KR100614140B1

KR100614140B1 - 에어갭을 갖는 미세 가공된 정전 구동기

Info

Publication number: KR100614140B1
Application number: KR1020017013885A
Authority: KR
Inventors: 굿윈-요한슨스콧할덴
Original assignee: 리써치 트라이앵글 인스티튜트
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-19
Publication date: 2006-08-25
Also published as: US6236491B1; EP1183566A1; JP4465219B2; EP1183566B1; CA2368129A1; CA2368129C; JP4068346B2; KR20020023942A; JP2003501274A; WO2000073839A1; AU4857800A; DE60013118D1; ATE274196T1; JP2004312999A

Abstract

보다 낮고 예측 가능한 동작 전압으로 동작하는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 정전 장치를 제공한다. 정전 구동기, 전자기 방사용 정전 감쇠기와, 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 제공한다. 정전 장치 내에 기판 전극과 굴절성 복합체의 전극층 사이에 증가하지 않는 에어갭을 형성하여 개선된 동작 전압을 달성할 수 있다. 미세 전자 기판에 중첩되는 다층(multilayer) 굴절성 복합체의 중간부는 정전력의 인가와 무관하게 제 위치에 고정되어, 형성된 에어갭을 유지한다. 중간부는 일실시예에서 캔틸레버화되는 경우, 저부 미세 전자 표면에서 분리되어 상대적으로 일정해진다. 추가 실시예는 중간부가 저부 미세 전자 표면에 접근하여 접촉하는 경우에 영(0)으로 감소하는 에어갭을 제공한다. 굴절성 복합체의 이동 가능한 말단부는 구성요소 층들 사이의 열 팽창 계수 차이로 인해 자연적으로 휘도록 바이어스된다. 정전력에 응답하여 말단부는 이동하고, 이로 인해 굴절성 복합체와 저부 미세 전자 표면과 분리되는 거리를 변화시킨다. 중간부에서 바이어스를 제어하는 구조와 기술 그리고 그 결과로 생기는 에어갭을 제공한다. 정전 장치는 선택적으로 전자기 방사 경로를 소거하거나 차단할 수 있다. 감쇠기에 사용되는 재료는 여러 형태의 전자기 반사 경로를 통과, 반사, 또는 흡수하도록 선택될 수 있다. 복수의 전자기 감쇠기는 어레이에 배치되어 서브셋에서 선택적으로 구동될 수 있다.

구동기, 감쇠기, 에어갭, 정전력, 어레이, 서브셋, MEMS, 굴절성복합체, 중합체

Description

에어갭을 갖는 미세 가공된 정전 구동기 {MICROMACHINED ELECTROSTATIC ACTUATOR WITH AIR GAP}

본 발명은 미세전자기계 구동기 구조(microelectromechanical actuator structures)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전기적으로 동작되는 미세 가공된 구동기 구조에 관한 것이다.

박막 기술의 발전은 정교한 집적 회로 기술의 개발을 가능하게 하였다. 이러한 고급 반도체 기술은 또한 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 구조를 창출하는 디딤돌이 되어왔다. MEMS 구조는 전형적으로 힘을 이동시키거나 가할 수 있다. 미세 센서, 미세 기어, 미세 모터와 기타 미세 공학(microengineered) 장치를 포함하여, 수많은 여러 MEMS 장치가 고안되었다. MEMS 장치는 저비용, 고신뢰도 및 극소 크기라는 장점을 제공하기 때문에 광범위한 분야의 응용에 대해 개발되고 있는 중이다.

MEMS 장치 설계자에게 주어지는 설계의 자유로움은 미세구조 내에서 원하는 움직임을 일으키는데 필요한 힘을 가하기 위한 여러 기술 및 구조의 발전을 가져왔다. 예를 들면, 미세캔틸레버(microcantilever)는 미세 가공된 스프링과 기어를 회전시키는 기계적 회전력을 가하는데 이용되어 왔다. 전자계(electromagnetic filed)는 미세 모터를 구동시키는데 이용된다. 또한, 압전력(piezoelectric force)도 미세 가공 구조를 제어 가능하게 이동시키는데 성공적으로 이용되어 왔다. 구동기의 열 팽창 제어(controlled thermal expansion) 또는 MEMS의 다른 요소들은 미세 장치를 구동시키는 힘을 창출하는데 이용된다. 그러한 장치 중 하나가 미국 특허 제5,475,318호에 기재되어 있으며, 이는 미세 장치를 이동시키기 위해 열 팽창을 이용한다. 미세 캔틸레버는 상이한 열 팽창 계수를 갖는 재료로 구성된다. 가열되는 경우, 2형태층(bimorph layers)은 상이한 곡선을 이루고, 그에 의해 미세 캔틸레버를 움직이게 한다. 미국 특허 제5,463,233호에 기재된 바와 같은 유사한 장치는 미세 가공된 열적 스위치를 동작시키는데 사용된다.

정전력(electrostatic force)도 또한 구조를 이동시키는데 이용된다. 종래의 정전 장치는 플라스틱 또는 마일라(mylar) 재료를 절단하여 중첩시킨 박막(laminated film)으로 구성된다. 굴절성 전극이 박막에 부착되고, 다른 전극은 기본 구조(base structure)에 고정된다. 개별 전극에 전기적 에너지를 인가하면 서로 간에 인력 또는 척력이 작용하도록 하는 정전력이 생긴다. 이러한 장치의 대표적인 예가 미국 특허 제4,266,399호에 기재되어 있다. 상기 장치는 전형적인 구동 분야의 응용에서는 잘 동작하지만, 소형 집적 회로, 바이오 의료 분야나 MEMS 구조용에는 적절한 크기로 구성될 수 없다.

미세 가공된 MEMS 장치도 또한 미세 구조를 구동시키는데 정전력을 활용한다. 일부 MEMS 정전 장치는, 미국 특허 제5,578,976호에 기재된 바와 같이, 상대적으로 강성인 캔틸레버 부재(rigid cantilever member)를 사용한다. 유사한 캔틸레버형 장치가 미국 특허 제5,258,591호, 제5,367,136호, 제5,368,946호, 제5,658,698호 및 제5,666,258호에 기재되어 있다. 상기 특허의 장치는 기판 표면에서 멀어지는 방향으로의 곡률 반경을 갖는 굴절성 정전 장치를 기재하지는 못하고 있다. 다른 MEMS 장치는 곡선을 이루는 정전 구동기를 기재한다. 그러나, 상대적으로 난해한 미세 조립 기술을 사용하여 복잡한 기하학을 포함한다. 미국 특허 제5,629,565호와 제5,673,785호는 개별적인 정전 장치를 형성하기 위해 이중 미세 기계 기판을 사용한다. 미국 특허 제5,233,459호와 제5,784,189호의 장치는 수많은 배치(deposition)와 공정 단계를 이용하여 형성된다. 굴절성 전극에 주름(corrugation)을 형성하기 위해서는 복잡한 작업이 필요하다. 또한, 미국 특허 제5,552,925호는 곡선을 이루는 정전 전극을 기재한다. 하지만, 전극은 2개의 부분, 즉 얇은 굴절성 부분과 그 다음의 평평한 캔틸레버 부분으로 구성된다.
미세 가공된 MEMS 장치는 또한 광학 감쇠 어레이에도 사용되어 왔다. 예를 들면, 광 방사를 반사시킬 목적으로 어레이 형태로 배치된 정전 구동 캔틸레버 구조(electrostatically activated cantilever structure)를 기재한 독일 특허 제195 40 363 A1호를 참조하라.
일부 정전 MEMS 장치는 기판 표면과 정전 구동기 사이에 에어갭을 포함한다. 정전 구동기는 일반적으로 유연하면서 휘어지는(curled) 전극을 포함한다. 전형적으로, 갭은 기판 표면에서 분리되는 정전 구동기의 시점에서 시작하여 에어갭의 길이 방향으로 지속적으로 증가한다. 에어갭의 크기는 구동기가 길이를 따라 기판 표면에서 좀 더 멀어지면서 휘어짐에 따라 증가한다. 기판 전극과 구동기 전극 사이의 에어갭 분리는 구동기를 동작시키는 동작 전압에 영향을 미친다. 에어갭이 커질수록 또는 증가 비율이 높을수록, 구동기를 동작시키는 전압도 높아진다. 또한, 제조 과정이나 재료의 변화로 인해, 에어갭의 크기와 형상이 장치마다 바뀔 수 있어 예기치 못한 동작을 할 수 있다. 종래의 정전 장치는 상대적으로 크고 가변적인 동작 전압 특성을 갖는다. 정전 구동기의 설계를 통해 에어갭의 속성을 제어하는 것이 유리할 것이다. 낮은 동작 전압 장치를 개발하여야 한다. 소정 장치가 필요로 하는 동작 전압의 편차를 최소화하여야 한다. 따라서, 보다 예측 가능한 정전 구동기를 개발하여야 한다. 정전 장치의 에어갭을 적절하게 설계함으로써, 장치의 동작을 방해하는 것이 아니라 도울 수 있어야 한다.

삭제

미세 공학용 장치 내에 정전력을 발생시키고 동작을 유도하는 개선된 MEMS 장치 및 기술을 개발할 필요가 여전하다. 전기 전하들 사이의 전계로 인한 정전력은 MEMS 장치 내에 주어진 작은 전극 분리에 대해 상대적으로 큰 힘을 발생시킬 수 있다. 이러한 힘은 MEMS 전극 사이에 전압차를 주어 용이하게 제어되며, 이로 인해 상대적으로 커다란 동작을 가져올 수 있다. 보다 낮고 예측 가능한 동작 전압으로 동작하는 정전 장치가 필요하다. 신규한 MEMS 구조에서 정전력을 일으킴으로써, 유리하며 신규한 장치 및 응용을 창안할 수 있다.

본 발명의 목적은 낮은 동작 전압으로 동작하는 MEMS 정전 구동기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 동작에 있어서 보다 제어가 용이하며 예측 가능한 MEMS 정전 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 구동기 전극과 기판 전극 사이의 비증가(non-increasing) 에어갭을 갖는 MEMS 정전 구동기를 제공하는 것이다.

본 발명은 정전력을 발생시키고 여러 MEMS 응용이 가능한 개선된 MEMS 정전 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 전자기 방사(electromagnetic radiation) MEMS 정전 감쇠기(attenuator)를 제공한다. 그리고, 본 발명은 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 제공한다.

본 발명에 따라 정전력으로 구동되는 MEMS 장치는 미세 전자 기판, 기판 전극, 굴절성 복합체(flexible composite) 및 절연체(insulator)를 포함한다. 미세 전자 기판은 MEMS 장치가 구성되는 평면(planar surface)을 형성한다. 기판 전극은 미세 전자 기판의 표면상에 층(layer)을 형성한다. 굴절성 복합체는 기판 전극에 중첩된다. 단면도에서, 굴절성 복합체는 전극층과 바이어스층(biasing layer)으로 구성된다. 그 길이 양단의 굴절성 복합체는 저부 표면(underlying surface)에 부착된 고정부, 기판 전극과 복합체 전극 사이에 증가하지 않는 에어갭을 형성하는 중간부, 그리고 기판 전극에 대해 이동 가능한 말단부(distal portion)를 포함한다. 절연체는 기판 전극과 굴절성 복합체 전극을 전기적으로 절연시켜 분리시킨다. 기판 전극과 굴절성 복합체 전극 사이에 전압차를 주면 정전력이 발생하여 말단부를 이동시키고 저부 평면으로부터의 분리를 변경시킨다. 증가하지 않는 에어갭은 정전력의 인가와 무관하게 유지된다.

MEMS 정전 장치의 다른 실시예는 기판 전극과 복합체 전극 사이에서 대체로 일정한 에어갭을 제공한다. 캔틸레버 영역(cantilevered area)은 고정부에서 말단부로 연장되는 굴절성 복합체의 중간부에 형성된다. 또 다른 실시예는 MEMS 정전 장치의 기판 전극과 굴절성 전극 사이에 대체로 감소하는 에어갭을 제공한다. 이 경우, 에어갭은 고정부보다 약간 더 크며, 중간부가 고정부에서 말단부로 연장됨에 따라 감소한다. 추가 실시예는 중간부에서 말단부로 천이하는 복합체가 저부에 접촉하면서 에어갭이 영에 도달하는 접촉 구역(contact zone)을 형성한다. 또 다른 실시예는 기판 전극과 복합체 전극층 사이에 정전력이 발생되는 지와 무관하게 실질적으로 일정하게 에어갭을 유지한다. 중간부의 설계를 최적화하고 에어갭 공간을 제한함으로써, 보다 낮고 예측 가능한 동작 전압을 제공한다.

정전력으로 구동되는 전자기 방사형 MEMS 감쇠기가 또한 본 발명에 의해 제공된다. 감쇠기는 적어도 하나의 소정 경로(predetermined path)를 따라 방사되는 전자기 방사원을 포함한다. 또한, MEMS 감쇠기는 상기한 바와 같은 MEMS 정전 장치로 구성된다. 감쇠기는 전술한 미세 전자 기판, 기판 전극, 절연체 및 굴절성 복합체를 포함한다. 감쇠기에 제어된 정전력을 인가하는 경우, 굴절성 복합체의 말단부는 소정 전자기 방사 경로 내외로 이동한다. 다른 실시예는 기판 전극과 굴절성 전극 사이에 전압차를 생성하는 전압원을 추가로 포함하여 전극 사이에 정전력을 발생시킨다. 또 다른 실시예는 적어도 하나의 전자기 방사 경로를 따라 배치되는 정전 구동기 어레이(array)를 포함한다. 다른 실시예는 전자기 방사를 전달, 차단 또는 통과시키는 MEMS 감쇠기 구성요소를 형성한다. 추가 실시예는 전자기 방사 경로에 대하여 굴절성 복합체를 형성한다.

본 발명은 또한, 상기한대로 형성된 MEMS 정전 감쇠기를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 정전 감쇠기에 인접하는 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사 방향을 정하는 단계, 굴절성 복합체 내의 기판 전극과 전극층 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계, 그리고 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 제어 가능하게 차단 또는 통과시키기 위해 굴절성 복합체를 소정 거리만큼 이동시키는 단계를 포함한다. 굴절성 복합체는 기판 전극과 굴절성 복합체 전극층 사이의 선택적인 정전력 발생에 응답하여 이동한다. 방법의 일부 실시예는 굴절성 복합체에 대하여 전자기 방사 경로 방향을 형성한다. 다른 실시예는 정전력에 응답하여 굴절성 복합체가 이동하는 방향을 형성한다. 일실시예는 정전력이 없는 경우에 굴절성 복합체 구동기를 위치를 정하여 바이어스시킨다. 또 다른 실시예는 인가된 정전력의 크기와 방향의 변화에 응답하여 굴절성 복합체를 이동시킨다.

본 발명은 또한, 상기한 바와 같이 형성한 MEMS 정전 감쇠기 어레이를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 제공한다. 상기 방법은 정전 감쇠기에 인접하는 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사 방향을 결정하는 단계, 굴절성 복합체 내의 기판 전극과 전극층 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계, 그리고 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사를 선택적으로 차단 또는 통과시키기 위하여 어레이 내의 적어도 하나의 정전 MEMS 감쇠기를 이동시키는 단계를 포함한다. 방법의 일실시예는 어레이로 구성되는 감쇠기의 서브셋(subset) 내에 선택적으로 정전력을 발생시킨다. 추가의 실시예는 적어도 하나의 행 내에 감쇠기 서브셋을 배열하는 반면, 다른 실시예는 MEMS 감쇠기 어레이 내의 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열 내에 감쇠기의 서브셋을 배열한다.

도 1은 도 2의 1-1선을 따라 절단한 본 발명의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 평면도이다.

도 3은 도 4의 3-3선을 따라 절단한 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예의 평면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.

도 6은 방사 감쇠기로 이용되는 본 발명의 단면도이다.

도 7은 방사 감쇠기로 이용되는 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.

도 8은 본 발명의 장치 어레이의 사시도이다.

바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 참고하여 이하에서 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 하지만, 본 발명은 상이한 수많은 형태로 실시될 수 있으며, 여기서 기재한 실시예로 한정되게 해석되어서는 아니되며, 오히려 실시예들은 명세서를 완벽하게 하며 당업자에게 본 발명의 범위를 충실히 전달하도록 제공되어야 한다. 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 나타낸다.

도 1과 2를 참조하면, 본 발명은 상대적으로 낮으며 보다 예측 가능한 동작 전압을 필요로 하는 정전력으로 구동되는 MEMS 장치를 제공한다. 제1 실시예에서, 정전 MEMS 장치는 층들 내에, 미세 전자 기판(10), 기판 전극(20), 기판 절연체(30), 그리고 굴절성 복합체(50)로 이루어진다. 굴절성 복합체는 대체로 평면이며 미세 전자 기판과 기판 전극에 중첩된다. 굴절성 복합체는 그 길이를 따라, 고정부(70), 중간부(80)와 말단부(100)를 갖는다. 고정부는 저변의 미세 전자 기판 또는 매개층에 실질적으로 부착된다. 중간부는 고정부에서 연장되며, 정전력이 없는 경우에 위치를 유지하거나 또는 바이어스되어(biased), 에어갭(120)을 형성한다. 에어갭은 소정의 증가하지 않는 형상을 가지며 저부 평면과 중간부 사이에 형성된다. 중간부와 말단부 모두는 저부 기판에서 분리된다. 말단부는 동작 시에 이동할 수 있으며, 저부 기판에서 멀어지게 휘어지며 상기 저부 기판으로부터의 분리를 변경한다. 중간부는 미세 전자 기판 쪽으로 굴절성 복합체가 휘어지기 시작할 때까지, 저부 평면에 대하여 일정하거나 감소하는 분리와 같은 증가하지 않는 분리를 유지한다. 굴절성 복합체가 적절하게 휘어지면, 중간부는 저부 평면을 향하여, 또는 멀어지게 휘어지기 시작하거나 일정한 분리를 유지한다.

단면도에서, 굴절성 복합체(50)는 적어도 하나의 전극층(40)과 하나 이상의 바이어스층을 포함한다. 층의 수, 층의 두께, 층의 배열과, 사용되는 재료를 선택하여 저부 미세 전자 기판 전극을 향하거나 멀어지게 휘어지게 하며, 또는 평행하게 유지되도록 할 수 있다. 따라서, 중간부로부터 연장되면서 휘어지게 말단부를바이어스시킬 수 있다. 또한, 저부 기판 전극에 대한 중간부의 위치를 최적화할 수 있다. 정전 MEMS 장치는 공지의 집적 회로 재료와 미세 공학 기술을 이용하여 구성된다. 당업자는 상이한 재료, 다양한 층의 수와 수많은 층의 배열을 여기에 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 상세한 제조 기법을 설명하는 예로서 도면에 도시한 MEMS 장치를 이용하지만, 특별히 주지시키지 않는다면 상기의 논의는 본 발명에 의해 제공되는 모든 MEMS 장치에 동일하게 적용된다. 도 1 및 2를 참조하면, 미세 전자 기판(10)은 정전 MEMS 장치가 구성되는 평면(12)을 규정한다. 미세 전자 기판은 평면을 갖는 임의의 적절한 기판 재료를 사용할 수 있지만, 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)로 구성되는 것이 바람직하다. 다른 반도체, 유리, 플라스틱 또는 기타 재료를 기판으로 이용할 수 있다. 절연층(14)은 미세 전자 기판의 평면에 중첩되어 전기적 절연을 제공한다. 절연층(14)은 폴리이미드(polyimide) 또는 니트라이드(nitride)와 같은 비산화 기반 절연체(non-oxidation based insulator) 또는 중합체(polymer)로 구성되는 것이 바람직하다. 여기서, 해제층(release layer)을 제거하는 과정에서 임의의 산(acid)이 사용된 경우에는 산화 기반 절연체를 사용할 수 없다. 해제층과 양립할 수 있는 산이나 식각액(etchant)을 해제층을 제거하는 데 사용한 경우라면, 산화 기반 절연체라도 사용 가능하다. 예를 들면, 플루오르화 수소산을 함유하지 않은 식각액을 사용하지 않은 경우에는 이산화규소(silicon dioxide)를 절연층으로 사용할 수 있다. 절연층은 미세 전자 기판의 평면 상에 적절한 재료를 배치하여 형성하는 것이 바람직하다. 기판 전극(20)은 대체로 저부 절연층(14)의 표면에 부착되는 평면층으로 배치된다. 기판 전극은 절연층의 상부 표면에 배치되는 금층(gold layer)으로 이루어지는 것이 바람직하다. 크로뮴(chromium) 박층(thin layer)을 기판 전극층에 배치하여 미세 전자 기판에 보다 나은 부착을 제공할 수 있다. 이와는 달리, 해제층 처리 과정에서 부식되지 않는 한, 다른 금속성이나 도전성 재료를 사용할 수 있다. 원하는 정전력을 형성하기 위해 필요한 때에는 기판 전극(20)의 표면 영역과 형상은 변할 수 있다.

제2 절연층(30)이 기판 전극(20)에 배치되어 기판 전극을 전기적으로 절연시키고 전기적 단락(short)을 방지한다. 또한, 굴절성 전극(40)을 포함하여 기판 전극(20)과 굴절성 복합체 사이에 소정 두께의 유전층(dielectric layer)을 제공한다. 제2 절연층(30)은, 해제층 처리 과정에 내성이 있는 다른 유전 절연체를 사용할 수도 있지만, 폴리이미드로 구성하는 것이 바람직하다. 제2 절연층은 대체로 평면(32)을 갖는다.

중첩되는 굴절성 복합체의 중간부와 말단부 아래의 영역 내 평면에 먼저 배치되는 해제층(도시하지 않음)은 에어갭(120)으로 도시한 공간을 점유한다. 해제층은 저부 평면에 부착되지 않는 굴절성 복합체 아래의 영역에만 도포된다. 해제층은 산이 도포될 때 식각되는 산화물 또는 다른 적절한 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 중첩층을 배치한 후, 플루오르화 수소산 식각과 같은 표준 미세 공학 산 식각 기술(standard microengineering acidic etching techniques)을 통해 해제층을 제거할 수 있다. 해제층을 제거한 경우, 굴절성 복합체(50)의 중간부 및 말단부는 저부 평면(32)에서 분리되어, 그 사이에 에어갭을 형성한다.

굴절성 복합체층(50)은 해제층을 제거하기 이전에 평면(32)에 중첩된다. 상기 층(50)은 수직으로 배열되어 보이지만, 구성 부분은 굴절성 복합체를 따라 수평하게 배치된다. 공지의 집적 회로 제조 공정은 굴절성 복합체(50)를 구성하는 층들을 형성하는 데 이용된다. 중합체막(polymer film)의 제1 층(60)은 평면(32)의 해제층과 노출 영역에 도포된다. 해제층 처리 과정에 적절한 다른 굴절성 중합체를 사용할 수 있지만, 중합체막의 제1 층은 폴리이미드가 바람직하다. 최소한 2개층, 즉 한 층은 중합체막(60)이고 한 층은 굴절성 전극(40)이 굴절성 복합체(50)를 구성한다. 이와는 달리, 최소 2개층이 굴절성 전극층(40)과 중합체막(62)을 형성할 수 있다. 해제층을 제거한 후, 굴절성 복합체를 구성하는 층들 사이의 상이한 열 팽창 계수는, 중간부(80)와 말단부(100)가 저부 평면(32)으로부터 멀어지는 방향으로 바이어스시킨다. 말단부는 가변 또는 일정한 곡률 반경으로 휘어질 수 있다.

굴절성 도전 재료층으로 구성되는 굴절성 전극(40)은 중합체막의 제1 층(60)에 중첩되어 배치된다. 굴절성 전극(40)은, 도전성 중합체막과 같이 내산성이나 굴절성 도전체를 사용할 수 있지만, 금으로 구성되는 것이 바람직하다. 굴절성 전극(40)의 표면 영역 또는 구성은, 굴곡점(inflection point)(105)으로부터의 거리의 함수로서 원하는 정전력을 생성하거나 변화시킬 필요가 있을 때에는 가변될 수 있다.

중합체막의 제2층(62)이 굴절성 전극층 상에 도포된다. 이와는 달리, 크로뮴 박막층을 굴절성 전극층에 배치하여 적층된 중합체막에 보다 나은 부착성을 제공할 수 있다. 금층을 어디에 사용하든지 간에, 인접한 재료와의 부착성을 개선시키는데 필요하다면 크로뮴을 사용할 수 있다. 전형적으로, 이러한 중합체막은 굴절성이며 전극층과는 상이한 열 팽창 계수를 갖는다. 굴절성 복합체의 전극층과 바이어스층의 구성요소는 상이한 비율로 팽창되므로, 낮은 열 팽창 계수를 갖는 층을 향하여 휘어진다.

물론, 굴절성 복합체를 휘게 하는 다른 기술을 이용할 수 있다. 예를 들면, 굴절성 복합체를 구성하는 층들을 휘게 하는 고유 응력(intrinsic stress)을 생성하기 위해 상이한 배치 공정 단계를 이용할 수 있다. 또한, 거기에 포함되는 층들에 고유한 기계적 응력을 형성함으로써, 굴절성 복합체를 휘게 할 수 있다. 게다가, 굴절성 복합체를 휘게 하는데 순차적인 온도 변화를 이용할 수 있다. 예를 들면, 중합체막을 액체로 배치하고, 이 후 고체 중합체막을 형성하도록 온도를 증가시켜 휘게 할 수 있다. 전극층보다 높은 열 팽창 계수를 갖는 중합체를 사용하는 것이 바람직하다. 다음, 중합체층과 전극층을 냉각시켜, 열 팽창 계수 차이에 기인한 응력을 생성한다. 중합체층은 전극층보다 빨리 오그라들기 때문에 굴절성 복합체는 휘게 된다.

중간부는 말단부와 유사하게 구성되므로, 전극층(40)과 중합체막(들) 사이의 상이한 열 팽창 계수는 중간부를 휘게 한다. 하지만, 중합체막의 부가층, 금속 또는 다른 재료는, 일단 해제층이 제거되면 중간부가 휘는 것을 방해하여 제 위치에 유지되게 하는 바이어스 제어 구조로 작용하도록 중합체막의 제2 층 상에 선택적으로 도포될 수 있다.

바이어스 제어 구조는 굴절성 복합체가 휘려고 하는 고유의 성질을 방해한다. 주지하는 바와 같이, 층들 사이의 상이한 열 팽창 계수는 굴절성 복합체를 바이어스시켜 휘게 한다. 휨(curl)은 이동 가능한 말단부에 대해서는 바람직하지만, 중간부에 대해서는 불리하다. 동작 전압 특성이 개선되므로, 본 발명이 제공하는 정전 MEMS 장치에 대해서 예측 가능한 중간부 형상과 에어갭을 제공하는 것은 중요하다. 예를 들면, 바이어스 제어 구조는 도 2에 도시한 캔틸레버형 중간부와 에어갭을 보존하는 데 사용될 수 있다. 바이어스 제어 구조는 본 발명에 따른 정전 MEMS 장치의 모든 실시예에 대하여 중간부를 지지하는데 사용된다. 바이어스 제어 구조가 없는 경우, 복합체의 고정부에서 중간부로 천이하는 에어갭의 시작점에서 상기 복합체는 평면(32)으로부터 멀어지게 휘어지기 시작할 것이다.

본 발명에 따른 바이어스 제어 구조의 제1 실시예가 도 1 및 2에 도시되어 있다. 바이어스 제어층(110)은 제2 중합체층(62)에 중첩되어 구조적으로 중간부(80)를 압박한다. 도시한 바와 같이, 바이어스 제어 구조는 굴절성 복합체의 고정부(70)에 중첩되며 에어갭(120)과 복합체의 중간부(80) 위에서 종단(terminal edge)(112)까지 연장된다. 측면(114, 116)은 복합체의 단부 위의 복합체의 고정부(70)에서 연장되며, 평면(32) 또는 궁극적으로 기판(10)에 부착되는 일부 다른 층에 고정된다. 층(110) 이외에, 전극층(40)과 중합체층(60, 62)은 미세 전자 기판 위에 중간부를 유지하기 위해 측면을 지나 연장될 수 있다. 그 결과, 중간부는 바이어스 제어 구조에 의해 상부와 3개 측면 상에 경직되어 굴절성이 제한된다. 또한, 바이어스 제어 구조는 미세 전자 기판에 고정되는 주변층에 중간부를 고정시키므로, 중간부를 측면에서 지지한다. 바이어스 제어 구조는 중간부를 제 위치에 유지시키려는 열 팽창 계수를 갖는 금속화층(metallized layer)으로 형성될 수 있다. 저부 굴절성 복합체와 상이한 열 팽창 계수를 갖는 다른 재료를 휘게 하려는 속성을 방해하는데 사용할 수 있다. 상기 층은 고체 평면일 수 있으며, 또는 라인(line), 그리드(grid) 및 크로스 해치(cross-hatch)와 중간부를 지지하고 에어갭의 형상을 조절할 수 있는 다른 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 제어층의 종단(112)은 복합체의 중간부에서 말단부로의 천이부에 굴곡점 또는 굴절 구역을 형성한다. 굴곡점에서, 에어갭은 중간부(80) 아래에서 통상 일정한 거리(d)를 갖는 것에서부터, 도시한 대로 평면에서 멀리 이동하게 하는 휨력(curl force)을 일으키는 말단부(100) 아래의 증가 거리까지 천이한다.

이와는 달리, 바이어스 제어 구조는 중간부의 상부 표면에 영향을 미칠 수 있으며, 내재적으로 중간부를 제 위치에 유지시킨다. 제2 중합체막층(62)의 두께는 중간부에서의 휨 바이어스(curling bias)를 제어하기 위해 변경될 수 있다. 예를 들면, 보다 두껍거나 혹은 얇거나 또는 완전히 중간부의 일부에서 제거될 수 있다. 또한, 제2층은 그리드화, 라인화 그리고 크로스 해치화될 수 있으며, 또는 이와는 달리, 유효 열 팽창 계수를 변경시키도록 패턴화되어(patterned) 중간부를 제 위치에 유지시킬 수 있다. 도 3 및 4에 도시한 바와 같이, 제2 중합체막층(62)은중간부(80) 전체에 걸쳐 가변 두께를 갖도록 패턴화되어 있으며, 이로 인해 열 팽창계수가 발생하는 힘을 형상화, 방향화 또는 감소시킬 수 있다. 또한, 중간부를 구성하는 상부층에 불순물을 추가하여 열 팽창 계수를 변화시키는 것이 가능하다. 굴절성 복합체를 구성하는 다른 층들의 두께를 변화시키거나 저부 중간부를 지지하여 바이어스 제어 구조를 형성하는 것도 가능하다. 당업자는 중간부에서 바이어스 제어를 달성하기 위하여 다른 기술을 사용할 수 있음을 인식할 것이다. 더욱이, 중간부와 에어갭을 바이어스시키고 위치시키기 위해 상기 기술들을 조합하여 사용할 수 있다. 이와는 달리, 상이한 순서로 층들을 배치하거나 서로 다른 재료를 선택함으로써, 정전력의 인가와 무관하게 저부 평면을 향하여 또는 멀어지는 방향으로 말단부(100)를 휘게 할 수 있다.

따라서, 바이어스 제어 구조 또는 바이어스층의 변형은 중간부를 제 위치에 유지시키므로, 중간부(80)는 평면(32)에 중첩되는 캔틸레버 부재처럼 작용한다. 종래 MEMS 정전 구동기와는 달리, 본 실시예의 중간부는 정전력을 부가함이 없이 제 위치에 유지된다. 더욱이, 에어갭(120)의 형상과 캔틸레버형 중간부는 정전력이 MEMS 장치에 인가되는 것과 관계없이 일정하게 유지되거나 처음부터 감소한다. 본 발명의 실시예는 제어된 에어갭을 제공함으로써, 보다 낮고 예측 가능한 동작 전압을 제공한다.

동작 시, 정전력이 인가되지 않을 경우, 이동 가능한 말단부는 굴곡점으로부터 연장되면서 자연적으로 휘도록 바이어스되어, 말단부와 저부 평면 사이의 거리를 변화시킨다. 기판 전극과 굴절성 전극 사이에 전기 전하를 인가하면, 그 사이에 정전력이 발생한다. 정전력은 굴절성 전극을 포함한 이동 가능한 말단부로 하여금 기판 전극에 중첩되는 평면에 대하여 분리를 변경시키도록 한다. 정전력은 또한, 선택적으로 중간부가 평면에 대한 분리를 변경시키도록 할 수 있다. 정전력은 굴절성 전극을 기판 전극 쪽으로 끌어당겨, 바이어스된 말단부가 휘지 않게 하며 미세 전자 기판의 표면에 고정되도록 한다. 이와는 달리, 정전력은 기판전극과 굴절성 전극을 밀어내어, 이동 가능한 단말부가 미세 전자 기판의 평면으로부터 멀리 휘어지게 할 수 있다. 지지된 중간부는 저부 평면 위에 일정한 에어갭을 형성하는 위치에 캔틸레버로 유지된다. 증가하지 않는 에어갭은, 복합체의 동작을 시작시키기 위해, 예를 들면 30볼트와 같은 상대적으로 안정적인 전압을 이용할 수 있도록 한다. 증가 에어갭은, 예를 들어 80볼트와 같은 높은 전압을 필요로 한다.

도 2에 도시한 바와 같이, 중간부와 저부 평면 사이에 일정한 에어갭(120)을 형성할 수 있다. 이와는 달리, 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이, 중간부가 저부 평면과 접촉하는 본 발명을 이용하여 감소하는 에어갭(130)을 형성할 수 있다. 이러한 MEMS 장치의 구조 및 구성은 중간부와 에어갭을 제외하고는 전술한 것과 동일하다.

도 3, 4 및 5에서, 고정부(70)에 인접한 중합체막의 제2 층(62) 부분은 패턴 영역(82)을 형성하여 제거된다. 중합체막의 제2 층(62)은 굴절성 전극 또는 중합체막(60)과 굴절성 전극(40)처럼 굴절성 복합체를 형성하는 저부 결합층보다 높은 열 팽창 계수를 갖는다. 중간부에서 중합체막의 제2 층(62)을 제거하면, 정전력이 인가되지 않는 경우에 굴절성 복합체가 저부 평면(32) 쪽으로 휘게 된다. 이는 굴절성 전극(40)의 열 팽창 계수가 중간부를 제어하여 저부 평면(32)으로 접근시키기 때문이다. 궁극적으로 중간부는 접선 방향으로 저부 평면에 접하며, 이로 인해 지지된다. 이동 가능한 말단부(100)는 굴절성 복합체가 새로이 분리되기 시작하며 저부 평면 위쪽으로 휘어지는 굴곡점(105)에서 시작된다. 이동 가능한 말단부(100)는 사용되는 재료와 굴절성 복합체의 수 및 순서에 따라 절연체(30)의 저부 평면(32)을 향해 또는 멀리 휘어질 수 있다. 이와는 달리, 미세 전자 기판을 향해 중간부가 휘도록 하기 위해, 또 다른 중합체층과 같은 부가층으로 중간부(80)의 중합체층(62)에 중첩하여 배치할 수 있다.

기재된 상이한 MEMS 장치는 동작에 있어서는 유사하다. 정전력을 인가하지 않는다면, 말단부는 자연적으로 휘어진다. 기판 전극과 굴절성 전극에 에너지를 인가하면, 정전력이 그 사이에 발생한다. 에어갭은 제어되고 정전력은 기판 전극 근처의 절연체와 접촉하므로, 도시한 실시예들은 보다 낮고 예측 가능한 동작 전압으로 동작한다. 적당량의 전위가 가해지는 경우, 정전력은 굴절성 전극을 갖는 말단부를 이동시킨다. 이동 가능한 말단부와 저부 평면 사이의 분리는 인가된 정전력에 응답하여 변화한다. 바이어스된 중간부와 에어갭은 정전력의 인가와 무관하게 도시된 형상을 유지하는 것이 바람직하다. 이와는 달리, 중간부는 저부 평면을 향해 정전기적으로 끌어 당겨질 수 있다. 본 발명이 제공하는 정전 MEMS 장치의 동작 특성과 예측 가능성은 설계에 의해 제고된다.

본 발명의 정전 MEMS 장치는 전자기 에너지의 감쇠기로 동작할 수 있다. 가시 광선, 적외선, 자기 또는 무선 주파수 방사를 MEMS 감쇠기를 통해 선택적으로 감쇠, 반사 또는 통과시킬 수 있다. 말단부의 가변 위치는 광빔(light beam)이나 다른 전자기 방사량의 변화를 차단한다(block). 예를 들면, 말단부는 전자기 방사 경로를 전체적으로 소거하거나(clear) 또는 전체적으로 교차하도록(intersect) 이동할 수 있다. 이와는 달리, 전자기 방사 경로와 부분적으로 교차하도록 이동하여 통과되는 전자기 방사량을 아날로그 제어(analog control)하도록 한다. 장치의 구동이 말단부를 광빔 경로 외로 끌어 당기는 경우, 빔은 기판 표면에 평행하게 이동할 수 있다. 이와는 달리, 장치의 구동이 말단부를 경로 내로 끌어 당기는 경우, 빔은 투명 고정 전극(transparent fixed electrode)을 갖는 투명 기판을 통과할 수 있다. 굴절성 복합체는 빔이 박막을 가열시키는 것을 최소화하도록 고반사율을 갖는 재료 박막으로 도포된다. 표면에 평행하게 이동하는 빔에 있어서, 빔을 감쇠시키기 위하여 복수의 구동기를 사용할 수 있다. 빔 경로에 평행한 직렬 구동기는 용장성(redundancy) 또는 "OR"형 논리를 제공할 수 있다. 유사하게, 빔 경로 양단에 병렬로 위치한 2개 이상의 구동기(빔 크기와 구동기 크기에 의존하는)는 "AND"형 논리를 제공할 수 있다. 복합체의 곡률 반경은 굴절성 막(flexible film)의 두께와 재료 선택으로 조절될 수 있으므로, 상이한 크기의 빔과 기판으로부터의 거리(spacing)는 장치 설계의 조절을 통해 감소될 수 있다.

굴절성 복합체는 휘어지므로, 반사된 방사는 복합체 곡률과 빔의 속성에 따라 일정 범위의 각으로 분산된다. 굴절성 복합체를 편평하고 휘지 않게 함으로써, 반사광에 대해 더 큰 제어를 달성할 수 있다. 이는 말단부의 재료의 일부를 제거하거나, 재료의 두께를 조절하거나 또는 다른 재료를 부가하여 달성될 수 있다. 말단부의 평면은 분산을 적게하면서 광을 반사시킬 수 있도록 한다. 중간부에서 가장 멀리 있는 말단부에 편평한 단부를 사용하면, 곡률을 증가시키지 않고 기판으로부터 더 높은 위치에서 막들을 차단할 수 있다. 따라서, 응용에 따라서, 중간부로부터 가장 먼 말단부의 단부가 휘어지거나 상대적으로 편평해질 수 있다.

본 발명에 따른 MEMS 정전 감쇠기는 상기한 바와 같이 전자기 방사원과 MEMS 정전 장치를 포함한다. 전자기 방사원(140)은 적어도 하나의 소정 경로를 향해 있다. 도 6에 도시한 바와 같이, 전자기 방사 경로는 굴절성 복합체와 교차할 수 있다. 이와는 달리, 도 7에 도시한 바와 같이, 미세 전자 기판(10)이 형성하는 평면(plane)에 수직인 경로를 향할 수 있다. 감쇠되는 전자기 방사의 종류에 따라, MEMS 정전 장치의 구성을 어느 정도까지는 변경시킬 수 있다.

미세 전자 기판(10)을 형성하는 재료는 소정의 전자기 방사 종류에 대한 감쇠 특성에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들면, 기판을 향하는 전자기 방사빔을 통과, 차단 또는 반사시키는 기판 재료를 선택할 수 있다. 예를 들면, 유리 기판은 가시 광선을 반사시키거나 차단시키는 데 사용할 수 있다. 기판 전극(20)과 굴절성 복합체(50)는 또한, 일정한 종류의 전자기 방사에 대하여 소정 감쇠를 갖는 재료로 구성될 수 있다. 또한, 굴절성 복합체(50)는 전자기 에너지를 반사시키는 하나 이상의 표면을 가질 수 있다. 예를 들면, 굴절성 복합체의 상부, 하부 표면 또는 두 표면 모두 레이저빔을 반사시킬 수 있다.

도 8은 어레이(array)로 구성되는 복수의 정전 감쇠기(150)를 도시한다. 이동 가능한 굴절성 복합체 구동기 주위의 재료는, 도 8에 도시한 바와 같이 웰(well)을 형성하기 위해 보존되거나, 도 1에 도시한 바대로 제거될 수 있다. 도시한 바와 같이, 전자기 방사 경로는 어레이 내의 하나 이상의 감쇠기와 교차할 수 있다. 어레이 내의 모든 또는 일원화된 서브셋을 구동시킬 수 있다. 감쇠기의 서브셋은 행과 열을 포함하는 임의의 방식으로 또는 다른 결합으로 배열될 수 있다.

본 발명은 상기한 정전 MEMS 감쇠기를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 추가로 제공한다. 상기 방법은 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계, 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계, 그리고 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 차단하거나 소거하기(clear) 위해 감쇠기의 굴절성 복합체를 이동시키는 단계를 포함한다.

방향 결정 단계는 굴절성 복합체로 형성되는 평면에 대체로 평행 또는 수직으로 전자가 방사의 방향을 결정하는 것을 포함할 수 있다. 이와는 달리, 이동 단계는 기판 전극과 복합체 전극 사이에 정전력이 없는 미세 전자 기판에 대해 상대적으로 소정 방향으로 이동하도록 굴절성 복합체를 바이어스시키는 단계를 포함할 수 있다. 선택적으로, 이동 단계는 그 사이에 발생되는 정전력의 크기를 변화시켜 굴절성 복합체의 이동 정도를 제어하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명은 정전 MEMS 장치의 어레이를 사용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법을 추가로 제공한다. 상기 방법은 감쇠기 어레이 근처의 적어도 하나의 경로를 따르는 전자기 방사 방향을 결정하는 것을 포함한다. 상기 방법은 어레이에서 선택된 적어도 하나의 정전 감쇠기 내에서 기판 전극과 굴절성 복합체 전극 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계를 추가로 포함한다. 마지막으로, 상기 방법은 감쇠기 어레이 근처 적어도 하나의 전자기 방사 경로를 선택적으로 차단하거나 소거하기 위해 적어도 하나의 선택된 정전 감쇠기의 굴절성 복합체를 소정 거리만큼 이동시키는 것을 포함한다. 전술한 바와 같이, 전자기 방사 경로는 전체 또는 부분적으로 차단되거나 또는 전혀 차단되지 않을 수 있다. 선택적으로 발생시키는 단계는 적어도 하나의 행 내에 어레이된 정전 감쇠기의 서브셋(subset)을 배열하고, 적어도 하나의 행 내의 감쇠기에 대응하는 굴절성 복합체를 이동시키는 것을 포함한다. 이와는 달리, 이동 단계는 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열 내에 어레이된 정전 감쇠기의 서브셋을 배열시키고, 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열 내에 감쇠기에 대응하는 굴절성 복합체를 이동시키는 것을 포함한다.

본 발명의 많은 변형과 다른 실시예는 당업자에게는 전술한 설명과 관련 도 면에 나타낸 기재의 이점을 떠올리게 할 것이다. 따라서, 본 발명은 기재된 소정 실시예로 제한되어서는 아니 되며, 첨부된 청구 범위 내에 변형과 다른 실시예를 포함하고자 하였다. 특정 용어를 여기에서 포함하였지만, 본 발명의 범위를 제한하는 것이 아닌 포괄적이고 설명적인 의미로만 사용된다.

Claims

정전력으로 구동되는 MEMS 장치에 있어서,

전기적으로 절연된 평면을 형성하는 미세 전자 기판(10);

상기 기판의 상기 평면 상에 층을 형성하는 기판 전극(20);

상기 기판 전극(20) 위에 중첩되며, 전극층(electrode layer)(40)과 바이어스 제어 구조(110, 82)를 포함하는 복합체 바이어스층(composite biasing layer)(60, 62)을 갖는 굴절성 복합체(50); 및

상기 기판 전극과 상기 전극층을 전기적으로 분리시키는 절연체(insulator)(30)

를 포함하며,

상기 굴절성 복합체(50)는, 저부의 상기 미세 전자 기판(10)에 부착되는 고정부(70)와, 상기 고정부로부터 연장되어 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 저부의 에어갭(underlying air gab)(120, 130)을 형성하는 고정되어 잇는 중간부(medial portion)(80)와, 굴곡점(inflection point)(105) 근처의 상기 중간부(80)로부터 연장되어 상기 기판 전극에 대하여 이동 가능한 말단부(distal portion)(100)를 가지며,

상기 바이어스 제어 구조는 비동작 상태(inoperative state)인 경우에는 상기 에어갭을 상기 고정부(70)에서 상기 말단부(100)로 연장하는 방향으로 비증가(non-increasing) 상태로 유지하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 중간부(80)는 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 일정한 에어갭(120)을 형성하며 상기 고정부(70)에서 상기 말단부(100)로 연장하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 중간부(80)는 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 감소하는 에어갭(130)을 형성하며, 상기 에어갭은 상기 고정부(70)에 최대한 가까이 위치하며 상기 말단부(100)쪽으로 감소하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 중간부(80)는 상기 에어갭(130)이 상기 중간부(80)와 말단부(100) 사이의 위치에서 영(0)으로 감소하는 접촉 구역(contact zone)을 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 에어갭(120, 130)은 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 정전력이 발생하거나 발생하지 않는 형상을 유지하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 기판 전극(20)은 상기 굴절성 복합체(50)의 상기 중간부(80)와 상기 말단부(100)의 전체 영역 아래에 위치하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 절연체(30)는 상기 기판 전극(20)에 부착되어 중첩되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 평면은 상기 평면을 덮는 절연체(14)에 의해 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층(60, 62)은 적어도 하나의 중합체막(polymer film)을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층은 상기 굴절성 복합체의 전극층(40)의 상호 반대측에 중합체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층(60, 62)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40)은 상이한 팽창 계수를 가져서, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층(60, 62)은 두께가 상이한 적어도 2개의 중합체막을 포함하여, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층(60, 62)은 팽창 계수가 상이한 적어도 2개의 중합체막을 포함하여, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층(60, 62)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40)은 상이한 수준의 응력(stress)을 가져서, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제9항에 있어서,

상기 중합체막은 상기 말단부(100)에서보다 상기 중간부(80)에서 더 얇은 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제9항에 있어서,

상기 중합체막은 상기 중간부(80)에서 패턴화(patterned)(82) 되어 상기 중합체막의 적어도 일부가 제거되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 굴절성 복합체의 전극층(40)과 상기 기판 전극(20) 사이에 정전력이 형성되지 않는 경우, 상기 굴절성 복합체(50)의 상기 말단부(100)는 상기 복합체의 상부면(upper surface)에 의해 형성되는 평면 외측으로 휘어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제17항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)는 상기 말단부(100) 상의 상이한 위치에서 상이한 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체 중간부(80)는 상기 복합체 말단부(100)보다 더 편평한 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 기판 전극(20)의 표면 영역은 상기 굴절성 복합체의 전극층과 동일한 표면 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 기판 전극(20)의 형상은 상기 굴절성 복합체의 전극층(40)의 형상과 동일한 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)는 직사각형(rectangular plan view shape)인 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)는 이동 가능한 말단부(100)(movable distal portion) 영역에서 저부 기판(10)으로부터 멀어지게 휘어지는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)는 상기 말단부(100)의 반사성 상부 표면과 상기 말단부(100)의 반사성 하부 표면으로 구성되는 군(group)에서 선택되는 적어도 하나의 반사성 표면부를 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 복합체(50)는 상기 중간부(80) 위에 중첩되는 바이어스 제어층(110)을 포함하여, 상기 중간부(80)의 굴절성(flexibility)을 감소시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제1항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)의 상기 중간부(80)의 측면부들로부터 인접 기판(10)까지 연장하는 바이어스 제어층(110)을 추가로 포함하여, 상기 중간부(80)의 굴절성을 감소시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
전자기 방사(electromagnetic radiation)의 MEMS 정전 감쇠기에 있어서,

적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기를 방사하는 전자기 방사원(source of electromagnetic radiation)(40); 및

상기 방사 경로에 인접하는 적어도 하나의 MEMS 정전 방사 감쇠기

를 포함하며,

상기 적어도 하나의 MEMS 정전 방사 감쇠기는,

전기적으로 절연된 평면을 형성하는 미세 전자 기판(10),

상기 평면 상에 층을 형성하는 기판 전극(20),

상기 기판 전극(20) 위에 중첩되며, 전극층(40)과, 바이어스 제어 구조(110, 82)를 포함하는 복합체 바이어스층(60, 62)을 갖는 굴절성 복합체(50), 및

상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층을 전기적으로 분리시키는 절연체(30)

를 포함하고,

상기 굴절성 복합체(50)는,

저부의 상기 미세 전자 기판(10)에 부착되는 고정부(70)와,

상기 고정부에서 연장되고 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 저부의 에어갭(120, 130)을 형성하는 중간부(80)와,

굴곡점(105) 근처의 상기 중간부(80)에서 연장되어 정전력이 존재하는 경우에 상기 전자기 방사원을 감쇠시키도록 상기 기판 전극( 20)에 대해 이동하는 말단부(100)

를 가지며,

상기 바이어스 제어 구조는 비동작 상태에서는 상기 에어갭을 상기 고정부(70)에서 상기 말단부(100)로 연장하는 방향으로 비증가 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

전압원을 추가로 포함하며,

상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 전압차를 인가하면 정전력을 생성하여 상기 굴절성 복합체(50)의 말단부(100)를 상기 전자기 방사의 적어도 하나의 소정 경로 내외로 이동시키는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

적어도 하나의 전자기 방사 경로를 따라 배치되는 상기 정전 감쇠기의 어레이를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

상기 미세 전자 기판(10)은 감쇠되는 형태의 전자기 방사를 전달하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

상기 기판 전극(20)은 감쇠되는 형태의 전자기 방사를 전달하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)는 감쇠되는 형태의 전자기 방사의 전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)의 상기 중간부는 적어도 하나의 전자기 방사 경로에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제27항에 있어서,

상기 굴절성 복합체(50)의 상기 중간부는 적어도 하나의 전자기 방사 경로에 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
기판 전극(20)을 구비하는 미세 전자 기판(10)과, 전극층(40)과 바이어스 제어 구조(110, 82)를 포함하는 복합체 바이어스층(60, 62)을 구비하는 굴절성 복합체(50)를 구비하며, 상기 굴절성 복합체(50)는 저부의 상기 미세 전자 기판(10)에 부착되는 고정부(70)와, 상기 고정부에서 연장하고 상기 기판 전극과 굴절성 복합체의 전극층 사이에 비증가 에어갭을 형성하며 고정되어 있는 중간부(80)와, 그리고 굴곡점(105) 근처의 상기 중간부(80)에서 연장하는 말단부(100)를 형성하며, 상기 말단부(100)는 상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 생성되는 정전력에 응답하여 이동가능한, MEMS 정전 감쇠기를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법에 있어서,

상기 정전 감쇠기 근처의 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계;

상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계; 및

상기 정전력에 응답하여 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 선택적으로 차단하거나 소거하도록 상기 말단부(100)를 소정 거리만큼 이동시키는 단계

를 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제35항에 있어서,

상기 방향 결정 단계는, 상기 굴절성 복합체(50)의 상기 중간부(80)에 의해 형성되는 평면에 평행한 소정 경로를 따라 상기 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제35항에 있어서,

상기 방향 결정 단계는, 상기 굴절성 복합체(50)의 중간부(80)에 의해 형성되는 평면에 수직인 소정 경로를 따라 상기 전자기 방사의 방향을 결정하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제35항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이의 상기 선택적인 정전력의 발생에 응답하여, 상기 기판 전극(20)으로부터 멀어지게 상기 말단부(100)를 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제35항에 있어서,

상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 정전력이 없는 경우, 상기 미세 전자 기판(10)에 대해 소정 방향으로 상기 말단부(100)를 이동시키도록 상기 굴절성 복합체(50)를 바이어스시키는 단계를 추가로 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제35항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(10) 사이에 발생되는 상기 정전력의 크기를 변화시켜 상기 말단부(100)의 이동 정도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
기판 전극(20)을 구비하는 미세 전자 기판(10)과, 전극층(40)과 바이어스 제어 구조(110, 82)를 포함하는 복합체 바이어스층(60, 62)을 구비하는 굴절성 복합체(50)를 각각 구비하며, 상기 굴절성 복합체(50)는 저부의 상기 미세 전자 기판(10)에 부착되는 고정부(70)와, 상기 고정부에서 연장되고 상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 비증가 에어갭을 형성하며 고정되어 있는 중간부(80)와, 그리고 굴곡점(105) 근처의 상기 중간부(80)에서 연장하는 말단부(100)를 형성하며, 상기 말단부(100)는 상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 발생되는 정전력에 응답하여 이동가능한, MEMS 정전 감쇠기의 어레이를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법에 있어서,

정전 감쇠기의 어레이 근처의 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계;

상기 정전 감쇠기의 어레이 내의 적어도 하나의 선택된 정전 감쇠기에 대하여 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계; 및

상기 정전 감쇠기의 어레이 내의 적어도 하나의 선택된 정전 감쇠기에 대하여, 상기 정전력의 선택적인 발생에 응답하여 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 선택적으로 차단하거나 소거하도록 상기 말단부(100)를 소정 거리만큼 이동시키는 단계

를 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제41항에 있어서,

상기 선택적 발생 단계는, 상기 어레이 내의 상기 정전 감쇠기의 서브셋(subset)을 구동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제41항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 어레이 내의 정전 감쇠기 서브셋을 적어도 하나의 행으로 배열하고, 상기 굴절성 복합체(50)의 상기 말단부(100)를 상기 적어도 하나의 행 내에서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제41항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 어레이 내의 정전 감쇠기 서브셋을 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열로 배열하고, 상기 굴절성 복합체(50)의 상기 말단부(100)를 상기 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열 내에서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
정전력으로 구동되는 MEMS 장치에 있어서,

전기적으로 절연된 평면을 형성하는 미세 전자 기판;

상기 평면 상에 층을 형성하는 기판 전극;

상기 기판 전극(20) 위에 중첩되며 전극층과 복합체 바이어스층을 가지는 굴절성 복합체로서, 저부의 상기 미세 전자 기판에 부착되는 고정부(70)와, 상기 기판 전극(20)과 상기 굴절성 복합체의 전극층(40) 사이에 감소하는 에어갭을 형성하는 중간부와, 그리고 상기 기판 전극에 대하여 이동 가능한 말단부를 가지되, 상기 에어갭은 상기 고정부에 가장 근처에 있고 상기 고정부로부터 감소하는, 굴절성 복합체; 및

상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층을 전기적으로 분리시키는 절연체

를 포함하는 MEMS 장치.
제45항에 있어서,

상기 중간부는 상기 에어갭이 상기 중간부와 말단부 사이의 위치에서 영(0)으로 감소하는 접촉 구역을 형성하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
정전력으로 구동되는 MEMS 장치에 있어서,

전기적으로 절연된 평면을 형성하는 미세 전자 기판;

상기 평면 상에 층을 형성하는 기판 전극;

상기 기판 전극 위에 중첩되며 전극층과 복합체 바이어스층을 가지는 굴절성 복합체로서, 저부의 미세 전자 기판에 부착되는 고정부와, 상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 비증가 에어갭을 형성하는 중간부와, 그리고 상기 굴절성 복합체의 전극층과 상기 기판 전극 사이에 정전력이 형성되지 않는 경우 상기 기판 전극에 대하여 이동 가능하며 상기 굴절성 복합체의 상부면에 의해 형성되는 평면 외측으로 휘어지는 말단부를 가지는 굴절성 복합체; 및

상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층을 전기적으로 분리시키는 절연체

를 포함하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 굴절성 복합체는 상기 말단부 상의 상이한 위치에서 상이한 곡률 반경을 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 중간부는 상기 복합체 말단부보다 더 편평한 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 평면은 상기 평면을 덮는 절연체(14)에 의해 전기적으로 절연된 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층은 적어도 하나의 중합체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층은 상기 굴절성 복합체의 전극층의 상호 반대측에 중합체막을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층과 상기 굴절성 복합체의 전극층은 상이한 팽창 계수를 가져서, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층은 두께가 상이한 적어도 2개의 중합체막을 포함하여, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층은 팽창 계수가 상이한 적어도 2개의 중합체막을 포함하여, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 복합체 바이어스층과 상기 굴절성 복합체의 전극층은 상이한 수준의 응력을 가져서, 상기 복합체를 휘어지게 하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제51항에 있어서,

상기 중합체막은 상기 말단부에서보다 상기 중간부에서 더 얇은 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제51항에 있어서,

상기 중합체막이 상기 중간부에서 패턴화되어 상기 중합체막의 적어도 일부가 제거되는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 굴절성 복합체는 반사성 상부 표면과 반사성 하부 표면으로 구성되는 군에서 선택되는 적어도 하나의 반사성 표면부를 갖는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
제47항에 있어서,

상기 굴절성 복합체의 상기 중간부 위에 중첩되어 상기 중간부의 굴절성을 감소시키는 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 MEMS 장치.
전자기 방사의 MEMS 정전 감쇠기에 있어서,

적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기를 방사하는 전자기 방사원; 및

상기 방사 경로에 인접하는 적어도 하나의 MEMS 정전 방사 감쇠기

를 포함하며,

상기 적어도 하나의 MEMS 정전 방사 감쇠기는,

전기적으로 절연된 평면을 형성하는 미세 전자 기판,

상기 평면 상에 층을 형성하는 기판 전극,

상기 기판 전극 위에 중첩되며 전극층과 복합체 바이어스층을 가지는 굴절성 복합체로서, 저부의 상기 미세 전자 기판에 부착되는 고정부와, 상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 비증가 에어갭을 형성하는 중간부와, 그리고 상기 기판 전극에 대하여 이동 가능한 말단부를 가지는 굴절성 복합체; 및

상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층을 전기적으로 분리시키는 절연체

를 포함하고,

상기 굴절성 복합체는 감쇠되는 형태의 전자기 방사의 전달을 차단하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제61항에 있어서,

상기 미세 전자 기판은 감쇠되는 형태의 전자기 방사를 전달하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제61항에 있어서,

상기 기판 전극은 감쇠되는 형태의 전자기 방사를 전달하는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
제61항에 있어서,

상기 굴절성 복합체는 적어도 하나의 전자기 방사 경로에 평행하게 배치되는 것을 특징으로 하는 MEMS 정전 감쇠기.
기판 전극을 구비하는 미세 전자 기판과, 전극층을 구비하는 굴절성 복합체를 구비하며, 상기 굴절성 복합체는 상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에 생성되는 정전력에 응답하여 이동 가능한, MEMS 정전 감쇠기를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법에 있어서,

상기 정전 감쇠기 근처의 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계;

상기 기판 전극과 상기 굴절성 복합체의 전극층 사이에 정전력을 선택적으로 발생시키는 단계; 및

상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에서의 상기 정전력의 선택적 발생에 응답하여 상기 굴절성 복합체를 상기 기판 전극으로부터 멀어지게 소정 거리만큼 이동시켜, 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 선택적으로 차단하는 단계

를 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제65항에 있어서,

상기 방향 결정 단계는, 상기 굴절성 복합체에 의해 형성된 평면에 평행한 소정 경로를 따라 상기 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제65항에 있어서,

상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에 정전력이 없는 경우, 상기 미세 전자 기판에 대해 소정 방향으로 상기 말단부(100)를 이동시키도록 상기 굴절성 복합체를 바이어스시키는 단계를 추가로 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제65항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에 발생되는 상기 정전력의 크기를 변화시켜 상기 굴절성 복합체의 이동 정도를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
기판 전극을 구비하는 미세 전자 기판과, 전극층을 구비하는 굴절성 복합체를 각각 구비하며, 상기 굴절성 복합체는 상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에 발생되는 정전력에 응답하여 이동 가능한, MEMS 정전 감쇠기의 어레이를 이용하여 전자기 방사를 감쇠시키는 방법에 있어서,

정전 감쇠기의 어레이 근처의 적어도 하나의 소정 경로를 따라 전자기 방사의 방향을 결정하는 단계;

상기 정전 감쇠기의 어레이 내의 적어도 하나의 선택된 정전 감쇠기에 대하여 상기 기판 전극과 상기 전극층 사이에 정전력을 선택적으로 발생시켜 상기 어레이 내의 상기 정전 감쇠기의 서브셋을 구동시키는 단계; 및

상기 정전 감쇠기의 어레이 내의 적어도 하나의 선택된 정전 감쇠기에 대하여, 상기 정전력의 선택적인 발생에 응답하여 적어도 하나의 소정 경로를 따라 이동하는 전자기 방사를 선택적으로 차단하거나 소거하도록 상기 굴절성 복합체를 소정 거리만큼 이동시키는 단계

를 포함하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제69항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 어레이 내의 정전 감쇠기 서브셋을 적어도 하나의 행으로 배열하고, 상기 굴절성 복합체를 상기 적어도 하나의 행 내에서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.
제69항에 있어서,

상기 이동 단계는, 상기 어레이 내의 정전 감쇠기 서브셋을 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열로 배열하고, 상기 굴절성 복합체를 상기 적어도 하나의 행과 적어도 하나의 열 내에서 이동시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자기 방사 감쇠 방법.