WO2021073808A1 - Micromechanical component for an optical device - Google Patents

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WO2021073808A1
WO2021073808A1 PCT/EP2020/075330 EP2020075330W WO2021073808A1 WO 2021073808 A1 WO2021073808 A1 WO 2021073808A1 EP 2020075330 W EP2020075330 W EP 2020075330W WO 2021073808 A1 WO2021073808 A1 WO 2021073808A1
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WO
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actuation electrode
membrane
micromechanical component
potential
material layer
Prior art date
Application number
PCT/EP2020/075330
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German (de)
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Inventor
Thomas Buck
Christoph Daniel Kraemmer
Reinhold Roedel
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0002—Arrangements for avoiding sticking of the flexible or moving parts
    • B81B3/001—Structures having a reduced contact area, e.g. with bumps or with a textured surface
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
    • G02B26/001—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements based on interference in an adjustable optical cavity
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
    • B81B2201/04—Optical MEMS
    • B81B2201/047—Optical MEMS not provided for in B81B2201/042 - B81B2201/045

Definitions

  • the invention relates to a micromechanical component for an optical device and a method for operating such a micromechanical component for an optical device.
  • the invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for an optical device.
  • the invention creates a micromechanical component for an optical device with the features of claim 1, an optical device with the features of claim 7, a method for operating a micromechanical component for an optical device with the features of claim 8 and a manufacturing method for a micromechanical Component for an optical device with the features of claim 9.
  • the present invention creates micromechanical components, each with an actuation electrode and an associated membrane, the distance of which from the interacting actuation electrode can be reduced by means of a potential difference not equal to zero between the actuation electrode and the membrane, with the occurrence of a direct conductive contact between the membrane and the actuation electrode being reliably prevented is.
  • the conventional risk of the membrane welding together with the actuation electrode is therefore significantly reduced compared to the prior art.
  • the present invention thus creates micromechanical components which can reliably fulfill their function over a comparatively long service life.
  • the micromechanical components according to the invention can be produced in a simple manner and using relatively few different materials.
  • the present invention facilitates miniaturization of the micromechanical components.
  • the present invention can thus be implemented cost-effectively and, due to the successful miniaturization of its micromechanical components, can be used in a variety of ways.
  • the actuation electrode is formed from at least one electrically conductive material, the at least one attachment structure being formed from the at least one electrically conductive material of the actuation electrode and being electrically isolated from the actuation electrode by means of at least one structured separating trench.
  • the actuation electrode and the at least one attachment structure are structured out of the at least one electrically conductive material by means of the at least one separating trench.
  • the actuation electrode and the at least one attachment structure are formed by means of a local variation of a doping of a material layer or a material layer stack within the material layer or the material layer stack.
  • the actuation electrode and the at least one attachment structure can be produced in a comparatively simple manner.
  • the embodiment of the micromechanical component described in this paragraph can therefore also be produced relatively inexpensively.
  • a third potential unequal to the first potential of the actuation electrode and unequal to the second potential of the membrane can be applied to the at least one attachment structure.
  • the membrane is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure being formed entirely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane. Since the at least one stop structure is reliably prevented from hitting the actuation electrode directly, it is not necessary to use an electrically insulating material to form the at least one stop structure.
  • the membrane can be a Bragg reflector.
  • a micromechanical component designed with a Bragg reflector as the membrane can be used in many ways. The advantages described above are also ensured in the case of an optical device with such a micromechanical component.
  • the optical device can be, for example, a tunable spectral filter or a Fabry-Perot interferometer. It is pointed out, however, that the examples listed here for the optical device are not to be interpreted restrictively.
  • Execution of a method for operating a micromechanical component for an optical device with the following steps also brings about advantages: applying a potential difference other than zero between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode , whereby a distance between the actuation electrode and the membrane side of the membrane aligned with the actuation electrode is reduced, and an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and the contact structure electrically insulated from the actuation electrode is reduced, wherein, if it is established that the at least one intermediate distance equals When it becomes zero or falls below a predetermined threshold value, the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero.
  • Fig. 2 is a schematic partial representation of a second
  • La to lc show schematic overall and partial representations of a first embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 1 a comprises an actuation electrode 10 and a diaphragm 12 with a diaphragm side 12a aligned with the actuation electrode 10.
  • the actuation electrode 10 is fastened directly to a substrate surface 14 a of a substrate 14.
  • the actuation electrode 10 can also be separated / electrically insulated from the substrate 14 by means of at least one intermediate layer, for example by means of at least one insulating layer.
  • Electrode material deposition 20 and a support structure 22 lying between the remaining regions 18 and the membrane 12 is only to be interpreted as an example.
  • the support structure 22 can be formed from remaining regions of at least one insulating layer deposited on the electrode material deposit 20, regions of the at least one insulating layer lying between the membrane 12 and the substrate 14 being etched / removed.
  • the actuation electrode 10 and the membrane 12 can be electrically contacted in such a way that a potential difference not equal to zero between a first potential of the actuation electrode 10 and a second potential of the membrane 12 can be applied such that a distance d between the actuation electrode 10 and the one to the actuation electrode 10 aligned membrane side 12a of the membrane 12 is reduced / reduced.
  • a potential difference unequal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12 the distance d between the actuation electrode and the membrane side 12a can thus be reduced.
  • this can be used for a variety of purposes.
  • the micromechanical component described here can therefore be used advantageously for a large number of optical devices.
  • the actuation electrode 10 is preferably designed as a ring electrode.
  • a ring electrode can be understood to mean an electrode with an inner edge 10a and an outer edge 10b (see FIG. 1c).
  • the actuation electrode 10 embodied as a ring electrode can have a circular ring structure or a polygonal ring structure.
  • the inner edge 10a of the actuation electrode 10 can frame a circular or polygonal partial area 14b of the substrate surface 14a of the substrate 14 or of the at least one intermediate layer which at least partially covers the substrate surface 14a.
  • the actuation electrode 10 is designed as a ring electrode, the application of a potential difference unequal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12 warps / "kinks" an edge region 12b of the membrane 12 spanning the actuation electrode 10 in such a way that an edge region 12b framed and the circular one or the central region 12c of the membrane 12 spanning the polygonal partial surface 14c remains (almost) parallel to the substrate surface 14a, but is displaced in relation to the substrate surface 14a.
  • the central region 12c of the membrane 12 is therefore advantageously suitable as an optical component which can be displaced by applying a potential difference other than zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12 while maintaining its alignment (essentially) parallel to the substrate surface 14a in relation to the substrate surface 14a is.
  • the distance d decreases, so that an electrostatic force of attraction of the diaphragm 12 to the actuation electrode 10 increases more than a restoring force of the diaphragm 12 a membrane structure by means of an electrode in the form of a ring structure, the risk of a so-called pull-in effect occurring, which in the prior art often causes a direct conductive contact between the membrane structure and the electrode in the form of a ring structure.
  • external interfering influences such as impacts or vibrations, also contribute to increasing the risk of direct conductive contact occurring between the membrane structure and the ring-shaped electrode.
  • a direct conductive contact between the membrane structure and the ring-shaped electrode often leads to a short circuit, which leads to the welding of the membrane structure to the ring-shaped electrode.
  • the micromechanical component described here advantageously has at least one stop structure 24 protruding from the membrane side 12a of the membrane 12 that is aligned with the actuation electrode 10.
  • the micromechanical component also comprises at least one attachment structure 26, electrically insulated from the actuation electrode 10, for the at least one stop structure 24 Attachment structure 26 shown in FIGS. La and lb.)
  • the at least one attachment structure 26 is adjacent to the Actuation electrode 10 is arranged or framed by the actuation electrode 10.
  • the at least one attachment structure 26 is preferably likewise arranged on the substrate surface 14a of the substrate 14 or on the at least one intermediate layer which at least partially covers the substrate surface 14a.
  • the at least one stop structure 24 can also be referred to as an anti-stiction bump.
  • the at least one stop structure 24 can, for example, protrude as a cylindrical structure on the membrane structure 12a of the membrane 12 that is aligned with the actuation electrode 10. It is pointed out, however, that the micromechanical component can not be configured to a specific shape of its at least one stop structure 24.
  • the at least one stop structure 24 can be formed from at least one electrically insulating material, for example. If, however, the membrane 12 is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure 24 is preferably completely formed from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12.
  • the at least one stop structure 24 abuts against the at least one associated attachment structure 26 when the membrane 12 is strongly attracted to the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 is electrically isolated from the actuation electrode 10, there is no current flow between the membrane 12 and the actuation electrode 10 About which at least one stop structure 24 abutting the at least one attachment structure 26 are feared.
  • the at least one stop structure 24 can be formed completely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12 without any problems. By such a The formation of the at least one stop structure 24 makes it easier to manufacture.
  • the actuation electrode 12 is formed from at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20.
  • the at least one attachment structure 26 is advantageously also formed from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 and is electrically insulated from the actuation electrode 12 by means of at least one structured separating trench 28. It is therefore not necessary to deposit a “separate” attachment structure material in order to form the at least one attachment structure 24. Instead, the at least one electrically conductive material used to form at least the actuation electrode 10 can also be used to form the at least one attachment structure 26.
  • electrical insulation of the at least one attachment structure 26 from the actuation electrode 10 by means of forming the at least one separating trench 28 facilitates an arrangement of the at least one attachment structure 26 close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10 can be placed in a targeted manner at the at least one position at which there is conventionally a high risk of direct conductive contact between the membrane 12 and the actuation electrode 10.
  • the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 can also be formed jointly within a material layer or a material layer stack, the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 being electrically isolated from one another by means of a local variation of a doping of the material layer or the material layer stack . If the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, at least one (almost) undoped area can be used as the at least one attachment structure 26.
  • the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least one minimum doping, (essentially) undoped areas between the actuation electrode 10 and the at least a mounting structure 26 can be used to electrically isolate the at least one mounting structure 26 from the actuation electrode 10.
  • electrical separation of the at least one attachment structure 26 from the actuation electrode 10 by local implantation and the selection of non-doped regions of the material layer or of the material layer stack is possible.
  • the possibilities described here for forming the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 also facilitate an arrangement of the at least one attachment structure 26 close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10.
  • FIG. 1c shows a top view of the substrate surface 14a of the substrate 14 with the actuation electrode 10 attached.
  • Inner edge 10a of the actuation electrode 10 than lie on the outer edge 10b of the actuation electrode 10. This is particularly advantageous since, in particular close to the inner edge 10a of the actuation electrode 10 designed as a ring electrode, high attractive forces act on the membrane 10.
  • An arrangement of the at least one attachment structure 26 on the annular or polygonal partial area 14b of the substrate surface 14a of the substrate 14 framed by the actuation electrode 10 or the at least one intermediate layer at least partially covering the substrate surface 14a is also possible.
  • FIG. 2 shows a schematic partial illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 2 is also designed, due to its equipment with the at least one stop structure 24 (not shown) and the at least one associated attachment structure 26, that welding of the membrane 12 to the actuation electrode 10, which conventionally often leads to destruction of a component according to the state of the art is reliably prevented.
  • the at least one attachment structure 26 is also designed in such a way that a third attachment structure is attached to the at least one attachment structure 26 Potential unequal to the first potential of the actuation electrode 10 and unequal to the second potential of the membrane 12 can be applied.
  • a supply line 30 is formed by way of example on each attachment structure 26, at least one end of the respective supply line 30 connected to the respective attachment structure 26 being framed by the actuation electrode 10.
  • the at least one supply line 30 protrudes radially out of the outer edge 10b of the actuation electrode 10 designed as a ring electrode, so that simple electrical contacting of the at least one supply line 30 from an external environment of the actuation electrode 10 is possible.
  • the at least one supply line 30 can also be formed from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 and be electrically insulated from the actuation electrode 12 by means of the at least one structured separating trench 28.
  • the at least one supply line 30 together with the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 can be formed within its material layer or its material layer stack, the at least one supply line 30 being electrically isolated from the actuation electrode 10 by means of a local variation of the doping of the material layer or the material layer stack .
  • the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, (essentially) undoped areas between the actuation electrode 10 and the at least one supply line 30 can be used to electrically isolate the at least one supply line 30 from the actuation electrode 10. Electrical separation of the at least one feed line 30 is thus possible by means of at least one separating trench 28 or by means of a local variation of the doping and the selection of non-doped regions of the material layer or of the material layer stack.
  • the membrane 12 can be a mirror device, such as a Bragg reflector, which reflects at least a specific wavelength range.
  • the substrate 14 can optionally also consist of at least one for the reflected from the membrane 12 Wavelength range be transparent material and / or have a through hole.
  • the actuation electrode 10 configured as a ring electrode can optionally also frame an edge of the through hole.
  • FIG. 3 shows a schematic overall illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 3 is a further development of the embodiment of FIG Stop structure 24 and the at least one attachment structure 26 also has a further membrane 32, which is arranged on a side of membrane 12 facing away from actuation electrode 10 and is spaced apart from membrane 12 by means of a further support structure 34.
  • the further support structure 34 can be formed from residual regions of at least one insulating layer deposited on the membrane 12, with regions of the at least one insulating layer lying between the membrane 12 and the further membrane 32 being etched / removed.
  • a layer thickness of the further support structure 34 can, for example, be in a range between 100 nm and several micrometers.
  • the further membrane 32 is also designed as a mirror device that reflects at least the wavelength range reflected by the membrane 12.
  • the further membrane 32 can be a Bragg reflector.
  • the cavity 36 has a high transmission for a light incident perpendicular to the membranes 12 and 32 with an optical wavelength only if its cavity length corresponds to an integral multiple of half the optical wavelength of the light.
  • the micromechanical component shown schematically in FIG. 3 is part of an optical device which is designed as a tunable spectral filter, specifically as a Fabry-Perot interferometer.
  • a partial area of the cavity 36 lying between the central area 12c of the membrane 12 and the further membrane 32 is used as an optically active gap 38 with a gap width s oriented perpendicular to the membranes 12 and 32.
  • FIG. 4 shows a flowchart for explaining an embodiment of the method for operating a micromechanical component for an optical device.
  • micromechanical components described above can be operated using the method explained below. A feasibility However, the method described below is not limited to the use of one of the micromechanical components explained above.
  • a potential difference not equal to zero is applied between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode.
  • a distance between the actuation electrode and the diaphragm side of the diaphragm which is aligned with the actuation electrode is reduced.
  • an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and electrically insulated from the actuation electrode is reduced.
  • the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero as method step S2.
  • a resistive detection of a short circuit between the at least one stop structure 24 and the at least one touch structure 26 or a short circuit between the second potential of the Membrane and a third potential of the at least one attachment structure 26 are detected.
  • a capacitive detection can also be used for the continuous detection of the at least one intermediate distance while the method step S1 is being carried out.
  • FIG. 5 shows a flowchart for explaining an embodiment of the production method for a micromechanical component for an optical device. All of the micromechanical components described above can be manufactured using the manufacturing method explained below. A feasibility of the production method is not limited to the production of the micromechanical components explained above.
  • An actuation electrode is formed as method step S10.
  • a membrane is also formed with a membrane side aligned with the actuation electrode.
  • the method steps S10 and Sil are carried out in such a way that when the finished micromechanical component is in operation, a potential difference not equal to zero can be applied between a first potential of the actuation electrode and a second potential of the membrane, provided that a potential difference not equal to zero is present between the actuation electrode and the membrane , a distance between the actuation electrode and the diaphragm side of the diaphragm aligned with the actuation electrode is reduced.
  • method step Sil at least one protruding stop structure is also formed on the membrane side of the membrane that is aligned with the actuation electrode.
  • the manufacturing method also includes a method step S12, in which at least one attachment structure, which is electrically insulated from the actuation electrode, is formed for the at least one stop structure, which is arranged adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode.
  • the method steps S10 to S12 can be carried out in any order or at a time overlapping.
  • method steps S10 and S12 can be carried out simultaneously by depositing at least one electrically conductive material and structuring the actuation electrode and the at least one attachment structure from the at least one electrically conductive material by means of at least one separating trench.
  • Method steps S10 and S12 can also be carried out simultaneously by forming a material layer or a material layer stack, and then doping the material layer or the material layer stack in such a way that the actuation electrode and the at least one attachment structure by means of a local variation of a Doping the material layer or the material layer stack are formed within the material layer or the material layer stack.
  • micromechanical components described above can also be formed when the manufacturing method is carried out.

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Abstract

The invention relates to a micromechanical component for an optical device having an actuation electrode (10) and a membrane (12) having a membrane side (12a) oriented toward the actuation electrode (10), wherein a potential difference not equal to zero between a first potential of the actuation electrode (10) and a second potential of the membrane (12) is able to be applied in such a way that a distance (d) between the actuation electrode (10) and the membrane side (12a) of the membrane (12) oriented toward the actuation electrode (10) is able to be reduced, and wherein the micromechanical component comprises at least one stop structure (24) projecting at the membrane side (12a) of the membrane (12) oriented toward the actuation electrode (10), and at least one placement structure (26) for the at least one stop structure (24), said at least one placement structure being electrically insulated from the actuation electrode (10) and being arranged adjacent to the actuation electrode (10) or in a manner framed by the actuation electrode (10). Furthermore, the invention relates to a method for operating such a micromechanical component for an optical device, and to a production method for a micromechanical component for an optical device.

Description

Beschreibung description
Titel title
Mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung Micromechanical component for an optical device
Die Erfindung betrifft ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung und ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung. The invention relates to a micromechanical component for an optical device and a method for operating such a micromechanical component for an optical device. The invention also relates to a manufacturing method for a micromechanical component for an optical device.
Stand der Technik State of the art
Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der US 5,561,523 A, sind Bauteile zur Verwendung für optische Vorrichtungen bekannt, welche jeweils eine Aktuationselektrode und eine Membran mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite aufweisen, wobei ein Abstand zwischen der jeweiligen Aktuationselektrode und der Membranseite der zugeordneten Membran durch Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran verringerbar sein soll. From the prior art, such as US Pat. No. 5,561,523 A, components for use in optical devices are known which each have an actuation electrode and a diaphragm with a diaphragm side aligned with the actuation electrode, with a distance between the respective actuation electrode and the diaphragm side of the associated Membrane should be able to be reduced by applying a potential difference unequal to zero between the actuation electrode and the membrane.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Die Erfindung schafft eine mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7, ein Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 8 und ein Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 9. The invention creates a micromechanical component for an optical device with the features of claim 1, an optical device with the features of claim 7, a method for operating a micromechanical component for an optical device with the features of claim 8 and a manufacturing method for a micromechanical Component for an optical device with the features of claim 9.
Vorteile der Erfindung Die vorliegende Erfindung schafft mikromechanische Bauteile mit jeweils einer Aktuationselektrode und einer zugeordneten Membran, deren Abstand zu der zusammenwirkenden Aktuationselektrode mittels einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran verringerbar ist, wobei ein Auftreten eines direkten leitfähigen Kontakts zwischen der Membran und der Aktuationselektrode verlässlich verhindert ist. Damit kann auch kein Kurzschluss zwischen der Aktuationselektrode und der zugeordneten Membran eines erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteils auftreten. Das herkömmliche Risiko eines Verschweißens der Membran mit der Aktuationselektrode ist deshalb gegenüber dem Stand der Technik deutlich reduziert. Die vorliegende Erfindung schafft somit mikromechanische Bauteile, welche während einer vergleichsweise langen Lebensdauer ihre Funktion verlässlich erfüllen können. Advantages of the invention The present invention creates micromechanical components, each with an actuation electrode and an associated membrane, the distance of which from the interacting actuation electrode can be reduced by means of a potential difference not equal to zero between the actuation electrode and the membrane, with the occurrence of a direct conductive contact between the membrane and the actuation electrode being reliably prevented is. This means that no short circuit can occur between the actuation electrode and the associated membrane of a micromechanical component according to the invention. The conventional risk of the membrane welding together with the actuation electrode is therefore significantly reduced compared to the prior art. The present invention thus creates micromechanical components which can reliably fulfill their function over a comparatively long service life.
Wie nachfolgend genauer erläutert wird, können die erfindungsgemäßen mikromechanischen Bauteile auf einfache Weise und unter Verwendung von relativ wenigen unterschiedlichen Materialien hergestellt werden. Außerdem erleichtert die vorliegende Erfindung eine Miniaturisierung der mikromechanischen Bauteile. Die vorliegende Erfindung ist somit kostengünstig realisierbar und aufgrund der erfolgreichen Miniaturisierung ihrer mikromechanischen Bauteile vielseitig einsetzbar. As will be explained in more detail below, the micromechanical components according to the invention can be produced in a simple manner and using relatively few different materials. In addition, the present invention facilitates miniaturization of the micromechanical components. The present invention can thus be implemented cost-effectively and, due to the successful miniaturization of its micromechanical components, can be used in a variety of ways.
In einer vorteilhaften Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die Aktuationselektrode aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material gebildet, wobei die mindestens eine Aufsetzstruktur aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Aktuationselektrode gebildet ist und mittels mindestens eines strukturierten Trenngrabens von der Aktuationselektrode elektrisch isoliert ist. Bei dieser Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels des mindestens einen Trenngrabens aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert. Die hier beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist somit auf relativ einfache Weise und vergleichsweise kostengünstig herstellbar. In einer alternativen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels einer lokalen Variation einer Dotierung einer Materialschicht oder eines Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet. Auch in diesem Fall sind die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur auf vergleichsweise einfache Weise herstellbar. Deshalb ist auch die in diesem Absatz beschriebene Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils relativ kostengünstig herstellbar. In an advantageous embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode is formed from at least one electrically conductive material, the at least one attachment structure being formed from the at least one electrically conductive material of the actuation electrode and being electrically isolated from the actuation electrode by means of at least one structured separating trench. In this embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode and the at least one attachment structure are structured out of the at least one electrically conductive material by means of the at least one separating trench. The embodiment of the micromechanical component described here can thus be produced in a relatively simple manner and comparatively inexpensively. In an alternative embodiment of the micromechanical component, the actuation electrode and the at least one attachment structure are formed by means of a local variation of a doping of a material layer or a material layer stack within the material layer or the material layer stack. In this case too, the actuation electrode and the at least one attachment structure can be produced in a comparatively simple manner. The embodiment of the micromechanical component described in this paragraph can therefore also be produced relatively inexpensively.
Als vorteilhafte Weiterbildung kann an die mindestens eine Aufsetzstruktur ein drittes Potential ungleich dem ersten Potential der Aktuationselektrode und ungleich dem zweiten Potential der Membran anlegbar sein. Mittels des Anlegens eines geeigneten dritten Potentials an die mindestens eine Aufsetzstruktur kann ein „Stitching“ der mindestens einen Anschlagstruktur an ihrer jeweiligen Aufsetzstruktur selbst bei einem direkten Kontakt der jeweiligen Anschlagstruktur mit der Aufsetzstruktur verlässlich verhindert werden. As an advantageous further development, a third potential unequal to the first potential of the actuation electrode and unequal to the second potential of the membrane can be applied to the at least one attachment structure. By applying a suitable third potential to the at least one attachment structure, “stitching” of the at least one stop structure on its respective attachment structure can be reliably prevented even in the event of direct contact between the respective attachment structure and the attachment structure.
In einer weiteren kostengünstigen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils ist die Membran zumindest teilweise aus mindestens einem Halbleitermaterial geformt, wobei die mindestens eine Anschlagstruktur vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran geformt ist. Da ein Anschlägen der mindestens einen Anschlagstruktur direkt an der Aktuationselektrode verlässlich verhindert ist, ist es nicht notwendig, ein elektrisch isolierendes Material zum Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur zu verwenden. Durch die Mitnutzung des einzigen Halbleitermaterials oder mindestens eines der Halbleitermaterialien der Membran zum Ausbilden der mindestens einen Anschlagstruktur können Verfahrensschritte und Herstellungskosten bei der Herstellung der hier beschriebenen Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils eingespart werden. In a further cost-effective embodiment of the micromechanical component, the membrane is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure being formed entirely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane. Since the at least one stop structure is reliably prevented from hitting the actuation electrode directly, it is not necessary to use an electrically insulating material to form the at least one stop structure. By using the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane to form the at least one stop structure, method steps and manufacturing costs in the manufacture of the embodiment of the micromechanical component described here can be saved.
Beispielsweise kann die Membran ein Bragg- Reflektor sein. Wie nachfolgend genauer erläutert wird, ist ein mit einem Bragg- Reflektor als der Membran ausgebildetes mikromechanisches Bauteil vielseitig einsetzbar. Die vorausgehend beschriebenen Vorteile sind auch bei einer optischen Vorrichtung mit einem derartigen mikromechanischen Bauteil gewährleistet. Die optische Vorrichtung kann beispielsweise ein durchstimmbarer spektraler Filter oder ein Fabry-Perot-Interferometer sein. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die hier aufgezählten Beispiele für die optische Vorrichtung nicht einschränkend zu interpretieren sind. For example, the membrane can be a Bragg reflector. As will be explained in more detail below, a micromechanical component designed with a Bragg reflector as the membrane can be used in many ways. The advantages described above are also ensured in the case of an optical device with such a micromechanical component. The optical device can be, for example, a tunable spectral filter or a Fabry-Perot interferometer. It is pointed out, however, that the examples listed here for the optical device are not to be interpreted restrictively.
Vorteile bewirkt auch ein Ausführen eines Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung mit den Schritten: Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential einer Aktuationselektrode des mikromechanischen Bauteils und einem zweiten Potential einer Membran des mikromechanischen Bauteils mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite, wodurch ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert wird, und jeweils ein Zwischenabstand zwischen mindestens einer an der Membranseite der Membran hervorstehenden Anschlagstruktur und jeweils einer für die jeweilige Anschlagstruktur benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordneten und von der Aktuationselektrode elektrisch isolierten Aufsetzstruktur reduziert wird, wobei, sofern festgestellt wird, dass der mindestens eine Zwischenabstand gleich Null wird oder unter einem vorgegebenen Schwellwert fällt, die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential der Aktuationselektrode und dem zweiten Potential der Membran reduziert oder gleich Null gesetzt wird. Execution of a method for operating a micromechanical component for an optical device with the following steps also brings about advantages: applying a potential difference other than zero between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode , whereby a distance between the actuation electrode and the membrane side of the membrane aligned with the actuation electrode is reduced, and an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and the contact structure electrically insulated from the actuation electrode is reduced, wherein, if it is established that the at least one intermediate distance equals When it becomes zero or falls below a predetermined threshold value, the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero.
Des Weiteren schafft auch ein Ausführen eines korrespondierenden Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil die oben erläuterten Vorteile der beschriebenen Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass das Herstellungsverfahren gemäß allen oben erläuterten Ausführungsformen des mikromechanischen Bauteils weitergebildet werden kann. Furthermore, executing a corresponding manufacturing method for a micromechanical component also creates the advantages of the described embodiments of the micromechanical component explained above. It is expressly pointed out that the production method can be developed in accordance with all of the embodiments of the micromechanical component explained above.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren erläutert. Es zeigen: Brief description of the drawings Further features and advantages of the present invention are explained below with reference to the figures. Show it:
Fig. la bis lc schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; La to lc schematic overall and partial representations of a first embodiment of the micromechanical component;
Fig. 2 eine schematische Teildarstellung einer zweitenFig. 2 is a schematic partial representation of a second
Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; Embodiment of the micromechanical component;
Fig. 3 eine schematische Gesamtdarstellung einer dritten3 shows a schematic overall representation of a third
Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils; Embodiment of the micromechanical component;
Fig. 4 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des4 shows a flow chart for explaining an embodiment of the
Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung; und Method for operating a micromechanical component for an optical device; and
Fig. 5 ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des5 shows a flow chart for explaining an embodiment of the
Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung. Manufacturing process for a micromechanical component for an optical device.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
Fig. la bis lc zeigen schematische Gesamt- und Teildarstellungen einer ersten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. La to lc show schematic overall and partial representations of a first embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. la schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil umfasst eine Aktuationselektrode 10 und eine Membran 12 mit einer zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a. Lediglich beispielhaft ist in der Ausführungsform der Fig. la bis lc die Aktuationselektrode 10 direkt auf einer Substratoberfläche 14a eines Substrats 14 befestigt. Alternativ kann die Aktuationselektrode 10 auch mittels mindestens einer Zwischenschicht, wie beispielsweise mittels mindestens einer Isolierschicht, von dem Substrat 14 beabstandet/elektrisch isoliert sein. Auch die in Fig. la schematisch dargestellte Aufspannung der Membran 12 mittels einer Rahmenstruktur 16, welche aus von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isolierten Restbereichen 18 einer Elektrodenmaterialabscheidung 20 und einer zwischen den Restbereichen 18 und der Membran 12 liegenden Stützstruktur 22 gebildet ist, ist nur beispielhaft zu interpretieren. Die Stützstruktur 22 kann aus Restbereichen mindestens einer auf die Elektrodenmaterialabscheidung 20 abgeschiedenen Isolierschicht, wobei zwischen der Membran 12 und dem Substrat 14 liegende Bereiche der mindestens einen Isolierschicht geätzl/entfernt sind, gebildet sein. The micromechanical component shown schematically in FIG. 1 a comprises an actuation electrode 10 and a diaphragm 12 with a diaphragm side 12a aligned with the actuation electrode 10. Merely by way of example, in the embodiment of FIGS. 1 a to 1 c, the actuation electrode 10 is fastened directly to a substrate surface 14 a of a substrate 14. Alternatively, the actuation electrode 10 can also be separated / electrically insulated from the substrate 14 by means of at least one intermediate layer, for example by means of at least one insulating layer. The clamping of the membrane 12, shown schematically in FIG. 1 a, by means of a frame structure 16, which consists of residual regions 18 electrically isolated from the actuation electrode 10 Electrode material deposition 20 and a support structure 22 lying between the remaining regions 18 and the membrane 12 is only to be interpreted as an example. The support structure 22 can be formed from remaining regions of at least one insulating layer deposited on the electrode material deposit 20, regions of the at least one insulating layer lying between the membrane 12 and the substrate 14 being etched / removed.
Die Aktuationselektrode 10 und die Membran 12 sind derart elektrisch kontaktierbar ausgebildet, dass eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode 10 und einem zweiten Potential der Membran 12 so anlegbar ist, dass ein Abstand d zwischen der Aktuationselektrode 10 und der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a der Membran 12 verringerbar/verringert ist. Mittels des Anliegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 kann somit der Abstand d zwischen der Aktuationselektrode und der Membranseite 12a reduziert werden. Wie unten noch genauer erläutert ist, kann dies für eine Vielzahl von Verwendungszwecken verwendet werden. Das hier beschriebene mikromechanische Bauteil kann deshalb für eine Vielzahl von optischen Vorrichtungen vorteilhaft eingesetzt werden. The actuation electrode 10 and the membrane 12 can be electrically contacted in such a way that a potential difference not equal to zero between a first potential of the actuation electrode 10 and a second potential of the membrane 12 can be applied such that a distance d between the actuation electrode 10 and the one to the actuation electrode 10 aligned membrane side 12a of the membrane 12 is reduced / reduced. By applying a potential difference unequal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12, the distance d between the actuation electrode and the membrane side 12a can thus be reduced. As discussed in more detail below, this can be used for a variety of purposes. The micromechanical component described here can therefore be used advantageously for a large number of optical devices.
Bevorzugter Weise ist die Aktuationselektrode 10 als Ringelektrode ausgebildet. Unter einer Ringelektrode kann eine Elektrode mit einem Innenrand 10a und einem Außenrand 10b verstanden werden (siehe Fig. lc). Die als Ringelektrode ausgebildete Aktuationselektrode 10 kann eine Kreisringstruktur oder eine Vieleckringstruktur haben. Der Innenrand 10a der Aktuationselektrode 10 kann eine kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht umrahmen. The actuation electrode 10 is preferably designed as a ring electrode. A ring electrode can be understood to mean an electrode with an inner edge 10a and an outer edge 10b (see FIG. 1c). The actuation electrode 10 embodied as a ring electrode can have a circular ring structure or a polygonal ring structure. The inner edge 10a of the actuation electrode 10 can frame a circular or polygonal partial area 14b of the substrate surface 14a of the substrate 14 or of the at least one intermediate layer which at least partially covers the substrate surface 14a.
Bei einer Ausbildung der Aktuationselektrode 10 als Ringelektrode bewirkt das Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 eine Verwölbung/ein „Abknicken“ eines die Aktuationselektrode 10 überspannenden Randbereichs 12b der Membran 12 derart, dass ein von dem Randbereich 12b umrahmter und die kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14c überspannender Mittelbereich 12c der Membran 12 (nahezu) parallel zu der Substratoberfläche 14a bleibt, jedoch in Bezug zu der Substratoberfläche 14a verschoben ist. Der Mittelbereich 12c der Membran 12 eignet sich deshalb vorteilhaft als optische Komponente, welche mittels eines Anlegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 unter Einhaltung ihrer Ausrichtung (im Wesentlichen) parallel zu der Substratoberfläche 14a in Bezug zu der Substratoberfläche 14a verschiebbar ist. If the actuation electrode 10 is designed as a ring electrode, the application of a potential difference unequal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12 warps / "kinks" an edge region 12b of the membrane 12 spanning the actuation electrode 10 in such a way that an edge region 12b framed and the circular one or the central region 12c of the membrane 12 spanning the polygonal partial surface 14c remains (almost) parallel to the substrate surface 14a, but is displaced in relation to the substrate surface 14a. The central region 12c of the membrane 12 is therefore advantageously suitable as an optical component which can be displaced by applying a potential difference other than zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12 while maintaining its alignment (essentially) parallel to the substrate surface 14a in relation to the substrate surface 14a is.
Bei einem Steigern der zwischen der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 anliegenden Potentialdifferenz nimmt der Abstand d ab, so dass eine elektrostatische Anziehungskraft der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 stärker zunimmt als eine Rückstellkraft der Membran 12. Herkömmlicherweise besteht deshalb bei einer Verwölbung einer Membranstruktur mittels einer ringstrukturförmigen Elektrode das Risiko eines Auftretens eines sogenannten Pull-In- Effekts, welcher beim Stand der Technik häufig einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode bewirkt. Auch äußere Störeinflüsse, wie zum Beispiel ein Anschlägen oder Vibrationen, tragen beim Stand der Technik zur Steigerung des Risikos eines Auftretens eines direkter leitfähiger Kontakts zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode bei. Ein direkter leitfähiger Kontakt zwischen der Membranstruktur und der ringstrukturförmigen Elektrode führt beim Stand der Technik häufig zu einem Kurzschluss, welcher zum Verschweißen der Membranstruktur an der ringstrukturförmigen Elektrode führt. When the potential difference between the actuation electrode 10 designed as a ring electrode and the diaphragm 12 increases, the distance d decreases, so that an electrostatic force of attraction of the diaphragm 12 to the actuation electrode 10 increases more than a restoring force of the diaphragm 12 a membrane structure by means of an electrode in the form of a ring structure, the risk of a so-called pull-in effect occurring, which in the prior art often causes a direct conductive contact between the membrane structure and the electrode in the form of a ring structure. In the prior art, external interfering influences, such as impacts or vibrations, also contribute to increasing the risk of direct conductive contact occurring between the membrane structure and the ring-shaped electrode. In the prior art, a direct conductive contact between the membrane structure and the ring-shaped electrode often leads to a short circuit, which leads to the welding of the membrane structure to the ring-shaped electrode.
Vorteilhafterweise weist das hier beschriebene mikromechanische Bauteil jedoch mindestens eine an der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranseite 12a der Membran 12 hervorstehende Anschlagstruktur 24 auf.However, the micromechanical component described here advantageously has at least one stop structure 24 protruding from the membrane side 12a of the membrane 12 that is aligned with the actuation electrode 10.
Wie in der vergrößerten Teildarstellung der Fig. lb auch zu erkennen ist, umfasst das mikromechanische Bauteil außerdem mindestens eine von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isolierte Aufsetzstruktur 26 für die mindestens eine Anschlagstruktur 24. (Der besseren Übersichtlichkeit wegen sind nur jeweils eine Anschlagstruktur 24 und die zugeordnete Aufsetzstruktur 26 in den Fig. la und lb dargestellt.) Die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ist benachbart zu der Aktuationselektrode 10 angeordnet oder von der Aktuationselektrode 10 umrahmt. Vorzugsweise ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ebenfalls auf der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht angeordnet. Bei einer starken Anziehung der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 stößt die mindestens eine Anschlagstruktur 24 deshalb an die mindestens eine zugeordnete Aufsetzstruktur 26, und verhindert auf diese Weise einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10. Das Risiko einer Zerstörung des mikromechanischen Bauteils aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 ist deshalb vernachlässigbar. Darum weist das hier beschriebene mikromechanische Bauteil eine gegenüber dem Stand der Technik verlängerte Lebensdauer auf. As can also be seen in the enlarged partial illustration of FIG. 1b, the micromechanical component also comprises at least one attachment structure 26, electrically insulated from the actuation electrode 10, for the at least one stop structure 24 Attachment structure 26 shown in FIGS. La and lb.) The at least one attachment structure 26 is adjacent to the Actuation electrode 10 is arranged or framed by the actuation electrode 10. The at least one attachment structure 26 is preferably likewise arranged on the substrate surface 14a of the substrate 14 or on the at least one intermediate layer which at least partially covers the substrate surface 14a. When the membrane 12 is strongly attracted to the actuation electrode 10, the at least one stop structure 24 strikes the at least one associated attachment structure 26, and in this way prevents direct conductive contact between the membrane 12 and the actuation electrode 10. The risk of destruction of the micromechanical Component due to a short circuit between the membrane 12 and the actuation electrode 10 is therefore negligible. The micromechanical component described here therefore has a longer service life than the prior art.
Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann auch als ein Anti-Stiction-Bump bezeichnet werden. Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann beispielsweise als zylinderförmige Struktur an der zu der Aktuationselektrode 10 ausgerichteten Membranstruktur 12a der Membran 12 hervorstehen. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass eine Ausbildbarkeit des mikromechanischen Bauteils nicht auf eine bestimmte Form seiner mindestens einen Anschlagstruktur 24 beschränkt ist. Die mindestens eine Anschlagstruktur 24 kann beispielsweise aus mindestens einem elektrisch isolierenden Material geformt sein. Sofern die Membran 12 jedoch zumindest teilweise aus mindestens einem Halbleitermaterial geformt ist, ist die mindestens eine Anschlagstruktur 24 bevorzugter Weise vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran 12 geformt. Da die mindestens eine Anschlagstruktur 24 bei einer starken Anziehung der Membran 12 an die Aktuationselektrode 10 gegen die mindestens eine zugeordnete Aufsetzstruktur 26 stößt und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 elektrisch isoliert ist, muss kein Stromfluss zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 über die mindestens eine an die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 anstoßende Anschlagstruktur 24 befürchtet werden. Somit kann die mindestens eine Anschlagstruktur 24 problemlos vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran 12 geformt sein. Durch eine derartige Ausbildung der mindestens einen Anschlagstruktur 24 ist deren Herstellung erleichtert. The at least one stop structure 24 can also be referred to as an anti-stiction bump. The at least one stop structure 24 can, for example, protrude as a cylindrical structure on the membrane structure 12a of the membrane 12 that is aligned with the actuation electrode 10. It is pointed out, however, that the micromechanical component can not be configured to a specific shape of its at least one stop structure 24. The at least one stop structure 24 can be formed from at least one electrically insulating material, for example. If, however, the membrane 12 is at least partially formed from at least one semiconductor material, the at least one stop structure 24 is preferably completely formed from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12. Since the at least one stop structure 24 abuts against the at least one associated attachment structure 26 when the membrane 12 is strongly attracted to the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 is electrically isolated from the actuation electrode 10, there is no current flow between the membrane 12 and the actuation electrode 10 About which at least one stop structure 24 abutting the at least one attachment structure 26 are feared. Thus, the at least one stop structure 24 can be formed completely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane 12 without any problems. By such a The formation of the at least one stop structure 24 makes it easier to manufacture.
Bei dem mikromechanischen Bauteil der Fig. la bis lc ist die Aktuationselektrode 12 aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20 gebildet. Vorteilhafterweise ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ebenfalls aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20/der Aktuationselektrode 10 gebildet und mittels mindestens eines strukturierten Trenngrabens 28 von der Aktuationselektrode 12 elektrisch isoliert. Es ist somit nicht notwendig, zum Bilden der mindestens einen Aufsetzstruktur 24 ein „eigenes“ Aufsetzstrukturmaterial abzuscheiden. Stattdessen kann das zum Bilden zumindest der Aktuationselektrode 10 eingesetzte mindestens eine elektrisch leitfähige Material auch zum Bilden der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 mitgenutzt werden. Außerdem erleichtert ein elektrisches Isolieren der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 mittels eines Ausbildens des mindestens einen Trenngrabens 28 eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 nahe an der Aktuationselektrode 10 und/oder umrahmt von der Aktuationselektrode 10. Damit kann die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 gezielt an die mindestens eine Position gesetzt werden, an welchen herkömmlicherweise ein hohes Risiko für einen direkten leitfähigen Kontakt zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 vorliegt. In the micromechanical component of FIGS. 1 a to 1 c, the actuation electrode 12 is formed from at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20. The at least one attachment structure 26 is advantageously also formed from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 and is electrically insulated from the actuation electrode 12 by means of at least one structured separating trench 28. It is therefore not necessary to deposit a “separate” attachment structure material in order to form the at least one attachment structure 24. Instead, the at least one electrically conductive material used to form at least the actuation electrode 10 can also be used to form the at least one attachment structure 26. In addition, electrical insulation of the at least one attachment structure 26 from the actuation electrode 10 by means of forming the at least one separating trench 28 facilitates an arrangement of the at least one attachment structure 26 close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10 can be placed in a targeted manner at the at least one position at which there is conventionally a high risk of direct conductive contact between the membrane 12 and the actuation electrode 10.
In einer alternativen Ausführungsform können die Aktuationselektrode 10 und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 auch gemeinsam innerhalb einer Materialschicht oder eines Materialschichtstapels ausgebildet sein, wobei die Aktuationselektrode 10 und die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 mittels einer lokalen Variation einer Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels voneinander elektrisch isoliert sind. Sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, kann mindestens ein (nahezu) undotierter Bereich als die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 genutzt werden. Ebenso können, sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, (im Wesentlichen) undotierte Bereiche zwischen der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 zur elektrischen Isolierung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 genutzt werden. In beiden Fällen ist eine elektrische Trennung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 von der Aktuationselektrode 10 durch lokale Implantation und Wahl von nicht dotierten Bereichen der Materialschicht oder des Materialschichtstapels möglich. Auch die hier beschriebenen Möglichkeiten zur Ausbildung der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 erleichtern eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 nahe an der Aktuationselektrode 10 und/oder umrahmt von der Aktuationselektrode 10. In an alternative embodiment, the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 can also be formed jointly within a material layer or a material layer stack, the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 being electrically isolated from one another by means of a local variation of a doping of the material layer or the material layer stack . If the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, at least one (almost) undoped area can be used as the at least one attachment structure 26. Likewise, if the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least one minimum doping, (essentially) undoped areas between the actuation electrode 10 and the at least a mounting structure 26 can be used to electrically isolate the at least one mounting structure 26 from the actuation electrode 10. In both cases, electrical separation of the at least one attachment structure 26 from the actuation electrode 10 by local implantation and the selection of non-doped regions of the material layer or of the material layer stack is possible. The possibilities described here for forming the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 also facilitate an arrangement of the at least one attachment structure 26 close to the actuation electrode 10 and / or framed by the actuation electrode 10.
Fig. lc zeigt eine Draufsicht auf die Substratoberfläche 14a des Substrats 14 mit der daran befestigten Aktuationselektrode 10. Wie in Fig. lc erkennbar ist, sind die Aufsetzstrukturen 26 derart umrahmt von der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 angeordnet, dass die Aufsetzstrukturen 26 näher an dem Innenrand 10a der Aktuationselektrode 10 als an dem Außenrand 10b der Aktuationselektrode 10 liegen. Dies ist besonders vorteilhaft, da insbesondere nahe an dem Innenrand 10a der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 hohe Anziehungskräfte auf die Membran 10 wirken. Eine Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 auf der von der Aktuationselektrode 10 umrahmten kreisringförmige oder vieleckige Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht ist ebenso möglich. FIG. 1c shows a top view of the substrate surface 14a of the substrate 14 with the actuation electrode 10 attached. As can be seen in FIG Inner edge 10a of the actuation electrode 10 than lie on the outer edge 10b of the actuation electrode 10. This is particularly advantageous since, in particular close to the inner edge 10a of the actuation electrode 10 designed as a ring electrode, high attractive forces act on the membrane 10. An arrangement of the at least one attachment structure 26 on the annular or polygonal partial area 14b of the substrate surface 14a of the substrate 14 framed by the actuation electrode 10 or the at least one intermediate layer at least partially covering the substrate surface 14a is also possible.
Fig. 2 zeigt eine schematische Teildarstellung einer zweiten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 2 shows a schematic partial illustration of a second specific embodiment of the micromechanical component.
Auch das in Fig. 2 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist aufgrund seiner Ausstattung mit der mindestens einen (nicht dargestellten) Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen zugeordneten Aufsetzstruktur 26 derart ausgebildet, dass ein Verschweißen der Membran 12 mit der Aktuationselektrode 10, welches herkömmlicherweise häufig zur Zerstörung eines Bauteils nach dem Stand der Technik führt, verlässlich verhindert ist. Als vorteilhafte Weiterbildung ist die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 außerdem derart ausgebildet, dass an die mindestens eine Aufsetzstruktur 26 ein drittes Potential ungleich dem ersten Potential der Aktuationselektrode 10 und ungleich dem zweiten Potential der Membran 12 anlegbar ist. Beispielhaft ist dazu an jeder Aufsetzstruktur 26 eine Zuleitung 30 ausgebildet, wobei zumindest ein an der jeweiligen Aufsetzstruktur 26 angebundenes Ende der jeweiligen Zuleitung 30 von der Aktuationselektrode 10 umrahmt ist. Die mindestens eine Zuleitung 30 ragt radial aus dem Außenrand 10b der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10 heraus, so dass eine einfache elektrische Kontaktierung der mindestens einen Zuleitung 30 von einer äußeren Umgebung der Aktuationselektrode 10 möglich ist. The micromechanical component shown schematically in FIG. 2 is also designed, due to its equipment with the at least one stop structure 24 (not shown) and the at least one associated attachment structure 26, that welding of the membrane 12 to the actuation electrode 10, which conventionally often leads to destruction of a component according to the state of the art is reliably prevented. As an advantageous further development, the at least one attachment structure 26 is also designed in such a way that a third attachment structure is attached to the at least one attachment structure 26 Potential unequal to the first potential of the actuation electrode 10 and unequal to the second potential of the membrane 12 can be applied. For this purpose, a supply line 30 is formed by way of example on each attachment structure 26, at least one end of the respective supply line 30 connected to the respective attachment structure 26 being framed by the actuation electrode 10. The at least one supply line 30 protrudes radially out of the outer edge 10b of the actuation electrode 10 designed as a ring electrode, so that simple electrical contacting of the at least one supply line 30 from an external environment of the actuation electrode 10 is possible.
Auch die mindestens eine Zuleitung 30 kann aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Elektrodenmaterialabscheidung 20/der Aktuationselektrode 10 gebildet und mittels des mindestens einen strukturierten Trenngrabens 28 von der Aktuationselektrode 12 elektrisch isoliert sein. Ebenso kann die mindestens eine Zuleitung 30 zusammen mit der Aktuationselektrode 10 und der mindestens eine Aufsetzstruktur 26 innerhalb ihrer Materialschicht oder ihres Materialschichtstapels ausgebildet sein, wobei die mindestens eine Zuleitung 30 mittels einer lokalen Variation der Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels von Aktuationselektrode 10 elektrisch isoliert ist. Sofern die Materialschicht oder der Materialschichtstapel nur in Bereichen mit zumindest einer Mindestdotierung leitfähig sind, können (im Wesentlichen) undotierte Bereiche zwischen der Aktuationselektrode 10 und der mindestens einen Zuleitung 30 zur elektrischen Isolierung der mindestens einen Zuleitung 30 von der Aktuationselektrode 10 genutzt werden. Eine elektrische Trennung der mindestens einen Zuleitung 30 ist somit mittels mindestens eines Trenngrabens 28 oder mittels einer lokalen Variation der Dotierung und Wahl von nicht dotierten Bereichen der Materialschicht oder des Materialschichtstapels möglich. The at least one supply line 30 can also be formed from the at least one electrically conductive material of the electrode material deposition 20 / the actuation electrode 10 and be electrically insulated from the actuation electrode 12 by means of the at least one structured separating trench 28. Likewise, the at least one supply line 30 together with the actuation electrode 10 and the at least one attachment structure 26 can be formed within its material layer or its material layer stack, the at least one supply line 30 being electrically isolated from the actuation electrode 10 by means of a local variation of the doping of the material layer or the material layer stack . If the material layer or the material layer stack is only conductive in areas with at least a minimum doping, (essentially) undoped areas between the actuation electrode 10 and the at least one supply line 30 can be used to electrically isolate the at least one supply line 30 from the actuation electrode 10. Electrical separation of the at least one feed line 30 is thus possible by means of at least one separating trench 28 or by means of a local variation of the doping and the selection of non-doped regions of the material layer or of the material layer stack.
Bezüglich weiter Merkmale und Eigenschaften des mikromechanischen Bauteils der Fig. 2 wird auf die vorausgehend beschriebenen Ausführungsform verwiesen. With regard to further features and properties of the micromechanical component of FIG. 2, reference is made to the embodiment described above.
Bei allen oben erläuterten mikromechanischen Bauteilen kann die Membran 12 eine zumindest einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektierende Spiegeleinrichtung, wie z.B. ein Bragg- Reflektor, sein. Das Substrat 14 kann wahlweise auch aus mindestens einem für den von der Membran 12 reflektierten Wellenlängenbereich transparenten Material sein und/oder ein Durchloch aufweisen. Anstelle der kreisringförmigen oder vieleckigen Teilfläche 14b der Substratoberfläche 14a des Substrats 14 oder der mindestens einen die Substratoberfläche 14a zumindest teilweise abdeckenden Zwischenschicht kann die als Ringelektrode ausgebildete Aktuationselektrode 10 gegebenenfalls auch einen Rand des Durchlochs umrahmen. In all of the micromechanical components explained above, the membrane 12 can be a mirror device, such as a Bragg reflector, which reflects at least a specific wavelength range. The substrate 14 can optionally also consist of at least one for the reflected from the membrane 12 Wavelength range be transparent material and / or have a through hole. Instead of the circular or polygonal partial surface 14b of the substrate surface 14a of the substrate 14 or the at least one intermediate layer at least partially covering the substrate surface 14a, the actuation electrode 10 configured as a ring electrode can optionally also frame an edge of the through hole.
Fig. 3 zeigt eine schematische Gesamtdarstellung einer dritten Ausführungsform des mikromechanischen Bauteils. 3 shows a schematic overall illustration of a third specific embodiment of the micromechanical component.
Das in Fig. 3 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist eine Weiterbildung der Ausführungsform der Fig. 1 oder 2. Das mikromechanische Bauteil umfasst zusätzlich zu der als Ringelektrode ausgebildeten Aktuationselektrode 10, der zumindest einen bestimmten Wellenlängenbereich reflektierenden Membran 12, dem Substrat 14, der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 noch eine weitere Membran 32, welche auf einer von der Aktuationselektrode 10 weg gerichteten Seite der Membran 12 angeordnet und mittels einer weiteren Stützstruktur 34 von der Membran 12 beabstandet ist. Die weitere Stützstruktur 34 kann aus Restbereichen mindestens einer auf die Membran 12 abgeschiedenen Isolierschicht, wobei zwischen der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegende Bereiche der mindestens einen Isolierschicht geätzt/entfernt sind, gebildet sein. Eine Schichtdicke der weiteren Stützstruktur 34 kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 100 nm bis zu mehreren Mikrometern liegen. The micromechanical component shown schematically in FIG. 3 is a further development of the embodiment of FIG Stop structure 24 and the at least one attachment structure 26 also has a further membrane 32, which is arranged on a side of membrane 12 facing away from actuation electrode 10 and is spaced apart from membrane 12 by means of a further support structure 34. The further support structure 34 can be formed from residual regions of at least one insulating layer deposited on the membrane 12, with regions of the at least one insulating layer lying between the membrane 12 and the further membrane 32 being etched / removed. A layer thickness of the further support structure 34 can, for example, be in a range between 100 nm and several micrometers.
Auch die weitere Membran 32 ist als eine zumindest den von der Membran 12 reflektierten Wellenlängenbereich reflektierende Spiegeleinrichtung ausgebildet. Z.B. kann die weitere Membran 32 ein Bragg- Reflektor sein. Zwischen der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegt eine Kavität 36 mit einer senkrecht zu den Membranen 12 und 32 ausgerichteten Kavitätslänge. Die Kavität 36 weist für ein senkrecht zu den Membranen 12 und 32 einfallendes Licht mit einer optischen Wellenlänge nur dann eine hohe Transmission auf, wenn ihre Kavitätslänge einem ganzzahligen Vielfachen der halben optischen Wellenlänge des Lichts entspricht. Das in Fig. 3 schematisch dargestellte mikromechanische Bauteil ist Teil einer optischen Vorrichtung, welche als durchstimmbarer spektraler Filter, speziell als ein Fabry-Perot-Interferometer, ausgebildet ist. Ein zwischen dem Mittelbereich 12c der Membran 12 und der weiteren Membran 32 liegender Teilbereich der Kavität 36 wird als optisch aktiver Spalt 38 mit einer senkrecht zu den Membranen 12 und 32 ausgerichteten Spaltbreite s genutzt. Mittels des Anlegens einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 kann der Mittelbereich 12c der Membran 12, welcher dabei (nahezu) parallel zu der Substratoberfläche 14a ausgerichtet bleibt, in Bezug zu der weiteren Membran 32 verschoben werden, wodurch die Spaltbreite s des optisch aktiven Spalts 38 variiert wird. Eine Planparallelität des Mittelbereichs 12c der Membran 12 und der weiteren Membran 32 bleibt auch bei einem Anlegen einer hohen Potentialdifferenz zwischen der Aktuationselektrode 10 und der Membran 12 erhalten. Es wird nochmals darauf hingewiesen, dass aufgrund der vorteilhaften Ausstattung des mikromechanischen Bauteils mit der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 kein direktes Anstoßen der Membran 12 an der Aktuationselektrode 10 zu befürchten ist. Das herkömmliche Risiko einer Zerstörung des mikromechanischen Bauteils/der optischen Vorrichtung aufgrund eines Verschweißens der Membran 12 an der Aktuationselektrode 10 aufgrund eines Kurzschlusses zwischen der Membran 12 und der Aktuationselektrode 10 ist somit behoben. Bei einer Anordnung der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 umrahmt von der Aktuationselektrode 10 wird eine Transmission/Reflektion des senkrecht zu den Membranen 12 und 32 einfallenden und durch den optisch aktiven Spalt 38 transmittierenden Lichts auch nicht von der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 beeinflusst. The further membrane 32 is also designed as a mirror device that reflects at least the wavelength range reflected by the membrane 12. For example, the further membrane 32 can be a Bragg reflector. Between the membrane 12 and the further membrane 32 there is a cavity 36 with a cavity length oriented perpendicular to the membranes 12 and 32. The cavity 36 has a high transmission for a light incident perpendicular to the membranes 12 and 32 with an optical wavelength only if its cavity length corresponds to an integral multiple of half the optical wavelength of the light. The micromechanical component shown schematically in FIG. 3 is part of an optical device which is designed as a tunable spectral filter, specifically as a Fabry-Perot interferometer. A partial area of the cavity 36 lying between the central area 12c of the membrane 12 and the further membrane 32 is used as an optically active gap 38 with a gap width s oriented perpendicular to the membranes 12 and 32. By applying a potential difference not equal to zero between the actuation electrode 10 and the membrane 12, the central region 12c of the membrane 12, which remains aligned (almost) parallel to the substrate surface 14a, can be shifted in relation to the further membrane 32, whereby the gap width s of the optically active gap 38 is varied. Plane parallelism of the central region 12c of the membrane 12 and the further membrane 32 is maintained even when a high potential difference is applied between the actuation electrode 10 and the membrane 12. It is pointed out once again that, due to the advantageous equipment of the micromechanical component with the at least one stop structure 24 and the at least one attachment structure 26, there is no need to fear that the membrane 12 will strike the actuation electrode 10 directly. The conventional risk of destruction of the micromechanical component / the optical device due to the membrane 12 welding to the actuation electrode 10 due to a short circuit between the membrane 12 and the actuation electrode 10 is thus eliminated. With an arrangement of the at least one attachment structure 26 framed by the actuation electrode 10, a transmission / reflection of the light incident perpendicular to the membranes 12 and 32 and transmitted through the optically active gap 38 is also not influenced by the at least one attachment structure 26.
Fig. 4 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung. FIG. 4 shows a flowchart for explaining an embodiment of the method for operating a micromechanical component for an optical device.
Alle vorausgehend beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels des im Weiteren erläuterten Verfahrens betrieben werden. Eine Ausführbarkeit des im Weiteren beschriebenen Verfahrens ist jedoch nicht auf die Verwendung eines der vorausgehend erläuterten mikromechanischen Bauteile beschränkt. All of the micromechanical components described above can be operated using the method explained below. A feasibility However, the method described below is not limited to the use of one of the micromechanical components explained above.
In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential einer Aktuationselektrode des mikromechanischen Bauteils und einem zweiten Potential einer Membran des mikromechanischen Bauteils mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite angelegt. Auf diese Weise wird ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert. Gleichzeitig wird jeweils ein Zwischenabstand zwischen mindestens einer an der Membranseite der Membran hervorstehenden Anschlagstruktur und jeweils einer für die jeweilige Anschlagstruktur benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordneten und von der Aktuationselektrode elektrisch isolierten Aufsetzstruktur reduziert. In a method step S1, a potential difference not equal to zero is applied between a first potential of an actuation electrode of the micromechanical component and a second potential of a membrane of the micromechanical component with a membrane side aligned with the actuation electrode. In this way, a distance between the actuation electrode and the diaphragm side of the diaphragm which is aligned with the actuation electrode is reduced. At the same time, an intermediate distance between at least one stop structure protruding on the membrane side of the membrane and one for the respective stop structure adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode and electrically insulated from the actuation electrode is reduced.
Sofern während eines Ausführens des Verfahrensschritts S1 festgestellt wird, dass der mindestens eine Zwischenabstand gleich Null wird oder unter einem vorgegebenen Schwellwert fällt, wird als Verfahrensschritt S2 die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential der Aktuationselektrode und dem zweiten Potential der Membran reduziert oder gleich Null gesetzt. Zum Detektieren eines Aufsetzens der mindestens einen Anschlagstruktur 24 auf der mindestens einen Aufsetzstruktur 26 (bei einem Zwischenabstand gleich Null) kann eine resistive Detektion eines Kurzschlusses zwischen der mindestens einen Anschlagstruktur 24 und der mindestens einen Aufsetzstruktur 26, bzw. eines Kurzschlusses zwischen dem zweiten Potential der Membran und einem dritten Potential der mindestens einen Aufsetzstruktur 26, detektiert werden. Zum fortlaufenden Detektieren des mindestens einen Zwischenabstands während des Ausführens des Verfahrensschritts S1 kann auch eine kapazitive Detektion genutzt werden. If it is determined during the execution of method step S1 that the at least one intermediate distance equals zero or falls below a predetermined threshold value, the potential difference between the first potential of the actuation electrode and the second potential of the membrane is reduced or set equal to zero as method step S2. To detect a touchdown of the at least one stop structure 24 on the at least one touch structure 26 (with an intermediate distance equal to zero), a resistive detection of a short circuit between the at least one stop structure 24 and the at least one touch structure 26 or a short circuit between the second potential of the Membrane and a third potential of the at least one attachment structure 26 are detected. A capacitive detection can also be used for the continuous detection of the at least one intermediate distance while the method step S1 is being carried out.
Fig. 5 zeigt ein Flussdiagramm zum Erläutern einer Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung. Alle oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können mittels des im Weiteren erläuterten Herstellungsverfahrens hergestellt werden. Eine Ausführbarkeit des Herstellungsverfahrens ist jedoch nicht auf das Herstellen der oben erläuterten mikromechanischen Bauteile beschränkt. FIG. 5 shows a flowchart for explaining an embodiment of the production method for a micromechanical component for an optical device. All of the micromechanical components described above can be manufactured using the manufacturing method explained below. A feasibility of the production method is not limited to the production of the micromechanical components explained above.
Als Verfahrensschritt S10 wird eine Aktuationselektrode gebildet. In einem Verfahrensschritt Sil wird außerdem eine Membran mit einer zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite gebildet. Die Verfahrensschritte S10 und Sil werden derart ausgeführt, dass bei einem Betrieb des fertigen mikromechanischen Bauteils eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode und einem zweiten Potential der Membran anlegbar ist, wobei, sofern eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode und der Membran anliegt, ein Abstand zwischen der Aktuationselektrode und der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran verringert ist. An actuation electrode is formed as method step S10. In a method step Sil, a membrane is also formed with a membrane side aligned with the actuation electrode. The method steps S10 and Sil are carried out in such a way that when the finished micromechanical component is in operation, a potential difference not equal to zero can be applied between a first potential of the actuation electrode and a second potential of the membrane, provided that a potential difference not equal to zero is present between the actuation electrode and the membrane , a distance between the actuation electrode and the diaphragm side of the diaphragm aligned with the actuation electrode is reduced.
In dem Verfahrensschritt Sil wird auch mindestens eine hervorstehende Anschlagstruktur an der zu der Aktuationselektrode ausgerichteten Membranseite der Membran ausgebildet. Das Herstellungsverfahren umfasst zusätzlich noch einen Verfahrensschritt S12, in welchem mindestens eine von der Aktuationselektrode elektrisch isolierte Aufsetzstrukturfür die mindestens eine Anschlagstruktur ausgebildet wird, welche benachbart zu der Aktuationselektrode oder von der Aktuationselektrode umrahmt angeordnet wird. In method step Sil, at least one protruding stop structure is also formed on the membrane side of the membrane that is aligned with the actuation electrode. The manufacturing method also includes a method step S12, in which at least one attachment structure, which is electrically insulated from the actuation electrode, is formed for the at least one stop structure, which is arranged adjacent to the actuation electrode or framed by the actuation electrode.
Die Verfahrensschritte S10 bis S12 können in beliebiger Reihenfolge oder zeitlich überschneidend ausgeführt werden. Beispielsweise können die Verfahrensschritte S10 und S12 gleichzeitig ausgeführt werden, indem mindestens ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden wird, und die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels mindestens eines Trenngrabens aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert werden. Ebenso können die Verfahrensschritte S10 und S12 gleichzeitig ausgeführt werden, indem eine Materialschicht oder ein Materialschichtstapel gebildet wird, und anschließend die Materialschicht oder der Materialschichtstapel derart dotier werden, dass die Aktuationselektrode und die mindestens eine Aufsetzstruktur mittels einer lokalen Variation einer Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet werden. The method steps S10 to S12 can be carried out in any order or at a time overlapping. For example, method steps S10 and S12 can be carried out simultaneously by depositing at least one electrically conductive material and structuring the actuation electrode and the at least one attachment structure from the at least one electrically conductive material by means of at least one separating trench. Method steps S10 and S12 can also be carried out simultaneously by forming a material layer or a material layer stack, and then doping the material layer or the material layer stack in such a way that the actuation electrode and the at least one attachment structure by means of a local variation of a Doping the material layer or the material layer stack are formed within the material layer or the material layer stack.
Auch weitere Merkmale der oben beschriebenen mikromechanischen Bauteile können bei einem Ausführen des Herstellungsverfahrens mitausgebildet werden. Further features of the micromechanical components described above can also be formed when the manufacturing method is carried out.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit: einer Aktuationselektrode (10); und einer Membran (12) mit einer zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a); wobei eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode (10) und einem zweiten Potential der Membran (12) derart anlegbar ist, dass ein Abstand (d) zwischen der Aktuationselektrode (10) und der zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) der Membran (12) verringerbar ist; gekennzeichnet durch mindestens eine an der zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) der Membran (12) hervorstehende Anschlagstruktur (24); und mindestens eine von der Aktuationselektrode (10) elektrisch isolierte Aufsetzstruktur (26) für die mindestens eine Anschlagstruktur (24), welche benachbart zu der Aktuationselektrode (10) oder von der Aktuationselektrode (10) umrahmt angeordnet ist. Claims 1. A micromechanical component for an optical device comprising: an actuation electrode (10); and a membrane (12) with a membrane side (12a) aligned with the actuation electrode (10); wherein a potential difference unequal to zero between a first potential of the actuation electrode (10) and a second potential of the membrane (12) can be applied in such a way that a distance (d) between the actuation electrode (10) and the membrane side (10) oriented towards the actuation electrode (10) 12a) the membrane (12) can be reduced; characterized by at least one stop structure (24) protruding on the membrane side (12a) of the membrane (12) aligned with the actuation electrode (10); and at least one attachment structure (26), electrically insulated from the actuation electrode (10), for the at least one stop structure (24), which is arranged adjacent to the actuation electrode (10) or framed by the actuation electrode (10).
2. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Aktuationselektrode (10) aus mindestens einem elektrisch leitfähigen Material gebildet ist, und wobei die mindestens eine Aufsetzstruktur (26) aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material der Aktuationselektrode (10) gebildet ist und mittels mindestens eines strukturierten Trenngrabens (28) von der Aktuationselektrode (10) elektrisch isoliert ist. 2. Micromechanical component according to claim 1, wherein the actuation electrode (10) is formed from at least one electrically conductive material, and wherein the at least one attachment structure (26) is formed from the at least one electrically conductive material of the actuation electrode (10) and by means of at least one structured separating trench (28) is electrically isolated from the actuation electrode (10).
3. Mikromechanisches Bauteil nach Anspruch 1, wobei die Aktuationselektrode (10) und die mindestens eine Aufsetzstruktur (26) mittels einer lokalen Variation einer Dotierung einer Materialschicht oder eines Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet sind. 3. Micromechanical component according to claim 1, wherein the actuation electrode (10) and the at least one attachment structure (26) are formed by means of a local variation of a doping of a material layer or a material layer stack within the material layer or the material layer stack.
4. Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an die mindestens eine Aufsetzstruktur (26) ein drittes Potential ungleich dem ersten Potential der Aktuationselektrode (10) und ungleich dem zweiten Potential der Membran (12) anlegbar ist. 4. Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein a third potential unequal to the first potential of the actuation electrode (10) and unequal to the second potential of the membrane (12) can be applied to the at least one attachment structure (26).
5. Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (12) zumindest teilweise aus mindestens einem Halbleitermaterial geformt ist, und wobei die mindestens eine Anschlagstruktur (24) vollständig aus dem einzigen Halbleitermaterial oder mindestens einem der Halbleitermaterialien der Membran (12) geformt ist. 5. Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the membrane (12) is at least partially formed from at least one semiconductor material, and wherein the at least one stop structure (24) is formed entirely from the single semiconductor material or at least one of the semiconductor materials of the membrane (12) is.
6. Mikromechanisches Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Membran (12) ein Bragg- Reflektor ist. 6. Micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the membrane (12) is a Bragg reflector.
7. Optische Vorrichtung mit einem mikromechanischen Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optische Vorrichtung ein durchstimmbarer spektraler Filter oder ein Fabry-Perot-Interferometer ist. 7. Optical device with a micromechanical component according to one of the preceding claims, wherein the optical device is a tunable spectral filter or a Fabry-Perot interferometer.
8. Verfahren zum Betreiben eines mikromechanischen Bauteils für eine optische Vorrichtung mit den Schritten: 8. A method for operating a micromechanical component for an optical device with the steps:
Anlegen einer Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential einer Aktuationselektrode (10) des mikromechanischen Bauteils und einem zweiten Potential einer Membran (12) des mikromechanischen Bauteils mit einer zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a), wodurch ein Abstand (d) zwischen der Aktuationselektrode (10) und der zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) der Membran (12) verringert wird, und jeweils ein Zwischenabstand zwischen mindestens einer an der Membranseite (12a) der Membran (12) hervorstehenden Anschlagstruktur (24) und jeweils einer für die jeweilige Anschlagstruktur (24) benachbart zu der Aktuationselektrode (10) oder von der Aktuationselektrode (10) umrahmt angeordneten und von der Aktuationselektrode (10) elektrisch isolierten Aufsetzstruktur (26) reduziert wird (Sl); wobei, sofern festgestellt wird, dass der mindestens eine Zwischenabstand gleich Null wird oder unter einem vorgegebenen Schwellwert fällt, die Potentialdifferenz zwischen dem ersten Potential der Aktuationselektrode (10) und dem zweiten Potential der Membran (12) reduziert oder gleich Null gesetzt wird (S2). Applying a potential difference unequal to zero between a first potential of an actuation electrode (10) of the micromechanical component and a second potential of a membrane (12) of the micromechanical component with a membrane side (12a) oriented towards the actuation electrode (10), whereby a distance (d) between the The actuation electrode (10) and the diaphragm side (12a) of the diaphragm (12) oriented towards the actuation electrode (10) is reduced, and an intermediate distance between at least one stop structure (24) protruding from the diaphragm side (12a) of the diaphragm (12) and each one for the respective stop structure (24) adjacent to the actuation electrode (10) or framed by the actuation electrode (10) and arranged and electrically insulated from the actuation electrode (10) is reduced (S1); where, if it is determined that the at least one intermediate distance is equal to zero or falls below a predetermined threshold value, the potential difference between the first potential of the actuation electrode (10) and the second potential of the membrane (12) is reduced or set equal to zero (S2) .
9. Herstellungsverfahren für ein mikromechanisches Bauteil für eine optische Vorrichtung mit den Schritten: 9. Manufacturing method for a micromechanical component for an optical device with the steps:
Bilden einer Aktuationselektrode (10) und einer Membran (12) mit einer zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) derart, dass eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen einem ersten Potential der Aktuationselektrode (10) und einem zweiten Potential der Membran (12) anlegbar ist und, sofern eine Potentialdifferenz ungleich Null zwischen der Aktuationselektrode (10) und der Membran (12) anliegt, ein Abstand (d) zwischen der Aktuationselektrode (10) und der zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) der Membran (12) verringert ist (S10 und Sil); gekennzeichnet durch die Schritte Forming an actuation electrode (10) and a diaphragm (12) with a diaphragm side (12a) aligned with the actuation electrode (10) in such a way that a potential difference unequal to zero between a first potential of the actuation electrode (10) and a second potential of the diaphragm (12) can be applied and, provided there is a potential difference not equal to zero between the actuation electrode (10) and the diaphragm (12), a distance (d) between the actuation electrode (10) and the diaphragm side (12a) of the diaphragm (12a) oriented towards the actuation electrode (10) 12) is decreased (S10 and Sil); characterized by the steps
Ausbilden mindestens einer hervorstehenden Anschlagstruktur (24) an der zu der Aktuationselektrode (10) ausgerichteten Membranseite (12a) der Membran (12); und Ausbilden mindestens einer von der Aktuationselektrode (10) elektrisch isolierten Aufsetzstruktur (26) für die mindestens eine Anschlagstruktur (24), welche benachbart zu der Aktuationselektrode (10) oder von der Aktuationselektrode (10) umrahmt angeordnet wird (S12). Forming at least one protruding stop structure (24) on the membrane side (12a) of the membrane (12) which is aligned with the actuation electrode (10); and Forming at least one attachment structure (26), electrically insulated from the actuation electrode (10), for the at least one stop structure (24), which is arranged adjacent to the actuation electrode (10) or framed by the actuation electrode (10) (S12).
10. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei mindestens ein elektrisch leitfähiges Material abgeschieden wird, und die Aktuationselektrode (10) und die mindestens eine Aufsetzstruktur (26) mittels mindestens eines Trenngrabens (28) aus dem mindestens einen elektrisch leitfähigen Material herausstrukturiert werden. 10. Manufacturing method according to claim 9, wherein at least one electrically conductive material is deposited, and the actuation electrode (10) and the at least one attachment structure (26) are structured out of the at least one electrically conductive material by means of at least one separating trench (28).
11. Herstellungsverfahren nach Anspruch 9, wobei eine Materialschicht oder ein Materialschichtstapel gebildet wird, und wobei die Materialschicht oder der Materialschichtstapel derart dotier werden, dass die Aktuationselektrode (10) und die mindestens eine Aufsetzstruktur (26) mittels einer lokalen Variation einer Dotierung der Materialschicht oder des Materialschichtstapels innerhalb der Materialschicht oder des Materialschichtstapels ausgebildet werden. 11. Manufacturing method according to claim 9, wherein a material layer or a material layer stack is formed, and wherein the material layer or the material layer stack are doped in such a way that the actuation electrode (10) and the at least one attachment structure (26) by means of a local variation of a doping of the material layer or of the material layer stack are formed within the material layer or the material layer stack.
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