KR20120135068A - 플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들 - Google Patents

플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들 Download PDF

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Abstract

플레이트, 트랜스듀서, 트랜스듀서는 제조하는 방법, 및 트랜스듀서를 동작시키는 방법이 개시된다. 실시형태는 제 1 응력을 포함하는 제 1 재료층, 제 1 재료층 아래에 배열된 제 2 재료층으로서, 제 2 재료층은 제 2 응력을 포함하는, 제 2 재료층, 제 1 재료층 및 제 2 재료층에 배열된 개구, 및 개구로 확장하는 확장부를 포함하는 플레이트를 포함하고, 확장부는 제 1 재료층의 일부 및 제 2 재료층의 일부를 포함하고, 확장부는 제 1 응력과 제 2 응력에서의 차이에 기초하여 플레이트의 상부 표면으로부터 떨어져 굴곡된다.

Description

플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들{PLATE, TRANSDUCER AND METHODS FOR MAKING AND OPERATING A TRANSDUCER}
본 발명은 일반적으로 플레이트, 트랜스듀서 및 트랜스듀서를 제조하고 동작시키는 방법들에 관한 것이다.
일반적으로, 트랜스듀서는 일 타입의 에너지를 다른 타입으로 변환시키는 디바이스이다. 변환은 전기, 전기-기계, 전자기, 광자, 광기전력, 또는 임의의 다른 형태의 에너지로/로부터 일 수 있다. 용어 트랜스듀서가 센서/검출기로서의 사용을 일반적으로 암시하지만, 에너지를 변환하는 임의의 디바이스가 트랜스듀서로서 고려될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 플레이트는 제 1 응력을 포함하는 제 1 재료층 및 제 1 재료층 아래에 배열된 제 2 재료층을 포함하고, 제 2 재료층은 제 2 응력을 포함한다. 플레이트는 제 1 재료층 및 제 2 재료층에 배열된 개구 및 개구를 정형하는 확장부(extension)를 더 포함하고, 여기서, 확장부는 제 1 재료층의 일부 및 제 2 재료층의 일부를 포함하며, 확장부는 제 1 응력과 제 2 응력 사이의 차이에 기초하여 플레이트의 상부 표면으로부터 떨어져 굴곡된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랜스듀서는 멤브레인, 개구를 포함하는 백-플레이트로서, 개구는 볼록부를 포함하고, 볼록부는 멤브레인을 향해 굴곡되는, 상기 백-플레이트 및 멤브레인과 백-플레이트 사이의 스페이서를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랜스듀서를 동작시키는 방법은, 멤브레인에서 음파를 수신하는 단계, 백-플레이트를 향해 멤브레인을 이동시키는 단계로서, 백-플레이트는 개구를 포함하고, 확장부가 개구로 확장하며, 확장부는 멤브레인을 향해 굴곡되는, 상기 멤브레인을 이동시키는 단계, 및 이동하는 멤브레인에 응답하여 신호를 발생시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 트랜스듀서를 제조하는 방법은 기판에서 멤브레인을 형성하는 단계 및 제 1 재료층 및 제 2 재료층을 포함하는 백-플레이트를 형성하는 단계를 포함하고, 제 1 재료층은 제 2 재료층과는 상이한 응력을 포함한다. 이 방법은 백-플레이트에서 개구를 형성하는 단계를 더 포함하고, 개구는 개구로 확장하는 확장부를 포함하고, 개구를 형성하는 단계는 제 1 에칭 프로세스를 사용하여 제 1 재료층에서 개구를 에칭하는 단계 및 제 2 에칭 프로세스를 사용하여 제 2 재료층에서 개구를 에칭하는 단계를 포함한다.
본 발명, 및 본 발명의 이점들의 더욱 완벽한 이해를 위해, 이제, 첨부한 도면과 함께 취해진 아래의 설명을 참조한다.
도 1은 마이크로폰의 단면도를 예시한다.
도 2a는 백-플레이트에서 개구의 실시예의 평면도를 예시한다.
도 2b는 백-플레이트의 단면도를 예시한다.
도 2c는 상이한 백-플레이트 재료 조성들에 대한 그래프들을 갖는 차트를 예시한다.
도 2d는 백-플레이트에 대한 확장부의 편향을 예시한다.
도 3a는 백-플레이트의 레이아웃의 실시예를 예시한다.
도 3b는 신장된 개구의 실시예의 평면도를 예시한다.
도 3c는 백-플레이트의 레이아웃의 실시예를 예시한다.
도 3d는 백-플레이트의 레이아웃의 실시예를 예시한다.
도 4a 내지 도 4e는 백-플레이트의 레아아웃들의 실시예들을 예시한다.
도 5는 트랜스듀서를 제조하는 방법을 예시한다.
도 6은 트랜스듀서를 동작시키는 방법을 예시한다.
도 7은 백-플레이트에 대한 멤브레인 밀기(pushing)를 예시한다.
본 바람직한 실시예의 제조 및 사용이 아래에 상세히 논의된다. 그러나, 본 발명이 광범위한 특정한 컨텍스트들에서 실시될 수도 있는 다수의 적용가능한 발명적 개념들을 제공한다는 것이 이해되어야 한다. 논의되는 특정한 실시예들은 단지 본 발명을 제조하고 사용하기 위한 특정한 방식들의 예시이고, 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.
본 발명은 특정한 컨텍스트, 즉, 멤브레인에서의 실시예들에 관하여 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 또한 가동(movable) 엘리먼트 및 고정 엘리먼트를 갖는 다른 디바이스들에 적용될 수도 있고, 여기서, 가동 엘리먼트는 고정 엘리먼트에 대하여 이동한다.
트랜스듀서들은 전기, 전기-기계, 전자기, 광자, 광기전력 에너지를 다른 타입의 에너지로 변환할 수도 있다. 예를 들어, 트랜스듀서는 가동 전극을 갖는 커패시터일 수 있다. 가동 전극은 고정 전극에 대하여 이동할 수도 있어서, 2개의 전극들 사이의 용량의 변화를 발생시킨다. 용량의 변화는 출력에 제공된다. 통상적으로 트랜스듀서는 바이어스 전압, 즉, 멤브레인과 대향 전극 사이에 인가되는 각각의 환경들에 대해 자유롭게 조절될 수도 있는 전위에 의해 동작된다.
트랜스듀서는 독립형 디바이스일 수도 있거나 단순한 응용 주문형 집적 회로(ASIC)에 접속될 수도 있다. 다르게는, 트랜스듀서는 집적 회로(IC)에 통합될 수도 있다.
트랜스듀서의 일 예가 마이크로폰이다. 마이크로폰은 음파의 사운드 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 가동 멤브레인 또는 전극은 기판에 기계적으로 접속될 수도 있고, 그것을 둘러싸는 공기의 볼륨을 갖는다. 음파들의 압력 변화들은 멤브레인을 변형시키거나 편향시킨다. 백-플레이트 또는 대향 전극이 개구들을 포함하여, 백-플레이트와 멤브레인 사이의 공기가 자유롭게 변위할 수 있고 멤브레인의 이동이 둔화되지 않는다.
마이크로폰을 제조 및/또는 동작시키는데 있어서의 도전과제는, 가동 멤브레인이 백-플레이트에 부착하거나 고정되지 않아야 한다는 것이다. 이것을 방지하기 위해, 종래의 디바이스들은 가동 멤브레인 및/또는 백-플레이트상에 코팅층을 가질 수도 있거나 정지마찰(stiction)을 최소화하거나 회피하기 위해 백-플레이트상에 고정방지 범프들을 배열할 수도 있다.
본 발명의 실시예의 이점은 마이크로 구조에서 정지마찰이 방지된다는 것이다. 실시예의 다른 이점은 멤브레인과 백-플레이트 사이의 접촉 면적이 감소된다는 것이다. 실시예의 추가의 이점은 멤브레인이 굴곡된 확장부들에 의해 관통되거나 손상되지 않는다는 것이다.
일 실시예에서, 확장부가 백-플레이트의 개구에 형성된다. 확장부는 가동 멤브레인을 향해 굴곡될 수도 있고 이것은 가동 멤브레인과 백-플레이트 사이의 잠재적 접촉 면적을 감소시킨다. 확장부는 멤브레인에 의해 터치되지 않으면 평형 위치에 있을 수도 있고, 멤브레인에 의해 터치되면 평형 위치로부터 변위될 수도 있다.
도 1은 지지 기판(110)에 또는 그 위에 배열된 마이크로폰(100)을 도시한다. 마이크로폰(100)은 백-플레이트(120) 및 멤브레인(130)을 포함한다. 백-플레이트(120)는 스페이서(140)에 의해 멤브레인(130)으로부터 이격되어 있다. 백-플레이트(120)와 멤브레인(130) 사이의 공간은 자유 공기, 즉, 멤브레인(130)의 이동을 둔화시키지 않는 공기로 채워질 수도 있다. 공기는, 멤브레인(130)이 백-플레이트(120)를 향해 이동하면 백-플레이트(120)의 개구 위치들(126)에서의 개구들(139)이 공기 배출을 허용하고, 멤브레인(130)이 백-플레이트(120)로부터 떨어져 다른 방향으로 이동하면 지지 기판(110)에서의 개구(105)가 공기 배출을 허용하기 때문에 자유이다. 백-플레이트(120) 및 멤브레인(130)은 전극들일 수도 있다. 백-플레이트(120)가 고정 전극일 수도 있지만, 멤브레인(130)은 가동 전극일 수도 있다.
백-플레이트(120)는 제 1 재료층(122) 및 제 2 재료층(124)을 포함할 수도 있다. 제 1 재료층(122)은 도핑된 폴리실리콘, 금속, 또는 다른 도전성 재료들을 포함하는 도전층일 수도 있다. 제 2 재료층(124)은 질화물, 산화물 등과 같은 절연 재료를 포함할 수도 있다. 다르게는, 제 2 재료층(124)은 도전성 재료를 포함할 수도 있다. 제 1 재료층(122)은 비교적 두꺼울 수도 있지만 제 2 재료층은 비교적 얇을 수도 있다. 예를 들어, 제 1 재료층(122)은 약 300nm 내지 약 3000nm 두께일 수도 있고, 제 2 재료층(124)은 약 30nm 내지 약 300nm 두께일 수도 있다.
백-플레이트(120)는 복수의 개구들(139)을 포함할 수도 있다. 종래의 백-플레이트는 완벽하게 둥근 천공들을 가질 수도 있다. 본 발명의 실시예들은 볼록부를 포함할 수도 있고/있거나 개구들을 형성하는 하나 이상의 확장부들을 포함할 수도 있는 완벽하게 둥글지 않을 수도 있는 개구들을 제공한다. 이들 개구들의 실시예들의 레이아웃들이 도 2a, 도 2b, 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4e에서 개시되고 논의된다. 일 실시예에서, 백-플레이트의 제 1 개구는 일 타입의 개구를 특징으로 할 수도 있고, 제 2 개구는 다른 타입의 개구를 특징으로 할 수도 있다.
복수의 개구들(139) 및 확장부들(128)은 이중 리소그래피/에칭 프로세스에 의해 형성될 수도 있다. 제 1 단계에서, 제 1 재료층(122)이 구성될 수도 있고, 재료는 개구들의 위치되는 곳에서 제거될 수도 있고, 제 2 단계에서, 제 2 재료층(124)이 구성될 수도 있고, 재료는 개구들을 완성하기 위해 제거될 수도 있다. 확장부들(128)은, 제 1 및 제 2 재료층들(122, 124)의 조합의 바이모르프 특징, 예를 들어, 제 1 및 제 2 재료층들(122, 124)에서 응력의 차이로 인해 개구들이 형성될 때 자동으로 굴곡될 수도 있다.
멤브레인(130)은 압력에서의 약간의 변화들, 예를 들어, 작은 음압 레벨로 현저하게 변형하도록 가능한 한 얇을 수도 있다. 그러나, 멤브레인(130)의 감소의 두께는, 안정성 요건(너무 높은 음압 또는 너무 높은 전압에 의한 파괴) 및 백-플레이트(120)에 대한 정지마찰이 방지되어야 한다는 요건으로 인해 한정될 수도 있다. 일 예에서, 멤브레인(130)은 약 1mm의 직경 및 약 3㎛의 두께일 수도 있다.
멤브레인(130)은 도핑되거나 도핑되지 않은 폴리실리콘 등과 같은 도전성 재료를 포함할 수도 있다. 멤브레인(130)은 백-플레이트(120)에 대해 이동가능하도록 배열될 수도 있다. 멤브레인(130)은 그것의 원주를 따라 기판(110)에 기계적으로 연결될 수도 있고, 접촉 패드들에 전기적으로 접촉될 수도 있다. 접촉 패드들은 기판(110)상에 배열될 수도 있다.
스페이서(140)는 산화물 또는 질화물과 같은 절연 재료를 포함할 수도 있다. 스페이서(140)는 예로서 약 2㎛ 이하의 두께를 포함할 수도 있다. 기판(110)은 벌크 실리콘, SiGe 등과 같은 반도체 기판일 수도 있다.
도 2a는 백-플레이트(120)에서의 개구 위치들(126)의 레이아웃을 도시한다. 확장부(128)가 개구(139)로 확장하여 개구(139)를 정형한다. 확장부는 캔틸레버 또는 빔의 형태를 갖는다. 도 2b는 라인 A-A를 따른 단면도를 도시한다. 도 2b로부터 알 수 있는 바와 같이, 확장부(128)는 백-플레이트(120)의 상부 표면(121)에 수직인 방향으로 굴곡된다.
일 실시예에서, 제 1 재료층(122)의 재료는 제 2 재료층(124)의 재료와는 상이한 응력을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제 1 재료층(122)은 제 2 재료층(124) 보다 낮은 인장 응력을 가질 수도 있다. 다르게는, 제 1 재료층(122)은 제 2 재료층(124) 보다 높은 압축 응력을 가질 수도 있다. 상이한 응력 재료층들은 확장부(128)로 하여금 굴곡되게 할 수도 있다. 확장부(128)는 가동 멤브레인(130)을 향해 굴곡될 수도 있다.
도 2c는 2개의 재료층들(122, 124)에 대한 2개의 상이한 재료 조성들(150/160)에 대한 2개의 상이한 그래프들(155/165)을 도시한다. 2개의 그래프들(155/165)은 확장부의 길이에 대한 굴곡을 도시한다. 제 1 재료 조성(150)에서, 제 1 재료층(122)은 330nm 두께이고, 43MPa의 응력을 갖고, 실리콘 질화물을 포함한다. 제 1 재료 조성(150)은 그래프(155)를 발생시킨다. 그래프(155)로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 2d에 도시된 확장부(128)에 대한 편향(h)은 20㎛ 길이의 빔에 대해 -1130nm이다. 제 2 재료 조성(160)에서, 제 1 재료층(122)은 1400nm 두께이고, 100MPa의 응력을 갖고, 폴리실리콘을 포함하며, 제 2 재료층(124)은 140nm 두께이고, 1GPa의 응력을 갖고, 실리콘 질화물을 포함한다. 제 1 재료 조성(150)은 그래프(165)를 발생시킨다. 이러한 그래프(165)로부터 알 수 있는 바와 같이, 확장부(128)에 대한 편향(h)은 20㎛ 길이의 빔에 대해 -194nm이다.
편향 또는 굴곡 높이(h)는 도 2d로부터 알 수 있는 바와 같이 확장부(128)의 선단(129)과 백-플레이트(120)의 상위 표면 사이의 차이이다. 굴곡 높이(h)는 제 1 및 제 2 재료층들(122, 124)의 재료들, 이들 재료들의 응력 및/또는 확장부(128)의 길이에 의해 제어된다. 도 2c로부터 알 수 있는 바와 같이, 정확한 재료 조성, 응력 관계들 및 확장부 길이를 선택함으로써 편향(h)이 설계될 수 있다.
도 3a는 백-플레이트(120)의 레이아웃의 실시예를 도시한다. 백-플레이트(120)는 x 방향 및 y 방향으로 교호하게 배열된 신장된 개구 위치들(126)을 포함한다. 각 신장된 개구 위치(126)는 신장된 개구(139)로 확장하는 빔 또는 캔틸레버(128)를 포함한다. 제 1 신장된 개구 위치(126)의 제 1 중심 라인(136)으로부터 제 2 신장된 개구 위치(126)의 제 2 중심 라인(137)까지의 y 방향에서의 거리는 6㎛이다. 제 1 신장된 개구 위치(126)의 제 1 단부(138a)로부터 제 2 신장된 개구 위치(126)의 제 1 단부(138b)까지의 x 방향에서의 거리는 17.5㎛이다. 도 3a의 실시예는 신장된 개구 위치들(126) 및 캔틸레버(128)의 용이한 스케일링을 허용할 수도 있다. 원하는 편향(h)이 캔틸레버(128)의 길이에 의해 정의될 수도 있다. 캔틸레버(128)가 더 길수록, 편향(h)이 더 높을 수도 있다. 예를 들어, 캔틸레버(128)의 편향(h)이 백-플레이트(120)의 두께 보다 넓을 때 낮은 공기 댐핑이 달성될 수도 있다. 이러한 배열은 고감도 애플리케이션들 또는 높은 신 대 잡음비 애플리케이션들에서 마이크로폰들(100)에 대해 사용될 수도 있다.
도 3b는 개구(139)를 형성하는 빔(128)을 갖는 신장된 개구 위치(126)의 평면도를 도시한다. 이러한 예에서, 빔(128)은 10㎛ 길이 및 5㎛ 폭이다. 신장된 개구 위치(126)는 15㎛ 길이 및 6㎛ 폭일 수도 있다. 도 3b로부터 알 수 있는 바와 같이, 신장된 개구 위치(126)는 개구(139)를 갖는다. 확장부(128)의 면적 및 개구(139)의 면적은 개구 위치(126)의 면적을 함께 형성한다. 복수의 개구들(139)은 도 3a에 도시된 바와 같이 백-플레이트에 배치될 때 유효 개구 면적의 26%를 생성한다. 유효 개구 면적은 이들 개구들(139)을 통해 흐르는 공기의 댐핑을 계산할 때의 파라미터이다. 개구(139)는 2.5㎛의 반경을 갖는 오목부(139a) 및 볼록부(139d)를 포함한다. 개구(139)는 또한 1㎛의 직경을 갖는 홀들(139b)을 포함한다. 2개의 홀들(139b)은 신장된 갭들(139c)을 통해 오목부(139a)에 연결되고, 갭들은 0.5㎛ 폭이다. 0.5㎛ 슬롯의 단부에서의 홀들(139b)은 홀들(139b)을 둘러싸는 인접 영역들에서의 응력 집중을 감소시킬 수도 있다. 홀들(139b)이 없으면, 새김눈 효과(notching effect)가 증가한다.
도 3c는 팩-플레이트(120)의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 백-플레이트(120)는 복수의 제 1 신장된 개구 위치들(126)이 x 방향으로 정렬되는 제 1 영역(120a) 및 복수의 신장된 개구 위치들(126)이 y 방향으로 정렬되는 제 2 영역(120b)을 포함한다. 제 1 영역(120a)은 적어도 2개의 신장된 개구 위치들(126)을 포함할 수도 있고, 제 2 영역(120b)은 적어도 2개의 신장된 개구 위치들(126)을 포함할 수도 있다.
상이한 방향들에서의 확장부들(128)의 정렬은 예를 들어, 멤브레인(130)이 둥근 회전 대칭 마이크로폰 애플리케이션들에서 바람직할 수도 있다. 통상적으로, 멤브레인(130)은 광범위하게 변위될 때 굽는 벌룬 타입을 나타낸다. 멤브레인(130)이 백-플레이트(120)를 터치하는 이벤트에서, 백-플레이트(120)의 중간에서의 굴곡된 캔틸레버들(128)이 먼저 터치되고 둥근 에지 근처의 굴곡된 캔틸레버들(128)이 나중에 터치된다. 굴곡된 빔들(128)은 방사 방향으로 배열되어서, 멤브레인(130)과 굴곡된 빔들(128) 사이의 접촉의 경우에서, 빔들(128)은 그것의 신장에 대해 수직인 이동을 경험하지 못할 수도 있거나 거의 경험하지 못할 수도 있다.
도 3d는 백-플레이트(120)의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 백-플레이트(120)는 신장된 개구 위치들(126)의 대칭 배열을 포함한다. 신장된 개구 위치들(126)은 중심점(P)을 향해 모두 대면한다. 이러한 특정한 예에서, (예를 들어, 도 3a의 y 방향에서의 거리로서 측정된) 3개의 이웃하는 신장된 개구들(126)의 결합된 거리는 하나의 신장된 개구(126)의 길이와 동일하다.
도 3a 내지 도 3d는 신장된 위치들(126)이 백-플레이트(120)에 어떻게 배열될 수 있는지의 특정한 예를 도시한다. 그러나, 다수의 다른 가능한 배열이 존재한다. 예를 들어, 신장된 개구 위치들(126)은 모두 동일한 방향에서 대면하여 배열될 수도 있고, 예를 들어, 개구들(139)의 볼록부(139a)가 신장된 개구 위치들(126)의 좌측상에 배열된다. 2개의 로우들의 신장된 개구 위치들(126)은 평행 시프트될 수도 있거나 서로에 대해 스태거될 수도 있다. 다른 예에서, 신장된 개구 위치들(126)은 바람직한 방향(x 또는 y 방향)에서 배열될 수도 있는 것이 아니라, 랜덤하게 배향될 수도 있다.
도 4a는 백-플레이트(120)에서 개구 위치(126)의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 개구 위치(126)는 확장부(128)에 의해 거의 완벽하게 커버된다. U를 형성하는 작은 개구(149)만이 존재한다. 이러한 작은 개구(149)를 갖는 레이아웃은, 확장부(128)가 굴곡되고 공기가 개구(149)를 통해 여전히 쉽게 순환할 수 있기 때문에 여전히 뛰어난 환기를 제공할 수도 있다.
도 4의 레이아웃은 최소의 환기 또는 높은 공기 댐핑을 필요로 하는 애플리케이션들에 대해 사용될 수도 있다. 예를 들어, 레이아웃은 높은 음압 레벨들에 대한 마이크로폰들에 대해 사용될 수도 있다. 일 실시예에서, 확장부(128)는 상대적으로 짧을 수도 있고, 백-플레이트(120)의 두께 보다 작게 굴곡할 수도 있다.
도 4b는 백-플레이트(120)에서 개구 위치들(126)의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 개구 위치(126)의 평면도는 별모양의 개구(159)를 포함할 수도 있다. 확장부들(128)의 면적 및 개구(159)의 면적은 개구 위치(126)의 면적을 형성한다. 이러한 예에서, 8개의 확장부들(128)이 별모양을 형성하는 개구(159)를 정형한다. 각 확장부(128)는 둥근 선단을 갖는 삼각 캔틸레버일 수도 있다. 2개의 이웃하는 확장부들(128)의 2개의 측면 사이의 갭은 0.5㎛이고, 갭의 길이는 10㎛이다. 개구 위치(126)가 30㎛의 삼각 그리드에 배치될 때 백-플레이트(120)의 대략 13%의 유효 개구 면적이 형성된다. 8개의 확장부들(128) 각각은 백-플레이트(120)로부터 떨어져 굴곡될 수도 있다. 일 실시예에서, 도 4의 레이아웃은 큰 댐핑이 요구되는 애플리케이션에서 사용될 수도 있다.
도 4c는 백-플레이트(120)에서 개구 위치(126) 배열의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 개구 위치(126)의 평면도는 별모양의 개구(169)를 포함할 수도 있다. 확장부들(128)의 면적 및 개구(169)의 면적은 개구 위치(126)의 면적을 형성한다. 3개의 확장부들(128)은 별모양 개구(169)를 형성하는 개구 위치들(126)을 정형한다. 각 확장부(128)는 각이 진 선단을 갖는 대략 삼각형일 수도 있다. 삼각형의 선단으로부터 원주선까지의 길이는 10㎛이다. 개구들(169)의 유효 개구 면적은, 개구 위치들(126)이 30㎛의 삼각 그리드에 배치될 때 전체 백-플레이트(120) 면적의 대략 37%이다. 도 4b에 도시된 상황과 비교하면, 이것은 개구(169)가 매우 더 넓기 때문에 매우 더 낮은 공기 댐핑을 제공한다. 개구 위치들(126) 사이의 추가의 홀들(169a)은, 멤브레인(130) 및 백-플레이트(120)가 형성될 때 에칭되는 희생층의 릴리즈 에칭 시간을 감소시킬 수도 있다.
도 4d는 백-플레이트(120)에서 개구 위치(126)의 레이아웃의 다른 실시예를 도시한다. 개구 위치(126)의 개구(179)는 클로버잎의 형태를 갖는다. 개구 위치(126)는 모두 동일한 치수를 갖는 4개의 확장부들(128)을 포함한다. 확장부들(128)은 둥근 선단들을 갖는 빔들을 형성한다.
도 4e는 백-플레이트(120)에서 개구 위치(126)의 레이아웃의 또 다른 실시예를 도시한다. 중앙 구멍(189)이 원을 형성한다. 확장부들(128)은 신장된 구멍 확장부(190)를 백-플레이트 재료로 컷팅함으로써 생성되어서, 확장부(128)은 물고기의 지느러미모양을 형성한다. 도 4e의 레이아웃은 가로방향 공간이 적은 레이아웃들에 대해 바람직할 수도 있어서, 나선형 설계가 중심 구멍(189) 주위의 하나 또는 여러 확장부들(128)을 감는 것을 도울 수도 있다.
하나 보다 많은 확장부(128)를 갖는 개구 위치들(126)의 실시예들에 대해, 확장부들(128)은 모두 굴곡될 수도 있거나, 다르게는, 확장부들(128) 중 일부만이 굴곡될 수도 있다. 또한, 도 4a 내지 도 4e에 도시된 개구 위치들의 실시예들 각각에 대한 확장부들(128)의 수는 예를 들어, 1과 8 사이에서 변화할 수도 있다.
도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4e에서의 백-플레이트(120)의 개구들의 유효 개구 면적은 이들 개구 위치들의 서로에 대한 배치의 밀도에 의존한다.
도 5는 트랜스듀서를 제조하는 방법을 나타낸다. 제 1 단계(210)에서, 멤브레인이 지지 기판에 형성된다. 제 2 단계(220)에서, 백-플레이트가 형성된다. 일 실시예에서, 백-플레이트는 지지 기판과 멤브레인상에 형성될 수도 있다. 백-플레이트는 제 1 재료층 및 제 2 재료층을 포함할 수도 있다. 백-플레이트는 멤브레인으로부터 떨어져 형성될 수도 있다. 일 실시예에서, 백-플레이트와 멤브레인 사이의 면적은 희생층 및 스페이서들로 채워질 수도 있다.
제 3 단계(230)에서, 개구가 백-플레이트에 형성된다. 확장부가 개구로 확장된다. 확장부 및 개구는 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4e에 도시된 레이아웃의 실시예를 포함할 수도 있다. 개구는 먼저 제 1 재료층을 에칭하고 그 후, 제 2 재료층을 에칭함으로써 형성될 수도 있다. 일 실시예에서, 개구는 상이한 에칭 화학물질들을 사용하는 2개의 상이한 에칭 단계들에 의해 형성될 수도 있다. 개구의 형태는 포토레지스트에 의해 규정될 수도 있다. 개구의 에칭이 완료된 이후에, 희생층이 멤브레인과 백-플레이트 사이에서 제거될 수도 있다. 이것이 단계(240)에 나타나 있다. 희생층은 습식 에칭 화학물질 또는 건식 에칭 화학물질을 도포하여 제거될 수도 있다. 희생층은 개구를 통해 그리고 백-플레이트에 또한 형성된 추가의 홀들을 통해 제거될 수도 있다.
개구의 확장부는 제 1 재료층 및 제 2 재료층의 상이한 응력 특성들로 인해 개구가 형성되자 마자 굴곡될 수도 있다.
도 5에서의 단계들(210 내지 240)은 이전의 단락들에서 설명한 바와 상이한 순서로 수행될 수도 있다. 예를 들어, 희생층은 개구가 형성되기 이전에 제거될 수도 있다.
도 6은 트랜스듀서를 동작시키는 방법을 나타낸다. 제 1 단계(310)에서, 이 방법은 멤브레인에서 음파를 수신하는 단계를 포함한다. 제 2 단계(320)에서, 멤브레인은 백-플레이트를 향해 이동한다. 백-플레이트는 개구를 포함할 수도 있고, 확장부가 개구를 정형할 수도 있다. 확장부는 멤브레인을 향해 굴곡될 수도 있다. 확장부 및 개구는 도 3a 내지 도 3d 및 도 4a 내지 도 4e에 도시된 레이아웃의 실시예를 포함할 수도 있다. 제 3 단계(330)에서, 멤브레인의 이동에 응답하여 신호가 발생된다. 일 실시예에서, 제 4 단계(340)에서, 신호는 출력으로 제공될 수도 있다.
도 5 및 도 6과 관련하여 설명한 절차들은 상술한 구현들을 활용하여 실현될 수도 있다.
도 7은 가동 멤브레인(130)이 백-플레이트(120)에 대해 압축되는 동작 모드를 도시한다. 정상 동작 조건하에서, 멤브레인(130)은 백-플레이트(120) 또는 백-플레이트(120)의 굴곡된 확장부(128)를 터치하지 않을 수도 있다. 그러나, 도 7의 동작 모드는 과압력, 매우 큰 공기 정압 변화, 쇼크 또는 드롭 이벤트, 또는 풀-인(pull-in)을 초래하는 전압 이상의 정전기의 경우에 발생할 수도 있다. 가동 멤브레인(130)은 확장부들(128)의 선단들(129)에 대해 먼저 압축될 수도 있다. 특정한 소정의 압력에서, 확장부들(128)은 압축 멤브레인(130)으로 대체될 수도 있다. 확장부들(128)은 그들의 각각의 개구들(199)로 이동하여 평탄해질 수도 있다. 극단의 조건들하에서, 확장부들(128)은 개구들(199)로 완벽하게 이동할 수도 있어서, 확장부들(128)의 상부 표면들은 백-플레이트(120)의 상부 표면(121)과 공면이다. 확장부(128)는 멤브레인(130)을 관통하거나 파괴하지 않을 수도 있다.
확장부들(128)이 도 2d에 관하여 설명한 바와 같이 굴곡 높이(h)를 갖는다는 것에 유의한다. 굴곡 높이(h)는 백-플레이트(120)의 제 1 및 제 2 재료층들(122, 124)에서의 2개의 상이한 응력들의 결과일 수도 있다. 굴곡 높이(h)를 갖는 확장부들(128)은 자동으로 또는 개구들(199)이 형성될 때 동시에 형성될 수도 있다. 확장부들(128)은 백-플레이트(120)에서의 응력 조합에 기초하여 평형 높이를 찾는다. 확장부들(128)은 예를 들어, 멤브레인(130)이 확장부들에 대해 압축할 때 확장부들에 대해 힘을 가함으로써 일시적으로 변위될 수도 있다. 확장부들은 파괴되는 것이 아니라 오히려 압축력에 대해 휘어진다. 힘이 제거되자 마자, 확장부들은 그들의 이전의 평형 위치로 복귀한다.
본 발명 및 그것의 이점들을 상세히 설명하였지만, 다양한 변경물, 대체물 및 변동물들이 첨부한 청구범위에 의해 정의된 바와 같은 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 여기에서 이루어질 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
또한, 본 출원의 범위는 본 명세서에 설명한 프로세스, 머신, 제조, 재료, 수단, 방법 및 단계들의 조합의 특정한 실시예들에 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 당업자가 본 발명의 개시물로부터 쉽게 이해하는 바와 같이, 여기에 설명한 대응하는 실시예들과 실질적으로 동일한 기능을 수행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는 현재 존재하거나 나중에 개발된 프로세스들, 머신들, 제조, 재료, 수단, 방법들, 또는 단계들의 조합들이 본 발명에 따라 활용될 수도 있다. 따라서, 첨부한 청구범위는 그들의 범위내에 이러한 프로세스들, 머신들, 제조, 재료, 수단, 방법들, 또는 단계들의 조합을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (21)

  1. 플레이트로서,
    제 1 응력을 포함하는 제 1 재료층과,
    상기 제 1 재료층 아래에 배열된 제 2 재료층 - 상기 제 2 재료층은 제 2 응력을 포함함 - 과,
    상기 제 1 재료층 및 상기 제 2 재료층에 배열된 개구와,
    상기 개구를 정형하는 확장부를 포함하고,
    상기 확장부는 상기 제 1 재료층의 일부 및 상기 제 2 재료층의 일부를 포함하고, 상기 확장부는 상기 제 1 응력과 상기 제 2 응력에서의 차이에 기초하여 상기 플레이트의 상부 표면으로부터 떨어져 굴곡되는
    플레이트.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장부는 평형 위치에 있는
    플레이트.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료층은 상기 제 2 재료층 보다 높은 압축 응력을 포함하는
    플레이트.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료층은 상기 제 2 재료층 보다 낮은 인장 응력을 포함하는
    플레이트.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장부는 캔틸레버를 포함하는
    플레이트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 확장부는 복수의 확장부들을 포함하는
    플레이트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 재료층은 도전성 재료층을 포함하고, 상기 제 2 재료층은 절연층을 포함하고, 또는 상기 제 1 재료층은 상기 절연층을 포함하고, 상기 제 2 재료층은 상기 도전성 재료층을 포함하는
    플레이트.
  8. 멤브레인과,
    개구를 포함하는 백-플레이트 - 상기 개구는 볼록부를 포함하고, 상기 볼록부는 상기 멤브레인을 향해 굴곡됨 - 와,
    상기 멤브레인과 상기 백-플레이트 사이의 스페이서를 포함하는
    트랜스듀서.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 개구의 상기 볼록부는 상기 백-플레이트의 확장부를 포함하는
    트랜스듀서.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 볼록부는 평형 위치에 있는
    트랜스듀서.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 볼록부는 상기 멤브레인에 의해 터치될 때 평형 위치로부터 변위되는
    트랜스듀서.
  12. 제 8 항에 있어서,
    상기 백-플레이트는 도전성 재료층 및 절연 재료층을 포함하고, 상기 멤브레인은 도전성 재료층을 포함하고, 상기 절연 재료층은 상기 백-플레이트의 상기 도전성 재료층과 상기 멤브레인의 상기 도전성 재료층 사이에 배열되는
    트랜스듀서.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 도전성 재료층은 상기 절연 재료층 보다 낮은 인장 응력을 포함하는
    트랜스듀서.

  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 도전성 재료층은 상기 절연 재료층 보다 높은 압축 응력을 포함하는
    트랜스듀서.
  15. 트랜스듀서를 동작시키는 방법으로서,
    멤브레인에서 음파를 수신하는 단계와,
    상기 멤브레인을 백-플레이트를 향해 이동시키는 단계 - 상기 백-플레이트는 개구를 포함하고, 확장부가 상기 개구를 정형하며, 상기 확장부는 상기 멤브레인을 향해 굴곡됨 - 와,
    상기 이동하는 멤브레인에 응답하여 신호를 발생시키는 단계를 포함하는
    트랜스듀서를 동작시키는 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 확장부는 상기 멤브레인에 의해 터치되지 않는 경우에 평형 위치를 포함하고, 상기 확장부는 상기 멤브레인에 의해 터치되는 경우 평형 위치로부터 변위되는
    트랜스듀서를 동작시키는 방법.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 멤브레인을 백-플레이트를 향해 이동시키는 단계는, 상기 확장부의 선단을 상기 개구로 미는(push) 단계를 포함하는
    트랜스듀서를 동작시키는 방법.
  18. 트랜스듀서를 제조하는 방법으로서,
    기판에서 멤브레인을 형성하는 단계와,
    제 1 재료층 및 제 2 재료층을 포함하는 백-플레이트를 형성하는 단계 - 상기 제 1 재료층은 상기 제 2 재료층과는 상이한 응력을 포함함 - 와,
    상기 백-플레이트에서 개구를 형성하는 단계 - 상기 개구는 상기 개구로 확장하는 확장부를 포함함 - 를 포함하고,
    상기 개구를 형성하는 단계는,
    제 1 에칭 프로세스를 사용하여 상기 제 1 재료층에서 상기 개구를 에칭하는 단계와,
    제 2 에칭 프로세스를 사용하여 상기 2 재료층에서 상기 개구를 에칭하는 단계를 포함하는
    트랜스듀서를 제조하는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 재료층 및 상기 제 2 재료층에서의 상이한 응력으로 인해 상기 확장부로 하여금 굴곡하게 하는 단계를 더 포함하는
    트랜스듀서를 제조하는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 개구들이 형성된 이후에 상기 멤브레인과 상기 백-플레이트 사이의 희생층을 제거하는 단계를 더 포함하는
    트랜스듀서를 제조하는 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 희생층을 제거하는 단계는 상기 희생층을 습식 에칭 또는 건식 에칭하는 단계를 포함하는
    트랜스듀서를 제조하는 방법.
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