KR101740113B1 - 주변압에서의 변화 및 압력파를 센싱하기 위한 mems 센서 구조체 - Google Patents
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Abstract
제 1 다이어프램 구조체, 전극 요소, 및 제 1 다이어프램 구조체로부터 전극 요소의 대향측 상에 배열되는 제 2 다이어프램 구조체를 포함하는 센서 구조체가 개시된다. 센서 구조체는 또한 제 1 및 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성되는 챔버를 포함할 수 있고, 여기서 챔버 내의 압력은 챔버 외부의 압력보다 낮다. 유사하게 센서 구조체를 형성하는 방법이 개시된다.
Description
다양한 실시예는 일반적으로 제 1 다이어프램 구조체, 제 2 다이어프램 구조체, 개별적인 다이어프램 요소들 사이에 배열되는 전극 요소, 및 제 1 다이어프램 구조체의 편향 및 제 2 다이어프램 구조체의 편향에 의해 생성되는 적어도 하나의 신호를 프로세싱하도록 구성된 회로를 포함하는 센서 구조체에 관한 것이다.
통상적인 마이크로폰은 입사 압력파에 노출되는 다이어프램을 갖는다. 이들 압력파는 다이어프램이 편향되게 하고 이 편향은 다양한 트랜스덕션(transduction) 메커니즘에 의해 검출되어 전기 신호로 변환된다. MEMS(micro-electro-mechanical system) 마이크로폰에서, 전통적인 트랜스덕션 메커니즘은 압전식, 압전저항식, 광학식 및 용량성 메커니즘을 포함할 수 있다. 단순한 MEMS 마이크로폰은, 더 일반적으로 "백플레이트"로서 지칭되는, 카운터 전극, 및 다이어프램으로 구성된 캐패시터가 될 수 있다. 백플레이트/다이어프램 용량성 시스템을 거쳐 전압이 인가되고, 음파는 다이어프램이 진동하는 것을 야기할 때, 음파는 백플레이트에 상대적인 다이어프램의 이동에 의해 야기되는 캐패시턴스에서의 변화를 측정함으로서 사용가능한 전기 신호로 변환될 수 있다. 마찬가지로 많은 MEMS 압력 센서는 위에서 논의된 다양한 트랜스덕션 메커니즘을 이용하여 주변압(atmospheric pressure)에서의 변화를 센싱한다.
다양한 실시예에서, 센서 구조체가 제공된다. 센서 구조체는 제 1 다이어프램 구조체와, 전극 요소와, 제 1 다이어프램 구조체로부터 전극 요소의 대향측 상에 배열된 제 2 다이어프램 구조체를 포함할 수 있고, 여기서 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체는 챔버를 형성할 수 있으며, 챔버 내부압력은 챔버 외부의 압력보다 낮아질 수 있다.
도면에서, 상이한 뷰 전반으로 동일한 참조 부호는 일반적으로 동일한 부분을 지칭한다. 도면은 반드시 일정한 비율인 것은 아니며, 대신에 일반적으로 본 발명의 원리를 도시하는 것에 역점을 두는 것이다. 다음의 설명에서, 본 발명의 다양한 실시예는 다음의 도면을 참조하여 설명된다.
도 1a는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 압력파는 이중 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 1c는 도 1a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 주변압에서의 변화는 이중 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 3a는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 오버헤드의 도식적인 단면을 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 카운터 전극 요소는 X 형태 구성으로 구현된다.
도 3b는 도 3a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면을 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체는 정지 위치로 존재한다.
도 3c 및 도 3d는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체는 입사 압력파의 영향에 기인하여 진동하고/하거나 편향한다.
도 3e는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 주변압에서의 변화는 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 4a는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 챔버는 다이어프램 구조체에 의해 형성될 수 있고 챔버 내부에서의 압력은 챔버 외부에서의 압력보다 낮아질 수 있어서, 챔버 내부의 저압의 결과로서, 전극 요소를 향한 다이어프램 구조체의 원치않는 편향을 야기할 수 있다.
도 4b는 둘 이상의 필러 사이의 영역을 신장시키는 다이어프램 구조체 세그먼트의 유닛 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 다이어프램 구조체의 "측면 길이", 이의 두께 및 이의 내부 응력은 다이어프램 구조체가 주어진 인가된 압력 하에서 편향할 수 있는 양을 정의한다.
도 5는 상이한 두께 및 측면 길이에 대해 응력이 없는 폴리실리콘 다이어프램의 단위 평방 세그먼트의 1바 압력(주변압) 하에서의 다이어프램 편향에 대한 계산의 결과를 그래픽으로 도시한다.
도 6은 다양한 실시예에 따라 선택적인 프로세싱 회로를 포함하는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 회로도 표현을 도시한다.
도 8은 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체에 의해 생성될 수 있는 전기 신호를 프로세싱하는 방법을, 플로우 차트 형식으로, 그래픽으로 도시한다.
도 9는 다양한 실시예에 따라 셀룰러 전화 디바이스로 집적되는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 블록도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 구성하는 방법을, 플로우 차트 형식으로, 그래픽으로 도시한다.
도 1a는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 개략적인 단면도를 도시한다.
도 1b는 도 1a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 압력파는 이중 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 1c는 도 1a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 주변압에서의 변화는 이중 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 2는 다양한 실시예에 따른 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 3a는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 오버헤드의 도식적인 단면을 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 카운터 전극 요소는 X 형태 구성으로 구현된다.
도 3b는 도 3a의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면을 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체는 정지 위치로 존재한다.
도 3c 및 도 3d는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체는 입사 압력파의 영향에 기인하여 진동하고/하거나 편향한다.
도 3e는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 주변압에서의 변화는 다이어프램 구조체가 정지 위치로부터 편향하는 것을 야기한다.
도 4a는 도 3b의 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 도시하고, 여기서 다양한 실시예에 따라 챔버는 다이어프램 구조체에 의해 형성될 수 있고 챔버 내부에서의 압력은 챔버 외부에서의 압력보다 낮아질 수 있어서, 챔버 내부의 저압의 결과로서, 전극 요소를 향한 다이어프램 구조체의 원치않는 편향을 야기할 수 있다.
도 4b는 둘 이상의 필러 사이의 영역을 신장시키는 다이어프램 구조체 세그먼트의 유닛 다이어그램을 개략적으로 도시한다. 다이어프램 구조체의 "측면 길이", 이의 두께 및 이의 내부 응력은 다이어프램 구조체가 주어진 인가된 압력 하에서 편향할 수 있는 양을 정의한다.
도 5는 상이한 두께 및 측면 길이에 대해 응력이 없는 폴리실리콘 다이어프램의 단위 평방 세그먼트의 1바 압력(주변압) 하에서의 다이어프램 편향에 대한 계산의 결과를 그래픽으로 도시한다.
도 6은 다양한 실시예에 따라 선택적인 프로세싱 회로를 포함하는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 단면도를 도시한다.
도 7은 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 회로도 표현을 도시한다.
도 8은 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체에 의해 생성될 수 있는 전기 신호를 프로세싱하는 방법을, 플로우 차트 형식으로, 그래픽으로 도시한다.
도 9는 다양한 실시예에 따라 셀룰러 전화 디바이스로 집적되는 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체의 블록도를 도시한다.
도 10a 내지 도 10c는 다양한 실시예에 따라 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체를 구성하는 방법을, 플로우 차트 형식으로, 그래픽으로 도시한다.
다음의 상세한 설명은, 예시의 방식으로, 특정 상세 및 개시가 실시될 수 있는 실시예를 도시하는 첨부 도면을 지칭한다.
"예시"라는 단어는 "일례, 사례, 또는 도시로서의 역할을 한다는 것"을 의미하도록 본원에서 사용된다. "예시"로서 본원에서 설명된 임의의 실시예 또는 설계가 반드시 다른 실시예 또는 설계보다 더 선호되거나 이로운 것으로서 해석되는 것은 아니다.
측면 또는 표면 "위"에 형성된 배치된 재료에 관하여 사용된 "위"라는 단어는, 배치된 재료가 암시된 측면 또는 표면 상에 "직접적으로" 예를 들어, 직접 접촉하여 형성될 수 있음을 의미하는 것으로 본원에서 사용될 수 있다. 측면 또는 표면 "위"에 형성된 배치된 재료에 관하여 사용된 "위"라는 단어는, 배치된 재료가 암시된 측면 또는 표면과 배치된 재료 사이에 배열되는 하나 이상의 추가적인 레이어와 함께 암시된 측면 또는 표면 상에 "직접적으로" 형성될 수 있음을 의미하는 것으로 본원에서 사용될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소가 다이어프램 요소들 사이에 배열될 수 있는, 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체가 제공된다. 다양한 실시예에 따라, 상기 이중 다이어프램 MEMS 센서 구조체는 압력파 및 주변 환경 압력에서의 변화 모두를 동시에 센싱하는 것이 가능할 수 있다. 따라서, MEMS 센서 구조체의 센싱 기능이 향상될 수 있다.
다양한 실시예에서, 다이어프램은 플레이트 또는 멤브레인을 포함할 수 있다. 플레이트는 압력하에 있는 다이어프램으로 이해될 수 있다. 또한, 멤브레인은 장력(tension)하에 있는 다이어프램으로 이해될 수 있다. 비록 다양할 실시예가 멤브레인과 관련하여 이하에서 더 자세하게 설명될 것이지만, 대안적으로는 플레이트, 또는 일반적으로 다이어프램이 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 1a는 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(100)의 단면의 아주 추상적인 도면이고, 이는 제 1 멤브레인 구조체(102), 제 2 멤브레인 구조체(104), 전극 요소(106), 및 두 멤브레인 요소(102 및 104) 각각에 의해 형성된 챔버(108)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 챔버(108) 내부의 압력은 챔버 외부의 압력보다 더 낮아질 수 있다. 챔버(108) 내부의 압력은 실질적으로 진공이 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 챔버(108) 상에 입사되는 음파(110)는 챔버가 예를 들어, 도 1b에 도시된 것과 같은 전극 요소(106)에 대하여 편향하는 것을 야기할 수 있고, 챔버(108)가 음파(110)에 기인하여 편향하는 동안, 제 1 멤브레인 구조체(102)는 실질적으로 전극 요소(106)를 향하는 방향으로 편향할 수 있는 반면, 제 2 멤브레인 구조체(104)는 제 1 멤브레인 구조체(102)와 실질적으로 동일한 방향으로 동시에 편향될 수 있어서 전극 요소(106)로부터 떨어져 이동할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 1c에 도시된 바와 같이, 챔버(108) 외부의 증가된 주변압 P+(참조 부호 112로서 표시됨)은, 제 1 멤브레인 구조체(102) 및 제 2 멤브레인 구조체(104)가 실질적으로 전극 요소(106)를 향하는 방향으로 편향하는 것을 야기할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전기 신호는 멤브레인 구조체(102 및 104)의 이동에 의해 생성될 수 있다. 전기 신호는 또한 하나 이상의 프로세싱 회로(도시되지 않음)에 의해 비교될 수 있고 주어진 적용예, 예를 들어, 압력에서의 변화, 예를 들어, 멤브레인 구조체(102 및 104) 상에 입사되는 압력파의 크기를 검출하는 것에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 사용가능한 정보로 변환될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 2에서 도시된 바와 같이, 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 제 1 멤브레인 구조체(202), 제 2 멤브레인 구조체(204), 및 전극 요소(206)를 포함할 수 있고, 여기서 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)는 챔버(203)를 형성하도록 배열된다.
다양한 실시예에 따라, 챔버(203) 내부의 압력은 챔버(203) 외부의 압력보다 낮아질 수 있다. 챔버(203) 내부의 압력은 실질적으로 진공이 될 수 있다.
이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 제 1 멤브레인 구조체(202)와 제 2 멤브레인 구조체(204) 사이에 배열된 적어도 하나의 필러 구조체(208)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 지지 구조체(210) 및 지지 구조체(210)에 형성된 캐비티(212)를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는, 전극 요소(206)에 전기 접촉하는 것으로부터 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(202)를 절연하도록 구성된, 절연층(207)을 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 지지 구조체(210)는 실리콘 기판과 같은, 반도체 기판이 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 지지 구조체(210)는 예를 들어, 게르마늄(germanium), 실리콘 게르마늄(silicon germanium), 탄화규소(silicon carbide), 질화갈륨(gallium nitride), 인듐(indium), 인듐 질화 갈륨(indium gallium nitride), 인듐 비화 갈륨(indium gallium arsenide), 인듐 갈륨 아연 산화물(indium gallium zinc oxide), 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 다양한 에칭 기술, 예를 들어, 등방성 가스 위상 에칭, 증기 에칭, 습식 에칭, 등방성 건식 에칭, 플라즈마 에칭 등을 통해 지지 구조체(210)에 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 원형 또는 실질적으로 원형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 타원형 또는 실질적으로 타원형 형태 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 삼각형 또는 실질적으로 삼각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 십자가형 또는 실질적으로 십자가 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다.
제 2 멤브레인 구조체(204)는 다양한 제조 기술, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 및 분자선 에피택시를 통해 지지 구조체(210)의 상부 표면(210a) 위에 형성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐비티(212)가 지지 구조체(210)에 형성되기 이전에 제 2 멤브레인 구조체(204)는 지지 구조체(210)의 상부 표면(210a) 위에 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 2 멤브레인 구조체(204)는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형태가 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 형태가 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 원형 또는 실질적으로 원형 형태가 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 타원형 또는 실질적으로 타원형 형태 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 삼각형 또는 실질적으로 삼각형 형태가 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 십자가형 또는 실질적으로 십자가 형태가 될 수 있다. 제 2 멤브레인 구조체(204)는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 2 멤브레인 구조체(204)는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 2 멤브레인 구조체(204)는 주어진 적용예에 대해 바람직한 것으로서, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화규소, 질화갈륨, 인듐, 인듐 질화 갈륨, 인듐 비화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 2 멤브레인 구조체(204)는 금속, 유전체 재료, 압전 재료, 압전 저항성 재료 및 강유전성 재료 중 적어도 하나로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 2 멤브레인 구조체(204)의 두께(T2)는 예를 들어, 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(207)의 적어도 일부분은 전극 요소(206)의 하부 표면(206b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에 배열될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 절연층(207)의 적어도 일부분은 전극 요소(206)의 상부 표면(206a)과 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b) 사이에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202), 전극 요소(206), 제 2 멤브레인 구조체(204), 및 절연층(207)은 스택 구조체로 배열될 수 있다. 즉, 절연층은 제 1 멤브레인 구조체(202), 전극 요소(206), 제 2 멤브레인 구조체(204)의 각각의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 제 1 멤브레인 구조체(202), 전극 요소(206), 제 2 멤브레인 구조체(204), 및 절연층(207)은 라미네이트 구조체의 타입으로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 절연층(207)은 지지 구조체(210)에 대해 제 1 멤브레인 구조체(202), 전극 요소(206), 제 2 멤브레인 구조체(204)를 적어도 부분적으로 부착 및/또는 고정시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 절연층(207)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 테트라에틸 오르도실리케이트(tetraethyl orthosilicate), 보로포스포실리케이트(borophosphosilicate) 유리, 및 다양한 플라즈마 산화물과 같은 다양한 유전체로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 절연층(207)의 부분은 전극 요소(206)의 하부 표면(206b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에서 연장할 수 있어서 예를 들어, 약 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 절연층(207)의 부분은 전극 요소(206)의 상부 표면(206a)과 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b) 사이에서 연장할 수 있어서 예를 들어, 약 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 상부 표면(206a)과 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b) 사이의 간격은 제 1 센싱 갭(S1)으로서 정의될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 센싱 갭(S1)은 예를 들어, 약 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 하부 표면(206b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이의 간격은 제 2 센싱 갭(S2)로서 정의될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 2 센싱 갭(S2)은 예를 들어, 약 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극 요소(206)는 제 1 전도성층(206c), 전기 격리층(206d), 및 제 2 전도성층(206e)을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 전도성층(206c) 및 제 2 전도성층(206e)은 동일한 전도성 재료로 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 전도성층(206c) 및 제 2 전도성층(206e)은 상이한 전도성 재료로 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 1 전도성층(206c)은 예를 들어, 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 및 알루미늄-은 및 백동(cupronickel)과 같은 다양한 합금으로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 1 전도성층(206c)은 도핑될 수 있는 다양한 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있어서 예를 들어, 붕소, 인, 또는 비소로 고농도 도핑된 폴리실리콘층과 같이 전기적으로 전도성일 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 1 전도성층(206c)은 예를 들어, 약 500㎚ 내지 약 5㎛의 범위, 예를 들어, 약 500㎚ 내지 약 1㎛의 범위, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 2㎛의 범위, 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 3㎛의 범위, 예를 들어, 약 3㎛ 내지 약 4㎛의 범위, 예를 들어, 약 4㎛ 내지 약 5㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 전기 격리층(206d)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 테트라에틸 오르도실리케이트, 보로포스포실리케이트유리, 및 다양한 플라즈마 산화물과 같은 다양한 유전체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 전기 격리층(206d)은 주어진 적용예에 대해 바람직한 것으로서, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화규소, 질화갈륨, 인듐, 인듐 질화 갈륨, 인듐 비화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 2 전도성층(206e)은 예를 들어, 알루미늄, 은, 구리, 니켈, 및 알루미늄-은 및 백동과 같은 다양한 금속으로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 2 전도성층(206e)은 도핑될 수 있는 다양한 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있어서 예를 들어, 붕소, 인, 또는 비소로 고농도 도핑된 폴리실리콘층과 같이 전기적으로 전도성일 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)의 제 1 전도성층(206e)은 예를 들어, 약 500㎚ 내지 약 5㎛의 범위, 예를 들어, 약 500㎚ 내지 약 1㎛의 범위, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 2㎛의 범위, 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 3㎛의 범위, 예를 들어, 약 3㎛ 내지 약 4㎛의 범위, 예를 들어, 약 4㎛ 내지 약 5㎛의 범위 내의 두께를 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 다양한 제조 기술, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 및 분자선 에피택시를 통해 절연층(207)의 상부 표면(207a) 위에 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 정사각형 또는 실질적으로 정사각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 직사각형 또는 실질적으로 직사각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 원형 또는 실질적으로 원형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 타원형 또는 실질적으로 타원형 형태 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 삼각형 또는 실질적으로 삼각형 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 십자가형 또는 실질적으로 십자가 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 임의의 형태로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 주어진 적용예에 대해 바람직한 것으로서, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화규소, 질화갈륨, 인듐, 인듐 질화 갈륨, 인듐 비화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 금속, 유전체 재료, 압전 재료, 압전 저항성 재료 및 강유전성 재료 중 적어도 하나로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202)의 두께(T1)는 예를 들어, 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 4a에 도시된 바와 같이, 챔버(203) 내의 진공 및/또는 저압에 기인하여, 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각은 주변압, Ap에 의해 로딩될 수 있어서, 전극 요소(206)를 향한 멤브레인 구조체(202 및 204)의 원치않는 편향을 야기한다. 다양한 실시예에 따라, 이 원치않는 편향은 적어도 하나의 필러 구조체(208)의 추가에 의해 해결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에 배열될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 다양한 제조 기술, 예를 들어, 물리적 증착, 전기화학적 증착, 화학적 증착, 및 분자선 에피택시를 통해 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 위에 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에 배열되어 제 1 멤브레인 구조체(202)를 제 2 멤브레인 구조체(204)에 기계적으로 연결 및/또는 고정시킨다. 다양한 실시예에서, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 적어도 하나의 필러 구조체(208)에 의해 제 2 멤브레인 구조체(204)에 기계적으로 연결되고, 멤브레인 구조체들 중 하나의 변위 및/또는 편향은 다른 멤브레인 구조체의 비례적인 변위 및/또는 편향을 야기할 수 있다. 즉, 다양한 실시예에서, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)를 제 2 멤브레인 구조체(204)에 기계적으로 연결 및/또는 고정시켜서 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)가 실질적으로 동일한 구조체가 된다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에 배열되어 제 1 멤브레인 구조체(202)를 제 2 멤브레인 구조체(204)에 전기적으로 연결시킨다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에 배열되어 제 1 멤브레인 구조체(202)를 제 2 멤브레인 구조체(204)로부터 전기적으로 격리시킨다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 10㎛의 범위, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 2㎛의 범위, 예를 들어, 약 2㎛ 내지 약 2.5㎛의 범위, 예를 들어, 약 2.5㎛ 내지 약 5㎛의 범위, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 7㎛의 범위, 예를 들어, 약 7㎛ 내지 약 10㎛의 범위 내의 높이, H1을 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)의 두께, T3는 예를 들어, 300㎚ 내지 10㎛의 범위, 예를 들어, 300㎚ 내지 400㎚의 범위, 예를 들어, 400㎚ 내지 500㎚의 범위, 예를 들어, 500㎚ 내지 1㎛의 범위, 예를 들어, 1㎛ 내지 3㎛의 범위, 예를 들어, 3㎛ 내지 5㎛의 범위, 예를 들어, 5㎛ 내지 10㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 예를 들어, 실리콘과 같은 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 주어진 적용예에 대해 바람직한 것으로서, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화규소, 질화갈륨, 인듐, 인듐 질화 갈륨, 인듐 비화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 금속, 유전체 재료, 압전 재료, 압전 저항성 재료 및 강유전성 재료 중 적어도 하나로 구성되거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 멤브레인 구조체(202)의 하부 표면(202b)과 제 2 멤브레인 구조체(204)의 상부 표면(204a) 사이에서 연장한 복수의 필러로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 전극 요소(206)를 접촉 및/또는 터치하고/하지 않지만, 전극 요소(206)에서 개구 또는 홀(214)을 통해 전극 요소(206)를 통과한다.
다양한 실시예에 따라, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 복수의 필러로서 구현될 수 있고, 필러(208) 사이의 공간, L1은 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 50㎛의 범위, 예를 들어, 약 1㎛ 내지 약 5㎛의 범위, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 10㎛의 범위, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 20㎛의 범위, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 25㎛의 범위, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 50㎛의 범위 내에 존재할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각과 통합되어 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202), 제 2 멤브레인 구조체(204), 및 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 동일한 재료, 예를 들어, 실리콘의 통합 구조체를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 멤브레인 구조체(202), 제 2 멤브레인 구조체(204), 및 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 각각 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)의 제조 프로세스 중에 구분된 단계로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체(208)는 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각의 것과 상이한 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 탄성 구조체(302)를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 탄성 구조체(302)는 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)와 관련하여 배열될 수 있는 장벽 구조체(304)를 포함할 수 있어서 챔버(203) 주변에 밀봉된 인클로져(a sealed enclosure)를 형성한다.
다양한 실시예에 따라, 장벽 구조체(304), 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)는 동일한 재료, 예를 들어, 실리콘의 통합 구조체를 형성할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 장벽 구조체(304), 제 1 멤브레인 구조체(202), 및 제 2 멤브레인 구조체(204)는 각각 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)의 제조 프로세스 중에 구분된 단계로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 장벽 구조체(304)는 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각의 것과 상이한 재료로 구성될 수 있거나 이를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 장벽 구조체(304)는 지지 구조체(210)에 연결 및/또는 고정될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 탄성 구조체(302)는 장벽 구조체(304)와 지지 구조체(210) 사이에 배열될 수 있는 스프링 지지 요소(306)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스프링 지지 요소(306)는 1Pa의 주변압에서, 예를 들어, 약 1㎚/Pa 내지 약 20㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 1㎚/Pa 내지 약 2㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 2㎚/Pa 내지 약 3㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 3㎚/Pa 내지 약 5㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 5㎚/Pa 내지 약 7㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 7㎚/Pa 내지 약 9㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 9㎚/Pa 내지 약 12㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 12㎚/Pa 내지 약 15㎚/Pa의 범위, 예를 들어, 약 15㎚/Pa 내지 약 20㎚/Pa의 범위 내의 변위 장력을 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 MEMS 마이크로폰으로서 구현될 수 있고, 마이크로폰의 감도는 실질적으로 스프링 지지 요소(306)의 변위 장력에 의해 정의될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 스프링 지지 요소(306)는 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각의 강성보다 작은 강성을 가질 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전극 요소(206)는 탄성 구조체(302)로부터 독립적으로 지지 구조체(210)에 연결될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)는 탄성 구조체(302)에서 적어도 하나의 보이드(308)를 통해 지지 구조체(210)에 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)는 탄성 구조체(302)에서 적어도 하나의 보이드(308)를 통해 챔버(203)로부터 연장할 수 있고 지지 구조체(210)에 고정되고/되거나 통합될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이, 전극 요소(206)는 실질적으로 X 형태가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)는 네 개의 암에 의해 지지 구조체(210)에 고정 및/또는 부착될 수 있어서 전극 요소(206)의 중앙부로부터 실질적으로 X 형태 방식으로 연장한다. 다양한 실시예에 따라, 전극 요소(206)는 임의의 다른 다수의 암에 의해 지지 구조체(210)에 고정 및/또는 부착될 수 있어서 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 스프링 지지 요소(306)는 이중 트로프(double-trough) 구조체로서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 이중 트로프는 제 1 트로프의 밸리(valley)가 제 1 방향으로 지향되고 제 2 트로프의 밸리가 제 1 방향의 반대 방향이 될 수 있는 제 2 방향으로 지향되도록 두 트로프가 배열되어 구현될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a 내지 도 3e에 도시된 바와 같이, 탄성 구조체(203)의 적어도 하나의 보이드(308)는 지지 구조체(210)의 모서리 및/또는 모서리들에 배열될 수 있어서 적어도 하나의 보이드(308)의 양측 상에 배열된 지지 구조체 요소(306)의 부분이 만나지 않는다. 즉, 탄성 구조체(302)의 적어도 하나의 보이드(308)는 또한 지지 구조체 요소(306)의 갭을 또한 포함할 수 있어서, 이를 통해 전극 요소(206)가 지지 구조체(210)에 기계적 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3a에 도시된 바와 같이, 탄성 구조체(302)는 적어도 하나의 통기 구멍(310)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 통기 구멍(310)은 스프링 지지 요소(306)에 형성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 통기 구멍(310)은 주변압과 캐비티(212) 사이의 정지 압력 균등화를 가능하게 하도록 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각은, 주변압 보다 낮을 수 있고 실질적으로 진공일 수 있는, 챔버(203) 내부의 압력과, 주변압 사이의 압력차에 의해 바이어싱(biased) 될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이, 제 1 또는 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각 중 하나에 입사되는 압력파가 없을 때, 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)는, 정지 및/또는 중립 위치를 가정할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3b에 도시된 바와 같이, 전극 요소(306)는 캡슐화층(314)을 포함할 수 있다. 캡슐화층(314)은 예를 들어, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 테트라에틸 오르도실리케이트, 보로포스포실리케이트유리, 및 다양한 플라즈마 산화물과 같은 다양한 유전체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캡슐화층(314)은 주어진 적용예에 대해 바람직한 것으로서, 예를 들어, 게르마늄, 실리콘 게르마늄, 탄화규소, 질화갈륨, 인듐, 인듐 질화 갈륨, 인듐 비화 갈륨, 인듐 갈륨 아연 산화물, 또는 다른 원소의 및/또는 화합물 반도체(예를 들어, 질화 갈륨 또는 인화 인듐과 같은 III-V 화합물 반도체 또는 II-VI 화합물 반도체 또는 3원 화합물 반도체 또는 4원 화합물 반도체)와 같은 다른 반도체 재료로 구성될 수 있거나 이들을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 압력파(312)가 제 1 또는 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204) 각각 중 하나 상에 입사될 때 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)는 편향 및/또는 진동할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)가 편향 및/또는 진동하는 동안, 제 1 센싱 갭(S1) 및 제 2 센싱 갭(S2)이 이들의 정지 위치 간격으로부터 교대될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 센싱 갭(S1) 및 제 2 센싱 갭(S2)이 교대되는 동안, 유사하게 제 1 멤브레인 구조체(202)와 전극 요소(206) 사이의 캐패시턴스가 교대될 수 있고, 추가로 제 2 멤브레인 구조체(204)와 전극 요소 사이의 캐패시턴스가 또한 교대될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐패시턴스에서의 상기 변화는 압력파(312)의 지속기간 및/또는 강도를 판정하는데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 여기서 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)가 음파를 사용가능한 신호로 변환하는 MEMS 마이크로폰으로서 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 3e에 도시된 바와 같이, 챔버(203) 외부의 증가된 주변압, P+은 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)가 전극 요소(206)를 향해 편향하는 것을 야기할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 및 제 2 멤브레인 구조체(202 및 204)가 전극 요소(206)를 향해 편향하는 동안, 제 1 센싱 갭(S1) 및 제 2 센싱 갭(S2)이 이들의 정지 위치 간격으로부터 교대될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 센싱 갭(S1) 및 제 2 센싱 갭(S2)이 교대되는 동안, 유사하게 제 1 멤브레인 구조체(202)와 전극 요소(206) 사이의 캐패시턴스가 교대될 수 있고, 추가로 제 2 멤브레인 구조체(204)와 전극 요소 사이의 캐패시턴스가 또한 교대될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 캐패시턴스에서의 상기 변화는 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)를 둘러싼 주변압에서의 변화를 판정하는데 사용될 수 있으며, 예를 들어, 여기서 이중 멤브레인 MEMS 센서 구조체(200)는 MEMS 압력 센서로서 구성될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 챔버(203) 외부의 주변압(참조 부호(602)로서 표시됨)에서의 변화는, 주변압(602)이 증가한다면 전극 요소(206)를 향하거나, 또는 주변압(602)이 감소한다면 전극 요소(206)로부터 떨어져서, 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)가 편향하는 것을 야기할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 전기 신호는 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)의 편향에 의해 생성될 수 있다. 또한, 신호는 예시의 프로세싱 회로(600)에 의해 비교될 수 있고 주어진 적용예, 예를 들어, 압력에서의 변화를 센싱하는 것에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 사용가능한 정보로 변환될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이, 챔버(203) 상에 입사되는 음파(도시되지 않음)는 챔버가 예를 들어, 도 1b에 도시된 것과 같은 전극 요소(206)에 대하여 편향하는 것을 야기할 수 있고, 챔버(203)가 음파에 기인하여 편향하는 동안, 제 1 멤브레인 구조체(202)는 실질적으로 전극 요소(206)를 향하는 방향으로 편향할 수 있는 반면, 제 2 멤브레인 구조체(204)는 제 1 멤브레인 구조체(202)와 실질적으로 동일한 방향으로 동시에 편향될 수 있어서 전극 요소(206)로부터 떨어져 이동할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 전기 신호는 전극 요소(206)에 대한 멤브레인 구조체(202 및 204)의 이동에 의해 생성될 수 있다. 전기 신호는 또한 프로세싱 회로(600)에 의해 비교될 수 있고 주어진 적용예, 예를 들어, 압력에서의 변화, 예를 들어, 센서 구조체(200) 상에 입사될 수 있는 압력파의 크기를 검출하는 것에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 사용가능한 정보로 변환될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 멤브레인 구조체(202 및 204)의 이동에 의해 생성된 신호는 반대의 수학적 부호를 가질 수 있고 서로 위상이 다를 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 예시의 프로세싱 회로(600)는 센서 구조체(200)로부터 수신된 신호를 비교하는 것이 가능할 수 있고, 이들 신호를 비교하는 것은 센서 구조체(200) 주위의 주변압에서의 변화 및 센서 구조체(200) 상에 입사될 수 있는 압력파의 크기를 동시에 센싱하는 것을 가능하게 할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 7에 도시된 바와 같이, 센서 구조체(200) 및 예시의 프로세싱 회로(600)의 조합은 등가 회로(700)로서 구현 및/또는 개념화될 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 도 8에 도시된 바와 같이, 멤브레인 구조체(202 및 204)에 의해 생성된 전기 신호의 프로세싱 방법(800)은 적어도 다음의 단계들을 포함할 수 있다. 첫번째로, (802)에 도시된 바와 같이, 적어도 두 전기 신호는 제 1 멤브레인 구조체(202) 및 제 2 멤브레인 구조체(204)의 이동에 의해 생성될 수 있다. 두번째로, (804)에 도시된 바와 같이, 적어도 두 전기 신호는 센서 구조체(200)로부터 예시의 프로세싱 회로(600)로 송신될 수 있다. 셋째로, (806)에 도시된 바와 같이, 예시의 프로세싱 회로(600)는 적어도 두 전기 신호를 프로세싱할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 두 전기 신호를 프로세싱하는 것은 제 2 멤브레인 구조체(204)의 이동에 의해 생성된 신호의 크기로부터 제 1 멤브레인 구조체(202)의 이동에 의해 생성된 신호의 크기를 감산하는 것을 포함한다. 예시의 프로세싱 회로(600)에 의한 이 감산의 결과는 제 1 결과 신호(806)가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 1 결과 신호(806)의 크기는 센서 구조체(200) 상에 입사될 수 있는 압력파의 크기에 비례할 수 있다. 즉, 제 1 멤브레인 구조체(202)의 이동에 의해 생성될 수 있는 전기 신호의 크기는 제 2 멤브레인 구조체(204)에 의해 생성될 수 있는 전기 신호의 크기로부터 감산될 수 있고 이 감산의 결과는 제 1 결과 신호(806)가 될 수 있어서, 결국, 센서 구조체(200) 상에 입사될 수 있는 압력파에 의해 가해지는 음압레벨(sound pressure level;SPL)에 비례할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 적어도 두 전기 신호를 프로세싱하는 것은 제 1 멤브레인 구조체(202)의 이동에 의해 생성된 신호의 크기를 제 2 멤브레인 구조체(204)의 이동에 의해 생성된 신호의 크기에 가산하는 것을 포함할 수 있다. 예시의 프로세싱 회로(600)에 의한 이 가산의 결과는 제 2 결과 신호(808)가 될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 제 2 결과 신호(808)의 크기는 센서 구조체(200)의 챔버(203) 외부의 주변압(602)에서의 변화에 비례할 수 있다. 즉, 제 1 멤브레인 구조체(202)의 이동에 의해 생성될 수 있는 전기 신호의 크기는 제 2 멤브레인 구조체(204)의 이동에 의해 생성될 수 있는 전기 신호의 크기에 가산될 수 있고 이 가산의 결과는 제 2 결과 신호(804)가 될 수 있어서, 결국, 센서 구조체(200)의 챔버(203)의 외부의 주변압(602)에서의 변화에 비례할 수 있다.
다양한 실시예예 따라, 도 9에 도시된 바와 같이, 등가 회로(700)는 다양한 전자 디바이스, 예를 들어, 셀룰러 전화기(900)에서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 센서 구조체(200)는 예시의 프로세싱 회로(600)를 통해 셀룰러 전화기(900)로 정보를 전송할 수 있다. 예를 들어, 예시의 프로세싱 회로(600)는 제 1 결과 신호(806)를 추가 프로세싱 회로, 예를 들어, 셀룰러 전화기(900)의 주요 프로세싱 칩이 될 수 있는 마이크로프로세서(902)에 전송하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 예시의 프로세싱 회로(600)는 유사하게 제 2 결과 신호(808)를 마이크로프로세서(902)로 전송하도록 구성될 수 있다. 또한 예시의 프로세싱 회로(600)는 제 1 및 제 2 결과 신호(806 및 808) 각각을 모두 마이크로프로세서(902)로 전송하도록 구성될 수 있다. 추가적으로, 예시의 프로세싱 회로(600)는 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 다양한 추가 프로세싱 디바이스로 임의의 신호 조합을 전송하도록 구성될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 등가 회로(700)는 다양한 다른 전자 디바이스, 예를 들어, GPS(Global Positioning System) 디바이스, SIM(Subscriber Identity Module) 카드, 디지털 이미지 캡쳐 디바이스, 및 주어진 적용예에 대해 바람직할 수 있는 것으로서 다양한 다른 디바이스에서 구현될 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 도 10a 내지 도 10c에서 도시된 바와 같이, 센서 구조체를 형성하는 방법(1000)이 개시된다. 방법(1000)은, (1002)에 도시된 바와 같이, 제 1 다이어프램 구조체를 형성하는 단계와, (1004)에 도시된 바와 같이, 전극 요소를 형성하는 단계와, (1006)에 도시된 바와 같이 제 1 다이어프램 구조체로부터 카운터 전극 요소의 대향측 상에 제 2 다이어프램 구조체를 형성하는 단계와, (1008)에 도시된 바와 같이 제 1 다이어프램 구조체와 제 2 다이어프램 구조체 사이에 저압 영역을 제공하는 단계를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, (1010)에 도시된 바와 같이, 챔버 외부의 압력에서의 변화는 제 1 방향으로의 제 1 다이어프램 구조체의 변위 및 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로의 제 2 다이어프램 구조체의 변위를 생성할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 방법(1000)은, (1012)에 도시된 바와 같이, 제 1 다이어프램 구조체와 제 2 다이어프램 구조체 사이에 배열된 적어도 하나의 필러 구조체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, 방법(1000)은, (1014)에 도시된 바와 같이, 센서 구조체를 지지하는 지지 구조체를 제공하는 단계와, 지지 구조체에서 캐비티를 형성하는 단계와, 센서 구조체와 지지 구조체 사이에서 연결되는 탄성 구조체를 제공하는 단계와, 지지 구조체에서의 캐비티를 가로질러 센서 구조체를 서스펜딩하는 단계를 더 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, (1016)에 도시된 바와 같이, 탄성 구조체는 제 1 멤브레인 구조체 및 제 2 멤브레인 구조체에 대해 배열되어 챔버 주위에 밀봉된 인클로져를 형성하는 장벽 구조체를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라, (1018)에 도시된 바와 같이, 탄성 구조체는 지지 구조체와 장벽 구조체 사이에서 연결되는 스프링 지지 요소를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 다이어프램 구조체와, 전극 요소와, 제 1 다이어프램 구조체로부터 전극 요소의 대향측 상에 배열된 제 2 다이어프램 구조체와, 제 1 다이어프램 구조체의 편향 및 제 2 다이어프램 구조체의 편향에 의해 생성된 적어도 하나의 신호를 프로세싱하도록 구성된 회로를 포함하는 센서 구조체가 개시된다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체는 챔버를 형성하고, 여기서 챔버 내부의 압력은 챔버 외부 압력보다 낮다.
다양한 실시예에 따라, 센서 구조체는 제 1 다이어프램 구조체와 제 2 다이어프램 구조체 사이에 배열된 적어도 하나의 필러 구조체를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체는 제 1 다이어프램 구조체를 제 2 다이어프램 구조체에 전기적으로 연결시키도록 구성된다.
다양한 실시예에 따라, 적어도 하나의 필러 구조체는 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 챔버와 적어도 부분적으로 교차한다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소는 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 챔버에 적어도 부분적으로 배열된다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 챔버 내의 압력은 실질적으로 진공이다.
다양한 실시예에 따라, 센서 구조체는 센서 구조체를 지지하는 지지 구조체와, 센서 구조체와 지지 구조체 사이에 연결된 탄성 구조체를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 지지 구조체는 마이크로-전자-기계 시스템(a micro-electro-mechanical system)을 포함한다.
다양한 실시예에 따라, 탄성 구조체는 챔버 주위에 밀봉된 인클로져를 형성하기 위해 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체에 상대적으로 배열되는 장벽 구조체를 포함한다.
다양한 실시예에 따라, 탄성 구조체는 지지 구조체와 장벽 구조체 사이에 연결되는 스프링 지지 요소를 더 포함한다.
다양한 실시예에 따라, 제 1 다이어프램 구조체의 표면은 지지 구조체의 표면에 고정된다.
다양한 실시예에 따라, 전극 요소는 탄성 구조체에서 적어도 하나의 보이드를 통해 지지 구조체에 고정된다.
다양한 실시예에 따라, 센서 구조체는 지지 구조체에 형성되는 캐비티를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 센서 구조체는 지지 구조체에서 캐비티를 가로질러 서스펜딩된다.
다양한 실시예에 따라, 센서 구조체를 제조하는 방법에 있어서, 상기 방법은 제 1 다이어프램 구조체를 형성하는 단계와, 전극 요소를 형성하는 단계와, 제 1 다이어프램 구조체로부터 전극 요소의 대향측 상에 제 2 다이어프램 구조체를 형성하는 단계와, 제 1 다이어프램 구조체와 제 2 다이어프램 구조체 사이에 저압 영역을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은 제 1 다이어프램 구조체와 제 2 다이어프램 구조체 사이에 배열된 적어도 하나의 필러 구조체를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은 센서 구조체를 지지하는 지지 구조체를 제공하는 단계와, 지지 구조체에서 캐비티를 형성하는 단계와, 센서 구조체와 지지 구조체 사이에 연결된 탄성 구조체를 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법은 센서 구조체를 지지 구조체에서 캐비티를 가로질러 서스펜딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법에서 탄성 구조체는 챔버 주위에 밀봉된 인클로져를 형성하기 위해 제 1 다이어프램 구조체 및 제 2 다이어프램 구조체에 상대적으로 배열되는 장벽 구조체를 포함한다.
다양한 실시예에 따라, 상기 방법에서 탄성 구조체는 지지 구조체와 장벽 구조체 사이에 연결된 스프링 지지 요소를 더 포함한다.
본 개시는 특정 실시예를 참조하여 특별히 도시되고 설명되었지만, 첨부된 청구항에 의해 정의된 바와 같은 본 개시의 사상 및 범위로부터 벗어남이 없이 본원에서 형식 및 상세에서의 다양한 변경이 이루어질 수 있다. 따라서 본 개시의 범위는 첨부된 청구항에 의해 나타내어지므로 청구항과 등가의 의미 및 범위 내에 속하는 모든 변경이 포함되도록 의도된다.
Claims (20)
- 제 1 다이어프램(diaphragm) 구조체와,
전극 요소와,
상기 제 1 다이어프램 구조체로부터 상기 전극 요소의 대향측 상에 배열된 제 2 다이어프램 구조체와,
상기 제 1 다이어프램 구조체의 편향 및 상기 제 2 다이어프램 구조체의 편향에 의해 생성된 적어도 하나의 신호를 프로세싱하도록 구성된 회로를 포함하되,
상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체는 챔버(chamber)를 형성하고, 상기 챔버 내부의 압력은 상기 챔버 외부 압력보다 낮은
센서 구조체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 다이어프램 구조체와 상기 제 2 다이어프램 구조체 사이에 배열된 적어도 하나의 필러(pillar) 구조체를 더 포함하는
센서 구조체.
- 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 필러 구조체는 상기 제 1 다이어프램 구조체를 상기 제 2 다이어프램 구조체에 전기적으로 연결시키도록 구성되는
센서 구조체.
- 제 2 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 필러 구조체는 상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 상기 챔버와 적어도 부분적으로 교차하는
센서 구조체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 전극 요소는 상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 상기 챔버에 의해 적어도 부분적으로 포함되는
센서 구조체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체에 의해 형성된 상기 챔버 내의 압력은 실질적으로 진공인
센서 구조체.
- 제 1 항에 있어서,
상기 센서 구조체를 지지하는 지지 구조체와,
상기 센서 구조체와 상기 지지 구조체 사이에 연결된 탄성(resilent) 구조체를 더 포함하는
센서 구조체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 지지 구조체는 마이크로-전자-기계 시스템(a micro-electro-mechanical system)을 포함하는
센서 구조체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 탄성 구조체는 상기 챔버 주위에 밀봉된 인클로져(a sealed enclosure)를 형성하기 위해 상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체에 상대적으로 배열되는 장벽 구조체를 포함하는
센서 구조체.
- 제 9 항에 있어서,
상기 탄성 구조체는 상기 지지 구조체와 상기 장벽 구조체 사이에 연결되는 스프링 지지 요소를 더 포함하는
센서 구조체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제 1 다이어프램 구조체의 표면은 상기 지지 구조체의 표면에 고정되는
센서 구조체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 전극 요소는 상기 탄성 구조체 내의 적어도 하나의 보이드(void)를 통해 상기 지지 구조체에 고정되는
센서 구조체.
- 제 7 항에 있어서,
상기 지지 구조체 내에 형성되는 캐비티를 더 포함하는
센서 구조체.
- 제 13 항에 있어서,
상기 센서 구조체는 상기 지지 구조체 내의 상기 캐비티를 가로질러 서스펜딩(suspended)되는
센서 구조체.
- 센서 구조체를 제조하는 방법으로서,
제 1 다이어프램 구조체를 형성하는 단계와,
전극 요소를 형성하는 단계와,
상기 제 1 다이어프램 구조체로부터 상기 전극 요소의 대향측 상에 제 2 다이어프램 구조체를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 센서 구조체는 상기 제 1 다이어프램 구조체의 편향 및 상기 제 2 다이어프램 구조체의 편향에 의해 생성된 신호를 처리하며,
상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체는 챔버를 형성하고, 상기 챔버 내부의 압력은 상기 챔버 외부 압력보다 낮은
센서 구조체 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 챔버 외부의 압력에서의 변화는 제 1 방향으로의 상기 제 1 다이어프램 구조체의 변위 및 상기 제 1 방향과는 상이한 제 2 방향으로의 상기 제 2 다이어프램 구조체의 변위를 생성하는
센서 구조체 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제 1 다이어프램 구조체와 상기 제 2 다이어프램 구조체 사이에 배열된 적어도 하나의 필러 구조체를 형성하는 단계를 더 포함하는
센서 구조체 제조 방법.
- 제 15 항에 있어서,
상기 센서 구조체를 지지하는 지지 구조체를 제공하는 단계와,
상기 지지 구조체 내에 캐비티를 형성하는 단계와,
상기 센서 구조체와 상기 지지 구조체 사이에 연결된 탄성 구조체를 제공하는 단계를 더 포함하되,
상기 센서 구조체는 상기 지지 구조체 내의 상기 캐비티를 가로질러 서스펜딩되는
센서 구조체 제조 방법.
- 제 18 항에 있어서,
상기 탄성 구조체는 상기 챔버 주위에 밀봉된 인클로져를 형성하기 위해 상기 제 1 다이어프램 구조체 및 상기 제 2 다이어프램 구조체에 상대적으로 배열되는 장벽 구조체를 포함하는
센서 구조체 제조 방법.
- 제 19 항에 있어서,
상기 탄성 구조체는 상기 지지 구조체와 상기 장벽 구조체 사이에 연결된 스프링 지지 요소를 더 포함하는
센서 구조체 제조 방법.
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