縁体である。ヒンジ層２６および梁層２８は共にアルミ
ニウム、チタン、シリコンの合金（Ｔｉ：Ｓｉ：ＡｆＩ
）で、０．２％のＴｉと１％のＳｔとを含む。この合金
は、スペーサ２４と著しく異ならない熱膨張係数を有す
るので、以下に述べる製造工程中に発生する金属層とス
ペーサ２４との間の応力は最小化される。また、２つの
層２６および２８も同じ金属なので応力は最小化される
。梁またはヒンジの層間になんらかの応力が存在すると
、梁またはヒンジの反りまたは曲がりが起こりえ、金属
とスペーサとの間になんらかの応力が存在すると、井戸
部上の金属の自由部分の座屈または反りが起こりつる。

第１ａ図から第１Ｃ図までのアーキテクチャは、次の２
つの判定基準を同時に満足する＝（１）梁金属上におけ
るヒンジ金属の段付被覆の問題なく、所望のように梁金
属を厚く、かつヒンジ金属を薄くなしうる、（２〉梁金
属下のスペーサ面は、もしヒンジが梁金属の付着の前に
スペーサ上に長方形片として形成されたならば起こりう
る処理の側部効果にさらされない。

絵素２０は、金属層２６−２８と基板２２上の電極４２
または４６との間の電圧を印加することにより動作せし
められる。粱３０と諸電極とは、エアギャップキャパシ
タの２つの極板をなし、印加電圧により２極板に誘起さ
れた逆符号の電荷は、梁３ｏを基板２２へ引きつける静
電気力を作用せしめるが、電極４０および４１は梁３０
と同じ電圧に保たれる。この引力は、梁３０をしてヒン
ジ３４および３６においてねじれしめ、また基板２２に
向かってたわましめる。第２図には、このたわみと、正
電圧が電極４２に印加された場合に最小ギャップ領域に
集中する電荷とが、概略的に示されている。２０ないし
３０ボルトの範囲の電圧の場合は、たわみは２″の範囲
内にある。もちろん、もしヒンジ３４がもっと長く、ま
たはもつと薄く、またはもっと狭く作られていたとすれ
ば、ヒンジ３４のコンプライアンスはその幅に逆比例し
、長さの平方に正比例し、厚さの立方に逆比例して変化
するので、たわみは増大する。梁３０の厚さは、処理中
に発生する表面応力による梁３０の著しい反りを防止す
ること、しかし、ヒンジ３４の薄さは大きいコンプライ
アンスを与えることに注意すべきである。第２図はまた
、ＤＭＤの動作中に起こる、たわんだ梁３０からの光の
反射を示している。

梁３０のたわみは、印加電圧の高度に非直線的な関数で
ある。そのわけは、ヒンジ３４のねじれによって発生す
る復元力はたわみのほぼ直線的な関数であるが、静電引
力が、最も接近した梁３０の角と基板２２との間の距離
の逆数の関数として増大するからである（キャパシタン
スが距離の減少に伴って増大するため、誘起電荷の量が
双方とも増加して互いに接近することを想起すべきであ
る）。第３ａ図は、電極４２および４０がアドレス電極
１４２として接合され（かつ電極４１および４６がアド
レス電極１４６として接合され）た、簡単化された形式
の絵素２０である絵素１２０における、たわみの電圧に
対する近似的依存関係を示す。第３ｂ図には、絵素１２
０の諸要素の平面図が、絵素２０の対応諸要素よりも１
００だけ大きい参照番号を付して示されている。絵素１
２０のねじれ梁１３０が不安定になり完全に曲がって基
板１２２に接触するときの電圧は、撓潰電圧と呼ばれる
。撓潰電圧よりやや低い電圧においては、たわみは電圧
の近似的直線関数となり（第３図の点線参照）、これが
アナログ動作領域となる。アナログ動作における電圧（
４０−５０ボルト）は、集積回路において通常用いられ
る電圧より著しく高いことに注意すべきである。

絵素２０の動作の解析の前に、簡単化された絵素１２０
の定性的解析を行なう。第４図は、絵素１２０の概略立
断面図（第１ｂ図および第２図に類似）であり、使用さ
れる変数の定義を示す。第３ｂ図は、２つの隣接する絵
素１２０の平面図である。

第４図に示されているように、アドレス電極１４６およ
びねじれ梁１３０は接地されており、アドレス電極１４
２には電圧φ　が印加されて、こａ の電圧がねじれ梁１３０を角θだけ回転させる。

ねじれ梁のこの回転は、ねじれ梁１３０の先端１３１が
たわむ距離Ｚ７によって表わされ、あるいは、たわんで
いないねじれ梁の先端１３１とアドレス電極１４２との
間の距ｊｌｔ　ｚ　ｏに正規化された距離α、すなわち 旬 として表わされる。回転角が小さいときは、θをラジア
ンで表わすと、θとαとは の関係にある。ただし、Ｌは、反対側の角１３５および
１３７においてねじれヒンジ連結された正方形ねじれ梁
１３０の一辺の長さである。

アドレス電極１４２に電圧φ　が印加されたとき、ねじ
れ梁１３０に作用する、角１３５および１３７を通る軸
の回りのトルクは、次のようにして計算される。まず、
回転軸から距離Ｘにあり幅ｄｘを有するねじれ梁１３０
の小さい（無限小の）領域を考える（第４図の平面図参
照）。ねじれ梁１３０上のこの小領域とアドレス電極１
４２との間の小さい鉛直体積内の静電エネルギは、（辺
縁界を無視し、−様な電界を仮定して）はぼｄＵ　＝　
’Ｄ　・ＡＩ：（４−ｚ）２（Ｚ／Ａ　−ｚ）＆に等し
い。ただし、Ｅは小さい鉛直体内における電界、Ｄは同
じ体積内における電気変位である。

Ｚｏ−２は小鉛直体積の高さであり、２（Ｌ／−７７−
ｘ）はねじれ粱１３０上の小領域の長さであることに注
意すべきである。もちろん、静電的６およびｒには、媒
質の誘電率による関係百−εｏＷがある。また、電界の
強さは、電位差を間隔で除算したものに等しく、 −φ。

Ｅ１＝□ 句−２ である。電界から前記小領域に作用する鉛直（ｚ）方向
の小さい力は、２方向におけるｄＵの偏導関数に等しく
、 従って、 となり、この力のモーメントアームはＸに等しいので、
この小さい力がねじれ梁１３０に及ぼす小さいトルクは
ｘｄＦ　　となる。従って、アドレス電極１４２に印加
される電圧φ　により、ねじれ梁１３０に作用せしめら
れる全吸引トルクτ　は、となる。ただし、ここで、小
さい角に対する近似式〇−ｊａｎ　　（θ）を用いて、
Ｚ−Ｘθとおいた。

この積分計算を行なうと、 が得られる。ただし、θは正規化されたたわみαによっ
て表わした。第５図は、３つの相異なるアドレス電圧（
ｖｌくｖ２くｖ３）における、τ３のαへの依存を示す
。ねじれヒンジのねじれにより発生する復元トルクは、 によって与えられる。ただし、Ｃはねじれヒンジのコン
プライアンスである。復元トルクの大きさは第５図に破
線によって示されている。

ねじれ梁１３０の安定平衡点は、正味のトルクがゼロに
なる点を求めることにより見出される。

：１５図において、φ、−ｖ１の場合にはｒＰＪおよび
ｒＱＪで示された点において正味トルクはゼロになる。

点「Ｐ」　（α−α１である）は安定な平衡を与える。

そのわけは、αがいずれの方向へ小さく偏移しても正味
トルクはαをαｌに向かって復元するからである。反対
に、点ｒＱＪにおいては、α２から離れるαの小偏移に
対し、正味トルクはその偏移を増大させるように作用し
、α１まで後退するか、または撓潰して先端１３１が電
極１４２（α−１）上に着地する。同様の状況は０とｖ
２との間の任意のφ８において見られる。

φ、−ｖ２においては、点ｒＰＪおよびｒＱＪは、τ８
曲線とて１曲線とが接する単一点ｒＲＪに合体する。点
「Ｒ」　（α−α　である）は、準安定平衡を与え、α
がα　より小さい方へ偏移すると正味トルクはαをα　
の方へ復元するが、αがα。より大きい方へ偏移すると
正味トルクは先端１３１をアドレス電極１４２（α−１
）へ撓潰させる。第５図に示されているｖ３のような、
Ｖ２より大きいφ、においては、正味トルクがゼロにな
る点はない。従って、ｖ２は撓潰電圧であり、■　によ
って表わされる。第６図には、以上のことが要約されて
おり：φ　がＯからＶ　までａ　　　　　　　　　　　
Ｃ 増大するとき、安定平衡たわみα１は増大し、φ　−■
　においては安定平衡たわみはα　に違ａ　　　　ＣＣ し、以後それはなくなる。もし撓潰たわみ（α−１）を
含めれば、φ　くＶ　においては絵素１２ａ　　　　　
Ｃ Ｏは２つの平衡点を有すると考えられ、その一方はアナ
ログ平衡点（たわみがφ　による）であり、他方はディ
ジタル平衡点（α−１）でφ　によらない。φ　〉■　
においては、アナログ平衡点は　−Ｃ なくなり、絵素１２０はディジタル平衡点のみを有する
。

撓潰すると、ねじれ梁の先端１３１はアドレス電極１４
２に接触し、大電流が先端１３１を通って電極１４２へ
流れるので、先端１３１は電極１４２に溶接される。従
って、この特定のアーキテクチャにおいては、撓潰は破
壊現象である。極めて薄いねじれヒンジにおいては、ヒ
ンジは溶断可能な連結部として作用し、ねじれ梁が撓潰
すると溶断する。

絵素２０は、絵素１２０における高電圧動作およびねじ
れ梁の下部電極に対する破壊的撓潰の問題を克服する。

絵素２０は、ねじれ梁３０に電気的に接続された追加の
着地電極４０および４１と、アドレス電極４２のアドレ
ス電極４６に対する、アドレス信号φ　の論理的逆によ
る接続と、を有する。第７図の概略図を参照されたい。

絵素２０の動作を、以下に説明する。

まず、固定されたアドレス信号電圧φにおいて、梁３０
とアドレス電極４６との間に発生するトルクτやを、梁
３０の正規化されたたわみαの関数として考察する。最
初に、梁３０と、着地電極４０および４１とが接地され
（ＶＢ−０）　、電圧φがアドレス電極４２にも印加さ
れているものと仮定する。簡単化された絵素１２０の場
合のトルクとは異なり、トルクτヤは、αが１に近づい
ても■に近づくことはない。そのわけは、梁３０の先端
３１は着地電極４１に当たり、梁３０をアドレス電極４
６から離れた状態に保つからである。電極１４２に当た
った時の絵素１２０における先端１３１の破壊的性質と
は対照的に、先端３１が着地電極４１に当たっても、大
電流パルスおよび先端３１の着地電極４１への溶接は発
生しない。そのわけは、梁３０と着地電極４１とが電気
的に接続されているからである。また、梁３３が逆方向
に着地電極４０に向かってたわまされると、αは−１に
近づき、梁３０とアドレス電極４６との間の間隔が増大
するのでτ　は減少する。第７図を◆ 参照されたい。

アドレス電極４２により梁３０に発生せしめられるトル
クτ　は、τ　と対称性によって関連していることは容
易にわかり、τ　　（α）−−τ　（−α）である。従
って、固定電圧φを双方のアドレス電極４２および４６
に印加した場合、正規化たわみαにおける正味の吸引ト
ルクτ　は和τヤ＋τ−に等しく、正のトルクは電極４
６に向かって吸引し、負のトルクは電極４２に向かって
吸引する。この正味の吸引トルクはαの関数として第８
図に示されている。τ　（α）およびｒ　（α）の曲線
は、絵素１２０の考察に関連してτ　を得たようにして
得られる。第９図には使用される変数が示されており、
これらは第４図におけると同じ変数であるが、ねじれ梁
３０下のアドレス電極４２および４６の広がりの測度Ｌ
′が追加されている。Ｌ′は、 によって定義される正規化距離βとして表わすと便利で
ある。従って、絵素１２０においては、Ｌ′はＬ／Ｊ２
に等しいからβは１に等しい。この定義と、 積分変数の変更とにより、 τ　の計算 は、 となる。

これは、 部分分数によって直ちに積分され、 が得られる。ただし、ｇ（α、β）は無次元の関数で、
この方程式により定義される。β−７とおくと、第８図
の曲線が得られる。

絵素２０の動作を解析するために、まずアドレス電極４
２および４６の双方を接地電位に保ち、梁３０と、着地
電極４０および４１とに印加される正の差動バイアスＶ
Ｂを増大させたときの影響を考察する。（もちろん、こ
れによって、双方のアドレス電極にＶｓを印加し且つ梁
３０および双方の着地電極を接地した場合と同じトルク
が発生せしめられる。また、負のＶＢは対称的な結果を
与えるが、表現を簡単にするために正のＶＢのみを考え
る）。絵素１２０の解析におけると同様に、正味トルク
（吸引トルクτ　と復元トルクτ　とａ　　　　　　　
　　　　　　　　「 の和）がゼロになる点を計算すれば、平衡点が決定され
る。いま、τ　はねじれ梁のたわみとねじ「 れヒンジのコンプライアンスに依存するので、τ　は絵
素１２０の場合と同じである。しかし、「 絵素２０における吸引トルクτ　は、絵素１２０におけ
るトルクがα−１において有界でなく、α−〇において
正トルクとなる（第５図参照）のとは対照的に、有界で
あり、対称的で、α−〇においてゼロ点を通過する（第
８図参照）。このため、以下のように、前述の絵素１２
０の動作との定性的な差が生じる。

第１０図には、ＶＢが小さく、アドレス電極４２および
４６が接地されている場合の、絵素２０におけるτ　お
よびτ　が示されている。α−Ｏｒ において正味トルクは消失し、梁３０はたわみのない状
態に保持される。任意のゼロでないα（梁３０が一方の
着地電極４０または４１へ撓潰するα−±１を含む）に
おいては、正味トルクは梁３０をたわみのない状態（α
−〇）へ復元させるので、これが唯一の支点平衡点とな
る。従って、これは単安定モードの動作である。

差動バイアスがＶＢ−ｖｌ　（第１０図）からＶＢ−Ｖ
２　（第１１図）へ増大せしめられると、正味トルクが
ゼロになる他の点が２つ現われる。

α−０の点と、α−±１に近い点ｒＰＪおよびｒ−ＰＪ
である。この場合も、α−０は安定な平衡点であるが、
点ｒＰＪおよびｒ−ＰＪは、絵素１２０における第５図
の点ｒＱＪと同様に不安定であり、ｒＰＪまたは「−Ｐ
」付近におけるα１が小さくなる方への小さい偏移は、
梁３０をたわみのないα−〇の状態へ復帰させようとす
る正味トルクを生ぜしめ、ｒＰＪまたは「−Ｐ」付近に
おける１αｌが大きくなる方への小さい偏移は、梁３０
をいずれかの着地電極４０または４１（α−±１）へ撓
潰せしめようとするトルクを生ぜしめる。従って、この
差動バイアスにおいては、梁３０は３つの支点平衡点：
α−０，±１を有する。従って、これは３安定モードの
動作である。

差動バイアスをｖ　　−ｖ　　からＶＢ−Ｖｏ　（第２ １２図）までさらに増大させると、τ　およびτ　の両
曲線はα−０において接し、安定平衡点としてのα−０
は消失する。実際、Ｏ付近におけるαの任意の小偏移は
１τ　１〉１τ　１ならしｒ めるので、梁３０は一方の着地電極（α−±１）へ撓潰
しようとする。Ｖｏより大きい差動バイアスＶＢにおい
ては、絵素２０は２つの安定点α−±１をもち続ける。

従って、これは２安定モードの動作である。第１３図を
参照されたい。

要約すると、双方のアドレス電極が同一電位に接続され
ている場合、絵素２０は、差動バイアスが小さいときは
単安定（α−０）となり、差動バイアスが増加すると３
安定（α−〇、±１）となリ、Ｖ　より大きいか、また
はＶｏに等しい全て０ の差動電圧においては、２安定（α−±１）に落ち着く
。第１４図には、差動バイアスＶＢのさまざまな値にお
けるねじれ梁３０の位置エネルギを、梁のたわみの関数
として描くことにより、差動バイアスの増大に伴う動作
状況の進展がグラフとして示されている。差動バイアス
の値が小さい場合（第１４図におけるＶＢ−０）は、位
置エネルギはα−０から両方向に増大し、梁３０は唯一
の安定点であるたわみゼロの点を有し単安定である。

ＶＢがｖｌまで増大すると、位置エネルギの曲線の傾き
はα−±１においてＯになり、これらの点において正味
トルクはゼロになる。ＶＢ＞Ｖｌにおいては、位置エネ
ルギはα−±１において低下し、α−〇とα−±１との
間に障壁ができる。この場合は梁３０は３安定になる。

Ｖｓがさらに増大してＶｏになると、２つの障壁はα−
０において合体して消失し、梁３０はＶＢ＞Ｖ。におい
ては２安定になる。

絵素２０を２安定ならしめるために必要な最小の差動バ
イアスＶｏは、以下のようにして得られる。梁３０と、
着地電極４０および４１とにＶＢが印加され、アドレス
電極４２および４６が接地されているとき、アドレス電
極により梁３０に加えられる正味トルクは、 ＝九〜（α、β） となる。ただし、Δｇ（α、β）　−ｇ　（α１　β）
−ｇ（−α、β）であり、ｇ（α、β）は絵素１２０の
解析に関連して前に定義された無次元の関１　　　　２
　３ ７Ｅ　ｏ　Ｖ　Ｂ　Ｌ 第１８図には諸関数が示されている。ここでＶ。

は、τ　とτ　とをα−○において接せしめるａ　　　
　　「 ＶＢの値であり、 ａｒ、ａｒ。

−１，ヨ０＝石１ａｘｏ＋ ａα ここで前述の定義を用いると、これは のように変形されうる。もし、ねじれヒンジのコンプラ
イアンスＣが既知量ならば、以上の方程式は、絵素２０
をちょうど２安定にする差動バイアスであるＶｏについ
て解くことができる。もし、Ｃが未知量ならば、Ｖｏは
、絵素のアナログモードの動作に対し、撓潰電圧Ｖ　の
百分率として表わすことかでき、実験的に決定されうる
。

２安定絵素２０をアドレス可能にするためには、選択さ
れる回転方向を定める必要がある。もし、双方のアドレ
ス電極４２および４６が接地されていれば、差動バイア
ス（ＶＢ＞Ｖｏ）を梁３０と着地電極４０および４１と
に印加した時、α−０付近の小さい摂動によって粱３０
はランダムに回転し、一方の着地電極に撓潰する。しか
し、もし差動バイアスの印加に先立って、γを１より遥
かに小さい整数として、アドレス電極４６をφ。−−７
ＶＢの電位に整定してから、差動バイアスＶＢを粱３０
と着地電極４０および４１に印加すると（第１５図参照
）、梁３０を着地電極４１に向けて回転させる正味トル
クが発生する。これは第１６図のτ　曲線によって示さ
れている。要するに、ねじれ梁は、ＶＢと逆符号のφヤ
により、α−＋１の安定状態へ「トリガ」されたのであ
る。

φやとＶＢとが逆符号であることは、たとえ梁３０がま
だたわんでいない場合でも、いったん差動バイアスが印
加されたときは、アドレス電極４６への引力がアドレス
電極４２への引力よりも大きくなることを意味する。ま
た、γが小さいことは、Ｖｎの印加の前には、梁３０が
小さい距離だけ回転して第５図の点ｒＰＪと同様の安定
平衡点に達する必要があることを意味する。これと対称
的に、トリガ電位φ−をアドレス電極４２に印加すれば
、差動バイアスを印加したとき、梁３０は着地電極４０
の方へ回転する。また、もしトリガ電位φカがＶＢと同
符号であれば、差動バイアスが印加される時、反対側の
アドレス電極に逆符号のトリガ電位が印加されているの
とほぼ同等になる。

■８が維持・される限り、安定状態（α−±１）にある
梁３０は、たとえトリガ電位φカーー丁ｖＢが除去され
てアドレス電極が接地状態に復帰しても、その状態に留
まる。梁３０を１安定状態から他の安定状態ヘトリガす
るためには、差動バイアスを瞬間的にオフ状態にしなく
てはならない。差動バイアスを再びオン状態にする時、
２つのアドレス電極の電位を「サンプリングコし、梁３
０を適切な安定状態になるようにトリガする。

第１７図は、負のＶＢの場合に、梁３０をα−１とα−
−１との間で交互にスイッチするためのタイミング図で
ある。

γの大きさは、アドレス電圧の差動バイアスに対する比
に等しく、γが小さくできるほど、絵素の動作電圧は低
くなる。γの解析は、梁３０と着地電極４０および４１
とに対し差動バイアス−ＩＶＢ＋が印加され、電極４２
が接地されている時に、電位φ　−γＩＶＢ＋を有する
電極４６＋ により生ぜしめられる吸引トルクの考察から始められる
。（正のアドレス電圧と負の差動バイアスを仮定する）
。電位差はφ　＋ＩＶＢ　＋であるかり、 −（１＋ｔ）’ｒｏｙ（α、β） となる。接地された電極４２によって生ぜしめられる吸
引トルクは前に得られたように τ−”　−ｒｏｇ（−ａ、β） である。従って、正味の吸引トルクは へ＝叶１　＋　ｗ）’ｇ（α、β）−９（−〇、β）１
となる。

第１９図は、γ−〇およびγ−０，１の場合のτ　を示
し、また、γ−０の場合に絵素２０がα一〇における選
択された方向なく２安定であることを示す。反対に、γ
−０，１の場合は、正味トルクは点ｒＰＪにおいてゼロ
となり、α〉−１α　１においては梁３０は着地電極４
１に向かって回転し、αく一１α　Ｉにおいては梁３０
は着地電極４０に向かって回転する。いま、γはまた、
α−０における差動バイアスの使用によるトルク利得に
関係する。この利得は、φ　−γＶ　のアドレス電圧の
印加にＶｓの差動バイアスの印加を付加したときのα−
〇における正味の吸引トルクの、φ　−一γｖＢのアド
レス電圧は印加するが差動バイアスは印加しないときの
α−０における正味の吸引トルクに対する比、として定
義される。従って、 ＝（１＋７）’−ｉ ゲ ＝１十− となる。例えば、もしＶＢ−−５０ボルト、γ−０，１
（従って、アドレス電圧φ　−＋５ボルト）ならば、Ｇ
−２１となる。これは、５ボルトのアドレス電圧が５０
ボルトの差動バイアスと組合わされた時のα−〇におけ
るトルクが、５ボルトのアドレス電圧のみが用いられた
時よりも２１倍大きいことを意味する。このトルク利得
の概念は、小さいアドレス電圧によって生ぜしめられた
トルクに利得を与え、また単独で作用する時は正味トル
クを生ぜしめない、差動バイアスの特徴を示すのに役立
つ。

絵素２０内にβく１のアドレス電極を用いて得られる特
徴は、同様の動作条件下において絵素１２０の梁１２０
が電極１４２または１４６に当たる時に行なう着地に比
し、梁３０が着地電極４０または４１に当たる時は軟着
地を行なうことである。まず絵素１２０を考察する。第
２０図は、アドレス電極１４６に撓潰電圧が印加されて
いるが、電極１４６の幅が梁３０の半分の幅のβ倍に減
少せしめられている（これは絵素２０におけると同じβ
で、梁１３０が電極１４６に当たる時、吸弓トルクが有
界でなくなる性質を避けるために必要となる）ときの、
絵素１２０における吸引トルクと復元トルクとを示す。

着地トルクは、着地たわみ（α−１）における、吸引ト
ルクと復元トルクとの間の差に等しく、復元トルクに正
規化された着地トルクは、この差を着地たわみにおける
復元トルクで除算したものであり、 となる。ただし、ここで第２０図の幾何学的関係を用い
、τ　（１，β）−τｏｇ（α。、β）／「 α　を代入した。従って、もし撓潰たわみ（α　）Ｃ をほぼ１に等しくするようにβを選択できれば、τＬは
ゼロに近づく。β−０６５の場合は撓潰たわみはα　−
０，９となり、τＬは０．０１１と計算されるので、着
地トルクは、着地時の復元トルクのわずか１％になる。

電極１４６上に薄い誘電体層を形成すると、β−１の幅
の電極を使用しうるようになる。そのわけは、それによ
って梁１３０が電極１４６に当たって破壊することが防
止されるからである（実際、αは１．０よりやや小さい
値に制限される）。従って、着地たわみαＬは１より小
となり、積αＬβが１に近づくのは、ｇ（α、β）の対
数的特異点になる。そして、β−１およびα１．−０．
９８７　（これは、２，０ＯＯＡの二酸化シリコンによ
り被覆されたポリシリコン電極１４６と、厚さ４ミクロ
ンのスペーサ層と、を有し、空気中で動作する絵素１２
０に相当する）の場合の正規化された着地トルクは、約
３．０６と計算され、撓潰たわみはα　−〇、５４とな
る。β−１の場合の正規化着地トルクの、β−０，５の
場合のそれに対する比は、このようにして約２７８にな
る。

これは、βが正規化着地トルクに大きい影響を及ぼすこ
とを示す。

軟着地の有用性を決定する上で考慮すべき２つの効果が
存在する。第１の効果は動的効果で、運動する梁が電極
（ＩＩ地電極か、またはアドレス電極上の誘電体）に当
る衝撃によって生じる機械的損傷に関するものである。

ｍ２の効果は静的効果で、維持される着地トルクを原因
として梁と電極との間に生じる低温溶接効果に関するも
のである。

静的効果は、以上において考察した着地トルクを小さく
すれば減少せしめられ、動的効果は、着地の際の運動エ
ネルギ（速度）を小さくすれば減少せしめられる。

着地の際の運動エネルギは、機械的減衰の程度により、
２つの極端な場合について計算されうる。

減衰は、梁が急速に回転して（〜１μｓｅｃ　）電極に
当たる時、梁と電極との間の間隙内の空気の変位によっ
て起こされ、２つの極端な場合とは、過減衰および無減
衰の場合のことである。

過減衰の場合には、維持される吸引トルクがないとき、
梁の速度は急速にゼロにされる。従って、βが、正規化
着地トルクを減少せしめるように選択された場合には、
梁の速度は着地時にゼロ近くまで減少せしめられる。

無減衰の場合には、運動エネルギは梁が電極に当たるま
で連続的に増大し、τ　−τ　をα−Ｏａ、ｒ からα−１まで積分することによって計算される。

β−０，５の場合のこの積分の、β−１，０の場合のこ
の積分に対する比は、前に考察した正規化着地トルクの
比よりもさらに小さい。従って、軟着地は、絵素１２０
における静的および動的着地効果の双方を減少せしめる
効果をもつ。

差動バイアスが、絵素２０をちょうど２安定にするレベ
ルにある（ＶＢ−Ｖｏ）場合の、絵素２０における軟着
地の解析は以下の通りである。第２１図は、γ−０の場
合（第１曲線）およびγ−０、１の場合（第２曲線）の
τ８を示す。いま、ＶＢ−Ｖｏの条件は、吸引トルク曲
線と復元トルク曲線とがα−〇において接することを意
味し、ｆａ瓜（ｇ（α、β）−ｇ（−α、β））。＝ｏ
＝ルであるから２安定絵素２０の正規化着地トルクはと
なる。β−０，５およびγ−０，１の場合は、正規化着
地トルクは０．７４となる。すなわち、着地トルクは復
元トルクの７４％である。これに反し、β−１，０、α
−０，９８７、γ−０，１の場合は、正規化着地トルク
は１５．８となり、着地トルクの比は２１．４になる。

正規化着地トルクは、第２２図に示されているようにし
て保持電圧■□を測定することにより、実験的に決定さ
れる。上方のτ　曲線は、絵素２ａ Ｏを２安定ならしめる最小差動バイアスＶｏと、アドレ
ス電圧φ　−一γｖＢと、の場合における吸引トルクを
表わし、梁は着地トルクτＬで着地する。いま、γを固
定し、ＶＢの大きさをＶ。より小さくゆっくり減少させ
て行くものとする。

ＶＢ−ＶＨにおいて、τ、（１）の大きさはτ。

（１）まで減少し、従って着地トルクはゼロまで減少す
る。ＩＶＢ＋が小さくなると、正味トルクは梁３０を第
２２図のアナログ平衡点ｒＰＪへ復元する向きに働く。

従って、Ｖｎがゆっくり減少せしめられ、その大きさが
Ｖｎよりわずかに小さくなると、梁３０は急にその着地
位置から解放され、ずっと小さいたわみのアナログ平衡
点へ復帰する。

従って、２安定モードにおける絵素２０の動作は、固定
されたγにおける差動バイアスＶＢの関数としてのαの
グラフである第２３図のようなヒステリシス曲線によっ
て説明されうる。点（０）においてはＶ　ｓ　＝　０で
あり、従ってφ８−−γＶｓもゼロで、梁３０はたわん
でいない（α−Ｏ）。点（０）から点（１）までは、絵
素２０はアナログモードにあり、アドレス電圧（φ　−
一γＶｓ）がアドレス電極４６に印加されアドレス電極
４２が接地されているので、梁３０のたわみは１より小
さい安定平衡のα（ＶＢ）になる。

ＶＢが増加するとき、αはα。のたわみをもつ点（１）
においてＶ　Ｂ””　Ｖ　ｏの２安定動作に達するまで
増大し、梁３０は点（２）において着地電極４１に撓潰
する。ここで、ＶＢの大きさが減少して点（３）におい
てＶ　Ｂ−Ｖ　ｎに達するまでは、Ｍ２Ｏは着地電極４
１上に留まり、そこで梁３０は電極４１から解放される
。解放された梁３０は、アナログモードにおけるＶｏに
対応したたわみに、第２３図の点（４）において復帰す
る。

どのようなディジタル装置でもそうであるように、２安
定モードで動作する絵素２０は、もしある絵素パラメー
タが予定された動作点から特定量より大きく偏移した場
合は、適正な安定状態ヘスイッチしなくなる。許容され
る偏移量は、ノイズマージンと呼ばれる。もし、いずれ
かの絵素パラメータがノイズマージンより大きく変化す
れば、絵素は誤った状態ヘスイッチする。さらに、ある
パラメータの予定された動作点からの任意のノイズまた
は偏移は、その絵素の他のパラメータのノイズマージン
を減少せしめる。

障害のある２安定動作の原因となりうる２つの最も重要
な、絵素２０のパラメータ偏移は、（ｉ）ねじれ梁３０
の水平性からの偏移、および１ｉｉｌアドレス電極４２
および４６の、ねじれヒンジ３４および３６と梁３０と
に対する位置不整合、である。

まず、梁３０の水平性からの偏移マージンΔαについて
考察する。第２４図は、電極４６がアドレスされ（梁３
０が着地電極４１へα−＋１となってたわまされ）ると
きの、絵素２０における吸引トルクτ　と、梁３０の水
平性からの３つの相異なる偏移における復元トルクτ　
（破線で表わされた直線（１）、（２）、（３）　）を
示す。直線（１）の場合は、梁３０は水平であり、正味
トルクは梁３０をα−±１に向かって回転させる。直線
（２）の場合は、梁３ｏは（着地電極４０に向かう）−
１α　１の組込まれた初期たわみを有し、差動バイアス
の印加に加えて、アドレス電極４６にはアドレス電圧を
印加し、アドレス電極４２は接地すると、組込まれた初
期たわみのために正味トルクはゼロになる。直線（３）
の場合は、組込まれた初期たわみが大きく、そのために
差動バイアスの印加に加えて、電極４６にはアドレス電
圧を印加し、電極４２は接地すると、梁３０をα−−１
に向かって回転させる正味トルクが発生する。

すなわち、誤った安定状態が生じる。従って、１α　１
は梁の水平性からの最大許容偏移であり、謬 角偏移マージンと呼ばれる。１α　１は、単にｆ、（α
）＝剣（１＋　７）’ｙ（α、β）−９（−α、β）１
＝０の解を求めることによって計算される。Ｊａ。

（く１の場合は、関数ｇは容易に近似され、解はとなる
。もちろん、着地電極４６の方向への角偏移マージンも
、対称性により同じになる。

β−０，５かつγくく１の場合には、α　の式はＯ となる。予想されるように、角偏移マージンはγと共に
増大し、水平性が劣化すると、適正動作のためには差動
バイアスに対し、より大きいアドレス電圧が要求される
。例えば、γ−０，１で着地角が１０″ならば、１α　
ｌ−０，１６となり、これは水平性からの１．６＠の角
偏移に相当する（αは正規化されたたわみであることを
想起されたい）。０．５”の水平性は通常実際に達成さ
れている。

第２５図には、梁３０とねじれヒンジ３４および３６と
に対する、アドレス電極４２および４６の位置不整合の
１形式が平面図で示されている。

すなわち、これらの電極は、対角線に沿って着地電極４
０の方向、かつ着地電極４１から離れる方向に距離εだ
け位置不整合を生じているが、他の位置整合は適正であ
る。簡単にするために、この位置不整合のみを解析する
。まず、第２５図に示されているように、この位置不整
合は、梁３０と電極４２および４６との間に陰影を施し
た領域を画定する。これらの領域は、差動バイアスおよ
びアドレス電圧によって生じるトルクに変化を与える。

領域±ΔＡ２によるトルク変化は、それらのモーメント
アームが小さいため無視し、また電極４６はアドレス電
圧φ　−γＶＢを有し、電極４２は接地されているもの
と仮定する。従って、領域−ΔＡ１が正のトルクτ　を
減少させ、領域ΔＡｌが負のトルクτ−を増大させるこ
とになる。

第２６図は、３つの位置不整合の場合における、吸引ト
ルクへのこの影響を示す。曲線（１）の場合は、不整合
量εはゼロで、正味トルクは正であるから梁３０は正し
い着地電極の方へ回転する。

曲線（２）の場合は、不整合量はε　に等しく、α−〇
付近における吸引トルクは、はぼ復元トルクに等しいの
で正味トルクはゼロになり、従って、梁３０が着地電極
４０または４１のいずれへ回転するかは梁３０のゆらぎ
によって決定される。不整合がさらに大きいε〉ε　の
場合の曲線３にお煩 いては、α−〇における正味トルクは負になり、梁３０
は着地電極４１でなく着地電極４０の方へ回転する。す
なわち、誤った安定状態が生じる。

マージンε　を決定するためには、τ　および−　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　＋τ
−に対する位置不整合の影響を単に計算し、ａ−〇にお
いてτ２をゼロにするεを求めればよい。

もちろん、εの位置不整合は、電極の幅の相違と同じこ
とであるから、 Ｔ＋（α）＝　’ｏ（１＋　７）’９（α＋β−ｔ、Ｊ
”２／Ｌ）丁−（α）＝　−ｒｏｇ（−ａ、β十（Ｖイ
ＸＨ，）となり、極めて、小さいαにおけるｇ（α、β
）の漸近形はｇの定義から容易に導かれ、となる。εが
小さい場合、α−０においてτ　が消失する条件は、 （ｌ＋７）２（β−ｅＪ５／Ｌ）’　−（β＋ｉＡ／Ｌ
）”　＝　０となる。従って、 輛　　β７ Ｔ〜２の が得られる。例えば、γ−０，１かつβ−０，５の場合
には、位置不整合マージンはε　−曙 ０．０２Ｌとなり、Ｌ−１２，５ミクロンの絵素２０に
おいては、これはε　−０，２５ミクロン町 となって、これは代表的な電流ステッパ位置不整合より
大である。もちろん、γを増大させればε　も増大する
。

鳳 アドレス電極の位置不整合はまた、第２７図の実施例絵
素２２０の支所面図に概略的に示されているような平衡
電極の使用によっても補償されうる。絵素２２０は、ア
ドレス電極２４２および２４６と、着地電極２４０およ
び２４１とに加えて、これらのアドレス電極と着地電極
との間に介在する平衡電極２４３および２４５を有する
。もし、位置不整合がなければ、平衡電極は差動バイア
ス電圧にバイアスされる。一方、（前述のように）もし
アドレス電極の、着地電極２４０に向かってのずれによ
る位置不整合があれば、平衡電極２４５は、この位置不
整合と反対の作用をもつ追加の（τヤを増す）トルクを
与えるように接地電位の方へバイアスされる。もし位置
不整合のずれが他方向へのものならば、平衡電極２４３
が接地電位の方へバイアスされる。

以上において計算されたノイズマージンは独立したもの
ではなく、諸影響は相互作用してマージンを減少させる
。例えば、第２８図は、位置不整合がゼロの場合と位置
不整合がマージンの１／２に等しい場合（ε−７ε、）
とにおける、２つの２安定アドレス状！！（＋電極４６
または一電極４２をアドレスする）での吸引トルクを示
す。角偏移マージンα　は、位置整合および位置不整合
の双方の場合について示され、明らかに、十電極に関し
ては位置不整合の場合の角偏移マージンは位置整合の場
合のマージンの１／２になっており、−電極に関しては
５０％大きいマージンになっている。もちろん、この議
論は対称的なものであり、角偏移マージン以内の非水平
性は、位置不整合マージンを減少せしめる。γの増大は
マージンを拡大する。

梁３０と着地電極４０および４１とが電気的に接続され
ている事実、および動作中に梁３０が着地電極４０およ
び４１上に軟着地する事実、にも拘らず、粱３０は着地
電極４０または４１に付着することがある。従って、絵
素２０において、ねじれヒンジ３４および３６によって
与えられる復元トルクを増大せしめることにより梁３０
を一方の着地電極４０または４１からたわみのない位置
まで引離すのに、以下の電気的リセット方法が用いられ
る。第１の方法は、アドレス電極４２をリセット電極と
して、またアドレス電極４６をアドレス用として用い、
絵素２０を単安定または３安定モードで用いて、１方向
のみ（着地電極４１に向かう）に回転せしめる。このリ
セット方法は、差動バイアスとアドレス電圧との双方が
接Ｊｔ！！ｉ圧にある時間中にリセット電極４２に印加
される高電圧パルス（１μｓｅｃ間の９０ボルト）を用
いる。

第２９図は、梁３０と着地電極４０および４１とに印加
される差動バイアスφ　と、φＢが消失する時間中に電
極４２に印加されるリセットパルスφ２と、電極４６に
印加されるたわみ、無たわみ、たわみのシーケンスのた
めのアドレス電圧φＡと、結果的に生じる梁のたわみα
と、のタイミング図を示す。もし梁３０が着地電極４１
上に付着したものとすると、その時リセット電極４２上
のパルスは、梁３０を着地電極４１から引離すねじれヒ
ンジ３４および３６の復元トルクを助けるための、持続
時間の短いトルクを与える。しかし、もし梁３０が着地
電極４１上に付着したのではなく、かえってたわまなか
ったものとすると、その時リセット電極４２上のパルス
は、梁３０を着地電極４０に向かって回転せしめる。し
かし、このパルスの短い持続時間（１μｓｅｃ　）は梁
３０の時定数（約１２μｓｅｃ　）より小さいので、梁
３０は着地電極４０に到達はせず、ねじれヒンジ３４お
よび３６の復元トルクが梁３０を無たわみ状態に復帰せ
しめる。この短い持続時間の着地電極４０へ向かっての
変動は、第２９図において負のα値への一時的な下降と
して示されている。単一集積回路チップ上の絵素２０の
アレイの全てのリセット電極４２は、チップ上において
相互に持続することができ、またリセットパルスは、単
一のチップ外高電圧パルス駆動装置から供給される。

第３０ａ図および第３０ｂ図に示されている第２のリセ
ット方法は、付着した梁３０を着地電極４０または４１
から引離すのを助けるために、ねじれヒンジ３４および
３６の非回転性の曲げを用いる。この方法においては、
リセットパルスは着地電極４０および４１と梁３０とに
印加され、アドレス電極４２および４６は接地される。

絵素２０のアレイにおいて、差動バイアスバスを用いて
全ての着地電極が相互に接続され、このバスはねじれ梁
３０を含む反射層２６−２８に接続されるので、リセッ
トパルスはこの差動バイアスバスに印加される。第１リ
セツト方法におけるとは対照的に、この第２リセツト方
法においては、絵素２０は任意のモードで動作せしめら
れうる。アドレス電極を接地して、梁３０に印加される
リセットパルス（通常１μｓｅｃ間の６０ボルト）は、
梁３０がたわんでいなくても、あるいは一方の着地電極
に付着していても、梁３０を基板２２へ向けてたわまし
め、ねじれヒンジ３４および３６の非回転性の曲げは、
このたわみの位置エネルギを蓄える。第３０ａ図はタイ
ミング図であり、第３０ｂ図はたわみを示している。第
３０ａ図においては、梁と着地電極とのバイアスφＢは
、差動バイアス（−１ＶＢ　＋）に対して逆極性のリセ
ットパルス（＋ｌＶＲｌ）を有するが、リセットパルス
は同じ極性をもつこともできる。アドレス電圧（電極４
６に対してはφＡ　（＋）、電極４２に対してはφＡ　
（−））は、梁３０を最初着地電極４１へ、次に着地電
極４０へ、最後に再び着地電極４１へとたわませる、た
わみシーケンス用のものである。

リセットパルスの終りには、これによって蓄えられた位
置エネルギが解放され、梁３０を真上に５上げる衝動を
与える。従って、無たわみの梁３０は、無たわみ状態付
近の鉛直方向の減衰振動を生じる。一方、付着した梁３
０は着地電極から引離され、復元トルクがそれを無たわ
み状態に復帰せしめると共に、鉛直方向の減衰振動も発
生せしめられる。この第２リセツト方法は、梁の着地方
向とは無関係に梁をリセットするので、取扱いに基因す
る静電気放電による梁の偶発的な撓漬および付着は、リ
セットパルスの印加により直ちに自動的に補正される。

第３０ｂ図には、アドレス電極４２および４６の間にあ
るねじれヒンジの軸に沿った支所面図として、鉛直方向
にたわんだ梁３０が示されている。

第３０ｃ図は、第３０ａ図に示されている単一リセット
パルスの代わりに、５つのリセットパルスから成るパル
ス列を用いる第２リセツト方法の変形を示す。単一パル
スの代わりにパルス列を用いると、異なった度合の制御
が行なわれる。すなわち、パルス列の周波数が調節され
うる。特に、もしパルス列の周波数がねじれヒンジのた
わみ（非回転性の曲げ）の共振周波数に近いときは、そ
のたわみモードに最大エネルギが伝達されるので、小さ
いリセット電圧を用いることができる。

第３０ｄ図は、リセットのために必要な最小電圧を、そ
れぞれの絵素が第１実施例と同様のものである８４０個
の絵素の直線形アレイを有する特定のＤＭＤに印加され
る５パルスリセツトの周波数の関数として示す。このパ
ルスは、５０％のデユーティサイクルを有する方形波と
され、従って２、　５ＭＨｚの共振周波数においてはパ
ルス幅は２００ｎｓｅｅで、２００ｎｓｅｃの間隔を有
し、パルス列全体は２μＳｅｅの持続時間を有した。共
振状態における動作では、最小リセット電圧（２０ボル
ト）は、非共振状態における最小リセット電圧（４０ボ
ルト）の約１／２まで減少せしめられた。

リセット電圧の最小化は、ＤＭＤチップにおける誘電体
損傷の可能性を最小化し、電源を簡単化しうろことを意
味する。

第３０ｅ図は、やはりパルス幅２００ｎｓｅｃｓパルス
間隔２００ｎｓｅｃの方形パルスから成るリセットパル
ス列におけるパルス数の効果を示す。

予想されるように、特定のＤＶＤにおける１パルスのパ
ルス列の最小リセット電圧は、非共振最小リセット電圧
である４０ボルトに等しい。最小リセット電圧は、パル
ス数が５に増加するまで減少し、５パルスを超えるとそ
れ以上の減少は見られない。明らかに、５パルスより多
くなると運動エネルギが大きくなるので空気による減衰
のためのエネルギ損失が、追加されたそれぞれのパルス
によって得られたエネルギとちょうど平衡するのである
。もちろん、（正弦波または三角波のような）他のパル
ス形状および（チャーブ周波数（ｃｈｆｒｐｅｄｆｒｅ
ｑｕｅｎｃｙ　）のような）他の周波数は、もしヒンジ
の少なくとも１つのたわみモードの効率的な励振（すな
わち共振）が起これば、最小リセット電圧を低下せしめ
うる。

第３１図は、第２実施例の絵素３２０．３２０’　、３
２０’　、・・・の直線形アレイ３１０の一部の平面図
で、それぞれの絵素は絵素２０と同様のものである。絵
素３２０においては、梁３３０と、ねじれヒンジ３３４
および３３６と、着地電極３４０および３４１と、アド
レス電極３４２および３４６と、が示されており、絵素
３２０′についても同様である。着地電極は全て中央金
属線路３４３に接続されていることに注意すべきである
。

直線形アレイは、第３２ａ図から第３２ｃ図までに概略
的に示されているように、電子写真式印刷に使用されう
る。第３２ａ図は斜視図であり、第３２ｂ図および第３
２ｃ図は立面図および平面図であって、光源および光学
装置３５２と、アレイ３１０と、写像レンズ３５４と、
光導電ドラム３５６と、を含む装置３５０を示している
。光源３５２からの光はシート３５８の形態をなし、直
線形アレイ３１０を照明し、梁３３０．３３０’３３０
′、・・・の間の領域から反射された光はシート３６０
をなし、負にたわんだ梁から反射された光はシート３６
１内を進み、正にたわんだ梁から反射された光は写像レ
ンズ３５４を通過した後シート３６２内を進んで、ドラ
ム３５６上の直線３６４内へ、それぞれのたわんだ梁に
つき１個の、一連のドツトとして集束せしめられる。直
線形アレイ３１０は実際は２行の絵素から戊るので、ド
ラム３５６上の像は２つの直線内のドツトとなり、絵素
の一方の行のアドレッシングの電子的遅延と、ドラムの
回転とを組合わせることによって、像の諸ドツトは１つ
の直線３６４内へもたらされる。

従って、ディジタル化され且つラスク走査形式を有する
テキストの１ページまたはグラフィック情報の１フレー
ムは、ドラム３５６が回転する時、ドラム３５６上に一
時に１直線３６４内の諸ドツトが形成されるように、情
報を一時に１直線ずつアレイ３１０へ送ることによって
、印刷されうる。

これらのドツト像は、ゼログラフィーなどの標準的技術
により紙へ転写される。梁３３０が着地電極３４１上に
ある時のたわみ角をθとすれば、直線形アレイ３１０の
法線からのシート３５８の入射角が２０の時、シート３
６２は直線形アレイ３１０に対し垂直となる。この幾何
学的関係は第３２ｂ図に示されており、写像レンズ３５
４が直線形アレイ３１０に対して垂直に置かれうるよう
にする。ｊｆ！　３２　ｃ図に３つの梁について概略的
に示されているように、それぞれの正にたわんだ梁は、
光源３５２の像３５５を写像レンズ３５４上に生ぜしめ
る。

絵素が２安定モードで動作する直線形アレイ３１０は、
片持梁絵素の直線形アレイに優る利点を有する。そのわ
けは、（ｉ）２安定絵素は大きいたわみ角で動作するの
で、光源の角内対辺が増大せしめられ、ドラム上に輝度
の高いドツトを生じ、（ｉｉｌオフ状態にされた絵素の
ねじれ梁は、片持梁の場合のように無たわみ状態になる
のではなく、反対方向にたわみ、その結果、オフ状態に
された絵素からの反射角は２倍になり、梁の湾曲による
光学的コントラストの劣化が軽減され、印加電圧がゼロ
の際の角内偏移の影響がなくなり、（ｎｉｌたわみ角が
スペーサの厚さの直線的関数であり、片持梁の場合のよ
うにたわみの一様性がスペーサの厚さとヒンジのコンプ
ライアンスとに極めて敏感な非直線的動作領域にはよら
ないので、輝度の一様性が改善される、からである。

第３３図および第３４図には、直線形アレイ３１０内の
個々の絵素のアドレッシングが簡単化された形式で示さ
れている。第３３図は、単一絵素４２０の、アドレス電
極４４６に沿った断面図で、入力と有効化ゲート４５０
とを示し、第３４図は、絵素４２０および４２０′とア
ドレス回路とを示す平面図である。Ｔｉ：Ｓｉ；Ａｊ７
電極４４６は、二酸化シリコン４４４によってｐ形シリ
コン基板４２２から絶縁されており、梁４３０をたわま
せる電圧は電極４４６に印加され、金属層４２６−４２
８には全ての絵素に対する共通バイアスが印加され、基
板４２２は接地されている。着地電極４４１および４４
０（絵素４２０′内の着地電極４４１′として共用され
る）は、金属層４２６−４２８、従って梁４３０に接続
されている。有効化ゲート４５０はポリシリコンで、ゲ
ート酸化物４５４によって基板４２２から絶縁されてお
り、ｎ＋ドープ領域４５２，４５６．４５２’　、４５
６′、・・・および４６２，４６６．４６２’　、４６
６′・・・はそれぞれ、有効化ゲート４５０を共通ゲー
トとするＭＯＳＦＥＴのドレインおよびソースを形成す
る。アドレス電極４４２および４４６に対する入力は、
ＭＯＳＦＥＴのドレイン４５２および４５６に印加され
、ＭＯＳＦＥＴが有効化ゲ−）４５０によってオン状態
にされると、アドレス電極に接続される。

基板３２２上のアドレス電極３４６を含む絵素３２０の
、ｍｌ実施例の製造方法の諸段階は、第３５ａ図から第
３５ｅ図までに支所面図で以下のように示されている。

（ａ）まず、２，０ＯＯＡの熱酸化物３４４を（１００
）シリコン基板３２２上に成長せしめる。

次に、３，０ＯＯＡのＴｉ　：Ｓｉ　：ＡＲ（Ｔｉが０
．２％、Ｓｉが１％）を酸化物３４４上にスパッタリン
グによって付着せしめ、パターン化し、プラズマエツチ
ングして、電極３４６を画定する。

第３５ａ図参照。

（ｂ）ポジ形ホトレジストを３回にわたり全厚さ４ミク
ロンまでスピン塗布かつ焼成することにより、スペーサ
が形成される。レジストを３回塗布するのは、単一の極
めて厚い層をスピン塗布した時起こりつるレジスト表面
の波を防止するようにして厚さを形成するためである。

レジストのそれぞれの塗布の後に約１８０℃の焼成が必
要だが、これは前に塗布された層がレジスト溶媒中に溶
解し余分な溶媒がスペーサから追い出されるのを防ぐた
めである。最後の焼成は、梁パターンのホト。

リソグラフィのためのホトレジスト焼成中に溶媒の泡が
ヒンジ金属下に形成されるのを防止する。

ホトレジストは、基板３２２の表面上の既に形成された
任意の回路上にプレーナ形成されることに注意すべきで
ある。ポジ形ホトレジストには、好ましくはクロルベン
ゼンに不溶であるもの、例えばノボラックを基材とする
レジストが選択される。

ヒンジ層３２６を形成する８００ＡのＴｉ：Ｓｉ：Ａｌ
１（Ｔｉが０．２％、Ｓｉが１％）は、有機スペーサ３
２４と金属層３２６との間の熱膨張の不整合を最小化す
るために、できるだけ室温に近い基板温度においてスパ
ッタリングにより付着せしめる。また、このアルミニウ
ムの合金は、純アルミニウムの付着において生じる小丘
部を最小化する。次に、１，５００大の二酸化シリコン
をＰＥＶＣＤによって付着せしめる。この酸化物は次に
パターン化されエツチングされて、ねしれヒンジのエッ
チ止３４８（平面図においては、エッチ止３４８は、ね
じれヒンジ３３４および３３６と、それぞれのヒンジ端
部における小さい延長部と、になる領域を占める）が形
成され、このパターン化およびエツチングに用いられた
ホトレジストはプラズマ剥離される。第３５ｂ参照。

（ｃ）梁層３２８を形成する３、６００ＪのＴｉ　：Ｓ
ｉ：ＡｊＪ（Ｔｉが０．２％、Ｓｔが１％）を、やはり
室温近くにおいてスパッタリングにより付着せしめ、さ
らにその上にホトレジスト５０をスピン塗布する。金属
の付着がヒンジ層３２６の付着と同じ条件下で行なわれ
るので、これらの金属層間には応力は発生しない。ホト
レジスト５０は、プラズマエツチング・アクセス孔３３
２と、プラズマエツチング・アクセスギャップ３３８と
、ヒンジ３３４および３３６と、を画定するようパター
ン化される。パターン化されたホトレジスト５０は次に
金属層３２６および３２８をプラズマエツチングするマ
スクとして使用されるが、その際ヒンジのエッチ止３４
８が、ヒンジ３３４および３３６となるヒンジＪｉ３２
６の部分のエツチングを妨げる。アルミニウムのプラズ
マエツチングは、塩素／三塩化ホウ素／四塩化炭素から
成る混合エツチングガスによって行なわれる。別の方法
としては、段＃　（ｂ）におけるように、ホトレジスト
５０の代わりにパターン化された２、０ＯＯＡの二酸化
シリコンから成る二酸化シリコンのマスクを用いる。こ
の別の方法においては、アルミニウム合金のエツチング
には四塩化シリコンによる反応性イオンエツチングが用
いられうる。ヒンジの厚さは層３２６の厚さによって決
定され、ヒンジの幅はエッチ止３４８の幅によって決定
されるので、ヒンジ３３４および３３６のコンプライア
ンスは３つの相異なる工程パラメータにより調節されう
ろことに注意すべきである。第３５ｃ参照。

（ｄ）接着層として作用するポジ形ホトレジストの薄層
がスピン塗布された後、次の段階で保護層として１．５
ミクロンのＰＭＭＡ　（ポリメタクリル駿メチル）５２
がスピン塗布され、基板３２２はチップに切断される。

（それぞれのチップは、空間的光変調器になる）。第３
５ｄ図には、ＰＭＭＡ５２上に付いた切断屑が示されて
いる。

（ｅ）クロルベンゼンを吹付けて直ちに遠心分離するこ
とによりＰＭＭＡ５２を溶解する。レジスト（または酸
化物）５０およびスペーサ２４は、クロルベンゼンに溶
解しないことに注意すべきである。これによって切断屑
は除去され、梁３３０が直接切断屑にさらされることは
ない。最後に、レジスト５０およびスペーサ３２４が酸
素内で等方向にプラズマエツチングされ、数パーセント
のフッ素（ＣＦ　　またｊｔ　Ｎ　Ｆ　４などからの）
によりエッチ化３４８の露出部分が除去される。このエ
ツチングは低温で行なわれ、梁３３０の下に井戸部を形
成するのにちょうど十分なスペーサ３２４の除去が監視
される。第１ｂ図に類似してはいるが、異った断面にお
ける断面図である第３５ｅ図を参照されたい。第３５ｅ
図には、エッチ化３４８の残部３４９が示されているが
、これらは第１ａ図および第１ｃ図では省略されている
。そのわけは、（以下に述べる）第２実施例の製造方法
においては残部が生じないようにされるし、第１ａ図お
よび第１ｃ図をわかりやすくする目的もある。第３６ａ
図から第３６ｃ図までは平面図によって、第３７ａ図か
ら第３７ｃ図までは断面図によって、スペーサ３２４の
エツチングの諸段階を示している。

第３８図は、絵素５２０．５２０’　、５２０″を含む
第３実施例の絵素の直線形アレイ５１０の一部の平面図
である。梁５３０，５３０’　、５３０′はそれぞれ、
プラズマエツチング・アクセス孔５３２．５３２’　、
５３２’およびプラズマエツチング・アクセスギャップ
５３８．５３８’５３８″を有し、８角形をなす。プラ
ズマエツチング・アクセスギャップ５３８および５３８
′は、梁５３０および５３０′の間に共通部分を有する
が、これは隣接絵素の間の他のギャップについても同様
である。梁５３０，５３０’　、５３０″・・・の下の
スペーサ５２４内の井戸部は、全て相互に連結され、第
３８図の点線で示されているように、１つの長い井戸部
を形成する。アドレス電極５４２．５４６，５４２’　
、５４６’　　・・・および着地電極５４０，５４１，
５４０’　、５４１’・・・は、第３８図には破線で示
されている。例えば５４１および５４０′のように、隣
接する着地電極は共用される。わかりやすくするために
、第３８図では、ねじれヒンジ５３４，５３６．・・・
は、梁５３０．５３０’　、５３０’　、・・・と同じ
層で作られているように示されている。

第３９ａ図から第３９ｄ図までは、別の幾何学的配置を
もつ梁の平面図である。特に、第３９ａ図は、片持梁ヒ
ンジ５７２と、プラズマエツチング・アクセス孔５７４
と、プラズマエツチング・アクセスギャップ５７６と、
アドレス電極５７８と、着地電極５７９と、を有する片
持梁５７０を示す。片持梁は１方向にのみたわみ、第５
図の曲線に類似した有界なトルク曲線を有するので、単
安定および２安定（１つの安定たわみ点および着地電極
５７９への撓潰）の動作のみが可能である。

第３９ｂ図は、ねじれヒンジ５８１および５８２と、プ
ラズマエツチング・アクセス孔５８４と、プラズマエツ
チング・アクセスギャップ５８６と、アドレス電極５８
８と、着地電極５８つと、を有するねじれ梁５８０を示
す。梁５８０は１方向にのみたわみ、梁５７０と同様の
動作を有する。

第３９ｃ図は、４つの梁のグループから成る、隣接した
逆りロバー葉として配列された片持梁５９０．５９０’
　、５９０’　、−ｆ）直線形アレイを示す。直線形ア
レイ５１０におけると同様に、梁５９０．５９０’　、
５９０’　、・・・の下の井戸部は連結されて、点線で
示されているような単一の細長い井戸部を形成する。片
持梁ヒンジ５９２，５９２’　、５９２’　、・・・は
、梁と同じ層で作られているように示されており、アド
レス電極および着地電極はわかりやすくするために図示
されていない。

第３９ｄ図は、片持梁ヒンジ５６２，５６２’５６２″
　・・・により柱５６１，５６１’　、５６１′、・・
・上に支持された４個のグループをなす、片持梁５６０
．５６０’　、５６０″、・・・の領域形アレイの一部
を示す。梁の着地電極は、電極５６３のように行をなし
て連結され、梁は導電性の柱を経て行電極５６４に接続
されている。アドレス電極５６５，５６５’　、５６５
’　、・・・は、図示されていない、薄電極下の層内に
作られた回路を経てアドレスされる。ある電極は、わか
りやすくするために省略されている。

第２実施例の埋込ヒンジ製造方法は、ねじれ梁の角では
なく事例部上に配置されたヒンジについて、断面図（第
４０ａ図から第４０ｅ図まで）および平面図（第４１ａ
図から第４１ｃ図まで）に示されている。断面図は、ヒ
ンジ軸を横断する方向（第４１ｃ図における断面ＡＡ）
におけるものである。第２実施例の工程は、ヒンジの金
属領域を画定するのに、埋込まれたＳｉＯ２エッチ止を
用いるのではなく、金属のりフトオフ（ｌｉｌ’ｔｏｆ
Ｔ　）による。第１実施例の工程におけると同様に、ヒ
ンジおよび梁の金属被覆層の双方をエツチングするのに
、１回だけのプラズマエツチングを要する。

工程は、スペーサ１８２上に薄いアルミニウムヒンジ層
１８０をスパッタリングにより付着せしめることから始
められる（第４０ａ図）。最後にヒンジパターンがエツ
チングされる薄い金属領域に後になるべき領域が、３層
レジスト工程を用いて描かれる。選択された３層レジス
ト工程は、ｊ。

Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅｃｈｎｏｌ、　Ｂｌ（４）、
１２１５　（１９８３）に所載のＹ、　Ｃ，Ｌｉｎ外の
、セスタシャス工程（Ｓｅｓｔｅｒｔｌｏｕｓ　ｐｒｏ
ｃｅｓｓ　）を改変したものである。

改変されたセスタシャス工程は、ヒンジ金属１８０上に
ＰＭＭＡのスペーサ層１８４をスピン塗布することから
始められる。厚さ（約５，０００Ａ）は、梁金属の厚さ
よりやや大きいように選択される。ＰＭＭＡ１９４は、
後のホトレジストのキャップ層の下部切除中において現
像液中で適度の高溶解度を維持するように、標準的工程
に比し低温で焼成される。次に、ＰＭＭＡ１８４上に反
射防止コーティング（ＡＲＣ）１８６がスピン塗布され
焼成される。ＡＲＣ１８６のコーティングは、ホトレジ
スト１８８とＰＭＭＡ１８４との間に、境界層が形成さ
れるのを防止する。それはまた、後のホトリソグラフィ
露光中におけるヒンジ金属１８０からの反射光量を減少
せしめる。

ＡＲＣ１８６は次にポジ形ホトレジスト１８８によって
被覆される。ホトレジスト１８８は、所望のヒンジリフ
トオフパターンをなすよう露光されて現像され、最後に
深＜ＵＶ硬化されて焼成される。ＡＲＣ１８０は、ホト
レジスト１８８と同時に現像される。次に、ＰＭＭＡ１
８４は深くＵＶ溢先光露光れて、ホトレジスト１８８に
より被覆されていないＰＭＭＡ１８４の領域は、その平
均分子量を減少せしめられ、クロルベンゼン中にもっと
溶解されやすくされる。ＰＭＭＡ１８４のクロルベンゼ
ンによる現像は、ＰＭＭＡ１８４の露光された部分を速
やかに溶解し、過現像は、第４０ａ図に示されているよ
うに、ホトレジストのキャップ層のほぼ１ミクロンの下
部切除を生ぜしめる。ＰＭＭＡ１８４の現像に続いて行
なわれるスピン乾燥中に放出される軟化されたＰＭＭＡ
のフィラメントは、灰によって除去される。次に、硬焼
酸により、ホトレジスト１８８およびＰＭＭＡ１８４内
になお含有される揮発成分が減少せしめられる。これら
の揮発成分は、ＰＭＭＡの現像中にクロルベンゼンの吸
収によって生じる。

３層レジストパターン（ホトレジスト１８８゜ＡＲＣ１
８６，およびＰＭＭＡ１８４）が形成された後、梁金属
１９０がスパッタリングにより付着せしめられる。ＰＭ
ＭＡ１８４上から張出したホトレジストキャップは、ス
パッタされた梁金属１９０を、第４０ｂ図に示されてい
るように、２層に分割する。次に、梁金属１９０は、３
層レジストパターンをクロルベンゼンまたは１−メチル
−２−ピロリドン中にひたして溶解することによってリ
フトオフされる。その結果、（第４０ｃ図に立断面図で
、また第４１ａ図に平面図で示されているように）厚い
金属１９０がパターン化された縁１９２においてテーパ
する、厚い金属領域１９０で囲まれた、薄い金属領域１
８０が得られる。

次に、第４０ｄ図（立断面図）および第４１ｂ図（平面
図）に示されているように、ヒンジおよび梁に対応する
パターンがホトリソグラフィにより画定される。ホトレ
ジストの開口がこれらの図の１９４に示されており、露
出された金属は、第４１ｂ図の開口１９４の２つの短い
水平部分におけるヒンジ金属１８０のみで、他の場所に
は梁金属１９０がある。このパターンは、第１実施例の
工程とは異なり、ヒンジおよび梁の双方の幾何学的配置
を含むことに注意すべきである。この理由で、第２実施
例の工程は自動整列的である。次に、ヒンジ金属１８０
および梁金属１９０の露出部分のプラズマエツチングに
より、ヒンジおよび梁の双方の幾何学的配置が同時に形
成される。ホトレジストを灰にして除去すれば工程は完
了し、梁は第４０ｅ図（断面図）および第４１ｃ図（平
面図）のように出現する。

第４２ａ図は、第４実施例の絵素６２０のアレイ６１０
の一部の平面図であり、それぞれの絵素６２０は、柱６
２４，６２４’　、６２４’　、・・・に連結されたね
じれヒンジ６３４および６３６により支持されたねじれ
梁６３０を含む。アレイ６１０に対するアドレス回路は
第４２ａ図には示されていないが、このアレイに対する
全体的アドレッシングは、第４２ｂ図に概略的に示され
ている。

それぞれの絵素は２つの可変キャパシタ（それぞれのア
ドレス電極に対して１つ）として表わされており、２つ
のＭＯＳＦＥＴがこれらのキャパシタへのアクセスを制
御する。ＭＯＳＦＥＴのゲートは、行内の全絵素に対し
共通になっており、ＭＯＳＦＥＴのドレインは、列内の
全絵素に対して共通になっている。アレイ６１０は線路
によってアドレスされる。すなわち、ワード線路（ゲー
ト）を選択するゲートデコーダにより、−時にアレイの
１行の諸絵素にデータが送られ、ビット線路（ドレイン
）に印加されたデータがフローティングソースを充電し
て梁を適切にたわませる。第４２ｂ図に示されているよ
うに、データは、直列形式で入力された後、直並列変換
器（「Ｓ／Ｐ変換器」）によって並列形式に変換され、
ビット線路に印加されるまで記憶レジスタ内に保持され
る。

ゲートデコーダは、アレイの諸行を順次選択する。

第４３ａ図から第４３ｄ図までは、絵素内の相次ぐレベ
ルにおける平面図を示し、第４４ａ図から第４４ｃ図ま
では、第４２ａ図および第４３ａ図から第４３ｄ図まで
の、Ａ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線における支所面図を
示す。第４３ａ図は、ｐ　シリコン基板６２２内のｎ　
拡散領域６６０゜６６１．６６２，６６６．６６０′、
・・・およびｐ＋チャネルストップ６７０，６７２．６
７０′・・・を示す。拡散線路６６０および６６１は、
ＭＯＳＦＥＴに対するビット線路およびドレインであり
、領域６６２および６６６は、絵素６２０内のＭＯＳＦ
ＥＴのフローティングソースである。他の諸デバイスも
アレイ６１０と同じチップ上に製造されうろこと、およ
びアレイ６１０はＣＭＯＳチップのｐウェル内に形成さ
れうること、に注意すべきである。第４３ｂ図はゲート
のレベルでのもので、ポリシリコンのワード線路６８０
および６８０′　と、これに取付けられたゲート６８２
゜６８６．６８２’　、６８６’　、・・・とを示す。

第４３ｃ図は、電極レベルを示すが、わかりやすくする
ためにワード線路とゲートとフローティングソースとの
みは表示した。アドレス電極６４２および６４６は、そ
れぞれ径路６６３および６６７を経てフローティングソ
ース６６２および６６６に鉛直に接続されており、一方
着地電極６４０および６４１は、隣接する絵素によって
共用され、反射層内の梁およびヒンジを経て相互に接続
されている。第４３ｄ図はスペーサレベルにおけるもの
で、金属柱６２４．６２４’　、６２４’　、・・・が
、絵素２０におけるスペーサ２４に代わって梁６３０．
６３０’　、６３０’　、・・・の形成されている反射
層６２６および６２８を支持することを示している。金
属柱６２４，６２４’　、６２４″、・・・は、絵素２
０においてスペーサ２４が梁をアドレス電極および着地
電極の双方から絶縁しているのとは対照的に、梁６３０
．６３０’　、６３０’　、・・・を着地電極６４２，
６４６．・・・に電気的に接続している。もちろん、第
４２ａ図は、反射層レベルにおける平面図である。

第４４ａ図から第４４ｃ図までは、第４２ａ図のＡ−Ａ
線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線における絵素６２０の完断面図
であり、反射層（ヒンジ金属６２６および梁金属６２８
を合わせたもの）を支持し、ヒンジおよび梁をなす金属
付着層から作られている柱６２４，６２４’　、６２４
″、・・・を示す。絶縁性二酸化シリコン（酸化物）６
４４は、厚さ約８．０ＯＯＡであるが、フローティング
ソース６６２．６６６．６６２’　、・・・に向かって
開口の側壁を斜め下方に再流動せしめられ、金属電極６
４２．６４６．６４２’　、・・・の付着中における段
付被覆を助ける。ゲート酸化物６４３の厚さは約８０Ｏ
Ａで、付着せしめられたポリシリコンのエツチング中保
存されて、ワード線路およびゲート６８２．６８６，６
８２’　、・・・を形成する。

アレイ６１０は、前述の第１および第２実施例の方法に
類似した方法によって製造されるが、スペーサ層（第１
方法の３２４および第２方法の１８２）がヒンジおよび
梁金属の付着前に、柱６２４．６２４’　、６２４’　
、・・・のための開口を形成するようパターン化される
点は異なっている。次の、ヒンジおよび梁金属の付着に
よって柱が形成され、絵素付近のスペーサはエツチング
によって完全に除去される。諸電極下部の回路は、標準
的シリコン処理によって作製される。

諸実施例において軟着地を達成するための、アドレス電
極と着地電極との分離は維持しつつ、実施例の装置およ
び方法にさまざまな改変を行なうことができる。さらに
、効果的な対称性を有する梁は、差動バイアスを利用し
つる。例えば、アドレス電極は、着地電極の外側へ移動
せしめられつるが、これは提示された場合におけるより
も、さらに慎重な解析を必要とする。そのわけは、この
とき辺縁界が引力の基礎をなすからである。さらに、ヒ
ンジの長さ、幅、および（たとえヒンジが梁金属で作ら
れていても）厚さ、梁の寸法と厚さ、スペーサの厚さ、
などの、寸法および形状を変化せしめうる。梁およびヒ
ンジの幾何学的配置も、第３９図に示されているように
変化せしめうる。

実際、梁に厚い部分と薄い部分とのパターンを作ること
もでき、３層またはそれ以上の層の金属のそれぞれの層
にエッチ止を設ければさまざまな梁構造を実現しうる。

また、材料も、金属の場合はＣｕ：Ａｌ１、Ｔｉ二Ｗ１
クロム、等のように変えることができ、異なったレジス
ト、またはスペーサの場合はポリイミドなどの絶縁体、
または導電部分層を含む複合スペーサ、スペーサの放射
硬化、基板および電極の場合は他の半導体または金属電
極、等々を用いることができる。埋込ヒンジのエッチ止
は、タングステンなど別の金属とすることができ、ヒン
ジ金属と梁金属との間にエッチ止の残部が残らないよう
に処理することもできる。着地電極を二酸化シリコンま
たは他の材料の薄層で被覆し、梁が着地電極上に付着す
るのを防止することもでき、あるいは着地電極を梁と異
なる材料で作ることにより、梁が着地電極に低温溶接さ
れるのを防止することもできる。あるいは、着地電極を
梁の先端または端縁から離れた位置で梁と接触する形状
に形成することもできる。さまざまなアドレス回路が、
基板の裏側への径路を含めて、諸電極の下に形成されう
る。

着地電極の利点には、梁の−様な、大角度の、軟着地性
のたわみの実現が含まれる。

以上の説明に関して更に以下の項を開示する。

（１）（イ）電圧を印加した可撓梁のヒンジ内にエネル
ギを蓄える段階と、次に （ロ）該電圧を除去して該蓄えられたエネルギを放出さ
せる段階と、 を含む、可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法
。

（２〉第１項において、 （イ）前記電圧印加が電圧パルスのシーケンスによって
行なわれる、 可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法。

〈３）第２項において、 （イ）前記電圧パルスのシーケンスが前記ヒンジの共振
周波数付近の周波数を有す る、 可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法。

（４）第３項において、 （イ）前記シーケンスが５パルスを有する、可撓梁式空
間的光変調器の絵素のリセット方法。

（５）第３項において、 （イ）前記電圧パルスのそれぞれが５０％のデユーティ
サイクルを有する方形波で ある、 可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法。

（６）第１項において、 （イ）前記可撓梁のそれぞれが２つのねじれヒンジによ
り支持され、前記エネルギ が該ねじれヒンジの回転軸外における 該ねじれヒンジの曲げによって蓄えら れる、 可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法。

（７）それぞれの絵素のための対向するアドレス電極を
有する可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法で
あって、 （イ）該アドレス電極の第１のものに可撓梁の時定数よ
り小さい持続時間を有する 電圧パルスを印加する段階 を含む、可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法
。

４゜ （８）梁（３０）と、アドレス電極（４２，４６）と、
着地電極（４０，４１）と、を有することにより、梁の
着地電極（４０，４１）上への軟着地を実現し、それに
よって−様な、大角度のたわみと高い信頼性とを達成す
る、静電可撓式空間的光変調器。

【図面の簡単な説明】

第１ａ図から第１ｃ図までは、第１実施例の絵素の、斜
視図、立断面図、および平面図、第２図は、第１実施例
の絵素における梁のたわみの説明図、第３ａ図および第
３ｂ図は、′Ｍ１実施例の絵素の簡単化された形式のも
のにおける印加電圧に対する梁のたわみの依存関係を示
すグラフおよび簡単化された形式の絵素の平面図、第４
図は、簡単化された形式の絵素を画定する解析用変数を
示す概略的立断面図、第５図は、簡単化された形式の絵
素において梁に作用するトルクを示すグラフの図面、第
６図は、簡単化された形式の絵素における梁のたわみを
制御電圧の関数として示すグラフの図面、第７図は、第
１実施例の概略的断面図、第８図は、第１実施例におい
て梁に作用するトルクを示すグラフの図面、第９図は、
第１実施例の解析用変数の定義図、第１０図から第１３
図までは、第１実施例の相異なる動作モードにおいて梁
に作用するトルクを示すグラフの図面、第１４図は、第
１実施例の相異なる動作モードにおける位置エネルギ関
数のグラフの図面、第１５図は、第１実施例に対する差
動バイアスの説明図、第１６図は、第１実施例における
、印加された差動バイアスに対するトルクを示すグラフ
の図面、第１７図は、第１実施例の２安定動作における
タイミング図、第１８図から第２３図までは、第１実施
例の動作の解析用のトルクとたわみとを示すグラフの図
面、第２４図から第２６図までは、第１実施例における
ノイズマージンの解析用説明図、第２７図は、第１実施
例に追加された平衡電極の概略的立断面図、第２８図は
、ノイズマージンの相互作用の説明図、第２９図は、第
１実施例に対する第１リセツト方法におけるタイミング
図、第３０ａ図から第３０ｅ図までは、第１実施例に対
する第２リセツト方法の説明図、第３１図は、第２実施
例の直線形アレイの平面図、第３２ａ図から第３２ｃ図
までは、第２実施例の、電子写真式印刷への応用を示す
説明図、第３３図は、第２実施例の絵素のアドレッシン
グ説明用の、制御電極に沿っての立断面図、第３４図は
、第２実施例の絵素のアドレッシング説明用の平面図、
ｍ３５ａ図から第３５ｅ図までは、第１実施例の製造方
法の諸段階を示す断面図、第３６ａ図から第３６ｃ図ま
でと第３７ａ図から第３７ｃ図までとは、第１実施例の
製造方法の最後の段階をさらに示す説明図、第３８図は
、第３実施例の平面図、第３９ａ図から第３９ｄ図まで
は、別の梁の幾何学的形態および配置の平面図、第４０
ａ図から第４０ｅ図までは、第２実施例の製造方法の諸
段階を示す断面図、第４１ａ図から第４１ｃ図までは、
第２実施例の製造方法の諸段階を示す平面図、第４２ａ
図および第４２ｂ図は、第４実施例の絵素から成るアレ
イの概略的平面図、第４３ａ図から第４３ｄ図までと第
４４ａ図から第４４Ｃ図までとは、第４実施例の絵素の
諸レベルにおける平面図および支所面図、である。 符号の説明 ２０・・・絵素、３０・・・梁、３４．３６・・・ねじ
れヒンジ、４２．４６・・・アドレス電極、３２０・・
・絵素、３３０・・・梁、３３４，３３６・・・ねじれ
ヒンジ、３４２．３４６・・・アドレス電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）（イ）電圧を印加して可撓梁のヒンジ内にエネル
   ギを蓄える段階と、次に （ロ）該電圧を除去して該蓄えられたエネルギを放出さ
   せる段階と、 を含む、可撓梁式空間的光変調器の絵素のリセット方法
   。