JPH04506392A

JPH04506392A - 半導体マイクロアクチュエータ

Info

Publication number: JPH04506392A
Application number: JP2509599A
Authority: JP
Inventors: ジャーマン，ジョン・ハロック
Original assignee: アイシー・センサーズ・インコーポレーテッド
Priority date: 1989-06-23
Filing date: 1990-06-21
Publication date: 1992-11-05
Also published as: EP0478716B1; EP0478716A4; DE69031170D1; WO1991000464A1; DE69031170T2; US5069419A; EP0478716A1

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】半導体マイクロアクチュエータ発明の背景本発明は、熱的に応答する半導体アクチェエータに関し、詳細には、異なった熱膨張係数を有する少なくとも２つの部分からなる変形可能部材を有する半導体マイクロアクチェエータであってその温度が変化する時に変形可能部材の並進変位のみを実行するための半導体マイクロアクチュエータに関する。

シリコンデバイスは現在、力、圧力、温度、加速度等の物理的量を、電気処理回路に供給され得る電気信号に変換するためのトランスジューサとして用いられている。加うるに、シリコンデバイスは有用な機能を実行するためのアクチュエータ又はトランスジューサとして時々用いられている。先行技術は、幾つかの斯かるデバイスを示しており、これらはニス、シ、テリー、ジュー。工ンチ、ジャーマン及びジュー。ビー、エンジェルによる「シリコンウェファの上に形成されたガスクロマトグラフ空気分析器Ｊ　（ＩＥＥＥ、　Ｔｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃｔｒ、　Ｄｅｖ、、第ＥＤ　−２６巻。

１２号、　１９７９年１２月、　１８８０−１８８６ページ）を含んでおり、これは高度にコンパクトなりロマトグラフシステムにおける種々の流体の急速なりロマトグラフ分析に用いられるシリコン基板上に形成された熱伝導上検出器と組み合わさってエツチングされたガスチャンネルを含む毛管を有するシリコンクロマトグラフ空気分析器を開示している。

エム、ジェー、ゼブリック及びジュー。ビー、アンジェルによる「超小型化電気流体弁」は、流体の流れを制御するための弁であって、一対の対向するパイレックスウェーハからなり、その内の一方がその上に封止面を形成しており、これらのウェファの間にシリコンウェーハがはさまれている弁を開示している。液体を含んでいる制御キャビティは、パイレックスウェーハの上に形成された抵抗を有するアルミニウム部材によってこのアルミニウムが封止面に接触又は断接するように変位して弁を開閉できるように封入されている。

ジュー。エッチ、ジャーマンによる「シリコンミクロ機械加工技術を用いて製造された小型ファプリー−ペロー干渉計Ｊ　（ＩＥＥＥ、　１９８８年４月）は、シリコンミクロ機械加工技術を用いて製造されたファプリー−ペロー干渉計であって、一対の相互作用エレメント又はミラーであ、てその間に適用された電圧を変えることにより互いに相対的に変化し、これにより異なった波長の光がこのデバイスを通して選択的に転送されるようにしている一対の相互作用エレメント又はミラーを有するファプリー−ペロー干渉計を開示している。

ダブリュー、リースミラー及びダブリュー、ベネッヶによる「熱励起シリコンマイクロアクチュエータＪ　（ＩＥＥＥ、　Ｔｒａｎｓ、　Ｅｌｅｃｔｒ、　Ｄｅｖ、、第３５巻、６号、　１９８８年６月、７５Ｂ−７６２ページ）は、片持接養であって加熱されるとこの片持ビーム（ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ　ｂｅａ−）を曲げさせるバイメタルトランスジ１−サエレメントからなる片持４孝を用いているシリコンマイクロアクチュエータを開示している。このアクチュエータは温度制御ｌｌ″Ｅｌ気スイッチの製造に広く用いられているバイメタル効果に基づいている。このアクチュエータはシリコン金属サンドインチ層及び集積ポリシリコン発熱抵抗を駆動エレメントとして含んでいる。この片持ビームは約５００ミクロンの長さである。

不幸にして、これらの先行技術のデバイスの各々は１つ又はそれ以上の欠点を報る。半導体マイクロアクチュエータを組み立てたい場合、ガスクロマトグラフデバイスに関するテリー他の教示は最低の助けにしかならないことが明らかである。ゼブリック他による超小型電気流体弁は、弁がミクロ機械加工されたシリコンから組み立てられることを示しているが、塩化メチル等の流体が膜内に捕捉されてこの流体が熱せられることにより流体内に泡が形成されると膨張し且つ収縮するようにしていることを必要とする非常に複雑な構造が開示されているため特に有用ではない、これはその製造のための多くのプロセス段階を必要とし、大きな商業的利益をもたらすものではない。

ファプリー−ペロー干渉計は利益が大きいが、２つのエレメントの間に展開されている静電場の影響橡下に於ける２つのエレメントの相互的な運動に親っている。しかしながらこの静電場の力はこれらのエレメントが互いに接近すると大幅に増大し、これはデバイスにかかるたわみ力の増加よりもかなり大きな増加である。たわみ力に対してこの静電力の急激な変化に因り、２つの配列された眉間の距離をこれらの層が比較的遠くに離れている時は精密に制御することが非常に困難となる。斯くして、静電デバイスを用いているファプリー−ペロー干渉計は比較的近くに離間されているシステムに対してのみ有用である。

リースミラー他の熱励起シリコンマイクロアクチュエータは、組み立てのが比較的簡単であるが、片持ビーム構造を開示している。この片持ビーム構造は不幸にも、パルプ構造における使用を好ましくないものにする曲げに供されるが、この片持ビームが曲がると、それがかみ合う構造体、例えば弁座に対して回転し、これが片持ビームの弁座への良好な嵌座を妨げ得るからである。斯くして、可動デバイスを互いに実質的に非回転的配向に維持したい時は、リースミラー他の熱励起シリコンマイクロアクチュエータは特に効果的でない。片持ビームの別の欠点はそれらが与えられた入力に対して比較的低い力しか与えられないということである。

必要なものは、弁及び他の応用に用いることができ、半導体基板に対して有意な回転なしに可動なエレメントを有する改良された半導体マイクロアクチュエータである。

発明の要約本発明は、主に、実質的に非回転であり且つ１つの実施例においてはその境界エツジの殆んど全てが基板支持体に一体的に形成されることにより接続されていることにより接続されている変形可能可動部材を有する半導体マイクロアクチェエータに関する。１つの実施例におけるこの変形可能可動部材はダイヤフラムの一部分を含んでいる。このダイヤフラムの部分に接続されている懸垂手段は、ダイヤフラムの残りの部分の他にダイヤフラムと基板の間の酸化ケイ素ヒンジを含んでいる。この懸垂手段をまた、ダイヤフラムの温度が変化した時にダイヤフラムが基板に対して移動するように異なった熱膨張係数を有する一対の層を含んでいる。異なった膨張係数を用いることにより変位力を提供しているため、先行技術の広く変化する電気力に関する諸問題が避けられることが了解されよう０片持ビームが用いておらず、ダイヤフラムが用いられているため、２つの弁半部の間に実質的に非回転的な相関関係が設定され、これにより２つの半部は非回転的相関関係にとどまると同時に都合よく開閉されることも了解され得る。

典型的には伝導度修正種が拡散又はイオン注入法によって導入された単結晶シリコンの領域であるヒータとして、ニッケル及びクロムからなる薄金属ヒータ、又はドーピングされたポリンリコン層がダイヤフラムの上に形成され、を流を受ける。このヒータは、約２０００オングストロームの厚さを有する熱的に成長した酸化ケイ素層によってシリコン基板又は他の任意の金属から絶縁されている０代替においては、酸化ケイ素又は窒化ケイ素等の析出された誘電体が絶縁層として用いられ得る。

本発明の主な特徴は、一対の差動係数熱エレメントからなるダイヤフラムを有する半導体マイクロアクチュエータを提供することである。

本発明の別の特徴は可動エレメントであってそれが接続されている基板層に対して実質的に非回転的な相関関係を維持する可動エレメントを有する半導体マイクロアクチェエータデバイスを提供することにある。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面に鑑み以下の明細及び請求の範囲を精査すると明白となろう。

図面の簡単な説明第１図は、本発明を実施する半導体マイクロアクチュエータの立面図であり、第２図は、第１図の線２−２に沿って実質的にとられた第１図に示されている半導体マイクロアクチュエータの断面図であり、第３図は、ヒータの詳細を示す第２図の断面図の拡大断面図であり、第４図は、第２図に示されている半導体マイクロアクチュエータの酸化物ヒンジの拡大断面図であり、第５図は、多重ビームに接続されている可動エレメントを有し且つ本発明を実施する多重ビーム半導体マイクロアクチュエータの立面図であり、第６図は、第５図の線６−６に沿ってとられた第５図に示されている多重ビーム半導体マイクロアクチュエータの断面図であり、第７図は、多重ビームに接続された可動エレメントを有し且つ本発明を実施する別の多重ビーム半導体マイクロアクチェエータの立面図であり、第８図は、第７図の線８−８に沿ってとられた第７図に示されている多重ビーム半導体マイクロアクチュエータの断面図てあり、第９図は、本発明を実施する半導体マイクロアクチュエータ弁の立面図であり、第１０図は、第９図の線１０−１０に沿ってとられた第９図に示されている半導体マイクロアクチェエータ弁の断面図であり、第１１図は、本発明を実施し且つ流体が通るように可能にした孔あきダイヤフラムを有する別の半導体マイクロアクチェエータ弁の立面図であり、第１２図は、第１１図の線１２−１２に沿ってとられた第１１図に示されている半導体マイクロアクチェエータの断面図であり、第１３図は、本発明を実施する半導体マイクロアクチェエータ干渉計の立面図であり、そして第１４図は、第１３図の線１４−１４に沿ってとられた第１３図に示されている半導体マイクロアクチェエータ干渉計の断面図である。

好ましい実施例の説明ここで図面について特に第１図について説明すると、本発明を実施する半導体マイクロアクチェエータ１０が図示されている。この半導体マイクロアクチュエータ１０は、単結晶シリコンウェー八から形成された結晶シリコンダイから形成され且つ３００ミクロンの厚さを有するシリコン半導体基板１２を有している。懸垂手段１４がこれに接続されている。懸垂手段１４には可動ニレメン）１６が、半導体基板１２に対して並進的のみ、即ち非回転的にのみ変位するように接続されている。

懸垂手段１４は、第１図、第２図及び第４図において最も良く判るように、熱的に成長した酸化ケイ素の層からなるヒンジ１８を含んでいる。ヒンジ１８はエピタキシャルシリコン基板１２の上に延びている熱的に成長した酸化ケイ素の薄層２０と−している。酸化物層２０は、以下から判るように、主に不動態化及び電気絶縁に用いられる。ヒンジ１８は円形であり、部分的に、その周辺においてそれと接続されている円形ダイヤフラム２２に画成している。ダイヤフラム２２はそれと一体的に形り、これによりこれらの領域を半導体マイクロアクチェエータ１０の他の部分から電気的に絶縁している。電子ビーム又はスパッタ積出されて形成されている円形金属リング３６はヒータリング３２及び３４の上の酸化物層の一部分を覆っている。ヒータリング３２及び３４は金属リード３８及び４０を経由して拡散電流供給領域４２及び４４に接続されている。リード３８は基板１２上のアルミニウムボンディングパッド４６に接続されている。これらのボンディングバンド４６及び４８には適当なリードを配線結合して、ｔｆＬをこれらのポンディングパッドを経由しり一ド３８及び４０を通してイヤフラム部分２８は発熱して、単結晶シリコンの熱膨張係数によって支配される熱膨張率に因り膨張する。拡散領域３２及び３４の上の金属リング３６も膨張するが、そのより高い熱膨張係数に因りより速い率で膨張するため、より薄い部分２８は彎曲してダイヤフラム２２を変位せしめる。斯くして、拡散領域３２及び３４に供給される電流の量を制御することにより、ダイヤフラム１６の変位の量も制御することができる。加うるに、変位力はより薄いダイヤフラに領域２８の周囲全体にわたって供給されているため、例えば弁を作動するといった有用な作業を行うことができるようにダイヤフラムの可動部材又はボス部分２６に比較的高い力を供給でき得ることが了解される。

半導体マイクロアクチュエータの変形実施例は半導体マイクロアクチェエータ１００である。半導体マイクロアクチュエータｌＯの場合と同じように、この半導体マイクロアクチュエータ１００はシリコン半導体マイクロアクチェエータであり且つ従来のシリコンウェーハダイから形成されたシリコン半導体基板１０２を含んでいる。シリコン半導体基板１０２には懸垂手段１０４が接続されており、懸垂手段１０４には可動エレメント１０６が接続されている。

懸垂手段１０４は、それぞれ１０８．１１０．１１２及び１１４の数字をつけられた複数のビームを含んでいる。ビーム１０Ｂは酸化ケイ素からなるヒンジ１１６に且つ半導体基板１０２に接続されている薄シリコン層１１５を有している。

ビーム１１０はシリコン半導体基１１０２に接続されている酸化ケイ素ヒンジ１１Ｂに接続されている薄シリコン層１１７を有している。ビーム１１２は半導体基１１０２に接続されている酸化ケイ素ヒンジ１２０に接続されている薄シリコン層１１９を有しており、ビーム１１４は基板１０２に接続されている酸化ケイ素ヒンジ１２２に接続されている薄シリコン層１２１を有している。これらのシリコン層１１５．１１７．１１９及び１２１の各々はまた可動エレメント１０６に接続されている。

ビーム１０Ｂ乃至１１４の各々はまた拡散ヒータを含んでいる。ビーム１０８には拡散ヒータ１２４がある。ビーム１１０には拡散ヒータ１２６がある。ビーム１１２は拡散ヒータ１２８があり、ビーム１１４には拡散ヒータ１３０がある。

拡散ヒータ１２４は基板１０２の表面に電子ビーム析出されたアルミニウムから形成された一対のリード１３２及び１３４に接続されている。リード１３２はポンディングパッド１３６に接続されており、リード１３４は適当なソースから電流を受けるためにボンディングバンド１３８に接続されている。同様にして、拡散ヒータ１２６はり−ド１４０に接続されており、リード１４０は基板１０２０表面のポンディングパッド１４２に接続されている。拡散ヒータ１２６の他方の側にはリード１４４及びポンディングパッド１４６も接続されており、これにより適当なソースから電流を拡散ヒータ１２６に供給する。拡散ヒータ１２８はリード１５０及びそれに接続されているポンディングパッド１５２だけでなくリード１５４及びポンディングパッド１５６も育している。拡散ヒータ１３０はリード１６０及びそれに接続されているリード１６２を有しており、これによりこのヒータに電力を供給する。リード１６０にはボンディングバンド１６４が接続されている。リード１６２にはポンディングパッド１６６が接続されている。

ビーム１０４の各々はシリコン層１１５．１１７．１１９及び１２１の拡散ヒータ領域を覆っている酸化ケイ素層の頂部にある係数を有する金属層も有している。ビーム１０Ｂはアルミニウム層１７０を有している。ビーム１１０はアルミニウム層１７２を有している。ビーム１１２はアルミニウム層１７４を有している。ビーム１１４はアルミニウム層１７６を有している。これらのアルミニウム層１７０．１７２．１７４及び１７６はシリコンウェファ製造技術の業者には公知である電子ビーム又はスパッタ析出技術のどちらかを用いて析出される。多重ビームは可動ニレメン）　１０６の基板１０２に対する高力且つ非回転的運動を提供することが了解され得るここで第７図及び第８図について説明すると、シリコン半導体基板２０２であって、それに接続されている懸垂手段２０４を有しているシリコン半導体基板２０２を含む半導体マイクロアクチェエータ２００は懸垂手段２０４に接続されている可動エレメント２０６を有している。半導体基板２０２はシリコンウェーハから製造され得る型式のシリコン半導体グイであり且つ３００ミクロンの厚さを有している。懸垂手段２０４は薄シリコン層２０７を有する上ビーム２０７及び対向する即ち下ビーム２０８を含んでいる。ビーム２０７は基板２０２に接続されている酸化ケイ素ヒンジ２１０に接続されている。ビーム２０８は基板２０２に接続されている酸化ケイ素ヒンジ２１２に接続されている。ビーム２０７は可動エレメント２０６の上面２１０ａと実質的に面一である。ビーム２０８は可動エレメント２０６の下面２１０ｂと実質的に面一である。ビーム２０７はヒータを含む拡散領域２２０をその中に形成している。ビーム２０８はヒータを含む拡散領域２２２をその中に形成している。拡散ヒータ２２０にはリード２２４及びリード２２６が接続されておりこのヒータに電流を供給する。リード２２４にはポンディングパッド２２８が接続されており、リード２２６にはポンディングパッド２３０が接続されている。リード２２４及び２２６並びにポンディングパッド２２８及び２３０は電子ビーム又はスパッタ析出されたアルミニウムからなっている。ビーム２０７の上の酸化ケイ素層にはアルミニウム層２３２が覆っており、これにより拡散領域２２０を金属層２３０から電気的に絶縁している。同様にして、ビーム２０８の拡散領域２２２には金属層２４０が覆っている。ビーム２０７及び２０８は整合されており且つ可動エレメント２０６を支持していることが了解される。ビーム２０７及び２０８はそこに差動力を適用することにより可動エレメント２０６を二方向のどちらかに移動せしめることも了解され得る。これは、それぞれのヒータに差動量の電流を適用することによりなされ得る。斯くして、一方のビームが比較的少ない電流をあるいは何も受けない時且つ他方のビームがその拡散ヒータに大量の電流を供給されると、可動エレメント２０６は片持ビーム構造において通常遭遇される力の倍の力でもって変位する。斯くして、この半導体マイクロアクチェエータは選択された応用において高い力を供給することのできるスフシュプル構造体である。

半導体マイクロアクチュエータ弁３００は、第９図及び第１０図から最もよく判るように、懸垂手段３０４を接続しているシリコン半導体基板３０２及びこの懸垂手段３０４に接続されている可動エレメント３０６を含んでいる。懸垂手段３０４は熱的に成長した酸化ケイ素からなるヒンジ３１８を含んでいる。酸化物ヒンジ３１８にはダイヤフラ特表千４−５０６３９２　（４）ム３２２が接続されており、ダイヤフラム３２２はシリコン体部分３２４を含んでいる。

ダイヤフラムのシリコン体部分２４はボス３２６及びボス３２６に一体的に形成されているより薄い部分３２８を含んでいる。このより薄いシリコン部分３２８は酸化ケイ素ヒンジ３１８に接続されている。より薄い部分３２８はまた、伝導度向上不純物をその中に拡散又はイオン注入している結晶シリコン３２８の領域である一対の拡散領域発熱エレメント３３２及び３３４を含むヒータ３３０をその中に含んでいる。拡散ヒータ３３２及び３３４の上には電子ビーム又はスパッタ析出されたアルミニウムを含む円形金属リング３３６がある０図示されていない酸化ケイ素層がこのリング３３６を拡散ヒータ３３２及び３３４から分離しており、これにより拡散ヒータに対する電気絶縁を提供している。金属リード３３８が拡散経路３４２に接続されている。金属リード３４０が拡散経路３４４に接続されている。金属リード３３８にはポンディングパッド３４６が接続されている。金属リード３４０には基板３０２の上のポンディングパッド３４８が接続されている。ヒータ３３２及び３３４には電流がポンディングパッド３４６及び３４８を通して供給される。

シリコン、パイレックスガラス等を含む第２基板３５０は、その中に弁オリフィス３５４の回りの弁座３５２を形成している。第２弁オリフイス３５６もその中に形成されている。電気エネルギが拡散ヒータ３３２及び３３４に供給されると、ボス３２６の表面３２７は弁座３５２と接触するように且つ断接するように移動し、これにより弁３１０を開閉することが了解され得る。領域３２８及び金属リング３３６のシリコン及びアルミニウムの差動熱膨張により十分な弁閉鎖力が供給される。

半導体マイクロアクチュエータ弁の第２実施例が第１１図及び第１２図に最も良く図示されている。半導体マイクロアクチェエータ弁４００は、シリコン半導体基板４０２、シリコン半導体基板４０２に接続されている懸垂手段４０４及び懸垂手段４０４から懸垂している可動エレメント４０６を含んでいる。

懸垂手段４０４は熱的に成長した酸化ケイ素を含むヒンジ４１８を含んでいる。

ヒンジ４１８にはダイヤフラム４２２が接続されており、ダイヤフラム４２２はシリコン体部分４２４を含んでいる。シリコン体部分４２４は一部分表面４２７によって画成されているボス４２６を有している。ダイヤフラム４２２のより薄い部分４２８はボス４２６に且つヒンジ４１８に接続されている。ヒータ４３０は、第一拡散リング領域４３２及び第一拡散リング領域４３２と同心である第二拡散リング領域４３４をこのより薄い領域４２８に形成して含んでいる。拡散領域４３２及び４３４の上には図示されない酸化ケイ素層が存在しており、この酸化ケイ素層はその上に存在している電子ビーム析出アルミニウムからなる金属リング４３６を存している。リード４３８及びリード４４０は拡散コンダクタ４４２及び４４４にそれぞれ接続されており、熱を放出する拡散リング４３２及び４３４に電流を供給する。リード４３８にはボンディングバンド４４６が接続されている。リード４４０にはポンディングパッド４４８が接続されている。ダイヤフラム４２２には流体をそれを通して取り入れるために一対のアパーチュア４５０及び４５２が形成されている。基板４０２には、シリコン基板又はパイレックス基板のどちらかであり得る基板４６０が接続されている。基板４６０は弁オリフィス４６４を包囲する弁座４６２をその上に形成するように含んでいる。

ボス４２６の面４２７が弁座４６２と接触している時、流体はオリフィス４５０又は４５２のどちらかからオリフィス４６４を通って流れることが了解され得る。拡散ヒータ４３２及び４３４から熱が供給されると、ボス４２６の面４２７は弁座４６２と係合させられ、これによりオリフィス４６４．４５０及び４５２を通しての流体の流れを停止する。オリフィス４６４を通る流体の流れを絞りたい場合は、弁４００は弁面４２７を全開と全閉との中間点に動かせばよい、この実施例において、半導体マイクロアクチュエータ弁４００は、ダイヤフラム４２２に斯かる機械的力のみが構造体自体及びヒータ４３２及び４３４に供給される電流の量に因ることを確実にするためにダイヤフラム４２２に斯かる圧力を効果的に等しくならしめる。

第１３図及び第１４図において最もよく示されている半導体マイクロアクチュエータ干渉計５００はシリコンからなる半導体基板５０２を含んでいる。基板５０２には懸垂手段５０４が接続されており、懸垂手段５０４には可動エレメント５０６が接続されている。

懸垂手段５０４は熱的に成長した酸化ケイ素からなるヒンジ５１８を含んでいる。ヒンジ５１８にはダイヤフラム５２２が接続されており、ダイヤフラム５２２はボス５２６を有するシリコン体部分５２４を含んでいる。多重窒化ケイ素及び酸化ケイ素層を含み得る薄層誘電ミラー５２７等の光学エレメントはボス５２６の上にスパッタ析出又は電子ビーム析出されている。ダイヤフラム５２２のより薄い部分５２８はシリコン体部分５２４に一体的に形成されており且つその中にヒータ５３０を形成せしめている。ヒータ５３０はより薄いｗＩ域５２８のシリコンに拡散されている第一ヒータリング５３２及びより薄い部分５２８のシリコンに拡散されている第二ヒータリング５３４を含んでいる。第−及び第二ヒータリング５３２及び５３４の上には円形金属リング５３６が存在し、リング５３６は図示されていない熱的に成長した酸化ケイ素の薄層によってそこから分離されている。金属リード５４０と同しように、ヒータ５３２及び５３４には金属リード５３８が接続されている。拡散リード５４２は金属リード５３８をヒータリング５３２及び５４４に拡散リード５４４がしているように連結している。金属リード５３８にはポンディングパッド５４６が接続されており、そこに電流を供給している。金属リード５４０にはポンディングパッド５４８が接続されておりそこに電流を供給している。シリコンは赤外線に対して透明であるため、赤外範囲の光ばダイヤフラム５２２を通してキャビティ５５６に至る。シリコン又はパイレックスグラスからなり得る第二基板５６０はその表面５６４の上に配置された光学エレメント５６２を有している。この実施例における光学エレメント５６２は多重窒化ケイ素及び酸化ケイ素層からなるフレフタ又は１層誘電ミラーである。

拡散ヒータリング５３２及び５３４に電流が供給されると、ダイヤフラム５２２の運動が影響を受けることが了解され得る。特に、ダイヤフラム５２２に取り付けられているミラー５２７が動く、ミラー５２７がミラー５６２の方向に且つミラー５６２から離れるように移動すると、ファプリー−ベロー干渉針において周知のように、これらの誘電ミラー間の干渉効果に因り種々の波長の光が選択的に通過し得る。

斯くして、本発明の実施するシリコンマイクロアクチェエータの各々は弁及び干渉針を含み、加熱又は冷却された時にシリコンと金属の差動膨張によって変位し得る可動エレメントを有することが了解され得る。各可動エレメントは非回転的に動くように制限されている。これは特に、弁と干渉計の作動に対して重要である。更に、酸化ケイ素ヒンジはヒータを基板から熱的に隔離して、これにより与えられた電流に対するエレメントの変位の量を最大にする。多重ビーム又は円形ウェブあるいは薄い領域の使用によってマイクロアクチェエータから高い力出力を提供する。

本発明の特定の実施例が示され且つ述べられてきたが、本発明の真の精神及び範囲内にある多くの変化及び修正が当業者に生しることが了解されよう。

ＦＩＧ、１ＦＩＧ、ｌｏＦＩＧ、３ＦＩＧ、４ＦＩＧ、５ＦＩＧ、６ＦＩＧ、７ＦＩＧ、８ＦＩＧ、９補正書の翻訳文提出書（特許法第１８４条の８）平成　３年１２月２４日口町

Claims

【特許請求の範囲】

１．半導体マイクロアクチュエータにおいて、半導体基板、可動エレメント、及び上記半導体基板に且つ上記可動エレメントに結合されている懸垂手段であって、上記可動エレメントを上記半導体基板から懸垂せしめるための且つ上記可動エレメントの上記半導体基板に対する変位を非回転的変位にのみ限定するための懸垂手段であって、第一熱膨張係数を有する第一部分及び上記第一熱膨張係数と異なる第二熱膨張係数を有する第二部分を上記第一層及び上記第二層の温度が変化した時に上記可動エレメントを上記半導体基板に対して変位せしめるために有する懸垂手段を含むことを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
２．上記可動エレメントがダイヤフラムの第一部分を含み且つ上記懸垂手段が上記ダイヤフラムの第二部分を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
３．上記ダイヤフラムの上記第二部分の上記半導体基板に対する変位を行うために上記ダイヤフラムを加熱するための手段を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
４．上記可動エレメントを上記半導体基板から熱的に隔離するための酸化ケイ素ヒンジを更に含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
５．半導体マイクロアクチュエータにおいて、半重体基板、上記半導体基板に接続されている一対の接続バーであって、各々が第一熱膨張係数を有する一対の接続バー、上記接続バーに接続され且つそこから懸垂している可動エレメント、及び上記接続バーの一方に接続されており且つ上記第一熱膨張係数から異なる第二熱膨張係数を有する差動係数層であって、上記差動係数層を有する上記接続バーの温度が変化する時に上記可動エレメントの上記半導体基板に対する変位を行うための差動係数層を含むことを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ。
６．上記接続バーが各々上記可動エレメントの一対の対向側面にそれぞれ接続されていることを特徴とする請求項５に記載の半導体マイクロアクチュエータ。
７．半導体マイクロアクチュエータにおいて、半導体基板、可動エレメント、上記半導体基板に且つ上記可動エレメントに結合されている懸垂手段であって、上記可動エレメントを上記半導体基板から懸垂せしめるための且つ上記可動エレメントの上記半導体基板に対する変位を非回転的変位のみ限定するための懸垂手段であって、第一熱膨張係数を有する第一層及び上記第一熱膨張係数と異なる第二熱膨張係数を有する第二層を上記第一層及び上記第二層の温度が変化した時に上記可動エレメントを上記半導体基板に対して変位せしめるために有する懸垂手段、及び上記可動エレメントに接続されている流体流れ制御エレメントを含むことを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ弁。
８．上記可動エレメントがダイヤフラムを含むことを特徴とする請求項７に記載の半導体マイクロアクチュエータ弁。
９．上記ダイヤフラムが上記弁の内部に流体を取り入れるように孔あけされたことを特徴とする請求項８に記載の半導体マイクロアクチュエータ弁。
１０．半導体マイクロアクチュエータ光学デバイスにおいて、半導体基板、可動エレメント、上記半導体基板に且つ上記可動エレメントに結合されている懸垂手段であって、上記可動エレメントを上記半導体基板から懸垂せしめるための且つ上記可動エレメントの上記半導体基板に対する変位を非回転的変位にのみ限定するための懸垂手段であって、第一熱膨張係数を有する第一層及び上記第一熱膨張係数と異なる第二熱膨張係数を有する第二層を上記第一層及び上記第二層の温度が変化した時に上記可動エレメントを上記半導体基板に対して変位せしめるために有する懸垂手段、及び上記可動エレメントに接続されている光学エレメントを含むことを特徴とする半導体マイクロアクチュエータ光学デバイス。
１１．上記光学エレメントがレフレクタを含むことを特徴とする請求項１０に記載の半導体マイクロアクチュエータ光学デバイス。