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特開2017-80872低インピーダンス抵抗型変換器を備えたマイクロエレクトロメカニカルデバイス及びシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2017-80872(P2017-80872A)
(43)【公開日】2017年5月18日
(54)【発明の名称】低インピーダンス抵抗型変換器を備えたマイクロエレクトロメカニカルデバイス及びシステム
(51)【国際特許分類】
B81B 3/00 20060101AFI20170414BHJP
【ＦＩ】
B81B3/00
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
【外国語出願】
【全頁数】21
(21)【出願番号】特願2016-203283(P2016-203283)
(22)【出願日】2016年10月17日
(31)【優先権主張番号】1560144
(32)【優先日】2015年10月23日
(33)【優先権主張国】FR
(71)【出願人】
【識別番号】516311009
【氏名又は名称】ベミクロ
(71)【出願人】
【識別番号】502205846
【氏名又は名称】サントル ナショナル ドゥ ラ ルシェルシュ シアンティフィク
(74)【代理人】
【識別番号】110001173
【氏名又は名称】特許業務法人川口國際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バンジャマン・ワルテール
(72)【発明者】
【氏名】マルク・フォシェ
【テーマコード（参考）】
3C081
【Ｆターム（参考）】
3C081BA32
3C081BA43
3C081BA44
3C081BA46
3C081BA48
3C081BA57
3C081CA02
3C081CA40
3C081DA02
3C081DA04
3C081DA27
3C081DA30
3C081DA31
3C081EA19
(57)【要約】 （修正有）
【課題】低インピーダンス抵抗型変換器を備えたマイクロエレクトロメカニカルデバイス及びシステムを提供する。【解決手段】自らの端部の１つに位置する少なくとも１つの固着部ＡＰＬＭ１、ＡＰＬＭ２によって平面基板に連結された長手方向ｘに沿って主として延びる基板と平行な平面において屈曲できる機械的構造Ｐ１を含むマイクロエレクトロメカニカルデバイスであって、接合部が固着部に機械的構造を連結し且つ抵抗型変換器を形成するために電流を注入するための第１（ＰＬ１Ｍ１）及び第２（Ｉ２）のゾーンを呈し固着部から主として長手方向に延びる抵抗領域Ｒ１を含み、基板に平行な平面における機械的構造の屈曲が抵抗領域において非ゼロの平均歪みを引き起こすようにまた逆も同様であるように配置され、第１の注入ゾーンは固着部で担持され、第２の注入ゾーンは基板に固定されず且つ長手方向にほぼ直角な横方向に延びる導電要素で担持される。
【選択図】図３ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
長手方向と名付けられた方向（ｘ）に沿って主として延びる、且つ前記長手方向に沿って自らの端部の１つに位置する少なくとも１つの固着部（ＡＰＬＭ１、ＡＰＬＭ２）によって、平面基板（Ｓ）に連結された機械的構造（Ｐ１）であって、基板と平行な平面において屈曲できる機械的構造（Ｐ１）を含むマイクロエレクトロメカニカルデバイスであって、前記機械的構造が、接合部と名付けられた部分を含み、接合部が、前記又は各前記固着部に機械的構造を連結し、且つ抵抗型変換器を形成するために、電流を注入するための第１（ＰＬＭ１）及び第２（Ｉ２）のゾーンを呈する抵抗領域（Ｒ１）を含み、前記抵抗領域が、前記又は１つの前記固着部から前記長手方向に主として延び、且つ基板に平行な前記平面における前記機械的構造の屈曲が前記抵抗領域における非ゼロの平均歪みを誘起するように、および逆も同様であるように、配置され、
− 前記第１の注入ゾーン（ＰＬＭ１）が、前記固着部（ＡＰＬＭ１）によって担持されることと、
− 前記第２の注入ゾーン（Ｉ２）が、前記基板に固定されない、且つ前記長手方向にほぼ直角な、横方向（ｙ）と名付けられた方向に延びる導電要素によって担持されることと、
基板（Ｓ）が、長手方向（ｘ）及び横方向（ｙ）によって画定された平面と平行であることと、
を特徴とするマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
− 前記第１の注入ゾーン（ＰＬＭ１）が、前記固着部（ＡＰＬＭ１）によって担持されることと、
− 前記第２の注入ゾーン（Ｉ２）が、前記基板に固定されない、且つ前記長手方向にほぼ直角な、横方向（ｙ）と名付けられた方向に延びる導電要素によって担持されることと、
基板（Ｓ）が、長手方向（ｘ）及び横方向（ｙ）によって画定された平面と平行であることと、
を特徴とするマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項2】
前記抵抗領域がまた、前記基板に固定されない、前記横方向に延びる導電要素であって、第１の注入ゾーンと第３の注入ゾーンとの間に配置される前記第２の注入ゾーンを担持する導電要素とは別個の導電要素によって担持される、電流を注入するための少なくとも１つの第３のゾーン（Ｉ１）を呈する、請求項１に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項3】
前記機械的構造が、半導体材料で作製され、前記注入ゾーンが、この半導体材料のそれぞれの部分の上に堆積された、オーミックコンタクトを形成する金属層を含む、請求項１又は２に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項4】
少なくとも１つの前記注入ゾーン（Ｉ１、Ｉ１ｉｎｔ）が、前記抵抗領域の範囲を超えて、前記接合部の幅全体にわたって延びる、請求項１から３のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項5】
少なくとも前記第２の注入ゾーンが、前記基板に固定されず、且つ前記横方向において可撓性を示す梁状要素（ＰＡＩ１）によって前記基板に固定されたコンタクトパッド（ＰＬＭ３）に連結される、請求項１から４のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項6】
前記梁状要素が、機械的構造の可撓性より大きい、前記横方向における可撓性を示す、請求項５に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項7】
機械的構造の前記接合部が、前記長手方向に沿って向けられた、且つ接合部の中立ファイバの両側に配置された少なくとも２つの平行梁（Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ）を含み、前記抵抗領域が、前記梁の１つに含まれる、請求項１から６のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項8】
機械的構造の前記接合部が、前記長手方向に沿って向けられた単一の梁（Ｐ１）を含み、前記抵抗領域が、前記梁の側部に配置され、梁の残りが、より高い電気抵抗率を示す材料で作製される、項請求項１から７のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項9】
前記注入ゾーンの２つの間における前記抵抗領域の時変電気抵抗を測定するように構成された電気検出回路（ＣＭＲ）もまた含む、請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項10】
前記注入ゾーンを通って前記抵抗領域に交流電気信号を注入するように構成された電気作動回路（ＣＸ）もまた含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項11】
前記機械的構造が、前記接合部に含まれる２つの抵抗領域（Ｒ１０、Ｒ２０）であって、基板に平行な平面における前記接合部の屈曲が、前記抵抗領域における反対符号の非ゼロの平均歪みを誘起するような方法で配置された２つの抵抗領域（Ｒ１０、Ｒ２０）を含み、各前記抵抗領域が、電流を注入するための前記第１（ＰＬＳ１、ＰＬＳ２）及び前記第２（Ｉ１０）のゾーンを呈し、電流を注入するための前記第１のゾーンが分離される、請求項１から８のいずれか一項に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項12】
電流を注入するための第１の２つのゾーンの抵抗間における、経時的に変化する差を測定するように構成された電気検出回路（ＣＡＤＤ）もまた含む、請求項１１に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項13】
作動周波数と名付けられた同一周波数で、又は前記作動周波数とは異なる周波数で、直流電気信号に重畳された交流電気信号と逆位相の交流電流とを、前記注入ゾーンを通して前記抵抗領域に注入するように構成された電気作動回路（ＣＡＤＤ）もまた含む、請求項１１に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項14】
作動周波数と名付けられた同一周波数で、又は前記作動周波数とは異なる周波数で、直流電気信号に重畳されない交流電気信号と逆位相の交流電流とを、前記注入ゾーンを通して前記抵抗領域に注入するように構成された電気作動回路（ＣＡＤＤ）もまた含む、請求項１１に記載のマイクロエレクトロメカニカルデバイス。
【請求項15】
請求項９に記載の第１のマイクロエレクトロメカニカルデバイス（Ｄ）、及び請求項１０に記載の第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイス（Ｄ’）を含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造（Ｐ１、Ｐ１’）が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路（ＣＸ）が、作動周波数と名付けられた周波数の、又は作動周波数とは異なる周波数の、直流電気信号に重畳された交流電気信号を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路（ＣＭＲ）が、同じ周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項16】
請求項１４に記載の第１のマイクロエレクトロメカニカルデバイス、及び請求項１２に記載の第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路が、第１の周波数の交流電流を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路が、第１の周波数の２倍の第２の周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステム。
【請求項17】
請求項９に記載の第１のマイクロエレクトロメカニカルデバイス（Ｄ）、及び請求項１０に記載の第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイス（Ｄ’）を含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造（Ｐ１、Ｐ１’）が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路（ＣＸ）が、直流電気信号との重畳なしに、第１の周波数の交流電気信号を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路（ＣＭＲ）が、第１の周波数の２倍の第２の周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マイクロエレクトロメカニカルデバイス及びシステムに関する。特に、本発明は、長尺状の機械的構造の「面内」屈曲運動を作動（アクチュエート）及び／又は検出可能にする抵抗型の変換器を含むマイクロエレクトロメカニカルデバイスと同様に、かかるデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
平面基板のエッジから延びる、且つ基板のエッジに直角な平面において屈曲できる固定梁（「片持ち梁」）型の機械的構造を含むマイクロエレクトロメカニカルシステム（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓを表すＭＥＭＳ）を作製することは周知である。かかる構造は、特に原子間力顕微鏡プローブを作製するために用いられてきた。それらは、真空中又は空気中においてよく動作するが、しかし液体媒体ではそうではない。何故なら、そのとき、梁の振動が、媒体の粘性によってひどく減衰されるからである。この問題を解決するために、基板の平面において屈曲するか、又はこの同じ平面において並進運動を示す梁型の機械的構造を呈するＭＥＭＳを開発することが必要だった。並進運動の場合に、梁は、剛性にすることができ、その並進運動は、１つ又は複数の横方向筋交いアームの（同様に平面における）屈曲によって誘起することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】Ｊ．Ｈ．Ｃｏｍｔｏｉｓ，Ｖ．Ｍ．Ｂｒｉｇｈｔ ａｎｄ Ｍ．Ｗ．Ｐｈｉｐｐｓ“Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２６４２，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，１０（１５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９５）
【非特許文献2】Ｌ．Ａ．Ｂｅａｒｄｓｌｅｅ，Ａ．Ｍ．Ａｄｄｏｕｓ，Ｓ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｆ．Ｊｏｓｓｅ，Ｉ．Ｄｕｆｏｕｒ ａｎｄ Ｏ．Ｂｒａｎｄ“Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ ２０１０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
従って、梁型（又はより一般的には長尺状を示す）の構造の平面における屈曲運動を作動（及び検出）可能にするマイクロエレクトロメカニカルシステムの必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【0005】
或る量の研究作業は、この必要性が、熱型アクチュエータ及びピエゾ抵抗検出器を用いることによって取り組まれる必要があることを提案した。かかる解決法は、例えば圧電変換とは反対に多くの材料の使用に適合するという利点を示す。更に全く同一の構造は、熱アクチュエータ（熱はジュール効果を通して発生される）及びピエゾ抵抗検出器の両方として働くことができる。
【0006】
論文 Ｊ．Ｈ．Ｃｏｍｔｏｉｓ，Ｖ．Ｍ．Ｂｒｉｇｈｔ ａｎｄ Ｍ．Ｗ．Ｐｈｉｐｐｓ“Ｔｈｅｒｍａｌ ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒｓ ｆｏｒ ｓｕｒｆａｃｅ−ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ”，Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ ２６４２，Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ，１０（１５ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９５）は、（固着部の反対側の）２つのアームの先端部で共に連結された２つの平行アームで構成された、且つ２つの固着部間の電流の通過を可能にする「Ｕ」を形成する抵抗トラックを担持するシリコン屈曲構造を説明する。この電流は、ジュール効果を通して熱を生じる。アームの１つ（「コールドアーム」）は、外部との対流交換を促進するために、且つシリコンにおける電力密度を低減させるために、意図的に拡大される。従って、このアームは、（「ホットアーム」と名付けられた）もう一方のアームほど熱くならない。次に、ホットアームのより著しい熱膨張は、平面において構造の屈曲を引き起こる。この構造は、静的な動作用に設計される。いずれにしても、コールドアームの比較的大きい質量は、周波数のどんな上昇も不利にするであろう。更に、抵抗トラックは、著しい長さ（構造の長さの約２倍）及び従って高い抵抗を必然的に示す。さて、変換器と外部電子装置（電源、信号発生器、測定回路等）との間の効率的な電力伝達を達成するために、変換器のインピーダンスは、できるだけ５０Ω（オーム）の近くにすべきである。
【0007】
論文 Ｌ．Ａ．Ｂｅａｒｄｓｌｅｅ，Ａ．Ｍ．Ａｄｄｏｕｓ，Ｓ．Ｈｅｉｎｒｉｃｈ，Ｆ．Ｊｏｓｓｅ，Ｉ．Ｄｕｆｏｕｒ ａｎｄ Ｏ．Ｂｒａｎｄ“Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｐｉｅｚｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｃａｎｔｉｌｅｖｅｒ Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍｏｄｅｓ ｆｏｒ Ｓｅｎｓｉｎｇ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ”Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．４，Ａｕｇｕｓｔ ２０１０は、一端部で固定されたシリコン梁であって、その固着部近くで且つ対向端部において、ドーピングによって得られた２つの抵抗を担持するシリコン梁を含む構造を説明する。金属トラックは、抵抗の端部を接続し、且つその中に電流を注入できるようにする。右側における抵抗への電流の注入は、ジュール効果を介して熱を生じさせ、それが、今度は、梁の右側の熱膨張及び従って左側への屈曲を誘起する。電流が左側の抵抗に注入される場合には相反的である。（同様にドーピングによって作製され、金属トラックによって相互接続された抵抗領域によって得られる）ホイートストンブリッジを形成する構造は、ピエゾ抵抗効果を介した屈曲の測定を可能にする。梁の幅は、４５〜９０マイクロメートルに達し、その長さは、２００〜１０００マイクロメートルに達する。従って、比較的著しいサイズの構造を扱う。（例えば５μｍの幅を取ることによる）高度の小型化は、幾つかの問題に遭遇することになろう。特に、非常に微細で、極めて近くに離間配置された導電トラックを用いることが必要になり、それは、絶縁の困難さ及び高インピーダンスにつながるであろう。
【0008】
より一般的に、先行技術は、小型化できる（（１ＭＨｚ以上の）高周波での動作を可能にするために必要である）抵抗型（熱アクチュエータ及び／又はピエゾ抵抗センサ）の、且つ低インピーダンス（１００Ω以下、好ましくは５０Ωにほぼ等しい）の（それによって効率的な電力伝達を可能にする）変換器を取得できるようにはしない。
【0009】
本発明は、先行技術のこれらの欠点を克服することを目指す。
【0010】
この目標を達成できるようにする本発明の主題は、長手方向と名付けられた方向に沿って主として延びる、且つ前記長手方向に沿って自らの端部の１つに位置する少なくとも１つの固着部によって、前記長手方向と平行な平面基板に連結された機械的構造であって、基板と平行な平面において屈曲できる機械的構造を含むマイクロエレクトロメカニカルデバイスであって、前記機械的構造が、接合部と名付けられた部分を含み、接合部が、前記又は各前記固着部に機械的構造を連結し、且つ抵抗型変換器を形成するために、電流を注入するための第１及び第２のゾーンを呈する抵抗領域を含み、前記抵抗領域が、前記又は１つの前記固着部から前記長手方向に主として延び、且つ基板に平行な前記平面における前記機械的構造の屈曲が前記抵抗領域における非ゼロの平均歪みを誘起するように、および逆も同様であるように、配置され、− 前記第１の注入ゾーンが、前記固着部によって担持されることと、
− 前記第２の注入ゾーンが、前記基板に固定されない、且つ前記長手方向にほぼ直角な、横方向と名付けられた方向に延びる導電要素によって担持されることと、
を特徴とするマイクロエレクトロメカニカルデバイスである。
【0011】
本発明の別の主題は、電気作動回路を含むタイプの、本発明の実施形態による第１のマイクロエレクトロメカニカルデバイス、及び電気検出回路を含むタイプの、本発明の実施形態による第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路が、作動周波数と名付けられた周波数の、又は作動周波数とは異なる周波数の、直流電気信号に重畳された交流電気信号を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路が、同じ周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステムである。
【0012】
本発明の更に別の主題は、周波数ｆ／２の差動作動を伴うタイプの、本発明の実施形態による第１のマイクロエレクトロメカニカルデバイス、及び差動検出を伴うタイプの、本発明の実施形態による第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路が、第１の周波数における交流電流を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路が、第１の周波数の２倍の第２の周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステムである。
【0013】
本発明の更に別の主題は、検出を伴うタイプの、本発明の実施形態による第１のデバイス、及び作動を伴うタイプの、本発明の実施形態による第２のマイクロエレクトロメカニカルデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムであって、第１及び第２のデバイスの機械的構造が、機械的に結合され、第１のデバイスの作動回路が、直流電気信号との重畳なしに、第１の周波数における交流電気信号を注入するように構成され、第２のデバイスの検出回路が、第１の周波数の２倍の第２の周波数における抵抗の変動を測定するように構成されるマイクロエレクトロメカニカルシステムである。
【0014】
本発明の他の特徴、詳細及び利点は、例として提供される添付の図面に関連して説明を読めば明らかになろう。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1a】熱アクチュエータ又はピエゾ抵抗センサのインピーダンスの計算を示す。
【図1b】熱アクチュエータ又はピエゾ抵抗センサのインピーダンスの計算を示す。
【図2】本発明に従って、このインピーダンスを低減する横方向インジェクタの使用を示す。
【図3a】本発明の第１の実施形態の変形によるデバイスを示す。
【図3b】本発明の第１の実施形態の変形によるデバイスを示す。
【図4a】本発明の第２の実施形態の変形によるデバイスを示す。
【図4b】本発明の第２の実施形態の変形によるデバイスを示す。
【図4c】本発明の第２の実施形態の変形によるデバイスを示す。
【図5】本発明の第４の実施形態によるデバイスを示す。
【図6】本発明の第５の実施形態によるシステムを示す。
【図7】本発明の第６の実施形態によるシステムを示す。
【図8】本発明の第７の実施形態によるシステムを示す。
【発明を実施するための形態】
【0016】
マイクロエレクトロメカニカル梁（又は一般的には長尺状を示す機械的構造）は、ジュール効果及び熱膨張を利用する熱アクチュエータによって、屈曲を引き起こされ得る。熱アクチュエータは、典型的には、例えば中立ファイバの一側において歪みがただ１つの符号をもつ（より一般的には、抵抗素子における平均歪みが非ゼロであることで十分である）梁のゾーンに位置する抵抗素子からなる。アクチュエータが十分に小型化された場合に、それは、数ＭＨｚ又は実に数百ＭＨｚの動作周波数を達成することができる。より正確には、長さＬ、熱伝導率κ、密度ρｍ及び比熱Ｃｐのワイヤにおける熱輸送が考慮される場合に、次の式に従って、遮断周波数ωｔｈを計算することが可能である。【数1】
【0017】
例えば、シリコンワイヤの場合に、遮断周波数は、Ｌ＝１０μｍに対して約２．５ＭＨｚ、Ｌ＝５μｍに対して１０ＭＨｚ、及びＬ＝１μｍに対して２５０ＭＨｚである。
【0018】
図１ａは、シリコン技術で半導体に作製された（熱アクチュエータ又はピエゾ抵抗センサとして働くことができる）抵抗型変換器の（上部及び側部からの）２つの図を示す。変換器は、厚さＴ及び抵抗率ρのドープされたシリコン平面構造からなり、その上において平面構造の端部に２つの金属コンタクトパッドＰＣ１、ＰＣ２が配置される。平面構造は、５つの別個のゾーンを含む。即ち、コンタクトパッドＰＣ１よって覆われ、それとオーミックコンタクトを形成する第１のコンタクトゾーンＺ１と、次第に狭くなる長さＬ２の第１の接合領域Ｚ２と、一定の幅Ｗ（コンタクトゾーンの幅よりはるかに小さい）及び長さＬのゾーンと、Ｚ２と対称の第２の接合領域Ｚ２’と、コンタクトパッドＰＣ２よって覆われ、それとオーミックコンタクトを形成する第２のコンタクトゾーンＺ１’と、を含む。これらの様々な領域は、抵抗Ｒｃ１、Ｒａ１、Ｒｉ、Ｒａ２、Ｒｃ２をそれぞれ示し、全体的な抵抗は、Ｒ＝Ｒｃ１＋Ｒａ１＋Ｒｉ＋Ｒａ２＋Ｒｃ２
と等しい。
【0019】
「固有」項Ｒｉは、【数2】
【0020】
アクセス抵抗Ｒａｃｃは、各金属コンタクトから「固有」領域Ｚｉまでの電流経路を考慮する。第１の近似のために、それが、変換器の一端部においてＲｃ１＋Ｒａ１からなり、反対端部においてＲｃ２＋Ｒａ２からなると考えてもよい。寄与Ｒａ１、Ｒａ２は、各コンタクトと固有ゾーンとの間の電流経路を考慮し、且つ可能な最小長さＬ２、Ｌ２’を取ることによって、低減させることができる。
【0021】
コンタクト抵抗Ｒｃ１＝Ｒｃ２＝Ｒｃは、公式によって計算することができる：【数3】
・ Ｒｓｑ：ドープされた半導体層の抵抗（オーム／□）
・ ρｃ：特定のコンタクト抵抗
・ Ｗｃ：コンタクトの幅
・ ｄｃ：コンタクトの長さ
・ ｃｏｔｈ：双曲線余接関数
である。
【0022】
図１ｂは、シリコンで作製された単一固定梁Ｐの平面において屈曲を可能にするように配置された抵抗型変換器ＴＲを示す。上記のように、変換器は、ここでは梁の長手方向軸に対応する中立ファイバの一側に配置されなければならない。梁が基板と出会う接合ゾーンは、それに「Ｈ」形構造を与える２つの開口部を示す。「Ｈ」の半脚は、変換器を作製するために用いられる。
【0023】
基板の上に作製され、且つ梁が中へと組み込まれるコンタクトパッドＰＣ２は、かなりの表面積及び従って低いコンタクト抵抗を示し得るが、コンタクトパッドＰＣ１の寸法（長さｄ１及び特に幅Ｗ１）は、アクチュエータの寸法によって抑制され、アクチュエータの寸法は、今度は、所望の遮断周波数によって決定される。例えば、我々は、次のものを取る。・ Ｗ１＝ｄ１＝０．５μｍ：コンタクトの幅
・ Ｒｓｑ＝２０Ω（３・１０１４ａｔ／ｃｍ２の密度で、ホウ素でドープされた４００ｎｍと等しい厚さのシリコン層に対応する）
・ ρｃ＝３・１０−７Ω・ｃｍ２（ホウ素でドープされたシリコン上のアルミニウムコンタクトに典型的である）
【0024】
これらの条件下で、パッドＰＣ１のコンタクト抵抗は、２０８Ωと等しく、約４０Ωと等しい固有抵抗を支配する。
【0025】
これらの条件下で、変換器の抵抗は、ほぼ５０Ωを超えるだけにでき、それによって、一般に、この値のインピーダンスを示す負荷又は信号源とインターフェースするように定められる外部電子機器との電力伝達の効率を妥協して解決することができる。
【0026】
式（２）は、コンタクト抵抗が、コンタクトの寸法ｄｃ、Ｗｃ（図１ｂの場合のｄ１、Ｗ１）を増加させることによって、低下され得ることを示す。幅Ｗｃは、特に重要であり、一方で長さｄｃの寄与は、【数4】
【0027】
図２は、ドープされたシリコンで作製されて梁Ｐの長手方向軸に直角に延び、且つ図１ｂの場合よりもはるかに大きい寸法の金属コンタクトパッドＰＣ１を担持する注入ゾーン又は横方向インジェクタＩＬの追加によって修正された図１ｂの構造を示す。Ｗ１＝５μｍ及びｄ１＝４μｍを取ることによって、我々は、Ｒｃ＝５Ωを得られる。更に、横方向注入ゾーンは、変換器からの熱の排出を容易にする。明白に、原則として、その質量は、共振周波数を低下させるという望ましくない効果を有し得るが、しかしそれが、梁Ｐが組み入れられる場所の近くに配置されるので、実際上それは、デバイスの機械的な挙動にほとんど影響しない。
【0028】
図２が、基礎的な図を実質的に構成する一方で、図３ａ〜５は、本発明の様々な有利な実施形態によるデバイスを示す。図６〜８は、このタイプの２つのデバイスを含むマイクロエレクトロメカニカルシステムと同様に、関連する作動及び検出電子装置を示す。
【0029】
本発明によるデバイスは、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）技術で作製することができる。この場合に、デバイスは、比較的厚い（典型的には３５０〜６００μｍの厚さ）シリコン平面基板を含み、その上に、「埋め込み酸化物」（又は「埋め込み酸化物」を表す「ＢＯＸ」）と名付けられた酸化物層ＳｉＯ２が堆積され、次にデバイス層（ＤＬ）を名付けられた非常に微細なシリコン層（５ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍ）が堆積され、その上に、コンタクト及び導電トラックを作製するために金属層を堆積することができる。用語「金属」は、例えば縮退半導体を含む、金属型の導電性を示す材料の広い意味で理解されるべきである。デバイス層は、固有のほぼ絶縁領域、及びより高いか又は低い抵抗を備えたドープされた導電領域を含むことができる。デバイス層のドープ領域上の金属層の堆積は、オーミックコンタクトの形成につながることができる。
【0030】
デバイス層の或る領域は、下にある埋め込み酸化物を除去することによって解放することができる。特に、本発明によるデバイスは、その端部の１つにおいて基板に固定された、長手方向に延びる解放された構造（例えば梁）を含む。横方向インジェクタもまた、デバイス層のドープされ解放された領域に基づいて得られる。変形として、梁型の構造及び／又は横方向インジェクタ（単複）は、部分的にデバイス層において、且つ部分的に他の材料において作製することができる。
【0031】
変換器の抵抗は、異なる方法で得ることができる。− デバイス層のドープ領域に基づいて、ドーパント濃度は、インピーダンスを調整するように選択される（典型的には、１０１７〜１０２１ａｔ／ｃｍ３、好ましくは１０１９〜５・１０２０ａｔ／ｃｍ３の密度で）。
− 例えばＰｔ又はＴｉＮの金属薄層の堆積によって。
− ＳｉＰｔ、ＡｌＳｉ、ＴｉＳｉ、ＮｉＳｉ、ＷＳｉ２などのシリサイドにおいて。
− 上記の手順を組み合わせることによって。
【0032】
前述のように、これらの抵抗は、解放された機械構造ゾーンに配置され、そこにおいて、平面における屈曲歪みは、熱膨張によって発生された機械的な歪みが、かかる屈曲（作動において変換器を使用するために）を引き起こすために、基板に平行な平面における前記構造の屈曲が（検出において変換器を使用するために）抵抗において非ゼロの平均歪みを誘起するように、ただ１つの符号をもち、逆も同様である。
【0033】
本発明によるデバイスは、一般にまた電流注入ゾーン、接続線、コンタクトパッドなどの他の要素を含む。検討される実施形態によれば、ゾーンは、全体的に解放されるか又は部分的に解放されてもよい。
【0034】
ＳＯＩの使用は、単に非限定的な例である。別の材料、例えば二次元電子ガスを含むヘテロ構造又は電流経路を画定できる任意の他の構造から本発明によるデバイスを作製することがまた可能であろう。例えばノーマリーパス又はノーマリーブロック型のＭＯＳ（金属―酸化物―半導体）構造を用いることが可能である。後者の場合に、キャリアのチャネルを生成するために、静電気グリッドを用いることが可能である。実際に、解放することができる、且つ所望の共振周波数を生成するのに十分に優れた機械的特性を有する任意の導電材料を用いることが可能である。
【0035】
以下において図は、本発明によるデバイスの全ての作製詳細を示すわけではなく、変換器を形成する横方向インジェクタ及び抵抗ゾーンの形状及び配置、電気相互接続部、コンタクトパッド、並びに作動及び検出電気回路などの或る態様を主として示す。
【0036】
図３ａのデバイスは、ＳＯＩスタックのデバイス層の内部に作製され、埋め込み酸化物のエッチングによって基板から解放され、且つｘと名付けられた長手方向に延びる機械的構造Ｐ１を含む。この場合に、構造Ｐ１は、単純な梁でなく、より複雑な複合構造を示し、それは、横材によって連結された２つの平行な長手方向梁Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを含む。
【0037】
領域ＺＩ１内の全てのシリコンは、「ｎ＋」にドープされ、従って金属層の堆積によってオーミックコンタクトの形成を可能にする。基板に固定されたデバイス層の領域において、Ｐ１の横寸法（ｙ軸）に対して大きな寸法（例えば少なくとも５μｍ×５μｍ）の、且つＰ１ａ及びＰ１ｂの固着部の近くに位置する２つの金属堆積物ＰＬＭ１、ＰＬＭ２が、２つのコンタクトパッドを形成する。図３ａの例において、コンタクトパッドＰＬＭ１、ＰＬＭ２を担持するドープされたシリコン領域は、基板に固定された（固着された）中央部ＡＰＬＭ１、ＡＰＬＭ２と、解放できる周辺領域と、を含む。検討される実施形態において、中央部ＡＰＬＭ１、ＡＰＬＭ２は、実際には、機械的構造Ｐ１が組み入れられるか又は固着される場所である。
【0038】
２つのインジェクタＩ１及びＩ２が、構造Ｐ１に固定された、且つオーミックコンタクトを形成する金属層で覆われた、デバイス層のドープされ解放された部分に作製される。これらのインジェクタは、梁Ｐ１ａの部分Ｒ１及びＲ３によって形成された抵抗型変換器のコンタクト抵抗を低減する働きをする。より正確には、第１のインジェクタＩ１及び第２のインジェクタＩ２は、梁Ｉ２に対して横断又は横方向ｙに延び、第２のインジェクタＩ２は、第１のインジェクタＩ１とコンタクトパッドＰＬＭ１との間で位置している。インジェクタＩ１は、金属で覆われドープされたシリコンで同様に作製された要素Ｉ１ｉｎｔによって延長され、要素Ｉ１ｉｎｔは、２つの梁Ｐ１ａ及びＰ１ｂの上に延びる。構造Ｐ１の機械的特性に過度に影響しないように、インジェクタの慣性を最小化するために、インジェクタは、前記構造の固着部にできるだけ近くにあるべきである。理想的には、固着部から最も離れたインジェクタまで延びる接合領域は、長手方向ｘにおける構造Ｐ１の大きさの５分の１、又は更に言えば１０分の１を超えるべきではない。
【0039】
インジェクタＩ１、Ｉ２は、梁によって担持された金属トラックＰＡＩ１、ＰＡＩ２によって、それぞれのコンタクトパッドＰＬＭ３、ＰＬＳ１に連結される。金属トラックＰＡＩ１、ＰＡＩ２は、ＳＯＩ構造のデバイス層に形成され、完全に解放され、且つｙ方向において高い可撓性（恐らく構造Ｐ１より大きい）を示す。図３ａの例において、この可撓性は、ｙに沿って向けられた「Ｌ」のアームの長さＬ１、Ｌ２に対して小さい幅Ｗ１、Ｗ２の「Ｌ」形の梁を取ることによって得られる。例えば、好ましくは、比率Ｌ２／Ｗ２は、梁Ｐ１ａの幅に対する抵抗領域Ｒ１の長さの比率の２倍を超えなければならず、比率Ｌ１／Ｗ１は、梁Ｐ１ａの幅に対する抵抗領域Ｒ１及びＲ３の総計長さの比率の２倍を超えなければならない。例えば蛇行を伴う異なる形状を用いることがもちろん可能である。多くの場合に、それは、高い可撓性及び低い慣性の両方を得るという問題である。他の場合に、デバイスの共振周波数を増加させるために、金属トラックを支持する梁の剛性を利用することが可能であろう。他方で、コンタクトパッドＰＬＳ１、ＰＬＭ３は、ＰＬＭ１、ＰＬＭ２の構造に似た構造を示し、従って少なくともそれらの中央部において基板に固定される。
【0040】
他の実施形態において、横方向注入ゾーンの数が、２を超え得ることが理解される。これらの横方向注入ゾーンは、長手方向構造Ｐ１が組み入れられる場所にできるだけ接近して配置される必要は必ずしもないが、これは、有利であると考えられることが多々ある。
【0041】
図３ａのデバイスは、直流タイプの信号に一般に重畳される、好ましくは長手方向構造Ｐ１の共振に対応する（又はより一般的にはこの共振に近い）周波数ｆ＝２πωの交流電気信号をパッドＰＬＳ１に印加することによって作動することができ、一方でパッドＰＬＭ１及びＰＬＭ３並びにまた任意選択的にＰＬＭ２は、接地される。図３ａの例において、これらの信号は、ＤＣ電圧発生器ＧＴＣに直列に接続されたＡＣ電圧発生器ＧＴＡによってそれぞれ生成され、これらの２つの発生器は、励起回路ＣＸを形成する。従って、電流Ｉｓ＋ｉｓ（「Ｉ」は直流を示し、「ｉ」は交流を示す）は、金属トラックＰＡＩ１を通過し、インジェクタＩ２を介して梁Ｐ１ａの接合部に注入され、且つ２つの成分に分かれる。第１の成分Ｉ１＋ｉ１は、梁Ｐ１ａの抵抗領域Ｒ１を通過し、且つパッドＰＬＭ１（「横方向」ではないが、低インピーダンスによって特徴付けられた注入ゾーン又はインジェクタを構成する）を介してグランドに戻る。成分Ｉ３＋ｉ３は、梁Ｐ１ａの抵抗領域Ｒ３を通過し、且つインジェクタＩ１、解放された梁ＰＡＩ１に堆積される導電トラック、及びパッドＰＬＭ３を介してグランドに戻る。これらの電流は、抵抗領域Ｒ１及びＲ３の発熱、並びに従ってこれらの２つの抵抗領域及びインジェクタＩ１、Ｉ２を含む梁Ｐ１ａの接合部の熱膨張をもたらす。他方で、電流は、梁Ｐ１ｂの抵抗領域Ｒ２はほとんど通過せず、従ってそれは、膨張しない。
【0042】
構造Ｐ１の屈曲は、Ｒ１及びＲ３において消費される熱パワーＰｔｈに比例し、それは次の式と等しい。【数5】
【0043】
本発明の重要な態様は、抵抗領域Ｒ１及びＲ３が、比較的低い長さ／幅比率（典型的には１〜５）を示し、それによって、１０オームのシート抵抗を仮定すると、１０Ω〜５０Ωの抵抗に対応し、更に平行に接続されるということである。従って、抵抗Ｒ＝Ｒ１／／Ｒ３は、上記の式で分かるように、熱アクチュエータにおいて消費されるパワーを増加させる低い値を示すことができる。
【0044】
図３ａの例において、抵抗領域Ｒ２は、受動的である。変形として、それは、図３ｂの場合におけるように、構造Ｐ１の振動を検出するピエゾ抵抗センサとして使用されるか、又はもっと先で説明される図４ａ及び４ｂの場合におけるように、Ｉ１ｉｎｔをコンタクトパッドＰＬＭ１に連結する導電トラックを担持することが可能である。
【0045】
インジェクタＩ１ｉｎｔに堆積された金属層は、接地面又は少なくとも非常に低い電位の平面を画定し、それは、構造Ｐ１において作動信号が接合部を超えて伝搬するのを防ぐ。（Ｉ２、ＰＡＩ２、ＰＬＳ１）に類似しているが、しかしＩ１の反対側に位置する構造によって、必要ならば別の接地面を追加することがまた可能である。
【0046】
ＤＣ電圧発生器ＧＴＣは、ＤＣ電流発生器と取り替えるか又は無いことが可能である（その場合に、式（３）の二次項を介して、機械的構造Ｐ１共振周波数ｆ０に近いか又は同一の周波数ｆにおいて機械的構造Ｐ１の励起を得るために、周波数ｆ／２で交番するＡＣ励起電流を用いることが適切であろう）。ＡＣ電圧発生器は、ＡＣ電流発生器又は無線周波数発生器と取り替えることが可能である。ＡＣ発生器を用いない準静的な動作を想定することさえも可能である。
【0047】
変形として、励起回路ＣＸは、抵抗測定回路と取り替えられ、ピエゾ抵抗効果によりＲ１／／Ｒ３の抵抗における変動によって明らかにされる構造Ｐ１の振動の検出を可能にし得る。この場合は、図３ｂに関連してより詳細に説明される。熱作動による構造Ｐ１の振動の励起及びピエゾ抵抗効果によるこの振動の検出の両方を可能にする回路を用いることがまた可能である。特に、これは、前に言及したように、周波数ｆ／２で交番するＡＣ電流を用いて励起が得られる場合に可能である。この場合に、励起信号（ｆ／２）及び測定信号（ｆ）は、電気フィルタによって分離することができる。しかしながら、これは、好ましい実施形態ではない。
【0048】
図３ｂのデバイスは、図３ａのデバイスの変形を構成する。主な差は、次の通りである。− 抵抗Ｒ１、Ｒ３は、エッチングによってではなく、もっぱらドーピング領域ＺＩ１の形状によって画定される。従って、抵抗領域Ｒ２は存在しない。
− コンタクトパッドＰＬＭ２は無く、一方でパッドＰＬＭ１は、より幅が広く、構造Ｐ１の固着領域全体にわたって延びる。
− 電圧発生器ＧＴＣ、ＧＴＡは、抵抗を測定するために回路ＣＭＲと取り替えられ、抵抗領域Ｒ１、Ｒ３をピエゾ抵抗センサとして用いることを可能にする。
【0049】
回路ＣＭＲは、直列の抵抗ＲＭ及びインダクタンスＬＭを通ってパッドＰＬＳ１に連結される、連続的又はゆっくり変化する（ｆ／１０を超えない周波数）電圧（又は電流）発生器ＧＭを含む（抵抗ＲＭは、単に発生器の内部抵抗であってもよい）。かかるトポロジは、「バイアスＴ」（又は「バイアスティー」）なる名称で知られている。アセンブリＲ１／／Ｒ３の抵抗における周期的な変動によって誘起された、周波数ｆにおける電圧変動は、リンクコンデンサＣＭを通って出力ＳＭＲから出力される。変形として、高周波数測定発生器（１０ｆ以上の周波数Ｆ）を用いること、及び後で復調されるＦ＋ｆ又はＦ−ｆにおける測定信号を検出することが可能であろう。
【0050】
図４ａのデバイスにおいて、インジェクタＩ２だけが、可撓性梁ＰＡＩ１により担持された金属線によって接続パッド（ＰＬＳ１）に接続され、一方でインジェクタＩ１は、このように短絡された抵抗領域Ｒ２の上に延びる金属線ＬＭ１（又はいずれにせよ強い導電性の線）によって、構造Ｐ１の固着部を覆うパッドＡＰＬＭ１に連結される。変形として、図３ａの場合におけるように、Ｐ１が、組み入れられる場所に対応して２つの別個のコンタクトパッドを有することが可能であろう。この場合に、ＬＭ１の存在によって、２つのパッドは、接地パッド機能を有するであろう。
【0051】
パッドＰＬＭ１は接地され、一方でパッドＰＬＳ１は、例えば図３ａ及び３ｂに関連して上記で説明した方法で動作できる作動及び／又は検出回路に連結される。
【0052】
Ｒ２の上の金属線の使用は、反直観的である。何故なら、それは、Ｒ１及びＲ３に作用する歪みに対して反対符号の歪みにさらされるからである。実際に、層ＬＭ１は、Ｒ１、Ｒ３よりはるかに低いゲージ率を有する。層ＬＭ１が、金属又は高い導電性の層を含むので、それは、Ｒ２を短絡させる。従って、Ｒ１及びＲ３における電流は、ピエゾ抵抗応答を支配する。
【0053】
アクチュエータとして使用される場合に、Ｒ１、Ｒ３だけを加熱することが望まれるのに対して、Ｒ２の側面を通過するジュール電力が、梁の上部アームの加熱に寄与することが嫌われる可能性がある。しかし実際には、ＬＭ１が金属で作製されるので、Ｉ１ｉｎｔ上の電位は、ゼロに近い。従って、積Ｕ＊Ｉは、Ｉ２の非ゼロ電位を介して供給されるＲ３及びＲ１における積Ｕ＊Ｉと比較して、極めて小さい。
【0054】
図４ａのデバイスにおいて、インジェクタＩ１が、Ｉ２の方向と反対の横方向に延び、これが、Ｐ１の平衡を保つ効果を有することが注目される。かかる配置は、任意選択であるが、同様に他の実施形態において用いることができる。
【0055】
図４ｂは、図４ａのデバイスの変形を示し、そこでは、例えばシリコン酸化物（ＳｉＯ２）又はパリレンで作製された誘電体層ＣＤが、インジェクタＩ２及びこのインジェクタを信号コンタクトパッドＰＬＳ１に連結する信号線、並びに任意選択的にパッド自体の一部を覆う。金属層ＣＭＭは、この誘電体層の上に堆積され、且つコンタクトパッドＰＬＭ２（又は変形としてパッドＰＬＭ１）を介して接地される。これは、電磁妨害から信号線を分離できるようにする。層ＣＭＭ及びＣＤは、線Ａ−Ａ’に沿って構造の断面図を示す挿入図上で特にはっきりと見える。
【0056】
可撓性梁ＰＡＩ２の二重に曲げられた形状もまた注目される。
【0057】
図４ｃは、変形を示し、そこでは、もはやどんな注入ゾーンＺＩ１も存在せず、抵抗Ｒ１及びＲ３は、シリサイド（シリコンと、プラチナ、アルミニウムなどの金属との合金）によって又は極めて局所的な注入によって、例えば、プラチナなどの堆積金属で作製された導電性薄層ＣＭＣからなる。
【0058】
図５のデバイスは、差動モードにおける動作を可能にする。このデバイスにおいて、長手方向構造Ｐ１は、図３ａの場合におけるような同じ複合構造を示す。それは、別々に組み入れられた２つの平行な長手方向梁Ｐ１ａ、Ｐ１ｂを含む。２つの金属化が、これらの梁の固着部ＡＰＬＳ１、ＡＰＬＳ２の上にコンタクトパッドＰＬＳ１、ＰＬＳ２を形成する。単一のインジェクタＩ１０は、梁Ｐ１ａ、Ｐ１ｂのドープされた接合部の上に延び、且つ可撓性の解放された梁ＰＡＩ１上に堆積された導電線によって、接地コンタクトパッドＰＬＭ１に連結される。２つの抵抗領域Ｒ１０、Ｒ２０は、Ｐ１ａ及びＰ１ｂの接合部においてそれぞれ画定される。検出モードでデバイスを用いる場合に、平面における構造Ｐ１の屈曲が、反対の方法でＲ１０及びＲ２０の抵抗に影響することが分かる。従って、向上した感度でＰ１の振動を検出するために、差動抵抗測定を実行することが可能である。
【0059】
相反的に、ＤＣ電圧に重畳された、逆位相で交番する電圧（又は実際には、ＤＣ成分がない状態で、求められるＰ１の振動周波数の半分と等しい周波数における直行する位相のＡＣ電圧）をＰＬＳ１及びＰＬＳ２に印加することによって、差動作動をもたらすことが可能である。
【0060】
図５において、参照符号ＣＡＤＤは、差動作動及び／又は検出回路を示す。
【0061】
今度は、屈曲において作動される長手方向構造Ｐ１は、その運動又はその変形を引き起こすおよび／又は検出することによって、より複雑なシステムの別の微小機械部材に作用することができる。かかるシステムの例が、図６〜１０に示されている。
【0062】
図６は、本発明による２つのデバイスを実装した複合的マイクロエレクトロメカニカルシステム（原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）プローブ）を表す。原子間力顕微鏡プローブは、基板Ｓのエッジから突き出る梁ＰＬによって担持されたＡＦＭ先端、ＰＡＦＭを含む。梁ＰＬは、基板の平面と平行な、その長手方向（ｘ）において振動することができる。従って、それは、図４ａのタイプのデバイスに属する２つの横方向アームＰ１、Ｐ１’の支持でつり下げられる。参照符号ＰＬＭ１、ＰＬＳ１、Ｉ１、Ｉ２は、第１のデバイスＤのコンタクトパッド及びインジェクタを示し、参照符号ＰＬＭ１’、ＰＬＳ１’、Ｉ１’、Ｉ２’は、第２のデバイスＤ’の対応する要素を示す。
【0063】
第１のデバイスＤは、励起回路ＣＸに連結され、且つ梁ＰＬの作動のために働く。第２のデバイスＤ’は、前記梁の振動を検出するために、測定回路ＣＭＲに連結される。
【0064】
このタイプのシステムは、ＳＯＩ技術で作製された。図９ａは、電子顕微鏡検査によって得られたシステムの画像を示す（本発明の理解のために関心のない画像の或る部分は隠された）。図９ｂは、インジェクタＩ１、Ｉ２を示す詳細図である。図１０は、振幅２ｄＢｍの電気信号を注入することによりシステムの振動を励起することによって実行された測定の結果を示し、その周波数は、範囲２〜６．５ＭＨｚを走査する。励起信号の周波数の２倍の周波数におけるシステムの機械的な振動は、０．２ＶのＤＣバイアス電圧を検出回路に印加することによって検出される。図に再現された測定曲線は、８．７８ＭＨｚの共振周波数でローレンツ型のスパイクを示す。
【0066】
参照符号ＰＬＭ２、ＰＬＳ１、ＰＬＳ２、Ｉ１０は、第１のデバイスＤのコンタクトパッド及びインジェクタを示し、参照符号ＰＬＭ２’、ＰＬＳ１’、ＰＬＳ２’、Ｉ１０’は、第２のデバイスＤ’の対応する要素を示す。デバイスＤは、作動において用いられる。そのパッドＰＬＳ１、ＰＬＳ２は、ＤＣ成分に重畳された、共通の発生器及び１８０°移相器を用いることによって得られた、同じ周波数で逆位相の２つの交流電気信号を受信するために、差動作動回路ＣＡＤに連結される。デバイスＤ’は、検出において用いられる。そのパッドＰＬＳ１’、ＰＬＳ２’は、差動検出回路ＣＤＤの入力部に連結される。
【0067】
図８は、図３ｂのタイプの２つのデバイスＤ、Ｄ’を用いる加速度計型のマイクロエレクトロメカニカルシステムを示す。参照符号Ｉ１、Ｉ２、ＰＬＭ１、ＰＬＭ２、ＰＬＳ１、ＰＬＳ２は、デバイスＤのインジェクタ及びコンタクトパッドを表し、参照符号Ｉ１’Ｉ２’、ＰＬＭ１’、ＰＬＭ２’、ＰＬＳ１’、ＰＬＳ２’は、デバイスＤ’の同じ要素を示す。
【0068】
システムは、梁型要素ＰＬであって、直角の方向ｘに延びる別の梁ＰＭＭによって可動質量ＭＭに接続される、方向ｙに延びる梁型要素ＰＬを含む。この可動質量は、ＡＭＭ１及びＡＭＭ２において固着される。２つのデバイスの１つ、例えばＤは、梁ＰＭＭを振動に設定できるようにし、一方で第２のシステム、例えばＤ’は、前記梁の共振周波数を測定する。加速中に、可動質量は移動し、梁ＰＭＭを圧縮するか又は伸ばし、且つその共振周波数の検出可能な変化を誘起する。
【符号の説明】
【0069】
ＡＦＭ 原子間力顕微鏡ＡＰＬＭ１、ＡＰＬＭ２ 中央部
ＡＰＬＳ１、ＡＰＬＳ２ 固着部
ＣＡＤ 差動作動回路
ＣＡＤＤ 差動作動及び／又は検出回路
ＣＤ 誘電体層
ＣＤＤ 差動検出回路
ＣＭ リンクコンデンサ
ＣＭＣ 導電性薄層
ＣＭＭ 金属層
ＣＭＲ 電気検出回路
ＣＸ 電気作動回路
Ｄ 第１のデバイス
Ｄ’ 第２のデバイス
ＤＬ デバイス層
ＧＴＡ ＡＣ電圧発生器
ＧＴＣ ＤＣ電圧発生器
Ｉ１、Ｉ２ インジェクタ
Ｉ１ｉｎｔ 要素
ＩＬ 横方向インジェクタ
ＬＭ１ 金属線
Ｐ 固定梁
Ｐ１ 機械的構造
Ｐ１ａ、Ｐ１ｂ 長手方向梁
ＰＡＦＭ ＡＦＭ先端
ＰＡＩ１、ＰＡＩ２ ＰＬ ＰＭＭ 梁
ＰＣ１、ＰＣ２ ＰＬＭ１、ＰＬＭ２、ＰＬＭ３、ＰＬＳ１、ＰＬＭ１’、ＰＬＳ１’、Ｉ１’、Ｉ２’ コンタクトパッド
ＭＭ 可動質量
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３、Ｒ１０、Ｒ２０ 抵抗領域
Ｓ 基板
ＳＭＲ 出力
ＴＲ 抵抗型変換器
Ｚ１ 第１のコンタクトゾーン
Ｚ１’ 第２のコンタクトゾーン
Ｚ２ 第１の接合領域
Ｚ２’ 第２の接合領域
Ｚｉ 固有領域
ＺＩ１ ドーピング領域
Ｒｃ１、Ｒａ１、Ｒｉ、Ｒａ２、Ｒｃ２、Ｒｓｑ 抵抗
Ｒａｃｃ アクセス抵抗
【外国語明細書】