KR20210139414A - 큰 유체적 유효 면적을 갖는 mems - Google Patents

Abstract

MEMS는 캐비티를 구비하는 기판을 포함한다. MEMS는 캐비티 내에 배치되고, 제1 보와, 제2 보와, 이로부터 전기적으로 절연된 이산된 영역들에 고정된 제1 보와 제2 보 사이에 배치된 제3 보를 포함하는 가동 층 배열을 포함한다. 가동 층 배열은 제1 보와 제3 보 간의 전위 또는 제2 보와 제3 보 간의 전위에 따라 기판 평면 내의 이동 방향을 따른 이동을 수행하도록 구성된다. 제1, 제2, 및 제3 보들은 가동 층 배열의 제1 층의 일부이다. 가동 층 배열은 기판 평면에 직교하는 방향을 따라 제1 층에 인접하여 배치된다. 제2 층은 이동 방향을 따라 이동 가능하게 배치된다.

Description

큰 유체적 유효 면적을 갖는 MEMS

본 발명은 유체와 상호작용하는 큰 유효 면적(effective area)을 갖는 미세 전자기계 시스템(MEMS)에 관한 것이다. 본 발명은 특히 후방 구조(rear structure) 또는 레지스터(resistor) 구조의 적층(stacking) 및/또는 배치(arranging)에 의해 확장된 횡단면을 갖는 NED(나노 정전 드라이브; nanoscopic electrostatic drive)에 관한 것이다.

NED(나노 정전 드라이브; nanoscopic electrostatic drive)의 원리는 WO2012/095185 A1에 기재되어 있다. NED는 신규한 MEMS(미세 전자기계 시스템; micro-electromechanical system) 액튜에이터(actuator)의 원리이다. 기술적 관점에서, 기본적으로 2가지 종류의 NED 액튜에이터가 존재한다. 수직 NED(V-NED)와 횡방향(lateral NED)(L-NED)이다. V-NED에서는, 예를 들어 실리콘(Si 보(빔, beam) 등의) 객체가 수직, 즉 예를 들어 Si 디스크 또는 웨이퍼로 형성되는(define) 기판 평면 밖으로 이동한다. L-NED에서는, Si 보(beam) 등의 객체가 횡으로, 즉 예를 들어 Si 디스크 등의 평면 내에서 횡으로 이동한다.

NED 갭(gap)에서의 상황은, 전극 갭(electrode gap)이 작을수록 작용하는 전기력이 커지고, 이에 따라 보의 원하는 쳐짐(deflection)이 더 커진다고 할 수 있다. 이는 매우 작은(예를 들어 나노미터 범위의) 갭 간격(gap distance)이 거의 항상 바람직하다는 것을 의미한다.

기술적으로, 전극들 간의 이와 같이 작은 간격이 항상 제조에 용이한 것은 아니다. 일반적으로 실리콘에 갭을 형성할 때는 실리콘 심식(deep silicon etching; DSi)이 사용된다. DSi에 널리 사용되는 방법은 소위 보쉬법(Bosch method)이다. 보쉬법을 사용하면 아주 작은 갭 간격이 식각될 수 있지만, 이 방법은 종횡비(aspect ratio), 즉 트렌치(trench)의 깊이와 폭의 비(quotient)가 30 이하(not much more than)인 경우에만 사용할 수 있다.

이는 300 nm의 갭 간격이 필요할 때 보쉬법은 단지 10 μm까지의 깊이만을 합리적 품질로 식각할 수 있다는 것을 의미한다. 많은 L-NED 응용들에 있어서, 겨우 10 μm의 깊이는 충분하지 않다. 예를 들어 100 μm의 깊이가 필요하다면 트렌치의 폭 역시 10 배 더 크게, 즉 약 3 μm 폭으로 구성되어야 하는 결과가 될 수 있다.

도 11a는 L-NED로 구성된 공지의 MEMS(1000)의 개략 단면도 또는 단면을 도시한다. MEMS(1000)은 BSOI(bonded silicon on insulator; 접합 절연체 상 실리콘) 웨이퍼의 핸들 웨이퍼(handle wafer) 등의 기판 층(1002)을 포함한다. BSOI 웨이퍼의 소자 층(device layer)이 그 위에 적층되는데, 층 1002 및 1004들은 BSOI 웨이퍼의 산화물 층인 매립 산화물(buried oxide; BOX) 층을 통해 연결된다. 층(1004)으로 구성되는 외측 전극(1008a, 1008b)들이, 층(1004)의 내측 전극(1008c)이 외측 전극(1008a, 1008b) 사이에 위치하도록 배치되는데, 예를 들어 전술한 DSi 법으로 얻어질 수 있는 NED 갭(1012₁, 1012₂)들이 전극들 사이에 배치된다. 각각 외측 전극(1008a, 1008b)들 사이의 외부 트렌치(1014₁, 1014₂)들과 외부 기판으로 남은 층(1004)의 소재가 전극들로 형성되는 가동 보(movable beam)를 형성(define)할 수 있고 역시 DSi로 구성될 수 있다. L-NED 액튜에이터의 높이(1016)는 예를 들어 가능하기로 갭이 추가될 수 있는 전극(1008a, 1008b 및/또는 1008c)들과 층(1002) 사이의, 예를 들어 층(1002)의 주 연장 방향으로 형성되는 기판 평면에 직교하는 가동 부재(movable element)의 연장(extension)과 관련될 수 있다.

도 11b는 MEMS(1000)의 개략 상면도를 도시한다. 전극 1008a 및 1008c는 1008b 및 1008c와 함께 각각 이산된 영역(discrete area)들에 배치된 절연층(1022)을 통해 서로 기계적으로 견고하게 연결될 수 있다. 가동 전극(1008a, 1008b, 1008c)들로 형성되는 가동 부재는 평면내(in-plane)에 배치된 횡이동 방향(lateral direction of movement; 1024)을 따라 이동할 수 있다.

L-NED 액튜에이터의 이동은 그 속에서 액튜에이터가 이동하는 (예를 들어 공기 또는 액체 등의) 매질(medium)의 이동으로 결과될 수 있다. 이 매질의 이동은 L-NED 액튜에이터에 기반하는 (마이크로) 스피커(loudspeaker) 또는 (마이크로) 펌프를 구성하는 데 사용될 수 있다. 스피커의 볼륨(volume) 또는 펌프의 출력은 (공기 또는 액체의) 이동된 용적(volume)의 크기에 좌우된다. L-NED 액튜에이터의 경우, 이동된 용적은 쳐짐(deflection)의 양, 즉 이동 방향(1024)을 따른 진폭과 L-NED 액튜에이터의 높이(1016)로 규정된다. 이에 따라, L-NED 액튜에이터가 높고 큰 진폭을 가지도록 MEMS 스피커 및/또는 MEMS 펌프를 구성하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 다음 일반 사항이 L-NED 액튜에이터에 적용되는데:

- L-NED 액튜에이터의 갭이 작을수록 쳐짐이 커지고;

- L-NED 액튜에이터의 갭이 작을수록, 제조(보쉬법) 중의 제한된 종횡비에 기반하는 액튜에이터의 높이가 작아진다.

이는 제조 공정이 보의 작은 갭(큰 쳐짐)과 큰 높이를 동시에 얻기 매우 어렵게 한다는 것을 의미한다.

L-NED에 기반하는 마이크로 스피커 또는 마이크로 펌프의 원리는 DE 10　2015 210 919 A1에 기재되어 있다.

도 12는 이로부터 알려진 MEMS(2000)의 개략 단면을 보이는데, 이는 MEMS(1000)의 측단면도에 대략 대응하며, 여기서 층(1002)은 전극(1008a, 1008b, 1008c)들이 이동하는 캐비티(cavity)와 MEMS(2000)의 외부 환경 간의 용적 흐름을 가능하게 하는 개구(opening; 1026)를 추가적으로 구비한다. 이에 더하여, 추가적인 절연층(1006₂)에 의해 예를 들어 MEMS(2000)의 덮개(lid)를 형성할 수 있는 추가적인 기판 층(1032)이 배치되고, 또한 개구(1026)가 음향(acoustic) 또는 유체 배출구로 기능할 때 예를 들어 유입구 개구로 기능할 수 있는 개구(1034)를 더 구비한다. 층(1002)과 전극(1008a, 1008b, 및/또는 1008c)들 간의 거리(1036₁) 및/또는 전극들과 덮개 웨이퍼(lid wafer; 1032) 간의 거리(1036₂)는 일반적으로 약 1 μm의 값을 가질 수 있다(Si: 10 nm - 10 μm의 열 산화에 의해 결정됨).

도 12에 따른 주된 원리는 도 11a 및 도 11b의 맥락에서 기술된 바와 같이 소자 웨이퍼(device wafer)로도 지칭되는 BSOI 웨이퍼 상에 제조된, 덮개 웨이퍼(1032)를 갖는 L-NED 액튜에이터를 제공하는 것이다. 소자 웨이퍼와 덮개 웨이퍼는 접합법에 의해 접합된다. 유입구 및 유출구(1026, 1034)들은 음향 신호 또는 유체를 위해 구비된다.

L-NED 보는 횡으로 이동할 수 있고 그럼으로써 음향 효과 또는 펌프 효과를 생성할 수 있다. 음향 효과와 펌프 효과는 L-NED 높이와 L-NED 갭 간의 비가 클 때 더 효과적인데, 클수록 좋다. L-NED 높이(1016)와 L-NED 갭(1012) 간의 비는 약 30이다. 이 제한은 Si 기술에서의 제조 공정에서 결과된다.

이에 더하여, 도 12에 따른 L-NED 보는 수직 풀인(pull-in) 효과에 의해 제한된다(풀인은 정전력(electrostatic force)에 의하는 등 L-NED 보와 덮개 웨이퍼 또는 핸들 웨이퍼 간의 기계적 및/또는 전기적 접촉력(contact)이다). 이는 L-NED 전극(1008a, 1008b, 또는 1008c)들 중의 하나에 인가되고 층(1002 및/또는 1032)이 접지에 연결될 때, L-NED 보를 바닥 또는 상부를 향해 당기는 전기적 수직력이 결과된다는 것을 의미한다. L-NED 보와 덮개 웨이퍼(1032) 또는 핸들 웨이퍼(1002) 간의 거리(1036₁, 1036₂)가 (1 내지 2 μm의 범위로) 비교적 작으므로, 바닥(수직, z 방향)을 향한 L-NED 보의 이동은 풀인 효과로 결과될 수 있다. (다음) 두 가지 이유로 수직 풀인은 바람직하지 못한데:

- 기계적: 작동 동안 L-NED 보와 덮개 웨이퍼 또는 핸들 웨이퍼 간의 기계적 접촉은 소자의 기계적 파손을 야기할 수 있다. 이에 더하여, 매우 높도록 설계된 이동의 신뢰성(입력과 출력 간의 기대된 시스템 연결)이 제한되어 뒤틀림, 마찰 손실, 및 비선형성(non-linearities)이 야기될 수 있고;

- 전기적: 작동 동안 L-NED 보와 덮개 웨이퍼 또는 핸들 웨이퍼 간의 전기적 접촉은 소자의 전기적 파손(회로 단락)을 야기할 수 있다.

DE 10 2017 203 722 A1은 서로에 대한 전극들의 후속적인 천이(shifting)에 의해 큰 종횡비가 얻어질 수 있음을 기재하고 있다. 전극들의 후속적 천이는 제어하기 어려운 추가적 공정이므로 오류가 발생되기 쉽다.

이에 따라, 큰 종횡비를 가지며 제조가 용이한, 면내(in-plane) 가동 부재들을 갖는 MEMS가 바람직할 것이다.

그러므로 본 발명의 목적은 큰 종횡비를 가지며 제조가 용이한 MEMS를 제공하는 것이다.

이 목적은 독립 청구항들의 주제(subject matter)에 의해 달성된다.

본 발명의 핵심 개념은 L-NED 소자의 전극 층이 유체와 상호작용할 추가적(additional) 면적을 제공하는 추가적인(further) 제2 층들로 보충될 수 있다는 발견이다. 이 제2 층은 이미 존재하는 제어 가능한 공정들로 제조될 수 있고 이에 따라 간단한 제조와 동시에 유효 종횡비의 증가를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, MEMS는 캐비티(cavity)를 갖는 기판(cavity)을 포함한다. MEMS는 캐비티 내에 배치되고, 제1 보(beam)와, 제2 보와, 이로부터 전기적으로 절연된 이산된 영역(discrete area)들에 고정된 제1 보와 제2 보 사이에 배치된 제3 보를 포함하는 가동 층 배열(movable layer arrangement)을 포함하는데, 가동 층 배열은 제1 보와 제3 보 간의 전위(electrical potential) 또는 제2 보와 제3 보 간의 전위에 따라 기판 평면 내의 이동 방향을 따른 이동을 수행하도록 구성된다. 제1, 제2, 및 제3 보들은 가동 층 배열의 제1 층의 일부이다. 가동 층 배열은 기판 평면에 직교하는 방향을 따라 제1 층에 인접하여 배치되고 이동 방향을 따라 이동 가능하게 배치되는 제2 층을 포함한다. 보 배열에 비교하여, 제2 층은 유체, 즉 기체 및/또는 액체와 상호작용(interaction)할 추가적인 유효 면적(effective area)을 제공한다(enable).

하나의 실시예에 따르면, 제2 층은 제4, 제5, 및 제6 보로 구성된다. 적어도 MEMS의 휴지 상태(resting state)에서, z방향 등 기판 평면에 직교하는 방향을 따라 제4 보는 제1 보에 인접하여 배치되고, 제5 보는 제2 보에 인접하여 배치되며, 제6 보는 제3 보에 인접하여 배치된다. 이는 추가적인, 적극적으로 제어 가능한 면적을 제공한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 층과 제2 층 간에 배치된 중간층(intermediate layer)을 통해 제1 보가 제4 보에, 및/또는 제2 보가 제5 보에, 및/또는 제3 보가 제6 보에 기계적으로 연결된다. 이는 보들 간의 작은 유체 손실과 개별적인 보들의 이동의 기계적 결합을 제공한다.

하나의 실시예에 따르면, 제3 보와 제6 보는 제1 층과 제2 층 간에 배치된 중간층을 통해 서로 기계적으로 연결된다. 제1 보를 제4 보와 이격(distance)시키고 제2 보를 제5 보와 이격시키기 위해, 한편으로 제1 보와 제4 보 간, 다른 편으로 제2 보와 제5 보 간의 중간층이 제거된다. 제4, 제5, 및 제6 보 간의 기계적 고정을 통해 기계적 결합이 여전히 이뤄지므로 이는 작은 양(low mass)(의 유체)이 이동할 수 있게 해준다.

하나의 실시예에 따르면, 한편으로 제1 보와 제4 보가, 다른 편으로 제2 보와 제5 보가 제1 층과 제2 층 간에 배치된 중간층을 통해 서로 기계적으로 연결된다. 제3 보와 제6 보 간의 중간층이 제거되어 제3 보와 제6 보 간에 갭을 제공한다. 이 역시 작은 양(의 유체 이동)을 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 층과 제2 층은 기판의 하나의 영역에서 산화실리콘, 질화실리콘, 또는 폴리머 등으로 된 절연층 등의 중간층을 통해 서로 연결된다. 중간층은 제1 보와 제4 보 간, 제2 보와 제5 보 간, 및 제3 보와 제6 보 간의 캐비티의 영역에서 제거된다. 이는 제1, 제2, 및 제3 보의 제4, 제5, 및 제6 보에 대한 독립적 이동을 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1, 제2, 및 제3 보는 가동 층 배열의 제1 가동 부재를 형성한다. 제4, 제5, 및 제6 보는 가동 층 배열의 제2 가동 부재를 형성한다. 제1 가동 부재는 제2 가동 부재에 대해 이동 방향을 따라 이동 가능하게 배치된다. 이는 센서와 함께 액튜에이터 양자에 따른 높은 자유도를 제공하는 가동 부재의 개별적 쳐짐을 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 한편으로 제1 보와 제3 보 간, 다른 편으로 제4 보와 제6 보 간에 다른 전위가 인가될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 한편으로 제2 보와 제3 보 간, 다른 편으로 제5 보와 제6 보 간에 다른 전위가 인가될 수 있다. 이는 예를 들어 위상 이탈(out of phase) 또는 위상 오프셋(phase-offset) 등 가동 부재의 독립적인 평가 및/또는 제어를 가능하게 한다.

전술한 실시예들의 일부는 제2 층이 보들 내에 구성되어 유효 면적의 확장이 제1 층에 비교한 추가적인 보 면적에 의해 얻어지는 것으로 기재되어 있다. 추가적 실시예들은 그 특징들이 캐비티 내의 유체와 상호작용하는 레지스터(resistor) 구조를 제공한다는 사실에 관련된 발명적 장치에 대체적으로 또는 추가적으로 조합될 수 있다. 이를 위해, 레지스터 구조를 전기적으로 수동 방식으로 구성하면 충분할 수 있는데, 이는 간단한 구현을 가능하게 한다. 이와 동시에, 레지스터 구조와 외부 영역 간의 풀인 효과도 저감되거나 방지될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 보, 제2 보, 및 제3 보는 가동 부재를 형성한다. 제2 층은 캐비티 내의 유체와 상호작용할 레지스터 구조를 형성한다. 레지스터 구조는 가동 부재와 기계적으로 연결되어 가동 부재에 의해 함께 이동한다. 이는 레지스터 구조의 추가적 배열에 의해 실제적으로 유효한 종횡비를 확장시킬 수 있게 하는데, 이는 간단하고 정밀한 공정들로 구현될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조는 중간층에 의해 제1 층에 연결된다. 이는 스택 구조(stack structure)로부터 MEMS를 형성함으로써 간단한 구조를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 층은 제1, 제2, 및 제3 보에 추가하여, 제3 보로부터 멀리 향하는 측면 상, 즉 보 배열의 외측 상의 면내에서 제1 보 또는 제2 보에 기계적으로 고정된 받침 부재(피기백 요소, piggyback element)를 포함한다. 레지스터 구조는 적어도 부분적으로 받침 부재 상에 배치된다. 이는 반드시 전기적으로 적극적 변형되지는 않는 부재 상에 레지스터 구조의 배열을 가능하게 하여, 레지스터 구조를 변형하는 데 낮은 정도의 변형 에너지가 필요하게 할 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 받침 부재는 제1, 제2, 또는 제3 보에 기계적으로 고정된다. 레지스터 구조는 적어도 부분적으로 받침 부재 상에 배치된다. 이는 간단한 제조를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 받침 부재는 결합 부재(coupling element)를 통해 제1 또는 제2 보에 기계적으로 결합되는데, 여기서 결합 부재는 가동 부재의 최대 쳐짐의 영역에서의 능동 부재의 변형 동안 가장 적게 변형되는 영역에 배치되고, 높은 정도의 소재 변형률(material strain)이 발생되는 영역에는 가동 부재가 배치되지 않는다. 이는 결합 부재 및/또는 레지스터 구조의 변형에 불필요하게 높은 기계적 에너지를 방지할 수 있게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조는 가동 층 배열의 축 연장 방향을 따라 이동 방향에 직교하고 기판 평면에 평행하게 배치된 몇 개의 부분 부재들을 구비한다. 이는 레지스터 구조의 유효 강성(effective stiffness)을 저하시켜 레지스터 구조의 변형을 일으키는 데 낮은 힘으로 충분하게 해준다. 이는 또한 대체적으로 또는 추가적으로 개별 부분 부재들 간의 기계적 상호작용을 저감 또는 방지할 수 있게 해준다.

하나의 실시예에 따르면, 부분 부재들은 기판 평면에 직교하고 이동 방향에 직교하는 투영(projection)에서 서로 거리를 갖는다. 이는 변형 동안 접촉의 자유 및/또는 레지스터 구조의 작은 크기(mass)를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 이 거리는 100 μm 정도(at most), 바람직하기로 10　μm 정도이고 특히 바람직하기로 2　μm 정도이다. 이는 벽 같은(wall-like) 구조인 레지스터 구조의 낮은 유체 손실 또는 유체 효과를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 부분 부재들은 제1 보 또는 제2 보 또는 제3 보의 어느 것에 기계적으로 견고하게 고정된다. 이는 대각선으로 이동하는 유체 점(fluid point)을 저감 또는 방지하여 낮은 유체 손실을 가능하게 한다.

대체적인 실시예에 따르면, 부분 부재들은 제1 보, 제2 보, 및 제3 보들 중의 적어도 2개 상에 배치된다. 이동 방향을 따라 유효한 벽은 이와 관련하여 깊이 방향을 따라 오프셋 배치된 부분 부재들에 의해 점차 축소(attenuated)되지만, 레지스터 구조는 보들에서 완전히 또는 부분적으로 대칭의 질량 분포를 가능하게 한다. 가능하기로, 불리한 효과들은 기판 평면에 직교하는 전술한 평면으로의 투영에서의 부분적 영역들의 중첩으로 보상(균형)될 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 이동 방향 또는 그 반대 방향을 따른 레지스터 구조와 기판 간의 제1 간격은 제1 보와 제3 보 간의 제2 간격보다 더 크다. 레지스터 구조가 수동 방식으로 구성되어 유체 상호작용을 위해 구현되므로, 종횡비의 제한을 받는 갭 구조의 배열이 생략될 수 있다. 이에 따라 전반적으로(all in all) 더 큰 갭들이 가능하여 복잡한 공정들을 요구하지 않고 z 방향을 따라 큰 유효 크기(effective dimension)를 얻을 수 있어 유용하다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 간격은 제2 간격보다 적어도 1 내지 20, 바람직하기로 3 내지 10, 특히 바람직하기로 5 내지 7의 배수(factor)만큼 더 크다.

하나의 실시예에 따르면, 제2 층은 z 방향을 따르는 등 기판 평면에 직교하는 층 덮개(layer lid)를 구비하는데, 이는 제1 층보다 적어도 1 내지 20, 바람직하기로 3 내지 10, 특히 바람직하기로 5 내지 7의 배수만큼 더 크다. 이는 특히 효율적인 MEMS를 제공한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 층의 두께와 제1 보와 제3 보 또는 제2 보와 제3 보 간의 거리에 대한 제1 층의 종횡비는 40 미만인데, 이는 간단한 공정 제어를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조는 제1 층의 제1 측 상에 배치된 제1 레지스터 구조이다. 또한 MEMS은 제1 측의 반대측인 제2 측 상에 배치된 제2 레지스터 구조를 구비한다. 이는 양측 모두에 유체적으로 유효한 영역을 확장함으로써 MEMS의 특히 높은 효율성을 제공한다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조는 캐비티 내에 위치하는 유체에 대한 유체적 레지스터(fluidic resistor)를 제공하는데, 이는 스피커 또는 펌프로서의 액튜에이터 응용(implementation)뿐 아니라 마이크 등의 센서 응용 또는 MEMS THz(테라헬츠) 도파관(waveguide) 등의 다른 응용들에도 유용하다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조와 추가적인 보 층(beam layer)의 유용성이 조합될 수 있다. 이를 위해 가동 층 배열은 제4, 제5, 및 제6 층에 구성된 제3 층을 구비하여 두 보 층들 모두와 함께 적어도 하나의 레지스터 구조를 구현하는데, 이는 효율을 더욱 증가시킬 수 있다.

여기서, 제1, 제2, 및 제3 보가 기계적으로 연결되어 제1 가동 부재를 형성하는 한편, 제4, 제5, 및 제6 보들이 기계적으로 연결되어 제2 가동 부재를 형성할 수 있다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 가동 부재는 제2 가동 부재에 기계적으로 연결될 수 있는데, 이는 종횡비의 기술적 제한을 고려할 때 더 큰 종횡비를 가능하게 하고, 이미 낮은 전압으로도 높은 힘이 생성될 수 있으므로 낮은 작동 전압을 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 레지스터 구조가 제1 레지스터 구조이고, MEMS는 제2 가동 부재에 연결된 제2 레지스터 구조를 구비한다. 이는 한편으로 그 유효 영역이 양측 모두로 확장된 다른 가동 부재들의 개별적 제어 및/또는 감지 또는 검출에 의해 높은 유연성을 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 가동 부재와 제2 가동 부재들은 서로 인접하고 기판 평면에 직교하는 방향을 따라 제1 레지스터 구조와 제2 레지스터 구조 사이에 배치된다. 이는 가능하기로 접지에 연결되는 구조들 외부에 대한 가능하기로 수동(passive) 레지스터 구조들의 배치를 가능하게 하여 낮은 견인력(force of attraction)이 작용하도록 함으로써 풀인 효과가 방지될 수 있다.

대체적 실시예에 따르면, 제1 가동 부재와 제2 가동 부재들은 서로 인접하고 기판 평면에 직교하는 방향을 따라 제1 가동 부재와 제2 가동 부재 사이에 배치된다. 이는 가동 부재들 사이에 큰 거리를 제공하고 이에 따라 전기적 상호 영향(cross-influence)이 낮아지게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 레지스터 구조와 제2 레지스터 구조는 서로에 대해 이동 가능한데, 이는 특히 액튜에이터 구현에서 가동 부재들이 서로 독립적으로 제어될 수 있는 이점을 가진다.

하나의 실시예에 따르면, 가동 층 배열은 기판의 일측 상에 클램핑된(clamped) 절곡 보(bending beam) 구조를 포함한다. 일측 상에 클램핑된 절곡 보 구조는 자유단(free end)에서 큰 쳐짐을 가능하게 하는데, 전술한 실시예들에 따라 풀인 효과가 저감 또는 방지될 수 있으므로 이를 위해 양측 클램핑이 제공될 수 있고, 그 진폭 감소 역시 이에 의해 방지될 수 있어 이는 특히 유용하다.

하나의 실시예에 따르면, 제1 층과 제 2층의 기판 평면에 직교하는 (방향의) 두께는 적어도 50 μm이다. 이는 특히 큰 MEMS를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 기판 평면에 평행하고 이동 방향에 직교하는 가동 층 배열의 축 연장 방향은 가동 구조의 높이에 대해 적어도 0.5 배수의 크기가 얻어지도록 구성되는데, 크기 또는 길이가 높이 또는 두께와 동일한 방식으로 효율에 영향을 미치므로 이는 특히 유용하다.

하나의 실시예에 따르면, 캐비티는 적어도 하나의 개구를 통해 외부 환경과 유체 연결되는데, 여기서 적어도 하나의 개구는 가동 층 배열의 평면 내에 배치된다. 이는 칩 영역(chip area)이 개구 이외의 목적에 사용될 수 있으므로 바닥 층 및/또는 덮개 층이 다른 목적에 사용될 수 있게 해준다.

하나의 실시예에 따르면, MEMS는 MEMS 펌프, MEMS 스피커, MEMS 마이크, 또는 MEMS THz 도파관으로 구성된다.

하나의 실시예에 따르면, MEMS는 가동 층 배열을 제어하도록 구성된 제어 수단을 포함한다.

하나의 실시예에 따르면, 제1, 제2, 및 제3 보는 제1 가동 부재를 형성하는데, MEMS는 복수, 즉 적어도 2개의 가동 부재들을 구비한다. 제어 수단은 복수의 가동 부재들을 개별적으로 제어하도록 구성되는데, 이는 MEMS를 구현할 때 높은 자유도를 제공할 수 있다.

다른 유용한 구성들은 추가적인 종속항들의 주제이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면들을 참조하여 논의될 것인데, 도면에서:
도 1은 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 2는 추가적인 액튜에이터 두께가 추가적인 전극들로 얻어지는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 3a는 제1 및 제2 층들의 외측 전극들이 중간층을 통해 서로 연결되지만, 중간층의 내측 전극들은 완전히 제거되거나 배치되지 않은, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 3b는 도 3a의 MEMS에 비교하여 중간층이 내측 전극들 사이에 배치되어 2개의 전극들이 서로 견고하게 기계적으로 연결되지만, 외측 전극들 사이에서는 제거된, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 4a는 가동 층 배열의 제2 층이 예를 들어 기판 층으로 형성된 레지스터 구조를 포함하는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 4b는 레지스터 구조가 외측 전극에 연결된, 도 4a의 MEMS의 개략 단면도;
도 4c는 가동 부재가 제1 층의 전극들의 평면에 받침 부재를 구비하고, 이에 대해 레지스터 구조가 결합 부재를 통해 기계적으로 견고하게 연결되는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 4d는 결합 부재가 기판의 일측 상에 클램핑된 가동 부재의 자유로이 쳐질 수 있는(freely deflectable) 단부 상에 배치된, 추가적 실시예에 따른 MEMS의 개략 평면도;
도 4e는 도 4d의 A'A 단면에서의 도 4d의 MEMS의 개략 단면도;
도 5a는 가동 부재가 양측에서 견고하게 클램핑된, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 5b는 가동 부재의 쳐짐 상태에 있는 도 5a의 MEMS의 개략도;
도 6a는 레지스터 구조의 부분 부재들이 전극들 중의 하나 상에 배치된, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 평면도;
도 6b는 레지스터 구조의 부분 부재들이 전극들 중의 적어도 둘 상에 배치된, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 평면도;
도 7a는 예를 들어 도 4a의 MEMS 등 하나의 실시예에 따른 MEMS의 덮개 층을 통한 개략 단면도;
도 7b는 캐비티를 외부 환경에 연결시키는 개구가 기판 외부의 가동 층 배열의 평면에 배치된, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 8a는 이중으로 구성된 전극들과 후방 구조(rear structure) 또는 레지스터 구조의 특징들을 조합한 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 8b는 도 8a의 MEMS에 대한 2개의 가동 부재들의 상대적 방향이 교환되어 레지스터 구조가 서로 인접하여 배치되는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 9a는 다른 층들의 전극들이 서로 연결되고 서로에 대해 오프셋을 갖는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 10은 다른 층들의 전극들이 서로 무접촉(contactless)이고 서로에 대해 오프셋을 갖는, 하나의 실시예에 따른 MEMS의 개략 단면도;
도 11a는 L-NED로 구성된 공지의 MEMS의 개략 단면도 또는 단면;
도 11b는 도 11a의 MEMS의 개략 평면도; 및
도 12는 또 다른 공지의 MEMS의 개략 단면도.

본 발명의 실시예들을 도면들에 기반하여 더 상세히 설명하기 전에, 다른 도면들의 동일한 기능 또는 동일한 부재들, 객체들 및/또는 구조들은 동일한 참조번호가 부여되어 이 부재들에 대한 다른 실시예들의 설명들은 호환적으로 교환되거나 호환적으로 적용될 수 있음에 유의해야 할 것이다.

이하에서 MEMS 변환기(converter)가 기준이 된다(MEMS = 미세 전자기계 시스템; micro-electromechanical system). MEMS 변환기는 인가된 전기 양(전류, 전압, 전하 등)에 기반하여 기계적 요소의 변화를 일으키는, 즉 변환하는 하나 또는 복수의 전기 작동(electroactive) 요소들을 포함한다. 이 변화는 예를 들어 기계적 요소의 변형, 가열, 또는 인장과 관련될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 변형, 가열, 또는 인장 등 요소에 대한 기계적 영향(impact)은 요소의 전기 단자들에서 검출될 수 있는 전기 신호 또는 전기 정보(전류, 전압, 전하 등)로 결과될 수 있다. 일부 소재 또는 요소들은 상반관계(reciprocity)를 갖는데, 이는 효과가 상호 교환됨을 의미한다. 예를 들어 압전 소재는 역압전 효과(inverse piezoelectric effect)(인가된 전기 신호에 기반한 변형)와 압전 효과(변형에 기반하여 전하를 제공)를 가질 수 있다.

이하에 설명되는 실시예들의 일부는 전극 배열(electrode arrangement)이 가동 부재(movable element)를 형성한다는 사실에 관련된다. 여기서 가동 부재의 이동은 전극 배열의 변형으로 얻어질 수 있다. 가능한 상호관계에 의한 센서 기능에 관해서는, 액튜에이터 구조가 이동의 횡방향을 따라 전극 배열이 거시적 변형, 즉 부재 또는 영역(area)이 이동의 횡방향을 따라 이동할 수 있도록 구성될 수 있다. 이 부재 또는 영역은 예를 들어 보 단부 또는 보 구조의 중앙 영역이 될 수 있다. 거시적으로 보아, 변형 가능한 부재가 이동의 횡방향을 따라 변형할 때, 변형 가능한 부재의 변형은 이동의 횡방향에 직교하도록 발생될 수 있다. 후속되어 기재되는 실시예들은 이 거시적 접근법에 관련된다.

이하에 설명되는 실시예들의 일부는 기계적 고정을 통해 서로 연결되어 전위(electrical potential)에 기반하여 이동을 수행하도록 구성된 전극들에 관련된다. 그러난 실시예들은 이에 한정되지 않고 임의 종류의 보 구조, 즉 기동(actuation)에 따라 기계적 고정을 통해 이동으로 변환되는 힘을 제공하거나(액튜에이터), 및/또는 압전 소재 또는 다른 작동 소재 등을 사용하여 변형을 검출(센서)하도록 구성된 보들을 구비할 수 있다. 보들은 예를 들어 인가 전위에 기반하여 변형을 제공하는 정전식(electrostatic), 압전식(piezoelectric), 및/또는 열기계적(thermomechanical) 전극들이 될 수 있다.

도 1은 하나의 실시예에 따른 MEMS(10)의 개략 단면도를 도시한다. MEMS(10)은 예를 들어 몇 개의 개별적 층들의 층 스택(layer stack; 14)을 구비하는 기판(substrate; 12)를 포함하는데, 여기서 기판(12)은 개별 층들을 부분적으로 제거하여 기판(12) 내부에 배치되는 캐비티(cavity; 16)를 구비한다.

층 스택(14)은 몇 개의 층들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 층 스택(14)은 능동 층(active layer) 또는 소자 층(device layer; 24₁)이 접합(bonding)에 의하는 등 중간층(intermediate layer; 22₁)에 의해 배치되는 제1 기판 층(18₁)을 구비하는데, 층 시퀀스(layer sequence; 18₁, 22₁ 및 24₁)는 사용된 소재 및/또는 크기에 있어 예를 들어 도 11a에 도시된 층 스택들에 대응한다. 추가적인 중간층(22₂)을 통해 추가적인 능동 층(24₂)이 층 스택의 일부를 형성할 수 있다. 중간층(22₃)을 통해 추가적인 기판 층(18₂)이 층 스택(24)의 일부를 형성할 수 있다. 층 시퀀스(18₂, 22₂ 및 242)는 적어도 층 종류 및 층 순서에 있어, 가능하기로 크기에 있어서도 층 시퀀스(18₁, 22₁ 및 24₁)를 반영(mirror)하여 두 반(half) 층 스택들이 중간층(22₂)에 의해 서로 연결된다.

여기서, 도시된 층 스택은 단지 예시적이다. 기판 층(18₁, 18₂)들은 예를 들어 층(1002, 1032)들에 대응한다. 또한 중간층(22₁, 22₂, 및/또는 22₃)들은 중간층(1006)으로 형성될 수 있다.

층 스택(14)은 다르거나 및/또는 추가적인 층들을 포함하거나 및/또는 도시된 층들의 하나 또는 복수를 포함하지 않을 수 있다. 이에 따라, 기판 층(18₁ 또는 18₂)을 배치하지 않거나 예를 들어 추가적인 층들이 배치된 인쇄회로기판 등의 다른 기판을 통해 생성될 수 있다. 기판 층(18₁ 및/또는 18₂)이 없더라도 캐비티(16)는 여전히 기판(12) 내에 얻어질 수 있다.

예를 들어, MEMS(10)은 2개의 능동 층(24₁, 24₂)들이 중간층(22₂)을 통해 서로 연결되도록 구성된다. 능동 층(24₁ 및/또는 24₂)은 예를 들어, 예를 들어 도핑된(doped) 반도체 소재 및/또는 금속 소재 등의 도전성 소재(electrically conductive material)를 포함한다. 캐비티(16)가 층(24₁, 24₂)들의 선택적 제거로 얻어지고 또한 중간층(22₂)과 전극 구조(26a)들이 공정들의 적절한 조정으로 잔류할 수 있으므로, 도전층들의 적층 배열(layered arrangement)은 간단한 구성을 가능하게 한다. 이와는 달리, 전극 구조(26a 내지 26f)들이 캐비티(16) 내에 생성 및/또는 위치 설정하는 등의 다른 수단 또는 공정들에 의해 전체적 또는 부분적으로 캐비티(16) 내에 배치되는 것 역시 가능하다. 이 경우, 전극 구조(26a 내지 26f)들은 기판(12)에 잔류한 층(24₁, 24₂)들의 일부와 비교하여 달리 형성, 즉 다른 소재들을 포함할 수 있다.

기판 층(18₁, 18₂)들은 개구(opening; 28₁, 28₂)들을 구비할 수 있는데, 이들은 각각 개구(1026, 1034)에 대해 설명한 바와 같이 유체 유입구(inlet) 및/또는 유체 유출구(outlet)를 제공할 수 있다.

이에 따라, MEMS(10)은 적어도 하나의 추가적 층을 통해 MEMS(2000)를 포함할 수 있는데, 추가 층은 도시된 실시예에 따른 능동 층으로 형성되고 예를 들어 층(24₂)을 형성한다.

전극(26a, 26b, 26c)들은 레지스터 구조의 부분 부재들이 전극들 중의 적어도 2개 상에 배치된 도 11b의 MEMS(1000)에 대해 설명한 바와 같이 이산된(discrete) 영역들에서 절연 방식으로 서로 고정될 수 있다. 전극(26a, 26c)들 간의 전위(electrical potential)에 따라, 및/또는 전극(26b, 26c)들 간의 전위에 따라, 이동 방향(34)을 따른 이산된 점들에서의 기계적 고정으로 얻어진 가동 부재(32)의 이동이 얻어질 수 있는데, 이는 예를 들어 방향(1024)을 향하고 직교(Cartesian) x//z 좌표계의 x/y 평면 내에 배치될 수 있다. x/y 평면은 이를 따라 이동 방향(34)이 형성되는 면내 이동(in-plane movement)을 규정하는 평면(요청)이 될 수 있다.

전극(26d 내지 26f)들은 층(24₂)의 잔류 부분이 될 수 있고 기판 평면(x/y)에 직교하게 층(24₁)에 인접하여 배치된다. 전극(26a 내지 26c)들은 적어도 부분적으로 층 배열(36)의 제1 층을 형성하는데, 전극(26d 내지 26f)들은 적어도 부분적으로 층 배열(36)의 제2 층을 형성한다.

동일한 공정들이 사용되므로 전극 26a 및 26c 또는 26d 및 26f 간의 갭(42₁)과 전극 26b 및 26c 또는 26b 및 26f 간의 갭(42₂)이 MEMS(2000)에서의 크기(dimension)와 동일 또는 유사하더라도, 크기(1016)에 비교하여, 가동 층 배열(36)의 z 방향을 따른 크기가 확대될 수 있다. 갭 크기(42₁ 및 42₂)와 z 방향을 따른 전극 26 내지 26c 또는 26d 내지 26f의 크기 간의 종횡비(aspect ratio)는 MEMS(2000)에 대해 설명한 것과 동일 또는 유사하고, 예를 들어 40 미만, 특히 약 30의 값을 가질 수 있다. 그러나 갭(42₁ 및 42₂)을 확대시키지 않고 층들 또는 전극(26a 내지 26f)들을 나란히(side by side) 배치함으로써 z 방향을 따른 크기(38)가 배증(doubled) 등으로 증가되었으므로 실제 유효 종횡비는 더 높을 수 있다.

여기서, 중간층(22₂)을 통해 조합된 각 반 층 스택(14)의 MEMS(10)의 z 방향에 평행한 부분적 크기 또는 부분적 높이(44₁, 44₂)는 MEMS(1000)의 z 방향을 따른 각 크기에 대략 대응할 수 있다.

여기서, 전극(26d 내지 26f)의 이동은 다른 방식으로 얻어질 수 있다. 예를 들어 전극(16a) 및 전극(26d), 전극(26b) 및 전극(26e), 및/또는 전극(26c) 및 전극(26f)을 쌍으로(in pairs) 기계적 조합함으로써, 기계적으로 견고하게 연결된 다른 전극의 각 이동은 가동 부재(32)의 전극(26a, 26b, 26c)의 이동으로부터 직접 얻어질 수 있다. 그럼으로써, 예를 들어 MEMS(1000)의 부재(1022)들에 대응할 수 있는 기계적 고정(mechanical fixings; 46₁ 및 46₂)들이 전극(26d 내지 26f)의 층에서 생략될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 전극(26d 내지 26f)들을 이산된 위치 또는 영역들에 기계적으로 고정하기 위해 층(24₂)의 평면에도 각 기계적 고정(46)을 제공하는 것도 가능하다. 그럼으로써, 추가적인 가동 부재가 얻어질 수 있는데, 이는 중간층(42₂)을 통해 가동 부재(32)에 기계적으로 견고하게 연결될 수 있고, 각 연결은 역시 완전히 또는 부분적으로 생략될 수 있다.

달리 말해, L-NED 높이와 L-NED 갭 간의 비율이, 예를 들어 소자 웨이퍼(층 22)와 덮개 웨이퍼(층 18₁)를 접합하는 대신, 2개의 소자 웨이퍼들의 접합을 보이는 도 1에 도시된 바와 같이 2개의 소자 웨이퍼(24₁ 및 24₂)들을 접합함으로써 배증될 수 있어 L-NED 보들이 서로 연결될 수 있다. 이러한 방식으로 L-NED 액튜에이터의 종횡비가 배증된다. 이 해법은 (다음과 같은) 몇 가지 이점들을 제공하는데:

- 예를 들어 마이크로 스피커(micro loudspeaker)에서 종횡비를 배증(doubling)시키면 음향 수준을 6 dB 증가시키는 결과가 되고;

- 배증된 L-NED 높이는 z 방향을 따라 더 높은 절곡 강도(bending strength)로 결과되고, 이는 다시 수직(z 방향을 따른) 풀인 효과(pull-in effect)에 대한 낮은 민감도로 결과되어 높은 설계 자유도를 제공한다. 이는 예를 들어 L-NED 보들을 더 길게 구성할 수 있게 하는데, 이는 보들이 y 방향을 따라 높은 축방향 인장을 가질 수 있음을 의미한다. 이와는 달리 또는 추가적으로, L-NED 보들은 양측 대신 일측에서 클램핑될(clamped) 수 있는데, 일측에서 클램핑된 L-NED 보들은 예를 들어 양측에서 클램핑된 보보다 더 큰 쳐짐이 가능하므로 유용하며;

- 여전히 가능하기는 하지만, 공지의 구성에 따른 덮개(lid)가 반드시 필요하지 않아, 전위의 절감을 제공한다.

예를 들어 도 12에 따른 공지의 MEMS를 새로운 기준으로 참조하면, 층(1002, 1006₁ 및 1004)들의 소자 웨이퍼(device wafer)(기술 1로 지칭함)와 덮개 웨이퍼(lid wafer)(기술 2로 지칭함)는 층(1006₂)으로 접합되어 스피커 또는 펌프를 구성한다. 여기서 덮개 및 소자 웨이퍼를 제조하는 데 두 다른 기술들 또는 공정들이 필요해진다. 이에 비해, 도 1에 따른 MEMS(10)은 접합되는 양 요소(44₁ 및 44₂)들이 소자 웨이퍼들이어서 동일한 기술 1로 제조되므로 이 기술들 중의 하나(기술 1)만을 사용하여 제조될 수 있다. 이는 기술 2의 사용을 생략하는 것을 의미하는데, 그러면 간단한 제조가 가능해진다. 덮개 웨이퍼의 역할은 이제 18₂에 의해 충족된다.

여기서, 덮개 또는 바닥(bottom) 등의 용어는 단순히 이 명세서에 기재된 MEMS의 개별적 부재들을 더 잘 구분하기 위해 사용된 것으로, 특정한 설계 또는 공간 상의 층들의 방향에 관해 한정하지 않는 것에 유의해야 한다. 또한, 예시적으로 논의된 z 방향을 따른 배증은 가능한 구성들 중의 하나임에 유의해야 한다. 층(24₁ 및 24₂)들은 기판(1) 내의 영역과 함께 캐비티(16) 내의 영역 양자에 관련된 같거나 다른 크기들을 가질 수 있다.

도 2는 하나의 실시예에 따른 MEMS(20)의 개략 단면도를 보이는데, 중간층(22₂)이 한편으로 전극 26a, 26b, 및 26c 사이에서, 다른 편으로 전극 26d, 26e, 및 26f 사이에서 제거된다.

MEMS(10)에서와 유사하게, 능동 층(24₂)은 적어도 도시된 중공(hollow) 상태로 기판 평면에 직교하는 z 방향을 따라 전극 26a, 26b, 또는 26c에 인접하여 배치되지만, 전극 26a 및 26f는 기계적 고정(46₃)을 통해, 전극 26e 및 26f는 기계적 고정(46₄)을 통해 이산된 위치에서 서로 견고하게 연결되어, 누락(missing) 또는 제거된 중간층(22₂)에 대해 층 배열(2)이 가동 부재(32₁ 및 32₂)들을 구비할 수 있는데, 이는 z 방향을 따라 동일 또는 유사한 유효 크기(38)로 결과되지만, 가동 부재들의 다른 제어를 가능하게 한다.

하나의 실시예에 따르면, 한편으로 전극 26a 및 26c 간에, 다른 편으로 전극 26d 및 26 간에 다른 전위들이 인가될 수 있다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 한편으로 전극 26b 및 26c 간에, 다른 편으로 전극 26b 및 26 간에 다른 전위들이 인가될 수 있는데, 이는 가동 부재(32₁ 및 32₂)들의 다른 이동들로 결과될 수 있다. 이는 각 전극들이 전기적으로(galvanically) 분리되거나 및/또는 사용자 주문 집적회로(application-specific integrated circuit; ASIC) 등의 선택적인(optional) 제어 수단에만 접촉됨을 의미한다.

달리 말해, 상부 소자 웨이퍼의 L-NED 보들은 하부 소자 웨이퍼의 L-NED 보들과 직접 연결되지 않는다. 양 L-NED 보들은 별도로 제어된다.

도 3a는 MEMS 10 및 20들의 조합 구성을 제공하는 실시예에 따른 MEMS(30₁)의 개략 단면도를 보이는데, 전극 26a 및 26b들과 함께 전극 26b 및 26e들이 중간층(22₂)을 통해 서로 연결되는 한편, 전극 26c 및 26f를 서로 분리되도록 이격시키기 위해 전극 26c 및 26f 사이의 중간층(22₂)은 완전히 또는 부분적으로 제거되거나 배치되지 않는다. 이는 전극 26a 및 26d들과 함께 전극 26b 및 26e들의 공통(common) 이동으로 결과되어, 기계적 고정(46)(도 3a에는 도시되지 않음)들이 도 2의 구성에 따르는 등 임의의 위치들에 배치될 수 있게 하고, 여기서 전극들 간의 중간층(22₂)에 의한 이동의 전달 역시 발생되므로 예를 들어 개별적 기계적 고정들을 생략하는 것 역시 가능하다.

도 3b는 하나의 실시예에 따른 MEMS(30₂)의 개략 단면도를 보이는데, MEMS(30₁)와 비교하여, 중간층(22₂)이 2개의 전극들을 기계적으로 견고히 연결하도록 전극 26c 및 26b 간에 배치되지만, 전극 26a 및 26b 사이 및/또는 전극 26b 및 26e 간에는 제거된다. 여기서 또한, 도 2에 도시된 기계적 고정(46)의 일부, 예를 들어 전극 26a 및 26c 사이와 26e 및 26f 사이 또는 전극 26b 및 26c 사이와 전극 26d 및 26f 사이에서 생략될 수 있다. 전극 26c 및 26f 간에는 기계적으로 고정된 연결을 통해 이동의 전달이 이뤄진다.

달리 말해, 상부 소자 웨이퍼의 L-NED 보들은 하부 소자 웨이퍼의 L-NED 보들과 부분적으로만 직접 연결되는데, 도 3b에 따르면 중간 전극들만, 도 3a에 따르면 외측 전극들만 연결된다.

실시예들은 전극 26a 및 26d, 전극 26b 및 26e, 및 전극 26c 및 25f 중의 적어도 한 쌍이 층들 간에 배치된 중간층(22₂)을 통해 서로 기계적으로 견고하게 연결된다. 선택적으로 이 층은 도 2에 기반하여 설명된 바와 같이 완전히 제거될 수도 있다.

전술한 MEMS(10, 20, 30₁ 및 30₂)들은 크기(38)와 갭(42) 간의 종횡비를 증가시키기 위해 서로 위에 배치되거나 적층된 2개의 능동적으로 형성된 층들을 포함한다. 이 MEMS들이 산화실리콘, 질화실리콘, 또는 폴리머 등의 중간층에 의해 서로 연결된 2개의 능동 층들을 사용하여 설명되었으나, 실시예들은 이에 제한되지 않고 셋 이상, 넷 이상, 다섯 이상, 또는 더 많은 추가적 층들의 배열 역시 가능하다.

이하에서는, 종횡비가 다른, 가능하기로 수동 층들에 의해 증가되는 본 발명의 다른 실시예를 기준으로 한다.

도 4a는 하나의 실시예에 따른 MEMS(40)의 개략 단면도를 보이는데, 여기서 가동 층 배열(36)의 제2 층은 예를 들어 캐비티(16)의 영역에 배치되거나 제거되지 않고 잔류한 기판 층(18)으로 형성되고 전극(16a, 26b, 및/또는 26c)의 적어도 하나에 연결되어 전극(16a, 26b, 26c)에 대한 추가적 유체 레지스터(fluidic resistor)를 제공하는 레지스터 구조(48)를 포함한다. 예를 들어, 레지스터 구조(48)는 선택적 식각법 동안 유지될 수 있다. 예를 들어 높이(1016)에 대응할 수 있는 전극(16a, 26b, 26c)들의 z 방향을 따른 높이(52)에 비해, 가동 부재(32)의 유효 높이(54)가 레지스터 구조(48)에 의해 증가될 수 있어 유용하다.

크기(52)는 예를 들어 1 μm 내지 1 mm, 바람직하기로 50 μm 내지 400 μm, 특히 바람직하기로 70 μm 내지 150 μm가 될 수 있다. 도 1을 참조하면, 1 μm, 2 μm 또는 10 μm 등 수 μm의 크기를 가질 수 있는 중간층(22₂)이 추가되므로 약 2배의 크기(38)로 결과될 수 있다. 이러한 방식으로 크기(56) 역시 적어도 50 μm, 적어도 100 μm 또는 적어도 200 μm가 될 수 있다.

여기서, 레지스터 구조(48)의 높이 또는 크기(56)가, 특히 y축 위치에서의 x 방향을 따른 레지스터 구조(48)의 선택적 배열을 고려할 때 매우 커질 수 있다. 이러한 방식으로, 레지스터 구조(48)의 높이(56)에 대한 기판 층(18)과 레지스터 구조(48) 간의 (48₂) 및/또는 기판 층(18)과 레지스터 구조(48) 간의 갭 또는 공극(58₁)으로 기술되는, 이에 사용되는 종횡비가 대략 40 미만의 제한 비율, 예를 들어 35 미만 또는 30 미만 또는 그 미만의 값을 가질 수 있는데, 즉 크기(52)가 이 비율로 갭(42₁ 및/또는 42₂)보다 더 클 수 있다. 전극 26a 내지 26c의 갭(42₁ 및/또는 42₂)들보다 훨씬 큰 갭(58₁ 내지 58₂)들을 고려하면, 이 종횡비는 크기(52)와 비교하여 역시 훨씬 큰 z 방향을 따른 크기(56)로 결과될 수 있다. 캐비티 영역에서의 층(18) 및 이에 따른 레지스터 구조의 층 두께로도 지칭되는 크기(56)는 전극(26a 내지 26c)의 영역에서의 층(24)의 크기(52)보다 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4 또는 그 이상의 배수로 더 클 수 있다.

달리 말해, 도 4a는 후방 구조(rear structure)를 갖는 L-NED 보를 도시하는데, 여기서 후방 구조는 중간 전극 밑에 위치한다.

도 4a가 가동 부재(32)의 중간 전극(26c)들의 하나에 배치된 레지스터 구조를 보이는 반면, 도 4b는 레지스터 구조(48)가 전극(26b)에 기계적으로 견고히 연결된 MEMS(40)의 개략 단면도를 도시한다. 이와 달리 또는 추가적으로, 레지스터 구조(48)의 적어도 일부는 또한 중간층(22) 등을 통해 전극(26a)에 기계적으로 견고히 연결될 수 있다.

도 4a 및 4b에 따른 도시들은 레지스터 구조(48)가 전극(26b 또는 26c) 중의 하나에만(exclusively) 배치된 다른 MEMS에 관련될 수 있다. 이와는 달리, 레지스터 구조(48)는 도 4a 및 4b의 도시들이 이하에 더 상세히 설명될 바와 같이 y 축을 따라 다른 위치들을 보이도록 구성될 수도 있다.

레지스터 구조(48) 또는 그 부분 부재들은 가동 부재(32)에 기계적으로 견고히 연결되어, 레지스터 구조(48)가 가동 부재(32)와 함께 이동한다.

달리 말해, 도 4b는 다년에서 외측 전극의 밑에 위치하는 후방 구조를 보인다.

도 4c는 하나의 실시예에 따른 MEMS(40')의 개략 단면도를 보이는데, 여기서 가동 부재(32)는 전극(26a 내지 26c)의 평면에 중간층(22)의 일부에 의한 것처럼 레지스터 구조(48)가 기계적으로 견고히 연결되는 받침 부재(piggyback element; 62)를 구비한다. 받침 부재(62)는 층(24), 즉 전극(26a 내지 26c)들과 동일한 소재로 구성될 수 있지만, 다른 소재로도 역시 구성될 수 있다. 예를 들어, 기계적 고정을 제공하는 결합 부재(coupling element; 64)가 받침 부재(62)가 기계적으로 견고히 연결되는 전극(26b)과 받침 부재(62) 사이에 배치될 수 있다. 결합 부재(64)는 예를 들어 전기적 절연을 제공하지만 이는 선택적이다. 소위 국부적 후화(local thickening)처럼 결합 부재(64)가 y 방향을 따른 적어도 한 영역에 걸쳐 x 방향을 따라 적어도 국부적으로 확장(widening)을 나타내는 것도 가능하지만, 이는 생성되는 정전력(electrostatic force) 면에서 비대칭을 초래할 수 있다. 바람직하기로, 받침 부재(62)는 전극(16b)의 전극(26c)에서 멀리 향하는 측에 배치된다. 이와는 달리, 받침 부재(62)가 바람직하기로 전극(26c)에서 멀리 향하는 측의 전극(26b)에 기계적으로 견고하게 연결될 수도 있다. 양 구현예들이 조합될 수도 있고 MEMS(40)에 연계된 설명과도 조합될 수 있는데, 이는 레지스터 구조(48)가 완전히 또는 부분적으로 받침 부재(62) 상에 배치될 수 있음을 의미한다.

결합 부재(64) 및/또는 국부적 확장은 바람직하기로 능동 부재(active element) 또는 가동 부재(32)가 변형했을 때 가장 적게 변형되는 y 방향을 따른 영역에 배치되는데, 이는 가동 부재의 최대 쳐짐(maximum deflection)의 영역이 될 수 있다. 이는 결합 부재(62)가 바람직하기로 가동 부재의 큰 정도의 소재 변형률(material strain)이 발생되는 곳에는 배치되지 않는 것을 의미한다. 가장 적은 변형의 영역과 가장 능동이 변형의 영역 간의 이동 진폭 또는 변형률 진폭은 예를 들어 2:1, 3:1 또는 4:1의 비율을 나타낼 수 있다.

MEMS(40)와 유사하게, 레지스터 구조(48)와 기판, 즉 층(18) 간의 거리는 갭(42₁ 및 42₂)들로 표현되는 전극들 간의 거리보다 더 클 수 있다. 이 거리는 바람직하기로 제2 간격보다 적어도 3의 배수(factor), 바람직하기로 적어도 16의 배수로 더 클 수 있다.

레지스터 구조(48)는 캐비티(16) 내에 위치한 유체에 대한 유체 레지스터(fluidic resistor)를 제공할 수 있다. MEMS(40) 및 MEMS(40')는 레지스터 구조(48)가 음의 z 방향을 따라 전극(26a 내지 26c)들의 일측에만 배치되는 것으로 도시되어 있지만, 이 실시예들은 양의 z 방향을 따라 배치되는 레지스터 구조에도 관련될 수 있다. 다른 실시예들은 각각 층(24)과 전극(26a 내지 26c)들의 양과 음의 z 방향을 따라 양측에 배치된 추가적인 레지스터 구조가 배치되는 양 구현예들의 조합에 관련된다.

캐비티(16) 밖으로의 유체의 이동 방향의 제어를 위해, 예를 들어 도 3a 및 도 3b에 도시된 추가적인 덮개 층(18₁ 및/또는 18₂)이 배치되어 각각의 개구(opening)를 구비할 수 있다. 이 명세서에 설명된 실시예들의 개구들이 층 스택의 외측 층들의 일부로 도시되어 있지만, 이와 달리 또는 추가적으로 개구들은 예를 들어 MEMS(10, 20, 30₁ or 30₂)의 층(24₁ 및/또는 24₂) 및/또는 MEMS(40 또는 40')의 층(24 및/또는 18)에 횡으로 구비될 수 있다. 이는 개구들을 갖는 각 덮개 층을 생략하거나 및/또는 실리콘 영역을 달리 사용할 수 있게 해준다.

도 4a, 4b, 및 4c에 기계적 고정(46)이 도시되지 않은 것에 유의해야 한다.

달리 말해, 도 4c는 단면에서 전극들에 횡방향으로 위치한 후방 구조를 보인다.

도 4d는 다른 실시예에 따른 MEMS(40")의 개략 상면도를 보이는데, 여기서 결합 부재(64)가 가동 부재 또는 그 자유로이 쳐질 수 있는 단부(freely deflectable end)를 복수의 레지스터 구조(48₁, 48₂)에 연결하는 기판(12₁)의 일측 상에 클램핑되는 가동 부재(32)의 자유로이 쳐질 수 있는 단부 상에 배치되고, 이는 MEMS의 캐비티의 인입부(depression; 65) 내에서 이동 가능한 빗살 구조(comb structure)를 형성한다.

도 4e는 도 4d의 단면 A'A의 도 4d의 MEMS(40")의 개략 단면도를 보이는데, 여기서 가동 부재(32)가 기판(12₂)에 인접한 z 방향을 따라 이동하여, 기판 위 등에서 이동 방향(38)에 평행한 와이핑 이동(wiping movement)을 수행한다는 것이 명확해진다. 예를 들어 중간층(22)를 사용함으로써 그 위에 레지스터 부재(48₁, 48₂ 및 48₃)들이 배치되는 결합 부재(64)를 통해. 레지스터 부재들 역시 캐비티의 인입부(65) 내에서 이동 방향(38)을 따라 이동할 수 있다. 인입부(65)는 기판(12₂)에 의해 x 방향을 따라 횡으로 제한되어, 가동 부재(32) 및/또는 그 전극들의 z 방향을 따른 각 종횡비 또는 크기가 형성되지 않을 수 있다(방지될 수 있다, prevent). 기판(12₂)은 예를 들어 75 μm보다 큰, 150 μm보다 크거나 또는 300 μm보다 크며 예를 들어 레지스터 구조(48₁, 48₂ 및 48₃)와 동일한 크기인 크기(67)를 갖는다. 이는 가동 부재(32)에 의한 직접적 유체 상호작용 대신 빗살 구조, 레지스터 구조(48₁ 내지 48₃)를 통한 간접적 기동 또는 감지가 이뤄지는데, 이는 각 종횡비를 유지하면서 레지스터 구조(48₁ 내지 48₃) 간의 큰 거리(69₁ 및 69₂)에 기인하여 각각 크게 구성될 수 있다. 결합 부재(64)는 가동 부재(32)의 이동을 빗살 구조에 전달할 수 있게 한다.

달리 말해, 후방 구조가 결합 부재(64)의 이동 가능하지만 변형되지 않은 부분에 장착되는데, 이는 변형되는 가동 부재, 즉 NED에서 이동된다.

그럼으로써, 변형된 구조의 횡 쳐짐 방향의 강성의 증가는 실제(actorically) 유효하지 않을 수 있어, 즉 방지될 수 있고, 이에 따라 쳐짐의 감소가 발생되지 않을 수 있다. 그러나 수직 풀인 효과 또는 위험(risk) 감소의 이점은 유지된다. 여기서 레지스터 구조에 의한 강성의 증가가 유효해진다. 여기서 MEMS(40")의 레지스터 구조의 수는 1 이상(≥)의 임의의 수이다. 이동 방향(38)을 따른 빗살 구조의 횡방향 크기(71)는 150 μm보다 크거나, 300 μm보다 크거나 600 μm보다 크고 예를 들어 725 μm가 될 수 있다.

도 5a는 예를 들어 바닥 측에서 본 평면도인, 하나의 실시예에 따른 MEMS(50)의 개략도이다. 기계적 고정(46₁ 내지 46₈)을 통해 이산된 위치들에서 서로 기계적으로 견고하게 연결된 전극(26a, 26b 및 26c)들을 포함하는 가동 부재는 양측에서 견고하게 클램핑될 수 있다. 전극 26a 및 26c는 예를 들어 동일한 연속적 층(24)으로부터 형성됨으로써 전기적으로(electrically and/or galvanically) 서로 연결된다. 그러나 전극 26은 전극 26a 및 26b와 다른 전위의 인가가 가능하도록 절연 영역(66₁ 및 66₂)을 사용하여 전극 26a 및 26b와 전기적으로 절연될 수 있다.

도 5b는 도 5a와 유사한 MEMS(50)을 보이는데, 가동 부재는 도 5b에서 쳐져 있다. 양의 x 방향 등의 가동 부재의 절곡 방향은 기계적 고정(46)의 방향을 통해 조정될 수 있다.

도 4a의 문맥에서 전술한 바와 같이, 레지스터 구조(48)는 전극(26c)에 기계적으로 견고하게 연결되어 이와 함께 이동할 수 있다. 도 5b의 도시는 가동 부재의 쳐짐이 또한 레지스터 구조(48)의 쳐짐으로도 결과됨으로써 MEMS(50)가 액튜에이터로 작동함에 따라 많은 양의 유체가 이동될 수 있다. 센서 작동 모드에서, 작은 양의 이동 유체, 즉 작은 힘이 도시된 쳐짐을 유발하기에 충분하다.

전극(26a 26b, 및 26c)들의 축방향 연장 및 이에 따른 기판 평면에 평행하고 이동 방향(34)에 직교하는 예를 들어 y 방향을 따른 가동 층 배열은, 두께 방향 z를 따른 가동 층 구조의 크기에 비해 적어도 0.5, 바람직하기로 적어도 0.6, 특히 바람직하기로 0.7의 배수가 될 수 있다. 이와 달리 또는 추가적으로, y 방향을 따른 크기는 적어도 10 μm 내지 최대 5000 μm, 바람직하기로 적어도 100 μm 내지 최대 2000 μm, 특히 바람직하기로 적어도 400 μm 내지 최대 1500 μm 범위의 값을 가질 수 있다.

MEMS(50)가, 가동 부재가 양측에서 클램핑되는 것으로 도시되어 있지만 일측 상의 클램핑 역시 가능하다.

달리 말해, 레지스터 구조의 사용은 NED 소자들의 효율을 향상시키는 추가적인 또는 대체적인 옵션이다. L-NED 보의 도시된 경우에서, 30 미만 또는 약 30의 일반적인(common) 종횡비가 사용될 수 있어 가능한 한 작은 NED 갭(42)이 얻어진다. 실시예들은 수동적 후방 구조 또는 레지스터 구조를 L-NED 보의 전면 및/또는 배면에 추가적으로 구성할 것을 지향한다. 후방 구조는 부분적으로 또는 완전히 L-NED 보에 연결된다. L-NED 보가 이동할 때 후방 구조 역시 이동함으로써 유체로서의 L-NED 보만일 경우보다 더욱 많은 액체 또는 공기가 이동된다. 후방 구조가 L-NED 전극들에 직접 연결되어 있으므로, L-NED 보의 쳐짐 동안 후방 구조는 보와 정확히 동일한 형태를 취한다. 이는 후방 구조의 쳐짐 또는 곡률이 L-NED 보의 그것들과 정확히 동일해질 수 있음을 의미한다.

후방 구조는 기본적으로 원하는 만큼 높이로 구성, 즉 크기(dimension; 56)가 임의의 크기(size)를 가질 수 있다. 이는 예를 들어 핸들 웨이퍼의 두께만큼 클 수 있는데, 이 구조가 더 이상 L-NED 제한들(즉 좁은 갭들과 종횡비<30)을 받지 않으므로 예를 들어 적어도 300 μm, 적어도 500 μm, 또는 적어도 600 μm, 또는 그 이상이 될 수 있음을 의미한다. 후방 구조는 BSOI 웨이퍼의 배면으로부터 더 넓은 갭(트렌치)들에 의해 간단한 방식으로 구성될 수 있다. 배면 상의 트렌치들은 여전히 제조 공정에 따른 제한(production-specific limitation)들(예를 들어 30 미만의 종횡비를 갖는 보쉬법(Bosch) 제한)을 받지만, 트렌치가 더 넓게 구성될 수 있으므로 특히 트렌치 방향을 따라 단지 한 레지스터 구조를 사용하는 경우 트렌치가 훨씬 더 깊이 식각될 수 있어서 큰 크기(56)로 결과된다. 명확히, 후방 구조는 외측 전극(26a 또는 26b) 밑이나 심지어 도 4c에 도시된 바와 같이 L-NED 보들에 평행한 별도의 구조로 제조될 수 있다. 비제한적인 예에 따르면, L-NED 높이(52)는 75 μm이고 후방 구조 높이가 600 μm가 될 수 있다. 그럼으로써 각 구조는 L-NED 구조만이 경우보다 8배 더 많은 공기를 이동시킬 수 있다. 이는 마이크로 스피커의 경우 약 18 dB 더 큰 음압(sound pressure) 수준에 해당한다. 이는 L-NED 보의 쳐짐이 추가적인 후방 구조에 의해 현저히 영향 받지 않는다는 가정 하에 발생된다. 이를 보장하도록, 실시예들은 후방 구조의 강성이 횡방향, 즉 x 방향 또는 이동 방향(34)를 따라 가능한 한 낮도록 설계되는데, 이는 예를 들어 그 방향을 따라 얇은(thin) 레지스터 구조(48)에 의해 얻어질 수 있다. 방향(34)을 따른 레지스터 구조(48)의 예시적인 크기는 예를 들어 최대 100 μm, 최대 50 μm, 또는 최대 1 μm이다. 전체 시스템의 관성(inertia)과 횡 절곡 강성에 현저히 영향을 미치지 않도록, 후방 구조가 기계적으로 안정되는 한 후방 구조는 가능한 한 얇게 구성될 수 있다. 후방 구조를 L-NED 보에 연결함에 따른 횡방향 쳐짐의 손실은 y 방향을 따라 더 긴 크기를 사용하거나 및/또는 더 유연한 클램핑에 의해 대체적 또는 추가적으로 보상되어 시스템 설계에 추가적인 자유를 제공한다.

달리 말해, 도 5a와 5b는 바닥으로부터의 평면도를 보이는데, 여기서 (양측에서 클램핑된) L-NED 보들이 휴지 상태(resting state), 즉 쳐지지 않은 상태와 쳐진 상태로 도시되어 있다. 후방 구조(48)는 L-NED 보의 이동 및/또는 절곡/곡률을 정확히 추종한다.

도 6a는 하나의 실시예에 따른 MEMS(60)의 상면도를 보이는데, 여기서 가동 부재(32)는 일측이 클램핑되어 배치됨으로써 절곡 보 구조의 자유단(free end; 68)이 양측이 클램핑된 MEMS(50)의 절곡 보의 중앙 영역에 비해 이동 방향(34)을 따라 비교적 더 큰 쳐짐을 가질 수 있다.

이와 독립적으로, MEMS(60)는 레지스터 구조(48)의 강성을 저하시키는 수단을 구비한다. 이를 위해, 레지스터 구조는 하나 또는 복수의 전극(26a, 26b 및/또는 26c)들 상에 배치된 적어도 2개, 적어도 3개, 적어도 4개, 또는 적어도 10개 또는 그 이상의 임의 수의 부분 부재(48a 내지 48j)들을 포함할 수 있다. 이러한 방식에서, 부분 부재(48a 내지 48j)들은 예를 들어 중앙 전극(26c) 상에 그 y 방향을 따른 축방향을 따라 배치된다. 레지스터 구조(48)의 구성에 기반하여, 부분 부재(48a 내지 48j)들은 거리(72a 내지 72i)만큼 서로 이격되는데, 이는 강성의 저하를 유발, 즉 레지스터 구조에 의한 강성의 증가량을 낮추거나 최소화한다. 거리(72a 내지 72j)들은 동일하거나 다를 수 있고, 부분 부재(48a 내지 48j)들이 이동 방향(34)을 따른 축 연장 방향(y)의 이동 방향(34)에 직교하여 배치될 때 유체 손실을 방지하거니 이를 낮게 유지하도록 예를 들어 최대 100 μm, 최대 50 μm 또는 최대 5 μm이 될 수 있다.

대체적인 실시예에 따르면, 레지스터 구조(48)의 부분 부재(48a 내지 48j)들은 전극 26a 또는 전극 26b 또는 전극 26c의 어느 것에 기계적으로 견고하게 연결될 수 있다.

도 6b는 하나의 실시예에 따른 MEMS(60')의 개략 상면도를 보이는데, 여기서 부분 부재(48a 내지 48i)들은 전극(26a, 26b, 및 26c)들 중의 적어도 2개 상에 배치되고, 도시된 예에서는 부분 부재들이 전극(26a, 26b, 및 26c)들의 각각 상에 배치되어 있다. 캐비티 내에 유체 저항을 제공하기 위해 부분 부재들은 축 연장 방향(y)을 따라 분포 방식으로 배치된다. 이를 다른 전극(26a, 26b, 및/또는 26c)들 상에 배치하면 부분 부재(48a 내지 48i)들의 돌출부(projection; 48'a 내지 48i)들이 예를 들어 y/z 방향에 평행한 등 축 연장 방향에 평행하고 기판 평면에 직교하게 배치된 평면 내에서 중첩(overlap)되어 예를 들어 돌출부 48'a 및 48'b에 대해 도시된 바와 같이 간격(distance(을 갖지 않아 더 큰 자유도를 얻을 수 있다. 돌출부(48'a 내지 48'i)들 중의 일부가 인접 돌출부와 간격을 가질 수 있다 해도, 인접 돌출부들이 중첩을 갖는 것이 유용할 수 있다.

고정(46₁ 내지 46₈)들이 한편으로 전극 26 및 26c, 다른 편으로 26b 및 26c 사이에 대칭으로 배치된 도 6a와 달리, 도 6b의 고정(46₁ 내지 46₇)들은 예를 들어 가동 부재의 이동 프로파일(movement profile) 및/또는 부하 프로파일(load profile)에 대한 맞춤(adaptation)을 조정하기 위해 비대칭이 될 수 있다.

부분 부재 48a가 전극 26a 상에 배치되고 부분 부재 48b가 전극 26b 상에 배치되지만, 이동 방향(34)을 따라 유체 저항이 얻어진다. 분할(division or segmentation)에 의해 강성의 저하가 이뤄진다. 그러나 이와 동시에 돌출부들 간의 중첩(76)이 낮은 유체 손실을 가능하게 한다. 중첩(76) 대신 유체 손실을 낮게 유지하기 위해 바람직하기로 간격(72a 내지 72h)에 대응하여 조정된 간격(78)을 갖는 돌출부(48'b, 48'c)을 고려하면 이는 선택적 특징이하는 사실이 명확해진다.

달리 말해, 이동 방향으로의 강성의 증가에 대한 기여를 현저히 감소시켜 횡방향 쳐짐을 방지하기 위한 그 종축을 따라 후방 구조를 분할하는 것이 추가적으로 가능하가. 여기서 분할은 그 유체 효율(현저한 음향 회로 단락, 가능하기로 감쇠 조정)이 각 기하학적 선택(작은 갭, 즉 간격(72))에 의해 구체적으로 조정될 수 있는 단절(interruption)로 도시되었다. 기본적으로, 충분히 작은 갭을 선택하는 것이 유용하다. 종횡비의 제한과 이에 따라 주어진 최소 단절 폭과 함께 각 유체 손실에 기인하여, 도 6b에 도시된 바와 같이 전극에 후방 구조를 교호적으로(alternately) 부착시켜 유체적으로 벽을 구축하고 강성은 여전히 현저히 저감되며, 돌출부 중첩에 기인하여 기술적 경계 조건들이 유지될 수 있게 하는 것이 유용할 수 있다.

달리 말해, 도 6a 및 6b는 단절들을 갖는 후방 구조를 보이고 있다. 후방 구조에 기반하는 마이크로 스피커 또는 마이크로 펌프의 구조가 도시되어 있는데, 즉 도 4a 내지 4c의 후방 구조는 상부 및/또는 하부에 덮개 층을 포함하여 이에 유입구 및/또는 유출구들을 구비할 수 있다.

도 7a는 하나의 실시예에 따른 MEMS(70₁)의 개략 단면도를 도시하는데, 이는 예를 들어 도 4a의 MEMS(40)을, 추가적 중간층들 또는 접합층(bond layer; 82₁ 및 82₂)에 의해 층(18 또는 24)에 연결될 수 있는 전술한 덮개 층(78₁ 및 78₂)들로 보완한다. 층(78₁ 및 78₂)들은 층(18)과 동일한 방식으로 형성될 수 있다. 접합층(bond layer; 82₁ 및 82₂)들은 중간층(22)과 동일 또는 유사한 방식으로 형성될 수 있다. 가동 부재의 외측 전극(26a 및 26b)과 기판(12) 사이의 거리(84)는 갭(42₁ 및 42₂)들보다 더 커서 높이(52)에 대한 필수적 제한이 없게 된다.

달리 말해, 마이크로 스피커 및/또는 마이크로 펌프에서, 후방 구조는 추가적으로 중요한 설계 이점을 제공한다. 전술한 바와 같이, MEMS(2000)에 따른 것 등 공지의 마이크로 스피커는 소위 수직 풀인 효과를 겪는다. 이는 구동 전압이 그리 높지 않아 L-NED 보가 상부 또는 하부로 당겨짐으로써 덮개 층들과 접촉, 즉 수직 풀인 효과가 발생됨을 의미한다. L-NED 구조가 z 방향을 따른 수직 방향으로 강성이 높을수록 수직 풀인이 발생됨이 없이 구동 전압이 더 높아질 수 있다. 수직 풀인은 일측에서 클램핑된 L-NED 보에서 특히 심각하다. 보통의 경우, 일측에서 클램핑된 L-NED 보는 중심에서 양측이 클램핑된 보보다 적어도 자유단에서 더 큰 범위까지 쳐질 수 있다. 그러나 수직 풀인 효과에 기인하여 구동 전압이 더 작게 선택될 때 양측에서 클램핑된 유사한 L-NED 보보다 이 이점은 가능하기로 부분적으로 상실된다.

가능하기로, L-NED 구조의 수직 강성은 주로 L-NED 보의 두께/높이에 의해, 길이와 클램핑에 의해 규정된다. 보가 더 굵고 더 짧을수록 및/또는 클램핑의 강성이 더 높을수록 보가 수직 풀인에 더 둔감해진다. 그러나 전술한 바와 같이 보쉬 공정의 제한 등의 적용되는 제조 공정에 따른 제한에 의해 L-NED 보의 두께가 임의의 크기로 선택될 수 없다. 또한 보의 길이가 너무 짧거나 클램핑이 너무 약하게 선택될 수 없는데, 이들이 횡방향 쳐짐을 제한하기 때문이다. 이는 큰 쳐짐을 얻기 위해 낮은 강성의 클램핑을 갖는 긴 보들이 마이크로 스피커 및 마이크로 펌프의 설계에서 바람직하다는 것을 의미한다. 그러나 이는 수직 풀인 때문에 구동 전압을 제한한다. 이에 따라 긴 보와 낮은 강성의 선택으로 얻어진 쳐짐에서의 이점은 수직 풀인 효과 때문에 구동 전압을 저하시킴으로써 다시 부분적으로 상실된다.

논의된 후방 구조/레지스터 구조는 전술한 딜레마(dilemma)에 대한 해법을 제공한다. 후방 구조의 높이가 임의의 크기, 예를 들어 L-NED 보들보다 8배 더 크게 선택될 수 있으므로 전체 구조의 강성은 수직 방향으로 현저히 증가되어 전체 강성에 대해 지배적이다. 그럼으로써 L-NED 보의 길이 및/또는 클램핑을 설계하는 데 추가적인 여유(간격)가 얻어지게 된다. 예를 들어, 더 큰 횡방향 쳐짐을 얻기 위해 보가 더 길고 클램핑이 더 유연하게(softer) 설계될 수 있다. 그러면 수직 풀인 효과에 관련된 결과적인 불이익은 후방 구조의 높이에 의해 보상될 수 있다. 이 이점은 일측이 클램핑된 L-NED 보들뿐 아니라 양측이 클램핑된 L-NED 보들에도 모드 적용될 수 있다.

도 7b는 하나의 실시예에 따른 MEMS(70₂)의 개략 단면도를 보이며, 여기서 캐비티(16)를 기판(12) 외측의 외부 환경(88)에 연결하기 위한 개구(opening; 28₂)가 가동 층 배열의 평면 내에 배치되는데, 이는 개구가 레지스터 부재(48) 및/또는 전극(26a, 26b, 및 26c)들의 층(24), 및/또는 중간층(22)에 적어도 부분적으로 중첩되는 것을 의미한다. 이와 같이 횡으로 배치된 개구는 층(78₂)이 개구 이외의 다른 목적으로 사용될 수 있게 해준다. 이와는 달리 또는 추가적으로, 개구(28₁) 역시 횡으로 배치될 수 있다. 하나 또는 복수의 개구의 횡 배열은 어떤 제한 없이 이 명세서에 기재된 모든 MEMS에서 가능하다. 개구(28₁ 및 28₂)들은 양측이 클램핑된 보의 클램핑 영역, 가동 층 배열의 영역, 가동 층 배열의 일측에서 클램핑된 보의 클램핑 영역과 자유단(freely movable end)에도 배치될 수 있다.

도 8a는 이중(으로 구현된) 전극들(double electrodes)과 후방 구조 또는 레지스터 구조의 특징들을 조합한 실시예에 따른 MEMS(80₁)의 개략 단면도를 보인다. 이는 또한 예를 들어 MEMS(70₁)의 맥락에서 설명된 캐비티(16) 내의 가동 구조가 역시 이중으로 구성되거나 및/또는 MEMS(10, 20, 30₁ 또는 30₂)가 추가적으로 하나의 레지스터 구조를 구비하거나 몇 개의 레지스터 구조들을 구비하는 것도 고려할 수 있다. 이러한 방식으로, 예를 들어 층(24₁ 및 24₂)들이 중간층(22₂)을 통해 서로 완전히 또는 부분적으로 연결된 전극(26a, 26b 및 26c 또는 26d, 26e 및 26f) 내에 구성될 수 있다. 그럼으로써, 중간층(22₂)에 대한 연결을 통해 서로 기계적으로 견고하게 연결될 수 있는 2개의 가동 부재(32₁ 및 32₂)들이 얻어질 수 있다. 각 레지스터 구조(48₁ 또는 48₂)는 해당 가동 부재(32₁ 및 32₂)에 기계적으로 견고히 연결되거나 그 일부가 될 수 있다. 여기서, 레지스터 구조(48₁ 및 48₂)는 동일한 방식으로 구성되거나 예를 들어 가동 부재(32₁ 및 32₂)의 모든 층들에 대해 가능한 바와 같이 다른 수의 부분 영역들, 다른 전극들의 레지스타 구조 또는 그 부분 영역들의 배열, 및/또는 z 방향을 따른 다른 크기로 구성됨으로써 다른 방식으로 구성될 수 있다.

MEMS(80₁)는 가동 부재들이 제1 레지스터 구조(48₁ 및 48₂) 사이의 기판 평면에 직교하는 z 방향을 따라 전극 배열(26a 내지 26c 및 26d 내지 26f)에 대해 서로 인접하여 배치되도록 구성될 수 있다.

도 8b는 MEMS(80₂)의 개략 단면도를 도시하는데, 여기서 가동 부재(32₁ 및 32₂)의 상대적 방향은 MEMS(80₁)에 대해 상호 교체 가능하여, 레지스터 구조(48₁ 및 48₂)가 각각 가동 부재(32₁ 및 32₂)와 전극 배열(26a 내지 26c 및 26d 내지 26f) 사이의 기판 평면에 직교하는 z 방향을 따라 서로 인접하여 배치된다. 레지스터 구조(48₁ 및 48₂) 사이의 중간층(22₂)이 제거된 것으로 도시되어 있지만 이는 레지스터 구조(48₁ 및 48₂) 사이의 기계적 고정을 위해 구비될 수도 있다. 그러나 도시된 변형예에서, 레지스터 구조(48₁ 및 48₂)는 서로에 대해 이동 가능한데, 이는 다른 제어를 가능하게 한다. 양 레지스터 구조들은 가동 부재(32₁ 및 32₂)를 통하는 등 이 이동을 가능하게 하거나 제어하는 능동 구조에 연결될 수 있다. MEMS(80₁ 및 80₂)에 구비된 제어 수단은 가동 부재(32₁ 및 32₂)를 개별적 또는 공통적으로 제어하도록 구성될 수 있다. 제어 수단(86)은 이 명세서에 기재된 어떤 다른 MEMS에 구비되어 가동 층 구조를 제어할 수 있다.

달리 말해, 전극들과 후방 구조를 적층한다는 개념이 훨씬 높은 음압 수준을 얻도록 조합될 수 있다. 예시적인 조합들이 도 8a 및 8b에 도시되어 있다. 이는 다시 이동 가능한 볼륨(volume)의 배증을 야기할(effect) 수 있는데, 마이크로 스피커의 6 dB의 추가적인 볼륨이 얻어질 수 있다. 이는 적층 및 후방 구조의 조합이 약 25 dB(2x9)의 볼륨의 이론적인 개선을 야기할 수 있음을 의미하는데, 이 예에서 2가 볼륨의 배증이고 9는 얻어진 전체적 높이의 배수 (600+75)/75를 나타낼 때 20*log(2*9) = 25 dB로 가정된다. 도 8a에 따른 이 구조에서 수직 풀인은 심지어 완전히 제거될 수 있다. 후방 구조(48₁ 및 48₂)와 함께 덮개(78₁ 및 78₂)가 접지(ground)에 연결될 때, 후방 구조와 덮개 웨이퍼 간의 전기력의 발생이 방지, 즉 수직 풀인은 실제 더 이상 발생되지 않을 수 있다.

도 8a 및 8b가 2개의 L-NED-T 액튜에이터의 적층을 보일 때(T는 레지스터 구조와 조합되는 전극들의 형상을 나타낸다), 이 개념은 어떤 방식으로건 확장될 수 있는데, 예를 들어 또 다른 전극 구조들 또는 L-NED 액튜에이터들이 추가될 수 있다.

도 9는 하나의 실시예에 따른 MEMS(100)의 개략 측단면도를 보이는데, 여기서 전극 또는 보(26a, 26b, 및 26c)들은 인접 층에 배치된 전극 또는 보(26d, 26e, 및 26f)들에 대해 가능하기로 각각 전극 개별적인 오프셋(offset; 91₁, 91₂ 및 91₃,)만큼 편이(offset)되는데, 이 오프셋은 선택적으로 둘 또는 몇 개의 부재들에 대해 동일한 양을 가지거나 x 방향을 따라 다른 방향들을 향할 수도 있다.

층(24₁ 및 24₂)들과 함께 이 층들로부터의 가동 부재(32₁ 및 32₂)들은 예를 들어 중간층(22₁ 및 22₂)을 통해 서로 연결된다. 실시예들은 간격(91₁, 91₂ 및 91₃)들이 동일한 값들을 갖는다고 가정하지 않지만 같게 할 수도 있다.

도 10은 보 내에 구성된 층(24₁ 및 24₂)들이 가동 층 배열(36)을 형성하는 실시예의 단면도를 보인다. 도 9와 유사하게, 보들 간의 간격(91₁, 91₂ 및 91₃)은 최대 100 μm, 바람직하기로 50 μm, 특히 바람직하기로 5 μm이다.

본 발명의 실시예들은 또한 후방 구조의 평면 내에 횡으로 입구 개구 및/또는 출구 개구를 설계하는 것도 가능하게 하여, 덮개 및 바닥 평면이 전기적 신호 분배에 사용될 수 있다. 그럼으로써 바람직하게 증가된 패킹 밀도(packing density)를 얻을 수 있다.

실시예들은 L-NED 기반 액튜에이터의 횡단면적(transversal or cross-area)을 예를 들어 16배로 크게 확장시킬 수 있게 해준다. 본 발명 마이크로 스피커에 있어, 이는 24 dB 더 높은 음향 수준까지 생성할 수 있는데, 이는 상당한 양이다. 또한 이 효과는 본 발명 마이크로 펌프에도 유용하다. 전체적 구조의 높이가 후방 구조에 의해 증가되므로 수직 풀인 전압이 크게 상승된다. 더 높은 풀인 전압은 몇 가지 설계의 자유를 제공하는데, 예를 들어 더 큰 NED 쳐짐을 얻도록 L-NED 길이를 더 길게 하고 (일측 또는 양측의) 클램핑을 더 유연하게 할 수 있다. 펌프, 스피커, 및 마이크 외에도, 다른 응용들이 특히 THz 범위의 고주파용 MEMS 도파관(waveguide)에도 관련된다.

(이상에서 본 발명의) 일부 국면들이 장치의 문맥에서 설명되었으나 이 국면들은 대응 방법의 설명 역시 나타냄은 명확하여, 장치의 블록 또는 소자는 각 방법 단계 또는 방법 단계의 특징에 대응한다. 마찬가지로, 방법 단계의 문맥에서 설명된 국면들도 대응 장치의 대응 블록 또는 상세 또는 특징의 설명 역시 나타낸다.

전술한 실시예들은 본 발명의 원리에 대한 단순히 예시이다. 이 명세서에 기재된 배열과 상세들의 수정과 변형들은 당업계에 통상의 기술을 가진 자에게 자명할 것이다. 이에 따라, 본 발명은 첨부된 특허 청구항들의 범위로만 한정되고 이 명세서의 실시예들의 기술과 설명의 과정에서 표현된 구체적 상세들로는 한정되지 않을 것을 의도한 것이다.

Claims (38)

1. 캐비티(16)를 포함하는 기판(12)과;
   제1 보(26a)와, 제2 보(26b)와, 상기 제1 보(26a) 및 제2 보(26b) 사이에 배치되고 이들로부터 전기적으로 절연된 이산된 영역들에 고정되는 제3 보(26c)를 포함하여, 상기 캐비티(16) 내에 배치되는 가동 층 배열(36)을 구비하고;
   상기 가동 층 배열(36)이 상기 제1 보(26a)와 상기 제 3보(26c) 간의 전위에 따라, 또는 상기 제2 보(26b)와 제3 보(26c) 간의 전위에 따라, 기판 평면 내의 이동 방향(34)을 따른 이동을 수행하도록 구성되고;
   상기 제1, 제2, 및 제3 보(26a-c)들이 상기 가동 층 배열(36)의 제1 층(24; 24₁)의 일부이고, 상기 가동 층 배열(36)이 상기 기판 평면에 직교하는 방향(z)을 따라 상기 제1 층(24; 24₁)에 인접하여 배치되는 제2 층(24₂; 18)을 구비하며, 상기 제2 층(24₂; 18)이 상기 이동 방향(34)를 따라 이동 가능하게 배치되는 MEMS.
2. 제1항에 있어서,
   상기 보(26a-c)들이 정전식, 압전식, 열기계적 전극인 MEMS.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 제2 층(24₂)이 제4 보(26d), 제5 보(26e) 및 제6 보(26f)에 구성되고, 상기 기판 평면에 직교하는 방향(z)을 따라 상기 제 4보(26d)가 상기 제1 보(26a)에 인접하여 배치되며; 상기 제5 보(26e)가 상기 제2 보(26b)에 인접하여 배치되고; 상기 제6 보(26f)가 상기 제3 보(26c)에 인접하여 배치되는 MEMS.
4. 제3항에 있어서,
   인접 층들의 보들이 서로 오프셋을 갖도록 배치되는 MEMS.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 제1 보(26a) 및 제4 보(26d), 상기 제2 보(26b) 및 제5 보(26e), 및 상기 제3 보(26c) 및 제6 보(26f) 중의 적어도 하나가 상기 제1 층(24₁)과 제2 층(24₂) 사이에 배치된 중간층(22₂)을 통해 서로 기계적으로 연결되는 MEMS.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제3 보(26c) 및 제6 보(26f)가 상기 제1 층(24₁)과 상기 제2 층(24₂) 사이에 배치된 중간층(22₂)을 통해 서로 기계적으로 연결되고; 한편으로 상기 제1 보(26a) 및 제4 보(26d) 사이, 다른 편으로 상기 제2 보(26b) 및 제5 보(26e) 사이의 중간층(22₂)이 상기 제1 보(26a)를 상기 제4 보(26d)로부터 이격시키고 상기 제2 보(26b)를 상기 제5 보(26e)로부터 이격시키기 위해 제거되는 MEMS.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
   한편으로 상기 제1 보(26a) 및 제4 보(26d)와 다른 편으로 상기 제2 보(26b) 및 제5 보(26e)가 상기 제1 층(24₁)과 상기 제2 층(24₂) 사이에 배치된 중간층(22₂)을 통해 서로 기계적으로 연결되고; 상기 제3 보(26c) 및 제6 보(26f) 사이의 중간층(22₂)이 상기 제3 보와 상기 제6 보 사이에 갭을 제공하도록 제거되는 MEMS.
8. 제3항에 있어서,
   상기 제1 층(24₁)과 제2 층(24₂)이 기판(12)의 영역에서 상기 중간층(22₂)을 통해 기계적으로 연결되고; 상기 제1 보(26a) 및 상기 제4 보(26d)와, 상기 제2 보(26b) 및 상기 제5 보(26e), 상기 제3 보(26c) 및 상기 제6 보(26f) 사이의 상기 캐비티(16) 영역의 상기 중간층(22₂)이 제거되는 MEMS.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1, 제2, 및 제3 보(26a-c)들이 상기 가동 층 구조(36)의 제1 가동 부재(32₁)를 형성하고 상기 제4, 제5, 및 제6 보(26d-f)들이 상기 가동 층 구조(36)의 제2 가동 부재(32₂)를 형성하며, 상기 제1 가동 부재(32₁)가 상기 제2 가동 부재(32₂)에 대해 상기 이동 방향(34)을 따라 이동 가능하게 배치되는 MEMS.
10. 제9항에 있어서,
    한편으로 상기 제1 보(26a) 및 상기 제3 보(26c) 사이에, 다른 편으로 상기 제4보(26d) 및 상기 제6 보(26f) 사이에 다른 전위들이 인가될 수 있거나, 및/또는
    한편으로 상기 제2 보(26d) 및 상기 제3 보(26c) 사이에, 다른 편으로 상기 제5보(26e) 및 상기 제6 보(26f) 사이에 다른 전위들이 인가될 수 있는 MEMS.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 보(26a), 제2 보(26b), 및 제3 보(26c)들이 가동 부재(32)를 형성하고, 상기 제2 층(18)이 상기 캐비티(16) 내의 유체와 상호작용하는 레지스터 구조(48)를 형성하는데, 상기 레지스터 구조는 상기 가동 부재(32)에 기계적으로 연결되어 상기 가동 부재(32)와 함께 이동 및/또는 변형되는 MEMS.
12. 제11항에 있어서,
    상기 레지스터 구조(48)가 중간층(22)을 통해 상기 제1 층에 연결되는 MEMS.
13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제1 층(24₁)이 상기 제1 또는 제2 보(26a, 26b)의 상기 제3 보(26)로부터 멀어지는 측에 기계적으로 고정된 받침 부재(62)를 더 포함하고, 상기 레지스터 부재(48)가 적어도 부분적으로 상기 받침 부재(62) 상에 배치되는 MEMS.
14. 제13항에 있어서,
    상기 받침 부재(62)가 결합 부재(64)를 통해 상기 제1 또는 제2 보(26a, 26b)에 기계적으로 견고하게 연결되고, 상기 결합 부재(64)가 상기 가동 부재(32)의 변형 동안 최대 쳐짐을 겪는 영역에 배치되는 MEMS.
15. 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터 구조(48)가 상기 가동 부재(36)의 축 연장 방향(y)을 따라, 상기 이동 방향(34)에 직교하고 상기 기판 평면에 평행하게 배치된 몇 개의 부분 부재(48a-j)들을 포함하는 MEMS.
16. 제15항에 있어서,
    상기 부분 부재(48a-j)들이 상기 축 연장 방향(y)을 따라 서로 간격(72)을 갖는 MEMS.
17. 제16항에 있어서,
    상기 간격이 100μm 정도, 바람직하기로 100μm 정도, 특히 바람직하기로 1μm 정도인 MEMS.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 부재(48a-j)들이 상기 제1 보(26a) 또는 상기 제2 보(26b) 또는 상기 제3 보(26c) 중의 어느 것에 기계적으로 견고하게 연결되는 MEMS..
19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부분 부재(48a-j)들이 상기 제1 보(26a) 또는 상기 제2 보(26b) 또는 상기 제3 보(26c) 중의 적어도 둘 상에 배치되는 MEMS.
20. 제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터 구조(48)와 상기 기판(12) 간의 상기 운동 방향(34)을 따른 또는 반대 방향을 따른 제1 간격(58₁)이 상기 제1 보(26a)와 상기 제3 보(26c)사이의 제2 간격(42₁)보다 더 큰 MEMS.
21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 간격(58₁)이 상기 제2 간격(42₁)보다 적어도 1 내지 20, 바람직하기로 3 내지 10, 특히 바람직하기로 5 내지 7의 배수의 범위로 더 큰 MEMS.
22. 제11항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
    제2 층(18)이 제1 층(24₁)보다 적어도 1 내지 20, 바람직하기로 3 내지 10, 특히 바람직하기로 5 내지 7의 배수의 범위로 더 큰, 기판 평면에 직교하는 층 두께(56)를 갖는 MEMS.
23. 제11항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1 층(24₁)의 층 두께(52)와 제1 보(26a) 및 제3 보(26c) 간의 간격(42₁)에 대한 제1 층(24₁)의 종횡비가 40 보다 작은 MEMS.
24. 제11항 내지 제23항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터 구조(48)가 상기 제1 층(24₁)의 제1 측에 배치된 제1 레지스터 구조이고, 상기 제1 측에 반대되는 상기 제1 층(24₁)의 제2 측에 배치된 제2 레지스터 구조를 더 포함하는 MEMS.
25. 제11항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레지스터 구조(48)가 상기 캐비티(16) 내에 배치된 유체에 유체 레지스터를 제공하는 MEMS.
26. 제11항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 층 배열(36)이 상기 제4 보(26d), 제5 보(26e), 및 제6 보(26f)에 구성된 제3 층(24₂)을 구비하고; 상기 제1, 제2, 및 제3 보(26a-c)들이 제1 가동 부재(32₁)를 형성하고, 상기 제4, 제5, 및 제6 보(26d-f)들이 가동 층 배열(36)의 제2 가동 부재(32₂)를 형성하는 MEMS.
27. 제26항에 있어서,
    상기 제1 가동 부재(32₁)가 상기 제2 가동 부재(32₂)에 기계적으로 연결되거나 연결되지 않는 MEMS.
28. 제26항 또는 제27항에 있어서,
    상기 레지스터 부재(48)가 제1 레지스터 구조(48₁)이고, 상기 제2 가동 부재(32₂)에 연결되는 제2 레지스터 구조(48₂)를 구비하는 MEMS.
29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 가동 부재(32₁)와 상기 제2 가동 부재(32₂)가 서로 인접하고, 상기 제1 레지스터 구조(48₁)와 상기 제2 레지스터 구조(48₂) 사이의 기판 평면에 직교하는 방향(z)을 따라 배치되는 MEMS.
30. 제28항에 있어서,
    상기 제1 레지스터 구조(48₁)와 상기 제2 레지스터 구조(48₂)가 서로 인접하고, 상기 제1 가동 부재(32₁)와 상기 제2 가동 부재(32₂) 사이의 기판 평면에 직교하는 방향(z)을 따라 배치되는 MEMS.
31. 제30항에 있어서,
    상기 제1 레지스터 구조(48₁)와 상기 제2 레지스터 구조(48₂)가 서로에 대해 이동 가능한 MEMS.
32. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 층 구조(36)가 상기 기판(12)에 일측이 클램핑된 절곡 보 구조(bending beam structure)를 포함하는 MEMS.
33. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 평면에 직교하는 상기 제2 층(24₂; 18) 및 상기 제1 층(24; 24₁)의 층 두께가 적어도 50μm인 MEMS.
34. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판 평면에 평행하고 상기 이동 방향(36)에 직교하는 방향(y)의 상기 가동 층 배열을 따른 축방향 연장이 두께 방향을 따른 상기 가동 층 배열의 크기에 비해 적어도 0.5 배수의 크기를 가져, 10 내지 5000μm, 바람직하기로 100μm 내지 2000μm, 특히 바람직하기로 400μm 내지 1500μm 범위의 값을 갖는 MEMS.
35. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐비티(16)가 적어도 하나의 개구(28)를 통해 상기 기판(12)의 외부 환경(88)과 유체적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 개구(28)가 상기 가동 층 배열의 평면에 배치되는 MEMS.
36. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    MEMS 펌프 또는 MEMS 스피커, 또는 MEMS 마이크 또는 MEMS THz 도파관으로 구성되는 MEMS.
37. 선행 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가동 층 구조를 제어하도록 구성된 제어 수단(86)을 포함하는 MEMS.
38. 제37항에 있어서,
    상기 제1, 제2, 및 제3 보(26a-c)들이 제1 가동 부재(32₁)를 형성하고 상기 MEMS가 복수의 가동 부재들을 포함하며, 상기 제어 수단(86)이 복수의 가동 부재들을 개별적으로 제어하도록 구성되는 MEMS.

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