KR101793329B1 - 마이크로기계 구조체 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로기계 구조체는 기판 및 기판에 배열된 기능적 구조체를 포함한다. 기능적 구조체는 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판에 대해 편향하도록 구성된 기능적 영역을 갖는다. 기능적 구조체는 도전성 베이스층 및 도전성 베이스층에 배열되어 기능적 영역에서 도전성 베이스층을 단지 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체를 포함하는 기능적 구조체를 포함한다. 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함한다.

Description

마이크로기계 구조체 및 그 제조 방법{MICROMECHANICAL STRUCTURE AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 마이크로 기계 구조체에 관한 것이다. 본 발명은 또한 도전성 및 강인한(robust) 마이크로 전자기계 구조체 박막 비아 실리콘-탄소-산소-질소 다층 멤브레인에 관한 것이다.
용어 마이크로 전자기계 시스템(micro electromechanical system: MEMS) 또는 마이크로 기계 시스템/구조체는 종종 전기 및 기계 부품을 조합하는 소형 일체형 디바이스 또는 시스템을 칭하는데 사용된다. 마이크로 기계 부품들 상에 포커싱할 때, 용어 "마이크로 기계 시스템"은 하나 이상의 마이크로 기계 요소 및 가능하게는 필수적인 것은 아니지만, 전기 부품 및/또는 전자 부품을 포함하는 소형 일체형 디바이스 또는 시스템을 설명하는 데 사용될 수 있다.
마이크로 기계 시스템은 예를 들어, 액추에이터, 트랜스듀서 또는 센서, 예를 들어 압력 센서로서 사용될 수 있다. 압력 센서는 최근에 자동차 전자 기기 및 소비자 전자 기기에 있어서 대량 생산품이다. 다수의 이들 용례에서, 센서가 응용 주문형 집적 회로(application-specific integrated circuit: ASIC)에 일체화된 시스템이 사용된다. 예를 들어, Infineon Technologies AG는 측면-에어백 센서와 같은 이러한 시스템을 제공한다.
특히, 마이크로 기계 시스템의 기계적 능동 요소는 통상적으로 리세스(recess), 보(beam), 외팔보(cantilever), 언더컷(undercut), 캐비티(cavity) 등과 같은 비교적 복잡한 구조체를 필요로 할 수 있다. 가능하게는, 비교적 많은 수의 제조 단계들이 요구된다. 더욱이, 마이크로 기계 시스템을 수행하기 위해 사용된 프로세스는 예를 들어 전기 및/또는 전자 부품을 제조하기 위해 사용된 가능한 후속의 제조 단계와 호환성이 있을 필요가 있을 수도 있다.
마이크로 기계 시스템 또는 구조체(MMS)는 멤브레인과 같은 편향가능한 구조체를 포함할 수 있다. 마이크로 전자기계 구조체(MEMS)는 그 편향가능한 구조체(액추에이터)가 전기적으로 편향될 수 있는 하나 이상의 마이크로 기계 구조체를 포함할 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, MEMS는 MMS의 편향가능한 구조체(센서)의 편향에 응답하는 전기 신호를 제공할 수 있다. 편향된 구조체의 이동은 기계적 응력을 유도할 수 있다. 따라서, 향상된 내구성 및/또는 편향 성능을 갖는 마이크로 기계 구조체를 제공할 필요성이 있다.
본 발명자들은 실리콘 재료 및 탄소 재료를 포함하는 강성 재료로 부분적으로 편향가능한 구조체를 커버함으로써 그리고 실리콘 재료 및/또는 탄소 재료의 가변하는 농도를 포함하는 강성 구조체에 의해 적어도 부분적으로 편향가능한 구조체를 커버함으로서 편향가능한 구조체의 경도가 증가될 때 마이크로 기계 구조체의 내구성 및/또는 편향 성능이 향상될 수 있다는 것을 발견하였다. 강성 구조체의 경도는 편향가능한 구조체의 부하성이 증가될 수 있고 그리고/또는 그 체적이 감소될 수 있도록 편향가능한 구조체의 경도보다 높을 수 있다.
실시예는 기판 및 기판에 배열된 기능적 구조체를 포함하는 마이크로기계 구조체를 제공한다. 기능적 구조체는 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판에 대해 편향하도록 구성된 기능적 영역을 포함한다. 기능적 구조체는 도전성 베이스층 및 도전성 베이스층에 배열되고 기능적 영역에서 도전성 베이스층을 단지 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체를 포함한다. 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함한다.
다른 실시예는 기판 및 기판에 배열된 기능적 구조체를 포함하는 마이크로기계 구조체를 제공한다. 기능적 구조체는 기능적 구조체 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판에 대해 편향가능한 기능적 영역을 포함한다. 기능적 구조체는 도전성 베이스층 및 도전성 베이스층을 적어도 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체를 포함한다. 강성 구조체 재료는 강성 구조체의 두께 방향을 따라 가변하는 탄소 농도를 포함하는 탄소 재료를 포함한다.
다른 실시예는 마이크로기계 구조체 제조 방법을 제공한다. 방법은 기판을 제공하는 단계 및 기능적 구조체가 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판에 대해 기능적 영역에서 편향가능하도록 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계를 포함한다. 방법은 도전성 베이스층이 기능적 영역을 단지 부분적으로 커버하도록 도전성 베이스층에 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체를 증착하는 단계를 더 포함하고, 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함한다.
다른 실시예는 마이크로 기계 구조체 제조 방법을 제공한다. 방법은 기판을 제공하는 단계 및 기능적 구조체가 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판에 대해 기능적 영역에서 편향가능하도록 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계를 포함한다. 방법은 탄소 재료가 두께 방향을 따라 가변하는 탄소 농도를 포함하도록 기능적 구조체에 강성 구조체를 형성하기 위해 기능적 구조체에 탄소 재료를 포함하는 강성 구조체 재료를 증착하는 단계를 포함하고, 강성 구조체는 도전성 베이스층을 적어도 부분적으로 커버한다.
본 발명의 실시예가 첨부 도면을 참조하여 본 명세서에 설명된다.
도 1은 기판에서 배열된 기판 및 기능적 구조체를 포함하는 마이크로기계 구조체의 개략 측면도를 도시하고, 여기서 기능적 구조체는 강성 구조체를 갖고, 기능적 구조체는 실시예에 따른 다층 멤브레인인 개략 측면도이다.
도 2는 다른 실시예에 따른 기판에 대면하는 도전성 베이스층에 배열된 2개의 강성 구조체를 갖는, 마이크로기계 구조체의 개략 측면도이다.
도 3은 기판 및 강성 구조체를 포함하는 마이크로기계 구조체의 개략 측면도로서, 여기서 강성 구조체는 다른 실시예에 따른 2개의 필름 구조체를 포함하는 개략 측면도이다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 각각 다른 실시예에 따른 기능적 영역의 개략 측면도이다.
도 5(a) 내지 도 5(i)는 각각 다른 실시예에 따른 기능적 영역의 가능한 구현예의 개략 평면도 또는 저면도이다.
도 6(a) 내지 도 6(p)는 각각 다른 실시예에 따른 클램핑 영역에서 클램핑된 정방형 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체의 개략 평면도 또는 저면도이다.
도 7(a)는 다른 실시예에 따른, 제 1 측면에서 도전성 베이스층의 내부 영역에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시하고, 제 2 측면에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 중앙 섹션에서 도시하고, 양 측면들에 배열되어 있는 강성 구조체의 개략 측면도를 하부 섹션에서 도시하는 도면이다.
도 7(b)는 다른 실시예에 따른, 도 7(a)의 기능적 영역들 중 하나에 의해 얻어질 수 있는 만곡 곡선을 시뮬레이팅하는 시뮬레이션 결과의 개략 사시도이다.
도 8(a)는 다른 실시예에 따른, 제 1 측면에서 도전성 베이스층의 외부 영역들에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시하고, 제 2 측면에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 중앙 섹션에서 도시하고, 양 측면들에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 하부 섹션에서 도시하는 도면이다.
도 8(b)는 다른 실시예에 따른 도 8(a)의 기능적 영역의 편향을 시뮬레이팅하는 시뮬레이션 결과의 개략 사시도이다.
도 9(a)는 다른 실시예에 따른, 제 1 측면에서 도전성 베이스층에서 서로로부터 이격되어 배열된 복수의 강성 구조체의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시하고, 제 2 측면에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 중앙 섹션에서 도시하고, 양 측면들에 배열된 강성 구조체의 개략 측면도를 하부 섹션에서 도시하는 도면이다.
도 9(b)는 다른 실시예에 따른 도 9(a)에 도시된 기능적 영역의 개략 사시도로서, 기능적 영역은 기능적 영역에 작용하는 힘에 응답하여 편향되는 개략 사시도이다.
도 10(a)는 다른 실시예에 따른 기능적 영역의 개략 사시도로서, 리세스가 육각형으로서 형성되어 있는 개략 사시도이다.
도 10(b)는 다른 실시예에 따른 기능적 영역의 개략 사시도로서, 리세스는 원형 형상을 포함하는 개략 사시도이다.
도 11은 다른 실시예에 따른 기판 및 기판에 배열된 기능적 구조체를 포함하는 마이크로기계 구조체의 개략 단면도로서, 여기서 기능적 구조체는 경사 멤브레인(gradient membrane)인 개략 단면도이다.
도 12(a) 내지 도 12(d)는 적어도 하나의 도전성 베이스층 및 적어도 하나의 강성 구조체를 포함하는 기능적 구조체의 개략 측면도로서, 도 12(a) 내지 도 12(d)는 다른 실시예에 따른 기능적 구조체의 실리콘 재료의 농도의 가능한 변동을 또한 도시하는 개략 측면도이다.
도 13은 실시예에 따른 기능적 구조체 및 백플레이트 전극을 포함하는 마이크로기계 구조체의 개략 단면도이다.
도 14(a)는 다른 실시예에 따른 도 1에 설명된 마이크로 기계 구조체를 포함하는, 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서의 개략 블록 다이어그램이다.
도 14(b)는 다른 실시예에 따른 도 11에 설명된 마이크로 기계 구조체를 포함하는 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서의 개략 블록도이다.
도 15는 실시예에 따른 다층 멤브레인을 포함하는 마이크로기계 구조체를 제조하기 위한 방법의 개략 흐름도이다.
도 16은 다른 실시예에 따른 경사 멤브레인을 포함하는 마이크로기계 구조체를 제조하기 위한 방법의 개략 흐름도이다.
본 발명의 실시예가 첨부 도면을 사용하여 상세히 설명되기 전에, 동일한 또는 기능적으로 동등한 요소들은 도면에서 동일한 도면 부호가 제공되어 있고, 동일한 또는 유사한 도면 부호를 구비한 요소들에 대한 반복적인 설명은 통상적으로 생략된다는 것을 지적한다. 따라서, 동일한 도면 부호를 갖는 요소들에 대해 제공된 설명은 서로 교환가능하고 적용가능하다.
일반적으로, MEMS로서 실현된 마이크로폰 및/또는 마이크로스피커는 실리콘 기술로 제조된다. 실리콘 마이크로가공된 마이크로폰은 사운드 필드 내에서 이동하는 가요성 멤브레인 및 백플레이트라 칭하는 정적 천공된 전극을 포함하는 용량성 트랜스듀서이다. 과잉 압력의 개념에서, 멤브레인은 최대 10 bar의 압력차를 받게 될 수 있다. 이러한 경우에, 통상의 멤브레인은 이들의 멤브레인이 견딜 수 있는(파괴 저항) 파괴 강도, 각각의 최대 기계적 부하가 초과되기 때문에 고장난다.
상보형 트랜스듀서는 큰 스트로크 변위가 예를 들어 용량성 작동에 의해 성취되어 큰 공기 변위 및 따라서 허용가능한 음압을 구동하도록 작동될 필요가 있는 마이크로스피커이다.
사운드 트랜스듀서의 멤브레인과 같은 마이크로 기계 구조체의 편향가능한 부품은 클램핑될 수 있는데, 즉 고정된(클램핑된) 부분에 고정되고 편향가능한 부분에서 외팔보식으로 지지되는데, 즉 진동가능하거나 편향가능하다. 멤브레인은 따라서 외팔보형 구조체(cantilevered structure)라 나타낼 수도 있다.
편향가능한 부품은 편향 중에 기계적으로 응력을 받을 수 있다. 기계적 응력은 예를 들어, 재료 스트레인에 기인하여 발생할 수 있다. 예를 들어, 외팔보의 재료 응력은 그 클램핑된 부분에 인접한 외팔보의 단부에서 최대일 수 있다. 또한, 기계적 응력은 예를 들어 다른 부품들 또는 기판에 인접하는(abut) 편향가능한 부품의 부분들에서 발생할 수 있다. 이러한 인접부들은 다른 부품들까지의 거리가 작은 영역에서 그리고/또는 클램핑부들이 종료하는 영역에서, 외팔보의 편향가능한 단부와 같은 고진폭 변형을 나타내는 편향가능한 부품의 영역 또는 부분에 위치될 수 있다.
또한, 편향가능한 부품의 다른 파라미터가 적응되도록 요구될 수 있다. 예를 들어, 실리콘은 전류에 대한 전도도를 포함한다. 전도도는 섹션에서 또는 전체적으로, 즉 완전한 구조체에서 증가되거나(적은 전기 저항) 또는 감소되도록(더 높은 전기 저항) 요구될 수 있다.
실리콘 재료의 파라미터는 실리콘 재료와의 화합물을 형성하는 다른 재료를 적용함으로써 적응될 수 있다. 예를 들어, 실리콘 재료는 정공 및/또는 전자의 생성을 적응하도록 도핑될 수 있다.
마이크로기계 시스템(MMS)은 일반적으로 예를 들어 다른 부품들을 작동하기 위해 그 부품들을 편향하기 위한 액추에이터로서 사용될 수 있다. 다른 MMS 시스템은 센서로서 사용될 수 있고, 그 부분의 기계적 편향을 감지하도록 구성될 수 있다. 따라서, MMS-센서 및/또는 액추에이터는 작동시에 기계적 충격에 의해 취급 중에 쉽게 파괴될 수 있고 매우 취약한 멤브레인과 같은 실리콘 부품을 포함할 수 있다.
실리콘 재료의 경도 및/또는 강성은 탄소(C), 질소(N) 및/또는 산소(O)와 같은 다른 재료들 및/또는 탄탈(Ta) 재료, 몰리브덴(Mo) 재료, 티타늄(Ti) 재료 및/또는 이들의 하나 이상의 삼원 화합물과 같은 금속 재료를 첨가함으로써 증가될 수 있다. 예를 들어, 삼원 화합물은 탄탈 니트라이드(TaN) 재료, 몰리브덴 디실리사이드(NoSi2), 탄탈 디실리사이드(TaSi2) 또는 티타늄 디실리사이드(TiSi2)일 수 있다.
재료들은 예를 들어, 에피택셜 성장 프로세스(epitaxial growth process), 반응성 물리적 기상 증착(physical vapor deposition: PVD), 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition: CVD) 프로세스, 이들의 변형 등과 같은 적어도 하나의 증착 프로세스 중에 첨가될 수 있다. 예를 들어, 증착 가스는 실리콘 재료 및 다른 재료(들)가 하나 이상의 화합물 재료를 형성하도록 탄소 재료, 질소 재료 및/또는 산소 재료 및/또는 금속 재료를 포함할 수 있다. 화합물 재료는 예를 들어 베이스층에 그리고/또는 실리콘 재료를 포함할 수 있고 도전성일 수 있는 기판에 증착될 수 있다. 예를 들어, 층은 베이스층 및/또는 기판에 형성될 수 있다. 증착은 상이한 재료를 갖는 복수의 층이 형성될 수 있도록 반복될 수 있다.
증착은 베이스층 또는 기판과 증착된 층(들) 사이의 기계적 고정 연결을 허용할 수 있다. 실리콘 재료 및 탄소 재료는 실리콘 카바이드(SiC) 재료를 형성할 수 있다. 실리콘 재료 및 산소 재료는 실리콘 산화물(SiO) 재료를 형성할 수 있다. 실리콘 재료 및 질소 재료는 실리콘 니트라이드(SiN) 재료를 형성할 수 있다. 프로세스 파라미터에 기초하여, 하나 이상의 재료의 농도값은 일반적으로 실리콘 카바이드(SiC) 재료가 SixCa 재료로서 얻어질 수 있도록, 실리콘 산화물(SiO) 재료가 SixOb 재료, 예를 들어, SiO 및/또는 SiO2로서 얻어질 수 있도록, 그리고/또는 실리콘 니트라이드(SiN) 재료가 SixNc 재료로서 얻어질 수 있도록 다양할 수 있다. 게다가, 하나 이상의 SixObNc 재료를 포함하는 실리콘 옥시니트라이드(SixObNc) 재료군, 하나 이상의 SixCaNc 재료를 포함하는 실리콘 탄소 니트라이드(SixCaNc) 재료군, 산소 도핑(SixCaObNc)을 포함하는 하나 이상의 SixCaNb 재료를 포함하는 재료군 및/또는 탄탈 재료, 몰리브덴 재료, 티타늄 재료 및/또는 표현 SixTadMoeTafTig에 요약될 수 있는 삼원 화합물 중 적어도 하나를 포함하는 재료군과 같은 다른 재료가 얻어질 수 있다.
재료군 x, a, b, c, d, e, f 및/또는 g는 하나 이상의 동일한 또는 상이한 값을 포함할 수 있다. 각각의 재료군 내의 x, a, b, c, d, e, f 및/또는 g의 정적 분포는 예를 들어, 온도, 압력, Si 재료의 양 및/또는 다른 재료와 같은 프로세스 파라미터에 의존할 수 있는 중심을 갖는 가우스 분포(Gaussian distribution)를 나타낼 수 있다. 하나 이상의 상이한 재료(C, O, N, Ta, Mo, Ta 및/또는 Ti)는 순차적으로, 차례로 또는 동시에 그리고 실리콘 재료와 조합하여 또는 실리콘 재료에서, 예를 들어 실리콘 재료, 처음에 탄소 재료 및 탄탈 재료 그리고 다음에 실리콘 재료 및 산소 재료로 증착될 수 있다. 재료들이 순차적으로 주입될(implanted) 때, 재료는 재료가 미리 증착되어 있는 영역과 관련하여 부분적으로 또는 완전히 중첩하는 영역에서 증착될 수 있다. 대안적으로, 재료는 상이한 영역에서 증착될 수 있다. 예를 들어, 탄소 및 실리콘의 증착은 SiC 영역에서 국부적으로 그리고 실리콘과 같은 기판과 관련하여 구조 재료의 경도를 증가시킬 수 있는 SiC의 증착을 유도할 수 있다. 실리콘 및 산소의 증착은 예를 들어 SiC 영역에서 그리고 SiC 재료와 관련하여 구조를 국부적으로 연화하고 그리고/또는 예를 들어 (폴리-)실리콘과 같은 기판과 관련하여 경도를 증가시킬 수 있는 SiO의 증착을 허용할 수 있다. 금속 재료들의 하나 이상의 증착은, 예를 들어 편향력을 생성하기 위한 전기장의 생성이 (폴리-)실리콘과 관련하여 향상될 수 있도록 증착의 영역에서 증가된 전도도를 허용할 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 회로 구조가 실리콘 재료 및 금속 재료를 증착함으로써 증착될 수 있다. 회로 구조는 예를 들어, 회로 구조가 SiO에 의해 도전성 베이스층과 관련하여 절연되도록 미리 SiO가 증착되어 있는 영역에 증착될 수 있다.
이하, 실리콘(Si) 재료, 탄소(C) 재료, 산소(O) 재료 및 질소(N) 재료를 포함하는 화합물을 문언적으로 표현할 때, Si-C-O-N 합성물이라고 언급될 것이다. 표현 Si-C-O-N은 이러한 재료의 화합물에 한정되지 않을 수 있고, 실리콘 및 적어도 탄소 재료를 포함하는 합성물(화합물)을 나타내기 위해 사용될 것이다. 합성물은 선택적으로 산소 재료, 질소 재료 및/또는 상기 언급된 바와 같은 화합물, 예를 들어 SixCaObNcTadMoeTafTig를 형성할 수 있는 금속 재료 중 하나 이상을 더 포함할 수 있고, 여기서 x 및 a는 적어도 1의 값을 포함하고, b, c, d, e, f 및 g는 0 이상의 임의의 값을 포함한다. 배열된 재료는 이를 따라 재료(층)가 증착되는(성장되는) 두께 방향을 따라 다양할 수 있다.
스트레인 또는 타격/인접에 기인하는 편향가능 부품의 피로의 징후(예를 들어, 피로 파괴 또는 정적 변형)와 같은 기계적 응력의 효과는 편향가능한 부분에 Si-C-O-N 재료(강성 재료)를 포함하는 강성 구조체를 스트레인 인가된 부분 또는 인접부와 같은 응력 인가된 영역에 배열함으로써 감소될 수 있다. 실리콘 카바이드(SixCy), 실리콘 니트라이드(SixNy) 및/또는 실리콘 산화물(SixOy)과 같은 강성 재료의 경도 및/또는 강성은 실리콘(Si) 재료의 강성 또는 경도에 비교할 때 증가될 수 있다. 따라서, 실리콘 멤브레인 또는 MMS의 실리콘 보와 같은 제조된 부품은 신뢰성 및 부하성과 관련하여 향상될 수 있다.
도 1은 기판(12) 및 기판(12)에 배열된 기능적 구조체(14)를 포함하는 마이크로기계 구조체(10)의 개략 측면도를 도시한다. 기능적 구조체(14)는 기계적 능동 영역을 제공하고 기능적 영역(16) 상에 작용하는 힘(18)에 응답하여 기판(12)과 관련하여 편향되도록 구성된 기능적 영역(16)을 포함한다. 기능적 구조체(14)는 도전성 베이스층(22) 및 강성 구조체(24)를 포함한다. 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)에 배열된 강성 구조체 재료를 포함한다. 기능적 구조체(24)는 기능적 영역(16)에서 도전성 베이스층(22)을 단지 부분적으로만 커버한다. 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함한다.
강성 구조체는 예를 들어 실리콘 카바이드 재료일 수 있다. 실리콘 카바이드는 3, 10 또는 20 GPa 초과의 경도를 포함할 수 있고, 여기서 경도는 예를 들어 누프(Knoop) 및/또는 비커스(Vickers)에 따라 측정될 수 있다. 도전성 베이스층은 실리콘 재료를 포함할 수 있다. 실리콘 재료는 단결정 또는 다결정 실리콘 재료일 수 있다. 실리콘 재료는 5, 10 또는 12 GPa 초과의 경도를 포함할 수 있고, 여기서 경도는 예를 들어 재료의 결정 구조의 구조체에 의존할 수 있다. 실리콘 재료 및 강성 구조체 재료의 경도는 온도, 압력 및/또는 증착 프로세스와 같은 프로세스 파라미터에 기초하여 변경될 수 있다. 기판(12)에 도전성 베이스층 및/또는 도전성 베이스층에 강성 재료를 증착(배열)하기 위한 증착 프로세스는 예를 들어, 반응성 물리적 기상 증착(PVD), 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스 등일 수 있어, 도전성 베이스층(22)이 강성 조인트에 의해 기판(12)에 배열되게 되고, 여기서 도전성 베이스층(22)의 강성 조인트(클램핑된 영역)에서, 기능적 구조체(14)의 편향은 기능적 영역(16) 내의 기능적 구조체(14)의 편향에 비교할 때 감소되거나 방지된다.
경도는 예를 들어, 불균질 결정 구조체에 기초하여 도전성 베이스층을 따라 다양할 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 강성 구조체 재료의 경도는 예를 들어, Si-C-O-N 화합물의 탄소 재료 및/또는 다른 재료의 농도의 변동에 기인하여, 강성 구조체 재료를 따라 다양할 수 있다.
강성 재료에 의해 도전성 베이스층을 강화하기 위해, 강성 재료는 도전성 베이스층 재료의 경도보다 적어도 1.5, 2 또는 2.5배인 경도를 포함할 수 있다.
전술된 바와 같이, 강성 구조체 재료는 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및/또는 티타늄 재료 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있고, 여기서 각각의 재료는 강성 구조체 재료 내에 재료 농도를 포함한다. 탄소 재료의 탄소 농도는 강성 구조체의 실리콘 재료의 농도의 적어도 1% 및 최대한 100%, 적어도 3% 및 최대한 80% 또는 적어도 10% 및 최대한 500%일 수 있다. 실리콘 재료의 농도에 동일한 탄소 재료의 농도는 소위 다이아몬드형 탄소를 허용할 수 있다.
질소 재료는 경도의 추가의 증가를 허용할 수 있는 예시적인 성형 실리콘 니트라이드를 위한 Si-C-O-N 화합물 내의 다른 재료와 조합될 수 있다. 실리콘 니트라이드(SiN)는 100 GPa 초과, 150 GPa 초과 또는 200 GPa 초과인 값을 갖는 영률(Young's modulus)을 포함할 수 있다. 실리콘 재료는 예를 들어, 실리콘 재료와 비교할 때 감소된 (전기) 전도도를 허용할 수 있는 실리콘 산화물(SiO/SiO2)을 형성할 수 있다. SiO는 40 GPa 초과, 70 GPa 초과 또는 90 GPa 초과인 값을 갖는 영률을 포함할 수 있다. SiO/SiO2는 14 GPa 초과, 16 GPa 초과 또는 17 GPa 초과인 값을 갖는 경도를 포함할 수 있다. 강성 구조체(24)는 따라서 절연 특성을 포함할 수 있다. 대안적으로, 강성 구조체(24)가 전도성 특성을 포함할 수 있으면, 예를 들어, Si-C-O-N 화합물이 티타늄 재료 및/또는 탄탈 재료를 포함할 수 있으면, 모든 재료 조합은 온도(팽창, 편향과 같은) 또는 압력 강인성과 관련하여 기능적 구조체(14)의 거동의 적응을 허용할 수 있는데, 즉 마이크로 기계 구조체(10)를 포함하는 시스템을 위한 요구에 따라, 마이크로 기계 구조체(10)의 특성이 적응될 수 있다.
따라서, 강성 구조체(24)는 적어도 강성 구조체(24)에 의해 커버된 영역에서 도전성 베이스층(22)을 강화할 수 있다. 강화는 기능적 구조체(14), 기능적 영역(16) 각각의 변화된, 즉 적응된 만곡 라인(편향 곡선)을 유도할 수 있다. 예를 들어, 강성 구조체(24)는 기판(12)과 관련하여 기능적 구조체(14)를 클램핑(고정)하도록 구성된 고정부와 같은 편향 중에 높은 또는 최대 스트레인을 나타내는 기능적 영역(16)의 영역에 또는 인접하여 배열될 수 있다.
대안적으로, 강성 구조체(24)는 기능적 구조체(14)가 편향될 때 적은 또는 심지어 최소 스트레인을 포함하는 도전성 베이스층(22)의 영역에 배열될 수 있다. 이러한 부분은 예를 들어, 멤브레인이 에지부에 클램핑되고, 고정되거나 장착될 때 라우드스피커 또는 마이크로폰의 멤브레인의 중심일 수 있다.
도전성 베이스층(22)은 실리콘 재료를 포함할 수 있고, 전류와 관련하여 도전성일 수 있다. 대안적으로, 도전성 베이스층(22)은 높은 전기 저항을 포함할 수 있다. 도전성 베이스층(22)은 열과 같은 열에너지와 관련하여 도전성일 수 있다.
기능적 구조체는 예를 들어, 음향 트랜스듀서의 멤브레인일 수 있다. 음향 트랜스듀서는 기능적 구조체(14)가 마이크로폰 또는 라우드스피커의 멤브레인일 수 있도록 마이크로폰 또는 라우드스피커일 수 있다. 힘(18)이 기판(12)과 관련하여 기능적 구조체(14)를 끌어당기거나 밀어낼 수 있는 정전 또는 전기역학 필드에 의해 생성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 힘(18)은 예를 들어, 기능적 구조체(14)를 편향하는 주위 압력 또는 그 변형에 의해 유도될 수 있고, 편향은 마이크로폰 신호를 생성하기 위해 측정가능하다.
강성 구조체(24)는 기판(12)과 같은 다른 부품들과 결합되거나 인접하도록 구성될 수 있는 기능적 영역(16)의 영역들에 배열될 수 있고, 강성 구조체(24)는 다른 부품(도전성 베이스층 대신에)에 결합하도록 구성된다. 이는 기능적 구조체(14)의 증가된 내구성을 허용할 수 있다. 예를 들어, 디지털 라우드스피커의 멤브레인은 멤브레인의 편향된 부분에서 기판 또는 백플레이트 전극에 인접하도록 구성될 수 있다. 기판(12) 또는 백플레이트 전극에 인접하도록 구성된 영역에 강성 구조체(24)를 배열함으로써, 멤브레인의 내구성은 기능적 영역(16)의 증가된 경도에 기초하여 증가될 수 있다.
대안적으로, 강성 구조체(24)는 고정점에 인접한 기능적 구조체(16)의 영역과 같은 기능적 영역(16)이 편향할 때 높은 스트레인을 나타내도록 구성된 도전성 베이스층(22)의 영역에 배열될 수 있다.
Si-C-O-N 화합물의 탄소 재료 또는 다른 재료 및 강성 구조체 재료의 농도는 강성 구조체의 두께 방향(26)을 따라 변할 수 있다. 두께 방향은 기능적 구조체가 그를 따라 가장 팽창하는 횡방향에 수직으로 배열된 (최단) 방향일 수 있다. 두께 방향(26)은 기능적 구조체(14)의 표면 법선에 그리고/또는 힘(18)이 작용하는 표면에 대해 평행하게 배열될 수 있다. 표면 법선은 기능적 구조체(14)가 휴지 위치를 포함할 때 두께 방향(26)에 평행할 수 있다. 휴지 위치에서, 기능적 구조체(14)는 편향되지 않을 수 있다.
두께 방향(26)을 따른 탄소 재료 및/또는 다른 재료의 가변하는 농도는 두께 방향(26)과 함께 강성 구조체의 가변하는 파라미터를 가능하게 한다. 예를 들어, 두께 방향(26)을 따라, 강성 구조체 재료의 경도는 두께 방향(26)을 따라 스트레인에 의해 유도된 가변하는 기계적 부하를 보상하기 위해 증가하거나 감소할 수 있다.
도전성 베이스층(22)을 단지 부분적으로만 커버하는 장점은, 예를 들어 기능적 구조체의 표면의 만곡 또는 경도와 같은 특성이 국부적으로 적응될 수 있다.
Si-C-O-N 화합물의 하나 이상의 재료의 농도는 강성 구조체(24)의 두께 방향(26)을 따라 단계식으로 변할 수 있다. 예를 들어, 재료 농도는 두께 방향(26)을 따른 재료 농도의 0.05% 초과, 0.1% 초과 또는 0.2% 초과의 단계로 변할 수 있다. 변동은 재료의 적어도 하나의 재료 농도의 증가 및/또는 감소를 포함할 수 있다. 따라서, 두께 방향(26)을 따라, 재료의 적어도 하나의 농도는 먼저 감소하거나 증가하고, 그 후에 증가하거나 감소할 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 기능적 구조체의 재료의 하나 이상은 두께 방향(26)을 따라 단지 부분적으로만 배열될 수 있다. 예를 들어, 두께 방향(26)을 따라, 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)에 대면하는 측면에서 실리콘 재료 및 탄소 재료를 포함할 수 있다. 대향하는 표면층 또는 강성 구조체(24)의 상부 코트(coat)에서, 강성 구조체 재료는 예를 들어, 표면층에서 강성 구조체 재료의 전도도를 증가시키기 위한 티타늄 재료를 포함할 수 있다. 증가된 전도도는 기능적 구조체(14), 도전성 베이스층(22) 및/또는 기판(12) 사이에 발생될 수 있는 정전 또는 전기역학적 필드를 수정하거나 적응하는 것을 허용할 수 있다.
달리 말하면, 예를 들어, 경도 및 탄성 계수(영률)와 같은 층의 결정적 기계적 재료 파라미터는 탄소(C)를 실리콘(Si) 내로 도입함으로써 최적화될 수 있다. 그 기계적 응력 인가성(stressability)(압력, 온도, ...)은 자립층의 부분으로서 이 합성물을 사용할 때 상당히 향상될 수 있다. 재료로서 Si-C 화합물을 적용하는 다수의 방식이 있다. 부가적으로 그리고 구체적으로, 산소(O), 질소(N) 및/또는 이들 재료의 임의의 조합을 첨가함으로써, 얻어진 합성물은 층 응력, 영률 등과 같은 기계적 특성을 구성할 때 부가의 자유도를 허용할 수 있다.
기능적 구조체의 전기기계적 특성은 예를 들어, 탄탈, 몰리브덴, 티타늄 및/또는 삼원 화합물 등과 같은 다른 재료를 도입함으로써 그리고/또는 예를 들어 언급된 재료 시스템에 의해 폴리-Si 멤브레인을 위한 기능적 구조체를 코팅함으로써 매우 넓은 범위에 걸쳐 향상될 수 있다.
기능적 구조체(14)를 참조하면, 기계적 응력 인가성의 증가는 언급된 일 측면 또는 양 측면에 다층 멤브레인(기능적 구조체(14)) 각각이 있는 층 시스템에 의해 도전성 베이스층(예를 들어, 도핑된 폴리실리콘과 같은)을 부분적으로 코팅함으로써 예시적으로 성취될 수 있다.
도 2는 마이크로기계 구조체(20)의 개략 측면도를 도시하고, 여기서 2개의 강성 구조체(24a, 24b)는 기판(12)에 대면하는 도전성 베이스층(22)에 배열된다. 강성 구조체(24a, 24b)는 기능적 영역(16)에 배열된다. 강성 구조체(24a, 24b)는 도전성 베이스층(22)의 인접부(29a, 29b)에 배열된다. 인접부(29a, 29b)는 기능적 영역(16)이 편향할 때, 기판(16)에 대해 인접하도록 구성된다. 강성 구조체(24a, 24b)는 도전성 베이스층이 기판(12)에 인접하는 것이 방지되도록 그리고 기능적 영역(16)이 강성 구조체(24a, 24b)에서 기판(12)에 인접하도록 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 다른 강성 구조체가 도전성 베이스층(22)에 배열될 수 있고, 여기서 다른 강성 구조체는 기능적 영역(16)이 편향될 때, 이들이 기판(12)에 인접하지 않도록 배열될 수 있다.
기능적 구조체(24a)는 도전성 베이스층(22)의 외팔보 부분에서 클램핑된 영역(28)에 인접하여 기판(12)에 인접하도록 배열된다. 외팔보 부분은 예를 들어, 기능적 구조체(14)의 부분 또는 클램핑되지 않은 도전성 베이스층(22)일 수 있다.
클램핑된 영역(28)과 편향가능한 기능적 영역(16) 사이의 전이부에서, 편향으로부터 발생하는 힘은 사전 결정된 파괴점이 도전성 베이스층(22)을 야기할 수 있도록 도전성 베이스층 내의 높은 스트레인에 기인하여 증가될 수 있다. 사전 결정된 파괴점에 또는 인접하여 강성 구조체(24a)를 배열함으로써, 도전성 베이스층 대신에, 강성 구조체(24a)는 기판(12)에 인접할 수 있다. 따라서, 기능적 구조체(14)의 내구성이 증가될 수 있다.
강성 구조체(24b)는 기능적 영역(16)이 편향될 때 기판(12)에 인접하도록 구성될 기능적 영역(16)에 배열된다. 따라서, 도전성 베이스층(22) 대신에, 기능적 구조체(24b)는 인접으로부터 발생하는 도전성 베이스층(22) 내로 도입된 기계적 부하가 감소될 수 있도록 기판(12)에 인접한다. 강성 구조체(24b)는 기능적 영역(16)이 편향할 때 높은 편향 및 낮은 스트레인을 나타낼 수 있는 도전성 베이스층(22)의 부분에 배열된다.
도 3은 기판(12) 및 강성 구조체(24)를 포함하는 마이크로기계 구조체(30)의 개략 측면도를 도시한다. 기능적 구조체(14)는 기능적 영역에서 힘(18)에 응답하여 편향가능하다. 강성 구조체(24)는 2개의 필름 구조체(32a, 32b)를 포함하고, 필름 구조체(32b)는 도전성 베이스층(22)에 배열되고, 필름 구조체(32a)는 도전성 베이스층(22)에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 필름 구조체(32b)에 배열된다.
각각의 필름 구조체(32a, 32b)는 서로 상이할 수 있는 강성 구조체 재료, 즉 Si-C-O-N 화합물을 포함한다. 대안적으로, 필름 구조체 중 하나는 탄소 재료 없이 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 강성 구조체(24)는 2개 초과의 필름 구조체를 포함할 수 있고, 여기서 필름 구조체 중 적어도 하나는 탄소 재료를 포함한다. 하나 이상의 필름 구조체는 알루미늄 재료 또는 임의의 다른 재료와 같은 Si-C-O-N 화합물과는 상이한 다른 재료를 포함할 수 있다.
상이한 농도 뿐만 아니라 상이한 재료를 포함하는 필름 구조체(32a, 32b)를 포함하는 강성 구조체(24)는 다른 물리적 효과에 응답하여 또한 기능하는 강성 구조체의 실현을 허용할 수 있다. 예를 들어, 필름 구조체(32a, 32b)는 열적 구배에 응답하는 도전성 베이스층(22)의 편향이 적응되거나 감소될 수 있도록 상이한 열팽창 계수 및/또는 상이한 전도도 파라미터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 절연성으로 형성되는 필름 구조체(32b)는 도전성 기부층(22)과 (도전성) 필름 구조체(32a) 사이에 절연층을 허용할 수 있다. 도전성 필름 구조체는 트랜지스터의 소스- 및/또는 드레인-접점과 같은 전자 부품 또는 시스템의 접촉면일 수 있다.
도 4(a) 내지 도 4(d)는 기능적 영역(16)의 개략도를 각각 예시적으로 도시한다.
도 4(a)와 관련하여, 두께(h1)를 포함하는 도전성 베이스층(22)은 모두 두께(h2)를 포함하는 제 1 강성 구조체(24a) 및 제 2 강성 구조체(24b)에 의해 부분적으로 커버되고, 여기서 두께(h1, h2)는 두께 방향(26)을 따른, 도전성 베이스층(22), 강성 구조체(24a 및/또는 24b) 각각의 크기를 칭한다. 기능적 구조체(16)는 총 두께(htotal)를 포함하고, 여기서 총 두께(htotal)는 h1과 h2의 합으로서 형성될 수 있다.
강성 구조체(24a, 24b)는 도전성 베이스층(22)의 제 1 측, 예를 들어 저부측에 배열되고, 여기서 저부측은 기판에 대면하는 도전성 베이스층(22)의 측일 수 있다.
강성 구조체(24a, 24b)는 서로 상이한 두께를 각각 포함할 수 있다. 이 경우에, 총 두께(htotal)는 강성 구조체(24a, 24b)의 두께(h1)와 최대 두께의 합일 수 있다. 총 두께(htotal)에서 두께(h1, h2)의 몫은 각각 0% 초과 100% 미만일 수 있다. 총 두께(htotal)로 정규화하면, 두께(h1, h2)는 0 초과 1 미만일 수 있다.
도 4(b)와 관련하여, 강성 구조체(24a, 24b)는 도전성 베이스층(22)의 제 2 측, 예를 들어 제 1 측에 대향하는 상부측에 배열된다. 상부측 및 저부측은 도시되지 않은 기판과 관련하여 도전성 베이스층의 배열을 칭할 수 있다. 예를 들어, 저부측은 기판에 대면하여 배열될 수 있다. 대안적으로, 상부측은 기판에 대면하여 배열될 수 있다. 강성 구조체(24a, 24b)는 리세스(34)에 의해 분리된다.
도 4(c)와 관련하여, 기능적 영역(16)은 2개의 도전성 베이스층(22a, 22b)과, 도전성 베이스층(22a, 22b) 사이에 개재된 강성 구조체(24)를 포함한다.
강성 구조체(24)는, 강성 구조체(24)가 도전성 베이스층(22a, 22b)을 커버하지 않는 영역에서 리세스(34)가 도전성 베이스층(22a, 22b) 사이에 형성되도록 도전성 베이스층(22a, 22b)을 부분적으로 커버한다. 도전성 베이스층(22a)은 두께(h1)를 포함한다. 도전성 베이스층(22b)은 두께(h1)와 동일하거나 상이할 수 있는 두께(h3)를 포함한다. 강성 구조체(24)는 두께(h2)를 포함한다. 두께(h1, h2, h3)는 총 두께(htotal)로 합산될 수 있다. 총 두께(htotal)로 정규화되면, 두께(h1)는 0 이상, 1 미만일 수 있다. 두께(h3)는 0 이상, 1 미만일 수 있다. 두께(h2)는 0 초과, 1 미만일 수 있다. 두께(h1, h3)의 합의 값은, 총 두께(htotal)로 정규화되면, 0 초과, 1 미만일 수 있다. 이는 도전성 베이스층(22a, 22b) 중 적어도 하나가 0보다 큰 두께를 갖는 기능적 구조체(16)에 배열되고, 여기서 다른 도전성 베이스층(22b 또는 22a)은 선택적이라는 것을 의미한다. 두께(h1)가 0인 값을 포함하면, 즉 도전성 베이스층(22a)이 누락되면, 두께(h3)는 0보다 큰 값을 포함할 수 있다. 두께(h3)가 0인 값을 포함하면, 두께(h1)는 0보다 큰 값을 포함할 수 있다. 양 경우는 도 4(a) 또는 도 4(b)에 도시된 바와 같은 기능적 구조체를 형성할 수 있다. 부가적으로, 다른 리세스(34)가 도 4(a) 및 도 4(b)에 도시된 바와 같이, 기능적 구조체(24)를 따라 배열될 수 있다.
도 4(d)와 관련하여, 두께(h1)를 포함하는 도전성 베이스층(22)은 두께(h2)를 포함하는 강성 구조체(24a)에 의해 제 2 측에서 부분적으로 커버되어 있다. 제 1 측에서, 도전성 베이스층(22)은 모두 두께(h4)를 포함하는 강성 구조체(24b) 및 강성 구조체(24c)에 의해 부분적으로 커버되어 있다. 강성 구조체(24b, 24c)는 모두 동일한 두께를 갖는 것으로서 설명되어 있고, 여기서 대안적으로 강성 구조체(24b)는 강성 구조체(24c) 및/또는 강성 구조체(24a)와는 상이한 두께를 가질 수 있다. 두께(h1, h2, h4)는 총 두께(htotal)로 합산될 수 있다. 총 두께(htotal)로 정규화되면, 두께(h1)는 0 초과, 1 미만인 값을 포함할 수 있다. 두께(h2, h4)는 모두 0 이상, 1 미만인 값을 포함할 수 있고, 여기서 두께(h2 또는 h4) 중 적어도 하나는 0 초과인 값을 포함한다. 따라서, 두께(h1, h4)의 합의 값은, 총 두께(htotal)로 정규화되면, 0 초과, 1 미만이다.
도전성 베이스층의 경도에 비교하여 강성 구조체(24a 내지 24c)의 더 높은 경도는 공지의 구조체에 비교할 때 기능적 구조체(16)의 감소된 총 두께 및/또는 기능 구조체(16)의 더 높은 내구성을 허용할 수 있다. 총 두께(htotal)는 감소될 수 있고 그리고/또는 내구성은 증가될 수 있다. 게다가, 다른 유리한 효과가 성취될 수 있다. 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함하는 기능적 구조체는 순 실리콘에 비교하여 습윤에 대해 감소된 친화도를 나타낼 수 있다. 이는 기능적 구조체가 기판과 결합할 때 발생할 수 있는 감소된 디바이스 고착을 허용할 수 있다. 또한, 에칭 프로세스 중에 발생할 수 있는 고착 효과는 감소될 수도 있다. 따라서, 일 장점은 감소된 멤브레인 두께에서 기계적 응력 인가성의 현저한 증가이다. 대안적으로 또는 부가로, 증가된 경도는 도전성 구조체의 증가된 내마모성, 증가된 파괴 강도 및/또는 증가된 전기 용량을 허용한다.
증가된 강인성은 한편으로는, 응력 인가성의 증가 - 일정한 멤브레인 두께를 가짐 -, 다른 한편으로는, 두께 및 따라서 디바이스의 진동 질량의 감소를 야기하고, 이는 예를 들어, 기능적 구조체가 라우드스피커 또는 마이크로폰의 멤브레인으로서 형성될 때, 응답 거동의 향상 및 부가적으로 신호 대 노이즈비 - SNR의 증가를 야기할 수 있다. 기능적 구조체 및 각각의 마이크로기계 구조체는 사운드 트랜스듀서 구조체의 부분일 수 있다. 사운드 트랜스듀서 구조체는 마이크로폰 및/또는 라우드스피커로서 작동하도록 구성될 수 있다.
도 5(a) 내지 도 5(i)는 기능적 영역(16)의 가능한 구현예의 개략 평면도 또는 저면도를 각각 도시한다. 기능적 영역(16)은 둥근 형상을 갖는 베이스 영역을 예시적으로 포함한다. 기능적 영역(16)에서, 적어도 하나의 강성 구조체는 도전성 베이스층(22)에 배열된다. 기능적 영역(16), 도전성 베이스층(22)은 각각 둥근 원형 형상을 갖는 것으로서 도시되어 있다. 둥근 형상은 기능적 영역(16)이 편향가능한 멤브레인의 적어도 일부일 때 유리할 수 있다. 대안적으로, 기능적 영역(16) 및/또는 도전성 베이스층(22)은 상이한 형상, 예를 들어 타원형 형상 또는 다각형 형상을 포함할 수 있다. 대안적으로, 기능적 영역(16) 및/또는 도전성 베이스층(22)은 볼록 또는 오목 형성된 곡선으로서 형성될 수 있다.
도 5(a)와 관련하여, 기능적 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 에지부(36)를 제외하고는 도전성 베이스층(22)을 커버한다. 예를 들어, 기능적 구조체(24)에 의해 커버된 도전성 베이스층(22)의 표면은 90% 초과, 95% 초과, 또는 99% 초과 커버될 수 있다.
도 5(b)와 관련하여, 기능적 구조체(24)는 둥근 형상을 포함하고, 강성 구조체(24)가 도전성 베이스층에 대해 동심으로 배열되도록 도전성 베이스층(22)의 중심에 배열된다. 강성 구조체의 직경은 예를 들어, 도전성 베이스층의 직경의 적어도 1%, 적어도 20% 또는 적어도 50%일 수 있고, 여기서 직경은 기능적 구조체가 비원형 형상을 포함할 때, 도전성 베이스층(22)의 베이스 영역의 최장 및/또는 최단 크기를 칭할 수도 있다.
도 5(c)와 관련하여, 기능적 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 베이스 영역에 대해 동심으로 배열된 링 형상을 포함한다. 대안적으로, 기능적 구조체(24)의 중심은 도전성 베이스층(22)의 상이한 위치에 배열될 수 있어, 강성 구조체(24)가 도전성 베이스층(22)의 중심에 대해 동심이 아니게 된다.
도 5(d)와 관련하여, 도전성 베이스층(24)은 복수의 허니컴(honeycomb)을 포함하는 허니컴 구조체를 포함한다. 허니컴 구조체는 도전성 베이스층(22)을 전체적으로 커버하고, 여기서 대안적인 실시예에 따르면, 허니컴 구조체는 도전성 베이스층(22)을 단지 부분적으로만 커버할 수도 있다. 허니컴 중 하나, 그 이상 또는 전체의 내부 영역은 도전성 베이스층(22)이 리세스(34)에서 강성 구조체 재료에 의해 커버되지 않도록 리세스(34)로서 형성된다. 리세스(34)는 육각형 형상과 같은 다각형 형상을 가질 수 있다.
허니컴 형상 강성 구조체(24)는 허니컴 구조체가 인가된 힘에 대해 높은 강인성을 제공할 수 있기 때문에, 기능적 영역(16)의 높은 강성을 유도할 수 있다.
도 5(e)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 중심으로부터 외주부로 연장하는 별 형상(star shape)을 포함한다. 예를 들어, 기능적 영역(16)은 별 형상부의 단부(빔 또는 레이)에서 또는 별 형상부의 단부들 사이에 있는 도전성 베이스층(22)의 영역에서 클램핑되거나 장착될 수 있다.
도 5(f)와 관련하여, 도전성 베이스층(22)은 복수의 강성 구조체(24a 내지 24e)에 의해 부분적으로 커버되어 있다. 각각의 강성 구조체(24a 내지 24e)는 직경, 각각의 링의 넓이 및 서로 상이한 반경을 포함하고, 서로에 대해 그리고 도전성 베이스층(22)의 중심에 대해 동심으로 배열되어 있는 링 구조체로서 형성된다. 따라서, 강성 구조체(24a 내지 24e)는 멀티-링 구조체를 형성한다. 대안적으로, 하나 이상의 링은 동등한 넓이를 포함할 수 있다.
도 5(g)와 관련하여, 강성 구조체는 리세스(34)가 원으로서 형성되어 있는 것을 제외하고는, 도 5(d)에 도시된 강성 구조체에 유사하게 형성된다. 이는 두께 방향(26)에 수직으로 배열된 제 1 및/또는 제 2 횡방향(x1 및/또는 x2)을 따라 강성 구조체(24)의 재료의 가변하는 크기를 유도할 수 있다. 2개 이상의 리세스(34) 사이의 연결점(37)에서, 제 1 횡방향(x1) 및/또는 제 2 횡방향(x2)을 따른 크기는 더 클 수 있어, 이들 점에서 더 많은 양의 강성 구조체 재료를 야기한다. 이는 강성 구조체(24)의 더 높은 안정성을 유도할 수 있다.
도 5(h)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 5(e)에 도시된 별 형상에 비교할 때 역 별 형상을 포함한다. 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)을 부분적으로 커버하여, 내부 별 형상 영역을 공유한다.
도 5(e) 및 도 5(h)에 도시된 별 형상은 도전성 베이스층(22)의 중심으로부터 외부 영역으로 연장하는 것으로서 도시되어 있지만, 별 형상은 대안적으로, 단지 반경의 50% 미만, 75% 미만 또는 95% 미만의 값으로 연장하거나 또는 도전성 베이스층(22)의 제 1 및/또는 제 2 횡방향(x1, x2)을 따라 연장할 수도 있다.
도 5(i)와 관련하여, 강성 구조체(24a 내지 24e)는 도 5(f)에 도시된 강성 구조체(24a 내지 24e)에 비교할 때 도전성 베이스층(22)에서 역 멀티-링 형상으로 배열된다. 도 5(f)에 도시된 기능적 구조체(24a 내지 24d)에 비교할 때, 도 5(i)에 도시된 기능적 구조체(24a 내지 24e)는 도전성 베이스층(22)의 외부 영역(36) 및 중심이 기능적 구조체(24a 내지 24e)에 의해 커버되도록 배열될 수 있고, 여기서 도 5(f)에서, 상응하는 외부 영역(36) 및 중심은 기능적 구조체(24a 내지 24e)에 의해 공유된다.
도 6(a) 내지 도 6(p)는 클램핑 영역(42a 내지 42d)에서 클램핑된 정방형 도전성 베이스층(22)을 포함하는 기능적 구조체(14)의 개략 평면도 또는 저면도를 도시한다. 기능적 구조체(14)는 예를 들어, 마이크로폰 또는 라우드스피커와 같은 사운드 변환 디바이스의 멤브레인일 수 있다. 도 6(a) 내지 도 6(p)는 정방형으로 형성되어 있는 도전성 베이스층을 도시하고 있지만, 도전성 베이스층(22)은 둥근 형상, 타원형, 다각형 형상 또는 이들의 조합과 같은 다른 형상을 포함할 수 있다.
도 6(a)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 클램핑 영역(42a, 42d) 사이, 클램핑 영역(42b, 42c) 사이 각각에 대각선으로 배열되어 있는 2개의 타원형 구조체의 오버레이에 의해 얻어질 수 있는 형상을 포함한다. 2개의 타원형 구조체가 중첩하고 있는 중심부에서, 원형 구조체가 배열될 수 있다. 따라서, 강성 구조체(24)의 형상은 2개 이상의 기하학적 구조체 또는 형상을 중첩함으로써 얻어질 수 있다.
도 6(b)와 관련하여, 강성 구조체(24)의 형상은 2개의 대각선으로 배열된 클램핑 영역(42a 내지 42d) 사이, 즉 클램핑 영역(42a, 42d) 사이 및 클램핑 영역(42b, 42c) 사이에서 도전성 베이스층(22)에서 대각선으로 배열된 2개의 타원형 구조체를 중첩함으로써 얻어질 수 있다.
도 6(c)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 형상에 유사한 기하학적 구조를 갖는 형상을 포함하여, 강성 구조체(24)가 도전성 베이스층(22)의 대응 전체 길이보다 작은 에지 길이를 갖는 정방형으로 형성되게 되고, 여기서 도전성 베이스층의 에지들 및 강성 구조체(24)의 에지들은 서로 본질적으로 평행하다. 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 중심에 배열된다.
도 6(d)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 둥근 형상을 포함하고, 여기서 강성 구조체(24)의 중심은 도전성 베이스층(22)의 중심과 중첩한다.
도 6(e)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 원 또는 하나 이상의 타원 또는 이들의 부분에 의해 형성될 수 있는 도전성 베이스층(22)의 형상 영역을 공유함으로써 얻어질 수 있는 형상을 포함하고, 여기서 예를 들어, 원의 중심 또는 타원의 특정 점은 도전성 베이스층(22)의 표면 외부에 배열된다.
도 6(f)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 2개의 대각선으로 배열된 타원을 중첩함으로써 얻어질 수 있는 형상을 포함하고, 여기서 타원은 도 6(b)에 도시된 타원에 비교할 때 증가된 공액 직경을 포함한다. 타원은 강성 구조체(24)가 타원의 단지 일부만을 포함하도록 도전성 베이스층(22)의 표면 내로 단지 부분적으로 돌출한다.
도 6(g)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 형상에 기하학적으로 유사한 형상을 포함하고, 여기서 강성 구조체(24)의 형상은 도 6(c)에 비교할 때 회전되어 있는데, 예를 들어 45°의 각도만큼 회전되어 있다. 대안적으로, 강성 구조체(24)는 0° 내지 360°, 0° 내지 180° 또는 0° 내지 90°의 범위와 같은 임의의 다른 각도만큼 회전될 수도 있다.
도 6(h)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 별 형상 표면을 포함한다. 별 형상 표면은 예를 들어, 서로에 대해 45°와 같은 각도만큼 회전된 원형 형상 및 4개의 타원형 형상에 의해 얻어질 수 있고, 여기서 하나의 타원형 형상은 도전성 베이스층(22) 상에 대각선으로 배열될 수 있다.
도 6(i)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(a)에 도시된 강성 구조체에 비교할 때 역 형상을 도시한다. 역이라는 것은 강성 구조체에 의해 제 1 형상에서 커버되어 있는 도전성 베이스층(22)의 영역이 역전된 강성 구조체에 의해 공유되고 그 반대도 마찬가지라는 것을 의미한다.
도 6(j)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(b)에 도시된 강성 구조체의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
도 6(k)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(c)에 도시된 강성 구조체의 형상에 비교할 때 역전된 형상을 포함한다.
도 6(l)과 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(d)에 도시된 강성 구조체의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
도 6(m)과 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(e)에 도시된 강성 구조체(24)의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
도 6(n)과 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(f)에 도시된 강성 구조체(24)의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
도 6(o)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(g)에 도시된 강성 구조체(24)의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
도 6(p)와 관련하여, 강성 구조체(24)는 도 6(h)에 도시된 강성 구조체(24)의 형상에 대해 역전된 형상을 포함한다.
강성 구조체(24)의 베이스 영역은 원형 형상, 별 형상, 다각형 형상, 타원형 형상, 허니컴 구조체, 임의의 다른 형상 및/또는 이들의 조합의 적어도 일부를 포함할 수 있다.
도 7(a)는 도전성 베이스층(22)의 내부 영역(38) 내에 그리고 제 1 측에 배열되어 있는 강성 구조체(24)의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시한다. 외부 영역(36)은 강성 구조체(24)에 의해 커버되지 않거나 단지 부분적으로만 커버된다. 도 7의 중앙 섹션에서, 강성 구조체(24)는 도전성 베이스층(22)의 제 2 측에 배열된다. 도 6(e)의 저부 섹션에서, 강성 구조체(24a)는 도전성 베이스층(22)의 제 1 측에 배열되고, 강성 구조체(24b)는 도전성 베이스층(22)의 제 2 측에 배열된다.
따라서, 기능적 영역(16)은 내부 영역(38) 및 2개의 외부 영역(36a, 36b)을 포함하고, 기능적 구조체는 예를 들어, 양 단부에서 기판(12)에 클램핑된(고정된) 보 구조체일 수 있다.
도 7(b)는 기능적 영역(16)이 편향될 때, 도 7(a)의 기능적 영역(16) 중 하나에 의해 얻어질 수 있는 만곡 곡선을 시뮬레이팅하는 시뮬레이션 결과의 개략 사시도를 도시한다. 강성 구조체(24)에 기초하여, 기능적 영역(16)의 만곡 곡선은 내부 영역(38)을 따라 평탄화된다. 평탄화된 만곡 곡선에 기초하여, 기능적 영역(16)의 편향은 강성 구조체가 누락되어 있는 상응하는 만곡 보의 만곡 곡선에 비교할 때 내부 영역(38)을 따라 더 균질할 수 있다. 예를 들어, 기능적 영역(16)이 라우드스피커 또는 마이크로폰의 멤브레인일 때, 내부 영역(38)에서 기능적 영역(16)의 균질한 편향은 더 효율적인 사운드 변환, 즉 사운드 발생 또는 사운드 캡처링을 유도할 수 있다. 예를 들어, 라우드스피커 멤브레인의 이동된 공기 체적은 증가될 수 있다. 디지털 라우드스피커는 기판 또는 전극에 인접할 때까지 멤브레인을 편향함으로써 작동할 수 있기 때문에, 편향은 더 효율적으로 수행될 수 있다. 게다가, 멤브레인은 강성 구조체가 배열되어 있는 영역에서 기판 또는 전극에 인접할 수 있어, 기판 또는 전극을 인접함으로써 발생된 멤브레인의 손상이 감소되거나 방지될 수 있다.
도 8(a)는 강성 구조체(24a, 24b)에 의해 제 1 측에서 부분적으로 커버되어 있는 도전성 베이스층(22)의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시한다. 강성 구조체(24a)는 도전성 베이스층(22)의 외부 영역(36a)에 그리고 클램핑된 영역(42a)에 배열되고, 클램핑된 영역(42a)은 내부 영역(38)에 대향하는 측에서 외부 영역(36a)에 인접하여 배열된다. 따라서, 기능적 구조체(14)는 클램핑된 영역(42a)에서 제 1 단부에서 클램핑된다. 강성 구조체(24b)는 외부 영역(36b) 및 내부 영역(38)에 대향하는 측에서 외부 영역(36b)에 인접하여 배열된 클램핑 영역(42b)에 배열된다.
도 8(a)는 도전성 베이스층(22)의 제 1 측에 배열되어 있는 기능적 구조체(24a, 24b)를 중앙 섹션에 도시하고 있다. 도 8(a)의 저부 섹션에서, 기능적 구조체(24a 내지 24d)는 외부 영역(36a) 및 클램핑 영역(42a, 42b)에서 도전성 베이스층을 커버하는 도전성 베이스층(22)의 제 1 측 및 제 2 측에 배열된다.
도 8(b)는 도 8(a)의 기능적 영역(16)의 편향을 시뮬레이팅하는 시뮬레이션 결과의 개략 사시도를 도시한다. 기능적 영역(16)의 만곡 곡선은 강성 구조체(24a, 24b, 24a 내지 24d) 각각에 기초하여 외부 영역(36)에서 평탄화된다. 따라서, 강성 구조체(24a, 24b, 24a 내지 24d) 각각은 클램핑된 영역에 인접한 영역에서 기능적 영역의 감소된 편향을 야기할 수 있다.
이는 기판(12)이 클램핑된 기능적 영역에서 종료하는 경계점에서 감소된 기계적 응력을 야기할 수 있다. 따라서, 기계적 응력에 기인하는 기능적 영역(16), 기능적 구조체(14) 각각의 손상이 감소될 수 있다.
기능적 구조체(16)의 길이는 예를 들어, 50 ㎛ 초과, 100 ㎛ 초과 또는 200 ㎛ 초과일 수 있고, 여기서 길이는 내부 영역(38) 및 외부 영역(36a, 36b)에 의해 형성된다.
기능적 구조체의 총 두께는 예를 들어, 100 nm 내지 2 cm, 1 ㎛ 내지 1 cm, 또는 2 ㎛ 내지 10 ㎛의 범위 또는 임의의 다른 값일 수 있다. 외팔보의 편향의 진폭은 예를 들어, 10 ㎛ 초과, 50 ㎛ 초과 또는 100 ㎛ 초과의 값을 포함할 수 있다.
도 9(a)는 복수의 강성 구조체(24a 내지 24e)에 의해 제 1 측에서 부분적으로 커버되어 있는 도전성 베이스층(22)의 개략 측면도를 상부 섹션에서 도시하고 있다.
강성 구조체(24a 내지 24g)는 거리(44)만큼 서로로부터 이격되어 있고, 여기서 거리(44)는 강성 구조체(24a 내지 24g)의 각각 사이에서 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
중앙 섹션에서, 도 9(a)는 강성 구조체(24a 내지 24g)가 도전성 베이스층(22)의 제 2 측에 배열되어 있는 도전성 베이스층의 개략 측면도를 도시한다.
하부 섹션에서, 도 9(a)는 복수의 강성 구조체(24a 내지 24n)에 의해 제 1 측 및 제 2 측에서 부분적으로 커버되어 있는 도전성 베이스층의 개략 측면도를 도시한다.
도전성 베이스층(22)은 만곡 보 구조체일 수 있다. 대안적으로, 도전성 베이스층(22)은 둥근 형상 또는 다각형 형상일 수 있는 형상을 포함할 수 있다. 도 9(a)는 따라서 도 5(i)에 도시된 도전성 베이스층의 단면도를 도시할 수 있다.
도 9(b)는 도 9(a)에 도시된 기능적 영역(16)의 개략 사시도를 도시하고, 기능적 영역(16)은 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 편향된다.
기능적 영역(16)은 단계적으로 편향하는데, 즉 강성 구조체(24)가 배열되어 있는 영역들 사이에서, 기능적 영역(16)의 만곡이 감소된다. 공간(44)에서, 만곡은 강성 구조체(24)가 배열되어 있는 영역에 비교할 때 증가된다.
단계식 편향은 기능적 영역이 편향의 다수의 상태를 포함하는 멤브레인으로 디지털 라우드스피커 내의 멤브레인으로서 사용될 때 유리할 수 있다. 디지털 라우드스피커가 멤브레인의 복수의 편향 진폭을 포함하는 경우에, 이들 단계적 편향 상태는 더 높은 정밀도로 조정될 수 있다.
멤브레인, 기능적 영역의 만곡 곡선을 각각 수정함으로써, 기능적 영역을 포함하는 마이크로기계 구조체의 사운드 변환 특성이 설정될 수 있다. 기능적 영역, 예를 들어 사운드 또는 정전 또는 전기역학 필드 상에 작용하는 힘에 응답하여 발생하는 만곡 및/또는 편향 곡선을 수정함으로써, 라우드스피커에 의해 발생된 각각의 마이크로폰 신호 및/또는 각각의 사운드 신호가 설정되고 그리고/또는 조정될 수 있다.
도 10(a)는 기능적 영역(16)의 개략 사시도를 도시하고, 여기서 리세스(34)는 강성 구조체가 도 5(d)에 도시된 바와 같이 허니컴 구조체로서 형성되도록 육각형으로서 형성된다.
도 10(b)는 기능적 영역(16)의 개략 사시도를 도시하고, 여기서 리세스(34)는 도 5(g)에 도시된 바와 같이 둥근 형상을 포함한다.
국부적으로 배열된 강성 구조체는 예를 들어 라우드스피커의 좌굴 플레이트와 같은 좌굴 구조체 내의 기능적 구조체 내로 기계적 응력의 국부적인 삽입 또는 유도를 허용할 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 국부적 강화가 얻어질 수 있다.
도 11은 기판(12) 및 기판에 배열된 기능적 구조체(46)를 포함하는 마이크로기계 구조체(110)의 개략 단면도를 도시한다. 기능적 구조체(46)는 기능적 영역(48) 상에 작용하는 힘(18)에 응답하여 기판(12)에 대해 편향가능한 기능적 영역(48)을 포함한다. 기능적 구조체(46)는 도전성 베이스층(22) 및 강성 구조체(52)를 포함한다. 강성 구조체(52)는 도전성 베이스층(22)을 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료를 포함한다. 대안적으로, 강성 구조체(52)는 또한 도전성 베이스층(22)을 완전히 커버할 수 있어, 예를 들어 균질한 만곡 곡선을 포함하는 강인한 기능적 구조체를 얻는다.
강성 구조체 재료는 적어도 탄소 재료를 포함한다. 탄소 재료의 온도는 강성 구조체(52)의 두께 방향(26)을 따라 변동한다. 가변하는 탄소 농도는 두께 방향을 따라 강성 구조체 재료의 가변하는 강성 및/또는 가변하는 경도를 야기할 수 있다. 예를 들어, 강성 구조체(52)는 실리콘 재료 및/또는 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료, 탄탈 재료 및/또는 탄탈 니트라이드와 같은 이들의 조합을 더 포함할 수 있는데, 즉 강성 구조체는 전술된 바와 같이, Si-C-O-N 화합물을 포함한다.
탄소 농도는 단계적으로 또는 연속적으로 변할 수 있다. 예를 들어, 강성 구조체(52)의 재료는 두께 방향(26)을 따라 2개 이상의 상이한 재료 농도값을 포함할 수 있다. 대안적으로, 두께 방향(26)을 따라, 강성 구조체(52)는 복수의 재료 농도 단차를 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 재료 농도 단차는 5개 초과, 10개 초과 또는 20개 초과의 단차를 포함할 수 있다.
대안적으로, 재료 농도는 두께 방향(26)을 따라 연속적으로 변할 수 있고, 여기서 양 경우, 단계적 또는 연속적 변동에서, 재료 농도값은 단조적으로 증가하거나 감소할 수 있다. 대안적으로, 재료 농도값은 먼저 두께 방향(26)을 따라 증가하거나 감소하고, 그 후에 감소하거나 증가할 수도 있다.
기능적 구조체(46)의 편향의 경우에, 결과적인 기계적 응력은 기능적 구조체(46)의 중립 파이버에서 최소 강도를 포함할 수 있는데, 이 중립 파이버는 기능적 구조체(46)의 두께의 중심에서 가상선일 수 있다.
중립 파이버(54)로부터 두께 방향(26)을 따라 증가된 거리에서, 기계적 응력은 기능적 구조체(46)의 만곡, 신장, 압축 및/또는 편향에 기인하여 증가할 수 있다. Si-C-O-N 화합물의 재료의 가변하는 재료 농도는 상승하는 기계적 응력을 보상하는 것을 허용할 수 있다.
강성 구조체(52)의 최고 경도는 예를 들어, 3, 10 또는 20 GPa일 수 있다. 게다가, 또한 영률은 가변하는 탄소 농도 및/또는 가변하는 재료 농도에 따라 다양할 수 있다. 영률은 예를 들어, 증가된 재료 농도 또는 증가된 탄소 농도로 증가할 수 있고, 100 GPa 초과, 200 GPa 초과, 또는 400 GPa 초과의 값을 포함할 수 있다. 도전성 베이스층의 영률은 60 GPa, 100 GPa 초과 또는 150 GPa 초과의 값을 포함할 수 있다. 따라서, 강성 구조체층의 영률은 예를 들어, 적어도 1.5(예를 들어, 90/60 GPa), 적어도 2(예를 들어, 200/100 GPa) 또는 2.5(예를 들어, 400/100 GPa)의 팩터만큼 영률보다 높을 수도 있다.
강성 구조체(52)는 도전성 베이스층(22)의 경도보다 높은 경도를 포함할 수 있다. 도전성 베이스층의 경도는 예를 들어, 대략 5 GPa, 대략 8 GPa 또는 대략 10 GPa일 수 있다. 강성 구조체의 경도는 예를 들어, 가변하는 재료 농도에 기인하여 두께 방향을 따라 다양할 수 있고, 예를 들어, 3, 10 또는 20 GPa의 값을 포함할 수 있다. 가변하는 경도는 최대값 및 최소값을 가질 수도 있고, 여기서 최고 경도(최대값)는 1.5의 팩터, 2의 팩터 또는 2.5의 팩터만큼 도전성 베이스층(22)의 경도보다 높을 수 있고, 여기서 증가된 탄소 농도는 높은 경도를 유도할 수도 있다.
도 12(a) 내지 도 12(d)는 적어도 하나의 도전성 베이스층 및 적어도 하나의 강성 구조체를 포함하는 기능적 구조체(46)의 개략 측면도를 도시한다. 도 12(a) 내지 도 12(d)는 기능적 구조체(46)의 실리콘 재료의 농도의 가능한 변동을 또한 도시한다. 도전성 베이스층은 실리콘 재료를 포함할 수 있고, 강성 구조체는 예를 들어, 도 11에 설명된 바와 같이, 탄소 재료, 산소 재료, 질소 재료 및/또는 다른 재료(따라서, Si-C-O-N 화합물)를 포함할 수 있다. 실리콘 농도는 탄소 재료(C)로서 예시적으로 나타낸 강성 구조체 재료의 몫으로 정규화된다. 탄소 재료의 농도로 정규화된 실리콘 재료의 몫은 Si/C로서 나타낸다. 실리콘 농도 Si/C에 대한 1의 값은 실리콘 재료가 존재하고 강성 구조체 재료가 전혀 또는 거의 존재하지 않는 영역을 칭한다. 0의 실리콘 농도 Si/C는 단지 또는 거의 유일하게 강성 구조체 재료만이 존재하는 영역을 칭한다.
도 12(a) 내지 도 12(d)에 도시된 플롯은 0 내지 1에서 변하고 있지만, 플롯은 0.05 내지 0.95, 0.1 내지 0.9 또는 임의의 다른 값들과 같은 다른 값들 사이에서 변하는 것이 또한 가능하다. 예를 들어, 실리콘 재료는 실리콘 재료의 몫을 감소시키는 인, 붕소 등과 같은 도핑 재료를 포함하는 도핑된 실리콘 재료일 수 있지만, Si-C-O-N 화합물의 몫은 불변 유지될 수 있다.
도 12(a)는 강성 구조체(52)를 개재하고 있는 제 1 도전성 베이스층(22a) 및 제 2 도전성 베이스층(22b)을 포함하는 기능적 구조체(46)의 개략 측면도를 도시한다. 두께 방향(26)을 따라, 제 2 도전성 베이스층(22b)이 배열되어 강성 구조체(52)에 의해 커버된다. 도전성 베이스층(22a)은 도전성 베이스층(22b)에 대면하는 표면에 대향하는 표면에서 강성 구조체(52)를 커버한다. 도전성 베이스층의 두께는 1 mm 미만, 100 nm 미만 또는 10 nm 미만의 값을 포함할 수 있고, 따라서 0에 가까운 값을 포함할 수 있다.
도 12(a)는 "1", "2" 및 "3"으로서 나타낸 두께 방향(26)을 따라 상이한 재료 농도 변동을 도시하는 플롯을 또한 도시한다. 제 2 도전성 베이스층(22b)에서, 탄소 농도의 값으로 정규화된 실리콘 농도는 1인데, 즉 도전성 베이스층(22b)은 대략 100%의 몫을 갖는 실리콘 재료를 포함한다. 두께 방향(26)을 따라, 탄소 재료, Si-C-O-N 화합물 각각에 대한 실리콘 재료의 몫은 최소값까지 감소된다. 최소값은 0 또는 0.1, 0.15 또는 0.2와 같은 0에 가까운 값일 수 있다. 따라서, 재료 온도, 즉 탄소 농도는 두께 방향을 따라 증가된다. 또한, 두께 방향(26)을 따라, 실리콘 농도는 증가되고, 재료 농도는 감소되어, 플롯 1, 2 및 3이 1의 값을 갖는 실리콘 재료 농도(Si/C)의 방향으로 지향되게 된다.
플롯 1, 2 및 3에 의해 도시된 바와 같이, 농도는 선형으로(플롯 1) 또는 비선형으로(플롯 2 및 3) 변할 수 있다. 플롯 1, 2 및 3은 두께 방향(26)을 따른 재료 농도의 연속적인 변동을 도시한다.
도 12(b)는 제 1 강성 구조체(52a) 및 제 2 강성 구조체(52b)에 의해 개재되어 있는 도전성 베이스층(22)을 포함하는 기능적 구조체(46)의 개략 측면도를 도시한다. 도전성 베이스층(22)은 최소 탄소 농도를 포함하여, 가능한 농도 변동을 도시하는 플롯 1 및 2에 의해 지시된 바와 같이, 도전성 베이스층(22)이 배열되어 있는 영역에서 재료 농도(Si/C)가 최대값을 포함하게 된다. 플롯 1은 재료 농도의 연속적인 변동을 도시하고, 도 12(a)의 플롯 2에 대응할 수 있다. 도 12(b)의 플롯 2는 재료 농도의 단계적 변동을 도시하고, 여기서 실리콘 농도는 도전성 베이스층(22)이 배열되어 있는 영역에서 최대값을 포함한다.
도 12(c)에서, 강성 구조체(52)는 도전성 베이스층(22)에 의해 강성 구조체(52)의 제 1 측에서 커버되어 있다. 도전성 베이스층(22)에 대면하는 제 1 측에 대향하는 강성 구조체(52)의 제 2 측에서, 실리콘 농도는 0 또는 0에 가까운 값을 포함한다. 역두께 방향을 따라, 실리콘 농도가 증가하고, 여기서 증가는 플롯 1, 2 및 3에 대해 도시된 바와 같이, 상이한 변동 레벨 및 선형 및/또는 비선형 농도 변동을 나타낼 수 있다.
도 12(d)는 도전성 베이스층(22)의 제 2 측이 강성 구조체(52)에 의해 커버되어 있는 개략 측면도를 도시한다. 강성 구조체(52)는 도전성 베이스층(22)에 대면하는 측에 대향하는 측에서 최대 탄소 농도를 포함한다.
도 12(a) 내지 도 12(d)는 2개의 층(도 12(a), 도 12(c) 및 도 12(d)) 또는 3개의 층(도 12(b))에 의해 형성된 기능적 구조체(46)를 도시하고 있지만, 대안적으로 강성 구조체(46)는 일체로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 도전성 베이스층(22)에서, 강성 구조체 재료는 강성 구조체 재료의 가변하는 농도를 갖고 배열될 수 있다. 도 12(a) 내지 도 12(d)는 도전성 베이스층(22) 또는 도전성 베이스층(22a, 22b)을 완전히 커버하는 강성 구조체(52)를 도시하고 있지만, 대안적으로 강성 구조체(52)는 도전성 베이스층(들)(22, 22a, 22b) 각각을 단지 부분적으로만 커버할 수도 있다.
달리 말하면, 도 12(a) 내지 도 12(d)는 잠재적인 층 셋업 및 층 조성에 걸친 개략적인 개요를 도시하고 있고, 이 개념은 기능적 구조체의 개념과 조합가능하다. 증착의 유형 및 층 셋업의 유형에 따라, 만곡 곡선에 대한 영향, 인접 등에 기인하는 기계적 응력과 같은 가변하는 영향이 물리적 특성과 관련하여 성취될 수 있다.
도 13은 기능적 구조체(46) 및 백플레이트 전극(54)을 포함하는 마이크로기계 구조체(130)의 개략 단면도를 도시한다. 도 11과 관련하여, 백플레이트 전극(54)은 기판(12)의 부분일 수 있다. 기판(12)은 베이스층(56)을 포함한다. 베이스층(56)은 예를 들어, 실리콘 웨이퍼에 의해 형성될 수 있다. 베이스층(56)에서, 다층 구조체(58)가 배열된다. 다층 구조체(58)는 예를 들어, 테트라에틸 오소실리케이트(TEOS) 층 또는 스택을 포함할 수 있다. 기계적 구조체(130)는 금 재료, 구리 재료 또는 임의의 다른 도전성 재료를 포함할 수 있는 접점(62a 내지 62c)을 포함한다.
접점(62a 내지 62c)은 비아로서 형성되고, 베이스층(56)(접점(62a)), 기능적 구조체(46)(접점(62b), 백플레이트(54)(접점(62c))를 각각 상호융착(interfuse)하도록 구성된다. 백플레이트(54)는 예를 들어, 폴리실리콘 재료에 의해 형성될 수 있다. 따라서, 전압이 기능적 구조체(46), 백플레이트(54) 및/또는 베이스층(56)에 인가될 수 있다.
접점(62b, 62c) 사이에 전압을 인가함으로써, 기능적 구조체(46)와 백플레이트(54)가 상이한 극성의 전하로 하전될 때, 인력(attraction force)(18a)이 백플레이트(54)와 기능적 구조체(46) 사이에 발생될 수 있다. 기능적 구조체(46) 및 백플레이트(54)가 동일한 극성의 전하로 하전될 때, 척력(repelling force)(18b)이 백플레이트(54)와 기능적 구조체(46) 사이에 발생될 수 있다.
기능적 구조체(46)는 백플레이트(54)의 인접 영역(64)에서 백플레이트(54)에 인접하도록 구성될 수 있다. 기능적 구조체(46)는 기판(12)이 기능적 구조체(46)를 클램핑하기 시작하고 그리고/또는 정지하는 기판(12)의 인접부(66a, 66b)에서 기판(12)에 인접하도록 구성될 수 있다. 대안적으로, 백플레이트(54)는 기능적 구조체(46)가 인접 영역(64)에서 기판(12)에 인접하도록 구성되도록 하는 기판(12)의 부분일 수 있다.
마이크로기계 구조체(130)는 사운드 트랜스듀서로서 작동하도록 구성될 수 있다. 기능적 구조체(46)는 따라서 마이크로기계 구조체가 라우드스피커의 부분일 때 음압 및 따라서 사운드를 방출하도록 구성된 멤브레인 구조체일 수 있다.
대안적으로, 음압 레벨과 같은 외력은 전기 신호가 접점(62b, 62c)에서 취득될 수 있도록 인력(18a) 및/또는 척력(18b)을 유도할 수 있다. 예를 들어, 마이크로기계 구조체(130)는 마이크로폰 구조체의 부분일 수 있다.
기능적 구조체(46)에 의해 포함된 강성 구조체는 따라서 영률의 변동으로서 마이크로기계 구조체의 사운드 변환 특성을 설정하도록 구성될 수 있고 그리고/또는 경도는 기능적 구조체(46)의 만곡 곡선을 적응하도록 구성될 수 있고, 따라서 라우드스피커에 의해 방출되는 사운드를 접점(62b, 62c)에서 취득되는 전기 신호를 적응할 수 있다.
대안적으로 또는 부가로, 마이크로기계 구조체(130)는 하나 이상의 다른 기능적 구조체(46)(경사 멤브레인) 및/또는 기능적 구조체(14)(다층 멤브레인) 또는 기능적 구조체(14)를 포함할 수 있다. 기능적 구조체(14)는 예를 들어, 기능적 구조체(46) 대신에 배열될 수 있다. 대안적으로 또는 부가로, 기능적 구조체(14)는 2개의 기능적 구조체가 백플레이트(54)를 개재하여 배열되도록 기능적 구조체(46)에 대향하는 백플레이트(54)의 측에 배열될 수 있고, 여기서 양 기능적 구조체는 각각의 기능적 구조체 상에 작용하는 힘(18a) 및/또는 힘(18b)에 응답하여 편향하도록 구성된다.
기능적 구조체(14 및/또는 46)의 장점은, 공지의 개념에 대조적으로, 멤브레인 구조체가 진동하도록 여기될 수 있는 전압이, 프로세스가 고려되는 한, 단지 이식 도즈(dose) 및 온도에 의한 것 대신에 재료 농도에 의해 제어될 수 있다는 것이다.
달리 말하면, C/N/O 및/또는 다른 재료를 도입할 때, 부가의 자유도가 제조를 위해 성취될 수 있다. 예를 들어, MEMS 마이크로폰 내의 작동 전압 또는 마이크로폰 신호의 전압이 예를 들어, 조정될 수 있다. 본 발명의 일 사상은 그 전기적 및 기계적 특성을 향상시키기 위해, 마이크로기술로 제조된 구조체 상에 Si-C-O-N을 함유하는 층 시스템 및/또는 층을 도포하는 것이다.
기본적으로, Si-C 및/또는 다른 재료를 현장에서, 즉 증착하는 동안 제조 프로세스 내로 일체화하기 위한 2개의 기본적인 접근법이 존재할 수 있다. 접근법들 내에서, 이어서, 전술되어 있는 상이한 유형의 배열이 존재한다.
전술된 층들 및/또는 층 시스템들은 예를 들어, 반응성 PVD, CVD 등과 같은 통상의 증착 프로세스에 의해 제조될 수 있다.
기능적 구조체(46)와 관련하여, 층들을 도포하는 다른 방식은 실리콘, 탄소 재료, 산소 재료 및/또는 질소 재료를 함유하는 경사 멤브레인 또는 전술된 바와 같은 다양한 층을 사용할 수 있고, 이는 층 두께에 걸쳐 재료 농도 함량을 단계적으로 또는 연속적으로 변동하는 것을 허용한다. 이는 더욱 더 구체적으로 층의 특성을 조정하는 것을 허용할 수 있다. 이 제조 방법의 개략적인 플롯이 도 12에 도시되어 있다. 증착의 원리 및 실리콘 및 탄소, 산소 및/또는 질소 재료를 함유하는 경사 멤브레인에서의 성취가능한 장점은 기능적 구조체(14)에 대해 설명된 것과 같은 다층 멤브레인에 유사할 수 있다.
백플레이트 전극(54)과 관련하여 기능적 구조체(46)의 상대 위치는 변동될 수 있다. 멤브레인이 예를 들어 백플레이트(54)에 배열된 카운트 전극 위에, 중심에 또는 아래에서 동작되는지에 따라, 압력 안정성에 관한 상이한 특성이 성취될 수 있다. 증착의 시스템의 특성에 영향을 미치는 것은, 지금까지 주입 및 온도 버젯에 의해서만 제어될 수 있는 현존하는 재료층에 비교할 때 추가의 자유도를 허용한다. 기능적 구조체(14) 및 기능적 구조체(46)의 모두는 MMS 및/또는 MEMS 요소 내에 Si-C-O-N을 함유하는 박막의 조합을 구성하는 Si-C 재료 및/또는 잠재적인 층 셋업의 사용을 허용하고 따라서 공지의 개념과 관련하여 장점을 전개한다.
설명된 바와 같이 층들 및/또는 경사 멤브레인을 사용하는 것은, 예를 들어 멤브레인 또는 만곡 보와 같은 도전성 탈착 구조체의 저항 및/또는 안정성을 증가시키는 것을 허용할 수 있다. 부가적으로, 고착 방지 특성(탄소의 더 낮은 습윤성에 의해 발생됨)의 향상이 성취될 수 있고, 이는 다른 것들 중에서도, 전체 디바이스의 상이한, 신규한, 더 용이한 셋업을 야기할 수 있다. 이는 실리콘 니트라이드(SNIT) 또는 중간 산화물층과 같은 다른 보호층을 공유하는 것을 허용할 수 있다.
MEMS 요소, 특히 D-사운드 디바이스에 대해 사용되는 바와 같은 공지의 폴리-Si 멤브레인에서, 낙하 및 압력 테스트와 같은 안정성의 결절 실험이 일반적이다. 공지의 Si 마이크로폰은 대략 2 bar의 압력차에서 한계를 가질 수 있다. 증가된 강인성은 한편으로는 응력 인가성을 증가시키고 - 일정한 멤브레인 두께를 갖고 -, 다른 한편으로는, 멤브레인 두께 및 따라서 디바이스 내의 진동 질량을 감소시키는 것을 허용할 수 있는데, 이는 응답의 향상 및 부가적으로 SNR의 증가를 야기할 수도 있다. 공지의 폴리실리콘층은 예를 들어, 330 nm 내지 2 ㎛의 두께를 포함할 수 있고, 멤브레인 구조체의 응력 인가성 효과를 향상시키려고 시도하는 특정 디자인을 포함할 수 있다. 강성 구조체의 강성 및/또는 경도를 변동함으로써, Si-C-O-N 재료를 함유하는 부가적으로 도포된 층들은 또한 전압을 조정하기 위해 사용될 수 있다.
또한, 공지의 개념에서 대략 2 bar인 최대 압력 부하가 증가될 수 있다.
도 14(a)는 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)의 개략 블록도를 도시하고, 여기서 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)는 마이크로 기계 구조체(10)를 포함한다. 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)는 음압 레벨과 같은 주위 압력의 변동을 감지하도록 구성될 수 있다. 음압 레벨의 변동은 마이크로 기계 구조체(10)의 기능적 영역이 편향하는 것을 가능하게 할 수 있다. 따라서, 기능적 영역은 음압 레벨에 응답하여 편향가능할 수 있다. 예를 들어, 정전기장이 기능적 영역과 기판 또는 마이크로 기계 구조체(10)에 배열된 백플레이트 전극 사이에 배열될 수 있다. 기능적 영역의 편향은 기능적 영역과 기판, 백플레이트 전극 각각 사이에서 감지 가능한 가변하는 전하 및/또는 전압을 유도할 수 있다.
대안적으로, 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)는 예를 들어, 기능적 영역이 정전 또는 전기역학 필드에 기초하여 편향하여 사운드가 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)에 의해 방출될 수 있도록 정전 또는 전기역학 필드를 인가함으로써, 기능적 영역에서 힘을 인가하도록 구성될 수 있다. 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140a)는 따라서 마이크로폰으로서 또는 라우드스피커로서 작동하도록 구성될 수 있다.
대안적으로 또는 부가로, 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서는 마이크로 기계 구조체(20, 30 또는 130)를 포함할 수 있다.
도 14(b)는 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140b)의 개략 블록도를 도시하고, 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140b)는 마이크로 기계 구조체(10) 대신에 마이크로 기계 구조체(110)를 포함한다. 마이크로 기계 구조체(110)는 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(140b)가 마이크로폰으로서 또는 라우드스피커로서 작동하도록 구성될 수 있도록 도 14(a)의 마이크로 기계 구조체(10)에 대해 설명된 바와 같이 구성될 수 있다.
대안적으로, 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서(110)는 마이크로 기계 구조체(110)에 추가하여 마이크로 기계 구조체(10)를 포함할 수 있다.
도 15는 마이크로기계 구조체를 제조하기 위한 방법(1000)의 개략 흐름도를 도시한다. 방법(1000)은 기판이 제공되는 단계 1100을 포함한다. 방법(1000)은 단계 1200을 더 포함한다. 단계 1200은 기능적 구조체는 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기판과 관련하여 기능적 영역에서 편향가능하도록 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계를 포함한다. 방법(1000)은 단계 1300을 포함한다. 단계 1300에서, 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체는 도전성 베이스층이 기능적 영역을 단지 부분적으로만 커버하고, 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 적어도 탄소 재료를 포함하도록 도전성 베이스층에 증착된다.
방법(1000)의 선택적 단계 1400에서, 강성 구조체가 도전성 베이스층 상에 스택으로서 적어도 2개의 필름 구조체를 갖고 증착되도록 증착이 반복된다. 적어도 2개의 필름 구조체의 각각은 각각의 재료 농도를 갖는 탄소 재료, 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나를 포함하는 강성 구조체 재료를 포함한다. 필름 구조체 중 적어도 하나는 탄소 재료를 포함한다. 금속은 선택적 단계 1500을 더 포함한다. 선택적 단계 1500에서, 강성 구조체의 재료는 사전 규정된 타겟 영역 외부에서 제거된다. 단계 1500은 예를 들어, 증착 중에, 예를 들어 단계 1300 중에, 강성 구조체 재료가 사전 규정된 타겟 영역 외부에 증착되면 실행될 수 있다.
방법(1000)은 예를 들어, 마이크로기계 디바이스(10, 20, 30) 또는 마이크로기계 구조체(130), 기능적 구조체(14)가 배열될 때 및/또는 기능적 구조체(14)를 제조하기 위해 실행될 수 있다.
도 16은 마이크로기계 구조체를 제조하기 위한 방법(2000)의 개략 흐름도를 도시한다. 방법(2000)은 단계 2100을 포함한다. 단계 2100에서, 기판이 제공된다. 방법(2000)은 단계 2200을 포함한다. 단계 2200은 기능적 구조체가 기판에 대해 그리고 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 기능적 영역에서 편향가능하도록 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계를 포함한다.
방법(2000)은 단계 2300을 더 포함한다. 단계 2300은 탄소 재료가 두께 방향을 따라 바로 그 탄소 농도를 포함하도록 기능적 구조체에 강성 구조체를 형성하기 위해 기능적 구조체에 탄소 재료를 포함하는 강성 구조체 재료를 증착하는 단계를 포함한다. 강성 구조체는 강성 구조체가 적어도 부분적으로 도전성 베이스층을 커버하도록 증착된다.
방법(2000)은 예를 들어, 마이크로기계 구조체(110), 마이크로기계 구조체(130) 기능적 구조체(46)가 배열될 때, 및/또는 기능적 구조체(46) 자체를 제조하기 위해 실행될 수 있다.
몇몇 양태는 장치와 관련하여 설명되어 있지만, 이들 양태는 또한 대응 방법의 설명을 표현하고 있고, 여기서 블록 또는 디바이스는 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응한다는 것이 명백하다. 유사하게, 방법 단계와 관련하여 설명된 양태는 또한 대응 블록 또는 대응 장치의 아이템 또는 특징의 설명을 표현한다.
전술된 실시예는 단지 본 발명의 원리를 예시할 뿐이다. 본 명세서에 설명된 배열 및 상세의 수정 및 변형이 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백할 것이라는 것이 이해된다. 따라서, 본 명세서의 실시예의 설명 및 예시로서 제공된 특정 상세에 의해서가 아니라 계류중인 특허 청구범위의 범주에 의해서만 제한되도록 의도된다.

Claims (39)

  1. 마이크로 기계 구조체로서,
    기판과,
    상기 기판에 배열된 기능적 구조체
    를 포함하되, 상기 기능적 구조체는
    기능적 영역-상기 기능적 영역은 상기 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 상기 기판에 대해 편향하도록 구성됨-과,
    도전성 베이스층과,
    상기 도전성 베이스층에 배열되고 상기 기능적 영역에서 상기 도전성 베이스층을 단지 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료(stiffening structure material)를 갖는 강성 구조체
    를 포함하고, 상기 강성 구조체 재료는
    실리콘 재료 및 탄소 재료
    를 포함하되, 상기 강성 구조체의 두께 방향을 따라 변하는 농도를 갖는 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나를 추가 재료로서 더 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 실리콘 재료의 농도의 적어도 1%인 농도를 갖는 탄소 재료를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 추가 재료의 상기 농도는 상기 강성 구조체의 두께 방향을 따라 단계적으로(stepwise) 변하는
    마이크로 기계 구조체.
  6. 마이크로 기계 구조체로서,
    기판과,
    상기 기판에 배열된 기능적 구조체
    를 포함하되, 상기 기능적 구조체는
    기능적 영역-상기 기능적 영역은 상기 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 상기 기판에 대해 편향하도록 구성됨-과,
    도전성 베이스층과,
    상기 도전성 베이스층에 배열되고 상기 기능적 영역에서 상기 도전성 베이스층을 단지 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료(stiffening structure material)-상기 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 탄소 재료를 포함함-를 갖는 강성 구조체
    를 포함하되, 상기 강성 구조체는 상기 도전성 베이스층 상에 스택을 형성하는 적어도 2개의 필름 구조체를 포함하고, 상기 적어도 2개의 필름 구조체의 각각은 각자의 농도를 갖는 탄소 재료, 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나를 포함하는 강성 구조체 재료를 갖고, 상기 적어도 하나의 필름 구조체 재료는 탄소 재료를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 상기 도전성 베이스층 재료의 경도보다 높은 경도를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 강성 구조체가 상기 도전성 베이스층의 제 1 표면 영역에 배열되고, 제 2 강성 구조체가 상기 도전성 베이스층의 제 2 표면 영역에 배열되고, 상기 제 2 강성 구조체는 상기 제 2 표면 영역에서 상기 도전성 베이스층을 단지 부분적으로 커버하고, 상기 제 2 표면 영역은 상기 제 1 표면 영역에 대향하는
    마이크로 기계 구조체.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 구조체의 베이스 영역은 원형 형상, 링 형상, 별 형상, 다각형 형상, 타원형 형상, 허니컴 구조 형상 또는 이들의 조합 중 적어도 일부를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 베이스층에 배열된 복수의 강성 구조체를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기능적 구조체는 멤브레인 구조체이고, 상기 마이크로 기계 구조체는 사운드 트랜스듀서 구조체의 부분인
    마이크로 기계 구조체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 구조체는 상기 기능적 구조체의 인접부(abutting portions)에 배열되고 상기 기능적 영역이 편향할 때 상기 기판에 대해 인접(abut)하도록 구성되는
    마이크로 기계 구조체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 강성 구조체는 상기 마이크로 기계 구조체의 사운드 변환 특성을 설정하도록 구성되는
    마이크로 기계 구조체.
  14. 제 1 항에 따른 마이크로 기계 구조체를 포함하는
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서는 마이크로폰인
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.

  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서는 라우드스피커인
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.
  17. 마이크로 기계 구조체로서,
    기판과,
    상기 기판에 배열된 기능적 구조체
    를 포함하되, 상기 기능적 구조체는
    기능적 영역-상기 기능적 영역은 상기 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 상기 기판에 대해 편향가능함-과,
    도전성 베이스층과,
    상기 도전성 베이스층을 적어도 부분적으로 커버하는 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체
    를 포함하고, 상기 강성 구조체 재료는 상기 강성 구조체의 두께 방향을 따라 가변하는 농도를 포함하는 탄소 재료를 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 상기 두께 방향을 따라 상기 탄소 재료의 상기 농도와 관련하여 복수의 농도값을 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 농도를 갖는 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 하나를 추가 재료로서 더 포함하는
    마이크로 기계 구조체.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 추가 재료의 상기 농도는 상기 두께 방향을 따라 변하는
    마이크로 기계 구조체.
  21. 제 19 항에 있어서,
    상기 추가 재료의 상기 농도는 복수의 단차(steps)를 갖고 단계적으로 변하는
    마이크로 기계 구조체.
  22. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료의 최고 경도는 상기 도전성 베이스층의 재료의 경도보다 높은
    마이크로 기계 구조체.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체의 영률(Young's modulus)은 가변하는 상기 탄소 재료의 상기 농도에 따라 변하는
    마이크로 기계 구조체.
  24. 제 17 항에 있어서,
    제 1 강성 구조체가 상기 도전성 베이스층의 제 1 표면 영역에 배열되고, 제 2 강성 구조체가 상기 도전성 베이스층의 제 2 표면 영역에 배열되고, 상기 제 2 강성 구조체는 상기 도전성 베이스층을 적어도 부분적으로 커버하고, 상기 제 1 표면 영역은 상기 제 2 표면 영역에 대향하는
    마이크로 기계 구조체.
  25. 제 17 항에 있어서,
    상기 기능적 구조체는 멤브레인 구조체의 적어도 일부이고, 상기 마이크로 기계 구조체는 사운드 트랜스듀서 구조체의 부분인
    마이크로 기계 구조체.
  26. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체는 상기 기능적 구조체의 인접부에 배열되고 상기 기능적 영역이 편향할 때 상기 기판에 대해 인접하도록 구성되는
    마이크로 기계 구조체.
  27. 제 17 항에 있어서,
    상기 강성 구조체는 상기 마이크로 기계 구조체의 사운드 변환 특성을 설정하도록 구성되는
    마이크로 기계 구조체.
  28. 제 17 항에 따른 마이크로 기계 구조체를 포함하는
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서는 마이크로폰인
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.
  30. 제 28 항에 있어서,
    상기 마이크로 기계 사운드 트랜스듀서는 라우드스피커인
    마이크로 기계 사운드 트랜스듀서.
  31. 마이크로 기계 구조체 제조 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계와,
    기능적 구조체가 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 상기 기판에 대해 상기 기능적 영역에서 편향가능하도록 상기 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계와,
    상기 도전성 베이스층이 상기 기능적 영역을 단지 부분적으로 커버하도록 상기 도전성 베이스층에 강성 구조체 재료를 갖는 강성 구조체를 증착하는 단계를 포함하되,
    상기 강성 구조체 재료는 실리콘 재료 및 탄소 재료를 포함하고,
    상기 증착은, 상기 강성 구조체가 상기 도전성 베이스층 상의 스택으로서 적어도 2개의 필름 구조체로 증착되도록 반복되고, 상기 적어도 2개의 필름 구조체의 각각은 각자의 농도를 갖는 탄소 재료, 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나를 포함하는 각자의 강성 구조체 재료를 갖고, 상기 적어도 하나의 필름 구조체 재료는 탄소 재료를 포함하는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  32. 제 31 항에 있어서,
    상기 강성 구조체를 증착하는 단계는 물리적 기상 증착 또는 화학적 기상 증착 프로세스를 적용하는 단계를 포함하는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  33. 삭제
  34. 삭제
  35. 제 31 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 상기 강성 구조체의 사전 정의된 타겟 영역의 외부의 영역에 증착되고, 상기 방법은
    상기 사전 정의된 타겟 영역의 외부의 상기 강성 구조체의 재료를 제거하는 단계를 더 포함하는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  36. 마이크로 기계 구조체 제조 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계와,
    기능적 구조체가 기능적 영역 상에 작용하는 힘에 응답하여 상기 기판에 대해 상기 기능적 영역에서 편향가능하도록 상기 기판에 도전성 베이스층을 포함하는 기능적 구조체를 배열하는 단계와,
    탄소 재료가 두께 방향을 따라 가변하는 농도를 포함하도록 상기 기능적 구조체에 강성 구조체를 형성하기 위해 상기 기능적 구조체에 탄소 재료를 포함하는 강성 구조체 재료를 증착하는 단계
    를 포함하되,
    상기 강성 구조체는 상기 도전성 베이스층을 적어도 부분적으로 커버하는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료는 물리적 기상 증착 프로세스 또는 화학적 기상 증착 프로세스에 의해 증착되는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  38. 제 36 항에 있어서,
    상기 강성 구조체 재료의 증착 중에, 각자의 농도를 갖는 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나 및 탄소 재료가 증착되고, 상기 각자의 농도는 두께 방향을 따라 변하며 상기 기능적 영역은 두께 방향을 따라 편향가능한
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
  39. 제 36 항에 있어서,
    상기 증착은 상기 도전성 베이스층 상의 스택으로서 적어도 2개의 필름 구조체의 증착을 포함하고, 상기 적어도 2개의 필름 구조체의 각각은 각자의 농도를 갖는 탄소 재료, 질소 재료, 산소 재료, 티타늄 재료, 몰리브덴 재료 및 탄탈 재료 중 적어도 하나를 포함하는 각자의 강성 구조체 재료를 갖고, 상기 적어도 하나의 필름 구조체 재료는 탄소 재료를 포함하고, 상기 각자의 농도는 적어도 2개의 필름 구조체 사이에서 변하는
    마이크로 기계 구조체 제조 방법.
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