JPS6014328B2 - デフオルモグラフ - Google Patents

デフオルモグラフ

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JPS6014328B2
JPS6014328B2 JP56185624A JP18562481A JPS6014328B2 JP S6014328 B2 JPS6014328 B2 JP S6014328B2 JP 56185624 A JP56185624 A JP 56185624A JP 18562481 A JP18562481 A JP 18562481A JP S6014328 B2 JPS6014328 B2 JP S6014328B2
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threshold
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明はデフオルモグラフ・ディスプレイに用いられる
静電偏向スイッチに関し、特に一致電圧駆動にて作動す
るスィッ升こ関する。
静電偏向する光弁は例えば、米国特許第 ３７４６９１１号、第３総６３１０号、第３９８９８９
０号、ｌＥＥＥトランザークシヨン・オプ・エレクトロ
ン・デバイスＥＤ−２２、Ｎｏ．９、１９７５−９、７
６５〜７７５頁等に示されている。
これらの偏向可能光弁は電子線による駆動を要し、従っ
てまわりを真空にしておく必要がある。
ｍＥＥ、ＥＤ−１０、Ｎｏ．１０、１９７５一１０、１
２４１頁及びｍＭジヤーナル・オブ・リサーチ・アンド
・デイベロツプメントＶｏｌ．２〆Ｎｏ．４、ｉ９７９
一７、３７６頁にはＩＣによる偏向可能スイッチが記さ
れている。これらスイッチは実質上平行板キヤパシタで
、絶縁されたビーム上の金属板とビームを支える半導体
基板との間に電圧が加えられ、この電圧が或る閥値をこ
えるとビームが基体に向って非線型に偏向する。しかし
上記旧Ｍジャーナルに示された装置は大型の配列（アレ
ー）に作られた際、２重スイッチ構成にしないと有効に
アドレスできず、この時スイッチの一方はリレー、他方
はメモリの役目をしなければならない。
これら余分のりレーは必要な面積を倍加し、又轍らかせ
るのに余分な処理ステップを要する。米国特許第４２０
３１２８号は薄いシリコン膿の静電偏向可能装置を示す
。
米国特許第３００１４４７号は加熱された際に反る薄膜
体を用いる像再生装置を示す。
米国特許第３１３７７６２号は光学的像の綾度を増幅す
る装置を示す。
本発明は、ディスプレイとしても、メモリとしても用い
られ、一致電圧で駆動され、アレ‐配置に通した静電偏
向可能装置を開示する。
詳しく云うと、本発明の改良されたデフオルモグラフは
、基体と、基体上にカンチレバ−支持されたビームと、
基体に選択的電圧を加える装置と、上記ビーム上の一対
の導電体リードと、ビームを基体に対し電気的に偏向さ
せるため上記リードの各々に選択された電圧を加える装
置と、上記ビームを偏向された位置に保つに十分な保持
電圧レベルに上記選択された電圧を減少する装置とより
なる。
実施例の説明に入るが、第１図は本発明の部分的破断図
で、ビームの静電応力による局部的ストレスが、ビーム
表面の交互入り込み形の電極構成によって補正される。
実施例は、その一面にＳｉ０２等の絶縁物層を有するシ
リコン等の半導体１０を有する。この酸化物でできてい
るカンチレバ−・ビーム１２が基体にＵ字型の溝を切り
、ビームの下を削ることにより、形成される。ビームの
表面には互いに入り込んだ人手型の電極１４，１５があ
る。第２図は、第１図の装置を形成する途中での断面を
示す。
本体１０はｐ型基体１６よりなり、これはｐ十区域１８
を形成されたェピタキシャル層１７を有し、層１７と基
体１６の間に例えば７×１び９をこえるピーク濃度にボ
ロンをドープされている。酸化物層１１の関孔２０を通
してェピタキシャル層１７に他のｐ型区域１９が形成さ
れる。区域１９が形成され、層１７の表面から下に降り
ｐ型区域１８と混じると、酸化物１１ａが関孔２０に再
形成される。このリグロー層１１ａはそのリグロー技術
によって元の酸化物１１よりは相当に薄い。この酸化物
リグローが完了した後、Ｕ字型の開いた端が区域１９を
囲むようにｐ型区域１８上にＵ字型の溝が層１１中に切
られる。
このＵ字溝がビ−ム１２を規定する。孔１３は開孔２１
から選択的異方性エッチング剤を入れ、ビーム１２の下
のシリコン基体１６を孔１３の上にカンチレバー残して
エッチングして形成される。上記濃度のボロンが、異方
性エッチングの進行の垂直方向での限度を決める。次に
ビーム上に金属電極が入り込み型電極１４，１５を形成
するよう付着される。リグローされた酸化物層１１ａは
「 ビーム１２を覆う酸化物より薄いので、孔１３がそ
の下に至った時ビンジ（支点）として鰯らき、電極１４
，１５がｐ型区域１８に対しバイアスされることによっ
て起る静電力によってビームが偏向される時、そのスト
レスを低下させるように働らく。孔１３は勿論、ビーム
が下方に偏向することを可能にしている。電極に電圧が
加えられていない際、重力の影響が無視できるとすると
、ビーム１２は偏向しない。
電圧が加えられ増加するにつれ、或る閥値迄は、ビーム
は少しずつ偏向される。この閥値になると、静電応力が
ビームの内在力に打ちかち、ビームの端が孔の底に達す
るよう全偏向位置に急に曲がる。ビームは絶縁体で形成
されているので電極が孔の底に接触することはない。若
し、この関値に達する前に、電圧が下降されると、ビー
ムは元の位置に戻る。
しかし、電圧が閥値をこえ「ビームが全偏向位置にスナ
ップした後は、電圧は閥値より下げてもビームを偏向位
置に保持できる。実際、ビームが全偏向位置に曲つた後
、元の不偏向位置に戻るには、電圧はほぼゼロ・ボルト
に近い最小保持電圧より下げられねばならない。この最
小保持電圧は、偏向されたビームの内部応力のレベルよ
り下に、静電応力が下る電圧である。この最小保持電圧
になると、ビームは当初の位置に急速にスナップして戻
る。このビームの位置は情報の貯蔵に使える。
偏向された位置を「１人偏向されないビームを「０」に
決めてもよい。
ビームの位置は、ビームの不偏向位置に垂直に光線を当
て、ビームの全偏向位置に垂直に検光器を置くことによ
って検知できる。ビームが当初の不偏向位置にある時に
は、光は光源に向けて反射され、検光器は暗く、これで
「０」を知る。ビームが全偏向されていると、偏向され
た端部に入射する光は、元の光路とは或る角度をなして
反射され、検光器に到達するように出来る。この検知さ
れた光が「１」を示すことができる。入り組んだ電極が
ビーム表面に用いられた際、ビームが完全に偏向するた
めには、両電極に加えられる電圧が関値しベルに等しく
なければならない。
電圧が異っていて、片方が閥値以下で、他方が閥値しベ
ルだと、完全な偏向がなされない。例えば基体に対して
電極１４にＶｘ、電極１５にＶｙの電圧がかけられたと
すると、Ｖｘ＝Ｖｙ：０ボルトではビームは平坦。
Ｖｘ＝閥値、Ｖｙ＝０ボルトではビームは不完全偏向。
Ｖｘ＝関値、Ｖｙ＝１／水韻億ではビームは不完全偏向
。Ｖｘ＝Ｖｙ＝関値ではビームは完全偏向される。
ビームが一旦偏向された後は、両電極の電圧を閥値の半
分迄下げても、ビームを偏向位置に保てる。図示したビ
ームの織部に関する位置の相違によって、Ｖｙ＞Ｖｘの
場合の閥値の方がＶｙ＜Ｖｘの場合よりも関値が小さい
。
電極の最遠端、即ちビームの先端の素子は、電極１５の
ものであるからＶｙの方がより強い力をビームに与え強
い湾曲力を示すが、それは或る電圧でビームにかかる力
は電極間の距離の二乗に比例するからである。これは、
ビームをその全偏向位置に保つ最小保持力は、両電極へ
の電圧の複合関数であり、電圧はゼロには絶対なっては
ならず、ゼロを上廻る或る保持電圧にならなければなら
ないことを基本的に示す。この保持電圧は例えば、関値
の約半分の値である。これは、ビームを不偏同位直に戻
すのにＶｘをゼロにする必要はないことを示す。
従って、Ｖｘは閥値がその半分にしたままで、他方の電
圧を３値状態にして、即ち偏向するのには閥値、若し既
に全偏向しているならそれを保持するのに閥値の半分、
そして全偏向から不偏向位瞳に戻すのにゼロボルトにし
て操作できる。このことは次の入出力対応表からも良く
判る。この入り込み形電極配置はどんな寸法においても
、各ビームにおいて、手軽に又容易に書込みそして偏向
位贋に保てるＸ−Ｙアレーを簡単に作る便利さを与える
。
このように、本発明は、メモリとして使用でき、従来の
アレ−よりも２倍に密度が高く、電極１４‘こ一方、電
極１５に他方の２つの一致電圧により容易に書き込める
アレーを与える。又接地又はゼロボルトの他に２つの電
圧、即ち閥値とその半分しか必要としない。拡散１９上
の酸化物１ １ａの厚さを減少することにより、偏向に
要する電圧を減少できる。
この偏向力の減少はビームに関孔を作ったり、ビームの
近い方の端則ち主酸化物層との接点を狭くしても得られ
る。このような関孔や狭くすることは、ビームの慣性運
動を減少させ必要な偏向力を減らし、又必要な閥値電圧
を減少する。第１図の如き矩形のビームではなく、他の
実施例も実現できる。
その１例を第４図に示す。これは表面に酸化物層４１を
有する半導体本体４０を有する。この酸化物層４１には
ほぼ正方形の酸化物ビーム４４が形成され、本体４０に
切られた関孔４６の上において、ビームの一隅にあるヒ
ンジ４５により支えられている。他の３つの隅は開孔４
６内で自由にカンチレバーとして動ける。２つの入り込
み形電極４２，４３がビーム４４の上に贋かれている。
電極４２は、電極４３によりとりかこまれている。電極
４２，４３はビーム上でスべーサ４７により隔てられて
いる。このディフオルモグラフも第１図の装置と同様に
動作する。
しかし、この場合ヒンジ４５の反対側の隅４８が、閥値
をこえる電圧の電極４２，４３への印加時に、最大の偏
向をする点である。これらデイフオルモグラフがＸ−Ｙ
アレ−に配置された際、第１図の装置に比べ隅偏向位置
は明白な利点を有する。この場合、偏向する隅４８に光
が入射された際、アレ−の配列方向に対し４５０の角度
で反射するので周期的配置の雑音や不要な反射や回折に
よる謀検出の可能性が減少される。第５図は更に別の実
施例を示す。この袋贋は第４図の装置とほぼ同様である
。半導体本体５０は、酸化物層５１で覆われふこれは本
体５０に切られた開孔５６上に隅ヒンジ５５で支えられ
たほぼ正方形の酸化物ビームを持っている。第１のほぼ
正方形の電極５２がビーム５４の中央にあり、電極５２
のまわりにこれをとりかこむように線状の第２の電極５
３が形成されている。これら電極はスベーサ５７で隔て
られている。この装置は第４図の装置と同様に動作し、
電極５２，５３の両方が装置の閣僚に等しい電圧を印加
されるとヒンジ５５の反対側の隅５８が孔５６中に下方
に偏向する。第４図の入り込み形に比べてトこの設計の
利点は、電極５２の大きな面積がｔ光に対してより良い
標的となり、第４図の入り込み形を回避することにより
反射ビ−ムの方向での回折されたェネルギの出来る可能
性を除くことである。第６図、第７図は光学ウェブガィ
ド送受信スイッチとして用いられる二電極デイフオルモ
グラフを示す。
これら図面に示されているものは、半導体本体６０とそ
の表面には透明物質上に設けられ光信号を伝達できる３
つの個々の光ゥェプガィド６１，６２，６３が支持され
ている。
２つのガイド６２，６３は金属電極６４，６５で各々覆
われている。
これら電極は、本体６６に切った孔６６の上でカンチレ
バー形に支持されている。各ガイド６２，６３の支持端
は、孔６６の端で終端している第３のガイド６１の端に
対向して且つ近接して配置されこれと光学的に結合して
いる。ガイドの一方、例えば６２は光学送信装置に結合
され、他方のガイド６３が光学受信装置に結合されてい
る。
第３の電極６１は光データの双方向通路に用いられてい
る。ガイド６２，６３，の一方を本体６０に対して閥値
電圧以上にバイアスすることにより、双方向性ガイドか
らの結合を制御できる。
‐これを第７図に示すが、ここでガイド６２は正常な不
偏向位置にあり、ガイド６３は孔６６内に偏向されてい
る。そこでガイド６２はガイド６１に光結合され、ガイ
ド６３はガイド６１から結合解除され信号をそこから受
けられない。ガイド６３から電圧が外されると、これは
元の位置に戻り、ガイド６１と光結合する。第８図、第
９図は本発明の他の形態を示す。
この実施例ではｐ型基体本体８０の上にェピタキシヤル
層８３が形成されている。この層８３には、２つのｐ＋
区域８１，８２がある。これら区域８１，８２の両方共
ほぼ正方形で又中空で、同０的配置されている。区域８
１は本体８０とェピタキシヤル層８３との境に、区域８
２は層８３の表面から下ってェピタキシャル層の孤立し
た区域８５を規定するように形成され、この区域は区域
８１をとり囲んでいる。ェピタキシヤル層全体を酸化物
層８６が覆っている。孔８７，８８が層８６に切られ、
ほぼ正方形の酸化物層８９を形成している。ｐ＋区域の
約半分の上に、これら孔８７，８８が乗っている。孔８
７，８８１まつながつておらず、これらがとりかこんで
いる酸化物の区域８９が酸化物ブリッジ９０，９１によ
り本体に接続することを許している。層８３と本体８０
には孔７９が、酸化物層８９の下に掘られている。この
孔はｐ＋区域８１を露出させていることに注意が必要で
ある。区域８９上に金属電極９２，９３が付けられてい
る。これら電極は各々ブリッジ９０，９１を通って各金
属ライン９４，９５に接しており、これにより各ェピタ
キシヤル接点９６，９７及びチップの外の適当なバイア
ス源に至っている。この装置は次のように動作する。本
体８０１こ対して或る電圧が、電極の一方例えば９２に
印加される。電圧が増加されるにつれ、孔７９上の層８
９に静電応力がかかり、ブリッジ９０，９１をねじって
電極９２がｐ＋区域８１に、電極９３がｐ＋区域８１か
ら出るように動かす。各端部のェピタキシヤル層は、対
応する電極と同電位にバイアスされ、ビーム（電極）の
横方向運動を防止する。逆に、電極９３が適当にバイア
スされ、電極９２が閥値迄バイアスされなければ、ビー
ム８９が反対方向に回転する。
第１０図、第１１図は本発明の更に他の実施例を示す。
この例では、同一のシリコン本体に２つの同様な装置が
形成され、その一方が参照トランジスタ、他方が加速計
トランジスタとして作動する。第１０図は加速計として
有用なトランジスタの断面を示す。これはｐ型基体１０
０、ｎ型ェピタキシャル層１０１、ｎ＋型拡散１０２を
有し、この拡散１０２の一部は拡散１０２Ａを通して層
１０１の表面に出てベース亀極１０３に接し、更に電極
１０５に接しているｐ型区域１０４はコレク夕として、
電極１０７に接している第２のｐ型区域１０６はェミッ
タとして作用する。先端にアルミニウムのスラグ１０９
を有する酸化物ビ−ム１０８が孔１１０とｐ＋区域１１
１の上につき出している。加速計として用いられる際、
スラグ１０９の慣性がビームをヱミッタ接合に接してい
る所で曲げる。この屈曲が接合にストレスを与え、或る
バイアス電圧でのェミツタ電流を変え、結局加速量に応
じてコレクタ電流を変化する。同じ本体に、ほぼ同様の
方法でフィードバック・トランジスタを形成すると、い
くつかの利点が実現できる。
第１１図はこのフィードバック・トランンジスタを示す
。この場合、トランジスタはｐ型基体１１２、ｎ型ェピ
タキシャル層１１３、部分的に拡散１ １４Ａを通して
ベース接点１１５に通じているｎ＋型拡散１１４、ｐ型
コレクタ１１６と接点１１７、ｐ型ェミツタ１１８と接
点１１９、孔１２１とｐ十区域１２３の上にカンチレバ
ー形に与えられている酸化物ビーム１２０よりなってい
る。ビーム１２０は金属電極１２２で覆われそのため静
電的に曲ることができ、トランンジスタのェミツタ接合
に予定のストレスを与え得る。これら装置を第１２図の
回路に組込むと、第１０図の装置に加えられた加速度が
第１１図のトランンジスタのェミッタに隣接するビーム
１２２に加えられた電圧の二乗に比例するようにできる
。
第１２図は第１０図のトランンジスタ１２５と第１１図
のトランンジスタ１２６を含む適当な回路を示す。負の
バイアス電圧源１２７が、トランンジスタ１２５のコレ
クタに抵抗１２８を通して、又べ−スに抵抗１３０を通
して接続され、次に第３の抵抗１３１を通してェミッタ
に接続され、これは接地に結合されている。電源１２７
は可変抵抗１３２を逸してフィードバック・トランンジ
スタのコレクタに接続されている。オフセット・バイア
ス電源１３３が抵抗１３４でトランンジスタ１２６のベ
ースに、抵抗１３５でそのェミッタ及び接地に接続され
ている。抵抗１２８，１３２の両端に発生したコレクタ
電圧信号が差動増幅器１２９に供Ｖ給されている。増幅
器の出力は出力点１３６とトランンジスタ１２６のビー
ム電極（ビーム１２０の電極１２２）に接続されている
。トランンジスタ１２６のオフセット電圧はビームを下
方にバイアスさせて保ち、回路に固定静止点を与え正負
方向の加速を可能にしている。
加速が発生すると、２つのトランンジスタのコレクタ間
に電圧差を生じる。この電圧が（複雑な方式で）、スラ
ブ１０９の慣性によって起るトランンジスタ１２５への
ストレスと、電極１２２への電圧印加によって起るビー
ム１２０への静電応力によってトランンジスタ１２６が
うけるストレスとの差に関連づけできる。差動増幅器は
電極１２２に加えられるその出力電圧が両トランンジス
タに加えられるストレスを等化し、コレクタ電圧の差を
ゼロにするような形式でフィードバックするように接続
されている。どちらのトランンジスタもそのコレクタ電
圧はビームに加えられたストレスの複雑な関数であるが
、両方のトランンジスタが同等のストレスをうけること
はこの関係を単純な形にする。加速計トランンジスタの
ストレスは加速度の第１定数との積に等しく、フィード
バック・トランンジスタへのストレスはビーム電極に加
えられた髪勤増幅器の出力フィールドバック電圧の二乗
と第２の定数との積に等しいので、加速計はフィードバ
ック・トランンジスタのビームに加えられる電圧の二乗
と第３の定数との積に等しいことになる。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例を示し、第１図はその斜視図、第
２図、第３図はその断面図、第４図、第５図、第６図は
各々別個の実施例平面図、第７図は第６図の装置の断面
図、第８図、第９図は他の実施例の図、第１０図、第１
１図は更に他の実施例の断面図、第１２図は加速計に応
用した配線図である。 １２，４４，５４，６２，６３，９２，９３，１０８，
１２０…ビーム、１４，１５，４２，４３，５２，５８
，６４，６５・・・電極、１２５，１２６…トランンジ
ス夕。 ＦＩＧ．Ｉ ＦＩＧ．２ ＦＩＧ．３ ＦＩＧ．４ ＦＩＧ．５ ＦＩＧ．６ ＦＩＧ．７ ＦＩＧ．９ ＦＩＧ．８ ＦＩＧ．１０ ＦＩＧ．１１ ＦＩＧ．１２

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 帯電性ある基体と、上記基体の近くに片持ちはり（
    カンチレバー）状に支持された可撓性ビームと、上記ビ
    ーム上に設けた電極と、上記電極と上記基体との間に選
    択的に電圧を印加し静電応力によりビームを基体に向っ
    て偏向させる手段とを有するデフオルモグラフにおいて
    上記電極は同一ビーム上に互いに絶縁して２個備えられ
    ており、これらは各々電圧を印加された際ビームを偏向
    させる静電応力を発生させるのに十分な面積を有し、上
    記両電極のビーム上の位置とビームの物理的性質は静電
    応力によってビームが基体に接近した際に該接近により
    静電応力が更に増強しビームを更に基体に向けて偏向す
    るような応力の閾値が存在する如く選ばれており、上記
    ビーム上の両方の電極に印加した際には発生する静電応
    力が上記閾値をこえ一方の電極のみに印加した際には発
    生する静電応力が上記閾値に至らないような値の電圧を
    上記電極の一方或は両方に選択的に印加する手段を備え
    ることにより複数個のビームのうちの１つを選択的に閾
    値をこえて偏向させ得るように構成したことを特徴とす
    るデフオルモグラフ。
JP56185624A 1981-01-08 1981-11-20 デフオルモグラフ Expired JPS6014328B2 (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US06/223,522 US4356730A (en) 1981-01-08 1981-01-08 Electrostatically deformographic switches
US223522 1981-01-08

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS57126164A JPS57126164A (en) 1982-08-05
JPS6014328B2 true JPS6014328B2 (ja) 1985-04-12

Family

ID=22836876

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP56185624A Expired JPS6014328B2 (ja) 1981-01-08 1981-11-20 デフオルモグラフ

Country Status (5)

Country Link
US (1) US4356730A (ja)
EP (1) EP0056084B1 (ja)
JP (1) JPS6014328B2 (ja)
CA (1) CA1163712A (ja)
DE (1) DE3170741D1 (ja)

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