NO870525L - Resonanssensor og fremgangsmaate til fremstilling av samme. - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår området for mikrominiatyr-resonatorstrukturer, spesielt bånd-, tråd-, bjelke-, hulbjelke-, og utkrager-hulbjelke-, og dobbe 1tbje1ke-resonatorstrukturer og mer spesielt kombinasjonen av slike strukturer med piezoe1 ektr i ske driv/- dateksjcnsmetoder og -anordninger og fremstillingsmåter for å

laga slike miniatyr- og rni kromi ni atyr-resonatorstrukturer. Det piezoelektri ske materiale avsettes som et tynnskikt og kan aktiveres elektrisk eller optisk.

Den siste utvikling innen mikrofabrikasjonsmetoder, herunder rni kr omask i ner i ng anvendt på diskret halvledere og på integrerte kretser <IC-r) har ført til store forandringer i den elektroniske industri og har rettet oppmerksomheten på mindre, mer effektive komponenter som kan fremstilles i stor skala med lav kostnad.

Mi krofabri kasjon og mi kromaski ner ing omfatter metodene forP1anartekno1ogi, våtkjemisk etsing og andre etsemetoder, meta 1 1 i ser i ng og rneta 1 1 avsetni ng. Planartekno 1 ogi omfatter de forskjellige metoder benyttet i integrert kretsproduksjon, slik som f o to 1 i tograf i , oksi detsi ng, termisk diffusjon, i onei rnp 1 antering, kjemisk pådaraping og tsj.-rp 1 asrnaetsi ng.

Anerkjennelse av behovet for å utvikle rni kr osensorer rned fotooptiske fiber og mikrokomponent kommunikasjons- og kontroll-metoder i prosesskontro11 industri en har skapt et uoppfylt behov for utvikling av kompatible nye komponenter i danna industri.

For formålene til denne begrensede beskrivelse omfatter "prosesskontro11" både individuelle variable prosesser og komplekse multivariable prosesser sorn omfatter et stort antall styrte prosessbetingelser (eller "målestørrelser") slik som flytstrøm-ning, str ørnni ngshasti ghet, temperatur, trykk, nivå og lignende. "Stasjon" refererer generelt til en plass, sted, basa, installa-sjon, punkt eller lokalitet. "Resonansstruktur" refererer her generelt til bånd, tråd, bjelke, hulbjelke, utkragerbje1ke og utkragerhu1bjeike og dobbeltbjelkeprodukter og deres make som kan bringes til resonans ved spesielle osci1lasjonsfrekvenser. Som her benyttet refererer "laminær" til morfologikarakterisertav en eller flere relativt tynne skikt sammenlignet med lengden og/e 11 er bredden av en gjenstand eller element. Ved beskrivelse av prosesstri nn kan komponenten som fremstilles bli referert til scrn et "arbeidsstykke".

Industrielt prosesskontro1lutstyr og -metoder har utviklet seg over en rekke år fra relativt enkle, individuelle variable pneumatiske regulatorer for særskilte, henholdsvis pr osessbet i ri-ge Iser til meget store integrerte systemer som omfatter analogt og digitalt behandlingsutstyr med sofistikerte kornmuni kas j onsmetoder (telemetri) for fjernoverfør ing av multiple prosesskontro 1 lsi gnåler til og f ra. stedet for p.r qsesskontr.o 1 laktuatoren som ofte er en ventil, bryter, kobl.ing, bremse, sonoid, relé, motor eller ser vorne to r eller sensor.

Kornmunikasjon/talemetriprosessen kan omfatte pneumatiske, elektriske, fiberoptiske eller forskjellige andre kornmuni ka-sjonsmi ddel tekni kker. Omforming av kornmuni kas jensdata til energi for å frembringe forandring av de prosesskontro1 Ivar iable omfatter ofte sammenknytning av forskjellig energi- og kornmuni-kasjonsmetoder. Historisk sett var slike systemer store og uhåndterlige og benyttet ofta betydelige energi mengder.

Metoder for fremstilling av visse resonanse 1 ernenter lik de ved den foreliggende oppfinnelse er beskrevet i P.W. Barth, "Silicon Sensors Meet Integrated Circuits", CHEMTECH, november1382, 666-673.

Andre publikasjoner av interesse som angår fabri kasjonsmetodene benyttet ved dan foreliggende oppfinnelse omfattar: "Cadmium Sulphide and Zinc Oxide Thin Film Transducers", av N.F. Foster

et al, IEEE Transactions on Sonics" Reactive Magnetron Sputtering of ZnO", av B.T. Khuri-Yakub et al, J. AppI. Phvs. 52 (7), juli 1981, s. 4772-4774, "Zinc Oxide Film Transducers", av N.R. Foster et al, Applied Physics Letters, Vol. S, nr. 9, 1.

mai 1966, s. 221-223, "Preparation of ZnO Thin Films by Sputtering of the Compound in Oxygen and Argon", av S.A. Rosgony et al, Applied Physics Letters, Vol. S, nr. 9, 1. mai 1966, s. 220-

221, "Monolotich Integratad Zinc-Oxida on Silicon Pyroelectric Anernometer ", av D.L. Pol la et al, IEEE IEDM S3, CH 1973-7/83/000-0639, s. 639-642, "Thin Zinc-Oxide Film Array for Pr ogramrnab 1 e Filter and Scanned Receiving Transducers", C.T. Chung et al, IEEE 1979 LMtrasonics Symposium, IEEE CH1432-9/79/0000-0915, s. 915-920; "Heat and Strain-Sensiti ve Thin-Film Transducers", R.S. Muller, Sensors and Actuators, 4 (Elsevier Sequoia, Nederland, 1983), s. 173-182, "Piezoelectricity in Thin Film Materials", N.F. Foster, J. Acoust. Soc. Am. 70 (6), desember 1981, s. 1609-1614, "Thin-Film Integrated Sensors Respond Down to 0,1 Hz", s. 15, 17, "The Piezoelectric Crystal as an Air Pollution Monitor", G.G. Guilbault, Plenary Lecture, s. 637-643, og "Structure and Properties of Vacuurn-Deposi ted Thin Film: A Naw Basic Re 1 ationship", P.S. Vincent et al, Journal og Applied Physics, Vol. 48, nr. 9, september 1977, s. 3800-3806.

Den foreliggende oppfinneri ske konsept omfatter grunnleggende miniatyr- og rni kromi ni atyr resonansstrukturer i forskjellige utforrninger og fremgangsmåter til fremstilling av disse. De foretrukne alternative utførelser av den foreliggende oppfinnelse retter seg rnot behovet for rni ni atyr-resonansstrukturer sorn kan lett stimuleres til oscillasjon og som kan masseproduseres ved å anvende rni kr ornask i ner i ngs- og rni kr of abr i kas j onsmetoder for hal vi edere.

Disse resonansstrukturer kan ha form av et bånd, tråd, hulbjelke eller hulutkragerbje1ke, dobbe 1tbja 1keresonatorer og tilsvarende. Strukturene kan fremstilles i store mengder ved halv--1 eder rna to der. Generalt omfattar f rems ti 1 1 i ngsrnetcden trinn for å avsette et tynnskikt av piezoe1 ektr isk materiale og de sammen-koblende strukturer på én eller flere overflate av resonansstrukturer! under fremstillingen av denne. Metodene benyttet i fremstillingen av hu 1bje1ke-resonansstrukturer er f.eks. vist i US Patentsøknad nr. 709.870, fullmektigs saksnr. TM.002, ved Paul M. Zavracky, Richard Morrison og Stephan Senturia, søkt 13. rnars 1985, og hvis lære er innbefattet her ved henvisning. En eller flere piezoelaktri ske tynnskikt avsettes på overflateom-rådene til resonansstrukturen for å tillate driving av resonans strukturen til oscillasjon. Spesielt fordelaktig ved den foreliggende oppfinnelse er fremgangsmåtene for å fremstille resonansstrukturen med de nødvendige tynnskiktspiezoe1ektr i ske områder og om ønsket de elektriske kontakt 1edere til de piezoelektriske områder. Elektroniske kretser kan også innbefattes i noen resonatorpakker. Osei 1 lasjon av resonanse 1ementet kan igangsettes og detekteres enten elektrisk eller optisk.

En rekke variasjoner i materialene og strukturene vil være innlysende for fagfolk på området prosesskontrollsensorer. Søkerene har med hell frembragt virksomme eksperimentelle resonansbåndstrukturer som omfatter elektriske strømløp til de piezoelektriske elementer og i hvilke et tynnskikt av zinkoksid (ZnO) tjener som det pi ezoel ektr i ske element.'

Det er en hensikt og en fordel ved den foreliggende oppfinnelse å fremstille an rekke av disse resonansstrukturer med tynnskikts piezoe1 ektr i ske områder på et enkelt substrat for derved å muliggjøre hurtige, billige, høyvolums produksjon av disse resonariskomporienter.

En annen fordel ved denne oppfinnelse er at fremstilling krever at bare Gt begrenset antall standard programmerbare mikrominiatyr-resonarisstrukturkomponeriter rnå produseres for et stort antall typer av prosesskontrollsensorer.

Ytterligere hensikter og fordeler ved oppfinnelser"! vil være innlysende fra dan følgende detaljerte beskrivelse av de foretrukne alternative utførelser i forbindelse med den ledsa-gende tegn i ng.

En rekke trekk ved oppfinnelsen beskrevet her vil være innlysende ved gransking av de mange figurer som utgjør en del av den. På alle figurer viser de samme henvisningsta11 tilsvarende deler.

Fig. 1 viser et forenklet tverrsnitt av en resonansbåndstruktur som omfatter et piezoelektrisk drivområde og elektriske kontakter for dette og viser grunnelementene for oppfinnelsen på den

enk lesta form,

fig. 2 viser en medsvingende hu 1bje1ke-resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse sett i forenklet tvarrsni tt,

fig. 3a og 3b viser.en dobbelt stemmegaffe1-resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse,

fig. 4a til 4g viser lami nasjonsprosessen for å fremstille hovedsakelig flate resonansstrukturer, slik som bånd eller doble sternrnegaf 1 er,

fig. 5a til 5f viser plater ingsprosessen for fremstilling av hovedsakelig flate resonansstrukturer, slik som bånd eller doble stemmegaf1 er,

fig. 6a til 6k viser prosessen for å fremstille tredimensjonale resonansstrukturer og spesielt en hul utkragerbjeike-resonansstruktur,

fig. 7a til 71 viser forskjellige foreslåtte plasseringer i pi ezoe1 ektr i ske tynnsk i ktbe1 agg,

fig. Sa og Sb viser foreslåtte elektriske driv- og deteksjons-kretser, og

fig. 9 viser optisk driving/deteksjon for en resonansstruktur i henhold til den foreliggende oppfinnelse;.

På grunn av de mange mi krof abr i kasjonsrnetoder og de rnange anvendelser som mi kromekaniske resonatorer i henhold til dan foreliggende oppfinnelse kan benyttes til, inkluderes her en rakke spesifikke utførelser av oppfinnelsen cg eksempel på hvordan de fremstilles for å illustrere oppfinnelsens ramme. Fig. 1 viser billedlig de vesentlige elementer av en første utførelse av oppfinnelsen, hvori resonansstrukturen er et båndelement dannet som et hele ved mi krofabr i kasj onsprosessen. Fig. 2 viser en hulbjelkestruktur i henhold til an annan utførelse av oppfinnelsen. Fig. 3a og 3b viser en dobbelt stemmegaffel. Et forenklet tverrsnitt av en vibrerende båndresonator 10 i henhold til denne oppfinnelse er vist på fig. 1, hvor et båndelement 37 er spent mellom spennelementer 34, 38 ved en ende [det skal forstås at lignende anordning forekommer (ikke vist) på den motsatte ende for å strekke båndelernentet 371 og hengt over en bærestruktur aller substrat 31. Et isolerende skikt 32 dekkar utvalgte partier av den øvre overflate av bånde 1 ernentet 37. På et ønsket sted båndes et område av piezoelektrisk materiale 33 til et blottlagt overflateområde av bånde1ernentet 37. Et meta11 i ser ihgsski kt 36 skaffer en elektrisk forbindelse mellom det øvre spenne 1ement 34 og den øvre hovedoverf 1ate av det piezoe1 ektr i ske materiale 33, mens dat metalliske båndale-mant 37 i oq for seg skaffer et elektrisk strsmløp til den andre hovedoverf1ate av det piezoelektr i ske materiale 33. Ved å benytte en periodisk elektrisk puls via nedre klemme 33 og å forbinde ledningen 35 til det piezoe1ektri ske materiale, kan bånde1ernentet 37 stimuleres til osci1lasjon. Tilsvarende kan frekvensen ti 1 et osci 1 lerende båndelernant 37 detekteres ved å måte frekvensen av et signal frembragt ved stimulering av det piezoelektr i ske matar i ale via forbinde1 ses 1adningen 35 og den nedre klemme 38. Bemerk at det isolerende skikt 32 skaffer en elektrisk isolasjon mellom bånda 1 ernentet 37 og meta 1 1 i ser i ngs-skiktet 36.

På fig. 3a og 3b er der vist en resonator av den typa som vanligvis kalles an dobbelt stemmegaf fa 1 12, vist f. eks. på at par av endeunder1 ag eller substrater 58, 61. Disse substrater er ikke nødvendige. Essensielt strekker et par av langstrakte langsgående elementer 59 og 62 seg fra underlagene, slik at osci1lasjon er mulig i hver retning normalt på lengderetningen av de langsgående elementer eller "tinner" 59, 62. Doble stemmegafler i henhold til den foreliggende oppfinnelse er lik resonansbåndene.

Det ble funnet nyttig å inkludere et motstandsskikt som et resi stivt strørr.begrensende eller -blokkerende skikt 65 i elektrisk serie med forbinde1 ses 1edningene til det piezoelektriske skikt. For denne beskrivelses formal vil dette generelt bli vist mellom det pi ezoe 1 ek tr i ske materiale og et metall ise-ringsskikt inkludert som en strøm 1 eder til/fra det piezcelekt-ri ske materiale.

På fig. 3a og 3b kan et under 1 agsornråde 53 inkluderes som ønsket for å bære gaf f e 1 e 1 ementene 59 (62 er skjult). Et pi ezoe lektrj sk.... materiale 54 er anbragt på en overflate av stemmegaffe 1 en ved et ønsket sted omtalt nedenunder ved mi krofabri kasjonsmetoder. Passende motstandsskikt 65 er avsatt på den øvre overflate av

det lille område av. p i "ezoe lek tri sk. materiale på den doble stemmegaffels topplate, og deretter er et isolasjonsmateriale 60 dannet for å dekke hoveddelen av overf 1atearaa1 et ved enden av resonator'en 12. På fig. 3b er i so 1 asjonsmater i alet angitt ved henvisningsta11 et 60. Et meta11 i ser ingsskikt 66 skaffer forbindelse 50, 51, 52, 56 mellom det strørnbegrensede pi ezoe 1 ek tr i ske areal til eventuelle ytre kretser etter behov. Metal1 i ser ingsom-rådene som danner lederne 50 på fig. 3a, 3b avsettes på et i so 1atorunderskikt som beskrevet og isolerer således substratet 53 fra kontaktflatene 51, 56, hvor utvendige forbindelser kan utføres for dr iv/detsksjonskretsane. En kanal 53 skiller de to gaffel elementer 59, 62 i den doble stemmegaffe 1 12. Plater te kontakter 51, 52 skaffer ohms kontakt til det piezoelektri ske materiale. Når den doble stemmegaffe 1s tinner 59, 62 dannes på

et elektrisk ledende materiale, må kontak tåpni nge:- 55, 57 åp nas i overf latei so latorski ktet for å tillate ohms kontakt rned gaf fe lal ernentet. Flere pi ezoe 1 ak tr i ske områder kan dann as for å lex te driving/deteksjon i komponenten.. Mår resonatcrelernentet utføres av ikke-1edande materiale må at underliggande ledande meta11 i ser ingsski kt (ikke vist) innbefattes for å skaffe et annet strømløp til det piazoelektriske materiale 54.

Det følgende er en general i sert prosess for å fremstille piezoe1ektrisk drevne mikrominiatyr resonansstruktursenscrkompo-nenter i henhold til visse utførelser inkludert i denne beskrivelse. Seneralt skisserer prosedyren de nødvendige trinn for å fremstille en resonansstruktursensor ifølge 1 ami ner i ngsrnetoden for tynt metallfolie i henhold til den foreliggende oppfinnelse. En rekke variasjoner vil være innlysende for en ordinær fagmann på området mikrofabrikasjon. En etterfølgende, mer detaljert prosedyre er innbefattet og beskriver hvordan båndresonator-strukturer er blitt fremstilt med hell i henhold til to spesielle prosesser, én f o 1 i elarni ner i ngsprosess og en platerings-prosess.

1. Valg og forbehandling av et passende substrat.

2. Festing av metallskiktet til substratet.

3. Rensing av blottlagt meta11overf1ate.

4. Fotomaskering av en første resi st for resonansstrukturen ved konvensjonelle metoder.

5. Avskumming.

6. Etsing av resonansstrukturen ved hjelp av vanlige metoder.

7. Rensing og brenning av arbeidsstykke.

S. Avsette ønsket piezoelektrisk skikt og deretter et resi stivtstrømb1okkerende skikt. 9. Masking av sperre- og piezoelektriske skikt og etsing med vanlige metoder.

10. Sky 1 1 i ng.

11. Påføring av et isolerende skikt og masking av samme rn ed van 1 i ge metoder. 12. Avsette et ledende rneta 1 1 i ser i ngssk i k t, maskin og etsing.

13. Fjern resonatoren.

Tynne rneta 1 1 f o 1 i er (herunder nikkel, kobber, kr orn, gull, sølv, platina, legeringer av samme, og andre) har både mekaniske og metallurgiske egenskaper på grunn av fremstillings- og produk-sjonsmetodene for folie. Flytegrensen i foliensFlan er hcy F-å grunn av at korngrensene er orientert parallelt til planets overflate. Praktiske meta11 tykke 1 ser benyttet i fremstillingen av resonansbånd varierer fra 2 ju ti 1 1 mm, med et typisk verdi på 10 ju. Foliar tykkere enn 5xlO~^M behøver ikke lamineres til stivt substrat. De følgende prosesstrinn beskriver fremstillingen av et par av tynne, parallelle båndresonatorer av beryliurn-kobber (BeCu) metallfclie i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Se fig. 4. 1) Substratpreparering: Fer å fremstille kornp onen ter ved hjelp av p1 anarteknikker, er det nødvendig å ha et stivt eksemp-lar. Foliene (f.eks. mindre enn 5x10"^ m) er ikke stive, darfor alene ikke egnet. For å overvinne dette problem, benyttes at stivt substrat. Substratet kan vere av ethvert materiale som har god di mensjonsstabi1 i tet, som kan motstå temperaturer på. inntil 200°C og som er i alt vesentlig bestandig overfor alle etsemidler benyttet i prosessen. Glass er et billig og lett tilgjengelig materiale og fås i den foretrukne form: 75-150 mm (3-6 inch) diameters skiver. I eksperimentelt arbeide for den foreliggende oppfinnelse ble,,0211M dekkglass, 0,25 mm (10 mil) tykt, skaffet fra Corning Glass Company, benyttet og funnet egnet. 2) Lami ner i ngsp ro sess (fig. 4a): Metal lfoliet 72 må lamineres til substratet. Vad den foreliggende eksperimentelle fremstilling av oppfinnelsen ble epoksid 71 påført senteret av substratets 70 overflate og deretter spredt ut ved å presse 0,013 mrn (0,5 mil) be 1 y 1 i umkobber (BeCu) folie 72 mellom den av epoksid 71 dekkede substrat 70 og en flat overflate. Mer sofistikerte metoder kunne benyttes. Forsøk på å fåføre epoksidet jevnt ved "screening" var vellykket, men når folie ble bragt i kontakt, var bob 1edanne1 se en kiIda til vansker."Fem-minutters" epoksid fra Devcon Co. ble benyttet, men en rekke tokomponents, epoksider som herder ved romtemperatur vi Ile også kunne brukes. Forsøk på å bånde ved forhøyde temperaturer bar unngås på grunn av mulig svikt på grunn av termisk fei 11i 1pasning mellom substratet og folien (f.eks. laminatet kan krølle ved r orn temper a tu r).

Andre k leberni dde 1 typer forsøkt omfattet øyeblikkslirn og cyanoakry1 at 1 im. Påføring og herding av disse materialer kan by på problemer. Lirnet må være i stand til å holde seg upåvirkat under de benytteda høyternperatur-prosesser (200°C). Epoksid ble testet med hell og funnet egnet. En rekke epoksi df orrnuler i nger kan tape sine k lebeegenskaper ved forhøyde temperaturer. Epoksidet bør derfor velges omhyggelig for å tilstrekkelig feste folien til substratet, men ikke så effektivt at det hindrer slipp av de enkelte strukturene.

Etter 1aminer ingstrinnet renses meta11 fo1 i ets 72 overflate. Disse rensetrinn kan f.eks. omfatte neddykking i an ultralyds renseopp 1 øsni ng, etterfulgt av ultralyds va r rna v - ionisert vasking, en overf1ateetsing i fortynnet saltsyre, og deretter skylling. 3) Metal letsi ng (se fig. 4b og 4c): Deretter blir rneta 1 1 f o 1 i et 72 i bånde1ementane 75, 76 vasket og etset for seg for å danne den ønskede resonansstruktur. Resi ste 73, 74, påføres og eksponeres ti 1 en første maske for å danne den ønskede resonatorforrn og deretter fremkalt (flg. 4b). Andre konvensjonelle vask ingsmetoder kan substitueres. Et planart etsetrinn kan foretas for å rense me ta 11ovetf 1 aten. Metalletsemiddelet kan ha en uheldig virkning på de andre sk i k tene av komponenten. Ved å etse rneta 1 1 båndet først (se fig. 4c og 4d) unngås slike problemer. For båndmatari a le av bary 1 i urn-kobber (BeCu) kan f er r i c-k 1 or i d (FeC 1 3) benyttes som etsemiddel. Enten skål-, tank- ellar sprøyteetsing ville vara passende til bruk i et kommersielt produksjons-miljø i stor skala. Det er i tillegg mulig å benytta en P1 asrnaetsernetode, slik som i onestrå 1 efresi ng eller sprut-ets i ng for å minske underskjæring på bekostning av en langsommere etsehastighet og derfor produksjon.

Fig. 4d-4g viser et tverrgåenda snitt tatt langs linjen D-D på fig. 4c og viser et enkelt bånde 1 ernent 75 etter lengden, med midtpartiene fjernet for å lette visningen. 4) Pi ezoe lektr i sk rnaterialavsetning: Pi ezoelektr i sk materiale 76 avsattes på båndet 75. Tykkelsen av dette skikt vil påvirke effektiviteten av dr i vanordni ngen. Området for praktiske tykkelser går fra 100 nm til 100 m, med et typisk verdi på rundt 4 ju. a) Zi nkoksi d (ZnO)-avsetni ng: Spruting (f.eks. RF-spruting) er den foretrukne metode for ZnO-avsetning, kjemisk pådamping (CVD) er en alternativ prosessmetode. Ekvivalente metoder kan også benyttes. Temperaturen for spruteprosessen er lav - 200-400°C, f.eks. mindre enn 400°C, og fortrinnsvis mindre enn 300°C. Pådamping kan benyttes med hell, rn en denne prosedyre krever omhyggelig kontroll av et oksygen-baktrykk og av substratternperaturen under avsetning. b) Kadrni umsu 1 f i d (CdS)-avsetni ng: Spruting er den foretrukne metode for kadrni umsul f i davsetni ng, kjemisk dampavsetni ng er en alternativ metode. Ekvivalenter kan også benyttes. Under spruting holdes et svovelbaktrykk ved innføring av hydro-gensulfid (H23) under avsetningen. Kontroll av hydrogen-sulfidets baktrykk påvirker støkiometri en til det avsatte ski kt. 5) Zi nkoksi drnode 1 1 er i ng (se også trinn 6 nedenfor): Modellering av zinkoksidet oppnås ved vanlige metoder. Det utreres i en skål rned bruk av en oppløsning av hydr ogenk 1 or i d (HC1) og vann. Modeller ingstrinnet kan inkluderes i trinn 6. Det kan sprøyteetses for å minske underskjæring. Igjen kan tørretseprosesser benyttes. Foreslåtte mønstre er vist på fig. 7. 6) Resistivt sperre- eller i so 1atorski kt (se fig. 4e) : Et tynt (typisk 10-200 nm) si 1 i siumdioksid (SiO2)-ski kt eller andre resi stantsk i kt på toppen av zinkoksidet (eller kadrni umsul - fi det) kan avsettes for å frembringe et "sperreski kt" 77 for å begrense den elektriske strøm. Tykkelsen av dette skikt bør velges slik at den ikke i for stor grad begrenser veksa Istrsmrr.en til komponenten ved resonans. Andre isolatorer kan benyttes, herunder sorn i kke-begrensende eksempel si 1 i si umni tr i d (Si^N^) , aluminiumoksid (AI2O3) eller lignende, og organiske isolatorer som polyirnid, paralen og polytetraf1ouroetylen.

Si 1 i si urndi oksi d, som lett kan behandles i laboratoriet, kan anten avsettes ved spruting eller elektronstrålepådamping. Det etses i en løsning av fluorsyre (HF) og vann. Zinkoksidet og si 1 i siumdioksidet kan avsettes i den samme tynnskiktsykel, modelleres én gang med vanlige metoder og deretter etses med fluorsyreopp1øsning (for si 1 i siumdioksid) først, etterfulgt av etsing av zinkoksidet i en

oppløsning av saltsyre (HC1) og vann.

7) Isolasjonsskikt. (fig. 4f og 4g) : Skiktet av isolerende materiale 73 rna avsettes slik at det etterfølgende øvre meta 1 1 i ser i ngssk i kt (strørnløp for kontaktf orbi ndelser) kan forhindres fra å frembringe uønsket elektrisk kontakt til dat ledende materiale i bandet 75 eller til den nedre elektrode (båndmetallet kan benyttes som den nedre elektrode) . Polyirnid har blitt benyttet som en Isolator på grunn av dets evne ti 1 .å dekke tr i nn og fordi, det kan avsettas vad de lavere temperaturer avgjørende for 1aminer ingspro-sassan. Imidlertid bør andre materialer som kunna avsattes ved en p 1 asrnak jerni sk pådarnpi ngspr osess, slik sorn SiO-2°9SigNij. fungere like bra som et isolerende skikt. Det

isolerende skikt 7S er generelt relativt tykt (10 v) , slik at det reduserer blind- eller shunt kåpasi tans i komponenten. Eksperimentelle resonansstrukturer ble fremstilt med du Font P12555 po 1 y i rni d-i so 1 as j on, forvarmet ved 90°C i 15 minutter. Polyimidet etses ved vanlige metoder under

fremkal 1 ingscykelen for- den positive resi st. Det strippes deretter for rasist som n-butylacetat og herdes ved omtrent 200°C i 1 time.

3) Strøm 1 øprnetal 1 i ser i ng (se fig. 4g) : Hvor et elektrisk strørnløp til det p i ezoe 1 ek tr i ske materiale 76 behøves (som ved eiektr i sk aktivering/deteksjon) , er aluminium (fil) blitt benyttet til at ledende meta11 i sar ingsski kt 79. Andre materialer kan også benyttes, eksempler omfatter: krorn-sølv

(Cr/Ag), ti tani um-wc 1 f ram-gu 1 1 (Ti/W/Au), platina (Pt), krom (Cr) og titan (Ti). Ved fremstilling av de eksperimentelle resonansstrukturer bla omtrent et mikron av aluminium avsatt for 1 ederrneta 1 1 i ser i ngen. Etter vanlig modellering av 1ederrneta11 i sari ngen 79, etses den i et vanlig alumi-ni urnetserni dde 1, idet etsingen lettes ved en noe forhøyet temperatur, f.eks. 50°C. Det er viktig at det benyttede

etsemiddel til modellering av det valgte metall ikke angriper andre deler av komponenten.

Etter etsetrinnet fjernes resi sten og komponenten (e) rensas og skylles i avi oni sert vann. 9) Fjerning av komponentene: Komponentene fjernes fra substratet 70 og epoksidet 71 ved å skrelle dem bort fra substratet med passende pinsetter. For noen epoksidlami nater kan substratene varmes opp ti 1 omtrent 100°C for å lette fjerningsprosessen. Dette reduserer adhesjonen av epoksidet og tillater at komponentene skrelles bort lett.

I en alternativ prosess kan metallet p1 ateres eller avsettas Få annen måte for å danne underlaget for fremstilling av'båndresonatorer. Prosedyren er daratter lik dan som benytter laminerta foI i er.

En rekke materialer (herunder sorn i-kke-begrensende eksempel nikkel, kobber, bery1 ium-kobberleger ing, krom, gull, salv, platina) som kunne benyttes til resonansbånd kan avsettes ved metoder som platering, vakuumpådamping eller spruting. Hoved-ulempen til slikt materiale er at krysta 11 grensene har en tendens til å orientera sag selv perpendikulært på planet av det avsatte materiale. Flytegrensen til metallet i planet kan således ventes å være lavere enn det dat kunne være om korngrcn-sene var parallelle til spenningen. Fordelene ved denne metode omfatter imidlertid høyere prosesstemperatur.

En prosedyre for p 1 eter i ng/avsetni ngsrnetoden for fremstilling av mi kromi ni atyrresonansstrukturar føIger: 1) Substratva1g: For å fremstille resonansstrukturer ved hjelp av f 1anarmetoder er dat ønskelig å ha et stivt arbeidsstykke. Et stivt substrat benyttes til å skaffe passende stivhet for stykket. Substratet kan fremstilles fra ethvert egnet materiale sorn har god di mens j onsstabi 1 i tet, kan motstå temperaturer innti1 200°C og er bestandig overfor etsemidlene benyttet i prosessen. Glass er et billig, lett tilgjengelig materiale og kan fås i den ønskede form: 75-115 mm (3-6 i nch) diameters skiver. 0,25 rnrn (10 mil) tykt "0211" dekkglass fra Corning Glass Company kan benyttes. 2) Substratpreparering: Substratet må prepareres for påføring av metal1 i ser ingsskiktet. Et slikt middel av en eller annen type kan benyttes, slik at det endelige produkt kan fjernes fra substratet i uskadd ti 1 stand. For å gjøre dette ble et tynt (100 nanometer) skikt av kobber benyttet eksperimentelt. Kobber er egnet fordi det fester seg til glasset tilstrekkelig bra til å overleve alle prosesstrinnene, men ikke så godt at lett fjerning av de ferdige komponenter fra substratene forhindres. Kobber er også ledende, noe som tillater at det kan pletteres uten behov for ytterligere ledende skikt. Alternativt kan et materiale med dårlig mekanisk holdbarhet, slik sorn kobber oksi d, benyttes som sl i perniddel. Germanium (Ge) representerer også et brukbart alternativ, fordi det er oppløselig i mange syrer og baser og har god mekanisk holdbarhet under prosessen. Det må metalliseres hvis plettering er midlet for avsetning av resonatormateri a 1 et. Endelig kan et materiale som et polymer aller til og med en uorganisk forbindelse påføres og senere oppløses fra undersiden av komponentene. 3) Meta 1 1 avsetni ng (se fig. 5a): Tykkelsen til det avsatte båndmateriale selv er avhengig av geometrien cg forventet spenning i komponenten. Meta11skiktet avsettes på substratet med bruk av ar.hvar passende avsetn i ngsmatoda, herunder f. eks. spruting, kjemisk pådamping (CVD) , termisk pådarn-ping, elaktronstrålepådampi ng og p 1 asrnast i mu 1 er t kjemisk pådamping. Plettering og kjemisk pådamping opptil flere hundre n i tykkelse er mulig mans pådamping (både elektron-stråle og termisk) og spruting er begrenset til omtrent 10 ju maksimal tykkelse. Jc høyere materialets flytegrense, dess større arbei dsf rekvensornråde. Ni kke 1 p 1 etter i ng kan bedre

flytegrensen til metalliske materialer.

Eksperimentelt ble et tynt skikt av kobber 91 avsatt på et 75 mm (3 inch) diameters 0211 Corning glassubstrat 90. Substratet 90 ble modellert [modellering kan oppnås ved vanlige metoder med et hvilket sorn helst av en rekke resi stmater i a ler kjent av fagfolk i rni kr of abr i kas jons teknikken, både positive (AZ1300 serie) og negativ resi st er blitt benyttet med helli. Se fig. 5b. En positiv resi st, slik sorn AZ1375 ble benyttet og spunnet på med lav hastig-het (2.000 orne r.ei ni nger/mi n.) . Resi sten ble eksponert og utviklet slik at den dannet en rekke bånd r es i strnønstre 92 på det kobberbelagte substrat. To er vist. Resi sten manglet i de områder hvor de pletterte bånd skulle dannes. Se fig. 5b og c. Fig. 5c er et snitt i tverretningen tatt langs linjen C-C på fig. 5b og viser et enkelt båndelernent 94 etter lengden, med midtpartiene fjernet for å lette visningen. Fletter.ing ble utført i en tank rned bruk av kommersielt tilgjengelig Techn i cs Watts-nikkelpletterings-oppløsning og strømtetthet og temperaturbetinge1ser anbefalt av leverandøren. Plettering fortsettes til en tykkelse på omtrent 12 ji. Etter plettering ble resi sten fjernet (i aceton), andre vanlige metoder og materialer kunne benyttes etterfulgt av en metanol- eller isopropanol

(eller lignende) sky 1 lemiddel, fulgt av en vannkaskadesky1-1 i ng rned avi oni sert vann. Stykket var deretter klart for piezoe1ektrisk avsetning. Se fig. 5d.

Prosessen fortsetter med det piezoe1 ektr i ske materiale 95 cg motstands- eller sperresk i kt 96 som i den ovennevnte prosess i del; rn an fortsetter fra dennes trinn 4. Se fig. 5e og 5f. Et isolerende skikt 97 påføres sorn på fig. 4, etterfulgt av en egnet 1 ederrneta 1 1 i ser i ng 93. Se fig. 3e o^f. Igjen kan ferdige resonansstrukturer fjernes ved rorritern<p>eratur ved hjelp av spisse pinsetter eller en kniv for å løfte hjørnet i en ende. Straks det er løftet kan resonatoren lett skrelles av substratet.

b) Bje 1 kestruk turer

Piezoe1 ektr isk drevne og avfølte resonansstrukturer slik som

enkelt- og dobbeltendes dobbe 1tbje1ke-resonansstrukturer (f.eks. enkelt- og dobbeltendes stemmegaffelstrukturer) kan utføres i henhold til den følgende generelle metode:

1. Resonansstrukturen fremstilles av det ønskede materiale. 2. Piezoe1 ektr isk materiale avsettes09modelleres deretter og etses for å fjerne uønsket piezoe1ektrisk materiale fra resten av arbeidsstykket. 3. Et isolerende lag kan, om nødvendig, avsettes og mode 11eres. 4. Et tynnrnetal lski kt avsettes og defineres for å skaffe elektriske forbinde1sespunkter for den piezoelektri ske krets. 5. Et tykt metallskikt avsettes deretter og defineres om ønskes.

6. Et isolerende skikt kan orn ønskes avsettes.

Mer spesielt kan piezoelektrisk drevne og avfølta hulutkrager-bje 1 ke-resonanse 1 ernenter av silisium fremstilles i henhold til den følgende detaljert prosedyre: (se fig. 6a til 6k) 1. Si 1 i si urnsk i vernater i a 1 e av N-typen [1001 polert på begge sider er et passende materiale for substratet 110. Se fig. 6a. Et maskelag 111 av si 1 i si urndi oksi d (S i O2) dyrkes termisk (eller ekvivalent) på begge sider (foran cg bak) av første og andre områder (bara ett er vist) på en valgt si 1 i si urn (Si)-sk i ve 110 til en tykkelse på fra 0,3 til 1,0 m, og fortrinnsvis omtrent 0,3 u. Maskeskiktet 111 kan også dannes ved kjemisk pådamping (CVD) , e 1 ek trcnstrå 1 e (E-strå 1 a) -pådampi ng, ved spruting eller ved en ekvivalent frerngangsmåte. Innretti ngsrnerker maskes ved konvensjonelle metoder på den motsatte side (ikke vist). Forsidens oksid!ag 111 på hver skiveflate modelleres ved vanlige metoder for å skaffe en bje1kefordypning 112, en elektronikkhette 114 cg en kontakthette 115 på frontcvarf1 aten, og blir deretter etset ved de vanlige våte eller tørre metoder

[våtrnetoder omfatter f luorsyre (HF) , tørrrnetoder omfatter plasmaetsing] , fortrinnsvis i fluorsyre (HF) for å etterlate presist anbragte justeringsrnerker på baksidene av hver skiveoverflate og for å definere

kornponentelernentf ormene pa frontoverf 1 åtene av hver skivef1ate. Frontoverf 1 aten av hver skiveflate har deretter en bje1kefordypning 112, en elekronikkhette 114 og en kontakthette 115 påetset, ved bruk av ka 1 i urnhydr oksi d (KOH) eller et ekvivalent anisotropt etsemiddel. Fordypningene etses til dat korrekte maskeomri ss, f.eks. fordypningsmaskeomrisset 113. Elektronikkhetten 114 og/eller kontakthetten 115 kan sløyfes om de ikke behøves. 2. Se fig. 6c, 6d og 6e. Si 1 i siumdioksidmaskeskiktet 111 strippes deretter fra de respektive skiveflater med fortynnet fluorsyre (HF) og dyrkes på ny termisk til en tykkelse fra omtrent 0,5 til omtrent 1,5 a, fortrinnsvis omtrent 0,7 ju- Det nye oksi dmaskesk i kte 111 kan også dannes ved CvD, E-strå1epådamping aller ved spruting. Dette si 1 i si urndi oksi dsk i k te 111 modelleres ved vanlige metoder på hver skiveflate og etsas på vanlig måte i fortynnet fluorsyre (HF) for å skaffe en si 1 i si umdi oksi drnaske for p+-dopetr i nnet. Et udopet område 1IS (fig. 6c) etterlates for senere atsing for å frigjøre bjelken. Bor (B) , bornitrid (BN) , boroksid (E2O3) eller ioneimp 1antering, f.eks. diborangass (B2Hg) og ekvivalente forbindelser kan benyttes i p + - dopingtrinnet. De dopede områder 116 er vist på fig. 6e. Denne maske 117 beskytter e1 ektronikkområdet og de tilstøtende hatteområder 114, 115 på skiven, og definerer også p+-dopi ngen av den N-tvpa [1003 si 1 i si umornr i ss av b ja 1 kaf ormen. Ornr i ssdef i ni s jonen av b j e 1 k e f o r men u rn f a te r vegg tv k k e I se, stø 11 e f 1 0 y 0 m r åde r, bja1ketatningsgrenser osv. Se US Patentsøknad 709.870. 3. Si 1 i si urndi oksi ddopemaskesk i k tet 111 strippes fra begge skiveflater ved hjelp av f 1uorsyre (HF)-ets ing, og at nytt si 1 i si urndi oksi d 111 dyrkes termisk over begge skiveområder til en tykkelse på fra omtrent 0,2 til omtrent 0,6 ju, fortrinnsvis omtrent 0,2 ju. Det nye dioksidski kt kan alternativt dannes ved kjemisk pådamping, E-strå1epådamping eller ved spruting. 4. Slike e lek tr oni kki-etser (se fig. 6c og 6e) sorn ønsket er på den første skivens frontoverf 1ate for å danne et e 1 ek troni kkrnaskeornråde 117. Spesifikke kretser og masker for slike er kjent av den vanlige fagmann innen teknikken for fremstilling av integrerte kretser og kan i ethvert tilfelle variere i henhold til den tenkte bruk av sensoren. Trinnet for å danne elektronikken kan også sløyfes når det ikke behøves. 5. Dette nye si 1 i siumdioksidmaskeskikte 111 (begge frontoverf1 åtene av skiven) modelleres (se fig. 6f, 6g og 6h) med en maske ved vanlige metoder, etses i fluorsyre (HF) eller lignende, slik at det åpnes en kontaktåpning til det p+<->dopede område 120 inne i fordypningen 112, og slik at en kontaktåpning 119 til den p+<->dopede frontoverflate av skiven åpnes i kontaktområdet. Se fig. 6f, 6g og 6h. 6. Dernest avsettes det piezoe1ektri ske materiale ved hjelp av vanlige maskings- og mode 11 er ingsmetoder cg etses slik at det piezoe1 ektr i ske materiale 121 bare blir tilbake i . de.t ønskede fordypningsområde av de respektive skiveområder. Se fig. 6f, 6g og 6h. Eksempler på passende piezoelektri ske materialer omfatter zinkoksid (ZnO), som kan etses i fortynne-!saltsyre (HC1) , kadm i urnsu 1 f i d (CdS) og blyoksid (PbO) . 7. Etter at overflødig piezoe1 ektr isk materiale 121 er etset bort, avsettes et tynnmeta11skikt 122 med omtrent 0,03 til omtrent 0, 1 ju tykkelse, f or tr i nnsvi s nær 0, 1 ju tykkelse selektivt på hver f rontoverf late av skiven (etter definisjon) rned bruk av vanlige "lift-off"-metoder for fotorasist. Mata 11skiktet blir

fortrinnsvis dannet av aluminium (Al), titan (Ti), nikkel (Ni), platina (Pt), sølv (Ag) eller kobber (Cu) , eller legeringer av disse, eller lignende, materialer som kan behandles ved lavere temperaturer foretrekkes. Dette rneta 1 1 sk i k te 122 vil bli benyttet

sorn en forbinde Ises ledning for de pi ezoe 1 ektr i ske områder (om nødvendig) og for forbindelser 123, 124 til elektronikkpakken 117 (om nødvendig). Fotoresisten fjernes med aceton, N-butylacatat eller lignende.

S. Frontoverf 1 aten av skiven blir deretter dekket av et avsatt høymo tstands [si 1 i si umni tr i d (S 131^4.) eller si 1 i siumdiokdis (Si 02)3 i so 1 asjonsski kt 125. Se fig. 6f, 6g og 6h. Et skikt med omtrent 0, 1 ti 1 1 ju, fortrinnsvis omtrent 0,1 ju tykkelse er passende.

9. Kontaktåpninger 126, 127, 123 åpnes gjennorn høyrnot-standsskiktet 125 ved vanlig maskings og etsing

(vanlige våt- eller tørrrnetoder) til kontaktplåtene og et tykt metallskikt 129 (fli, Ti, Ni, P+, Ag, Cu) avsettas derattar til en tykkelse fra omtrent 0,5 til omtrent 2 n og etses på vanlig måte atter ønske. Se fig. 6f, 6g og 6h. Dette tykke metallskikt 129 skaffar kontaktplater 119, 127, 123 i kontaktornrådet og forbindes til det tynne metallskikt 122, 123, 124 og definerer også formen av den piezoe1 ektr i ske elektrode. 10. Si 1 i si urndi oksi dsk i k tet 111 på baksiden blir deretter modellert ved vanlige metodar for å skaffe den endelige etsernaske. Se fig. 6 i og 6j. Et båndemate-riale avsattas deretter på frontoverf 1atan av begge skiveflater. Passende båndernater i a 1 er er beskrevet i US Patentsøknad 709.397. 11. Frontoverf 1 aten av de to partier av skiven blir presist justert og båndet sammen ifølge juster i ngsrner-kene på baksiden, og deretter etset ved hjelp av et passenda anisotropt etsemiddel for å frigjøra hu lbjel-ken og kontaktornrådene. US Patentsøknad nr. 709.870. Passenda etsernidler omfatter ka 1 i umhydroksi d (KOH) , h<y>drazin (N2H4eller NH2NH2) , etendi arni npyr okatekal

(EDP) eller natr i umhydroksi d og vann (NaOH og H2O) .

Båndetrinnet forsegler hermetisk e1 ektronikkpakken.

Endelig renses komponenten (etter etsing) i et vannsky 11emiddel og tørkes deretter i alkohol. En lett forhøyet temperatur letter tørk i ngen.

Områdene av det følsomme piezoe1ektri ske materiale kan plasseres på hvilke som helst .av en rekke steder (og kombinasjoner av steder) på resonansstrukturoverf1 aten, herunder innvendige overflater i hule strukturer. I tillegg kan det piezoelektriske matar i a 1 e drives med elektrisk eller optisk energi, sorn beskrevet nedenfor. For den følgende beskrivelse vil "eksitasjon" av de piezoelektriske mater i a 1 områdene bli forstått sorn at det omfatter enten elektrisk eller fotooptisk stimulering/deteksjon, eller begge, e11 er kombi nasjoner av begge.

På fig. 7a og 7b vises en enkelt bjelke (f.eks. at bånd)-resonariskomporient 10 i grunnriss. Enkle 150 eller doble 151 (f.eks. para!leilanordnede) piezoelektriske mater i a 1 områder kan avsettes ved den ene eller begge ender (fig. 7a, 7b eller i midten (ikke vist)). Hvert områda eller dobbeltcmråde kan tjene enten som et drivområde eller et deteksjonsområde [piezoelektriske materialer erkarakterisert vedegenskaper som: a) dannelse av en spenning når det utsettes for mekanisk påkjanning og b) det dannas mekanisk spanning når det utsettes for en spenning]. Ved å benytte elektrisk- eller strålingsenergi for å drive eksitasjon ut av fase med hvilke som helst av da piezoelektriske områder eller dobbe 11områder (eller pargruppe) 151, kan båndresonatoran 10 på fig. 7b oscilleres i en retning parallellt til den på dette grunnriss. Hvilke som helst av de resterende områder ellar pargrupper kan benyttes til å generera et elektrisk signal til deteksjon av resonanse 1ementfrekvensen som en indikasjon på strekket på båndet. Frekvensen kan også detekteres optisk. Det skal bemerkes av driving/deteksjon også kan oppnås ved en initial eksitasjonspu1s av energi som har an varighet sorn er betydelig kortere enn resonansfrekvensens, og deratter deteksjon av resonansfrekvensen i resten av cyklen eller over mer enn én diskret osci1lasjonscykel. Disse metoder er generelt kjent av vanlige fagfolk innen området prcsesskont-ro11 instrumentering og godt forstått.

En dobbeltendes eller dobbel tbø 1 -ges komponent, f.eks. en såkalt dobbelt stemmegaffe 1 12, kan også drives til osci1lasjon og detekteres i henhold til den foreliggende oppfinnelse ved selektivt å anordne piezoelektriske mater i a 1avsetninger i skår på forgreningene som vist på venstre side av fig. 7, én for avføling og én for deteksjon. Piezoelektriske pargruppeornråder kan plasseres langs forgreningene, som vist på høyre side av fig. 7 eller 7d for mer effektiv driving/deteksjon. En enkel stemmegaffel 14 kan eksiteres og detekteres ved enhver av disse metoder, fig. 7j.

På fig. 7f til 7k er det vist foreslåtte steder for avsetting av de piezoelektrisk drevne områder 152 på en utkraget bjelkereso-nator (ikke en hu 1bje1keresonator) , i hvilken flere avsetninger gjøres på de øvre og/eller nedre planare overflater av bjelken, slik at bjelken avbøyes under eksitasjon, idet eksitasjonen frembringer mekanisk spenning for å generera en spenning i det resterende piezoelektriske område 153.

I tillegg til en rekke andre utforminger av anordningen av avsatt resonansstruktur/piezoelektr isk materiale skal det bemerkes at torsjonssvigning av en langstrakt struktur kan oppnås ved å plassere langstrakte piezoelektriske områder diagonalt langs en bjelke (eller andre resonator)-overflata, som vist på fig. 7e.

I tillegg kan membrantrykksensorer 15, slik sorn den vist i tverrsnitt på fig. 71, drives til osci1lasjon og deretter detekteres ved å anordne piezoelektriske områder 150 nar membrancmradet 15. Membranen 15 er opp lagret over et membran-baresubstrat 142 og utsatt for et trykk F.

Resonansstrukturene beskrevet her kan også drives og avfales ved metoder og apparater svarende til de som benyttes ved større resonansstrukturer kjent av vanlige fagfolk i prosesskontro11-i ns tr urnen ter i ngstekni kken.

I kanskje den enkleste form (se fig. 3b) kan et resonansbånd 10 strekkes mellom fastspenningsendene av en enkel innretning av et materiale som har en høy varrneutvi de 1 seskoef f i si ent slik som ternperatursensor-understrukturen 140, som vist på fig. Sb. Tilsvarende kan et resonanselement 16 (fig. Sa), som kan være et bånd, en dobbelt stemmegaffe 1 eller andre resonansstrukturer i henhold til denne oppfinnelse henges under strekk mellom et fast punkt 141 og et fleksibelt element 142 sorn, i et ikke-begrensende eksempel kan være en membran eller belg som avføler en trykkrnå 1 everdi (P) som vist på fig. Sa. Hu 1 bje 1 kestrukturer kan fylles med et variabelt trykk relatert til en måleverdi Ctrykk, di fferensia 1 trykk, temperatur (via en fylt termisk sensor) eller annen kraft! , for derved å forandre resonansfrekvensen av hu 1bje1kestrukturen.

Elektrisk eksitasjon oppnås på mange måter, og avhenger hovedsakelig av utformingen og anordningen av det piezoelektri ske materiale. Fig. Sa viser en basisk osci11atorkrets, inklusiv en faseski ftkrets 143 og et vindingstrinn 144 og har en utgang ved 0. Fig. Sa viser en enkel oscillator sorn både benytter driv- og detektorpiezoelektri ske avsetninger 160, 161 på en enkel båndsensor 10 forbundet mellom et fast punkt 141 og en membran 142 som utsettes for et trykk P.

På fig. 3b skaffer kondensatorer 147 og 143 fasesk i ft, og vindingstrinnene 146 skaffer den ønskede forsterkning, mens det piezoelektriske element 160 skaffer den ønskede oscillerende tilbakekobling. I noen situasjoner kan det være ønskelig å drive resonanse 1 ernentet i et annet plan enn perpendikulært på planet av det avsatte piezoelektriske materiale. I en slik situasjon kan par av piezoelektriske mater i a 1 områder anordnet og grupperes (derfor "pargrupper") for å skaffe tvarrosci1lasjon, porsjons-osci1lasjon eller osci1lasjon i en annen mode. De enkelte piezoelektriske områder av en særskilt pargruppe blir ganske enkelt drevet ut av fase for å oppnå den ønskede piezoelektriske spenning. For avf ø 1 i ngsf orrnål skaffer detektor området av det piezoelektriske materiale en spenning sorn varierer regelmessig med den mekaniske spenning i resonansstrukturen. Denne virkning kan benyttes til å tilbakekoble og vedlikeholde osci11asjon, såvel som å skaffe et resonansutgangssigna1, eller et separat piezoe1 ektr isk område kan benyttes til å generere resonansut-

gangssignålet.

Fig. 9 illustrerer på enkel måte en enkel utkragerbje1keresona-tor IS, i hvilken bjelken 171 er festet ved én ende til et fast punkt 142, og den andre ende er fri. En første fiberoptisk vei 172 drives på avstand med en avbrudt strål ingsenergistråle Bjsom eksiterer det piezoelektriske område 173 og får utkrager-bjelken 171 til å oscillere. En annen, ste strål ingsenergistråle B2sendes ned en annen fiberoptisk leder 174. Strålen B2blir vekselvis reflektert avhengig av osci1lasjonene av utkragerbje1-ken 171 og returnerer via den annen optiske fiber 174 til et fjerndeteksjonssted (ikke vist). Bemerk at en enkelt fiberoptisk leder kan settes i stedet for ledere 172, 174 ved å benytte separate bølgelengder med begrenset spektra 1 spredning for hver funksjon - driving av det piezoelektriske område 173 og reflek-sjon via osci 1lasjon av utkragerbje1 ken 171. US Patentsøknad 330.637 innlevert 22. februar 19S2 av A.C. GiIby et al beskriver enkelt- og f lerlederfctooptisk driving- og deteksjonsmetoder.

Claims (1)

1. Resonanssensorelernent, karakterisert ved at det omfatter a) en resonansstruktur, b) anordninger for a opp lagre resonansstrukturen, d) minst én første.plate av piezoelektrisk materiale som har første og andre overflater, i hvilke den første overflate er i kontakt med resonanssensore 1 ernentet for å vibrere resonanssensorelernentet, og e) drivorganer for å bringe resonansstrukturen til a svinge ved eksitasjon av den første plate av piezoelektrisk materi ale.

2. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at det dessuten omfatter organer for elektrisk kontakt i det piezoelektriske materiale, hvor de elektriske kontaktorganer er et rneta11 i ser ingsski kt i kontakt rned den annen overflate av nevnte piezoelektriske materi ale.

3. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at det dessuten omfatter organer koblet til resonanssensore 1 ernentet for å avfale vibrasjon av resonansstrukturen.

4. Resonanssensore 1 ernent i henhold til krav 3, karakterisert ved at det dessuten omfattar minst én ekstra plate av piezoe1ektrisk materiale i kontakt med resonanse 1ementat, hvori minst att av de ekstra plater av piezoelektrisk materiale er innrettet til å vibrere resonansen-sorstrukturen.

5. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en langstrakt trad.

6. Resonanssensore 1 ernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en hulbjelke.

7. Resonanssensorelernent i henhold til krav 6, karakterisert ved at resonansstrukturen er en utkraget hulbjelke.

3. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en dobbeltbjelke.

9. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at organene for å opplagre resonansstrukturen omfatter én eller flere kompresjonsspennorga-ner.

10. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første plate av pi ezoe 1 ektr i sk materiale er zinkoksid (ZnO .

11. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første plate av Pi ezoe 1 ek tr i sk materiale er kadrni urnsu 1 f i d (CdS) .

12. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første plate av Pi ezoe 1 ek tr i sk materiale er ga 1 i urna r seni d (GaAs) .

13. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første plata av piezoe1 ektr isk materiale er en blyforbindelse.

14. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at drivorganet omfatter strålingsenergi ledet av en optisk fi berbane.

15. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at den første plate av piezoe1ektrisk materiale er polymerbasert piezoe1ektrisk materi ale.

16. Resonanssensore1ernent i henhold til krav 2, karakterisert ved at det dessuten omfatter isolerende sk i ktorganer for elektrisk isolasjon av partier av resonansstrukturen, hvor i so lasjonsskiktet er mellom metallise-ringslaget og resonansstrukturen.

17. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen omfatter elektrisk ledende overf 1 ateornrader for £ levere driv-og deteksjonssignåler til og fra de piezoelektriske plater. IS. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en elektrisk isolator.

19. Resonanssensorelernent i henhold til krav 4, karakterisert ved at den første og, i det minste ytterligere én av de piezoelektriske materi al plater, er anordnet nær en ende av resonansstrukturen.

20. Resonanssensorelernent i henhold til krav 4, karakterisert ved at den første og minst én av de ytterligere piezoelektriske rna ter i a lp 1 ater er anordnet nær de respektive motsatte ender av resonansstrukturen'.

21. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at drivorganat omfatter en utvendig elektrisk drivkrets.

22. Resonanssensorelernent i henhold til krav A3, karakterisert ved at nevnte organer for å avføle vibrasjon omfatter en elektrisk deteksjonskrets.

23. Resonanssensorelernent i henhold til krav 3, karakterisert ved at organene for å avføle av vibrasjon omfatter en optisk fiberbane.

24. Resonanssensorelernent i henhold til krav 3, karakterisert ved at organene for å avføle vibrasjon er en annen plate av piezoelektr isk materiale som har en overflate i kontakt med resonansstrukturen.

25. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen hovedsakelig er av laminær form.

26. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en membran.

27. Resonanssensorelernent i henhold til krav 1, karakterisert ved at resonansstrukturen er en utkraget fast bjelke.

23. Fremgangsmåtes til fremstilling av en laminær resonansstruktur , karakterisert ved at den omfatter trinn for a) preparer ing av e t substrat, b) festing av et larninært materiale til substratet, c) rensing av denbl ottlagte lami nære mater i a 1 overf 1ate, d) modellering av en første resi st på den larni nære materia I-overflate, e) rensing av rasisten, f) etsing av arbeidsstykket for å danne en resonansstruktur, g) rensing og baking av arbeidsstykket, h) avsetning av et piezoe1 ektr isk skikt på arbeidsstykkeoverf 1atan, i) modellering og etsing av det piezoelektrisk e skik t for å danne an piezoa1 ektr isk plata, j) rensing og skylling av arbeidsstykket, k) påføring av et i solasjonsskikt på arbeidsstykkeoverf 1 aten og modellering av det samme,

1) avsetting av et ledende rneta 1 1 i ser i ngssk i kt på arbei ds-stykkeover f laten og modellering og etsing av det samme, m) fjerning av resonansstrukturen.

29. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert ved at det larni nære materiale er et meta11.

30. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert ved at substratet er et glass.

31. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakteris,ert ved at den dannede resonansstruktur er et bånd.

32. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er en stemmegaffel.

33. Fremgangsmåte i henhold til krav 32, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er en dobbelt stemmegaffe 1.

34. Fremgangsmåte i henhold til krav 23, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er en utkragerbjeike.

35. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, karakterisert ved at dat piezoa1 ektr i ska skikt er zinkoksid.

36. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, karakterisert ved at det piezoelektriske skikt er k ad rn i urnsu 1 f i d.

37. Fremgangsmåte i henhold til krav 28, karakterisert vad at en anisotroF etseprosess benyttes til trinn f.

33. Fremgangsmåte for å fremstille en laminær resonansstruktur, karakterisert vad at den omfatter trinn for: a) preparering av et substrat, b) avsetting av et rneta 1 lski kt på substratet, c) rensing av den blottlagte meta11skiktoverf 1ate, d) modellering av den ferste resist, e) rensing av rasisten, f) etsing av arbeidsstykket til å danne en resonansstruktur, g) rensing og brenning av arbeidsstykket, h) avsetting av et piezoe1ektrisk skikt på arbeidsstykkeoverf1 aten, i) modellering og etsing av det piezoelektriske skikt for å danne en piezoelektrisk plate, j) rensing og skylling av arbeidsstykket, k) påføring av et i solasjonsskikt på arbeidsstykkeoverf 1 aten og modellering av det samme,

1) avsetting av et ledende metal1 i seringsski kt og modellering og etsing av det samme, m) fjerning av resonansstrukturen.

39. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert ved at det lami nære materiale er et rneta 1 1.

40. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert ved at substratet er et glass.

41. Fremgangsmåte i henhold til krav 39, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er et bånd.

42. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er en stemmegaffe 1.

43. Fremgangsmåte i henhold til krav 42, karakterisert ved at den dannede resonansstruktur er en dobbelt stemmegaffe 1.

44. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert ved at den dannede resonator er en utkragerbje1ke.

45. Fremgangsmåte i henhold ti 1 krav 33, karakterisert ved at det piezoelektriske skikt et zinkoksid.

46. Fremgangsmåte i henhold til krav 33, karakterisert ved at det piezoelektriske skikt er kadrni urnsu 1 f i d.

47. Den larninære resonansstruktur fremstilt i henhold til fremgangsmåten i krav 23.

43. Den larninære resonansstruktur fremstilt i henhold til fremgangsmåten i krav 38.

49. Fremgangsmåte for å fremstille en hu 1bje1ke-resonansstruktur, karakterisert ved at den omfatter følgende tr i nn: a) etsing av minst én fordypning i frontoverflaten av et første substratområda, b) doping av et valgt fordypningsområde av det første substrat områda ti 1 en forhåndsbestemt etsestoppdybde, c) avsetning av et piezoe1 ektr isk materiale i en utvalgt en av minst én av fordypningsområdene, d) avsetning av et resi sti v i so las jons-strørnsperreski kt mellom det førsta substrat orn råde og det piezoelektriske matar i a 1 a, e) avsetning av et rneta 1 1 i ser i ngsski ktorgan for å overføre driv- og avfø1 ingssignaler til det piezoelektriske materiale, f) etsing av minst én kornp 1 ernentærbi ldef ordypni ng i frontende-cvar f 1 stan av et annat substatområde, g) doping av et valgt fordypningsområde av det annet substrat-c rn råda ti 1 en forhåndsbestemt etsestoppdybde, h) justering av de første og andre substratornråder i nøyaktig overensstemme Isa med deres respektive frontendesubstrat-overf later sammenføyd, i) bånding av de sammenføyde f rontendesubstratoverf later, og j) bortetsing av tilstrekkelig udopet substrat fra det dopede substratcmråde for å fjerne det dopede parti fra det resterende substratrnater i a 1 e og etterlate en frigjort, hul mi krostrukturel1 utkragerbje1ke.