JPS62501387A - 可変間隙デバイス及び製造方法 - 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】 可変間隙デバイス及び製造方法 発明の背景 本発明は可変間隙デバイス及びこれらの製造方法に関する。

可変間隙デバイスはペアの要素及び要素間の間隙を変動させる変形可能な材質を 含むデバイスでｊ）る。可変キャパシタンス　デバイスの場合は、これら要素は コンデンサ全形成する電極である。電極にバイアスを加えると、この可変キャパ シタンスは各種の用途に使用できる。例えば、この変形可能な材質は膜の形態を とることもでき、これが電極に結合され、圧力あるいは音声入力に応答して変位 するようにされる。電極の間隙の変化に起因するキャパシタンスの変化ｋｊｆｔ ｘ出することによって、このデバイスは、それぞれ、圧力センサ及びマイクロホ ンとして機能する。電極に異なるバイアスを加えてこの膜を振動させると、この デバイスはラウドスピーカあるいは補聴器として機能する。他のタイプの可変キ ャパシタンスデバイスはフレキシブルな反射電極ヲ使用して光の干渉を制御する ことによってデバイス機能を与える。これに関して（は、例えば、１９８１年９ 月９日に公布されたヨーロッパの特許第００３５２９９号を参照すること。

デバイスのさらＶζもう１つのタイプは２つの電極間に変形可能な導波管を使用 する。静′屯力によって導波？？が変形されこの間を伝搬する光が減衰される。

複数のこのようなデバイスによって光イメージ　レコーダが形成される。こＩし に関して１・Ｊｌｌすｌえば、コンウェル（Ｃｏｎｗｅ　ｌ　ｌ　）に公布され た合衆国特許第４．１６２．１１８号を参照すること。

従来のデバイスもそれなりに機能するが、低電圧（ｒｃて動作する可変キャパシ タンス　デバイスに対しての要求がある。さらに、精度の高いセンサあるいはデ ィスプレイ動作には非常に均一な間隙距離が要求きれる。デバイスは！！た血圧 センサ等、非常に小・蓼シ化することが要求される。

土に説明の特性のデバイスを達成するのに加えて、これらデバイスを正確な寸法 にて多量に製造するための経済的な方法が要求される。これにはミクロンのオー ダーの間隙及び非常に平坦な表面を反復して形成できる技術が必要である。幅約 ２０μｍのオーダーの非常に小さな寸法の電極が多くの用途に要求される。従来 の方法による整合及びエツチング技術では、このような小さな間隙を持つ電極を 製造することは困難である。

発明の要約 本発明による可変間隙デバイスは１つの表面上に形成された第１の要素を含む第 １の本体及び第１の本体に搭載された第２の本体を含む。この第２の本体は第１ の要素と反対側に位置する表面を持つ中に形成された空胴、及びこの表面上に形 成された第２の要素を持ち、この２つの要素間に間隙が形成される。この２つの 本体の少なくとも１つはフレキシブルであり、この本体が変形され要素間のこの 間隙が変化する。変形されない状態での間隙は３０μｍ以下である。

土に説明のデバイスを製造するためには、第１の基板の上に除去’Ｔ能な層が形 成さ７ｔ、そしてこの除去可能な層の上に１つの要素が形成される。除去可能な 層のこの要素によって覆われない部分が除去される。基６代上にこの要素及びそ の下の除去可能な層の残りの部分を包囲するように物体が形成される。この物体 が次に基板から分離され、除去可能な層の残りの部分が除去されることにより、 この物体内に空胴が形成され、要素がこの空胴の下り１１簡に接着される。

図面の簡単な説明 第１図は本発明の１つの実施態様によるデバイスの断面図であり： 第２図から第６図は製造のさまざまな段階でのデバイスの断面図であり； 第７図から第９図は本発明の他の実１＠態様によるデバイスの部分切取斜視図で あり： 第１０図から第１２図は本発明のさらに別の実施態様によるデバイスの断面図で あセ： 第１３図は本発明に従って動作するデバイスの′電極位置の関数としての電圧の グラフを示す図であり：第１４図は第１３図に従って動作するデバイスの断面図 であシ； 第１５図及び第１６図は第１４図のデバイスの電極位置の関数としての圧力のグ ラフを示す図であり；第１７図は本発明のさらにもう１つの実施態様の電極位置 の関数としての圧力のグラフであり；第１８図は第１７図の特性を示すデバイス の断面図であり：そして 第１９図から第２２図は本発明のさらに別の実施態様によるデバイスの断面図で ある。

第１図は断面図にて本発明の基本的な構成を示す。この例ではガラスである基板 １０は１つの主表面上にクロムから成る要素１１を含む。小さな空胴１３ｆｔ： 持つゴムの板１２がこの基板」二にこの空胴が要素１１を覆うように形成される 。空胴１３は空胴の上側面上に形成された要素１４を含む。

このゴムは化学的に基板に接合されることなく基板に接着するように強いファン デル　ワールスカを持つものが選択される。この例では、このゴムには、ダウ　 コーニング社（Ｄｏｗ　Ｃｏｒｎｉｎｇ　）によってシルガード１８４（Ｓｙ１ ｇａｒｄ　１８４　）の商標にて販売されるものが使用さ）れるが、説明の製造 技術に適するものであれば、他のフレキシブルな材質を使用することもできる。

基板に接着する材質が好ましいが、材質がファンデル　ワールスカを示さない場 合は、この目的に接合媒体を使用することもできる。要素１４の材質はこの例で はアルミニウムであり、要素１１の材質はクロムであるが、デバイスの機能によ って、任意の反射あるいは導電材質を使用することができる。

外部バイアス（図示なし）が要素１１及び１４に加えられると、この構造は、ゴ ム材質１２が要素に加えられた吸引力の結果、あるいはゴムに加えられる外圧の 結果として要素１４が移動させる可変キャパシタンス　デバイスとして機能する 。別の方法とｊ−で、第１図のデバイスをゴム１２の変わりの剛性の材質、及び 基板１０の変わりのフレキシブルな膜から構成することもできる。この英！＠態 様においては、要素１１が移動し、要素１４は動作を通じて固定される。（以降 、要素１１及び１４にバイアスが加えられる場合、これは゛電極“と呼ばれる） 。

典型的には、圧力センサの場合は、外部バイアス（ｄ第１図のデバイスのＲＣ回 路を形成するＡＣ源及び抵抗体をなむ。抵抗体間の最大電圧は回路の共振によっ て決定され、一方、この共振はデバイスのキャパシタンスの関数である。つまり 、周知のごとく、キャパシタンスの変化は最大電圧の位置の変化によって検出さ れる。これに関しては、例えば、ホロウイソ（Ｈｏｒｏｗｉ　ｔｚ　）及びヒル Ａｒｔ　ｏｆ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）　、ケンブリッジ　ユニバーシティプ レス（Ｃａｍｂｒｉｄｇｅ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｐｒｅｓｓ　）、１９８０ 年出版を参照すること。別の方法として、ＤＣ電圧を加、えて、キャパシタンス の変化′ｆｒ：電極上の電荷の変化全測定することによって検出することもでき る。このようなセンサの分散アレイはロボットの触覚センサとして使用すること もできる。

この構造の１つの特徴ｆｄ、Ｅ極１１と１４の間の間隙が十分に小さくて小さな 電位でもデバイスが動作できるように空胴１３の高さが非常に小さくされること である。

この例では、電極間の間隙はたった約１μｍとされ、電極の厚さも約１μｍとさ れる。空胴（及び電極１４）の幅は約１閣とされ、電極１１の幅は約０９フとさ れる。

（電極及び空胴は正方形にされる。）ゴム１２は約１ｍｍの厚さを持つ。このよ うに小さな寸法では、デバイスに電極の静電移動のために典型的に（・ま５−１ ０ボルトのＡＣ電圧が加えられる。検出動作においては、１ボルト以下で、外部 から機械的な力による電極の移動による約０．０１ｐｉｓの圧力に敏感である。

’ｔＪｊｈ作電圧を低電保持するためには、通常、変形されない状態での′を電 極間隙が電極の静電移動に対しては１０μｍ以下であることが要求され、機械的 な移動に対しては３０μｍ以下であることが要求される。

本発明のもう１つの特徴は要素１４を含む空胴の表面が概ね平坦であり、デバイ スのキャパシタンスあるいは反射率が電極を通じて非常に均一であることである 。これは、例えば、血圧の測定のように敏感な測定が要求される場合、及びデバ イスが後に説明のようにディスジ１ノイの目的で使用されるときは特に重要であ る。

第２図から第６図は断面図にて第１図のデバイス金製造するのｔて使用これろ一 連のステップを示す７．ここに（づ、１つのデバイスのみが示さ７上るが、この 刀ｒ人によって複数のデバイス全−緒に製ユ告できる。

第２図に示さｉ−するＬうに、この方法（祉イＦｉの基板２０を使用する。これ はこの例で１１シリコン　ウニ・−ハであるが、平坦であり、殆ん、と欠陥を’ ＦＳまなけハげ１１ｔの基板であ°りてもよい。例えば、ガラスの板を使用する こともできる。基板の上には層２１が形成さ］する。こね、は、ここでは、後に デバイスの部分全基板から分１Ｆするために使用きれるため”分離層″吉呼ばｔ する。幾つかのタイプの分離Ｊ※を使用することができる。この例では、この分 離層はマグネシウムであり、デバイスが電気化学的カップリング作用によって分 離できるように熱蒸着によって約３０００オングストロームの厚さに被着される 。化学あるいは′心気化学エツチングによって溶解し分＃を起こすような層を選 択することが必要である。

必要であれば、この°゛分離層”（４′ｌて基板全体を構成することもできる。

この場合、基板がデバイスの残りの部分に影響することなくあるエツチング剤に 溶解することが必要である。

分離層２１を破着した後にこの十に除去可能な層２２が被着される。この例では 、この層はシラブレー社（５ｈｔｐｌｅｙ　Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　）によっ てＡＺ１４５０Ｊの商標で販売されるホトレジストである。ただし、本発明によ ってエツチングあるいは溶解することができる任意の通常のホトレジストあるい は他の材質を使用することもできる。この層の厚さが電極間隙を決定する。従っ て、この例ではこの厚さは約１μｍとされる。

次にホトレジストの上に電極パターンが形成される。

このパターンはステンシル　マスクを使用して被着することによって形成するこ ともできる。ただし、非常に細かな境界を必要とするこの例では、電極は、最初 、基板全体の上に余端の層２３、この例ではアルミニウムを被着することによっ て定義される。この層の厚さは約１μ。

とされる。この金属が次に第２のホトレジスト層２４によって覆われる。この層 は第１のホトレジスト層と同一であってもよい。第３図に示されるように、次に 電極が通常のホトリソグラフィーによって定義される。これにはマスク（図示な し）を使用しての層２４の露出、及び電極を構成する金属膜２３の部分１４の上 にホトレジスタが残こるようにするだめのホトレジストの焼き付けが含まれる。

次に層２３の露出された部分が、例えば、硫酸をベースとするエツチング剤によ ってエツチングされ、電極が形成される。

次に第４図に示されるように露出された全てのホトレジスト（層２２及び２４） が除去され、ホトレジスト層２２の部分２５の上の電極１４が残こされる。この 除去は酸素プラズマを使用する標準のプラズマ　エツチングを使用して遂行され るが、他の方法を使用することもできる。

次のステップにおいて、第５図に示されるように、ゴム材質１２が基板上に電極 １４及び残りのホトレジストの部分２５を包囲するように与えられる。この例で は、このゴムが基板上に注がれ、室温にて約２４時間のあいだ養生される。この 室温による養生ｄ１この方法だとゴムにしわがよることなく、従って、空胴の上 側面及び電極１４にしわを与えることはない。この平坦の表面が終局的には最終 デバイスの均一なキャパシタンスを与える。

ただし、用途によっては、これより高温の養生を使用することもできる。

次に第５図の構造がゴム１２、並びに電極１４、及びホトレジスト２５を仮りの 基板２０並びに分離層２１から分離する溶液に浸される。前述のごとく、分離が 電気化学的カップリングによって遂行される。つ捷り、電気的に接触された２つ の異なる金属が電子が供給される浴槽内に置かれると、イオンを放出する金属は 腐食し、一方、電子を放出する金属は変化を受けない。この例では、この構造が ＨＣＩの浴槽内に浸されるとマグネシウム層２１が腐食金属となシ、基板２０が 非腐食金属となる。

ゴムは、典型的には、約３０分間で分離する。

残りのホトレジスト部分２５がその後′（Ｍｍ１４の下から、例えば、アセトン に続いてイソプロピル　アルコールによってすすぐことによって除去される。こ れによって第６図に示される構造が残される。つ寸り、ゴム材質内の空胴１３の 上側面上に電極１４を持つ構造が７４ｔられる。必要であれば、部分２５は基板 からゴムを分離するときに浴槽内に槽２５を溶解する物質を含めることによって 同時に除去することもできる。

電極１１（第１図参照）が永久基板１０上にクロスの熱蒸着に続く通常のホトリ ソグラフィーによって形成される。次に第６図の構造からの空胴が基板電極と整 合され、ゴムが基板表面と接触される。ゴムはファンデルワールス力によって殆 どの面によく接着するため、基板にゴムを接着するには少しの圧のみが必要であ る。このゴムの１つの長所はこれが欠陥に順応するようにあるいは基板表面上の 電極相互接続をまたぐように自己調節することである。必要であればこのゴム材 質を基板に幾つかの方法によって密着させることもできる。この例では、この密 着は基板上の空胴の周囲に沿ってワイヤー（図示なし）を施し、ワイヤーに電流 を送り、抵抗熱にてゴムを加熱することによって達成される。

第１図のデバイスは、例えば、電極を作成するステップ（第３図）において上側 の電極１４及び下側の電極１１にリードを提供し、外部からのＡＣあるいはＤＣ バイアスを加えることによって圧力センサとして使用することができる。圧力に よって電極１４が移動する結果としてのキャパシタンスの変化が前述のように検 出される。

ゴム１２を部分切取図によって示す第７図に示されるように下側の電極へのリー ド３０は基板１０上に形成され、上側の電極へのリード３１は空胴の上側面に沿 って形成される。これらリードは必要であれば垂直に形成することもできる。こ のデバイスは２つの電極１１及び１４が接触したときにのみオンされる圧力スイ ッチとして使用することもできる。

ゴム及び電極が透明であるあるいはこれ力・らが視野領域の一部のみを邪魔する 場合は、第７図に示さ′ｉするような同一のゴム材質内に形成された複数のデバ イスをタッチ　スクリーンとして使用することもできる。

空胴の上側面にリードを提供する方法とは別の方法として、第８図に示される構 造を使用することもできる。

ここでは、下側の電極の変わりに２つの指間電極３２及び３３が使用され、それ ぞれに対して基板上にリード３４及び３５が形成される。個々のリードは電気的 にその対応する電極をバイアス（図示なし）に接続する。従って、２つの電極３ ２及び３３は上ｆ１！１１の電極を通じて容量性結合され、上側の電極の位置を これにリードを与えることなく検出することができる。さらに、このデバイスは ＡＣキャパシタンスには影響がないため上側の電極に割れが発生しても動作する 。

第７図及び第８図のデバイスは電極に適当な電位を加えることによってスピーカ あるいはマイクロホンとして動作することもできる。

さらに１！極の形状全変化させることにより、第９図に示される高インピーダン ス　スイッチを得ることもできる。上側及び下側の電極は両方ともＵ−形状の部 分４゜及び４２、並びに′電気的に隔離されたスイッチ接点部分４１及び４３を 含む。（この図面では、簡潔の目的からこれら電極に結合されたリードは示され ない）。Ｕ−形状の部分４０と４２の間に加えられた引く力によって上側の電極 が下に引かれ、Ｕ−形状の部分から電気的に隔離されたスイッチ接点４１及び４ ３が接触し、この接点に結合された回路が閉じられる。つまり、絶縁性が高く、 低いパワーを必要とする静電リレーを製造することができる。

第１０図に示されるように、この可変キャパシタンスデバイスは低周波数光スィ ッチとして使用することもできる。ここでは２つの光ファイバ５０及び５１が基 板１０内の整合溝内に提供され、ファイバの両端の間に空気の空胴１３が提供さ れる。この例では基板内にさらに井戸５２が提供される。この空胴と井戸の領域 内に結合を向上するために光整合流体を提供することもできる。

変形しない状態においては、光がファイバ間で結合される。電極１１と１４に引 く力が十分に強くなるような電圧が加えられると、不透明である変形されたゴム 材質がファイバ間に介在しこの間の結合が阻止される。

第１１図には別の形式の光スィッチが示される。基板１０を通じて１つの入力フ ァイバ５３、並びに２つの出力ファイバ５４及び５５がこれらの端が井戸５２に 延びるように提供される。井戸５２及び空胴１３の部分にはそれぞれ光整合物質 ５Ｇ及び５７が提供される。この光整合物質の屈折率がデバイスが変形されてな い状態においてはファイバ５３からの光が整合物質５６の表面の所で内部的に全 部反射され光ファイバ５４に入射するように選択される。電極１１と１４の間に 十分に強い引く力のｇ圧が加えられるど、光整合物質５Ｇ及び５７の間の空間が なくなり、光は物質５６の表面の所で反射することなく、電極１４に進む。光は この電極によって反射さね出力ファイバ５５に入射し、こうし５て、出力ファイ バ間の光出力のスイッチングが行なわれる。

このデバイスはさらにディスプレイとしても使用することができる。この基本的 な形式が第１２図に示される。

前述の要素に加えて、このデバイスは下側の電極上に形成された絶縁材質の層６ ０を含む。この特定の例においては、層は二酸化ケイ素から形成され、約５００ オングストロームの厚さを持つ。上側の電極１４は反射材質であり、約１μｍの 厚さを持つ。下側の電極１１は半透明の材質、この例ではクロムから形成され、 約６０オングストロームの厚さを持つ。基板１０は透明であり、この例ではガラ スが使用される。

動作においては、光源６１、例えば、通常の環境光が基板に入射し、屈折率の変 化がある全ての界面の所で部分的に反射され、また電極１４によって完全に反射 される。変形してない状態においては、反射された光線間の光の干渉は空気の空 胴１３が広いために相対的に弱い◇従って、基板から出る反射光は灰色かがった 色を持つ・十分に引く力の強い電圧、この例では、約１５ボルトが電極１１及び １４に加えられると、電極１４は絶縁層６０と接触する。これは空気の空胴をｆ ｘ＜ｔ、、結果として、′ｒ１ｆ、極１１、層６０及び電極１４によって反射さ れる光の間の干渉効果を強化する。従って、反射光によって明るい強い色が生成 される。この波長は底の電極及び５ｉ０２　層の厚ざに依存する。この例では、 デバイスの色は眞紅色である。

こうして、材質１２内に形成された個々の空気の空胴と電極のペアによって数値 あるいは英数文字デバイスのセグメントを構成することができる。必要であれば 、このセグメントが変形されてない状態（オフ）状態のとき灰色を除去するため にフィルタを提供することもできる。

上側の電極を半透明にし、この電極の上に提供される光源によって反射干渉でな く透過干渉によって動作する背面照射ディスプレイを製造することも可能である 。さらに、第８図に示されるような指間下側電極を使用することもできる。必要 であれば、電圧が除去された後にセグメントがオンのま捷にとどまるように、例 えば、第９図に示されるタイプの高インピーダンス　スイッチを個々のディスプ レイ　セグメントに組込むこともできる。つまシ、スイッチがオフにされたとき の高インピーダンスによって、セグメントへのバイアスが除去された後しばらく コンデンサが荷電されたままにとどまるようにすることによって、ラッチ現象を 提供することもできる。

さらに、ランチ動作が必要な場合、特定の電圧において、２つの安定なモードを 持つディスプレイを設計し１、個々のセグメントに対し、て別個のスイッチを提 供することの必要性を排除することもできる。つまり、ディスプレイを第１３図 のヒステリシス図に従って！動作するように製造することもできる。ここで、Ｘ Ｏは変形し７てない状態の電極の変位を表わす。Ｖ＝ｖｈｏｌｄのバイアスが個 々のディスプレイ　セグメントに加えられると、デバイスが変形してＸＡの間隙 が生成される。”オン”したい所望のセグメントに対して、ｖ＞Ｖ′の電圧が加 えられると、ＸくＸ。の電極の間隙が生じる。この追加の電圧が除去されると、 電極の位置はＸＡではなくｘ＝Ｘｏの位置に戻とり、こうして双安定モードが確 立される。全てのセグメントを“オフ”にするためには、電圧が０にセットされ 、これによって全ての電極間隙はＸ＝ＸＯに戻とる。

このような方法によって動作する構造の一例が第１４図に示される。これは１つ のディスプレイ　セグメントを示すが、この例においては、上側の電極が部分１ ４ａ−１４ｄに分割され、この部分の間にゴム材質１２から形成されるスタブ６ １−６３が挿入される。最初は、圧力の関数としてのゴム１２の変位は、フック の法則に従がう直線となる。スタブが下側の電極１１といったん接すると、圧力 に対する変位の曲線の形状はスタッブによって示されるさらに変位することに対 する抵抗によって急激に変化する。第１５図はキャパシタンス曲線７１とともに 結果としての圧力に対する変位の曲線を示す。ここで、キャパシタンス曲線７１ はＶ′の引く力が電極の間に加えられたｈき電極が接触するのを阻止するために 必要とされる圧力を示す。図示されるごとく、これら曲線は点Ａ′及びＣ′の所 で交差するが、これがこれら電極に加えられる特定の電圧に対する２つの安定状 態である。第１６図に示されるように、電圧がＶ“に落とされると、これら安定 状態はＡ〃及びＣ〃の点となる。こうして、前述のように、第】３図のヒステリ シス　ループに従かう動作を達成することができる。

双安定モードを達成するためのもう１つの方法は機械的な曲線を変えるのではな く、キャパシタンス曲線を変える方法である。例えば、第１７図の曲線７３は通 常の直線のフックの法則に従かう変位の曲線である。曲線７２は平行な平面に指 間電極が引かれた場合を表わすキャパシタンス曲線である。このような構成にお いては、点Ａ及びＣの所で安定である。

このような圧力に対する位置の曲線を達成することが可能な１つの実施態様が第 １８図に示される。ここでも上側の電塚が部分１４ａ−１４ｄに分割される。た だし、ここでは、さらに下側の電極の部分１１ａ−１１ｄに分割される。これは 、好ましくは、基板１０から製造される柱脚７５−７８の上に位置される。下側 の電極は上側の電極からデバイスが変形されたとき上側の部分が下側の部分の間 の領域に向って移動するように変位される。

つまり、このデバイスは上側の電極と下側の電極の部分の間の縁の部分を使用し て第１７図に示される不規則なキャパシタンス曲線を与える。

前述の例では全て本発明のデバイスの動作は要素１１及び１４に外部からのバイ アスを加えることによって達成されたが、純粋に光の入射及び読出しのみを使用 するデバイスを製造することも可能である。例えば、第１９図に示されるように 、本発明によるデバイスはファイバ８０の端に取シ付けられるように十分に小さ くすることができるため、光ファイバ　センサを製造することも可能である。フ ァイバの端の部分からファイバ保護被膜９０が除去され、この変わりにチューブ 剤９１が与えられる。この例では約７０オングストロームの厚さのクロムの層で ある要素１１が熱蒸着によってファイバ及びチューブ剤の端に被着される。デバ イスの残りの部分は前述のように製造され、要素１４がゴム１２内に包まれる。

要素１４は、ここでも、約１μｍの厚さのアルミニウムから作成されるが、ここ では、この例では直径５０μｍの円であるファイバの芯８１０面積に概むね等し い面積を持つ。ゴム１２の寸法は、厚さ０．２ｍｍ、そして直径０、５　ｔｎｍ とされる。次に、要素１４及びゴム１２を含む部分が要素１４がファイバの芯８ １と整合するようにファイバの端に搭載される。強度を増すために、ゴム１２及 び元のチューブ剤９１の回シに追加のチューブ剤９２及び９３が持供さｊｊ−る 、）チューブ剤９３によって境界さハ、ゴム１２によって占拠されてない残りの 部分−う：Ｊｆ！ｉ当な充填剤９４、例えば、シリコンによって満さノ１．る。

要素１１と１４の間の空気の間隙（＝：Ｋ　、変ＪＦ〉されてない状７Ｂにおい ては、この場合も約１１１ｍ　と妊九る。この間隙は外圧の変化によって変化す る。従って、第１９図の構造は、例えば、血圧センサに使用することができる。

つ捷り、光諒（図示なし）から光がファイバの芯８１を通じて、光が要素１１に よって部分的に反射さｔも、要素１４によって全て反射されるように送らｈる。

反射きれた光は干渉パターンを形成してファイバの芯を通じて戻どる。この干渉 パターンが間隙の距離に比例するために、１つあるいは複数の入射光線の光の強 度の変化を検出することによって圧力を測定することが可能である。

第１９図に示されるデバイスは−また同一の光の入射及び読出１〜方法を使用し て温度センサとして使用することも可能である。これは、ゴム材質１２が温度が 上昇すると膨張し、この結果として反射″ｆ５１４が曲がり、これによって、空 気の間隙及び反射光の干渉パターンが変化するように作成できることから可能で ある。

第１９図の光センサの変形が第２０図に示される。ここでも反射侠素１１と１４ の間の間隙１３は基板内に井戸８２が形成されるようにファイバ８０の芯８１の 部分をエツチングすることによって形成される。次に、部分的に反射する要素１ １が井戸を含むファイバの表面の」ニに金属金ネ交ｔ１づ／・１了り、　（／（ よってテトニＩ−！’−二さＪｌ−る（と−の金属はファイバの表向−（２，− ）　）；：；分８３及び８４く、形成する）。次（ｌζ、１　’−”ｌ）　ｆｉ 　ｉｌｉ　、１　ｉ’ｉ’：　：＋ｆ：　−’？　ｈ　４ＪＪ　髪、に　１４　 ；）：　ｔ（３ＬＭ　サｔＬ■煤|、７４当 、なフレキシブル材質１２　、ｆｌＪぐ、ば、二丁ム、ガラス、あるいｔ′まシ リコンがファイバの終、；、１７目で搭載７−Σｉする。」１ζ当なチューブ剤 及び充Ｊ〆’ｉ７＋（図示なし２）を提ｉＲ−することもＴ″きる。間隙の距４ （は井戸８２の深さと部分８３及び３４Ｕ）厚享によって決定される。別の方法 と１．で、反射層１１を井７・内に適当なマスク層、例えば、ホト１ノジストを 使用［７て選択的に沈殿−４−るこＬもアきる。

さらにもう１つの実砲態様としで、第２１図に示を？＋−るように、ホ！・レジ スト層８５をｌｙ、、射買素１１と１４の間の間隙全形成するのに使用−７゛る こともできる。？ｌ　ｉＬにはファイバの芯のにに層１１をズベ択的に被着する のに使用されるのと同一のホトレジストであつ一部もよい。別の方法として、層 １１をファイバの表面全体に形成Ｌ、一方、ホトレジスト柱脚８５を層１４及び 材質１２の上に形成し１、その後、この部分を層１１の上に搭載することもでき る。

第２０及び２１図は圧力センサの可能な変形と示すが、第２２図の厚い反射ブリ ッジ８６をホトレジストの山（図示なし）を含むファイバの表面上の層１１の上 に搭載するのみで他のタイプの温度センサを製造することもできる。このホトレ ジスト金溶解することによって空気の間隙１３が残される。このブリッジは温度 が上昇するとファイバより大きく延び、この結果、空気の間隙の面積が増加し、 反射干渉パターンが変化する。この反射ブリッジとしては、典型的には、ファイ バより大きな熱膨張係数を持つ金属あるいはプラスチックが使用される。

さらに、この反射ブリッジ８６は異なる熱１膨張係数を持つ材質の２つの異なる 層から形成することもできる。このブリッジの１部のみが層１１の一部のみに固 定されると、このブリッジは温度（ｌこ比例して曲がり、この場合も間隙が温度 の関数として変化する。

ＦＩＧ、７ ＦＩＧ、　８ ＦＩＧ、１９　ＦＩＧ、　２０ ＦＩＧ、　２１　ＦＩＧ、　２２ 国　際　調　合　報　告 １、ｌＩカａｈ。−ａ＋Ａ＊ｓｂｍ＋１ｏ−ｈａＰｃＴ／ＵＳ　８５１０２２６ ４ＡＮＮＥＸ　Ｔｏ　、、、ｌＥ　ＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　５ＥＡＲＣＨ ＲＥ２Ｏ３丁　０ＮＩＮＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＩＬ　Ａｍ’：’ＬＩＣＡＴＩＯ Ｎ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＩＪＳ　８５１０２２６４　（ＳＡ　１ユ５８１）ＥＰ− Ａ−０１５６７５７０２／１０／８５　ＵＳ−Ａ−４５３００２９１６１０７／ ８５υ５−Ａ−３９５２２３４２０１０４／７６　にＢ−Ａ−１４５０７０９２ ９１０９／７６ＵＳ−Ａ、−４０６５６４９２７／１２／７７　Ｎｏｒ１ａＩＮ ＴＥＲＮＡＴＩＯＮＡＬ　ＡＰＰＬｉＣＡＴＩＯＮ　Ｎｏ、　ＰＣＴ／ＩＪｓ　 ８５１０２２６４　（ＳＡ　１ユ５８１）

Claims (26)

【特許請求の範囲】
1. １．可変キヤパシタンスデバイスにおいて、該デバイスが； １つの表面上に形成された第１の電極（１１）を含む第１の基体（１０）； 該第１の基体の上に搭載された中に形成され該第１の電極の上に位置し該電極と 反対側の表面を持つ空胴（１３）を含む第２の基体（１２）；及び 該第１の電極と反対側の該空胴の該表面上に形成された第２の電極（１４）を含 み、該基体の少なくとも１つがフレキシブルであり、該基体が変形して該電極間 の間隙が変化し、変形しない状態での該間隙が３０μｍ以下であることを特徴と するデバイス。
2. ２．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該第１の電極と反対側の該空 胴の該表面が概むね平坦であることを特徴とするデバイス。
3. ３．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該第２の基体がフレキシブル 材質から成り、該第１の基体が基板から成ることを特徴とするデバイス。
4. ４．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該第１の電極が該第２の電極 を通じて互いに容量性結合される２つの指間電極部分（３２、３３）を含むこと を特徴とするデバイス。
5. ５．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、個々の電極がこの電極から電 気的に隔離されたスイツチ接点電極（４１、４３）を包囲するＵ−形状の電極で あることを特徴とするデバイス。
6. ６．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該デバイスがさらに 該第１及び第２の本体の間に形成された光フアイバ（５０、５１）を含み、該フ アイバの両端が該基体が変形されてない状態においては該フアイバ間で光が結合 され、該基体の１つが変形されると光が結合されないように位置されることを特 徴とするデバイス。
7. ７．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該デバイスがさらに 該基体の１つを貫通して形成された少なくとも３つの光フアイバ（５３、５４、 ５５）を含み、該フアイバの端が該基体が変形してない状態においては該第１の フアイバからの光が第２のフアイバに結合され、該基体の１つが変形すると該第 １のフアイバからの光が第３のフアイバに結合されるように位置されることを特 徴とするデバイス。
8. ８．請求の範囲第１項に記載のデバイスにおいて、該基体の少なくとも１つが透 明であり、少なくとも１つの電極が少なくとも半透明であり、光が該基体の１つ に入射されると該デバイスから出る光がデバイスが変形されているか変形されて ないかによつて干渉効果のために異なる波長を持つことを特徴とするデバイス。
9. ９．請求の範囲第８項に記載のデバイスにおいて、該デバイスにおいて、該デバ イスがさらに 該第１の電極の上に形成された絶縁層（６０）を含むことを特徴とするデバイス 。
10. １０．請求の範囲第８項に記載のデバイスにおいて、該デバイスが該電極間に加 えられる特定の電圧に対して該デバイスが変形されたとき２つの安定状態を持つ ことを特徴とするデバイス。
11. １１．請求の範囲第１０項に記載のデバイスにおいて、該第２の本体がフレキシ ブルであり、該上側の電極が該第２の本体から該空胴内に延びるスタブ（６１− ６３）によつて分離される複数の部分（１４ａ．．．１４ｄ）を含むことを特徴 とするデバイス。
12. １２．請求の範囲第１０項に記載のデバイスにおいて、該第１の電極が複数の部 分（１１ａ．．．１１ｄ）を含み、そして該第２の電極が該基体の１つが変形さ れたとき該第１の電極の部分の間の空間に延びるように配置された複数の部分（ １４ａ．．．１４ｄ）を含むことを特徴とするデバイス。
13. １３．可変間隙デバイスを製造するための方法において、該方法が： 基板上に除去可能な層を形成するステツプ；該除去可能な層の上に第１の要素を 形成するステツプ；該除去可能な層の該要素によつて覆われてない部分を除去す るステツプ； 該基板上に該要素及び該要素の下の除去可能な層の残りの部分を包囲するように 物体を形成するステツプ；及び 該基板から該物体を分離し、該除去可能な層の該残りの部分を除去することによ つて該物体内にその上側の表面に該要素が接着された空胴を形成するステツプを 含むことを特徴とする方法。
14. １４．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該除去可能な層がホトレジス ト材質から成ることを特徴とする方法。
15. １５．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該要素を包囲する該物体がゴ ム材質から成ることを特徴とする方法。
16. １６．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該包囲物体が該基板から該除 去可能な層を形成する前に該基板上に形成された分離層によつて分離されること を特徴とする方法。
17. １７．請求の範囲第１６項に記載の方法において、該分離層が金属から成ること を特徴とする方法。
18. １８．請求の範囲第１７項に記載の方法において、該包囲物体が該基板から該構 造を該金属層が浴構内で溶解されるように浴槽内に浸すことによつて分離される ことを特徴とする方法。
19. １９．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該要素が該除去可能な層の上 に該除去可能な層のほぼ表面全体に金属を被着し該要素をホトリソグラフイツク 技術にて定義することによつて形成されることを特徴とする方法。
20. ２０．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該ゴムが室温にて養生される ことを特徴とする方法。
21. ２１．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該方法がさらに 内部に形成された空胴及び要素を持つ該物体を第２の要素を含む基板上に該空胴 が該第２の要素と整合するように搭載するステツプを含むことを特徴とする方法 。
22. ２２．請求の範囲第２１項に記載の方法において、該物体がフアンデルワールス 力によつて該基板の表面に接着するようにされることを特徴とする方法。
23. ２３．請求の範囲第２１項に記載の方法において、該物体が該基板の表面に密封 されることを特徴とする方法。
24. ２４．請求の範囲第１３項ないし第２１項に記載の方法において、 該要素が電極であり、これによつて可変キヤパシタンスデバイスが製造されるこ とを特徴とする方法。
25. ２５．請求の範囲第１３項に記載の方法において、該第１の要素が完全反射要素 であることを特徴とする方法。
26. ２６．請求の範囲第２１項に記載の方法において、該第２の要素が部分反射要素 であり、該基板が光フアイバであることを特徴とする方法。