KR20090097942A - 집적 회로-ｍｅｍｓ 플랫폼상에 구조물을 지지하는 검사-질량체 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
기판; 기판상에 제공된 적어도 하나의 반도체층; 구동/감지 회로소자를 가지는 적어도 하나의 칩을 포함하고, 적어도 하나의 반도체층 상에 제공된 회로 영역; 기판에 부착된 지지 구조물; 지지 구조물에 부착된 적어도 하나의 탄성 장치; x, y 및 z-방향 중 적어도 하나의 방향으로 자유롭게 이동하고 적어도 하나의 탄성 장치에 의해 부유된 검사-질량체; 적어도 하나의 탄성 장치상에 제공된 적어도 하나의 상부 전극; 및 초기 커패시턴스가 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이에 발생되도록 적어도 하나의 탄성 장치 아래에 위치한 적어도 하나의 하부 전극를 포함하는 MEMS(micro-electromechanical-system) 장치가 제공되어 있으며, 구동/감지 회로소자, 검사-질량체, 지지 구조물, 적어도 하나의 상부 전극 및 적어도 하나의 하부 전극은 적어도 하나의 반도체층 상에 제조된다.
MEMS 장치, 구동/감지 회로소자, 검사-질량체
Description
본 발명은 미국 출원 11/640,345의 우선권을 주장하며, 본 발명에 그대로 통합되어 있다. 본 발명은 MEMS(micro-electro-mechanical system) 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
MEMS는 집적 센서, 액츄에이터(actuator), 및 집적 회로에 사용된 공정과 유사한 공정으로 제조된 전자제품(electronics)이다. MEMS는 미세가공(microfabrication) 기술을 통해 공통 기판상에 전자제품을 가지는 (센서 및 액츄에이터와 같은) 기계 소자를 집적한다. MEMS는 물리적 매개변수를 전기 신호로 또는 전기신호로부터 물리적 매개변수로 변환하고, 동작을 위해 중요한 방식으로 기계 구조 또는 매개변수에 좌우된다.
MEMS 장치는 물리적 현상을 검출하고 생성하기 위해 구동 회로소자를 가지는 작동 장치(actuation device) 및/또는 감지 회로소자를 가지는 센서를 사용한다. MEMS 센서는 기계적, 열적, 생물학적, 화학적, 광학적 그리고 자기 현상의 임의 결합을 측정함으로써 정보를 수집한다. 이때 전자제품은 센서로부터 유도된 정보를 처리하고, 성능을 형성하는 소정의 결정을 통해 액츄에이터가 반응하도록 유도할 수 있다. 비제한적 반응은 이동, 위치설정, 조정, 펌핑 및 필터링, 이에 의한 소정의 바람직한 결과 또는 목적을 위한 환경을 제어하는 것을 포함한다.
초기 MEMS 장치는 자동차 충돌 에어백 전개 시스템을 위한 가속도계로서 사용되었다. 현재, MEMS 가속도계는 자동차에서 충돌 에어백 전개 시스템을 위한 통상적 가속도계를 빠르게 대신하고 있다. 통상적 접근법은 에어백 가까이에 개별 전자제품을 가지는 차의 전면에 설치된 개별 소자로 이루어진 몇 개의 부피가 큰 가속도계를 사용한다. MEMS는 단일 실리콘 칩 상으로 전자제품 및 가속도계를 집적하는 것을 가능하게 하였다. MEMS 가속도계는 그러므로 훨씬 더 작고, 더 기능적이며, 더 가볍고, 더 신뢰성이 높으며, 통상의 큰 가속도계 소자의 일부 비용을 위해 생산된다.
MEMS는 많은 다른 방식으로 사용될 수 있다. 다른 비제한적 예들은 압력 센서, 마이크로밸브 및 자이로스코프를 포함한다. 이들은 건강 관리, (자동화된 반도체 제조를 포함하는) 산업 자동화, 자동차 시스템(차량 및 스마트 하이웨이(smart highway), 세계 환경 모니터링, 환경 제어, 방어 및 광범위한 소비자 제품을 포함하는 다양한 영역에서의 응용을 가진다.
MEMS 장치는 또한 광섬유 네트워크에서 스위치로서 사용될 수 있다. MEMS 광 스위치는 검사-질량체와 광 통신하는 적어도 하나의 출력 포트 및 검사 질량체와 광통신하는 적어도 하나의 입력 포트를 포함한다. 검사 질량체는 적어도 하나의 입력 포트로부터 적어도 하나의 출력 포트로 광을 유도(direct)한다. 정전 위(electrostatic potential)가 적어도 하나의 상부 및 하부 전극에 인가되는 경우, 검사-질량체가 적어도 하나의 입력 포트로부터 적어도 하나의 출력 포트로 광을 이동하고 유도하도록 하는 정전력이 발생된다. 이때 검사-질량체는 광 경로가 재유도될 필요가 있을 때까지 정지되어 있다. 소정의 실시예에서 검사-질량체는 적어도 하나의 미러(mirror), 적어도 하나의 부분 반사 미러, 및/또는 적어도 하나의 회절 격자를 형성할 수 있다. 검사-질량체는 광의 적어도 한 파장에 투명할 수 있다. 다른 실시예에서 장치는 검사-질량체 상에 배치된 적어도 하나의 광 코팅을 더 포함한다. 적어도 하나의 광 코팅은 적어도 하나의 미러, 적어도 하나의 부분 반사 미러, 및/또는 적어도 하나의 회절 격자를 형성할 수 있다. 적어도 하나의 광 코팅은 도전성이거나 또는 비-도전성일 수 있고, 광의 적어도 한 파장에 투명할 수 있다. 소정의 실시에에서, 입력 및 출력 포트는 광섬유 선일 수 있다. 이들 미러-기반 스위치는 2 차원일 수 있고, 이들은 상하 또는 좌우로 이동하거나, 또는 이들 미러-기반 스위치는 3 차원일 수 있으며, 광범위의 이동에 있어 선회할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 스위치는 단일 칩 상에 수 천 개까지, 하나의 어레이에 이용될 수 있다. 그 결과는 더 신뢰성이 높고 비용 효율적인 단대단(end to end) 포토닉 네트워크(photonic network)이고 최소 성능 감소를 가진다. 추가 응용은 능동 소스(active source), 조정 필터(tunable filter), 가변 광 감쇠기, 및 이득 등화 및 분산 보상 장치를 포함한다.
MEMS 장치는 집적 회로를 위해 사용된 것과 유사한 일괄 제조 기술을 사용하여 제조된다. 미세-기계(micro-mechanical) 소자는 기계 및/또는 전자기계 장치를 형성하기 위해 새로운 구조층을 추가하거나 또는 실리콘 웨이퍼의 일부를 선택적으로 에칭하는 공정을 사용하여 제조된다. MEMS 장치는 검사-질량체 부유 구조(suspended structure)를 사용하는 센서 장치, 및 전형적인 반도체-유형 제조 공정을 사용하여 주로 형성되는 감지 회로소자를 포함할 수 있다. 예시적인 MEMS 제조 기술은 다음의 참고문헌에 설명되어 있으며, 이는 본 발명에 그대로 참조로서 통합되어 있다: John J. Neumann, Jr. & Kaigham J. Gabriel, CMOS - MEMS Membrane for Audio - Frequency Acoustic Actuation, 95 Sensors & Actuators A 175-82(2002); M. Mehregany et al., Integrated Fabrication of Polysilicon Mechanisms, 35 IEEE Transactions on Electron Devices 719-23(1998); Huikai Xie et al., Post - CMOS Processing for High - Aspect - Ratio Integrated Silicon Microstructures, 11 Jounal of Microelectromechanical Systems 93-101(2002); Kaigham J. Gabriel, Engineering Microscopic Machines, 273 Scientific American 118-21(1995); Andrew A. Berlin & Kaigham J. Gabriel, Distributed MEMS : New Challenges for Computation, 4 IEEE Computational Science & Engineering 12-16(1997).
현재 MEMS 장치를 위한 제조 공정은 단일 장치를 제조하기 위해 필요한 개별 단계의 조합 때문에 비효율적이며 비용이 많이 든다. 추가로, 전자 신호 처리가 센서, 액츄에이터 및 집적된 전자제품의 MEMS 안에 점점 사용되는 반면, 현재 MEMS 애플리케이션은 복잡한 액션을 가능하게 하기 위해 단독으로 또는 함께 작업하는 기계 소자와의 적은 상호작용 및 낮은 레벨의 전자-기계 집적을 가지는 점에서 제 한된다. 예를 들어, 전형적인 집적 회로에서, 회로소자 및 검사-질량체 부유 구조는 개별 반도체 층에 형성되어 있다. 전자제품이 집적 회로(IC) 공정 시퀀스(예를 들어, CMOS, 바이폴라(Bipolar), BICMOS 공정)를 사용하여 제조되는 반면, 미세-기계 소자들은 기계 및 전자기계 장치를 형성하기 위해 새로운 구조 층을 추가하거나 또는 실리콘 웨이퍼의 일부를 선택적으로 에칭하는 호환성 "미세기계가공(micromachining)" 공정을 사용하여 제조된다. 그러므로, 온-칩 회로 및 검사-질량체 부유 구조의 통합은 일반적으로 추가적 증착 층을 필요로 하거나 또는 개별 다이(die) 상에 형성된다.
따라서, 더 높은 레벨의 전기-기계 집적을 가지는 MEMS 제품을 위한 필요가 있다. MEMS 장치에 집적 레벨의 증가에 관한 이 요구를 충족시키기 위해, 모노리식(monolithic) 칩 또는 멀티칩 모듈은 발전될 필요가 있다. 이들 모노리식 장치는 감지, 구동, 제어 및 신호 처리 전자제품을 기판상에 보다 적은 층들로 집적할 수 있다. 이 집적은 동일한 제조 및 패킹 공정으로 전자 서브-시스템과 미세-기계 장치를 결합함으로써, 미세-기계 장치들의 성능을 개선할 뿐만 아니라, 이들 장치를 위한 제조, 패킹, 및 계측(instrumentation)의 비용을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 관련 기술의 단점 및 제한에 기인한 문제점들 중 적어도 하나를 실질적으로 제거한 MEMS 장치 및 이의 제조 방법으로 지향되어 있다.
일 실시예에서, 본 발명은 다이가 x, y 및 z-방향 중 적어도 하나의 방향으로 부유된 검사-질량체의 움지임을 감지하거나 또는 발생할 수 있는 단일 모노리식 다이(single monolithic die) 및 이의 제조 방법을 제공하며, 회로 영역을 포함하는 실리콘, 금속 및 산화물층은 MEMS 구조물을 포함하며, 이에 의해 추가 증착할 필요가 없다.
본 발명의 또다른 실시예는 MEMS 장치 및 구동/감지 회로소자를 포함하는 적어도 하나의 칩 모드가 개별 다이 또는 추가 증착된 층을 필요로 하지 않고 기판 상에 적어도 하나의 반도체층의 반도체 다이 상에 적어도 하나의 회로 영역에 하나로 형성되어 있는 모노리식 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예는 검사-질량체, 지지 구조물 및 전극이 구동/감지 회로소자로 동일한 반도체 층에 제조되어 있는 모노리식 MEMS 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 또다른 실시예는 MEMS 장치가 다-축 관성 센서, 기울기 센서, 광 스위치 및 다른 MEMS 응용을 위해 사용될 수 있는 MEMS 장치 및 이의 제조 방법을 제공한다.
이들 이점 및 그 밖의 이점을 달성하기 위해 그리고 본 발명의 목적에 따라, 구현되고 넓게 설명된 바와 같이, MEMS 장치는 적어도 하나의 스프링 또는 탕성 장치에 내장된 적어도 하나의 전극을 가지고, x, y 및 z-방향 중 적어도 하나의 방향으로 자유롭게 이동하고 적어도 하나의 스프링 또는 탄성 장치에 의해 부유되어 있는, 평형 또는 불균형된 검사-질량체를 포함한다. 적어도 하나의 스프링 또는 탄성 장치는 지지 구조물에 부착되어 있고, 지지 구조물은 기판에 부착되어 있다. 검사-질량체, 지지 구조물 및 적어도 하나의 전극은 구동/감지 회로소자로서 동일 반도체 층에 제조된다. 소정의 실시예에서, 적어도 하나의 스프링 또는 탄성 장치 및 지지 구조물은 지지의 네트워크를 형성한다. MEMS는 임의 방향으로 검사-질량체의 이동을 용량적으로 감지하거나 또는 발생한다. 소정의 실시예에서, 방향은 x, y 및 z-방향 중 적어도 하나의 방향을 따른 방향을 포함할 수 있다.
본 발명의 추가적 특징 및 이점은 이하 설명되어 있으며, 일부는 다음으로부터 명백하게 될 것이고, 또는 본 발명의 이행으로 알 수 있다. 본 발명의 목적 및 다른 이점은 첨부된 도면 뿐만 아니라 이하의 설명 및 청구항에 특히 지적된 구조에 의해 실현되고 달성된다.
다음의 상세한 설명 및 앞선 일반적 설명 모두는 단지 예시적이고 설명적인 것이며, 청구된 바와 같이, 본 발명의 또다른 설명을 제공하도록 의도되어 있음이 이해되어야 한다.
본 명세서의 일부를 구성하고 본 명세서에 통합되어 있으며 본 발명을 더 잘 이해하기 위해 포함되어 있는, 첨부한 도면은 본 발명의 기본 원리를 설명하기 위해 상세한 설명과 함께 본 발명의 실시예를 설명한다.
도 1a는 절연층과 도전층을 더 포함하는 기계 층을 포함하는 스프링에 의해 지지되는 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다;
도 1b는 명료함을 위해 생략된 적어도 하나의 상부 전극 및, 앵커 스프링(anchor spring)을 가지는 도 1a에 도시된 실시예에 관한 평면도이다;
도 2a는 음의 z-방향에서의 가속도 또는 외부 힘 Fz에 반응하여 이동하는 스프링-지지 검사-질량체의 실시예에 대한 단면도이다;
도 2b는 스프링에 의해 정의된 평면에 위치한 질량체의 검사-질량체 중심을 가지고, 양의 x 방향으로 외부 힘 또는 가속도에 반응하여 이동하는 스프링-지지 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다;
도 2c는 스프링에 의해 정의된 평면 외부에 위치한 질량체의 검사-질량체 중심을 가지고, 양의 x-방향으로 외부 힘 또는 가속도에 반응하여 이동하는 스프링-지지된 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다;
도 3은 영역 C 안의 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극 사이에 발생된 정전력에 반응하여 이동하는 스프링-지지된 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다.
도 4는 다이 및 기판에 고정된(anchored) 다수의 세트의 스프링에 의해 부유된 검사-질량체의 실시예에 관한 상부도이다;
도 5a는 4 개의 과이동 멈추개(over-travel stop)에 의해 둘러싸이고 다수의 세트의 스프링에 의해 부유된 검사-질량체의 실시예에 관한 상부도이다; 그리고
도 5b는 기판에 고정된 과-이동 멈추개에 의해 둘러싸이고 스프링에 의해 부유된 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 참고하며, 본 발명의 예는 수반하는 도 면에 설명되어 있다.
도 1a는 도전층(136) 및 절연층(134)을 더 포함하는 기계층(132)을 포함하는 스프링(130)에 의해 지지되는 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 단면도이다. 적어도 하나의 스프링(130) 아래의 적어도 하나의 하부 도전 전극(150)은 검사-질량체(120)을 활성화하는데 사용될 수 있거나 또는 외부 힘 또는 운동에 반응하는 검사-질량체(120)의 이동(mpvement)을 감지하는 데 사용될 수 있다. 구동/감지 회로소자(도시되지 않음)는 기판(110) 상에 위치하고 적어도 하나의 스프링(130)과 동일한 시간에 제조된다. 검사-질량체 시스템(100)은 임의의 형상일 수 있고 임의 개수의 영역으로 분할될 수 있다. 도시된 실시예에서, 검사-질량체 시스템(100)은 4 개의 영역(A, B, C, 및 D)을 정의하는 상부 및 하부 도전 전극(140, 150)의 4 개의 유일 세트를 가진다. 영역 A 및 C는 도 1a에 도시되어 있다.
검사-질량체(120)는 실리콘, 폴리실리콘, 반도체 유전 물질(들), 또는 금속 전체로 또는 이들의 일부로 형성된 영역을 기판(110)으로부터 분리함으로써 형성된다. 소정의 실시예에서, 검사-질량체(120)는 기판(110)보다 더 크지 않은 두께를 가진다. 검사-질량체(120)는 표준 MEMS 에칭 기술을 사용하여 기판(110)으로부터 해제될 수 있다. 2 개의 에칭 기술은 습식 에칭 및 건식 플라즈마 에칭이다. MEMS 에칭 기술은 검사-질량체(120)의 요구된 구조가 달성될 때까지 기판(110)으로부터 재료의 제거를 포함할 수 있다. 일단 해제되면, 어떠한 또다른 공정 에칭도 검사-질량체(120)에 적용되지 않는다. 검사-질량체(120)는 임의 형태로 형성될 수 있다. 검사-질량체(120)는 해제 공정 동안 또는 전에 형성될 수 있다. 소정의 실시예에 서, 검사-질량체(120)의 형태는 해제 공정에 의해 정의된다. 검사 질량체(120)의 상부 표면(122) 및/또는 다른 표면은 금속 및 산화물 층의 결합을 가질 수 있고, 특정 응용에 따라 추가적 코팅을 가질 수 있다.
소정의 실시예에서, 검사-질량체(120)는 적어도 하나의 탄성 장치에 의해 부유된다. 적어도 하나의 탄성 장치는 적어도 하나의 도전층(136)을 포함한다. 적어도 하나의 도전층(136)을 둘러싼 재료의 일부 또는 모두를 제거한다. 적어도 하나의 도전층(136)을 둘러싼 남아있는 재료는 적어도 하나의 절연층(134)을 형성한다. 적어도 하나의 탄성층 아래의 재료가 제거된다면, 적어도 하나의 탄성 장치는 x, y, 및 z-방향으로 자유롭게 움직인다. 적어도 하나의 앵커(128)는 적어도 하나의 탄성 장치와 검사-질량체(120) 사이의 기계적 연결을 수립한다. 적어도 하나의 앵커(128)과 적어도 하나의 탄성 장치 사이의 기계적 연결은 표준 MEMS 에칭 기술을 사용하여 적어도 하나의 탄성 장치의 적어도 하나의 도전층(136)에 적어도 하나의 앵커(128)을 형성함으로써 수립된다.
소정의 실시예에서, 스프링(130)은 탄성 장치로서 사용될 수 있다. 소정의 다른 실시예에서, 스프링(130)은 스프링 지지물의 네트워크를 형성한다. 스프링(130)은 구불구불한 루프(serpentine loop), 메쉬 패턴(mesh pattern), 게다리 모양의 굴곡부(flexure), 구부러진 굴곡부 또는 단순보(simple beam)을 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 스프링(130)의 영역은 특정 방향으로의 이동 또는 힘에 반응하도록 설계될 수 있다. 스프링(130)은 기계층(132) 및 적어도 하나의 도전 전극(136)을 포함할 수 있다. 기계층(132)은 다음 중 임의 또는 모두를 포함할 수 있다: 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이의 단락을 방지하기 위해, 실리콘 산화물 및/또는 실리콘 질화물, 또는 다른 반도체 유전 물질(들)과 같은 절연층(134); 및 적어도 하나의 상부 도전층(140)으로부터 전기적으로 졀연될 수 있는 폴리실리콘 또는 급속으로 이루어진 도전층(136). 기계층(132)은 적어도 하나의 하부 도전 전극(150) 위에 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)을 부유하는 동안 (도시되지 않은) 다이(die)에 검사-질량체(120)를 연결한다.
도 1a에 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)은 적어도 하나의 도전층(136) 아래에 위치한다. 상부 도전 전극(140)은 (도시되지 않은) 절연 물질로 싸여질 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로서 기능할 수 있다. 다른 실시예에서, 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)은 전혀 존재하지 않는다. 상부 및 하부 도전 전극(140, 150)은 금속 및/또는 폴리실리콘으로 형성될 수 있거나, 또는 기판(110) 내의 도핑된 영역으로서 형성될 수 있다. 에어 갭(air gap)은 스프링(130) 및 적어도 하나의 하부 전극(150)을 분리한다. 에어 갭은 스프링(130) 아래에 실리콘, 폴리실리콘 및/또는 반도체 유전 물질(들)을 에칭함으로써 생성될 수 있다. 적어도 하나의 하부 도전 전극(150)은 스프링(130) 아래에 위치하고 있다. 초기 커패시턴스 C0은 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이에 발생된다. 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이의 초기 커패시턴스 C0는 인가된 힘의 방향에 따라 감소하거나 또는 증가할 수 있다.
이 커패시턴스는 (도시되지 않은) 온-칩 전자제품을 이용하여 차동으로 감지된다. 온칩 전자제품 및 MEMS 구동/감지 회로소자는 기생 커패시턴스를 감소시키기 위해 동일 층들에 제조된다. 기생 커패시턴스는 전기 에너지로 기계 에너지의 용량성 센서/액츄에이터 변환 및 이 반대의 변환의 효율성을 감소시킨다. 동일 층들에서의 온-칩 전자제품 및 MEMS 구동/감지 회로소자를 제조함으로써, 전자-기계 인터페이스는 기계 구조가 개별 다이 상에 제조되었던 것보다, 또는 구동/감지 회로소자에 사용되지 않은 층들과 더 단단히 결합된다. 이 더 단단한 결합은 기계 구조물을 형성하기 위해 추가 층들 또는 개별 다이들을 사용하여 달성가능한 것 이하의 레벨로 온-칩 전자제품 입력/출력과 MEMS 구동/감지 회로소자 사이의 기생 커패시턴스를 감소시킨다.
도 1b는 명료함을 위해 생략된 앵커(128), 스프링(130) 및 적어도 하나의 상부 전극(140)을 가지는 도 1a에 도시된 실시예에 관한 평면도이다. 검사-질량체(120), 검사-질량체 상부 표면(122), 기판(110)의 일부로 분리된 적어도 하나의 하부 전극(150)의 영역 A, B, C 및 D를 나타낸다. 도시된 검사-질량체 시스템(100)이 4 개의 영역(A, B, C 및 D)을 정의하는 상부 및 하부 도전 전극(140, 150)의 4 개의 유일 세트를 가지더라도, 검사-질량체 시스템(100)은 임의 형태일 수 있으며 임의 개수의 영역으로 분할될 수 있다.
도 2a는 음의 z-방향에서 외부 힘 Fz 또는 가속도에 반응하여 이동하는 스프링-지지된 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 단면도이다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로 기능한다. 적 어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이의 초기 커패시턴스 C0는 인가된 힘의 방향에 따라 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 부유된 검사-질량체(120) 및 스프링(130)은 기판(110)으로부터 떨어져 이동한다. 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이의 거리가 증가함에 따라, 적어도 하나의 상부 및 하부 도전성 전극(140, 150) 사이의 커패시턴스는 모든 4 개의 영역에서 감소한다. 이들 변화는 기판(110)상에 위치한 (도시되지 않은) 전자제품에 의해 감지될 수 있다. 이들 커패시턴스의 공통 모드 합(common mode sum)은 힘 Fz의 z-성분을 나타낸다. x 및 y-성분을 나타내는 차동 항이 0으로 상쇄함에 따라, 어떠한 차동 신호도 x 및 y-방향에서 생성되지 않는다. 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150)의 배열은 단지 예시적인 것이며 도시된 배열에 제한되지 않는다. 또다른 실시예에서, 음의 z-방향에서의 힘 Fz는 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이의 거리가 음의 z-방향에서의 힘에 반응하여 감소하는 배열을 사용하여 모든 4 개의 영역에서의 커패시턴스에서의 증가에 의해 감지될 수 있다.
도 2b는 스프링(130)에 의해 정의된 평면에 위치한 질량체의 검사-질량체(120) 중심을 가지며, 양의 x-방향에서의 외부 힘 Fx 또는 가속도에 반응하여 이동하는 스프링-지지 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 단면도이다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로 기능한다. 스프링(130)에 의해 정의된 평면에 위치한 질량체의 검사-질량체(120) 중심 으로, 양의 x-방향에서의 힘 Fx 또는 가속도는 양의 x-방향에서의 검사-질량체(120)의 측방향 이동을 발생한다. 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이의 초기 커패시턴스 C0는 인가된 힘의 방향에 따라 증가하거나 또는 감소한다. 도 2b에서 영역 A에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이의 영역이 감소함에 따라 커패시턴스는 영역 A에서 감소하고, 영역 C에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이의 영역이 증가함에 따라 커패시턴스는 영역 C에서 증가한다. 이들 변화는 기판(110) 상에 위치한 (도시되지 않은) 전자제품에 의해 차동으로 감지될 수 있다. 도 2b에 도시된 힘 Fx로의 어떠한 y-성분 또는 z-성분도 없기 때문에, (도 1b에 도시된) 영역 B 및 D에서의 커패시턴스로의 임의의 변화는 차동으로 0으로 상쇄한다. 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150)의 배열은 단지 예시적인 것이며, 도시된 배열에 제한되지 않는다. 또다른 실시예에서, 영역 A에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150)이 증가하도록 하고 영역 C에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150)이 감소하도록 하는 배열을 사용하며, 양의 x-방향에서의 이동은 영역 A의 커패시턴스에서의 증가 및 영역 C의 커패시턴스에서의 감소에 의해 감지될 수 있다.
도 2c는 스프링(130)에 의해 정의된 평면 밖에 위치한 질량체의 검사-질량체 중심(120)을 가지고, 양의 x-방향으로 외부 힘 Fx 또는 가속도에 반응하여 이동하는 스프링-지지된 검사-질량체에 관한 실시예의 단면도이다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로 기능한다. 스프 링(130)에 의해 정의된 평면 외부에 위치한 질량체의 검사-질량체(120) 중심으로, 양의 x-방향에서의 힘 Fx 또는 가속도는 양의 x-방향에서의 검사-질량체(120)의 측방향 이동뿐만 아니라, 검사-질량체(120)의 회전을 발생한다. 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이에 발생된 초기 커패시턴스 C0는 영역 A에서 감소하고 영역 C에서 증가한다. 이들 변화는 기판(110) 상에 위치한 (도시되지 않은) 전자제품에 의해 차동으로 감지될 수 있다. 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150)의 배열은 단지 예시적인 것이며, 도시된 배열에 제한되지 않는다. 또다른 실시예에서, 양의 x-방향에서의 이동은 영역 A에서의 커패시턴스의 증가 및 영역 C에서의 커패시턴스의 감소에 의해 감지될 수 있다. 도 2c에 도시된 힘에 대한 어떠한 y 및 z-성분도 없음에 따라, (도 1b에 도시된) 영역 B 및 D의 커패시턴스에 대한 임의 변화는 0으로 차동적으로 상쇄한다.
도 3은 영역 C에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 도전 전극(140, 150) 사이에 발생된 정전력에 반응하여 이동하는 스프링-지지된 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 단면도이다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로 기능한다. 정전력은 부유된 검사-질량체(120)를 이동하는데 사용될 수 있다. 정전력은 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이의 정전위를 생성함으로써 발생된다. 도시된 실시예에서, 적어도 하나의 도전층(136)은 또한 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)으로 기능한다. 적어도 하나의 상부 도전 전극(140)이 적어도 하나의 하부 전극(150)을 향하여 끌어 당겨지는 경 우 적어도 하나의 상부 전극(140)은 절연 기계 층(13)으로 싸여진다. 도시된 실시예에서, 영역 C에서의 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이에 생성된 정전위는 부유된 검사-질량체(120)을 회전하고 이를 양의 x-방향으로 측방향으로 이동하는, 음의 z-방향에서의 정전력을 발생한다. 도 3에서의 이동은 단지 예시적인 것이며, 도시된 것에 제한되지 않는다. 정전위는 임의 방향으로 검사-질량체(120)을 회전하고/하거나 이동시킬 수 있는 정전력을 발생하기 위해 다른 조합으로 적어도 하나의 상부 및 하부 전극(140, 150) 사이에서 생성될 수 있다. 소정의 실시예에서, 회전 및/또는 이동은 x, y 및 z-축 중 적어도 하나의 축을 따른 방향을 포함할 수 있다.
도 3에 도시된 실시예는 하나의 섬유로부터 또다른 섬유로 광(200)을 유도하도록 광 스위치로서 기능할 수 있다. 검사-질량체(120) 상에 배치된 적어도 하나의 광 코팅(124)은 광 응용을 위해 광(200)을 유도한다. 적어도 하나의 광 코팅(124)은 도전성이거나 비-도전성일 수 있다. 적어도 하나의 광 코팅(124)은 반사 미러, 부분 반사 미러를 형성할 수 있거나, 또는 회절 격자를 형성하기 위해 슬릿(slit)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광 코팅(124)은 특정 광 파장에 광학적으로 투명할 수 있다. 검사 질량체(120) 상부 표면(122) 상에 배치된 적어도 하나의 광코팅(124)으로 도시되더라도, 적어도 하나의 광 코팅(124)은 상부 표면(122)의 일부 상에만, 검사-질량체의 또다른 표면상에, 또는 검사-질량체(120)의 또다른 표면의 일부 상에 배치될 수 있다. 다른 실시예에서, 검사-질량체(120)는 광(200)을 유도하기 위해 광 코팅(124)과 통신하는데 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 검사-질 량체(120)는 광(200)을 유도하고, 광 코팅(124)은 요구되지 않는다.
광 스위치는 검사-질량체(120)와 광통신하는 적어도 하나의 입력 포트(210), 및 검사-잘량체(120)와 광통신하는 적어도 하나의 출력 포트(220)를 포함한다. 검사-질량체(120)가 이동하는 경우, 적어도 하나의 출력 포트(220)로 광(200)을 유도한다. 검사-질량체(120)는 광(200)을 재유도할 필요가 있을 때까지 정지한 체로 있다. 검사-질량체(120)는 다시 광(200)을 재유도하기 위해 이동한다. 적어도 하나의 입력 포트(210) 및 적어도 하나의 출력 포트(220)의 위치 및 개수는 단지 예시적인 것이며, 적어도 하나의 광 코팅(124) 및/또는 검사-질량체(120)와 광 통신하는 한 다른 실시예에서 변할 수 있다. 몇 실시예에서, 적어도 하나의 입력 및 적어도 하나의 출력 포트(210, 220)는 적어도 하나의 광 코팅(124) 및/또는 검사-질량체(120)와의 광 통신하는 광 섬유 선일 수 있다. 이들 광 스위치는 2-차원일 수 있으며, 이들은 상하 또는 좌우로 이동하고, 또는 광 스위치는 3-차원일 수 있으며, 이들은 광 범위의 이동에서 선회할 수 있다. 다른 실시예에서, 광 스위치는 단일 칩 상에 수천에 달하며, 어레이에 이용될 수 있다. 그 결과 더 신뢰성이 높으며 비용면에서 효율적이고, 최소 성능 감소를 가지는 단대단 포토닉 네트워크이다.
도 4는 기판(110) 및 (도시되지 않은) 다이에 고정되어 있는 다수 세트의 구불구불한 루프(serpentine loop) 스프링(130)에 의해 부유된 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 상부도이다. 이 실시예에서, 검사-질량체(120)의 영역 A 및 C에서의 스프링(130)은 x 및 z-방향을 따른 힘에 반응하도록 설계되어 있는 반면, 영역 B 및 D에서의 스프링(130)은 y 및 z-방향을 따른 힘에 반응한다. 이 도 4에서의 스프 링(130)의 분배는 단지 예시적인 것이며, 도시된 분배에 제한되지 않는다. 스프링(130)은 특정 응용에 따라 다른 방법으로 분배되고 분류될 수 있다. 소정의 실시예에서, 검사-질량체(120)는 각 측면에 적어도 하나의 스프링(130)을 포함한다. 다른 실시예에서, 2 개의 이상의 스프링은 각 측면상에 사용될 수 있다. 다른 실시예에서, 특정 측면에 사용된 스프링의 개수는 대향하는 측면 또는 인접한 측면 상에 사용된 스프링의 개수와 동일하거나 또는 다를 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)을 가지는 본 발명의 실시예를 나타내다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)는 검사-질량체(120)가 작동 한계를 넘어서 이동하는 것을 방지한다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)는 금속, 폴리실리콘 및/또는 임의 반도체 유전 물질(들)로 형성될 수 있고, 홀(hole)을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)는, 적어도 하나의 탄성 장치와 동일한 방식으로, 적어도 하나의 탄성 장치와 동시에 제조된다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)의 일부는 기판(110)에 고정되어 있고 해제되어 있지 않다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)의 다른 부분은 적어도 하나의 탄성 장치와 동일한 방식으로 해제되어 있다. 소정의 실시예에서, 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)는 적어도 하나의 도전층을 포함할 수 있다. 적어도 하나의 도전층은 검사-질량체(120)의 해제 동안 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)를 보호한다. 제거되는 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)의 일부에서 적어도 하나의 도전층을 둘러싸는 재료는 제거되는 반면, 적어도 하나의 도전층 및 적어도 하나의 도전층 아래의 임의 절연 재료가 남아 있다.
도 5a는 4 개의 과-이동 멈추개(160)에 의해 둘러싸이고 다수의 세트의 구불구불한 루프 스프링(130)에 의해 부유된 검사-질량체(120)의 실시예에 관한 평면도이다. 과-이동 멈추개(160)의 위치 및 양은 단지 예시적인 것이며 도시된 위치 및 양에 제한되지 않는다. 예로서, 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)는 도 5a에 도시된 바와 같이 검사-질량체(120)의 적어도 하나의 모서리 에지에 삽입될 수 있다. 과-이동 멈추개(160)는 검사-질량체(120)이 x 또는 y 방향으로 너무 멀리 이동하는 것을 방지하기 위해 검사-질량체(120)의 모서리 에지에 위치한다. 과-이동 멈추개(160)는 기판(110)에 고정되어 검사-질량체(120)가 이들을 누르는 경우 이동하지 않는다. 적어도 하나의 과-이동 멈추개(160)의 해제부는 검사-질량체(120)의 일부 위에 위치하며 검사 질량체(120)가 양의 z-방향으로 너무 멀리 이동하는 것을 방지한다. 기판(110)은 스프링(130)이 음의 z-방향에서 너무 멀리 이동하는 것을 방지한다.
도 5b는 기판에 고정된 과-이동 멈추개에 의해 둘러싸이고 스프링에 의해 부유된 검사-질량체의 실시예에 관한 단면도이다. 과-이동 멈추개(160)는 검사-질량체(120)의 일부 상에 부상하고(float) 과-이동 멈추개(160)가 부분적으로 검사-질량체(120)을 겹치는 경우 표면으로부터 너무 멀리 이동하는 것을 방지한다. 과-이동 멈추개(160)의 위치 및 양은 단지 예시적인 것이며, 도시된 양 또는 위치에 제한되지 않는다.
본 발명의 내용에 포함되어 있음.
Claims (44)
- 기판;기판 상에 제공된 적어도 하나의 반도체층;구동/감지 회로소자를 가지는 적어도 하나의 칩을 포함하고, 적어도 하나의 반도체층 상에 제공된 회로 영역;기판에 부착된 지지 구조물;지지 구조물에 부착된 적어도 하나의 탄성 장치;x, y 및 z-방향 중 적어도 하나의 방향으로 자유롭게 이동하고 적어도 하나의 탄성 장치에 의해 부유된 검사-질량체;적어도 하나의 탄성 장치상에 제공된 적어도 하나의 상부 전극; 및초기 커패시턴스가 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이에 발생되도록 적어도 하나의 탄성 장치 아래에 위치한 적어도 하나의 하부 전극를 포함하고,구동/감지 회로소자, 검사-질량체, 지지 구조물, 적어도 하나의 상부 전극 및 적어도 하나의 하부 전극은 적어도 하나의 반도체층 상에 제조되는 MEMS(micro-electromechanical-system) 장치.
- 제 1 항에 있어서,MEMS 장치는 단일 모노리식 다이인 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,회로 영역은 실리콘, 금속 및 산화물 층을 포함하는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,검사-질량체의 상부 표면은 적어도 하나의 금속층 및 적어도 하나의 산화물층을 포함하는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,기판에 고정되고 검사-질량체를 부유하는 적어도 하나의 스프링을 더 포함하는 MEMS 장치.
- 제 5 항에 있어서,적어도 하나의 스프링 및 적어도 하나의 하부 전극은 적어도 하나의 하부 전극에서 적어도 하나의 스프링을 분리하는 에어 갭을 더 형성하는 MEMS 장치.
- 제 5 항에 있어서,적어도 하나의 스프링은 구불구불한 루프, 메쉬 패턴, 게다리 모양의 굴곡부, 구부러진 굴곡부 또는 단순보 중 하나를 포함하는 MEMS 장치.
- 제 5 항에 있어서,적어도 하나의 스프링은 적어도 하나의 기계층 및 적어도 하나의 도전층을 포함하는 MEMS 장치.
- 제 8 항에 있어서,적어도 하나의 도전층은 적어도 하나의 상부 전극으로 기능하는 MEMS 장치.
- 제 8 항에 있어서,적어도 하나의 기계층은 적어도 하나의 하부 전극 위에 적어도 하나의 상부 전극을 부유하는 동안 기판에 검사-질량체를 연결하는 MEMS 장치.
- 제 10 항에 있어서,적어도 하나의 기계층은 적어도 하나의 상부 전극으로부터 적어도 하나의 도전층을 전기적으로 절연하는 적어도 하나의 절연층을 더 포함하는 MEMS 장치.
- 제 10 항에 있어서,적어도 하나의 기계층은 적어도 하나의 하부 전극으로부터 적어도 하나의 상부 전극을 전기적으로 절연하는 적어도 하나의 절연층을 더 포함하는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,검사-질량체의 에지(edge)에 배치되고 기판에 고정된 적어도 하나의 과-이동 멈추개를 더 포함하는 MEMS 장치.
- 제 13 항에 있어서,적어도 하나의 과-이동 멈추개는 검사-질량체의 일부 위에 배치되는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 초기 커패시턴스는 검사-질량체에 인가된 힘에 반응하여 변하는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,초기 커패시턴스의 변화는 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 거리의 변화로 인한 결과인 MEMS 장치.
- 제 16 항에 있어서,적어도 하나의 도전층은 적어도 하나의 상부 전극으로 기능하는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,초기 커패시턴스의 변화는 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 중복 영역의 변화로 인한 결과인 MEMS 장치.
- 제 18 항에 있어서,적어도 하나의 도전층은 적어도 하나의 상부 전극으로 기능하는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,초기 커패시턴스의 변화는 구동/감지 회로소자에 의해 감지되는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향을 따라 부유된 검사-질량체의 이동을 감지하는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향을 따라 부유된 검사-질량체의 관성(inertia)의 변화를 감지하는 MEMS 장치.
- 제 15 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향을 따라 부유된 검사-질량체의 기울기를 감지하는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,힘은 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 정전위의 생성에 의해 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향으로 부유된 검사-질량체에 인가되는 MEMS 장치.
- 제 24 항에 있어서,검사-질량체에 인가된 힘은 검사-질량체가 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향으로 이동하도록 하는 MEMS 장치.
- 제 24 항에 있어서,검사-질량체에 인가된 힘은 검사-질량체가 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향을 따라 기울도록 하는 MEMS 장치.
- 제 24 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 정전위를 발생하는 MEMS 장치.
- 제 1 항에 있어서,힘은 적어도 하나의 도전층과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 정전위의 생성에 의해 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향으로 부유된 검사-질량체에 인가되는 MEMS 장치.
- 제 28 항에 있어서,검사-질량체에 인가된 힘은 검사-질량체가 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향으로 이동하도록 하는 MEMS 장치.
- 제 28 항에 있어서,검사-질량체에 인가된 힘은 검사-질량체가 x, y 및 z-방향 중 적어도 한 방향을 따라 기울도록 하는 MEMS 장치.
- 제 24 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이의 정전위를 발생하는 MEMS 장치.
- 제 24 항에 있어서,검사-질량체와 광통신하는 적어도 하나의 입력 포트; 및검사-질량체와 광통신하는 적어도 하나의 출력 포트를 더 포함하고,검사-질량체는 적어도 하나의 입력 포트에서 적어도 하나의 출력 포트로 광 파장을 유도하는 MEMS 장치.
- 제 32 항에 있어서,MEMS 장치가 광 스위치인 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,구동/감지 회로소자는 적어도 하나의 상부 전극과 적어도 하나의 하부 전극 사이에 정전위를 발생하는 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,MEMS 장치는 어레이에 이용된 복수의 것 중 하나인 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,검사-질량체는 적어도 하나의 반사 미러를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,검사-질량체는 적어도 하나의 부분 반사 미러를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,검사-질량체는 적어도 하나의 회절 격자를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,검사-질량체는 광의 적어도 한 파장에 투명한 MEMS 장치.
- 제 33 항에 있어서,검사-질량체 상에 배치된 적어도 하나의 광 코팅을 더 포함하는 MEMS 장치.
- 제 40 항에 있어서,적어도 하나의 광 코팅은 적어도 하나의 반사 미러를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 40 항에 있어서,적어도 하나의 광 코팅은 적어도 하나의 부분 반사 미러를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 40 항에 있어서,적어도 하나의 광 코팅은 적어도 하나의 회절 격자를 형성하는 MEMS 장치.
- 제 40 항에 있어서,적어도 하나의 광 코팅은 광의 적어도 한 파장에 투명한 MEMS 장치.
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| DE102007046017B4 (de) * | 2007-09-26 | 2021-07-01 | Robert Bosch Gmbh | Sensorelement |
| US8096182B2 (en) * | 2008-05-29 | 2012-01-17 | Freescale Semiconductor, Inc. | Capacitive sensor with stress relief that compensates for package stress |
| US8186220B2 (en) * | 2009-03-09 | 2012-05-29 | Freescale Semiconductor, Inc. | Accelerometer with over-travel stop structure |
| US8362578B2 (en) * | 2009-06-02 | 2013-01-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Triple-axis MEMS accelerometer |
| US8106470B2 (en) * | 2009-06-09 | 2012-01-31 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | Triple-axis MEMS accelerometer having a bottom capacitor |
| TW201109267A (en) * | 2009-09-08 | 2011-03-16 | Jung-Tang Huang | A general strength and sensitivity enhancement method for micromachined devices |
| DE102009045428B4 (de) | 2009-10-07 | 2019-06-19 | Robert Bosch Gmbh | Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil und mikromechanisches Bauteil |
| JP5486271B2 (ja) * | 2009-11-17 | 2014-05-07 | ラピスセミコンダクタ株式会社 | 加速度センサ、及び加速度センサの製造方法 |
| US8604663B2 (en) | 2010-11-15 | 2013-12-10 | DigitalOptics Corporation MEMS | Motion controlled actuator |
| US8337103B2 (en) * | 2010-11-15 | 2012-12-25 | DigitalOptics Corporation MEMS | Long hinge actuator snubbing |
| US8608393B2 (en) * | 2010-11-15 | 2013-12-17 | DigitalOptics Corporation MEMS | Capillary actuator deployment |
| US8643937B2 (en) * | 2010-11-16 | 2014-02-04 | Imec | Diffractive optical nano-electro-mechanical device with reduced driving voltage |
| US9571008B2 (en) | 2011-06-28 | 2017-02-14 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | Out-of plane travel restriction structures |
| US8978475B2 (en) * | 2012-02-01 | 2015-03-17 | Fairchild Semiconductor Corporation | MEMS proof mass with split z-axis portions |
| DE102012206612A1 (de) * | 2012-04-23 | 2013-10-24 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Optisches Bauelement zur Führung eines Strahlungsbündels |
| DE102012223605A1 (de) * | 2012-12-18 | 2014-06-18 | Robert Bosch Gmbh | MEMS-Bauelement zum Erzeugen von Druckpulsen |
| CN110058051B (zh) | 2014-12-11 | 2021-08-06 | 意法半导体股份有限公司 | 具有减少漂移功能的z轴微机电检测结构 |
| US9638712B2 (en) * | 2015-01-22 | 2017-05-02 | Nxp Usa, Inc. | MEMS device with over-travel stop structure and method of fabrication |
| US9681243B2 (en) | 2015-06-17 | 2017-06-13 | Robert Bosch Gmbh | In-plane overtravel stops for MEMS microphone |
| TWI610880B (zh) * | 2015-09-22 | 2018-01-11 | 村田製作所股份有限公司 | 半撓性的驗證質量 |
| EP3147258A1 (en) * | 2015-09-22 | 2017-03-29 | AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft | Connection panel for electronic components |
| ITUB20154667A1 (it) | 2015-10-14 | 2017-04-14 | St Microelectronics Srl | Dispositivo sensore microelettromeccanico con ridotta sensibilita' agli stress |
| US10554153B2 (en) * | 2016-06-17 | 2020-02-04 | Globalfoundries Singapore Pte. Ltd. | MEMS device for harvesting sound energy and methods for fabricating same |
| CN106949955B (zh) * | 2017-04-18 | 2023-03-21 | 中国工程物理研究院电子工程研究所 | 一种基于光学检测的微机电系统平台 |
| CN108333387B (zh) * | 2018-01-25 | 2021-04-06 | 武汉光迅科技股份有限公司 | 一种光路敏感型加速度计 |
| DE102019123394B4 (de) * | 2019-09-02 | 2022-04-28 | Universität Heidelberg | Kraftmessscheibe sowie Vorrichtung zur Bestimmung von Kräften im Piko-Newton- bis Nano-Newton-Bereich |
| CN113551780B (zh) * | 2021-09-18 | 2021-12-21 | 西安中科立德红外科技有限公司 | 基于半导体集成电路工艺的红外传感器芯片及其制造方法 |
Family Cites Families (28)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4851080A (en) * | 1987-06-29 | 1989-07-25 | Massachusetts Institute Of Technology | Resonant accelerometer |
| US5343064A (en) * | 1988-03-18 | 1994-08-30 | Spangler Leland J | Fully integrated single-crystal silicon-on-insulator process, sensors and circuits |
| US5008774A (en) * | 1989-02-28 | 1991-04-16 | United Technologies Corporation | Capacitive accelerometer with mid-plane proof mass |
| US6314823B1 (en) * | 1991-09-20 | 2001-11-13 | Kazuhiro Okada | Force detector and acceleration detector and method of manufacturing the same |
| JP3063209B2 (ja) * | 1991-03-27 | 2000-07-12 | 豊田工機株式会社 | 容量型加速度センサ |
| JP2765316B2 (ja) * | 1991-11-21 | 1998-06-11 | 日本電気株式会社 | 容量型三軸加速度センサ |
| US5717631A (en) | 1995-07-21 | 1998-02-10 | Carnegie Mellon University | Microelectromechanical structure and process of making same |
| US5948981A (en) | 1996-05-21 | 1999-09-07 | Alliedsignal Inc. | Vibrating beam accelerometer |
| US5992233A (en) | 1996-05-31 | 1999-11-30 | The Regents Of The University Of California | Micromachined Z-axis vibratory rate gyroscope |
| US6201629B1 (en) * | 1997-08-27 | 2001-03-13 | Microoptical Corporation | Torsional micro-mechanical mirror system |
| JP4178192B2 (ja) * | 1998-04-22 | 2008-11-12 | ミツミ電機株式会社 | 物理量検出センサ |
| JP2000249609A (ja) * | 1999-03-01 | 2000-09-14 | Wakoo:Kk | 静電容量式センサ |
| US6458615B1 (en) | 1999-09-30 | 2002-10-01 | Carnegie Mellon University | Method of fabricating micromachined structures and devices formed therefrom |
| AU2001253093A1 (en) * | 2000-04-04 | 2001-10-15 | Rosemount Aerospace Inc. | Three axis accelerometer |
| US6504385B2 (en) * | 2001-05-31 | 2003-01-07 | Hewlett-Pakcard Company | Three-axis motion sensor |
| JP4019847B2 (ja) * | 2001-08-17 | 2007-12-12 | 株式会社デンソー | 機能デバイス |
| JP2003266391A (ja) * | 2002-03-19 | 2003-09-24 | Japan Aviation Electronics Industry Ltd | 静電駆動デバイス |
| JP2004130507A (ja) * | 2002-09-19 | 2004-04-30 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 電子部品装置 |
| US7208809B2 (en) | 2002-09-19 | 2007-04-24 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Semiconductor device having MEMS |
| US7047810B2 (en) | 2003-01-15 | 2006-05-23 | Ahura Corporation | Micro-electro-mechanical pressure sensor |
| US6917471B2 (en) | 2003-01-24 | 2005-07-12 | Sumitomo Electric Industries, Ltd. | Diffraction grating element |
| SE527069C2 (sv) * | 2003-06-19 | 2005-12-13 | Mederio Ag | Förfarande och anordning för administrering av läkemedelspulver |
| US6845670B1 (en) | 2003-07-08 | 2005-01-25 | Freescale Semiconductor, Inc. | Single proof mass, 3 axis MEMS transducer |
| US7265477B2 (en) * | 2004-01-05 | 2007-09-04 | Chang-Feng Wan | Stepping actuator and method of manufacture therefore |
| JP4514509B2 (ja) * | 2004-05-14 | 2010-07-28 | アップサイド株式会社 | 力センサー、力検出システム及び力検出プログラム |
| JP2006084219A (ja) * | 2004-09-14 | 2006-03-30 | Hosiden Corp | 加速度センサ |
| US7121141B2 (en) | 2005-01-28 | 2006-10-17 | Freescale Semiconductor, Inc. | Z-axis accelerometer with at least two gap sizes and travel stops disposed outside an active capacitor area |
| US7258011B2 (en) * | 2005-11-21 | 2007-08-21 | Invensense Inc. | Multiple axis accelerometer |
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