TWI452818B - 靜電致動器及其驅動方法 - Google Patents

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TWI452818B
TWI452818B TW100102835A TW100102835A TWI452818B TW I452818 B TWI452818 B TW I452818B TW 100102835 A TW100102835 A TW 100102835A TW 100102835 A TW100102835 A TW 100102835A TW I452818 B TWI452818 B TW I452818B
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Takeaki Shimanouchi
Masahiko Imai
Takashi Katsuki
Osamu Toyoda
Satoshi Ueda
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Fujitsu Ltd
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Description

靜電致動器及其驅動方法 發明領域
於此中所討論的實施例是有關於一種使用，例如，MEMS(微機電系統)技術的靜電致動器，及其驅動方法。
 發明背景
通常，一個靜電致動器是設置有兩個彼此相對之由一個間隙分隔的電極，而在該兩個電極之間的距離是由於在驅動電壓被施加時作用在該等電極之間之靜電吸引力的作用而改變。
第8A和8B圖是為描繪一種使用靜電致動器之習知可變電容元件3之例子的橫截面圖。
請參閱第8A和8B圖所示，該可變電容元件3是在一基體31上設置有一固定電極32、一覆蓋該固定電極32的介電層33、一與該介電層33相對的可移動電極34、一對支持該可移動電極34的支撐層35a和35b等等。
由於在該固定電極32與該可移動電極34之間之接觸而起的短路是由於該介電層33的作用而是被防止。
一個驅動電壓V能夠被施加在該固定電極32與該可移動電極34之間。
請參閱第8A圖所示，當無電位差是施加在該固定電極32與該可移動電極34之間時，即，當該驅動電壓V是為零時，該可移動電極34是處於一個遠離該固定電極32的位置。
另一方面，請參閱第8B圖所示，當一個預定電位差是施加在該固定電極32與該可移動電極34之間時，該可移動電極34是被吸引朝該固定電極32移動並且與該介電層33成接觸狀態。
當該可移動電極34是處於在第8A圖中所示的狀態時，在該固定電極32與該可移動電極34之間的電容C變成一個最小電容Cs，而當該可移動電極34是處於在第8B圖中所示的狀態時，該電容C變成一個最大電容Cg。
當該可變電容元件3是在數位應用中使用時，藉由控制該驅動電壓V，該電容C是被改變成該最小電容Cs或該最大電容Cg以供使用。
第9圖是為一個描繪在該電容C與該施加到該可變電容元件3之驅動電壓V之間之關係(C-V特性)之例子的圖示。
如在第9圖中所示，當該具有正極性的驅動電壓V是施加且增加時，該電容C保持該最大電容Cs一陣子，當該驅動電壓V通過一個吸附電壓(pull-in voltage) Vpi1時，該電容C陡急增加，而其後到達該最大電容Cg。然後，當該驅動電壓V降低時，該電容C保持該最大電容Cg一陣子，當該驅動電壓V通過一拉脫電壓(pull-off voltage) Vpo1時陡急下降，而其後返回到該最小電容Cs。
由於它是在施加於固定電極32與可移動電極34之間時引起靜電吸引力的電位差，一個具有負極性之驅動電壓V的施加也引起相同的特性。
這裡，在電容C上之相對於驅動電壓V上之改變的改變具有不同的路徑，即，一個是在該驅動電壓V增加時而另一個是在該驅動電壓V降低時。換句話說，它展現一種類型的滯後現象(hysteresis phenomenon)，而且吸附電壓Vpi1和拉脫電壓Vpo1是彼此不同。同樣的也是適用到吸附電壓Vpi2和拉脫電壓Vpo2。
在該可變電容元件3中，當該電容C是改變成最小電容Cs時，該驅動電壓V是設定成一關閉電壓Voff(零)。當該電容是改變成最大電容Cg時，該驅動電壓V是設定成一開啟電壓Von1或Von2。
如果具有相同極性的驅動電壓V是被保持施加來改變該電容C的話，那麼正或負電荷是累積在該介電層33，而該介電層33是被充電。
第10A和10B圖是為描繪在介電層33被保持充電時在可變電容元件3之電容C與驅動電壓V之間之關係(C-V特性)之例子的圖示。
當該介電層33被轉變成充電狀態時，該可移動電極34是受到由電荷所引起的靜電力影響。為了這原因，該可變電容元件3的C-V特性展現與當該可變電容元件3未被充電時之特性不同的特性。
如在第10A圖中所示，例如，在該介電層33被陰性地充電的狀態中，與介電層33未被充電的狀態比較起來，該C-V特性是向驅動電壓V的負向側位移。如在第10B圖中所示，在介電層33被陽性地充電的狀態中，與介電層33未被充電的狀態比較起來，該C-V特性是向驅動電壓V的正向側位移。
如果C-V特性是這樣位移的話，被假設引致最小電容Cs或最大電容Cg的驅動電壓V不會使該電容C變成如此之一個值。
例如，請參閱第10A圖所示，當該驅動電壓V是設定成關閉電壓Voff時，電容C不會改變成預期的最小電容Cs。這是因為，例如，C-V特性是向驅動電壓V的負向側位移；拉脫電壓Vpo1的極性從正轉變成負；且縱使驅動電壓V是變回關閉電壓Voff，該可移動電極34是保持黏在該介電層33上。
如上所述，介電層33的充電現象是可變電容元件3之穩定運作的障礙。
根據”G.Papaioannou and J.Papapolymerou,Dielectric Charging in MEMs by Material,Structure and Temperature, in IEEE MTT-S International Microwave Symposium Workshop,June 2009”，該介電層33為何被充電的原因是被說明如下。
第11A和11B圖是為示意地描繪電荷累積在介電層33之現象的圖示。
如在第11A和11B圖中所示，當該介電層33是用顯微鏡觀察時，該介電層33的表面是呈現粗糙現象。
為了這原因，請參閱第11A圖所示，當該可移動電極34是與該介電層33接觸時，在該介電層33的表面上是有實際上與可移動電極34接觸的接觸部份Tc和未與可移動電極34接觸的非接觸部份NTc。在這狀態下，正或負電荷從可移動電極34移動到接觸部份Tc，即，一種類型的電流I流動。另一方面，該等電荷未移動到非接觸部份NTc。
其後，當該可移動電極34移離該固定電極32時，靜電放電被產生。然而，注入在接觸部份Tc附近的一部份電荷是如在第11B圖中所示在沒有被釋放之下依然停留在那裡。
這導致在接觸部份Tc附近與非接觸部份NTc附近之間之電荷狀態的差異。結果，該介電層33是被陽性地或陰性地充電。
日本早期公開專利公告第2006-247820號案提出一種用於切換每次該驅動被執行時要被施加之驅動電壓之極性的驅動方法，即，二極驅動(bipolar driving)。
有鑑於藉著像是Van der Waals’力之力的產生來防止可移動電極黏到固定電極，日本早期公開專利公告第2004-61937號案是建議一種類似的驅動方法。
而且，日本早期公開專利公告第2007-242607號案建議偵測累積在一絕緣薄膜的電荷量，並且依據偵測結果來改變驅動電壓。
假設以上所述的接觸部份是對應於每次驅動的相同位置，看來藉由執行二極驅動，介電層的充電是能夠被抑制，因為移動通過接觸部份的電荷互相抵消。
然而，在實際的情況中，接觸部份不必對應於每次驅動的相同位置。因此，二極驅動不是有效的解決方案。
此外，實施一種用於依據藉由偵測累積在介電層之電荷量所得之結果來改變驅動電壓的方法是複雜和麻煩的，因為如此的方法需要一個用於偵測電荷的電路及各種與它相關的控制。
 發明概要
本發明是指向於解決以上所述的問題，而因此，本發明之實施例的目的是為提供一種抑制介電層之充電並且執行靜電致動器之穩定運作的驅動方法。
根據本發明(實施例)之特徵，一種用於驅動包括一固定電極和一與該固定電極相對之可移動電極之靜電致動器的驅動方法，一介電層是插入在該固定電極與該可移動電極之間，該驅動方法包括在該固定電極與該可移動電極之間施加一第一電壓俾可使該可移動電極與該介電層接觸，及在該第一電壓的施加是停止之後及在該可移動電極移離該介電層之前，在該固定電極與該可移動電極之間施加一第二電壓。在這裡，該第二電壓具有一與該第一電壓之極性相反的極性及一比該第一電壓之絕對值小的絕對值。
圖式簡單說明
第1A和1B圖是為描繪一可變電容元件之例子的橫截面圖；第2圖是為一個描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；第3圖是為一個描繪一輸入訊號與一驅動波形之例子的圖示；第4A和4B圖是為示意地描繪充電是如何在介電層發生的圖示；第5A和5B圖是為示意地描繪充電是如何在介電層發生的圖示；第6圖是為一個描繪一輸入訊號與一驅動波形之例子的圖示；第7A和7B圖是為描繪一可變電容元件之例子的橫截面圖；第8A和8B圖是為描繪一習知可變電容元件之例子的橫截面圖；第9圖是為一個描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；第10A和10B圖是為描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；及第11A和11B圖是為示意地描繪電荷累積於介電層之現象的圖示。
 較佳實施例之詳細說明
首先，作為一使用一作為在於此後所述之實施例中所使用之驅動方法中被驅動之目標之靜電致動器之MEMS裝置之例子之可變電容元件1的描述會被提供。
第1A和1B圖是為描繪該可變電容元件1之例子的橫截面圖。第1A圖是為一橫截面圖，在第1A圖中，可移動電極14未位移，而第1B圖是為一橫截面圖，在第1B圖中，可移動電極14是位移。
如在第1A和1B圖中所示，該可變電容元件1是在一個由玻璃或矽製成的基體11上設置有一固定電極12、一介電層13、一可移動電極14、和一對支撐層15a和15b等等。
該固定電極12是由像是金(Au)、鋁(Al)、或銅(Cu)般的導電材料形成而且是形成在該基體11的一表面上。
該介電層13是由像是氧化矽(SiO2 )或氧化鋁(Al2 O3 )般的介電材料形成而且是被形成俾可覆蓋該固定電極12的上表面。
該可移動電極14是由像是金(Au)、鋁(Al)、或銅(Cu)般的導電材料形成而且是形成在該介電層13之上俾可面向該介電層13的上表面。一間隙是在該可移動電極14與該介電層13之間。該可移動電極14在它兩端是以懸臂樑形式由形成在它之下表面上的支撐層15a和15b支撐。
該等支撐層15a和15b是由像是金(Au)、鋁(Al)、或銅(Cu)般的導電材料形成而且是形成在該基體11的表面上俾可在該可移動電極14的兩端支撐該可移動電極14。
該固定電極12與該可移動電極14是可連接到一驅動電路21，而一驅動電壓V是由該驅動電路21施加在該固定電極12與該可移動電極14之間。例如，該固定電極12是接地，而該驅動電壓V是施加到該可移動電極14。或者，該可移動電極14是接地，而該驅動電壓V是施加到該固定電極12。
第2圖是為一個描繪在電容C與驅動電壓V之間之關係(C-V特性)之例子的圖示。
在第2圖中，當該驅動電壓V是相等於一個關閉電壓Voff(零伏特)時，即，當該驅動電壓V未被施加時，該可移動電極14是處於一個與該介電層13之上表面遠離的狀態。請參閱第1A圖所示，這表示該可變電容元件1是處於一個拉脫狀態，在該拉脫狀態中，該可移動電極14是被拉脫。這時，在固定電極12與可移動電極14之間的電容C是為該最小電容Cs。
當具有正極性的驅動電壓V被施加時，即，驅動電壓V是與正吸附電壓Vpi1相同或者比它高，或者是確切在該正吸附電壓Vpi1之上，作用在固定電極12與可移動電極14之間的靜電吸引力變成與一預定值相等或者比它更高。然後，可移動電極14是被吸向固定電極12的一側並且變成與介電層13的上表面接觸。換句話說，請參閱第1B圖所示，在可移動電極14被吸附時該可變電容元件1是轉變成開啟狀態。這時，在固定電極12與可移動電極14之間的電容C變成最大電容Cg。
從這狀態，當驅動電壓V變成與正拉脫電壓Vpo1相同或者比它低時，即，確切地稍微比正拉脫電壓Vpo1低，作用在固定電極12與可移動電極14之間的靜電吸引力變成與一預定值相同或者比它小。然後，該可移動電極14是與該介電層13的上表面分開。換句話說，請參閱第1A圖所示，當該可移動電極14被拉脫時該可變電容元件1是轉變成關閉狀態。這時，在固定電極12與可移動電極14之間的電容變成該最小電容Cs。
由於靜電吸引力是藉由施加一個電位差在固定電極12與可移動電極14之間來被產生，當具有負極性的驅動電壓V被施加時相同的特性是被提供。
請參閱第1B圖所示，當驅動電壓V變成與負拉脫電壓Vpi2相同或者比它低時，該可變電容元件1轉變成開啟狀態，而該電容C變成最大電容Cg。請參閱第1A圖所示，從這狀態，當驅動電壓V變成與負拉脫電壓Vpo2相同或者比它高時，該可變電容元件1轉變成關閉狀態，而該電容C變成最小電容Cs。
[第一實施例]
接著，第一實施例的驅動方法將會以該驅動方法應用到以上所述之可變電容元件1的例子來作說明。
第3圖是為一個描繪饋入驅動電路21之輸入訊號以及由該驅動電路21所施加之驅動電壓V之波形之例子的圖示。第4A、4B、5A、和5B圖是為示意地描繪充電是如何在介電層13發生的圖示。
請參閱第1A和1B圖所示，一個命令可變電容元件1之驅動的驅動訊號S1，即，命令變成開啟狀態的轉換，是從一控制電路22饋入至該驅動電路21。
當該驅動訊號S1被饋入時，該驅動電路21在固定電極12與可移動電極14之間施加正開啟電壓Von1與負開啟電壓Von2中之一者作為該驅動電壓V。
於此後，如果在該等開啟電壓Von1和Von2之間是不必有差別的話，該開啟電壓可以被稱為”開啟電壓Von”。類似地，該等吸附電壓Vpi1和Vpi2，以及該等拉脫電壓Vpo1和Vpo2也可以分別被稱為”吸附電壓Vpi”和”拉脫電壓Vpo”。
在該第一實施例中，每次該驅動訊號S1被饋入時，即，每次該可變電容元件1被驅動時，該驅動電路21反覆地施加具有相同極性的開啟電壓Von。在第3圖所示的例子中，具有正極性的開啟電壓Von1為了個別驅動而是在開啟時間Ton1,Ton2,Ton3,和Ton4被施加。
該等開啟電壓Von1和Von2的絕對值是分別設定成比拉脫電壓Vpi1和Vpi2的絕對值大。
由於該開啟電壓Von是為一個用於使可移動電極14與介電層13之上表面接觸的電壓，有時它是被普遍稱為接觸偏壓。
如在第4A圖中所示，當該開啟電壓Von是由驅動電路21施加時，可移動電極14是與介電層13的上表面接觸。然而，在這裡，在介電層13的上表面上，是有實際上與可移動電極14接觸的接觸部份Tc和實際上未與可移動電極14接觸的非接觸部份NTc。
在這狀態下，正或負電荷EC移動通過一個在可移動電極14之下表面與接觸部份Tc之間的界面，而且正或負電荷EC是從可移動電極14注入到接觸部份TC附近。
正或是負電荷EC是被注入是端視施加在固定電極12與可移動電極14之間之電場ED1的方向而定。換句話說，是端視驅動電壓V是施加到固定電極12與可移動電極14中之那一者，以及正開啟電壓Von1與負開啟電壓Von2中之那一者是被施加作為驅動電壓V而定。例如，在固定電極12是連接到電源之地線以及正開啟電壓Von1是施加到可移動電極14的情況中，正電荷EC是從可移動電極14注入到介電層13內。
這樣，接觸部份Tc附近是被偏壓成帶正電與帶負電狀態中之一者。另一方面，非接觸部份NTc附近未被偏壓成它們中之任一者。這引致在接觸部份Tc附近與非接觸部份NTc附近之間之帶電狀態上的差異，而且，結果，該介電層13是被陽性地或陰性地充電。
請參閱第1A和1B圖所示，一個命令可變電容元件1之驅動停止(轉變成關閉狀態)的停止訊號S2是在該驅動訊號S1被饋入之後的一預定時間或者一任意時刻從控制電路22饋入至驅動電路21。
在這裡，該開啟時間Ton，其是為一個從驅動訊號S1被饋入起到停止訊號S2被饋入止的期間，是端視可變電容元件1的用途而有所不同。即，例如，一個幾毫秒、幾秒、幾分鐘、幾小時、幾百小時等等的期間。
該驅動電路21，當停止訊號S2被饋入到它那裡時，施加一個作為驅動電壓V的相反極性脈衝Vps在固定電極12與可移動電極14之間一段脈衝施加周期Tps的期間，而且，其後，把驅動電壓V改變成關閉電壓Voff，即，零伏特。這表示驅動電壓V的施加被停止。根據在第3圖中所示的例子，在開啟電壓Von是被施加之該等開啟時間Ton1,Ton2,Ton3,和Ton4中之每一者之後，該相反極性脈衝Vps於該脈衝施加周期Tps被施加，而其後，驅動電壓V的施加被停止。由驅動電路21所作用之從開啟電壓Von到相反極性脈衝Vps的切換是被瞬間執行。最好的是，該脈衝施加周期Tps是比該開啟時間Ton短。
該相反極性脈衝Vps是為一個具有與被施加來驅動可變電容元件1之開啟電壓Von之極性相反之極性的脈衝電壓。根據在第3圖中所示的例子，該相反極性脈衝Vps是為一個具有與正開啟電壓Von1相反之負極性的脈衝電壓。
在該第一實施例中，由於開啟電壓Von的極性就每個驅動來說是相同的，相反極性脈衝Vps的極性就每個驅動來說是保持相同。
此外，根據在第3圖中所示的例子，由於該驅動訊號S1是以一預定周期被反覆地饋入，該開啟電壓Von1是以一預定周期被反覆地施加。該相反極性脈衝Vps的絕對值是比，例如，緊在它前面被施加之該開啟電壓Von的絕對值小。換句話說，該相反極性脈衝Vps的絕對值是被設定成一個與緊在它前面被施加之該開啟電壓Von之絕對值相等或者比它小的值。最好的是，該相反極性脈衝Vps的絕對值是被設定成一個與具有一個與它相同之極性之拉脫電壓Vpo的絕對值相等或者比它大的值。在同一時間，也最好的是，該相反極性脈衝Vps的絕對值是被設定成一個與具有一個與它相同之極性之開啟電壓Von之絕對值相等或者比它小的值。例如，該相反極性脈衝Vps的絕對值是被設定成一個與具有相同極性之開啟電壓之絕對值相同的值。根據在第3圖中所示的例子，該相反極性脈衝Vps的絕對值是被設定成一個比該負拉脫電壓Vpo2的絕對值大且比該負開啟電壓Von2之絕對值小的值。
該相反極性脈衝Vps的脈衝施加周期Tps是基於介電層13的材料、材料的品質、厚度等等來被設定。例如，它是被設定成一個在1 μs到10 ms之範圍的值，例如，大約10 μs。
該可變電容元件1之拉脫電壓Vpo的絕對值是比具有相同極性(滯後特性)之吸附電壓Vpi的絕對值小，而且該可移動電極14的運作是由於慣性力的作用來達成。為了這原因，該可移動電極14的運作是比一個當該驅動電壓V切換時的速度慢而且，例如，是在一個大約1 μs到10 ms的速度。這表示該可移動電極14對於該驅動電壓V的反應不是那麼高。
結果，在一個當該驅動電壓V是從開啟電壓Von切換成相反極性脈衝Vps時的周期期間該可移動電極14是維持與該介電層13的上表面接觸。換句話說，當該可移動電極14維持與該介電層13接觸時，該驅動電壓V是從開啟電壓Von切換成相反極性脈衝Vps。這表示在該開啟電壓Von的施加是停止之後及在該可移動電極14是從該介電層13隔開之前，該相反極性脈衝Vps是被施加在該固定電極12與該可移動電極14之間。因此，在該驅動電壓V的切換期間，在電容C的值上是無變化發生。
如在第4B圖中所示，當該相反極性脈衝Vps是由該驅動電路21施加時，該可移動電極14依然維持與該介電層13的上表面接觸。在該介電層13之上表面上之該等接觸部份Tc的位置以及該等非接觸部份NTc的位置是不會從當開啟電壓Von緊在之前已施加時的那些位置改變。
在這狀態下，一個具有與當開啟電壓Von緊在之前已施加時之方向相反之方向的電場ED2是施加在該固定電極12與該可移動電極14之間。為了這原因，在該可移動電極14之下表面與該等接觸部份Tc之間的界面中，電荷是在一個與當開啟電壓Von緊在之前已施加時之方向相反的方向移動，而且已注入接觸部份Tc附近的電荷EC是被釋放到該可移動電極14。因此，已注入該等接觸部份Tc附近的電荷EC是藉著具有與它相反之極性的電荷EC來被中和。
藉著這配置，在接觸部份Tc與非接觸部份NTc之間之電荷之狀態上的差異變成比較小，且介電層13的正或負電荷被移去，即，介電層13的電荷被抵消。
在這裡，如果該相反極性脈衝Vps是在開啟電壓Von的施加被暫時中止時被施加的話，該可移動電極14暫時地從該介電層13的上表面移開。在如此的情況中，端視該開啟電壓Von是何時如在第5A圖中所示被施加以及該相反極性脈衝Vps是何時如在第5B圖中所示被施加，該等接觸部份Tc的位置是會改變。因此，是有即使藉由施加該相反極性電壓Vps，該介電層13的電荷是無法被移去的情況。
如上所述，根據這實施例之靜電致動器的驅動方法，就每次驅動而言，該相反極性脈衝Vps是在該開啟電壓Von的施加被停止之前被施加。
據此，與習知驅動方法比較起來，當該靜電致動器被反覆地驅動時，要抑制該介電層13的充電並執行靜電致動器之穩定運作是有可能的。
順便一提，由於實驗的結果，在習知情況中，於可移動電極14維持黏貼到介電層13的現象發生之前能夠被執行的驅動數目是大約1 x 107 。然而，根據這實施例，可以確認的是這構形是被改進到大約1 x 109 。
[第二實施例]
接著，藉由採用該可變電容元件1作為例子，一第二實施例之驅動方法的描述將會被提供。
第6圖是為一個描繪第二實施例之一被饋入至該驅動電路21之輸入訊號以及由該驅動電路21所施加之驅動電壓V之波形之例子的圖示。
在該第二實施例中，每次該驅動訊號S1被饋入，即，每次該可變電容元件1被驅動，該驅動電路21反覆地施加具有一個與在先前之驅動中所使用之極性相反之極性的開啟電壓Von。在第6圖中所示的例子中，具有正極性的開啟電壓Von1為了個別驅動而是在開啟時間Ton1和Ton3被施加。在這些個別開啟時間後面，即，在開啟時間Ton2和Ton4期間，具有負極性的開啟電壓Von2是被施加。
相反極性脈衝Vps的極性在每個驅動是以一個對應於在每個驅動被顛倒之開啟電壓Von之極性的形式來被顛倒。
這表示該驅動電路21把包含該開啟電壓Von與該相反極性脈衝Vps之一對驅動電壓V的極性顛倒。結果，該驅動電壓V的波形是變成如此的矩形波形，在該等矩形波形中，個別地對應於開啟電壓Von與相反極性脈衝Vps的部份是反覆地與每個驅動獨有的相反極性顛倒。
該相反極性脈衝Vps的絕對值是比在先前之驅動中所施加之開啟電壓Von1的絕對值以及在後續之驅動中所施加之開啟電壓Von2的絕對值小。最好的是，該脈衝施加周期Tps是比該開啟時間Ton短。
藉由執行這實杗例的驅動，施加在固定電極12與可移動電極14之間之電場的方向是間隔地轉動。藉由這配置，在先前之驅動中無法被移去之介電層13的電荷在後續的驅動中藉著具有一個與在先前之驅動中所使用之極性相反之極性的開啟電壓Von而能夠被移除到某程度。
在這裡，於先前的驅動與後續的驅動之間，介電層13的電荷有多少能夠被移除是端視接觸部份Tc的位置有多少是彼此一致而定。
如上所述，根據這實施例之靜電致動器的驅動方法，在先前之驅動中無法被移除的電荷在後續的驅動中藉由施加該具有一個與在先前之驅動中所使用之一者相反之極性的相反極性脈衝Vps，且，同時，藉由顛倒每個驅動之開啟電壓Von的極性而能夠被解決。
據此，當該靜電致動器被反覆地驅動時，與第一實施例的驅動方法比較起來，要進一步抑制介電層13的電荷並執行靜電致動器的穩定運作是有可能的。
以上所述之第一和第二實施例的驅動方法可以應用到一可變電容元件2，其之可移動電極不與介電層直接接觸。
第7A和7B圖是為描繪一可變電容元件2之例子的橫截面圖。第7A圖是為一個描繪可移動電極14未位移之狀態的橫截面圖，而第7B圖是為一個描繪可移動電極14位移之狀態的橫截面圖。
如在第7A和7B圖中所示，由導電材料製成的一表面電極16是形成在該可變電容元件2中之介電層13的上表面上。當被驅動時，該可移動電極14是與該表面電極16的上表面接觸但不與該介電層13的上表面接觸。
藉由這配置，當可移動電極14被驅動時，該等接觸部份Tc和該等非接觸部份Tc不出現在該介電層13的上表面上，其致使在電荷的狀態上是無差異。
據此，當以上所述之第一和第二實施例的驅動方法是用於可變電容元件2時，藉著開啟電壓Von的施加來注入到介電層13內的電荷EC或者由極化所產生的電荷EC是藉著該相反極性脈衝Vps的施加來迅速地釋放到該介電層13外部。
具體地，該表面電極16的存在使得電荷EC被釋放的路徑變寬，而結果，介電層13的極化或者該等電荷是容易抵消。
在以上所述的實施例中，該脈衝施加周期Tps是被假設在每個驅動期間具有相同的周期。然而，它是可以依據在其期間是有開啟電壓Von被施加之開啟時間Ton的長度來作不同調整。例如，它可以被調整成與開啟時間Ton成比例之如此的一個周期。
此外，在以上所述的實施例中，該相反極性脈衝Vps是在開啟電壓Von的每一持續施加之後被施加。然而，數個相反極性脈衝Vps是可以在開啟電壓Von的每一持續施加期間被施加。例如，該相反極性脈衝Vps可以在每次開啟電壓Von之每一施加到達一預定時間時被施加。
此外，在以上所述的實施例中，該驅動電路21把驅動電壓V從開啟電壓Von切換成相反極性脈衝Vps。要在該開啟電壓Von被持續地施加時施加該相反極性脈衝Vps也是有可能的。在如此的情況中，用於施加該開啟電壓Von的一驅動線和一驅動電路是可以與用於施加該相反極性脈衝Vps的一驅動線和一驅動電路獨立地設置。
在以上所述的實施例中，本發明之標的物之該等可變電容元件1和2及其驅動方法是可以依需要作改變。
除了該等可變電容元件1和2之外，前述的驅動方法是可以應用到使用靜電致動器之各式各樣的MEMS裝置。
於此中所述的所有例子和條件語言是傾向於為了幫助讀者了解本發明及由發明人所提供之促進工藝之概念的教育用途，並不是把本發明限制為該等特定例子和條件，且在說明書中之該等例子的組織也不是涉及本發明之優劣的展示。雖然本發明的實施例業已詳細地作描述，應要了解的是，在沒有離開本發明的精神與範疇之下，對於本發明之實施例之各式各樣的改變、替換、與變化是能夠完成。
1．．．可變電容元件
2．．．可變電容元件
11．．．基體
12．．．固定電極
13．．．介電層
14．．．可移動電極
15a．．．支撐層
15b．．．支撐層
16．．．表面電極
21．．．驅動電路
22．．．控制電路
3．．．可變電容元件
31．．．基體
32．．．固定電極
33．．．介電層
34．．．可移動電極
35a．．．支撐層
35b．．．支撐層
C．．．電容
Cg．．．最大電容
Cs．．．最小電容
EC．．．電荷
ED1．．．電場
ED2．．．電場
NTc．．．非接觸部份
S1．．．驅動訊號
S2．．．停止訊號
Tc．．．接觸部份
Tps．．．脈衝施加周期
V．．．驅動電壓
Voff．．．關閉電壓
Von1．．．開啟電壓
Von2．．．開啟電壓
Vpi1．．．吸附電壓
Vpi2．．．吸附電壓
Vpo1．．．拉脫電壓
Vpo2．．．拉脫電壓
Vps．．．相反極性脈衝
第1A和1B圖是為描繪一可變電容元件之例子的橫截面圖；
第2圖是為一個描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；
第3圖是為一個描繪一輸入訊號與一驅動波形之例子的圖示；
第4A和4B圖是為示意地描繪充電是如何在介電層發生的圖示；
第5A和5B圖是為示意地描繪充電是如何在介電層發生的圖示；
第6圖是為一個描繪一輸入訊號與一驅動波形之例子的圖示；
第7A和7B圖是為描繪一可變電容元件之例子的橫截面圖；
第8A和8B圖是為描繪一習知可變電容元件之例子的橫截面圖；
第9圖是為一個描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；
第10A和10B圖是為描繪在電容與驅動電壓之間之關係(C-V特性)之例子的圖示；及
第11A和11B圖是為示意地描繪電荷累積於介電層之現象的圖示。
1．．．可變電容元件
11．．．基體
12．．．固定電極
13．．．介電層
14．．．可移動電極
15a．．．支撐層
15b．．．支撐層
21．．．驅動電路
22．．．控制電路
S1．．．驅動訊號
S2．．．停止訊號

Claims (6)

  1. 一種用於驅動靜電致動器的驅動方法，該靜電致動器包括彼此相對的一固定電極和一可移動電極，一介電層是插入在該固定電極與該可移動電極之間，該方法包含：在該固定電極與該可移動電極之間施加一第一電壓俾可使該可移動電極與該介電層接觸；及在該第一電壓的施加停止之後及在該可移動電極移動離開該介電層之前，於該固定電極與該可移動電極之間施加一第二電壓，該第二電壓具有與該第一電壓之極性相反的一極性而且具有比該第一電壓之絕對值小的一絕對值；其中，該第二電壓的絕對值是比在該固定電極與該可移動電極之間的一拉脫電壓大。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之用於驅動靜電致動器的驅動方法，其中，該第一電壓是以一預定周期反覆地施加。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之用於驅動靜電致動器的驅動方法，其中，每次該第一電壓被施加在該固定電極與該可移動電極之間時，該第一電壓顛倒其之極性。
  4. 一種靜電致動器，包含：一基體；形成於該基體上的一固定電極；形成於該固定電極上的一介電層； 形成在該介電層之上的一可移動電極；及一驅動電路，該驅動電路在該固定電極與該可移動電極之間施加一第一電壓，來使該可移動電極與該介電層接觸，以及在該第一電壓的施加停止之後且在該可移動電極移動離開該介電層之前，於該固定電極與該可移動電極之間施加一第二電壓，該第二電壓具有與該第一電壓之極性相反的一極性且具有比該第一電壓之絕對值小的一絕對值；其中，該驅動電路施加該第二電壓，其具有比在該固定電極與該可移動電極之間的一拉脫電壓大之絕對值。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之靜電致動器，其中，該驅動電路以一預定周期反覆地施加該第一電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之靜電致動器，其中，每次該第一電壓被施加時，該驅動電路把該第一電壓的極性顛倒。
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