TWI466815B - 具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器 - Google Patents

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Description

具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器
本發明係有關一種微機電致動器，尤指一種雙軸的致動器(two-dimensional actuator)。
微機電鏡面(MEMS mirror)在光學應用之廣大領域中具有極大潛力，包括雷射投影顯示(laser projection display)、光通訊(optical communication)，共焦顯微鏡(confocal microscope)、雷射雷達(laser radar)等。而在一些光學掃描應用如雷射掃描投影顯示(scanning projection display)中，鏡面須在預定的驅動條件下以特殊頻率達成大光學掃描角度。大光學掃描角度亦是光學解析度及縮小產品材積之關鍵。對掃描鏡面而言，設計一能產生大作動力之致動器的需要性即深具挑戰性。
目前習知的靜電式雙軸微機電致動器可分類為平行板電極(parallel plate electrodes)及梳狀驅動電極(comb drive electrodes)。就平行板電極而言，驅動電極一般係設在可動的鏡面下方，而在驅動電極之間產生電壓差，其亦視為反向電極(counter-electrode)。由於靜電吸引力係反比於鏡面與其下方所設驅動電極之間的距離，在實際運作中，藉平行板電極致動之鏡面無法具有大光學掃描角度。另一方面，梳狀驅動電極係設計成交錯排列而能避免平行板電極如此限制，因此較適用於須具有大光學掃描角度的應用上。
美國專利US7,271,946B2揭示一雙軸的微鏡面結構。該梳狀電極驅動致動器係將其垂直梳狀電極驅動致動器設計成堆疊的三層建構以容許雙向轉動的鏡面。該堆疊的垂直梳狀電極驅動致動器需要兩倍的水平梳狀電極驅動致動器空間以容許雙向轉動的鏡面。而且相較於水平梳狀電極驅動致動器，該堆疊三層建構之垂直梳狀電極驅動致動器在製程中可能須要較高的精密度。
美國專利US6,819,822B2揭示一具有環架式建構(gimbaled architecture)且由垂直交錯排列的梳狀電極所驅動之雙軸的微機電掃描器。該環架式建構之內部件(inner part)可藉由兩組垂直梳狀電極之作動所獨立控制以容許繞二獨立轉軸之轉動。
美國專利US7.205,174及US7,329,930，台灣發明第I253436號及中國發明專利號ZL200410039670.0(証書號第348867號)，乃本案之發明人所發明並取得之發明專利，其揭示一具有水平梳狀電極及垂直梳狀電極之微機電梳狀電極驅動致動器之設計及製造方法。該多面梳狀電極驅動設計與垂直梳狀電極驅動致動器相較，能加大致動力及增加可動件之光學掃描角度器。本發明係利用多面梳狀電極以將US7,329,930(即台灣發明第I253436號及中國發明專利號ZL200410039670.0)所揭示微機電梳狀電極驅動致動器之設計延伸至雙軸的微機電致動器，藉以達成更進一步之功效。
本發明之目的在於提供一雙軸微機電致動器，該雙軸微機電致動器具有水平梳狀電極(in-plane comb electrodes)。
本發明之再一目的在於提供一雙軸微機電致動器，該微機電致動器具有水平梳狀電極(in-plane comb electrodes)及垂直梳狀電極(vertical comb electrodes)用以加強致動器之動作控制(motion control)。
本發明之另一目的在於提供一雙軸微機電致動器，該微機電致動器具有水平梳狀電極(in-plane comb electrodes)及雙邊垂直梳狀電極(dual-side vertical comb electrodes)用以進一步加強致動器之動作控制(motion control)。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖，詳細說明如下：
參閱圖1A、1B、1C，其分別係本發明微機電(MEMS)致動器一實施例之頂層(第一半導體層)100、中間層(電性絕緣層)140及底層(第二半導體層)150之上視示意圖。該頂層100如圖1A所示，係一環架式(gimbaled)結構，包含一可動件110、一承載件120及一固定件130，其係以導電材料製成，通常是單晶矽(single crystal silicon)。該可動件110包含梳狀電極111，其表面可覆蓋反射材，並藉一對扭轉樞紐112連接至該承載件120。該可動件110係藉絕緣溝(insulation trenches)124，通常是填滿絕緣材如二氧化矽(silicon dioxide)或二氧化矽與聚矽(poly-silicon)以提供機械強度，以與該承載件120電性絕緣。該承載件120設有內梳狀電極121及外梳狀電極123，並藉一對扭轉樞紐122A、122B連接至該固定件130。該承載件120係藉絕緣溝(insulation trenches)132以與該固定件130電性絕緣。該承載件120之內梳狀電極121係與該可動件110之梳狀電極111交錯排列(interdigitated)在由頂層100(第一半導體層)所界定之水平面上以形成一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)。該承載件120之外梳狀電極123也是與該固定件130之梳狀電極131交錯排列在由頂層100所界定之水平面上以形成另一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)。
該中間層140如圖1B所示，係以非導電材料製成，通常是二氧化矽(silicon dioxide)以在頂層100及底層150之間提供絕緣效果；該中間層140係由一開口141及一固定件142構成。
該底層150如圖1C所示，係由一開口151及一固定件152構成，通常是以導電材料製成如單晶矽(single crystal silicon)。該開口151可為一穿孔(through hole)或一具特定深度之腔體(cavity)，其除了機械地承載該中間層140及頂層100之外，並提供一空間供該頂層100之可動件110及承載件120轉動。
如圖1A所示，該可動件110之梳狀電極111可經由扭轉樞紐112及122A連接至一第一交流電壓源AC1。該固定件130之梳狀電極131係連接至一第二交流電壓源AC2，而該承載件120之梳狀電極121、123係經由扭轉樞紐122B連接至接地GND(electrical ground)。該底層150之固定件152也可連接至接地GND以最小化電性交叉會合(electrical cross talk)。
在本實施例中，由梳狀電極111及121構成之內梳狀電極驅動致動器(inner comb-drive actuator)及由梳狀電極123及131構成之外梳狀電極驅動致動器(outer comb-drive actuator)兩者之操作分享有相近似的致動方法。參閱圖2A-2F，其係以由梳狀電極111及121構成之內梳狀電極驅動致動器(inner comb-drive actuator)為例說明其操作狀態。圖2A係圖1A中頂層100沿著剖線A-A之剖視圖。為說明目的，該可動件110之梳狀電極111及該承載件120之梳狀電極121畫成半透明狀。該梳狀電極111係連接至一第一交流電壓源AC1而此時梳狀電極121係接地GND(electrical ground)以形成一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)。該可動件110藉由水平梳狀驅動致動器中不平衡的靜電力(unbalanced electrostatic force)而以扭轉樞紐112所界定之轉軸開始振動。該水平梳狀驅動致動器中之不平衡力(unbalanced force)可以由製造裕度(manufacturing tolerances)或特意的設計構造(design features)而產生。當該可動件110回至水平位置或當梳狀電極111與梳狀電極121對合在相同水平面中時如圖2B所示，第一交流電壓源AC1即切換至與接地GND相同電壓程度(same voltage level)以容許該可動件110，藉由扭轉樞紐112之回復扭矩(restoring torque)繼續下行轉動，至抵達在順時針方向之最大轉動角如圖2C所示。在該可動件110抵達最大轉動角之後，第一交流電壓源AC1切換至較高電壓程度，以致該可動件110藉由梳狀電極111與梳狀電極121之間的靜電吸引力(electrostatic attraction)回到水平位置如圖2D及2E所示。當該可動件110回至水平位置時，第一交流電壓源AC1又切換至與接地GND相同電壓程度以致該可動件110可在沒有致動力情況下繼續轉動至在逆順時針方向之最大轉動角如圖2F所示。在該可動件110抵達另一最大轉動角之後，來自由梳狀電極111與梳狀電極121之致動力(actuation force)將再應用到該可動件110上一直到回至水平位置而完成一振動循環(oscillation cycle)。
參閱圖3，其係該具梳狀電極111之可動件110之振動振幅(oscillation amplitude)與所使用相對應電壓源AC1之相位及振幅之間的關係圖。再參閱第3圖所示，該可動件110通常係設計以或接近其主要振動模之共振頻率來振動。電壓源AC1之頻率通常是兩倍的可動件110之振動頻率。該承載件120之內梳狀電極121係連接至接地GND並與該可動件110之梳狀電極111交錯排列在由頂層100所界定之水平面上。第一電壓源AC1之波形(waveform)可為多種形狀如方形、正弦曲線(sinusoidal)、半正弦曲線(half-sinusoidal)成鋸齒形(sawtooth)，以使該可動件110達成所期望之角速度(angular velocity)。通常，在已給之第一電壓源AC1最大振幅下驅動該可動件110至最大振動振幅，方形之波形能提供最高效率。
參閱圖4，其係該承載件120之振動振幅與所使用相對應電壓源AC2之相位及振幅之間的關係圖。該機械連結於該承載件120之可動件110將隨著該承載件120繞由扭轉樞紐122A及122B所界定之轉軸而相對於該固定件130轉動如圖1A所示。該連接至接地GND之固定件130之梳狀電極123，係與該連接至AC2之固定件130之梳狀電極131交錯排列在由頂層100所界定之水平面上。該承載件120通常係設計以或接近其主要振動模之共振頻率來振動。電壓源AC2之頻率通常是兩倍的該承載件120之振動頻率且藉絕緣溝(insulation trenches)132以與AC1及接地GND訊號電性絕緣。該電壓源AC2之波形(waveform)可為多種形狀以使該承載件120達成所期望之角速度。
參閱圖5，其係本實施例之可動件110以單一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)且以扭轉樞紐112所界定之轉軸作雙軸振動，以及扭轉樞紐122A及122B被安排在垂直方向之立體示意圖。假設由扭轉樞紐112所界定之轉軸，及扭轉樞紐122A及122B藉電壓源AC1及AC2為同一驅動頻率而沿著同一軸對合，則本實施例亦容許該可動件110以單一水平梳狀驅動電極(in-plane comb-drive electrodes)之實質較大的振動振幅。
參閱圖6A、6B、6C，其分別係本發明微機電(MEMS)致動器一第二實施例之頂層、中間層及底層之上視圖。該頂層600如圖6A所示，係一環架式(gimbaled)結構，包含一可動件610、一承載件620及一固定件630，其係以導電材料製成，通常是單晶矽(single crystal silicon)。該包含梳狀電極611之可動件610之表面可覆蓋反射材，並藉一對扭轉樞紐612連接至該承載件620。該可動件610係藉絕緣溝(insulation trenches)624，通常是填滿絕緣材如二氧化矽(silicon dioxide)或二氧化矽與聚矽(poly-silicon)以提供機械強度，以與該承載件620電性絕緣。該承載件620設有內梳狀電極621及外梳狀電極623，並藉一對扭轉樞紐622A、622B連接至該固定件630。該承載件620係藉絕緣溝(insulation trenches)632，其可為密閉溝(filled trenches)及開放溝(open trenches)，以與該固定件630電性絕緣。該承載件620之內梳狀電極621係與該可動件610之梳狀電極611交錯排列以形成一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)。該承載件620之外梳狀電極623係與該固定件630之梳狀電極631交錯排列以形成另一水平梳狀電極驅動致動器。
該中間層640如圖6B所示，係以非導電材料製成，通常是二氧化矽(silicon dioxide)以在頂層600及底層650之間提供絕緣作用；該中間層640係由一開口641及一梳狀結構643構成。該梳狀結構643是用以隔離該底層650之梳狀電極653與該頂層600之梳狀電極631。
該底層650如圖6C所示，係由一可為一穿孔(through hole)或一具特定深度之腔體(cavity)之開口651、梳狀電極653及一電極板(electrode pad)652構成，其係以導電材料製成，通常採用單晶矽(single crystal silicon)。該開口651若為腔體(cavity)，則須設計具有特定深度以提供足夠之空間供該頂層600之可動件610及承載件620轉動。選擇一穿孔或一腔體(cavity)係決定於形成該開口651之成本或製造結果。該梳狀電極653係與頂層600之梳狀電極623垂直地交錯排列以形成一垂直梳狀電極驅動致動器(vertical comb-drive actuator)，以使該承載件620能被水平及垂直梳狀電極驅動致動器所驅動。
如圖6A所示，該可動件610之梳狀電極611可經由扭轉樞紐612及622A面連接至一第一交流電壓源AC1。該固定件630之梳狀電極631係連接至一第二交流電壓源AC2。而該承載件620之內梳狀電極621及外梳狀電極623係經由扭轉樞紐622B而連接至接地GND(electrical ground)。該底層650之梳狀電極653可連接至一第三交流電壓源AC3如圖6C所示。
在本第二實施例中，該可動件610藉由水平梳狀電極驅動致動器之致動狀態係相似於如第一實施例所述可動件110之致動方法。該可動件610可以或接近其共振頻率來振動，此時電壓源AC1之頻率是兩倍的可動件610之振動頻率。
參閱圖7A-7F，其係圖6A中頂層600沿著剖線B-B之剖視圖。為說明目的，該頂層600之梳狀電極631及該底層650之梳狀電極653畫成半透明狀。在圖7A中，該承載件620之梳狀電極623與該固定件630之梳狀電極631形成一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)而同時該底層650之梳狀電極653與該承載件620之梳狀電極623形成一垂直梳狀電極驅動致動器(vertical comb-drive actuator)。在圖7A中，該具梳狀電極623且連接至接地GND(electrical ground)之承載件620，係被該連接至AC2之梳狀電極631所驅動，而以順時針方向從它的最大轉動角度繞以扭轉樞紐622A及622B所界定之轉軸轉動而電壓源AC3係切換至接地GND相同電壓程度。當該承載件620經過它的水平位置時如圖7B所示，電壓源AC2即切換至接地GND相同電壓程度以容許該承載件620以順時針方向自由轉動至抵達最大轉動角度如圖7C所示。在以順時針方向抵達最大轉動角之後，來自梳狀電極623及631之間的靜電吸引力(electrostatic attraction force)藉由增加電壓源AC2之電壓程度而被應用在該承載件620上如圖7D所示。該靜電吸引力係持續被應用直到該承載件620以逆時針方向轉動回到水平位置如圖7E所示。來自垂直梳狀電極驅動致動器(vertical comb-drive actuator)，即梳狀電極623及653之間，的靜電吸引力被應用以繼續該承載件620之轉動一直到該承載件620以逆時針方向抵達最大轉動角度如圖7F所示以完成一運動循環。
參閱圖8A，其係圖7中該承載件620之轉動角度與應用之電壓源AC2及AC3之相位及振幅之間的關係圖。該承載件620可設計以或接近其主要振動模式之共振頻率來振動。該機械連結於該承載件620之可動件610將隨著該承載件620繞由扭轉樞紐622A及622B所界定之轉軸而相對於該固定件630轉動。電壓源AC2及AC3之頻率通常是分別地兩倍於及相同於該承載件620之振動頻率。應用於垂直梳狀電極驅動致動器之電壓源AC3係用以增加該承載件620之轉動角度。該電壓源AC2及AC3之波形(waveform)可為多種形狀以使該承載件620達成所期望之角速度。通常，在已給最大振幅之電壓源AC2及AC3下，方形之波形在驅動該承載件620至最大振動振幅能提供最高效率。
參閱圖8B，其係用以說明該承載件620能藉由控制電壓源AC2及AC3之波形而被控制以鋸齒狀(sawtooth)轉動運動以致該MEMS(微機電)致動器能產生光柵型式(raster pattern)掃描運動如圖9所示。從水平位置開始，該承載件620藉由垂直梳狀電極驅動致動器，即梳狀電極623及653，之電壓源AC3之電壓差被致動以逆時針方向轉動至最大角度。在抵達最大轉動角之後，該承載件620可藉由控制垂直梳狀電極驅動致動器與扭轉樞紐622A及622B之回復扭矩之間的力平衡而被控制以順時針及線性轉動。該承載件620可藉中逐漸地減少之AC3之電壓程度而以順時針方向繼續線性轉動一直到它抵達另一最大轉動角度。在抵達另一最大轉動角度之後，該承載件620可藉由水平及垂直梳狀電極驅動致動器所產生之吸引力而以逆時針方向快速回至最大轉動角度以完成一振動循環(oscillation cycle)。
結合相互垂直方向之該可動件610之對稱性振動與該承載件620之鋸齒性振動，該設置在環架式(gimbaled)結構中之可動件610即可被控制以進行光柵型式(raster pattern)掃描運動如圖9所示。因此，本第二實施例如圖6A、6B、6C所示能藉由電壓源AC1、AC2及AC3之控制以進行光柵型式(raster pattern)掃描運動或雙向對稱掃描運動。
參閱圖10A、10B、10C，其分別係本發明之微機電(MEMS)致動器一第三實施例之三層結構(頂層1000、中間層1040及底層1050)之上視圖。該頂層1000如圖10A所示，係一環架式(gimbaled)結構，包含一可動件1010、一承載件1020及一固定件1030，其係以導電材料製成，通常是單晶矽(single crystal silicon)。該包含梳狀電極1011之可動件1010係藉一對扭轉樞紐1012連接至該承載件1020。該可動件1010係藉絕緣溝(insulation trenches)1024，通常是填滿絕緣材如二氧化矽(silicon dioxide)或二氧化矽與聚矽(poly-silicon)以提供機械強度，以與該承載件1020電性絕緣。該承載件1020設有內梳狀電極1021及外梳狀電極1023(1023A、1023B)，並藉一對扭轉樞紐1022A、1022B連接至該固定件1030。該承載件1020係藉絕緣溝(insulation trenches)1032以與該固定件1030電性絕緣。該絕緣溝1032分開該固定件1030成至少二絕緣半體(halves)1030A及1030B供分別電性連接至梳狀電極1031A及1031B。
該承載件1020之內梳狀電極1021，其可藉由扭轉樞紐1022B連接至接地GND，係與該可動件1010之梳狀電極1011，其連接至一第一交流電壓源AC1，交錯排列在同一平面，以形成一水平梳狀電極驅動致動器(in-plane comb-drive actuator)。該承載件1020之外梳狀電極1023A，其連接至接地GND，係與該固定件1030之梳狀電極1031A，其連接至一第二交流電壓源AC2，交錯排列以形成另一水平梳狀電極驅動致動器。該承載件1020之外梳狀電極1023B，其連接至接地GND，係與該固定件1030之梳狀電極1031B，其也連接至一第二交流電壓源AC2，交錯排列以形成另一水平梳狀電極驅動致動器。
該中間層1040如圖10B所示，係以非導電材料製成，通常是二氧化矽(silicon dioxide)以在頂層1000及底層1050之間提供絕緣作用；該中間層1040係由一開口1041、一梳狀結構1043及一固定件1042構成。該梳狀結構1043是用以隔離該底層1050之梳狀電極1053A及1053B與該頂層1000之梳狀電極1031A及1031B。
該底層1050如圖10C所示，係由一可為一穿孔或一腔體(cavity)之開口1051、梳狀電極1053A及1053B、電性絕緣溝(insulation trenches)1055及電極板1052(1052A、1052B)構成，其係以導電材料製成，通常採用單晶矽(single crystal silicon)。該開口1051若為腔體(cavity)，則須設計具有特定深度以提供足夠之空間供該頂層1000之可動件1010及承載件1020轉動。選擇一穿孔或一腔體(cavity)係決定於形成該開口1051之成本或製造結果。該絕緣溝1055通常是填滿絕緣材如二氧化矽(silicon dioxide)或二氧化矽與聚矽(poly-silicon)以確保該底層1050之一體性(integrity)並用以隔離梳狀電極1053A及1053B。梳狀電極1053A及1053B可分別藉由電極板1052A及1052B連接至一電壓源AC3及AC4。該承載件1020之外梳狀電極1023A係與該底層1050之梳狀電極1053A垂直地交錯排列以形成一垂直梳狀電極驅動致動器。該承載件1020之外梳狀電極1023B係與該底層1050之梳狀電極1053B垂直地交錯排列以形成另一垂直梳狀電極驅動致動器。
在本第三實施例中，該可動件1010之致動方法近似於如第一實施例所述可動件110之致動方法，其係藉將梳狀電極1011連接至電壓源AC1及將梳狀電極1021連接至接地GND以形成一水平梳狀電極驅動致動器。該水平梳狀電極驅動致動器可用以促使該可動件1010以或接近其共振頻率來振動。電壓源AC1之頻率是兩倍於該可動件1010之振動頻率。
參閱圖11A-11F，其係圖10A中頂層600沿著剖線C-C之剖視圖。為說明目的，該頂層1000之梳狀電極1031A及1031B以及該底層1050之梳狀電極1053A及1053B畫成半透明狀。在圖11A中，該承載件1020繞以扭轉樞紐1022A及1022B所界定之轉軸順時針方向轉動至一最大轉動角度，其中該扭轉樞紐1022A及1022B亦同步產生一逆時針方向之回復扭矩(restoring torque)。為了控制該承載件1020之線性轉動(linear rotation)能依據如圖9所示光柵掃描型式(raster scan pattern)之垂直的運動，電壓源AC4被應用在梳狀電極1053B以調整扭轉樞紐1022A及1022B之回復扭矩之力平衡，以使該承載件1020線性地轉動一直到它回至水平位置如圖11B所示。為了使該承載件1020從水平位置作逆時針方向轉動，應用在梳狀電極1053B上之電壓源AC3被控制以吸引梳狀電極1023A以線性轉動運動向下一直到該承載件1020轉動至另一最大轉動角度如圖11C所示。為了進行如圖9所示光柵掃描型式(raster scan pattern)所述之垂直飛回運動(vertical fly back motion)，AC2被控制以產生在垂直梳狀電極驅動致動器中之吸引力以使該承載件1020順時針方向快速轉動至水平位置如圖11D至圖11E所示。當該承載件1020順時針方向轉動經過水平位置時，AC2即切換至接地GND程度而AC4被控制以在垂直梳狀電極驅動致動器中產生吸引力以使該承載件1020順時針方向線性轉動至一最大轉動角度如圖11F所示以完成一振動循環。
參閱圖12，其係用以說明對應於圖11中該承載件1020之轉動角度與使用電壓源AC2、AC3及AC4之相位及振幅之間的關係圖。該承載件1020之運動能藉由控制所應用之電壓源而控制以鋸齒狀(sawtooth)轉動。該可動件1010以或接近共振頻率之振動運動能藉應用電壓源AC1以兩倍於該可動件1010之振動頻率而被控制。結合該可動件1010之振動運動與該承載件1020之鋸齒性振動，該MEMS(微機電)致動器能進行如圖9所示之光柵型式(raster pattern)掃描運動。
以上所述各實施例均可利用本案發明人所有之美國發明專利US7.205,174所揭示之製造方法製成。本發明係利用多面梳狀電極以將美國發明專利US7,329,930(即台灣發明第I253436號及中國發明專利號ZL200410039670.0，皆為本案發明人所發明)所揭示之微機電梳狀電極驅動致動器之設計延伸至雙軸的微機電致動器，藉以達成更進一步之功效。
以上所示僅為本發明之優選實施例，對本發明而言僅是說明性的，而非限制性的。在本領域具通常智識者理解，在本發明專利要求所限定的精神和範圍內可對其進行許多改變，修改，甚至等效變更，但都將落入本發明的保護範圍內。
100．．．頂層
110．．．可動件
111．．．梳狀電極
112．．．扭轉樞紐
120．．．承載件
121、123．．．梳狀電極
122A、122B．．．扭轉樞紐
124．．．絕緣溝
130．．．固定件
131．．．梳狀電極
132．．．絕緣溝
140．．．中間層
141．．．開口
142．．．固定件
150．．．底層
151．．．開口
152．．．固定件
610．．．可動件
611．．．梳狀電極
620．．．承載件
621、623．．．梳狀電極
630．．．固定件
631．．．梳狀電極
640．．．中間層
612、622A、622B．．．扭轉樞紐
624、632．．．絕緣溝
640．．．中間層
641．．．開口
643．．．梳狀結構
650．．．底層
651．．．開口
651．．．開口
652．．．電極板
653．．．梳狀電極
1000．．．頂層
1010．．．可動件
1011．．．梳狀電極
1012．．．扭轉樞紐
1020．．．承載件
1022A、1022B．．．扭轉樞紐
1024．．．絕緣溝
1021、1023A、1023B．．．梳狀電極
1030．．．固定件
1030A、1030B．．．絕緣半體
1031A、1031B．．．梳狀電極
1032．．．絕緣溝
1040．．．中間層
1041．．．開口
1042．．．固定件
1043．．．梳狀結構
1050．．．底層
1051．．．開口
1052A、1052B．．．電極板
1053A、1053B．．．梳狀電極
1055．．．絕緣溝
圖1A、1B、1C：分別係本發明MEMS致動器一實施例之頂層(第一半導體層)、中間層(電性絕緣層)及底層(第二半導體層)之上視圖。
圖2A-2F：分別係本發明之頂層(第一半導體層)之內可動件之水平梳狀電極驅動致動器之致動狀態說明圖。
圖3：係本發明之頂層(第一半導體層)之內可動件繞第一樞軸之振動振幅(oscillation amplitude)與使用電壓AC1之相位之間的關係圖。
圖4：係本發明之頂層(第一半導體層)之承載件繞第二樞軸之振動振幅(oscillation amplitude)與使用電壓AC2之相位之間的關係圖。
圖5：係本發明之雙軸微機電致動器一實施例之立體示意圖。
圖6A、6B、6C：分別係本發明MEMS致動器一第二實施例之頂層(第一半導體層)、中間層(電性絕緣層)及底層(第二半導體層)之上視圖。
圖7A-7F：分別係圖6A、6B、6C所示實施例之頂層(第一半導體層)之承載件之水平梳狀電極驅動致動器之致動狀態說明圖。
圖8A：係本發明之頂層(第一半導體層)之承載件繞第二樞軸之振動振幅(oscillation amplitude)與使用電壓AC2及AC3之相位及振幅之間的關係圖。
圖8B：係本發明之頂層(第一半導體層)之承載件繞第二樞軸之振動振幅(oscillation amplitude)與使用電壓AC2及AC3之相位及振幅之間的關係圖。
圖9：係一雙軸微機電致動器之標準raster掃描動作說明圖。
圖10A、10B、10C：分別係本發明MEMS致動器另一實施例之頂層(第一半導體層)、中間層(電性絕緣層)及底層(第二半導體層)之上視圖。
圖11A-11F：分別係本發明(圖10A-10C所示實施例)之承載件藉水平及垂直梳狀電極驅動致動器之致動狀態說明圖。
圖12：係本發明(圖10A-10C所示實施例)之承載件之振動振幅與使用電壓AC2、AC3及AC4之相位及振幅之間的關係圖。
100．．．頂層
110．．．可動件
111．．．梳狀電極
112．．．扭轉樞紐
120．．．承載件
121、123．．．梳狀電極
122A、122B．．．扭轉樞紐
124．．．絕緣溝
130．．．固定件
131．．．梳狀電極
132．．．絕緣溝

Claims (12)

  1. 一種具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，係包括：一第一半導體層，具有：一可動件藉一第一對扭轉樞紐連置於一承載件，具有一第一及一第二組之梳狀電極設在一由該第一對扭轉樞紐所界定之一第一轉軸的相對邊上；該承載件藉一第二對扭轉樞紐連置於一固定件，具有一第三及一第四組之內梳狀電極設在該第一轉軸的相對邊上，及一第五及一第六組之外梳狀電極設在由該第二對扭轉樞紐所界定之一第二轉軸的相對邊上，該承載件具有多個絕緣溝形成在該承載件內以使該可動件與該承載件電性絕緣；及該固定件內具有一第七及一第八組之梳狀電極設在該第二轉軸的相對邊上；其中該第一及第二組梳狀電極分別與該第三及第四組之內梳狀電極交錯排列在由該第一半導體層所所界定之同一平面中；該第五及第六組之外梳狀電極分別與該第七及第八組梳狀電極交錯排列在由該第一半導體層所界定之同平面中；一第二半導體層具有一腔體，且未設該可動件；以及一電性絕緣層其係承載並隔離該第一半導體層及第二半導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一轉軸及第二轉軸係相互垂直地安排。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一及第二組梳狀電極係耦合於一第一交流電壓源，該第三、第四、第五及第六組梳狀電極係耦合於接地，而該第七及第八組梳狀電極係耦合於一第二交流電壓源。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一交流電壓源之頻率是兩倍於該可動件之振動頻率。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第二交流電壓源之頻率是兩倍於該承載件之振動頻率。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第二半導體層進一步設具一第九組之梳狀電極設在該第二轉軸的一邊上並與該第五組之外梳狀電極垂直地交錯排列。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第九組之梳狀電極係耦合於一第三交流電壓源。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第三交流電壓源之頻率是相同於該承載件之振動頻率。
  9. 一種具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，係包括：一第一半導體層，具有：一可動件藉一第一對扭轉樞紐連置於一承載件，具有一第一及一第二組之梳狀電極設在一由該第一對扭轉樞紐所界定之一第一轉軸的相對邊上；該承載件藉一第二對扭轉樞紐連置於一固定件，具有一第三及一第四組之內梳狀電極設在該第一轉軸的相對邊上，及一第五及一第六組之外梳狀電極設在由該第二對扭轉樞紐所界定之一第二轉軸的相對邊上，該承載件具有多個絕緣溝形成在該承載件內以使該可動件與該承載件電性絕緣；及該固定件內具有一第七及一第八組之梳狀電極設在該第二轉軸的相對邊上；其中該第一及第二組之梳狀電極分別與該第三及第 四組之內梳狀電極交錯排列在由該第一半導體層所界定之同平面中；該第五及第六組之外梳狀電極分別與該第七及第八組之梳狀電極交錯排列在由該第一半導體層所界定之同平面中；一第二半導體層其未設該可動件，具有：一腔體；及一第九及一第十組之梳狀電極其係相互電性絕緣並設在該第二轉軸的相對邊上；其中該第九及第十組之梳狀電極係分別與該承載件之第五及第六組之外梳狀電極垂直地交錯排列；以及一電性絕緣層其係承載並隔離該第一半導體層及第二半導體層。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一轉軸及第二轉軸係相互垂直地安排。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一及第二組之梳狀電極係耦合於一第一交流電壓源，該第三、第四、第五及第六組之梳狀電極係耦合於接地，而該第七及第八組之梳狀電極係耦合於一第二交流電壓源，該第九組之梳狀電極係耦合於一第三交流電壓源，該第十組之梳狀電極係耦合於一第四交流電壓源。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之具多面梳狀電極之雙軸微機電致動器，其中該第一交流電壓源之頻率是兩倍於該可動件之振動頻率。
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