KR20170125729A - 미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법 - Google Patents

미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170125729A
KR20170125729A KR1020170056215A KR20170056215A KR20170125729A KR 20170125729 A KR20170125729 A KR 20170125729A KR 1020170056215 A KR1020170056215 A KR 1020170056215A KR 20170056215 A KR20170056215 A KR 20170056215A KR 20170125729 A KR20170125729 A KR 20170125729A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
diaphragm
actuator
microelectromechanical device
piezoelectric layer
microelectromechanical
Prior art date
Application number
KR1020170056215A
Other languages
English (en)
Inventor
알폰스 데헤
마누엘 도르프메이스터
토마스 그릴
우슬라 헤데니그
만프레드 칼텐바처
울리치 슈미드
마이클 슈나이더
Original Assignee
인피니언 테크놀로지스 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 인피니언 테크놀로지스 아게 filed Critical 인피니언 테크놀로지스 아게
Publication of KR20170125729A publication Critical patent/KR20170125729A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/04—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response
    • H04R3/06—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for correcting frequency response of electrostatic transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R1/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R1/005—Details of transducers, loudspeakers or microphones using digitally weighted transducing elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0018—Structures acting upon the moving or flexible element for transforming energy into mechanical movement or vice versa, i.e. actuators, sensors, generators
    • B81B3/0021—Transducers for transforming electrical into mechanical energy or vice versa
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81C—PROCESSES OR APPARATUS SPECIALLY ADAPTED FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS
    • B81C1/00—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate
    • B81C1/00015—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems
    • B81C1/00134—Manufacture or treatment of devices or systems in or on a substrate for manufacturing microsystems comprising flexible or deformable structures
    • B81C1/00158—Diaphragms, membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R3/00—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones
    • H04R3/12—Circuits for transducers, loudspeakers or microphones for distributing signals to two or more loudspeakers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/03—Microengines and actuators
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R17/00—Piezoelectric transducers; Electrostrictive transducers
    • H04R17/02—Microphones
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2201/00—Details of transducers, loudspeakers or microphones covered by H04R1/00 but not provided for in any of its subgroups
    • H04R2201/003—Mems transducers or their use
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2231/00—Details of apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor covered by H04R31/00, not provided for in its subgroups
    • H04R2231/003—Manufacturing aspects of the outer suspension of loudspeaker or microphone diaphragms or of their connecting aspects to said diaphragms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R2307/00—Details of diaphragms or cones for electromechanical transducers, their suspension or their manufacture covered by H04R7/00 or H04R31/003, not provided for in any of its subgroups
    • H04R2307/025—Diaphragms comprising polymeric materials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R29/00—Monitoring arrangements; Testing arrangements
    • H04R29/001—Monitoring arrangements; Testing arrangements for loudspeakers
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04R—LOUDSPEAKERS, MICROPHONES, GRAMOPHONE PICK-UPS OR LIKE ACOUSTIC ELECTROMECHANICAL TRANSDUCERS; DEAF-AID SETS; PUBLIC ADDRESS SYSTEMS
    • H04R31/00—Apparatus or processes specially adapted for the manufacture of transducers or diaphragms therefor

Abstract

본원에서 미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 양상들이 설명된다. 미세 전자 기계 디바이스는, 기판과, 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정한 위치 중 하나 내에 다이어프램을 고정하도록 스트레스된 영역을 포함함 - 과, 다이어프램에 기계적으로 연결된 액추에이터 - 액추에이터는 다이어프램 위에 압전 층을 포함함 - 와, 디지털 음향 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 포함하되, 액추에이터는 전기 제어 신호를 수신하여 압전 층을 통해 다이어프램에 기계적 압력을 가하여 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다.

Description

미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법{A MICROELECTROMECHANICAL DEVICE, AN ARRAY OF MICROELECTROMECHANICAL DEVICES, A METHOD OF MANUFACTURING A MICROELECTROMECHANICAL DEVICE, AND A METHOD OF OPERATING A MICROELECTROMECHANICAL DEVICE}
다양한 실시예들은 일반적으로 미세전자기계 디바이스, 미세전자기계 디바이스의 어레이, 미세전자기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세전자기계 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 것이다.
미세전자기계시스템(MEMS)은 확성기(loudspeaker)로서 사용하거나 또는 적절히 이용하기 위해 제조될 수 있다. MEMS 확성기는 음파를 생성하도록 작동되는 다이어프램을 가질 수 있다. 다이어프램을 프리스트레스하여(pre-stressed) 쌍안정 기하학적 구조(bistable geometry)를 갖도록 하면, "휨(buckling)" 효과를 활용하여 MEMS 디바이스를 강화할 수 있는데, 예를 들어, 높은 가속도로 하나의 안정 위치(stable position)로부터 제 2 안정 위치로의 이동이 음파 생성에 더 에너지 효율적일 수 있다. 그러나, 다아이프램 기하학적 구조에 따라, 안정 위치들 사이의 이동은 둘 모두의 방향에서 동일한 진폭을 가질 수도 있는데, 이는 생성된 음파에 부정적 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 쌍안정 다이어프램의 효과적인 제어는 이점이 있을 것이다. 따라서, 고속 다이어프램으로부터의 음파 생성이 어레이에 사용되어 디지털 음파 복원(digital sound reconstruction)을 가능하게 할 수 있다.
도면들에서, 유사 참조 문자는 일반적으로 상이한 관점에 걸쳐 동일한 부분을 지칭한다. 도면들은 반드시 실제 크기에 따라 도시되지 않으며, 대신 본 발명의 원리를 예시할 때 일반적으로 강조가 표시된다. 다음 설명에서, 본 발명에 관한 다양한 실시예들이 다음 도면들을 참조하여 설명된다.
도 1a 및 도 1b는 쌍안정 다이어프램을 갖는 미세전자기계 디바이스를 도시한다.
도 2a 내지 도 2g는 쌍안정 다이어프램에 관한 다양한 양상들을 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 미세전자기계 디바이스를 도시한다.
도 4a 및 도 4b는 다이어프램, 프리스트레스 층, 및 액추에이터를 도시한다.
도 5a 내지 도 5e는 액추에이터를 갖는 쌍안정 다이어프램에 관한 다양한 양상를 도시한다.
도 6은 미세전자기계 디바이스의 어레이를 도시한다.
도 7은 미세전자기계 디바이스를 제조하는 방법에 관한 다이어그램을 도시한다.
도 8a 내지 도 8d는 미세전자기계 디바이스를 제공하는 방법에 관한 양상들을 도시한다.
도 9는 미세전자기계 디바이스를 동작시키는 방법에 관한 다이어그램을 도시한다.
이어지는 상세 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 세부사항 및 실시예들을 예시의 방법에 의해 보여주는 첨부된 도면을 참조한다. 다음 도면들에서, 유사하거나 동일한 요소들은 유사하거나 동일한 참조 부호(예를 들어, 다이어프램 110)를 가질 수 있다. 요소들에 관한 설명은, 간결성을 위해 후속 설명에서 생략될 수도 있다.
단어 "예시적인"은 "예, 사례, 또는 예시의 역할을 하는 것"을 의미하는 것으로 본원에서 사용된다. "예시적인" 것으로 본원에 설명된 임의의 실시예 또는 설계가 반드시 다른 실시예들 또는 설계들보다 선호되거나 이점이 있는 것으로 고려되는 것은 아니다.
측면 또는 표면 "위에" 형성된 증착된 재료 관련하여 사용되는 단어 "위에"는, 증착된 재료가 내부 측면 또는 표면과 직접 접촉하여 "그 위에 직접" 형성될 수 있음을 의미하도록 본원에서 사용될 수 있다. 측면 또는 표면 "위에" 형성된 증착된 재료와 관련하여 단어 "위에"는, 증착된 재료가 내부 측면 또는 표면과 증착된 물질 사이에 배치된 하나 이상의 추가 층을 갖는 내부 측면 또는 표면 "상에 간접" 형성될 수도 있다는 것을 의미하기 위해 본원에서 사용될 수 있다.
본원에 사용된 바와 같이, "회로"는 특수용 회로 또는 메모리, 펌웨어, 하드웨어, 또는 이들의 임의의 조합 내에 저장된 소프트웨어를 실행하는 프로세서일 수도 있는 엔티티를 구현하는 임의의 종류의 (아날로그 또는 디지털) 로직으로 이해될 수도 있다. 더욱이, "회로"는 프로그램 가능한 프로세서, 예를 들어, 마이크로프로세서(예를 들어, 복합 명령어 세트 컴퓨터(CISC) 또는 감축형 명령어 세트 컴퓨터(RISC) 프로세서)와 같은 프로그램 가능한 로직 회로 또는 하드와이어드 로직 회로일 수도 있다. "회로"는 또한 소프트웨어, 예를 들어, 임의의 종류의 컴퓨터 프로그램, 예를 들어, 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체, 예를 들어, 자바와 같은 가상 머신 코드를 사용하는 컴퓨터 프로그램을 실행하는 프로세서일 수 있다. 아래에서 더 상세히 설명될 각각의 기능에 관한 임의의 다른 종류의 구현예가 "회로"로 이해될 수도 있다. 임의의 2개(또는 그 이상)의 설명된 회로는 실질적으로 균등한 기능을 갖는 단일 회로로 조합될 수도 있고, 역으로, 임의의 단일인 것으로 설명된 회로가 실질적으로 균등한 기능을 갖는 두 개의(또는 그 이상의) 별개인 회로로 분리될 수도 있다. 특히 본원에 포함된 특허청구범위에서 "회로망(circuitry)"의 사용과 관련하여, "회로(circuit)"의 사용은 2개 이상의 회로를 집합적으로 지칭하는 것으로 이해될 수 있다.
용어 "형성하는"은 배치, 배열, 구조화, 또는 증착을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 층, 재료, 또는 영역 등을 형성하기 위한 방법은, 화학 기상 증착, 물리 기상 증착(예를 들어, 유전체를 위한), 전기 도금(예를 들어, 금속 또는 금속 합금을 위한, 전기도금으로 지칭될 수도 있음), 또는 스핀 코팅(예를 들어, 액체를 위한)을 포함할 수도 있는 다양한 증착 방법을 포함할 수 있다. 일반적으로, 기상 증착은 스퍼터링, 레이저 삭마(laser ablation), 음극 아크 기화(cathodic arc vaporization), 또는 열 증착(thermal evaporation)에 의해 형성될 수도 있다. 금속을 형성하기 위한 방법은, 금속 도금(plating), 예를 들어, 전기 도금 또는 화학 도금을 포함할 수 있다.
용어 "형성하는"은, 예를 들어, 층, 재료, 또는 영역의 적어도 일부분이 한 세트의 화학 물질을 화학 조성물로 변환함으로써 형성되는, 화학 조성물의 화학적 반응 또는 공정을 또한 포함할 수도 있다. "형성"은, 예를 들어, 화학 물질의 세트의 원자들 사이의 화학 결합을 끊거나 형성함으로써 전자의 위치를 변경하는 것을 포함할 수도 있다. 용어 "형성"은 산화 및 감소, 복합화(complexation), 침전precipitation), 산-염기 반응, 치환(substitution), 도핑, 추가 및 제거, 확산, 또는 광화학 반응을 더 포함할 수도 있다. "형성"은, 예를 들어, 층, 재료, 또는 영역의 일부분을 화학적으로 구성하는 화학 물질 세트의 화학적 특성 및 물리적 특성을 변경할 수 있다. 예시적인 화학적 특성 또는 물리적 특성은 전기 전도율, 위상 결합, 또는 광학 특성 등을 포함할 수 있다. "형성"은, 예를 들어, 초기 화합물의 화학적 특성 및 물리적 특성을 변경하도록 초기 화합물에 시약(chemical reagent)을 적용하는 것을 포함할 수도 있다.
용어 "구조화(structuring)"는 구조의 형성을 수정하는 것(예를 들어, 원하는 형상 또는 원하는 패턴을 달성하기 위해 구조를 수정하는 것)을 지칭할 수 있다. 구조화를 위해, 예를 들어, 물질, 물질의 일부분이 에칭을 통해 제거될 수도 있다. 예를 들어, 층, 재료, 또는 영역으로부터 재료를 제거하기 위해, (패턴을 제공하는) 마스크가 사용될 수도 있고, 즉, 마스크가 마스크의 패턴을 따라 재료를 제거(예를 들어, 구조체를 에칭하여 구조체의 재료를 제거)하기 위한 패턴을 제공한다. 예시적으로, 마스크는 (남아있길 원하는) 영역들이 (예를 들어, 에칭에 의해) 제거되는 것을 방지할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 층을 구조화하기 위해, 재료 또는 재료의 영역이 마스크(패턴을 제공하는 마스크)를 사용하여 배치될 수도 있다. 마스크는 마스크의 패턴을 따라 재료를 형성하는(예를 들어, 배치하는) 패턴을 제공할 수 있다.
일반적으로, 재료를 제거하는 것은, 재료를 에칭하는 것과 같은 처리를 포함할 수 있다. 용어 "에칭"은 다양한 에칭 절차, 예를 들어, 화학 에칭(예를 들어, 습식 에칭 또는 건식을 포함함), 물리적 에칭, 플라즈마 에칭, 이온 에칭 등을 포함할 수 있다. 층, 재료, 또는 영역을 에칭할 때, 에천트는 층, 재료, 또는 영역에 적용될 수 있다. 예를 들어, 에천트는 쉽게 제거될 수 있는 물질(또는 화합물), 예를 들어, 휘발성 물질을 형성하는 층, 재료, 또는 영역과 반응할 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 에천트는, 예를 들어, 층, 재료, 또는 영역을 증발시킬 수 있다.
마스크는, 일시적 마스크일 수 있는데, 즉, 에칭(예를 들어, 마스크는 합성수지(resin) 또는 금속 또는 따른 재료, 예컨대, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 카본 등과 같은 하드 마스크 재료로부터 형성될 수 있음) 이후에 제거될 수 있거나 마스크가 여러 번 사용될 수 있는 영구적 마스크일 수도 있다. 일시적 마스크는, 예를 들어, 포토마스크를 사용하여 형성될 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, 미세전자기계 디바이스는 반도체 칩의 일부로서 형성될 수도 있거나, 반도체 칩을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반도체 칩은 (미세전자기계 컴포넌트로 지칭될 수도 있는) 미세전자기계 디바이스를 포함할 수도 있다. 다시 말해, 미세전자기계 디바이스는, 예를 들어, 모놀리식으로 집적된, 반도체 칩 내에 구현될 수 있다(예를 들어, 반도체 칩의 일부일 수도 있다). (칩, 다이, 또는 마이크로 칩으로 지칭될 수도 있는) 반도체 칩은 웨이퍼 상에 또는 웨이퍼(또는 예를 들어, 기판 또는 캐리어) 내에 반도체 기법으로 처리될 수도 있다. 반도체 칩은 반도체 기법 처리 또는 공정 동안 형성되는 하나 이상의 미세전자기계 디바이스(MEMS)를 포함할 수 있다. 반도체 기판은 반도체 칩의 일부일 수 있으며, 예를 들어, 반도체 기판은 칩의 반도체 바디의 일부이거나 반도체 바디를 형성할 수 있다. 선택적으로, 미세전자기계 컴포넌트는 칩 상의 집적 회로의 일부이거나 전기적으로 연결될 수도 있다.
다양한 실시예들에 따르면, (예를 들어, 반도체 칩의 반도체 기판, 예를 들어, 미세전자기계 디바이스의) 반도체 기판은 웨이퍼의 커프 영역(kerf region)으로부터 재료를 제거함으로써 웨이퍼로부터 싱귤레이션될 수 있다(웨이퍼를 다이싱하거나 커팅하는 것으로도 지칭됨). 예를 들어, 웨이퍼의 커프 영역으로부터 재료를 제거하는 것은 스크라이빙 및 파쇄(breaking), 절단(cleavage), 블레이드 다이싱(blade dicing) 또는 기계적 톱질(mechanical sawing)(예를 들어, 다이싱 톱을 사용)에 의해 처리될 수 있다. 다시 말해, 반도체 기판은 웨이퍼 다이싱 공정에 의해 싱귤레이션될 수 있다. 웨이퍼 다이싱 공정 후에, 반도체 기판(또는 완료된 미세전자기계 디바이스)은, 예를 들어, 몰드 재료에 의해 전기적으로 접촉되어 칩 캐리어(칩 하우징으로도 지칭 될 수도 있음)에 캡슐화될 수 있고, 이는 게이지(gauge)와 같은 전자 디바이스에 사용하기에 적합할 수 있다. 예를 들어, 반도체 칩은 와이어에 의해 칩 캐리어에 본딩될 수 있다. 또한, (칩 캐리어에 본딩될 수 있는) 반도체 칩은 인쇄 회로 기판 상에 장착(예를 들어, 납땜)될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 반도체 기판(예를 들어, 미세전자기계 디바이스 또는 반도체 칩의 반도체 기판)은 IV 족 반도체(예를 들어, 실리콘 또는 게르마늄), III-V 족 화합물 반도체(예를 들어, 갈륨 비소)와 같은 화합물 반도체를 포함하는 다양한 유형의 반도체 재료, 또는 III 족 반도체, V 족 반도체 또는 중합체를 포함하는 다른 유형의 반도체를 포함하거나 또는 구성될 수 있다(즉, 그로부터 형성될 수 있음). 일 실시예에서, 반도체 기판은 (도핑되거나 도핑되지 않은) 실리콘으로 구성될 수 있다. 다른 실시예에서, 반도체 기판은 실리콘 온 인슐레이터(silicon on insulator: SOI) 웨이퍼일 수 있다. 대안으로서, 반도체 기판, 예를 들어, 갈륨 인화물(GaP), 인듐 인화물(InP) 또는 임의의 적합한 3원 반도체 화합물 재료, 예컨대, 인듐 갈륨 비소(InGaAs), 또는 4원 반도체 화합물 재료, 예컨대, 알루미늄 인듐 갈륨 인산염(AlInGaP)을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 반도체 기판(예를 들어, 미세전자기계 디바이스 또는 반도체 칩의 반도체 기판)은 환경 영향, 예를 들어, 산화로부터 반도체 기판을 보호하기 위한 패시베이션 층(passivation layer)으로 피복될 수 있다. 패시베이션 층은 금속 산화물, 반도체 기판(기판 또는 반도체 바디로도 지칭 될 수 있음)의 산화물, 예를 들어, 실리콘 산화물, 질화물, 예를 들어, 실리콘 질화물, 중합체, 예를 들어, 벤조사이클로부텐(benzocyclobutene: BCB) 또는 폴리이미드(PI), 예를 들어, 수지(resin), 레지스트 또는 유전체 재료를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 전기 전도성 물질은, 금속, 금속 합금, 금속간 화합물, 실리사이드(예를 들어, 티타늄 실리사이드, 몰리브덴 실리사이드, 탄탈륨 실리사이드 또는 텅스텐 실리사이드), 전도성 폴리머, 다결정 반도체 또는 고농도로 도핑된 반도체, 예를 들어, 다결정 실리콘(폴리실리콘으로도 지칭됨), 또는 고 도핑 실리콘을 포함하거나 이들로부터 형성될 수도 있다. 전기 전도성 물질은, 예를 들어, 약 102S/m보다 큰, 예를 들어, 약 10S/m보다 높은 전기 전도도(실온 및 일정한 전계 방향에서 측정됨)를 갖는 적당한 전기 전도도를 갖는 물질, 또는 약 106S/m보다 큰, 예를 들어, 약 104S/m보다 높은 전기 전도도를 갖는 물질로 이해될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 금속은 알루미늄, 구리, 니켈, 마그네슘, 크롬, 철, 아연, 주석, 금, 은, 이리듐, 백금 또는 티타늄 원소 중 하나의 원소를 포함하거나 그로부터 형성될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 금속은 하나의 원소 또는 하나 이상의 원소를 포함하는 금속 합금을 포함하거나 그로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 금속 합금은 금과 알루미늄의 금속 간 화합물, 구리와 알루미늄의 금속 간 화합물, 구리와 아연(황동)의 금속 간 화합물 또는 구리와 주석(청동)의 금속 간 화합물을 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 유전체 재료, 예를 들어, 전기 절연 재료는, 약 10-2S/m 미만, 예를 들어, 약 10-5S/m 미만, 또는 예를 들어, 약 10-7S/m 미만인 전기 전도도(실온 및 일정한 전계 방향에서 측정됨)를 갖는 불량한 전기 전도도를 갖는 재료로 이해될 수도 있다.
다양한 실시예에 따르면, 유전체 재료는 반도체 산화물, 금속 산화물, 세라믹, 반도체 질화물, 금속 질화물, 반도체 질화물, 금속 탄화물, 유리, 예를 들어, 플루오로실리케이트 유리(fluorosilicate glass: FSG), 유전체, 실리케이트, 예를 들어, 하프늄 실리케이트 또는 지르코늄 실리케이트, 전이 금속 산화물, 예를 들어, 하프늄 디옥사이드 또는 이산화 지르코늄, 옥시나이트라이드, 예를 들어, 실리콘 옥시니트라이드, 또는 임의의 다른 유형의 유전체 물질일 수 있다. 유전체 재료는 파괴되지 않고(즉, 전기 전도도를 실질적으로 변화시키지 않고 절연 특성의 결함을 경험하지 않고) 전기장을 견딜 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 미세전가기계 디바이스는 제어기에서 디지털 사운드 입력을 수신하고 제어기로부터 액추에이터로 전기 제어 신호를 제공하여 압전 층을 통해 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 음파를 생성하도록 구성된다. 일반적으로, 미세전자 기계 디바이스는 기계적 에너지를 전기 에너지 및/또는 전기 에너지를 기계적 에너지로 전환하도록 구성될 수 있다. 다시 말해, 미세전자기계 컴포넌트는 기계적 에너지를 전기 에너지로 또는 그 반대로 변환하도록 구성된 변환기로서 기능 할 수 있다. 미세전자기계 디바이스는, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 5㎜의 범위, 예를 들어, 약 100㎛ 내지 약 2 ㎜의 범위, 예를 들어, 1mm, 예를 들어, 약 1㎜ 내지 약 1.5㎜의 범위, 또는 이와 달리 약 1㎜보다 작거나, 예를 들어 500㎛보다 작거나, 예를 들어, 100㎛보다 작은, 약 수 마이크로미터(㎛) 내지 약 수 밀리미터(mm) 범위의 크기(예를 들어, 직경 또는 횡폭)를 가질 수 있다. 다양한 실시예에 따른 미세전자기계 디바이스는 반도체 기술로 처리될 수 있다.
다양한 실시예에 따른 미세전자기계 디바이스는 기계적 신호를 감지하고 기계적 신호를 나타내는 전기 신호를 생성하는 센서(예를 들어, 마이크로 센서)로서 사용될 수 있다. 이와 달리, 미세전자기계 컴포넌트가 전기 신호에 기초하여 기계적 신호를 생성하기 위한 액추에이터로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 미세전자기계 디바이스는 마이크로폰 또는 스피커(확성기)로서 사용될 수도 있다.
미세전자기계 디바이스는 다이어프램을 포함할 수 있다. 다이어프램은 힘에 반응하여 작동하도록 구성될 수 있다. 힘은 미세전자기계 디바이스로부터 외부에서 제공될 수 있는데, 즉, 미세전자기계 디바이스로부터 힘이 발생하지 않을 수 있다. 힘은 기계적 상호작용, 즉, 압력차(pressure gradient), 예를 들어, 기계적 파장(음파 또는 음파 포함), 게이지 압력과 같은 압력일 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 힘은 전계 상호 작용, 즉, 쿨롱 힘 또는 정전기력일 수 있거나, 자기장 상호 작용, 예를 들어, 로렌츠 힘과 같은 자력일 수도 있다. 전기 도전성 컴포넌트, 예를 들어, 전극 또는 센서는 다이어프램의 작동에 응답하여 전기 신호를 제공할 수 있다. 전기 신호는 다이어프램 상의 힘 또는 다이어프램의 작동을 나타낼 수 있다(예를 들어, 전기 신호가 힘에 비례할 수 있다).
추가적으로 또는 대안적으로, 다이어프램을 작동시키는 힘은 미세전자기계 디바이스에 의해 제공될 수 있으며, 즉, 미세전자기계 디바이스의 요소로부터 힘이 발생할 수 있다. 예를 들어, 힘은 전기 전도성 컴포넌트, 예를 들어, 미세전자기계 디바이스의 일부인 전극 또는 압전 소자를 포함하는 액추에이터에 의해 제공될 수 있다. 전기 전도성 컴포넌트는 전기 전도성 컴포넌트에 이동되는 전기 신호에 응답하여 다이어프램을 작동시키는 힘을 제공할 수 있다. 전기 신호는 전자 회로, 예를 들어, 제어기 또는 프로세서에 의해 전송될 수 있다. 전기 전도성 컴포넌트는 전기장 상호 작용, 자기장 상호 작용, 또는 이들의 조합에 의해 다이어프램에 힘을 가할 수 있다.
질화 알루미늄, 산화 아연, 및 티탄산 지르콘산 연(lead zirconate titanate)과 같은 압전 재료는, 전압 상태와 재료의 분극화의 결합을 특징으로 한다. 인가된 압력은 재료를 분극화하는 전하 이동을 생성하는 압전 재료의 결정 구조에서 단위 셀을 변형시킨다. 이것을 압전 효과라고 한다. 역 압전 효과는 반대 원리, 즉 전기장의 인가가 압전 재료의 결정 구조의 변형을 야기한다.
도 1a는 쌍안정 다이어프램(110)을 갖는 미세전자기계 디바이스(100)를 도시한다. 다이어프램(110)은 기판(102)에 기계적으로 연결될 수 있다. 도 1a는 기하학적으로 안정된 위치(110-1) 내에 있는 다이어프램(110)을 나타낼 수 있다. 다이어프램(110)의 정의된 기계적 프리스트레스와 같은 "휨(buckling)" 효과로 인해, 다이어프램(110)은 위치(110-1)에서 안정된 기하학적 평형 위치에 있을 수 있고, 즉, 안정 위치(110-1)에서 다이어프램(110)을 유지하기 위한 에너지 입력이 필요하지 않다.
미세전자기계 디바이스(100)의 기판(102)은 반도체, 예를 들어, 실리콘으로 형성될 수 있다. 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘일 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 반도체는 실리콘 화합물, 예를 들어, 비정질 실리콘 카바이드 또는 다결정 실리콘 카바이드일 수 있다.
다이어프램(110)은 또한 높은 기계적 안정성을 가질 수 있게 하는 반도체 재료, 예를 들어, 기판(102)과 동일한 재료 또는 기판(102)과 상이한 재료로 형성될 수 있다. 다이어프램(110)은 실리콘 또는 실리콘 화합물, 예를 들어, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 실리콘 질화물, 비정질 실리콘 카바이드 또는 다결정 실리콘 카바이드로 형성될 수도 있다.
도 1b는 쌍안정 다이어프램(110)을 갖는 미세전자기계 디바이스(100)를 도시한다. 여기서, 다이어프램(110)은 (도 1a의 기하학적으로 안정된 위치(110-1)와 관련하여) 기하학적으로 안정된 다른 위치(110-2)에 있을 수 있는데, 즉, 위치(110-2)는 다이어프램(100)의 2개의 안정된 기하학적-평형 위치 중 한 위치일 수 있다. 2개의 안정 위치 사이의 이동, 예컨대, 110-1에서 110-2로의 이동은 다이어프램(110)의 다이어프램 특정 스트레스 값, 예를 들어, 기하학적 구조, 재료, 서스펜션 또는 커플링 등 중 임의의 하나 또는 이들의 조합으로 인한 임계 하중(critical load) 또는 힘을 극복함으로써 달성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 예시적인 쌍 안정 다이어프램(110)의 다양한 양상들을 도시한다. 쌍 안정 다이어프램은 특별한 기하학적 구조들로 제한되지 않을 수 있다. 다이어프램은 정사각형, 십자형 또는 원형 등일 수 있다. 다수의 예들은 기계적으로 프리스트레스 다이어프램(110)에서 "휨" 효과를 부여할 수 있다. 예를 들어, 정의된 층 스트레스를 갖는 추가 박층이 다이어프램(110) 위에 형성될 수 있다. 프리스트레스 층은 오로지 스트레스를 더해주기 위해 다이어프램(110) 위에 형성되는 추가 층일 수도 있고, 다이어프램(110) 위에 형성된 다른 구조의 프리스트레스 층일 수도 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다이어프램(110)은, 예를 들어, 기판(102)에 스트레스를 가하는 주변 패키지에 의해 다이어프램(110)의 구조에 원하는 장력을 달성함으로써 프리스트레스될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 다이어프램(110)은 정의된 압축 스트레스 구배(compressive stress gradient)를 도입하는 다이어프램(110) 내 구조적 도펀트를 통한 주입 또는 도핑에 의해 프리스트레스될 수 있다.
본 명세서에서 사용될 수 있는 바와 같이, 구조적 도펀트는, 다이어프램의 전기적 특성을 변경하는, 예를 들어, 다이어프램 또는 다이어프램의 영역의 도전성을 증가시키는 도펀트와는 대조적으로 다이어프램의 물리적 또는 기계적 특성을 의도적으로 변경하는 도펀트를 지칭할 수 있다. 구조적 도펀트, 예를 들어, 탄소는 스트레스된 기하학적으로 쌍 안정인 다이어프램을 생성하기 위해 다이어프램의 프리스트레스 영역을 형성하도록 주입될 수 있지만, 다이어프램의 전기적 특성을 크게 변화시키지는 않는다. 그러나, 스트레스 영역은 구조적 도펀트를 배타적으로 포함해서는 안 되는데, 즉, 스트레스 영역은 구조적 도펀트가 주입된 영역을 나타낼 수 있지만, 도전성 도핑 영역이 스트레스 영역과 겹칠 수 있고, 예를 들어, 다이어프램의 영역의 도전율을 증가시킬 수 있는 도펀트가 또한 스트레스가 가해진 영역 내에 또는 그 위에 증착될 수 있다.
따라서, "휨" 효과를 위해 스트레스가 다이어프램(110)에 부여되는 영역은 다이어프램(110)의 전체 표면 또는 다이어프램(110)의 일부분에 부여되거나 정의 될 수 있다. 다양한 양상 또는 예들은 도 2a 내지 도 2g를 참조하여 아래에서 설명될 수 있다.
예를 들어, 다이어프램(110)은 도 2의 평면도(200A)에서 볼 수 있는 바와 같이 원형을 가질 수 있다. 스트레스 영역(112)은 다이어프램(110)의 전체 표면, 예를 들어, 상부 표면을 덮을 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 부여된 스트레스를 나타낼 수 있다.
도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 도 2b에서, 평면도(200B)는 원형의 다이어프램(110)을 도시한다. 스트레스 영역(112)은 다이어프램(110)의 원형의 표면을 부분적으로 덮을 수 있다. 스트레스 영역(112)은 다이어프램(110)의 적어도 하나의 직경, 예를 들어, 서로 수직인 2개의 직경을 따라 형성될 수 있다. 따라서, 다이어프램(110)의 영역(114)은 직접 스트레스되지 않을 수 있고, 즉, 영역(114)은 스트레스 또는 스트레스 구배를 겪을 수 있지만, 예를 들어, 프리스트레스 층은 영역(114) 위에 인가되지 않거나 구조적 도펀트가 영역(114) 내에 주입되지 않을 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 부여된 스트레스를 나타낼 수 있다.
도 2c는 또한 원형의 다이어프램(110)의 평면도(200C)를 도시한다. 그러나, 스트레스 영역(112)이 원형의 원주를 따라 형성될 수 있으며, 즉 영역(114)이 직접 스트레스를 받지 않도록 원형의 표면을 부분적으로 덮을 수 있다. 스트레스 영역(112)은 다이어프램(110)의 원형의 원주로부터 실질적으로 균일한 소정의 거리만큼 연장될 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 가해진 스트레스를 나타낼 수 있다.
타원형의 다이어프램(110)이 도 2d의 평면도(200D)로 도시될 수 있다. 스트레스 영역(112)은 타원형의 전체 표면을 덮을 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 부여된 스트레스를 나타낼 수 있다. 위에서 도 2a 내지 도 2d에 도시된 바와 같이, 다이어프램(110)은 다각형 형태를 가질 수도 있다.
예를 들어, 도 2e의 평면도(200E)는 직사각형 형태의 다이어프램(110)을 도시할 수 있다. 스트레스 영역(112)은 직사각형 형태의 전체 표면을 덮을 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 가해지는 스트레스를 나타낼 수 있다.
도 2f는 평면도(200F)의 다이어프램(110)의 정사각형을 도시할 수 있다. 도시된 바와 같이, 스트레스가 가해진 영역(112)은 사각형 형태의 다이어프램(110)의 전체 표면을 덮을 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 가해진 스트레스를 나타낼 수 있다.
그러나, 도 2g의 평면도(200G)에서의 다이어프램(110)의 정사각형의 표면은, 스트레스 영역(112)에 의해 부분적으로 덮일 수 있다. 영역(114)은 직접 스트레스가 가해지지 않는다. 스트레스 영역(112)은 정사각형의 2개의 이등분선을 따라 형성될 수 있으며, 예를 들어, 도 2g에서 볼 수 있는 바와 같이 측면 이등분선 또는 예를 들어, 각 이등분선을 형성할 수 있다. 화살표(116)는 다이어프램(110)에 가해지는 스트레스를 나타낼 수 있다.
도 3a는 미세전자기계 디바이스(300a)를 도시할 수 있다. 미세전자기계 디바이스(300A)는, 기판(102)과, 기판(102)에 기계적으로 연결된 다이어프램(110) - 다이어프램(110)은 다이어프램을 2개의 기하학적으로 안정된 위치들(편의상, 쌍 안정 다이어프램(110)의 예시적인 위치들(110-1 및 110-2)은 여기에 도시되지 않음) 중 하나로 휘게 하기 위한 스트레스 영역을 포함할 수 있음 - 과, 다이어프램(110)에 기계적으로 연결된 액추에이터(120) - 액추에이터(120)는 다이어프램(110) 위에 압전 층(124)을 포함함(예를 들어, 액추에이터(120)는 여기에 도시된 바와 같이 제 1 전극(122) 및 제 2 전극(126)을 또한 포함함) - 와, 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기(150)를 포함하고, 액추에이터(120)는 전기 제어 신호를 수신하여 압전 층(124)을 통해 다이어프램(110) 상에 기계적 압전력을 가하여 다이어프램(110)을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다. 제어기(150)는 액추에이터(120)에 연결될 수 있다.
액추에이터(120)의 압전 층(124)은 산화 아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 압전 층(124)은 CMOS(complementary metal-oxide-semiconductor) 공정에서의 집적과의 호환성이 감소할 수 있는 PZT(lead zirconate titanate)를 포함할 수 있지만, 높은 액추에이터 전위를 생성할 수 있다. 압전 층(124)은 질화 알루미늄(AlN)을 포함할 수 있다.
액추에이터(120)는 압전 층(124)의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극(122)을 포함할 수 있다. 제 1 전극(122)은 금속, 예를 들어, 알루미늄, 금 및 백금과 같은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 액추에이터(120)는 다이어프램(110) 위의 압전 층(124)의 바닥면에 기계적으로 연결된 제 2 전극(126)을 더 포함할 수 있다. 제 2 전극(126)은 금속성 박막과 같은 전기 전도성 영역을 생성하기 위한 일반적인 액추에이터 또는 도너 물질로부터 형성될 수 있거나, 또는 추가 층으로서 또는 다이어프램(110)의 일부로서 도핑된 반도체 재료와 같은 반도체 재료를 통해 직접 형성될 수 있다. 제 2 전극(126)은 전도성 재료를 포함할 수 있다. 제 2 전극(126)은 알루미늄, 금 및 백금과 같은 금속을 포함할 수 있다. 추가 적으로 또는 대안적으로, 다이어프램(110)은 압전 층(124)의 바닥면에 연결된 제 2 전극(126)으로 구성된 전도성 영역을 포함할 수 있다. 제 2 전극은 도핑된 반도체와 같은 반도체 재료를 포함할 수 있다.
미세전자기계 디바이스(300)는 다이어프램에 연결된 센서(130)를 더 포함할 수 있다. 센서(130)는, 예를 들어, 센서(130)로부터의 입력을 수신하고 입력에 대응하는 신호를 제공하기 위해, 아날로그 입력을 디지털 출력으로 변환하도록 구성된 회로에 추가로 연결될 수 있다. 회로는 제어기(150)와 동일하거나 상이할 수 있다. 센서(130)는 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 다이어프램(110)의 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 액추에이터(120)의 압전 층(124)은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 다이어프램(110)의 위치를 결정하는 센서(130)로서 추가로 구성될 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 센서(130)는 다이어프램(110)에 기계적으로 연결된 추가 압전 층을 포함할 수 있다. 추가적인 압전 층은 다이어프램(110)의 표면에 연결될 수 있고 도 3b에 도시 된 구성으로 한정되지 않는다. 추가 압전 층은 AlN을 포함할 수 있다. 추가 압전 층은 ZnO를 포함할 수 있다. 추가 압전 층은 PZT를 포함할 수 있다. 도 3c에 도시 된 바와 같이, 센서(130)는 다이어프램(110)에 용량성으로 연결된 전극을 포함할 수 있다. 전극은 금속과 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다. 예를 들어, 전극은 알루미늄, 금 및 백금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 센서(130) 내의 전극은 다이어프램(110)을 둘러싸는 매체가 통과할 수 있게 하는 구멍 또는 천공(perforation)을 가질 수 있다.
전술한 바와 같이, 다이어프램(110)은 실리콘 또는 다른 적층 재료, 예를 들어, 실리콘 나이트라이드(SixNy) 또는 실리콘 카바이드(SiC)로 구성될 수 있다. 다이어프램(110)은 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 액추에이터(120)는 제 1 전극(122) 및 제 2 전극(126)을 포함할 수 있다. 액추에이터(120)는, 예를 들어, 굽힘이 최대인 다이어프램(110) 상에 다이어프램(110)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 전극은 수백 나노미터, 예를 들어, 100nm 내지 500nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 전극 사이에서, 예를 들어, PZT 또는 AlN으로부터 압전 층(124)이 형성될 수 있다. 압전 층(124)은, 예를 들어, 2㎛의 두께를 가질 수 있다. 전압의 인가에 의해, 압전 층(124)은 긴장되거나 압축되어 다이어프램(110)이 기하학적으로 안정된 위치(110-1)에서 기하학적으로 안정된 위치(110-2)로 또는 그 반대로 이동할 수 있다.
따라서, 미세전자기계 디바이스(300)는 다이어프램(110)의 높은 가속도 및 이에 따라 다이어프램(110)의 주변 매체, 예를 들어, 공기와 같은 유체의 높은 가속도를 생성하는 쌍 안정 위치들 사이의 갑작스러운 전환(예를 들어, 갑작스러운 또는 즉각적인 전환 또는 이동)을 통해 디지털 입력으로부터 사운드를 생성할 수 있다. 이러한 가속도는 차례로 대응하는 사운드 펄스의 생성된 사운드 압력에 비례한다. 그러나, 이러한 가속도는 다이어프램(110)의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 양 방향으로 진폭이 동일할 수도 있다.
따라서, 압전 액추에이터(120)를 통해 다이어프램(110)은 쌍 안정 위치들 사이에서 제어될 수 있고, 예를 들어, 음파(또는 사운드 펄스)의 생성 후에, 다이어프램(110)은 최종 위치(예를 들어, 위치(110-2))로부터 다시 시작 위치(예를 들어, 위치(110-1))까지 제어된다. 따라서, 미세전자기계 디바이스(300A), 예를 들어, 어레이의 픽셀(이하 참조)이 또 다른 음파를 생성하기 위해 다시 사용될 수 있다. 이는, 예를 들어, 위치(110-1)로부터 위치(110-2)로의 다이어프램의 이동으로 인해 생성된 음파가, 예를 들어, 위치(110-2)에서 위치(110-1)로의 이동과 동일한 진폭을 가질 때, 즉 양방향으로의 이동의 힘이 동일한 경우에 유리하다. 따라서, 반대 방향으로의 이동에 대응하는 대향 음파는 반대의 부호를 갖고, 이는 집계될 때 무효화된다. 그러므로, 음파를 효과적으로 생성하기 위해, 다이어프램(110)은 쌍 안정 위치들 사이에서 다른 방향(예를 들어, 다이어프램(110)이 쌍 안정 위치들 사이를 이동할 때)과 다르게 한 방향으로 전환될 수 있다.
제어기(150)는 디지털 사운드 입력을 전기 제어 신호, 예를 들어, 액추에이터(120)에 제공될 수 있는 디지털 사운드 입력에 대응하는 아날로그 제어 신호로 변환하는 회로일 수 있다. 역 압전 효과를 통해, 액추에이터(120)의 압전 층(124)은 다이어프램을 이동시켜 디지털 사운드 입력에 따라 음파를 생성시키도록 다이어프램(110)에 힘을 가할 수 있다. 따라서, 액추에이터(120)는 전기 제어 신호를 수신하여 하나의 기하학적으로 안정된 위치에서 다른 기하학적으로 안정된 위치로 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성할 수 있다.
다이어프램(110)의 위치의 전환은 다이어프램(110)의 기계적 변형으로 인해 전기적 수단에 의해 모니터링될 수 있고, 따라서 연결된 압전 층(124), 즉 액추에이터(120)에서의 임피던스 변화가 센서(130)로서 구성될 수 있다. 액추에이터(120)는, 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 기하학적으로 불안정한 위치에서 다이어프램을 제어하기 위해 제어기로부터 추가 전기 제어 신호를 수신하도록 또한 구성될 수 있다.
추가 압전 소자, 예를 들어, 도 3b의 센서(130) 또는 용량성 측정을 위한 전극, 예를 들어, 도 3c의 센서(130)를 통합하면, 도 3c에 도시된 바와 같이, 불안정 영역에서의 다이어프램(110)의 정확한 절대 위치를 결정할 수 있다. 집적된 센서(130)는 또한 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나에서 다이어프램(110)의 절대 위치 결정을 모니터링하여 다이어프램(110) 또는 액추에이터(120)의 열화(예를 들어, 마모 또는 스트레스 완화에 대한 자체 테스트로서)를 추가로 판단하도록 구성될 수 있다. 또한, 편광 전하는 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 이동을 통해 방전될 수 있고, 그 총량은 다이어프램(110)의 절대 위치와의 간접적인 간섭을 가질 수 있다.
적절한 제 1 전극(122)을 사용하여, 본원에 그 전체가 참조로서 포함되는, 예를 들어, Journal of Micromechancis and Microengineering, Vol. 20, p. 055027 (7pp), 2010에 개시된, JL Sanchez-Rojas, J. Hernando, A Donoso, JC Bellido, T. Manzaneque, A. Ababneh, H. Seidel 및 U. Schmid의 압전 마이크로 플레이트 공진기의 모달 최적화 및 필터링 (Modal Optimization and Filtering in Piezoelectric Microplate Resonators)에 따라, 프리스트레스 다이어프램(110)의 원하는 위치 이동이 향상될 수 있고, 이에 의해 박막 액추에이터(120) 및 센서(130)의 전위가 증가할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 다이어프램(110), 스트레스 영역(112) 및 액추에이터(120)에 관한 다이어그램(400a 및 400b)을 도시한다. 본 개시물의 하나의 양상에서 전술된 바와 같이, 다이어프램(110)을 프리스트레스(pre-stress)하기 위해, 추가 스트레스 층이 다이어프램(110)에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 박막이 스트레스 영역(112)을 형성할 수 있다. 층은 텅스텐(W)을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 액추에이터(120)의 층들 중 하나가 압축 스트레스를 받아서 다이어프램(110) 상에 스트레스 영역(112)을 부여할 수 있다. 따라서 추가 층이 절약될 수 있다.
도 5a 내지 도 5e는 액추에이터(120)를 갖는 쌍 안정 다이어프램(110)의 다양한 양상, 즉 다이어프램(110) 상에 스트레스 영역(112)을 부여하는 다양한 양상을 단면으로 도시한다. 액추에이터(120)는 제 1 전극(122), 압전 층(124)(예를 들어, 박층) 및 제 2 전극(126)을 포함할 수 있다. 제 2 전극(126)은 금속 박막뿐만 아니라 다이어프램(110)의 도핑된 영역(반도체 재료), 예를 들어, 고농도로 도핑된 영역으로부터 형성될 수 있다. 개별 컴포넌트는 다이어프램(110), 스트레스 박막 및 액추에이터(120)일 수 있다. 이들은 상이한 방식으로 배열될 수도 있고 특정 층은 다중 작업을 위해 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 2 전극(126)은, 스트레스 층으로서의 역할 이외에, 압축될 수 있고 액추에이터(120)의 일부일 수도 있다. 압축 스트레스 구배(compressive stress gradients)는 또한 주입(예를 들어, 탄소와 같은 구조적 도펀트)을 통해 다이어프램(110) 내에 형성될 수 있고, 다이어프램(110)의 이러한 영역은 표면 근처 추가 도핑을 통해 제 2 전극(126)으로서 동시에 사용될 수도 있다.
다이어프램(110)은 스트레스 영역을 부여하기 위해 다이어프램(110)의 표면에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층을 더 포함할 수 있다. 액추에이터(120)는 스트레스 영역을 부여하기 위해 다이어프램(110)의 표면 위에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층을 포함할 수 있다. 액추에이터(120)의 프리스트레스 층은 압전 층(124)의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극(122), 압전 층(124), 및 다이어프램(110) 위에서 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극 중 적어도 하나일 수 있다.
도 5a는 스트레스 영역(112)을 부여하기 위한 추가 층을 갖는 다이어프램(110)을 포함할 수 있다. 화살표(116)는 프리스트레스 요소를 나타낼 수 있다. 액추에이터(120)는 제 1 전극(122), 압전 층(124) 및 제 2 전극(126)을 포함할 수 있다.
도 5b의 액추에이터(120)는 제 1 전극(122), 압전 층(124) 및 제 2 전극 (126)을 포함할 수 있다. 제 2 전극(126)은 다이어프램(110)에 스트레스 영역을 부여하기 위해 프리스트레스될 수 있다. 화살표(116)는 프리스트레스 요소를 나타낼 수 있다.
도 5c에서, 액추에이터(120)의 압전 층(124)은 프리스트레스될 수 있다. 화살표(116)는 프리스트레스 요소를 나타낼 수 있다. 따라서, 다이어프램(110)의 스트레스 영역은 압전 층(124)에 의해 부여될 수 있다.
도 5d에서 다이어프램(110)은 스트레스 영역을 부여하기 위한 구조적 도펀트를 포함할 수 있다. 화살표(116)는 프리스트레스 요소를 나타낼 수 있다. 액추에이터(120) 내의 어떤 요소도 프리스트레스되지 않을 수 있다.
다시, 도 5e에서, 다이어프램(110)은 스트레스 영역을 부여하기 위한 구조적 도펀트를 포함할 수 있다. 또한, 제 2 전극(126)은 다이어프램(110)의 영역, 예를 들어, 도핑된 영역(도전성을 증가시키기 위한)에 형성될 수 있다. 따라서, 액추에이터(120)는 다이어프램(110) 위에 있는 압전 층(124) 위에 제 1 전극(122)을 포함 할 수 있고, 액추에이터(120)의 제 2 전극(126)은 다이어프램(110) 내에 존재할 수 있다.
도 6은 미세전자기계 디바이스의 어레이(600)를 도시한다. 실리콘 미세 기법 영역에서의 고정밀 처리에 기초하여, 전술한 바와 같은 많은 미세전자기계 디바이스는 어레이로 콤팩트하게 배열될 수 있어, 사운드 생성을 위해 충분히 높은 볼륨 및 해상도가 실현될 수 있다. 어레이는 비트 단위로(픽셀로서) 또는 비트 그룹으로, 예를 들어, 개별적으로 또는 그룹으로 디지털 제어될 수 있다. 디지털 제어는 전형적으로 가청 영역, 예를 들어, 80kHz에서 샘플링 주파수를 상당히 가질 수 있다. 사운드 입력을 디지털 방식으로 재구성하기 위해, 양의 사운드 펄스가 일 방향, 즉 다이어프램(110)의 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로부터의 이동 방향으로 생성되고, 음의 사운드 펄스가 사운드 펄스에 의해 반대 방향으로 생성된다. 따라서, 어레이의 픽셀 또는 비트 그룹의 빠른 할당을 통해, 생성된 음파(예를 들어, 응집 음파)의 특정 사이클과 관련하여 (각각의 다이어프램의) 실제 위치가 리셋될 수 있는데, 즉, 각각의 다이어프램은 응집 음파의 생성에 실질적으로 영향받지 않도록 시작 위치로 돌아가도록 제어될 수 있다.
미세전자기계 디바이스(예컨대, 전술된 미세전자기계 디바이스(300A))의 어레이(600)는 기판(102)과, 기판(102) 상에 배치된 복수의 미세전자기계 디바이스(예를 들어, 미세전자기계 디바이스(300-1 및 300-2))를 포함할 수 있고, 복수의 미세전자기계 디바이스의 각각은, 기판(102)에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나의 다이어프램을 휘게 하는(buckle) 스트레스 영역을 포함함 - 과, 다이어프램에 기계적으로 연결되고, 다이어프램 위에 압전 층(예를 들어, 압전 층(124A, 124B))을 포함하는 액추에이터(예를 들어, 액추에이터 (120A 및 120B))와, 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기(여기서는 도시되지 않음)를 포함하고, 액추에이터는 전기적 제어 신호를 수신하여 압전 층을 통해 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성되며, 및 응집 음파를 생성하기 위해 디지털 사운드 입력에 따라 전기 제어 신호를 사용하여 각각의 미세전자기계 디바이스를 제어하도록 구성된 복수의 미세전자기계 디바이스에 연결된 어레이 제어기(160)를 포함한다.
어레이(600)는 도 6의 2개의 미세전자기계 디바이스(300-1 및 300-2)로 도시되어 있지만, 임의의 개수의 개별 미세전자기계 디바이스가 1 내지 65,536의 범위 내에서 m개 및 1 내지 65,536의 범위 내에서 n개를 갖는 2차원 어레이(m, n)와 같은 어레이(600)를 형성할 수 있고, 여기서 m 또는 n이 1이면, m은 n과 같지 않다.
복수의 미세전자기계 디바이스는 각각의 미세전자기계 디바이스의 복수의 그룹, 예를 들어, 비트 그룹을 포함할 수 있고, 어레이 제어기(160)는 응집 음파를 생성하기 위해 디지털 사운드 입력에 따라 전기 제어 신호로 미세전자기계 디바이스의 각각의 그룹을 제어하도록 또한 구성될 수 있다.
어레이(600)의 각각의 미세전자기계 디바이스는 전술한 미세전자기계 디바이스, 예를 들어, 300A 내지 300C와 동일하거나 유사할 수 있으며, 따라서 여기에서 다시 상세하게 설명되지 않을 수 있다.
도 7은 미세전자기계 디바이스, 예를 들어, 미세전자기계 디바이스(300A)를 제조하는 방법(700)을 도시할 수 있다. 이러한 방법은, 기판을 제공하는 단계; 기판 상에 다이어프램을 형성하는 단계로서, 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나로 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함하는 단계; 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계로서, 액추에이터는 다이어프램 위에 압전 층을 포함하는 단계; 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 액추에이터에 연결하는 단계를 포함하고, 액추에이터는 전기 제어 신호를 수신하여 압전 층을 통해 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다.
방법(700)의 기판은 실리콘과 같은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 실리콘은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘일 수 있다. 추가적으로 또는 다르게는, 반도체 재료는 비정질 실리콘 카바이드 또는 다결정 실리콘 카바이드와 같은 실리콘 화합물일 수 있다.
마찬가지로, 다이어프램은 반도체 재료를 포함할 수 있다. 반도체는 실리콘 또는 실리콘 화합물, 예컨대, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, 비정질 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘 카바이드일 수 있다.
방법(700)에서, 다이어프램은 원형을 갖도록 형성될 수 있다. 스트레스 영역은 원형의 전체 표면을 덮거나 원형의 표면을 부분적으로 덮을 수 있다. 예를 들어, 스트레스 영역은 원형의 2개의 직경을 따라 형성될 수 있다. 직경은 수직 일 수 있다. 스트레스 영역은 원형의 원주를 따라 형성될 수 있다. 따라서, 스트레스 영역은 원주로부터 실질적으로 균일한 소정의 거리만큼 연장될 수 있다.
다이어프램은 타원형을 가질 수 있고 스트레스 영역은 원형의 전체 표면을 덮을 수도 있다.
본 발명의 다른 실시예에서, 다이어프램은 직사각형 또는 정사각형과 같은 다각형을 가질 수도 있다. 스트레스 영역은 직사각형 또는 정사각형의 전체 표면을 덮을 수 있다. 이와 달리, 스트레스 영역은 정사각형의 표면을 부분적으로 덮을 수 있다. 스트레스 영역은 정사각형의 2개의 이등분선(예를 들어, 측면 또는 각도)을 따라 형성될 수 있다.
액추에이터의 압전 층은 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO), 또는 지르콘 산 티탄산 납(PZT)을 포함할 수 있다. 제어기는 회로일 수 있다.
방법(700)에서 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램을 형성하는 단계는 스트레스 영역에 구조적 도펀트, 예를 들어, 탄소를 도핑하는 단계를 더 포함할 수 있다.
부가적으로 또는 대안적으로, 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램을 형성하는 단계는 스트레스 영역을 부여하기 위해 다이어프램 위에 프리스트레스 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 프리스트레스 층은 텅스텐(W)을 포함할 수도 있다.
다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 스트레스 영역을 부여하기 위해 다이어프램의 표면 위에 액추에이터의 프리스트레스 층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 액추에이터의 프리스트레스 층은 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극, 압전 층, 및 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극 중 하나 일 수 있다.
방법(700)에서, 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 다이어프램 위에 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 제 2 전극은 금속과 같은 전도성 물질을 포함할 수 있다. 금속은 알루미늄, 금 또는 백금이거나 이들을 포함할 수 있다. 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 다이어프램 위에 압전 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 압전 층은 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO) 또는 지르콘 산 티탄산 납(PZT)을 포함할 수 있다. 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 압전 층의 상부 표면 위에 제 1 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 제 1 전극은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 전기 전도성 물질은 금속, 예를 들어, 알루미늄, 금 및 백금 중 적어도 하나 일 수 있다.
방법(700)은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 다이어프램의 위치를 결정하도록 구성된 센서를 다이어프램에 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다. 센서를 다이어프램에 연결하는 단계는 다이어프램 위에 추가 압전 층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 추가 압전 층은 질화 알루미늄(AlN), 산화 아연(ZnO) 또는 지르콘 산 티탄산 납(PZT)을 포함할 수 있다. 다이어프램에 센서를 연결하는 단계는 다이어프램에 용량성으로 연결하도록 구성된 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 전극은 알루미늄, 금 및 백금 중 하나 이상일 수 있는 금속과 같은 전도성 재료를 포함할 수 있다.
도 8a 내지 도 8d는 방법(700)의 양상을 나타낼 수 있다. 도 8a는 기판(102)을 제공하는 것을 나타낼 수 있다. 도 8b는 다이어프램(110)을 2개의 기하학적으로 안정된 위치, 예를 들어, 위치 110-1 및 110-2 중 하나로 휘게 하기 위한 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램(110)을 기판(102) 위에 형성하는 것을 도시한다. 도 8c는 다이어프램(110) 위에 압전 층(124) (및 예를 들어, 제 1 전극(122) 및 제 2 전극(126))을 포함하는 액추에이터(120)(센서(130)일 수도 있음)를 형성하는 것을 도시한다. 도 8d에서, 기판(102)의 일부는 제거되어 다이어프램(110)을 릴리스하고 미세전자기계 디바이스(300)를 형성할 수 있다. 여기에 도시되지 않았지만 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 액추에이터(120)는 전기 제어 신호를 수신하여 압전 층(124)을 통해 다이어프램(110) 상에 기계적 압전력을 가하여 다이어프램(110)을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다.
도 9는 미세전자기계 디바이스를 동작시키는 방법(900)을 도시하며, 미세전자기계 디바이스는, 기판, 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램으로서, 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램, 다이어프램에 기계적으로 연결되고, 다이어프램 위에 압전 층을 포함하는 액추에이터, 액추에이터에 연결된 제어기를 포함하며, 방법은 제어기에서 디지털 사운드 입력을 수신하는 단계, 및 제어기로부터 액추에이터로 전기 제어 신호를 제공하여 압전 층을 통해 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성시키는 단계를 포함한다.
미세전자기계 디바이스는 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함할 수 있고, 방법(900)은 센서를 통해 2개의 기하학적으로 안정된 위치 사이에서의 다이어프램의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 방법(900)은 센서를 통해 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나에서의 다이어프램의 제 1 위치를 결정하고, 센서를 통해 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 다른 하나에서의 제 2 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 미세전자기계 디바이스는 센서에 연결된 메모리를 더 포함할 수 있고, 방법(900)은, 미세전자기계 디바이스를 캘리브레이팅하거나 스트레스 완화를 위해 다이어프램을 테스트하기 위해 센서를 통해 결정된 제 1 위치 및 제 2 위치를 메모리에 이전에 저장된 제 1 위치 및 제 2 위치와 비교하는 단계를 더 포함할 수 있다.
기계적 압전력은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나의 위치 내에 다이어프램을 유지하는 평형 힘(equilibrium force)을 극복하는 임계 힘일 수 있는데, 예를 들어, 음파를 생성하기 위해 다이어프램을 이동시키는데 소비될 수 있는 최소 에너지일 수 있다.
방법(900)은 액추에이터를 제어하여 다이어프램의 움직임에 대항하는 저항력(counter force)을 가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 저항은 다이어프램의 움직임을 감속시킬 수 있거나, 저항은 두 개의 기하학적으로 안정된 위치 사이의 불안정 영역에서 다이어프램의 위치를 유지할 수 있다.
본 개시물의 하나의 양상에서, 예 1은 미세전자기계 디바이스일 수 있으며, 상기 미세전자기계 디바이스는, 기판; 상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램으로서, 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 휘게 하기 위한 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램; 상기 다이어프램에 기계적으로 연결되고, 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함하는 액추에이터; 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 포함하되, 상기 액추에이터는 상기 전기적 제어 신호를 수신하여 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다.
예 2는 예 1을 포함할 수 있고, 상기 기판은 반도체를 포함한다.
예 3은 예 2를 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 4는 예 3을 포함할 수 있고, 상기 실리콘을 단결정 실리콘이다.
예 5는 예 3을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 6은 예 3을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 5는 예 3을 포함할 수 있고, 실리콘이 다결정 실리콘이다.
예 6은 예 3을 포함할 수 있고, 규소가 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 7은 예 3을 포함할 수 있고, 상기 실리콘을 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 8은 예 1 내지 예 7 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 반도체를 포함한다.
예 9는 예 8을 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 10은 예 8을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 단결정 실리콘이다.
예 11은 예 8을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 12는 예 8을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 13은 예 8을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 14는 예 1 내지 예 13 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 원형을 갖는다.
예 15는 예 14를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 원형의 전체 표면을 덮는다.
예 16은 예 14를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 원형의 표면을 부분적으로 덮는다.
예 17은 예 16을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 원형의 2개의 직경을 따라 형성된다.
예 18은 예 17을 포함할 수 있고, 상기 직경은 수직이다.
예 19는 예 16을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 원형의 둘레를 따라 형성된다.
예 20은 예 19를 포함할 수 있고, 상기 원형의 둘레를 따른 상기 스트레스 영역은 상기 둘레로부터 실질적으로 균일한 소정의 거리를 연장한다.
예 21은 예 1 내지 예 13 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 타원을 갖는다.
예 22는 예 21을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 타원의 전체 표면을 덮는다.
예 23은 예 1 내지 예 13 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 다각형을 갖는다.
예 24는 예 23을 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 직사각형을 갖는다.
예 25는 예 24를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 직사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 26은 예 24를 포함할 수 있고, 상기 직사각형은 정사각형이다.
예 27은 예 26을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 28은 예 26을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 표면을 부분적으로 덮는다.
예 29는 예 28을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 2개의 이등분선을 따라 형성된다.
예 30은 예 1 내지 예 29 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 31은 예 1 내지 예 29 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 32는 예 1 내지 29 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 33은 예 1 내지 32 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 회로이다.
예 34는 예 1 내지 예 33 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 기하학적으로 불안정한 위치에서 상기 다이어프램을 제어하기 위해 상기 제어기로부터 추가 전기 제어 신호를 수신하도록 또한 구성된다.
예 35는 예 1 내지 34 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 하나의 기하학적으로 안정된 위치에서 다른 기하학적으로 안정된 위치로 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 또한 구성된다.
예 36은 예 1 내지 예 35 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 상기 다이어프램의 위치를 결정하도록 구성된 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함한다.
예 37은 예 36을 포함할 수 있고, 상기 센서는 상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 추가 압전층을 포함한다.
예 38은 예 37을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 39는 예 37을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 40은 예 37을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 41은 예 36을 포함할 수 있고, 상기 센서는 상기 다이어프램에 용량성으로 연결된 전극을 포함한다.
예 42는 예 41을 포함할 수 있고, 상기 전극은 전도성 물질을 포함한다.
예 43은 예 42를 포함할 수 있고, 상기 전도성 물질은 금속이다.
예 44는 예 43을 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹의 적어도 하나를 포함한다.
예 45는 예 1 내지 35 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터의 상기 압전 층은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 상기 다이어프램의 위치를 결정하는 센서로서 또한 구성된다.
예 46은 예 1 내지 45 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극을 더 포함한다.
예 47은 예 46을 포함할 수 있고, 상기 제 1 전극은 전도성 물질을 포함한다.
예 48은 예 47을 포함할 수 있고, 상기 전도성 물질은 금속이다.
예 49는 예 48을 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
예 50은 예 46을 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위의 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극을 더 포함한다.
예 51은 예 50을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극은 도전성 재료를 포함한다.
예 52는 예 51을 포함할 수 있고, 상기 도전성 재료는 금속이다.
예 53은 예 52를 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
예 54는 예 46을 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 상기 제 2 전극으로서 구성된 도전성 영역을 더 포함한다.
예 55는 예 54를 포함 할 수 있고, 상기 제 2 전극은 반도체를 포함한다.
예 56은 예 55를 포함할 수 있고, 상기 반도체는 도핑된 반도체이다.
예 57은 예 1 내지 예 56 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램의 스트레스 영역은 구조적 도펀트를 포함한다.
예 58은 예 57을 포함할 수 있고, 상기 구조적 도펀트는 탄소이다.
예 59는 예 1 내지 56 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램의 표면에 기계적으로 연결되어 상기 스트레스 영역을 부여하는 프리스트레스 층을 더 포함한다.
예 60은 예 59를 포함할 수 있고, 상기 프리스트레스 층은 텅스텐을 포함한다.
예 61은 예 1 내지 예 56 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 스트레스영역을 부여하기 위해 상기 다이어프램의 표면 위에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층을 포함한다.
예 62는 예 61을 포함할 수 있고, 상기 액추에이터의 프리스트레스 층은 상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극, 상기 압전 층 및 상기 다이어프램 위의 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극으로 이루어진 층의 그룹 중 적어도 하나이다.
본 발명의 일 양상에서, 예 63은 미세전자기계 디바이스의 어레이일 수 있고, 상기 미세전자기계 디바이스의 어레이는, 기판과, 상기 기판 상에 배치된 복수의 미세전자기계 디바이스로서, 상기 복수의 미세전자기계 디바이스의 각각은, 상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 상기 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함함 - 과, 상기 다이어프램에 기계적으로 연결되고, 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함하는 액추에이터와, 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기 - 상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성됨 - 를 포함하고, 상기 응집 음파를 생성하기 위해 상기 디지털 사운드 입력에 따라 전기 제어 신호로 상기 각각의 미세전자기계 디바이스를 제어하도록 구성된 상기 복수의 미세전자기계 디바이스에 연결된 어레이 제어기를 포함한다.
예 64는 예 63을 포함할 수 있고, 상기 기판은 반도체를 포함한다.
예 65는 예 64를 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 66은 예 65를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 단결정 실리콘이다.
예 67은 예 65를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 68은 예 65를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이이다.
예 69는 예 65를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 70은 예 63 내지 예 69 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 반도체이다.
예 71은 예 70을 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 72는 예 71을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 단결정 실리콘이다.
예 73은 예 71을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 74는 예 71을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 75는 예 71을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 76은 예 63 내지 예 75 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 원형을 갖는다.
예 77은 예 76을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 전체 표면을 덮는다.
예 78은 예 76을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 표면을 부분적으로 덮는다.
예 79는 예 78을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 2개의 직경을 따라 형성된다.
예 80은 예 79를 포함할 수 있고, 상기 직경들은 수직이다.
예 81은 예 78을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 원주를 따라 형성된다.
예 82는 예 81을 포함할 수 있고, 상기 원형의 원주를 따른 스트레스 영역은 원주로부터 실질적으로 균일한 소정 거리만큼 연장된다.
예 83은 예 63 내지 예 75 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 타원형이다.
예 84는 예 83을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 타원형의 전체 표면을 덮는다.
예 85는 예 63 내지 예 75 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 다각형을 갖는다.
예 86은 예 85를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 직사각형을 갖는다.
예 87은 예 86을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 직사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 88은 예 86을 포함할 수 있고, 상기 직사각형은 정사각형이다.
예 89는 예 88을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 정사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 90은 예 88을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 부분적으로 정사각형의 표면을 덮는다.
예 91은 예 90을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 2개의 이등분선을 따라 형성된다.
예 92는 예 63 내지 예 91 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 93은 예 63 내지 91 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 94는 예 63 내지 91 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 95는 예 63 내지 예 94 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 회로이다.
예 96은 예 63 내지 예 95 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 기하학적으로 불안정한 위치에서 다이어프램을 제어하기 위해 제어기로부터 추가 전기 제어 신호를 수신하도록 더 구성된다.
예 97은 예 63 내지 예 96 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 하나의 기하학적으로 안정된 위치에서 상기 다이어프램을 다른 기하학적으로 안정된 위치로 이동시켜 상기 음파를 생성하도록 또한 구성된다.
예 98은 예 63 내지 예 97 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 다이어프램의 위치를 결정하도록 구성된 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함한다.
예 99는 예 98을 포함할 수 있고, 상기 센서는 상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 추가 압전 층을 포함한다.
예 100은 예 99를 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 101은 예 99를 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 102는 예 99를 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 103은 예 98을 포함할 수 있고, 상기 센서는 상기 다이어프램에 용량성으로 연결된 전극을 포함한다.
예 104는 예 103을 포함할 수 있고, 상기 전극은 전도성 재료를 포함한다.
예 105는 예 104를 포함할 수 있고, 상기 전도성 재료는 금속이다.
예 106은 예 105를 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
예 107은 예 63 내지 예 97 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터의 압전 층은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 다이어프램의 위치를 결정하는 센서로서 또한 구성된다.
예 108은 예 63 내지 예 107 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극을 더 포함한다.
예 109는 예 108을 포함할 수 있고, 상기 제 1 전극은 전도성 재료를 포함한다.
예 110은 예 109를 포함할 수 있고, 상기 전도성 재료는 금속이다.
예 111은 예 110을 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
예 112는 예 108을 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위의 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극을 더 포함한다.
예 113은 예 112를 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극은 전도성 재료를 포함한다.
예 114는 예 113을 포함할 수 있고, 상기 전도성 물질은 금속이다.
예 115는 예 114를 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 적어도 하나를 포함한다.
예 116은 예 108을 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극으로서 구성된 도전성 영역을 더 포함한다.
예 117은 예 116을 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극은 반도체를 포함한다.
예 118은 예 117을 포함할 수 있고, 상기 반도체는 도핑된 반도체이다.
예 119는 예 63 내지 예 118 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램의 스트레스 영역은 구조적 도펀트를 포함한다.
예 120은 예 119를 포함할 수 있고, 상기 구조적 도펀트는 탄소이다.
예 121은 예 63 내지 예 118 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 상기 다이어프램의 표면에 기계적으로 연결되어 스트레스 영역을 부여하는 프리스트레스 층을 더 포함한다.
예 122는 예 121을 포함할 수 있고, 상기 프리스트레스 층은 텅스텐을 포함한다.
예 123은 예 63 내지 예 118 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 액추에이터는 상기 스트레스 영역을 부여하기 위해 상기 다이어프램의 표면 위에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층을 포함한다.
예 124는 예 123을 포함할 수 있고, 상기 액추에이터의 프리스트레스 층은 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극, 압전 층 및 상기 다이어프램 위의 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 결합된 제 2 전극으로 구성된 그룹 중 적어도 하나이다.
예 125는 예 63 내지 예 124 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 복수의 미세전자기계 디바이스는 복수의 제각기의 미세전자기계 디바이스 그룹을 포함하고, 상기 어레이 제어기는 상기 응집 음파를 생성하기 위해 상기 디지털 사운드 입력에 따라 전기 제어 신호로 상기 제각기의 미세전자기계 디바이스 그룹을 제어하도록 또한 구성된다.
본 발명의 일 양상에서, 예 126은 미세전자기계 디바이스를 제조하는 방법일 수 있고, 상기 방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기 기판 상에 다이어프램을 형성하는 단계 - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나로 상기 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함함- 와, 상기 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계 - 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위에 피에조 전기 층을 포함함 - 와, 디지털 사운드 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 상기 액추에이터에 연결하는 단계를 포함하되, 상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된다.
예 127은 예 126을 포함할 수 있고, 상기 기판은 반도체를 포함한다.
예 128은 예 127을 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 129는 예 128을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 단결정 실리콘이다.
예 130은 예 128을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 131은 예 128을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 132는 예 128을 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 133은 예 126 내지 예 132 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 반도체를 포함한다.
예 134는 예 133을 포함할 수 있고, 상기 반도체는 실리콘을 포함한다.
예 135는 예 134를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 단결정 실리콘이다.
예 136은 예 134를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘이다.
예 137은 예 134를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 비정질 실리콘 카바이드이다.
예 138은 예 134를 포함할 수 있고, 상기 실리콘은 다결정 실리콘 카바이드이다.
예 139는 예 126 내지 예 138 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 원형을 갖는다.
예 140은 예 139를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 전체 표면을 덮는다.
예 141은 예 139를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 원형의 표면을 부분적으로 덮는다.
예 142는 예 141을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 원형의 2개의 직경을 따라 형성된다.
예 143은 예 142를 포함할 수 있고, 상기 직경은 수직이다.
예 144는 예 141을 포함할 수 있고, 성가 스트레스 영역은 원형의 원주를 따라 형성된다.
예 145는 예 144를 포함할 수 있고, 상기 원주를 따른 스트레스 영역은 상기 원주로부터 실질적으로 균일한 소정 거리만큼 연장된다.
예 146은 예 126 내지 예 138 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 타원형이다.
예 147은 예 146을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 타원형의 전체 표면을 덮는다.
예 148는 예 126 내지 예 138 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 다각형을 갖는다.
예 149는 예 148를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램은 직사각형을 갖는다.
예 150은 예 149를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 직사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 151은 예 149를 포함할 수 있고, 상기 직사각형은 정사각형이다.
예 152는 예 151을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 정사각형의 전체 표면을 덮는다.
예 153은 예 151을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 표면을 부분적으로 덮는다.
예 154는 예 153을 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역은 상기 정사각형의 2개의 이등분선을 따라 형성된다.
예 155는 예 126 내지 예 154 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 156은 예 126 내지 154 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 157은 예 126 내지 예 154 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 158은 예 126 내지 예 157 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 제어기는 회로이다.
예 159는 예 126 내지 예 158 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역을 포함하는 상기 다이어프램을 형성하는 단계는 상기 스트레스 영역에 구조적 도펀트를 도핑하는 단계를 더 포함한다.
예 160은 예 159를 포함할 수 있고, 상기 구조적 도펀트는 탄소이다.
예 161은 예 126 내지 예 158 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 스트레스 영역을 포함하는 다이어프램을 형성하는 단계는 상기 스트레스 영역을 부여하기 위해 상기 다이어프램 위에 프리스트레스 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 162는 예 161을 포함할 수 있고, 상기 프리스트레스 층은 텅스텐을 포함한다.
예 163은 예 126 내지 예 158 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 상기 스트레스 영역을 부여하기 위해 상기 다이어프램의 표면 위에 액추에이터의 프리스트레스 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 164는 예 163을 포함할 수 있고, 상기 액추에이터의 프리스트레스 층은 상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극, 상기 압전 층, 및 상기 다이어프램 위의 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극으로 구성된 층의 그룹 중 적어도 하나이다.
예 165는 예 126 내지 예 164 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 상기 다이어프램 위에 제 2 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 166은 예 165를 포함할 수 있고, 상기 제 2 전극은 전도성 재료를 포함한다.
예 167은 예 166을 포함할 수 있고, 상기 전도성 재료는 금속이다.
예 168은 예 167을 포함할 수 있고, 상기 금속은 상기 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 하나 이상을 포함한다.
예 169는 예 165를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계는 상기 다이어프램 위에 압전 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 170은 예 169를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 171은 예 169를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 172는 예 169를 포함할 수 있고, 상기 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 173은 예 165를 포함할 수 있고, 상기 다이어프램 위에 상기 액추에이터를 형성하는 단계는 압전 층의 상부 표면 위에 제 1 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 174는 예 173을 포함 할 수 있으며, 제 1 전극은 전기 전도성 물질을 포함한다.
예 175는 예 174를 포함할 수 있고, 상기 전도성 재료는 금속이다.
예 176은 예 175를 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 하나 이상의 포함한다.
예 177은 예 126 내지 예 176 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이의 다이어프램의 위치를 결정하도록 구성된 다이어프램에 센서를 연결하는 단계를 더 포함한다.
예 178은 예 177을 포함할 수 있고, 상기 센서를 상기 다이어프램에 연결하는 단계는 상기 다이어프램 위에 추가 압전 층을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 179는 예 178을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 질화 알루미늄을 포함한다.
예 180은 예 178을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 산화 아연을 포함한다.
예 181은 예 178을 포함할 수 있고, 상기 추가 압전 층은 티탄산 지르콘 산납을 포함한다.
예 182는 예 177을 포함할 수 있고, 상기 센서를 상기 다이어프램에 연결하는 단계는 상기 다이어프램에 용량성으로 연결하도록 구성된 전극을 형성하는 단계를 더 포함한다.
예 183은 예 182를 포함할 수 있고, 상기 전극은 전도성 물질을 포함한다.
예 184는 예 183을 포함할 수 있고, 상기 전도성 물질은 금속이다.
예 185는 예 184를 포함할 수 있고, 상기 금속은 알루미늄, 금 및 백금으로 이루어진 그룹 중 하나 이상을 포함한다.
본 발명의 일 양상에서, 예 186은 미세전자기계 디바이스를 동작시키는 방법일 수 있고, 상기 미세전자기계 디바이스는, 기판과, 상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 상기 다이어프램을 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 휘게 하기 위한 스트레스 영역을 포함함 - 과, 상기 다이어프램에 기계적으로 연결되고, 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함하는 액추에이터와, 상기 액추에이터에 연결된 제어기를 포함하며, 상기 방법은, 상기 제어기에서 디지털 사운드 입력을 수신하는 단계와, 상기 제어기로부터 상기 액추에이터로 전기 제어 신호를 제공하여 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성시키는 단계를 포함한다.
예 187은 예 186을 포함할 수 있고, 상기 미세전자기계 디바이스는 상기 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함하고, 상기 방법은, 센서를 통해 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서의 상기 다이어프램의 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.
예 188은 예 187을 포함할 수 있고, 상기 방법은, 상기 센서를 통해 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나에서의 상기 다이어프램의 제 1 위치를 결정하고 상기 센서를 통해 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 다른 하나에서의 상기 다이어프램의 제 2 위치를 결정하는 단계를 더 포함한다.
예 189는 예 188을 포함할 수 있고, 상기 미세전자기계 디바이스는 상기 센서에 연결된 메모리를 더 포함하고, 상기 방법은, 상기 센서를 통해 결정된 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치를 메모리 내에 이전에 저장된 제 1 위치 및 제 2 위치와 비교하여, 상기 미세전자기계 디바이스를 캘리브레이팅하는 단계를 더 포함한다.
예 190은 예 188을 포함할 수 있고, 상기 미세전자기계 디바이스는 상기 센서에 연결된 메모리를 더 포함하고, 상기 센서를 통해 결정된 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치를 메모리에 이전에 저장된 제 1 위치 및 제 2 위치와 비교하여, 스트레스 완화를 위해 상기 다이어프램을 테스트하는 단계를 더 포함한다.
예 191은 예 186 내지 예 190 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 기계적 압전력은 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나에서 상기 다이어프램을 유지하는 평형력을 극복하는 임계힘이다.
예 192는 예 186 내지 예 191 중 어느 하나를 포함할 수 있고, 상기 방법은, 상기 다이어프램의 움직임에 대항하여 저항력(counter force)을 가하기 위해 액추에이터를 제어하는 단계를 더 포함한다.
예 193은 예 192를 포함할 수 있고, 상기 저항력은 다이어프램의 움직임을 감속시킨다.
예 194는 예 192를 포함할 수 있고, 상기 저항력은 상기 2개의 기하학적으로 안정된 영역들 사이의 불안정한 영역에서 상기 다이어프램의 위치를 유지한다.
본 발명은 특정 실시예를 참조하여 구체적으로 도시되고 기술되었지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 형태 및 세부 사항의 다양한 변경이 이루어질 수 있음을 이해해야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타나고, 특허청구범위의 의미 및 균등 범위 내의 모든 변경을 포함하고자 한다.

Claims (24)

  1. 미세전자기계 디바이스로서,
    기판과,
    상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램(diaphragm) - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나의 위치로 상기 다이어프램을 휘게 하는(buckling) 스트레스 영역(a stressed region)을 포함함 - 과,
    상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 액추에이터 - 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위에 압전 층(piezoelectric layer)을 포함함 - 와,
    디지털 음향 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 포함하되,
    상기 액추에이터는 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된
    미세전자기계 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 제어기로부터 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치 사이의 기하학적으로 불안정한 위치 내의 상기 다이어프램을 제어하는 추가 전기 제어 신호를 수신하도록 또한 구성되는
    미세전자기계 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 이동할 때 상기 다이어프램을 제어하도록 또한 구성되는
    미세전자기계 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 상기 음파를 생성하도록 하나의 기하학적으로 안정된 위치로부터 다른 하나의 기하학적으로 안정된 위치로 상기 다이어프램을 이동시키도록 또한 구성된
    미세전자기계 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 상기 다이어프램의 위치를 결정하도록 구성된 상기 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 추가 압전 층을 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 다이이어프램에 용량성으로 연결된 전극을 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 압전 층은 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 사이에서 상기 다이어프램의 위치를 결정하는 센서로서 또한 구성되는
    미세전자기계 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극을 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위의 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극을 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극으로서 구성된 도전성 영역을 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램의 상기 스트레스 영역은 구조적 도펀트(structural dopant)를 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 다이어프램은 상기 스트레스 영역을 부여하도록 상기 다이어프램의 표면에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층(pre-stressed layer)을 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 액추에이터는 상기 스트레스 영역을 부여하도록 상기 다이어프램의 표면 위에 기계적으로 연결된 프리스트레스 층을 포함하는
    미세전자기계 디바이스.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 액추에이터의 상기 프리스트레스 층은,
    상기 압전 층의 상부 표면에 기계적으로 연결된 제 1 전극과,
    상기 압전 층과,
    상기 다이어프램 위의 상기 압전 층의 하부 표면에 기계적으로 연결된 제 2 전극
    으로 구성된 층 그룹 중 적어도 하나인
    미세전자기계 디바이스.
  16. 미세전자기계 디바이스의 어레이로서,
    기판과,
    상기 기판 상에 배치된 복수의 미세전자기계 디바이스와,
    상기 복수의 미세기계전자 디바이스에 연결된 어레이 제어기를 포함하되,
    상기 복수의 미세전자기계 디바이스의 각각은,
    상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나의 위치로 상기 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함함 - 과,
    상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 액추에이터 - 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함함 - 와,
    디지털 음향 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 제어기를 포함하고,
    상기 액추에이터는 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성되며,
    상기 어레이 제어기는, 응집 음파(aggregate sound wave)를 생성하기 위해 상기 디지털 음향 입력에 따른 전기 제어 신호를 사용하여 상기 각각의 미세전자기계 디바이스를 제어하도록 구성된
    미세전자기계 디바이스 어레이.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 복수의 미세전자기계 디바이스는 복수의 제각기의 미세전자기계 디바이스 그룹을 포함하고,
    상기 어레이 제어기는 상기 응집 음파를 생성하기 위해 상기 디지털 음향 입력에 따른 전기 제어 신호를 사용하여 상기 제각기의 미세전자기계 디바이스 그룹을 제어하도록 또한 구성된
    미세전자기계 디바이스 어레이.
  18. 미세전자기계 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계와,
    상기 기판 위에 다이어프램을 형성하는 단계 - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 상기 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함함 - 와,
    상기 다이어프램 위에 액추에이터를 형성하는 단계 - 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함함 - 와,
    디지털 음향 입력에 응답하여 전기 제어 신호를 제공하도록 구성된 상기 액추에이터에 제어기를 연결하는 단계를 포함하되,
    상기 액추에이터는 상기 전기 제어 신호를 수신하여 상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 구성된
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치 사이에서 상기 액추에이터의 위치를 결정하도록 구성된 센서를 상기 다이어프램에 연결하는 단계를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  20. 미세전자기계 디바이스를 제조하는 방법으로서,
    상기 미세전가기계 디바이스는,
    기판과,
    상기 기판에 기계적으로 연결된 다이어프램 - 상기 다이어프램은 2개의 기하학적으로 안정된 위치 중 하나로 상기 다이어프램을 휘게 하는 스트레스 영역을 포함함 - 과,
    상기 다이어프램에 기계적으로 연결된 액추에이터 - 상기 액추에이터는 상기 다이어프램 위에 압전 층을 포함함 - 와,
    상기 액추에이터에 연결된 제어기를 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 제어기에서 디지털 음향 입력을 수신하는 단계와,
    상기 압전 층을 통해 상기 다이어프램에 기계적 압전력을 가하여 상기 다이어프램을 이동시켜 음파를 생성하도록 하는 전기 제어 신호를 상기 제어기로부터 상기 액추에이터로 제공하는 단계를 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 미세전자기계 디바이스는 상기 다이어프램에 연결된 센서를 더 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 센서를 통해 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치 사이에서의 상기 다이어프램의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 센서를 통해 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 하나에서의 상기 다이어프램의 제 1 위치를 결정하는 단계와,
    상기 센서를 통해 상기 2개의 기하학적으로 안정된 위치들 중 다른 하나의 위치에서의 상기 다이어프램의 제 2 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 미세전자기계 디바이스는 상기 센서에 연결된 메모리를 더 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 센서를 통해 결정된 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치를 상기 미세전자기계 디바이스를 캘리브레이트(calibrate)하도록 상기 메모리 내에 이전에 저장된 제 1 위치 및 제 2 위치와 비교하는 단계를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 미세전자기계 디바이스는 상기 센서에 연결된 메모리를 더 포함하고,
    상기 방법은,
    상기 센서를 통해 결정된 상기 제 1 위치 및 상기 제 2 위치를 상기 스트레스 완화(stress-relaxation)를 위해 상기 다이어프램을 테스트하도록 상기 메모리 내에 이전에 저장된 제 1 위치 및 제 2 위치와 비교하는 단계를 더 포함하는
    미세전자기계 디바이스 제조 방법.
KR1020170056215A 2016-05-04 2017-05-02 미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법 KR20170125729A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/145,862 2016-05-04
US15/145,862 US10516943B2 (en) 2016-05-04 2016-05-04 Microelectromechanical device, an array of microelectromechanical devices, a method of manufacturing a microelectromechanical device, and a method of operating a microelectromechanical device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170125729A true KR20170125729A (ko) 2017-11-15

Family

ID=60119531

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170056215A KR20170125729A (ko) 2016-05-04 2017-05-02 미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10516943B2 (ko)
KR (1) KR20170125729A (ko)
CN (1) CN107396276B (ko)
DE (1) DE102017109575B4 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210082711A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 주식회사 에너엔비텍 특정한 유기화합물 함유 폐수로부터 그 유기화합물의 농축 및 폐수처리를 위한 투과증발막 분리공정

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3030739B1 (fr) * 2014-12-18 2019-05-03 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Capteur de pression dynamique a fonctionnement ameliore
DE102017209470B3 (de) 2017-06-06 2018-11-22 Robert Bosch Gmbh Mikromechanische Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung mechanischer Schwingungen
IT201700091226A1 (it) 2017-08-07 2019-02-07 St Microelectronics Srl Dispositivo mems comprendente una membrana ed un attuatore per controllare la curvatura della membrana e compensare deformazioni indesiderate della membrana
US20210139314A1 (en) * 2019-11-07 2021-05-13 Innovative Interface Laboratory Corp. Linear actuator
DE102021211857A1 (de) * 2021-10-21 2023-04-27 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Mikromechanikelement für einen mikroelektromechanischen Wandler, Verfahren zum Herstellen eines Mikromechanikelements, Verfahren zum Betreiben eines Mikromechanikelements, Vorrichtung und mikroelektromechanischer Wandler
CN117376779B (zh) * 2023-11-13 2024-03-22 北京逸和软件科技有限公司 数字扬声器的音量控制方法、数字扬声器及电子设备

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4383195A (en) * 1980-10-24 1983-05-10 Piezo Electric Products, Inc. Piezoelectric snap actuator
DE3833158A1 (de) * 1988-09-29 1990-04-12 Siemens Ag Bistabiler biegewandler
DE19637928C2 (de) 1996-02-10 1999-01-14 Fraunhofer Ges Forschung Bistabile Membran-Aktivierungseinrichtung und Membran
DE10310072B4 (de) * 2002-03-08 2005-07-14 Erhard Prof. Dr.-Ing. Kohn Mikromechanischer Aktor
DE60324654D1 (de) 2002-12-13 2008-12-24 Xerox Corp Piezoelektrische Wandler
WO2004063090A2 (en) * 2003-01-13 2004-07-29 Triad Sensors Inc. High displacement bistable micro actuator
US7894618B2 (en) * 2006-07-28 2011-02-22 Symphony Acoustics, Inc. Apparatus comprising a directionality-enhanced acoustic sensor
US9241227B2 (en) * 2011-01-06 2016-01-19 Bose Corporation Transducer with integrated sensor
US9085454B2 (en) 2011-07-05 2015-07-21 Duality Reality Energy, LLC Reduced stiffness micro-mechanical structure
US9148726B2 (en) 2011-09-12 2015-09-29 Infineon Technologies Ag Micro electrical mechanical system with bending deflection of backplate structure
US8853916B2 (en) * 2011-09-30 2014-10-07 GM Global Technology Operations LLC Reconfigurable bi-stable device
FR2990320B1 (fr) * 2012-05-07 2014-06-06 Commissariat Energie Atomique Haut-parleur digital a performance amelioree
ITTO20120542A1 (it) 2012-06-20 2013-12-21 St Microelectronics Srl Dispositivo microelettromeccanico con instradamento dei segnali attraverso un cappuccio protettivo e metodo per controllare un dispositivo microelettromeccanico
JP6016228B2 (ja) * 2012-07-03 2016-10-26 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 センサデバイス
FR3000354B1 (fr) * 2012-12-20 2015-01-30 Commissariat Energie Atomique Dispositif a membrane a deplacement controle
US9510103B2 (en) * 2013-09-09 2016-11-29 Audio Pixels Ltd. Microelectromechanical apparatus for generating a physical effect
JP6154729B2 (ja) 2013-10-28 2017-06-28 富士フイルム株式会社 圧電体素子の製造方法
US9212045B1 (en) 2014-07-31 2015-12-15 Infineon Technologies Ag Micro mechanical structure and method for fabricating the same
CN107710315B (zh) * 2015-06-03 2022-01-25 皇家飞利浦有限公司 致动设备

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210082711A (ko) 2019-12-26 2021-07-06 주식회사 에너엔비텍 특정한 유기화합물 함유 폐수로부터 그 유기화합물의 농축 및 폐수처리를 위한 투과증발막 분리공정

Also Published As

Publication number Publication date
DE102017109575A1 (de) 2017-11-09
DE102017109575B4 (de) 2020-10-01
US20170325025A1 (en) 2017-11-09
US10516943B2 (en) 2019-12-24
CN107396276B (zh) 2020-12-22
CN107396276A (zh) 2017-11-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170125729A (ko) 미세 전자 기계 디바이스, 미세 전자 기계 디바이스 어레이, 미세 전자 기계 디바이스를 제조하는 방법, 및 미세 전자 기계 디바이스를 동작시키는 방법
US10623866B2 (en) Piezoelectric acoustic MEMS transducer and fabrication method thereof
US6816301B1 (en) Micro-electromechanical devices and methods of manufacture
EP1635608A1 (en) Sound detection mechanism
US20070125176A1 (en) Energy harvesting device and methods
KR101672628B1 (ko) 단일 다이어프램 트랜스듀서 구조체
US8631711B2 (en) MEMS composite transducer including compliant membrane
WO2010134302A2 (en) Method for manufacturing capacitive electromechanical transducer
KR102161035B1 (ko) 센서 디바이스 및 그 제조 방법
US20170113928A1 (en) Device and method for producing a device comprising micro or nanostructures
US10536760B2 (en) Microelectromechanical system
US10370242B2 (en) Microelectromechanical device, a microelectromechanical system, and a method of manufacturing a microelectromechanical device
DE102017103747B4 (de) Mikroelektromechanisches System und Verfahren zum Herstellen eines Mikroelektromechanischen Systems
KR20170138947A (ko) 미세 전자 기계 디바이스 및 미세 전자 기계 디바이스 제조 방법
CN110798788A (zh) 一种mems结构及其形成方法
US9902612B2 (en) Method for forming a microelectromechanical device
US11631800B2 (en) Piezoelectric MEMS devices and methods of forming thereof
US10707405B2 (en) Electromechanical actuator
CN107867673B (zh) 单晶衬底和微机械结构的加工方法
EP3783915B1 (en) Membrane support for dual backplate transducers
CN110677795A (zh) 一种mems结构
TW202335956A (zh) 半導體裝置、電容微機械超音波換能器及微機電系統裝置的製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
AMND Amendment