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特表2022-525960大きな流体的に効果的な表面を有するＭＥＭＳ

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-05-20

(54)【発明の名称】大きな流体的に効果的な表面を有するＭＥＭＳ

(51)【国際特許分類】

B81B 3/00 20060101AFI20220513BHJP

H04R 17/10 20060101ALI20220513BHJP

F04B 45/047 20060101ALI20220513BHJP

H04R 19/02 20060101ALN20220513BHJP

【ＦＩ】

B81B3/00

H04R17/10

F04B45/047 Z

H04R19/02

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021556711

(86)(22)【出願日】2020-03-17

(85)【翻訳文提出日】2021-11-22

(86)【国際出願番号】 EP2020057298

(87)【国際公開番号】W WO2020193288

(87)【国際公開日】2020-10-01

(31)【優先権主張番号】102019203914.6

(32)【優先日】2019-03-21

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】591037214

【氏名又は名称】フラウンホッファー－ゲゼルシャフトツァフェルダールングデァアンゲヴァンテンフォアシュンクエー．ファオ

(74)【代理人】

【識別番号】100079577

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田全啓

(74)【代理人】

【識別番号】100167966

【弁理士】

【氏名又は名称】扇谷一

(72)【発明者】

【氏名】ランガセルジュ

(72)【発明者】

【氏名】コンラートホルガー

(72)【発明者】

【氏名】カイザーベルト

【テーマコード（参考）】

3C081

3H077

5D004

5D021

【Ｆターム（参考）】

3C081AA01

3C081AA13

3C081AA17

3C081BA01

3C081BA11

3C081BA22

3C081BA25

3C081BA41

3C081BA44

3C081BA48

3C081BA53

3C081BA55

3C081BA57

3C081CA13

3C081CA32

3C081DA03

3C081DA27

3C081DA29

3C081DA30

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3C081EA01

3C081EA07

3C081EA21

3C081EA32

3C081EA41

3H077AA01

3H077AA12

3H077CC02

3H077CC09

3H077DD01

3H077EE01

3H077FF07

3H077FF31

5D004DD01

5D021CC04

(57)【要約】

【課題】大きなアスペクト比を持ち、製作し易いマイクロエレクトロメカニカルシステムを提供する。
【解決手段】マイクロエレクトロメカニカルシステム（ＭＥＭＳ）は、キャビティを含んでいる基板を含む。ＭＥＭＳは、第１のビーム、および、第２のビーム、および、第１のビームと第２のビームとの間に配置され、第１のビームと第２のビームとから電気的に絶縁された離れた領域に固定される第３のビームを含んでいるキャビティの中に配置された可動層の配置を含む。可動層の配置は、第１のビームと第３のビームとの間の電位に応答して、または、第２のビームと第３のビームとの間の電位に応答して、基板平面において動きの方向に沿って、動きを実行するように構成される。第１および第２および第３のビームは、可動層の配置の第１の層の部分である。可動層の配置は、基板平面に垂直な方向に沿って第１の層に隣接して配置される第２の層を含む。第２の層は、動きの方向に沿って移動可能に配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

キャビティ（１６）を含んでいる基板（１２）と、
第１のビーム（２６ａ）、および、第２のビーム（２６ｂ）、および、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第２のビーム（２６ｂ）との間に配置され、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第２のビーム（２６ｂ）とから電気的に絶縁された離れた領域に固定される第３のビーム（２６ｃ）を含んでいる前記キャビティ（１６）の中に配置された可動層の配置（３６）と、を備え、
前記可動層の配置（３６）は、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間の電位に応答して、または、前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間の電位に応答して、基板平面において動きの方向（３４）に沿って、動きを実行するように構成され、
前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）は、前記可動層の配置（３６）の第１の層（２４；２４₁）の部分であり、前記可動層の配置は、前記基板平面に垂直な方向（ｚ）に沿って前記第１の層（２４；２４₁）に隣接して配置される第２の層（２４₂；１８）を含み、前記第２の層（２４₂；１８）は、前記動きの方向（３４）に沿って移動可能に配置される、ＭＥＭＳ。

【請求項2】

前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）は、静電気的、圧電気的、熱機械的な電極である、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項3】

前記第２の層（２４₂）は、第４のビーム（２６ｄ）および第５のビーム（２６ｅ）および第６のビーム（２６ｆ）に構造化され、前記基板平面に垂直な方向（ｚ）に沿って、前記第４のビーム（２６ｄ）は前記第１のビーム（２６ａ）に隣接して配置され、前記第５のビーム（２６ｅ）は、前記第２のビーム（２６ｂ）に隣接して配置され、前記第６のビーム（２６ｆ）は、前記第３のビーム（２６ｃ）に隣接して配置される、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項4】

隣接する層のビームは、相互にオフセットに配置される、請求項３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項5】

前記第１のビーム（２６ａ）と前記第４のビーム（２６ｄ）、および、前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第５のビーム（２６ｅ）、および、前記第３のビーム（２６ｃ）と前記第６のビーム（２６ｆ）のうちの少なくとも１つのペアは、前記第１の層（２４₁）と前記第２の層（２４₂）との間に配置された中間層（２２₂）を介在させて、相互に機械的に接続される、請求項３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項6】

前記第３のビーム（２６ｃ）と前記前記第６のビーム（２６ｆ）とは、前記第１の層（２４₁）と前記第２の層（２４₂）との間に配置された中間層（２２₂）を介在させて、相互に機械的に接続され、一方で前記第１のビーム（２６ａ）と前記第４のビーム（２６ｄ）との間、および、他方で前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第５のビーム（２６ｅ）との間の前記中間層（２２₂）は、前記第１のビーム（２６ａ）を前記第４のビーム（２６ｄ）から離れて置くと共に、前記第２のビーム（２６ｂ）を前記第５のビーム（２６ｅ）から離れて置くために取り除かれる、請求項３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項7】

一方で前記第１のビーム（２６ａ）と前記第４のビーム（２６ｄ）とが、および、他方で前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第５のビーム（２６ｅ）とが、前記第１の層（２４₁）と前記第２の層（２４₂）との間に配置された前記中間層（２２₂）を介在させて相互に機械的に接続され、前記第３のビーム（２６ｃ）と前記第６のビーム（２６ｆ）との間の前記中間層（２２₂）は、前記第３のビームと前記第６のビームとの間にギャップを設けるために、取り除かれる、請求項３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項8】

前記第１の層（２４₁）と前記第２の層（２４₂）とは、前記中間層（２２₂）を介在させて、前記基板（１２）の領域内で相互に接続され、前記中間層（２２₂）は、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第４のビーム（２６ｄ）との間の、および、前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第５のビーム（２６ｅ）との間の、および、前記第３のビーム（２６ｃ）と前記第６のビーム（２６ｆ）との間の前記キャビティ（１６）の領域において取り除かれる、請求項３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項9】

前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）は、可動層の構造（３６）の第１の可動素子（３２₁）を形成し、前記第４のビーム（２６ｄ）および前記第５のビーム（２６ｅ）および前記第６のビーム（２６ｆ）は、前記可動層の構造（３６）の第２の可動素子（３２₂）を形成し、前記第１の可動素子（３２₁）は、前記第２の可動素子（３２₂）に対して、前記動きの方向（３４）に沿って可動に配置される、請求項８に記載のＭＥＭＳ。

【請求項10】

一方では前記第１のビーム（２６ａ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間に、および、他方では前記第４のビーム（２６ｄ）と前記第６のビーム（２６ｆ）との間に、異なる電位を印加することができる、および／または、
一方では前記第２のビーム（２６ｂ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間に、および、他方では前記第５のビーム（２６ｅ）と前記第６のビーム（２６ｆ）との間に、異なる電位を印加することができる、請求項９に記載のＭＥＭＳ。

【請求項11】

前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）は、可動素子（３２）を形成し、前記第２の層（１８）は、前記キャビティ（１６）内の流体と相互作用するためのレジスタ構造（４８）を形成し、前記レジスタ構造は、前記可動素子（３２）に機械的に接続されると共に、前記可動素子（３２）と一緒に動かされる、および／または、一緒に変形される、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項12】

前記レジスタ構造（４８）は、中間層（２２）の手段によって前記第１の層に接続される、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項13】

前記第１の層（２４₁）は、前記第３のビーム（２６ｃ）とは反対を向く側の面に、前記第１のビーム（２６ａ）または前記第２のビーム（２６ｂ）に機械的に固定されるピギーバック素子（６２）をさらに含み、前記レジスタ構造（４８）は、前記ピギーバック素子（６２）の上に少なくとも部分的に配置される、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項14】

前記ピギーバック素子（６２）は、結合素子（６４）を介在させて前記第１のビーム（２６ａ）または前記第２のビーム（２６ｂ）に機械的に堅く接続され、前記結合素子（６４）は、前記可動素子（３２）の変形の間に最大の撓みを生じる領域の中に配置される、請求項１３に記載のＭＥＭＳ。

【請求項15】

前記レジスタ構造（４８）は、前記動きの方向（３４）に垂直で、かつ、前記可動層の配置（３６）の軸の延長方向（ｙ）に沿って前記基板平面に平行に配置された、いくつかの部分素子（４８ａ～４８ｊ）を含む、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項16】

前記部分素子（４８ａ～４８ｊ）は、前記軸の延長方向（ｙ）に沿って、相互に距離（７２）を持つ、請求項１５に記載のＭＥＭＳ。

【請求項17】

前記距離（７２）は、最大１００μｍであり、好ましくは最大１０μｍであり、特に好ましくは最大１μｍである、請求項１６に記載のＭＥＭＳ。

【請求項18】

前記部分素子（４８ａ～４８ｊ）は、前記第１のビーム（２６ａ）または前記第２のビーム（２６ｂ）または前記第３のビーム（２６ｃ）のいずれかに、機械的に堅く接続される、請求項１５に記載のＭＥＭＳ。

【請求項19】

前記部分素子（４８ａ～４８ｊ）は、前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）のうちの少なくとも２つの上に配置される、請求項１５に記載のＭＥＭＳ。

【請求項20】

前記動きの方向（３４）に沿ったまたは反対の方向での、前記レジスタ構造（４８）と前記基板（１２）との間の第１の距離（５８₁）は、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間の第２の距離（４２₁）より大きい、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項21】

前記第１の距離（５８₁）は、前記第２の距離（４２₁）よりも、少なくとも１～２０倍、好ましくは３～１０倍、特に好ましくは５～７倍大きい、請求項２０に記載のＭＥＭＳ。

【請求項22】

前記第２の層（１８）の前記基板平面に垂直な層厚（５６）は、前記第１の層（２４₁）よりも、少なくとも１～２０倍、好ましくは３～１０倍、特に好ましくは５～７倍大きい、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項23】

前記第１の層（２４₁）の層厚（５２）と、前記第１のビーム（２６ａ）と前記第３のビーム（２６ｃ）との間の距離（４２₁）と、についての前記第１の層（２４₁）のアスペクト比は、４０未満である、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項24】

前記レジスタ構造（４８）は、前記第１の層（２４₁）の第１の側に配置された第１のレジスタ構造であり、さらに、前記第１の側とは反対の側に配置された、前記第１の層（２４₁）の第２の側に配置された第２のレジスタ構造を含む、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項25】

前記レジスタ構造（４８）は、前記キャビティ（１６）内に配置された流体のための流体レジスタを設けている、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項26】

前記可動層の配置（３６）は、第４のビーム（２６ｄ）および第５のビーム（２６ｅ）および第６のビーム（２６ｆ）に構造化される第３の層（２４₂）を含み、前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）が、前記可動層の配置（３６）の第１の可動素子（３２₁）を形成すると共に、前記第４のビーム（２６ｄ）および前記第５のビーム（２６ｅ）および前記第６のビーム（２６ｆ）が、前記可動層の配置（３６）の第２の可動素子（３２₂）を形成する、請求項１１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項27】

前記第１の可動素子（３２₁）は、前記第２の可動素子（３２₂）に機械的に接続されるか、または、接続されない、請求項２６に記載のＭＥＭＳ。

【請求項28】

前記レジスタ構造（４８）は第１のレジスタ構造（４８₁）であり、前記第２の可動素子（３２₂）に接続された第２のレジスタ構造（４８₂）含む、請求項２６に記載のＭＥＭＳ。

【請求項29】

前記第１の可動素子（３２₁）および前記第２の可動素子（３２₂）は、前記第１のレジスタ構造（４８₁）と前記第２のレジスタ構造（４８₂）との間に、相互に隣接して、かつ、前記基板平面に垂直な方向（ｚ）に沿って配置される、請求項２８に記載のＭＥＭＳ。

【請求項30】

前記第１のレジスタ構造（４８₁）および前記第２のレジスタ構造（４８₂）は、前記第１の可動素子（３２₁）と前記第２の可動素子（３２₂）との間に、相互に隣接して、かつ、前記基板平面に垂直な方向（ｚ）に沿って配置される、請求項２８に記載のＭＥＭＳ。

【請求項31】

前記第１のレジスタ構造（４８₁）および前記第２のレジスタ構造（４８₂）は、互いに対して可動である、請求項３０に記載のＭＥＭＳ。

【請求項32】

前記可動層の構造（３６）は、前記基板（１２）の一方の側に固定された、曲がっているビーム構造を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項33】

前記第１の層（２４；２４₁）および前記第２の層（２４₂；１８）の前記基板平面に垂直な層厚は、少なくとも５０μｍである、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項34】

前記基板平面に平行で、かつ、前記動きの方向（３４）に垂直な方向（ｙ）での前記可動層の配置に沿っての軸の延長は、厚さ方向に沿って前記可動層の配置の大きさに比較して、少なくとも０．５倍の大きさを持つと共に、１０μｍ～５０００μｍの範囲、好ましくは１００μｍ～２０００μｍの範囲、特に好ましくは４００μｍ～１５００μｍの範囲の値を持つ、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項35】

前記キャビティ（１６）は、少なくとも１つの開口（２８）を介在させて、前記基板（１２）の外部の環境（８８）に流体的に接続され、前記少なくとも１つの開口（２８）は、前記可動層の配置の平面内に配置される、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項36】

ＭＥＭＳのポンプ、または、ＭＥＭＳのスピーカー、または、ＭＥＭＳのマイクロフォン、または、ＭＥＭＳのテラヘルツ導波路として構成される、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項37】

前記可動層の構造を制御するように構成された制御手段（８６）を含む、請求項１に記載のＭＥＭＳ。

【請求項38】

前記第１のビーム（２６ａ）および前記第２のビーム（２６ｂ）および前記第３のビーム（２６ｃ）は、第１の可動素子（３２₁）を形成し、前記ＭＥＭＳは複数の可動素子を含み、前記制御手段（８６）は、前記複数の可動素子を個々に制御するように構成される、請求項３７に記載のＭＥＭＳ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体と相互作用するための大きな効果的な領域を含むように構成されたマイクロエレクトロメカニカルシステム（微小電気機械システム、以下、ＭＥＭＳとも記す）に関する。本発明は、特に、リア（背後）構造またはレジスタ（抵抗体）構造を、スタック（積み重ね）および／または配置するために、拡大されたトランスバーサル（横断の）表面を持つＮＥＤ（ナノ範囲の静電気駆動）に関する。

【背景技術】

【0002】

ＮＥＤ（ナノ範囲の静電気駆動）の原理は、特許文献１において説明される。ＮＥＤは、斬新なＭＥＭＳ（微小電気機械システム）のアクチュエーター原理である。技術的な観点から、２つのタイプのＮＥＤアクチュエーターが基本的に存在する。垂直のＮＥＤ（Ｖ－ＮＥＤ）および横のＮＥＤ（Ｌ－ＮＥＤ）である。Ｖ－ＮＥＤにおいて、対象物の例えばシリコン（Ｓｉビーム）は、垂直に、すなわち、例えばＳｉディスクまたはウェハーによって定義された基板平面の外を動く。Ｌ－ＮＥＤにおいて、Ｓｉビームなどの対象物は、横に、すなわち、例えばＳｉディスクの平面内を動く。

【0003】

ＮＥＤギャップにおいて、状況は、電極ギャップが小さければ小さいほど、電気力はより大きく働き、従って、ビームの望ましい撓みがより大きいように説明される。これは、非常に小さいギャップ距離（例えばナノメートルの範囲で）が、たいてい常に望ましいことを意味する。

【0004】

技術的に、電極間のそのような小さい距離は、常に作製し易いわけではない。通常、シリコンにギャップを作製するとき、深いシリコンエッチング（ＤＳｉ）の方法が使われる。広く使われるＤＳｉの方法は、いわゆるボッシュ法である。ボッシュ法によって、非常に小さいギャップ距離がエッチングできるけれども、しかし、それは、アスペクト（縦横）比、すなわち溝の深さと幅との間の比率が、３０よりずっと多くないときだけである。

【0005】

これは、３００ｎｍのギャップ距離が必要であるとき、ボッシュ法は、妥当な品質を伴って１０μｍの深さにまでエッチングするだけである、ことを意味する。多くのＬ－ＮＥＤの応用のために、ほんの１０μｍの深さは十分ではない。例えば、１００μｍの深さが必要であるとき、これは、溝の幅も、１０倍大きく、すなわち約３μｍの幅を作らなければならない、という結果を持つ。

【0006】

図１１ａは、Ｌ－ＮＥＤとして構成された既知のＭＥＭＳ１０００の模式断面図または断面を示す。ＭＥＭＳ１０００は、ＢＳＯＩ（絶縁体上に接合されたシリコン）ウェハーの処理ウェハーなどの基板層１００２を含む。ＢＳＯＩウェハーのデバイス層は、その上にスタックされる。層１００２と層１００４とは、酸化物層、すなわち、ＢＳＩＯウェハーの埋められた酸化物（ＢＯＸ）を介在させて接続される。層１００４の形成された外部電極１００８ａおよび１００８ｂは、層１００４の内部電極１００８ｃが外部電極１００８ａと１００８ｂとの間に配置されるように配置される。ＮＥＤギャップ１０１２₁および１０１２₂は、例えば前述のＤＳｉの方法の手段によって得られた電極の間に配置される。外部の溝１０１４₁と１０１４₂との間には、外部電極１００８ａおよび１０００８ｂがそれぞれ配置される。外部の基板として残留する層１００４の素材は、電極によって形成された可動のビームを定義することができ、例えばＤＳｉによっても形成できる。Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターの高さ１０１６は、例えば、好ましくは電極１００８ａおよび／または電極１００８ｂおよび／または電極１００８ｃと層１００２との間のギャップを追加することによって、可動素子の拡張に関連し、例えば層１００２の主要な拡張方向によって定義された基板平面に対して垂直である。

【0007】

図１１ｂは、ＭＥＭＳ１０００の模式平面図を示す。電極１００８ｂと電極１００８ｃだけでなく、電極１００８ａと電極１００８ｃは、それぞれ、離れた領域に配置された絶縁体層１０２２を介在させて、相互に機械的に堅く接続される。可動電極１００８ａおよび１００８ｂおよび１００８ｃによって形成された可動素子は、平面内に配置された動き１０２４の横方向に沿って可動である。

【0008】

Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターの横の動きは、アクチュエーターが動く媒体（例えば、空気または液体）の動きを結果として生じる。この媒体の動きは、Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターに基づいた（マイクロ）スピーカーまたは（マイクロ）ポンプを作製するために用いられる。スピーカーのボリュームまたはポンプのパワーは、動かされるボリューム（空気または液体）のサイズに依存する。Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターの場合、動かされるボリュームは、Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターの撓みの量、すなわち、動き１０２４の方向に沿った振幅および高さ１０１６によって決定される。従って、Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターが高くて大きい撓みを持つ、ＭＥＭＳスピーカーおよび／またはＭＥＭＳポンプを作製することが望ましい。

【0009】

上述したように、以下の一般的な主張は、Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターに適用される。
・Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターのギャップが小さければ小さいほど、撓みはより大きい。
・Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターのギャップが小さければ小さいほど、作製中（ボッシュ法）の制限されたアスペクト比に基づいたアクチュエーターの高さはより小さい。

【0010】

これは、製作工程が、ビームの小さいギャップ（大きい撓み）および大きい高さを得ることを非常に難しくする、ことを意味する。

【0011】

Ｌ－ＮＥＤに基づいたマイクロスピーカーまたはマイクロポンプの原理は、特許文献２において説明される。

【0012】

図１２は、主としてＭＥＭＳ１０００の側断面図に対応する、そこから知られているＭＥＭＳ２０００の模式断面図を示す。層１００２は、電極１００８ａおよび電極１００８ｂおよび電極１００８ｃが動くキャビティ１０２８と、ＭＥＭＳ２０００の外部の環境との間に、ボリュームの流れを許すように、開口１０２６を含む。その上で、別の絶縁層１００６₂および別の基板層１０３２の手段によって、例えばＭＥＭＳ２０００の蓋を形成するように配置される。そして、それは、例えば、開口１０２６が音響または流体の出口として役立つとき、キャビティ１０２８のために開いている入口として役立つ開口１０３４も含む。層１００２と電極１００８ａおよび／または電極１００８ｂおよび／または電極１００８ｃとの間の距離１０３６₁、および／または、それらの電極１００８ａ～１００８ｃと蓋ウェハー１０３２との間の距離１０３６₂は、通常、（１０ｎｍ～１０μｍの厚さのＳｉの熱の酸化によって決定された）約１μｍの値を持つことができる。

【0013】

図１２に従う主要な原理は、蓋ウェハー１０３２を持つ、図１１ａおよび図１１ｂの文脈において説明されるようなデバイスウェハーとも呼ばれる、ＢＳＯＩウェハーの上に作製されたＬ－ＮＥＤアクチュエーターを提供することである。デバイスウェハーと蓋ウェハーとは、ボンディング法の手段によって接合される。出口１０２６と入口１０３４は、音響信号または流体のために提供される。

【0014】

Ｌ－ＮＥＤビームは、横に動くことができ、その方法で、音響効果またはポンプ効果を生成することができる。音響効果およびポンプ効果は、Ｌ－ＮＥＤの高さとＬ－ＮＥＤのギャップとの間の比率が大きいとき、より効果的になり、それは大きければ大きいほどより良い。Ｌ－ＮＥＤの高さ１０１６とＬ－ＮＥＤのギャップ１０１２との間の比率は、約３０である。この制限はＳｉ技術の製造工程に起因している。

【0015】

その上、図１２に従うＬ－ＮＥＤビームは、垂直のプルイン効果によって制限される（プルインとは、静電気の力などによる、Ｌ－ＮＥＤビームと蓋ウェハーまたは処理ウェハーとの間の機械的および／または電気的な接触である）。これは、電圧がＬ－ＮＥＤの電極１００８ａまたは１００８ｂまたは１００８ｃのうちの１つに印加され、かつ、層１００２および／または１０３２が接地するとき、Ｌ－ＮＥＤビームを底の方にまたは上の方に引く電気的垂直力が生じる、ことを意味する。Ｌ－ＮＥＤビームと蓋ウェハー１０３２または処理ウェハー１００２との間の距離１０３６₁および１０３６₂が、相対的に小さい（１～２μｍの範囲内）ので、底の方（垂直な、ｚ方向）へのＬ－ＮＥＤビームの動きが、プルイン効果を結果として生じる。以下の２つの理由のために、垂直なプルインは望ましくない。
・機械的：操作の間、Ｌ－ＮＥＤビームと蓋ウェハーまたは処理ウェハーとの間の機械的な接触が、デバイスの機械的な破壊を結果として生じる。その上、非常に高い傾向にある動きの忠実さ（入力信号と出力信号との間の予期される体系的な接続）が制限される。その結果、歪みおよび摩擦損失および非線形性が結果として生じる。
・電気的：操作の間、Ｌ－ＮＥＤビームと蓋ウェハーまたは処理ウェハーとの間の電気的な接触が、デバイスの電気的な破壊（ショート）を結果として生じる。

【0016】

特許文献３は、大きなアスペクト比が、互いに対して電極のその後のシフトによって得られることを説明する。電極のその後のシフトは、制御することが困難である別のプロセスであり、それ故、エラーに陥り易い。

【0017】

従って、大きなアスペクト比を持ち、製作し易い、面内を移動可能な素子を持つＭＥＭＳは望ましい。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0018】

【特許文献1】国際特許ＷＯ２０１２／０９５１８５Ａ１

【特許文献2】ドイツ特許ＤＥ１０２０１５２１０９１９Ａ１

【特許文献3】ドイツ特許ＤＥ１０２０１７２０３７２２Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0019】

本発明の目的は、大きなアスペクト比を持ち、製作し易いＭＥＭＳを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0020】

本発明の目的は、独立した請求項の主題によって解決される。

【0021】

本発明の中心的な着想は、Ｌ－ＮＥＤデバイスの電極層が、流体と相互作用するための追加領域を提供する別の第２の層によって補われる、ということを見つけることである。この第２の層は、既に現存して制御可能なプロセスによって製作され、従って、簡素な製作を可能にし、同時に効果的なアスペクト比を増大できる。

【0022】

実施の形態に従って、ＭＥＭＳは、キャビティを含んでいる基板を含む。ＭＥＭＳは、第１のビーム、および、第２のビーム、および、第１のビームと第２のビームとの間に配置され、第１のビームと第２のビームとから電気的に絶縁された離れた領域に固定される第３のビームを含んでいるキャビティの中に配置された可動層の配置を含む。可動層の配置は、第１のビームと第３のビームとの間の電位に応答して、または、第２のビームと第３のビームとの間の電位に応答して、基板平面において動きの方向に沿って、動きを実行するように構成される。第１および第２および第３のビームは、可動層の配置の第１の層の部分である。可動層の配置は、基板平面に垂直な方向に沿って第１の層に隣接して配置されると共に、動きの方向に沿って移動可能に配置される、第２の層を含む。ビームの配置と比較して、第２の層は、流体、すなわちガスおよび／または液体と相互作用するための追加の効果的な領域を可能にする。

【0023】

実施の形態に従って、第２の層は、第４および第５および第６のビームに構造化される。ｚ方向のように基板平面に垂直な方向に沿って、少なくともＭＥＭＳの待機状態において、第４のビームは第１のビームに隣接して配置され、第５のビームは第２のビームに隣接して配置され、第６のビームは第３のビームに隣接して配置される。これは、追加の能動的に制御可能な領域を可能にする。

【0024】

実施の形態に従って、第１の層と第２の層との間に配置された中間層を介在させて、第１のビームは第４のビームに機械的に接続され、および／または、第２のビームは第５のビームに機械的に接続され、および／または、第３のビームは第６のビームに機械的に接続される。これは、ビーム間の小さい流体損失、および、個々のビームの動きの機械的な結合を可能にする。

【0025】

実施の形態に従って、第３のビームと第６のビームとは、第１の層と第２の層との間に配置された中間層を介在させて、相互に機械的に接続される。中間層は、第１のビームを第４のビームから離れて置くと共に、第２のビームを第５のビームから離れて置くために、一方で第１のビームと第４のビームとの間、および、他方で第２のビームと第５のビームとの間を取り除かれる。これは、結合している動きが、第４および第５および第６のビームの間の機械的固定物を介在させて、まだ得られるので、動かされるべき低い集合体を可能にする。

【0026】

実施の形態に従って、一方で第１のビームと第４のビームとが、および、他方で第２のビームと第５のビームとが、第１の層と第２の層との間に配置された中間層を介在させて、相互に機械的に接続される。中間層は、第３のビームと第６のビームとの間にギャップを設けるために、第３のビームと第６のビームとの間を取り除かれる。これも、低い集合体を可能にする。

【0027】

実施の形態に従って、第１の層と第２の層とは、シリコン酸化物またはシリコン窒化物またはポリマーなどの、絶縁体層などの中間層を介在させて、基板の領域内で相互に接続される。中間層は、第１のビームと第４のビームとの間の、および、第２のビームと第５のビームとの間の、および、第３のビームと第６のビームとの間のキャビティの領域において取り除かれる。これは、第４および第５および第６のビームについて、第１および第２および第３のビームの独立した動きを可能にする。

【0028】

実施の形態に従って、第１および第２および第３のビームは、可動層の構造の第１の可動素子を形成する。第４および第５および第６のビームは、可動層の構造の第２の可動素子を形成する。第１の可動素子は、動きの方向に沿って、第２の可動素子に対して可動に配置される。これは、高い自由度をアクチュエーター的にだけでなくセンサー的にも提供する、可動素子の個々の撓みを可能にする。

【0029】

１つの実施の形態に従って、異なる電位が、一方では第１のビームと第３のビームとの間に、および、他方では第４のビームと第６のビームとの間に印加される。代わりに、または追加して、異なる電位が、一方では第２のビームと第３のビームとの間に、および、他方では第５のビームと第６のビームとの間に印加される。これは、例えばフェーズまたはフェーズオフセットの外で、可動素子の独立した評価および／または制御を可能にする。

【0030】

上述の実施の形態のいくつかは、第２の層がビームに構造化され、効果的な領域の拡大が第１の層に匹敵する追加のビーム領域の手段によって得られるように、説明される。別の実施の形態の特性は、代わりに、または追加して、第２の層がキャビティの中の流体と相互作用するためのレジスタ（抵抗体）構造を提供するという事実に関連する、本発明の装置と結合される。このために、レジスタ構造を、簡素な実施を可能にする電気的に受動的な方法で構成することは、重要である。同時に、レジスタ構造と外部の領域との間のプルイン効果は、減少されるか、または防止される。

【0031】

実施の形態に従って、第１のビームおよび第２のビームおよび第３のビームは、可動素子を形成する。第２の層は、キャビティの中の流体と相互作用するためのレジスタ構造を形成する。レジスタ構造は、可動素子に機械的に接続され、可動素子によって共に動かされる。これは、レジスタ構造の追加の配置によって、実際に効果的なアスペクト比の拡大を可能にする。これは、簡素で精密なプロセスによって実施される。

【0032】

実施の形態に従って、レジスタ構造は、中間層の手段によって第１の層に接続される。これは、スタック構造からＭＥＭＳを形成することによって、簡素な構成を可能にする。

【0033】

実施の形態に従って、第１の層は、第１および第２および第３のビームに加えて、第３のビームとは反対を向く側の面に、すなわちビームの配置の外側の面内の、第１または第２のビームに機械的に固定されるピギーバック（背中に乗った、または、おんぶ）素子を含む。レジスタ構造は、ピギーバック素子の上に少なくとも部分的に配置される。これは、低い程度の変形エネルギーが、レジスタ構造を変形するために必要であるように、電気的に必ずしも活発に変形しない素子の上のレジスタ構造の配置を可能にする。

【0034】

実施の形態に従って、ピギーバック素子は、第１または第２または第３のビームに機械的に固定される。レジスタ構造は、ピギーバック素子の上に少なくとも部分的に配置される。これは簡素な作製を可能にする。

【0035】

実施の形態に従って、ピギーバック素子は、結合素子を介在させて第１または第２のビームに機械的に接続される。結合素子は、可動素子の最大の撓みの領域の中の能動素子の変形の間に、最もわずかに変形される領域の中に配置される。そして、可動素子は、高い程度の物質的な緊張が起こる場所に配置されない。これは、結合素子および／またはレジスタ構造の変形のための不要な高い機械的エネルギーの防止を可能にする。

【0036】

実施の形態に従って、レジスタ構造は、動きの方向に垂直で、かつ、可動層の配置の軸の延長方向に沿って基板平面に平行に配置された、いくつかの部分素子を含む。これは、低い力がレジスタ構造の変形をもたらすことに十分であるように、レジスタ構造の効果的な堅さの減少を可能にする。これは、代わりまたは追加して、個々の部分素子の間の機械的な相互作用の減少または防止を可能にする。

【0037】

実施の形態に従って、部分素子は、基板平面に垂直で、かつ、動きの方向に垂直な平面への投影において、相互に距離を持つ。これは、変形の間の接触の自由、および／または、レジスタ構造の低い集合体を可能にする。

【0038】

実施の形態に従って、前記距離は、最大１００μｍであり、好ましくは最大１０μｍであり、特に好ましくは最大２μｍである。これは、低い流体損失、または、壁のような構造としてレジスタ構造の流体的効果を可能にする。

【0039】

実施の形態に従って、部分素子は、第１のビームまたは第２のビームまたは第３のビームのいずれかに、機械的に堅く接続される。これは、斜めに動かされる流体ポイントを減少または防止することによって、低い流体損失を可能にする。

【0040】

代わりの実施の形態に従って、部分素子は、第１のビームおよび第２のビームおよび第３のビームのうちの少なくとも２つの上に配置される。動きの方向に沿って効果的な壁は、深さ方向に沿って、これに関してオフセットに（ずれて）配置された部分素子によって減衰される一方、レジスタ構造は、ビームについて完全にまたは部分的に対称の集合体の配分を可能にする。好ましくは、逆の効果は、基板平面に垂直な前述の平面への投影における部分的な領域のオーバーラップ（重複）によって補償される。

【0041】

実施の形態に従って、レジスタ構造と基板との間の第１の距離は、動きの方向に沿ってまたは逆方向に沿って、第１のビームと第３のビームとの間の第２の距離より大きい。レジスタ構造は、受動的な方法で構成され、流体の相互作用のために実施されるので、アスペクト比の制限が必要なギャップ構造の配置は、省略される。従って、合計でより大きいギャップが可能である。その結果、大きな効果的な寸法が、複雑なプロセスを必要としないで、ｚ方向に沿って得られる。それは有利である。

【0042】

実施の形態に従って、第１の距離は、第２の距離より、少なくとも１～２０倍、好ましくは３～１０倍、特に好ましくは５～７倍大きい。

【0043】

実施の形態に従って、第２の層は、少なくとも１～２０倍、好ましくは３～１０倍、特に好ましくは５～７倍、第１の層より大きい、ｚ方向に沿うように基板平面に垂直な層の蓋を含む。これは特に効果的なＭＥＭＳを可能にする。

【0044】

実施の形態に従って、第１の層の層厚と、第１のビームと第３のビームとの間、または、第２のビームと第３のビームとの間の距離と、についての第１の層のアスペクト比は、４０未満である。それは簡素なプロセス制御を可能にする。

【0045】

実施の形態に従って、レジスタ構造は、第１の層の第１の側に配置された第１のレジスタ構造である。さらに、ＭＥＭＳは、第１の側とは反対の側に配置された、第１の層の第２の側に配置された第２のレジスタ構造を含む。これは、両側の流体的に効果的な領域の拡大によって、ＭＥＭＳの特に高い効果性を可能にする。

【0046】

実施の形態に従って、レジスタ構造は、キャビティ内に配置された流体のための流体レジスタを設けている。それは、スピーカーまたはポンプとしてのアクチュエーターの実施のためだけでなく、マイクロフォンまたはＭＥＭＳのテラヘルツ導波路などの他の実施のようなセンサー的な実施のためにも特に有利である。

【0047】

実施の形態に従って、レジスタ構造の利点と追加のビーム層の利点とは結合される。このために、可動層の配置は、少なくとも１つのレジスタ構造だけでなく２つのビーム層の両方が実施されるように、第４および第５および第６のビームに構造化される第３の層を含む。それは、効果の更なる増加を可能にする。

【0048】

ここで、第１および第２および第３のビームが、第１の可動素子を形成するように機械的に接続される一方、第４および第５および第６のビームが、第２の可動素子を形成するように機械的に接続される。

【0049】

実施の形態に従って、第１の可動素子は、第２の可動素子に機械的に接続される。それは、アスペクト比の技術的な限界を考慮するときに、より高いアスペクト比を可能にし、かつ、高い力が低電圧によって既に生成されるので、より低い操作電圧を可能にする。

【0050】

実施の形態に従って、レジスタ構造は第１のレジスタ構造である。ＭＥＭＳは、第２の可動素子に接続された第２のレジスタ構造を含む。これは、一方で、簡素な作製だけでなく、効果的な領域が両側で拡大される異なる可動素子を持つ、個々の制御および／または感知、または検出によって、高い柔軟性を可能にする。

【0051】

実施の形態に従って、第１の可動素子および第２の可動素子は、基板平面に垂直な方向に沿って、相互に隣接して、かつ、第１のレジスタ構造と第２のレジスタ構造との間に配置される。これは、誘引行為の低い力およびプルイン効果が防止されるように、好ましくは接地される構造に対して外側に、好ましくは受動的なレジスタ構造の配置を可能にする。

【0052】

代わりの実施の形態に従って、第１のレジスタ構造および第２のレジスタ構造は、第１の可動素子と第２の可動素子との間に、相互に隣接して、かつ、基板平面に垂直な方向に沿って配置される。これは、可動素子の間の大きい距離を可能にし、それ故、低い電気的な相互の影響を可能にする。

【0053】

実施の形態に従って、第１のレジスタ構造および第２のレジスタ構造は、相互に可動である。それは、特にアクチュエーターの実施において、可動素子が相互に独立して制御できるという有利さを持つ。

【0054】

実施の形態に従って、可動層の構造は、基板の一方の側に固定された、曲がっているビーム構造を含む。一方の側に固定された、曲がっているビーム構造は、自由終端で大きい撓みを可能にする。それは、両側での固定が提供されることの防止、ここで防止される振幅の減少のために、上記の実施の形態に従って、プルイン効果が減少されるか、または防止されるので、特に有利である。

【0055】

実施の形態に従って、基板平面に垂直な第１の層および第２の層の層厚は、少なくとも５０μｍである。これは、特に大きいＭＥＭＳを可能にする。

【0056】

実施の形態に従って、基板平面に平行で、かつ、動きの方向に垂直な、可動層の配置の軸の延長方向は、動き構造の高さに対して、少なくともファクター０．５の寸法が得られるように構成される。それは、寸法または長さが、高さまたは厚さと同じ方法で効果に影響するので、特に有利である。

【0057】

実施の形態に従って、キャビティは、少なくとも１つの開口によって、基板の外部の環境に流体的に接続される。少なくとも１つの開口は、可動層の配置の平面内に配置される。これは、チップ領域が開口のためより他の目的のために使われるので、底層および／または蓋層が他の目的のために使われることを可能にする。

【0058】

実施の形態に従って、ＭＥＭＳは、ＭＥＭＳのポンプまたはＭＥＭＳのスピーカーまたはＭＥＭＳのマイクロフォンまたはＭＥＭＳのＴＨｚ（テラヘルツ）導波路として構成される。

【0059】

実施の形態に従って、ＭＥＭＳは、可動層の構造を制御するように構成された制御手段を含む。

【0060】

実施の形態に従って、第１および第２および第３のビームは、第１の可動素子を形成する。ＭＥＭＳは複数の、すなわち少なくとも２つの可動素子含む。制御手段は、複数の可動素子を個々に制御するように構成される。それは、ＭＥＭＳを実施するとき、高い自由度を可能にする。

【0061】

別の有利な構成は、別の従属する請求項の主題である。

【0062】

本発明の好ましい実施の形態は、付随する図面を参照して以下に説明される。

【図面の簡単な説明】

【0063】

【図1】図１は、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。

【図2】図２は、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。追加のアクチュエーターの厚さは、追加の電極によって得られる。

【図3a】図３ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。第１および第２の層の外部電極は、中間層を介在させて相互に接続される。一方、内部電極において、中間層は、完全にまたは完璧に取り除かれるか、または配置されない。

【図3b】図３ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。図３ａのＭＥＭＳに比較して、中間層は、２つの電極を相互に堅く機械的に接続するために、内部電極の間に配置されるけれども、外部電極の間では取り除かれる。

【図4a】図４ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。可動層の配置の第２の層は、例えば基板層の形成されたレジスタ構造を含む。

【図4b】図４ｂは、図４ａのＭＥＭＳの模式断面図を示す。レジスタ構造は、外部電極に機械的に堅く接続される。

【図4c】図４ｃは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。可動素子は、レジスタ構造が結合素子を介在させて機械的に堅く接続される、第１の層の電極の平面内のピギーバック素子を含む。

【図4d】図４ｄは、別の実施の形態に従うＭＥＭＳの模式平面図を示す。結合素子は、基板の一方の側に固定物された可動素子の自由に撓み可能な終端の上に配置される。

【図4e】図４ｅは、図４ｄの断面の平面Ａ’－Ａの、図４ｄのＭＥＭＳの模式的な断面図を示す。

【図5a】図５ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式図を示す。可動素子は、２つの側に堅く固定物される。

【図5b】図５ｂは、可動素子の撓んだ状態の図５ａのＭＥＭＳの模式図を示す。

【図6a】図６ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式平面図を示す。レジスタ構造の部分素子は、電極のうちの１つの上に配置される。

【図6b】図６ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式平面図を示す。レジスタ構造の部分素子は、電極のうちの少なくとも２つの上に配置される。

【図7a】図７ａは、実施の形態、例えば、蓋層を通る図４ａのＭＥＭＳに従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。

【図7b】図７ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。キャビティを外部の環境に接続するための開口は、可動層の配置の平面内の基板の外に配置される。

【図8a】図８ａは、２重に構成された電極と、リア（背後）構造またはレジスタ（抵抗体）構造の特性とを結合する、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。

【図8b】図８ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。図８ａのＭＥＭＳについての２つの可動素子の相対的な方向は、レジスタ構造が相互に隣接して配置されるように、交換される。

【図9】図９は、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。異なる層の電極は、相互に接続され、相互にオフセットを持つ。

【図10】図１０は、実施の形態に従うＭＥＭＳの模式断面図を示す。異なる層の電極は、相互に接触しないで、相互にオフセットを持つ。

【図11a】図１１ａは、Ｌ－ＮＥＤとして構成された既知のＭＥＭＳの模式断面図または断面を示す。

【図11b】図１１ｂは、図１１ａのＭＥＭＳの模式平面図を示す。

【図12】図１２は、別の既知のＭＥＭＳの模式断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0064】

本発明の実施の形態が、以下に、図面に基づいて、より詳細に議論される前に、同一のまたは機能的に等しいまたは等しい、異なる図面の中の素子および／または対象物および／または構造は、異なる実施の形態において図示されたこれらの素子の説明が、相互交換可能か、または相互適用可能であるように、同じ符号を提供される、ことが注目される。

【0065】

以下において、参照はＭＥＭＳコンバーターに対してなされる。（ＭＥＭＳ＝マイクロエレクトロメカニカルシステム）。ＭＥＭＳコンバーターは、適用された電気量（電流または電圧または充電または同様のもの）に基づいた、機械的な組成物の中の変化、すなわち変換をもたらす、１つまたはいくつかの電気的に能動な組成物を含む。この変化は、例えば、機械的な組成物の変形または加熱または張力に関連する。代わりまたは追加して、変形または加熱または張力などの、組成物の機械的な衝撃は、組成物の電気的な端子で検出される、電気信号または電気情報（電圧または電流または充電または同様のもの）を結果として生じる。いくつかの素材または組成物は相互依存関係を持ち、これは効果が相互交換可能なことを意味する。例えば、ピエゾ素材は、逆圧電効果（適用された電気信号に基づいた変形）、および、圧電効果（変形に基づいた電気充電を提供すること）を含む。

【0066】

以下に説明された実施の形態のうちのいくつかは、電極の配置が可動素子を形成するという事実に関連する。ここで、可動素子の動きは、電極の配置の変形から得られる。可能な相互依存関係によるセンサーの機能に関連して、アクチュエーターの構成は、電極の配置が、動きの横方向に沿って巨視的に変形する、すなわち、素子または領域が、動きの横方向に沿って移動可能である、ように構成される。素子または領域は、例えば、ビーム構造のビーム終端または中央領域である。微視的に見ると、動きの横方向に沿って変形可能素子を変形するとき、変形可能素子の変形は、動きの横方向に対して垂直に起こる。その後、説明された実施の形態は、巨視的なアプローチに関連する。

【0067】

以下に説明された実施の形態のうちのいくつかは、機械的固定物を介在させて相互に接続され、かつ、電位に基づいた動きを実行するように構成される電極に関連する。しかし、実施の形態はそれに制限されるものではなく、どのような型のビーム構造も、すなわち、作動に反応して、機械的固定物を介在させて動きへ変換された力を提供する（アクチュエーター）ように、および／または、圧電素材または他の作動素材を使うことによって変形を検出する（センサー）ように構成されるビームも含む。ビームは、例えば、印加された電位に基づいた変形を提供する静電気的および／または圧電的および／または熱機械的な電極である。

【0068】

図１は、実施の形態に従うＭＥＭＳ１０の模式断面図を示す。ＭＥＭＳ１０は、例えばいくつかの個々の層の層スタック１４から成る基板１２を含む。基板１２は、個々の層を部分的に取り除くことによって、基板１２の内側に配置されたキャビティ１６を含む。

【0069】

層スタック１４は、いくつかの層を含む。例えば、層スタック１４は、能動層またはデバイス層２４₁が、ボンディングなどによる中間層２２₁の手段によって配置される、第１の基板層１８₁を含む。層の連続１８₁および２２₁および２４₁は、使われた素材および／または寸法に関する図１１ａにおいて説明された層スタックに対応する。別の中間層２２₂を介在させて、別の能動層２４₂は、層スタックの一部を形成する。中間層２２₃を介在させて、別の基板層１８₂は、層スタック２４の一部を形成する。層の連続１８₂および２２₃および２４₂は、例えば、２つの半分の層スタックが、中間層２２₂の手段によって相互に接続されるように、少なくとも層の型および層の順序について、好ましくは寸法に関しても、層の連続１８₁および２２₁および２４₁を反映する。

【0070】

ここで、説明された層スタックは単に例示的である。基板層１８₁および１８₂は、例えば、層１００２と１０３２に対応する。ここで、中間層２２₁および／または２２₂および／または２２₃は、中間層１００６として形成される。

【0071】

層スタック１４は、異なるおよび／または追加の層を含む、および／または、説明された層の１つまたはいくつかを含まない。従って、別の層が配置される異なる基板（例えば、プリント回路基板または同様のもの）を介在させて、基板層１８₁または１８₂を配置しないこと、または、生成することが可能である。基板層１８₁および／または１８₂の欠如にもかかわらず、キャビティ１６は基板１２の中にまだ得られる。

【0072】

例示的に、ＭＥＭＳ１０は、２つの能動層２４₁および２４₂が、中間層２２₂を介在させて相互に接続されるように構成される。能動層２４₁および／または２４₂は、例えば、電気的に導電性の素材（例えばドーピングされた半導体素材および／または金属素材）を含む。キャビティ１６は、能動層２４₁および２４₂から選択的に取り除くことによって得られる、と同様に、中間層２２₂および電極構造２６ａ～２６ｆは、処理の適正な調整によって残るので、電気的に導電性の層の層配置は、簡素な構成を可能にする。代わりに、キャビティ１６の中に生成および／または配置するなどの他の手段または処理によって、電極構造２６ａ～２６ｆをキャビティ１６の中に完全にまたは部分的に配置することも可能である。その場合、電極構造２６ａ～２６ｆは、基板１２の中に残っている能動層２４₁および２４₂の部分に比較して異なって形成される、すなわち、同じもの（基板１２）は異なる素材を含む。

【0073】

基板層１８₁および１８₂は、それぞれ、開口１０２６および１０３４のために記述したように、流体の入口および／または流体の出口を提供する開口２８₁または２８₂を含む。

【0074】

従って、ＭＥＭＳ１０は、説明された実施の形態に従う能動層として形成され、例えば層２４₂を形成する、少なくとも１つの追加の層を通してＭＥＭＳ２０００を含む。

【0075】

電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃは、レジスタ構造の部分素子が、少なくとも２つの電極の上に配置される、図１１ｂのＭＥＭＳ１０００のために記述されたように、電気的に絶縁された方法で、離れた領域にて相互に固定される。電極２６ａと２６ｃとの間の電位に応答して、および／または、電極２６ｂと２６ｃとの間の電位に応答して、動き３４の方向に沿って離れたポイントでの機械的固定物によって得られた可動素子３２の動きが、得られる。それ（可動素子３２の動き）は、例えば方向１０２４に対応し、デカルトのｘ／ｙ／ｚ座標系のｘ／ｙ平面内に配置される。ｘ／ｙ平面は、動き３４が起こる方向に沿って面内の動きを定義する主張である。

【0076】

電極２６ｄ～２６ｆは、層２４₂の残っている部分であり、層２４₁に隣接した基板平面ｘ／ｙに対して垂直に配置される。電極２６ａ～２６ｃは、層の配置３６の第１の層を少なくとも部分的に形成する。電極２６ｄ～２６ｆは、層の配置３６の第２の層を少なくとも部分的に形成する。

【0077】

寸法１０１６に比較して、ｚ方向に沿った可動層の配置３６の寸法３８は、同じ処理が使われるので、電極２６ａと２６ｃとの間の、または、電極２６ｄと２６ｆとの間のギャップ４２₁、および、電極２６ｂと２６ｃとの間の、または、電極２６ｅと２６ｆとの間のギャップ４２₂は、ＭＥＭＳ２０００と同じまたは同等の寸法を持つけれども、拡大される。ギャップ寸法４２₁および４２₂と、ｚ方向に沿った電極２６ａ～２６ｃまたは電極２６ｄ～２６ｆの寸法と、の間のアスペクト比は、例えば、ＭＥＭＳ２０００のために記述されたと同じまたは同様であり、４０未満、特に約３０の値を持つことができる。しかし、寸法３８は、ギャップ寸法４２₁および４２₂を拡大することなく、層または電極２６ａ～２６ｆを並んで配置することによって、ｚ方向に沿って、例えば二倍に増加するので、実際の効果的なアスペクト比は、より高い。

【0078】

ここに、中間層２２₂を介在させて結合されたそれぞれ半分の層スタック１４のＭＥＭＳ１０のｚ方向に平行な部分的な寸法または部分的な高さ４４₁および４４₂は、ｚ方向に沿って、ＭＥＭＳ１０００のそれぞれの寸法に略一致する。

【0079】

ここで、電極２６ｄ～２６ｆの動きが異なる方法で得られる。例えば、ペアの電極２６ａと電極２６ｄ、および／または、電極２６ｂと電極２６ｅ、および／または、電極２６ｃと電極２６ｆを機械的に結合することによって、機械的に堅く接続された他方の電極のそれぞれの動きは、可動素子３２の電極２６ａまたは２６ｂまたは２６ｃの動きから直接に得られる。従って、例えばＭＥＭＳ１０００の素子１０２２に対応する、機械的な固定物４６₁および４６₂は、電極２６ｄ～２６ｆの層において省略される。代わりに、または、追加して、離れた位置または領域に電極２６ｄ～２６ｆを機械的に固定するために、層２４₂の平面内にそれぞれの機械的な固定物４６を提供することも可能である。従って、中間層２２₂を介在させて可動素子３２に機械的に堅く接続される、別の可動素子が得られる。それぞれの接続も、完全に、または部分的に省略される。

【0080】

すなわち、Ｌ－ＮＥＤの高さとＬ－ＮＥＤのギャップとの間の比率は、例えば、図１において説明されたように、蓋ウェハー（層１８₁）を持つデバイスウェハー（層２２）を接合する代わりに、２つのデバイスウェハー２４₁および２４₂を接合することによって２倍にできる。その結果、図１は、接合される２つのデバイスウェハーを示す。その結果、Ｌ－ＮＥＤビームは、相互に機械的に接続される。その方法において、Ｌ－ＮＥＤアクチュエーターのアスペクト比は２倍である。この解決はいくつかの利点を提供する。

【0081】

・マイクロスピーカーにおいて、例えば、アスペクト比を２倍にすることは、６ｄＢのサウンドレベルの増加を結果として生じることができる。
・２倍にされたＬ－ＮＥＤの高さは、ｚ方向に沿って、より高い曲がり強度を結果として生じることができる。それは、また、垂直の（ｚ方向に沿う）プルイン効果のためのより低い敏感さを結果として生じ、高い設計自由度を可能にする。これは、例えば、Ｌ－ＮＥＤビームが、より長く作られることを可能にする。これは、同じもの（Ｌ－ＮＥＤビーム）が、ｙ方向に沿って高い軸の延長を持つことができる、ことを意味する。代わりにまたは追加して、Ｌ－ＮＥＤビームは、両側の代わりに片側に固定される。それは、片側に固定されたＬ－ＮＥＤビームが、例えば両側に固定されたＬ－ＮＥＤビームより大きい撓みを可能にするので、有利である。
・それはまだ可能であるけれども、蓋は、既知の構成に従って絶対的に必要ではない。それは電位を保存することを提供する。

【0082】

仮に、例えば、図１２に従う既知のＭＥＭＳに対して更新された参照を持つならば、層１００２および１００６₁および１００４のデバイスウェハー（技術１と称する）と、蓋ウェハー１０３２（技術２と称する）とは、スピーカーまたはポンプのために、層１００６₂の手段によって接合される。ここで、２つの異なる技術または作製ステップは、蓋およびデバイスウェハーを作製するために必要である。比較すると、接合される２つの組成物（４４₁および４４₂）は、デバイスウェハーであり、それ故、同じ技術１で作製されるので、図１に従うＭＥＭＳ１０は、これらの技術のうちの１つのみ（技術１）を使うことによって作製される。これは、技術２を使うことが省略されることを意味する。それは簡素な作製を可能にする。蓋ウェハーの役割は、今では１８₂によって満たされる。

【0083】

ここで、蓋または底のような用語は、ここに説明されたＭＥＭＳの個々の素子の間のより良い区別のために使われるのみであり、特定の設計について、または、空間の層の配向についてのいずれにも制限されない、ことに注目するべきである。さらに、例示的に議論された、ｚ方向に沿う寸法を２倍にすることは、可能な構成のうちの１つである、ことに注目するべきである。層２４₁および２４₂は、キャビティ１６の領域だけでなく基板１２の領域の両方に関連する、同じまたは異なる寸法を持つことができる。

【0084】

図２は、実施の形態に従うＭＥＭＳ２０の模式断面図を示す。中間層２２₂は、一方の電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃと、他方の電極２６ｄおよび２６ｅおよび２６ｆとの間で取り除かれる。

【0085】

ＭＥＭＳ１０におけるように、能動層２４₂は、少なくとも図示された中空の状態において、電極２６ａまたは２６ｂまたは２６ｃに隣接して、基板平面に垂直なｚ方向に沿って配置される電極２６ｄおよび２６ｅおよび２６ｆに構造化される。しかし、電極２６ｄおよび２６ｆは、機械的固定物４６₃を介在させて離れた位置で相互に機械的に堅く接続され、電極２６ｅおよび２６ｆは、機械的固定物４６₄を介在させて離れた位置で相互に機械的に堅く接続される。その結果、失っているまたは取り除かれた中間層２２₂について、層の配置２は、可動素子３２₁および３２₂を含むことができる。それは、ｚ方向に沿って同じまたは同等の効果的な寸法３８を結果として生じるけれども、可動素子の異なる制御を可能にする。

【0086】

実施の形態に従って、異なる電位が、一方で電極２６ａと２６ｃとの間に、他方で電極２６ｄと２６ｆとの間に印加される。代わりまたは追加して、異なる電位が、一方で電極２６ｂと２６ｃとの間に、他方で電極２６ｅと２６ｆとの間に印加される。それは、可動素子３２₁および３２₂の異なる動きを結果として生じる。これは、それぞれの電極が、応用特定集積回路（ＡＳＩＣ）などの任意の制御手段において、衝撃的に離される、および／または、接触するのみである、ことを意味する。

【0087】

すなわち、上部のデバイスウェハーのＬ－ＮＥＤビームは、底部のデバイスウェハーのＬ－ＮＥＤビームに直接に接続されない。２つのＬ－ＮＥＤビームは別々に制御される。

【0088】

図３ａは、ＭＥＭＳ１０と２０との組み合わせの構成を提供する実施の形態に従う、ＭＥＭＳ３０₁の模式断面図を示す。電極２６ｂおよび電極２６ｅと同様に電極２６ａおよび２６ｄは、中間層２２₂を介在させて相互に接続される。一方、電極２６ｃと２６ｆとの間の中間層２２₂は、完全にまたは部分的に取り除かれるか、または、電極２６ｃと２６ｆとを互いから離して間隔を置くために配置されない。これは、電極２６ｂおよび電極２６ｅと同様に電極２６ａおよび２６ｄの共通の動きを結果として生じる。その結果、機械的固定物４６（図３ａに図示されない）は、図２の構成に従うように、どのような位置にも配置される。例えば、動きの転送は、電極の間の中間層２２₂によっても起こることができるので、個々の機械的固定物を省略することも可能である。

【0089】

図３ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳ３０₂の模式断面図を示す。ＭＥＭＳ３０₁に比べて、中間層２２₂は、２つの電極を機械的に堅く接続するために、電極２６ｃと２６ｆとの間に配置されるけれども、電極２６ａと２６ｄとの間、および／または、電極２６ｂと２６ｅとの間は取り除かれる。ここに、図２に図示された機械的固定物４６のうちのいくつかは、例えば、電極２６ａと２６ｃとの間および電極２６ｅと２６ｆとの間、または、電極２６ｂと２６ｃとの間および電極２６ｄと２６ｆとの間では省略される。動きの転送は、電極２６ｃと２６ｆとの間の機械的に固定された接続を介在させて起こることができる。

【0090】

すなわち、上部のデバイスウェハーのＬ－ＮＥＤビームは、図３ｂに従うと中間電極のみにおいて、そして、図３ａに従うと外部電極のみにおいて、底部のデバイスウェハーのＬ－ＮＥＤビームに部分的に直接に接続されるだけである。

【0091】

実施の形態は、電極２６ａと２６ｄ、および、電極２６ｂと２６ｅ、および、電極２６ｃと２６ｆのうちの少なくとも１つの電極ペアが、層の間に配置された中間層２２₂を介在させて相互に機械的に堅く接続される、どのような構成でも提供する。任意に、この層は、図２に基づいて説明されたように、完全に取り除くこともできる。

【0092】

上述のＭＥＭＳ１０および２０および３０₁および３０₂は、寸法３８とギャップ４２との間のアスペクト比を増大させるために、相互の上面の上に配置または積み重ねられる、２つの能動的に形成された層を含む。これらのＭＥＭＳは、シリコン酸化物またはシリコン窒化物またはポリマーまたは同様のものなどの、中間層の手段によって相互に接続される２つの能動層を使用して説明されるけれども、実施の形態はそれらに制限されないだけでなく、３つ以上または４つ以上または５つ以上またはそれより多いどのような数の追加の別の層の配置でも可能にする。

【0093】

以下において、アスペクト比が、他の層、好ましくは受動層によって増大する、本発明の別の実施の形態が参照される。

【0094】

図４ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳ４０の模式断面図を示す。可動層の配置３６の第２の層は、例えば、配置されて、または、キャビティ１６の領域から取り除かれないで残り、電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃについて追加の流体レジスタを提供するために、電極２６ａおよび／または２６ｂおよび／または２６ｃのうちの少なくとも１つに接続される、基板層１８から形成されたレジスタ構造４８を含む。例えば、レジスタ構造４８は、選択的なエッチング方法の間、維持される。例えば高さ１０１６に対応する、ｚ方向に沿った電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃの高さ５２に比べて、可動素子３２の効果的な高さ５４は、レジスタ構造４８によって増大される。それは有利である。

【0095】

寸法５２は、例えば、１μｍと１ｍｍとの間であり、好ましくは５０μｍと４００μｍとの間であり、特に好ましくは７０μｍと１５０μｍとの間である。図１に関連して、１μｍまたは２μｍまたは１０μｍなどの数μｍの寸法を持つことができる中間層２２₂が追加されるので、これは、約２倍のサイズの寸法３８を結果として生じる。そのようにして、寸法５６は、少なくとも５０μｍ、または、少なくとも１００μｍ、または、少なくとも２００μｍにもできる。

【0096】

ここで、レジスタ構造４８の高さまたは寸法５６は、特に、ｙ軸の位置でｘ方向に沿ってレジスタ構造４８の選択的な配置を考慮するとき、非常に大きくできる。そのようにして、レジスタ構造４８の高さ５６について、基板層１８とレジスタ構造４８および／または４８₂との間のギャップまたはボイド５８₁によって説明される、このために使用されるアスペクト比は、例えば、略４０未満の、または３５未満の、または３０未満の、またはそれより小さい制限比率の値も持つことができる。すなわち、寸法５２は、このファクターによってギャップ４２₁および／または４２₂より大きくできる。電極２６ａ～２６ｃの間のギャップ４２₁および／または４２₂より非常に大きいギャップ５８₁～５８₂を考慮して、このアスペクト比は、寸法５２に比較したときにも非常に大きい、ｚ方向に沿う寸法５６を結果として生じる。寸法５６は、キャビティの領域の中の層１８の層厚とも称される。それ故、レジスタ構造は、少なくとも２のまたは少なくとも３の、または少なくとも４の、またはそれより大きいファクターによって、電極２６ａ～２６ｃの領域の層２４の寸法５２より大きくできる。

【0097】

すなわち、図４ａは、リア（背後）構造が中間電極の下に置かれる、リア構造を持つＬ－ＮＥＤビームを示す。

【0098】

図４ａにおいては、可動素子３２の中間電極２６ｃのうちの１つのレジスタ構造が配置される一方、図４ｂは、レジスタ構造４８が電極２６ｂに機械的に堅く接続されるＭＥＭＳ４０の模式断面図を示す。代わりに、または、追加して、レジスタ構造４８の少なくとも一部は、また、中間層２２を介在させるなどして、電極２６ａに機械的に堅く接続される。

【0099】

図４ａおよび４ｂに従う説明は、レジスタ構造４８が電極２６ｂまたは２６ｃの１つに独占的に配置される、異なるＭＥＭＳに関連することができる。代わりに、レジスタ構造４８は、また、以下により詳細に示されるように、図４ａおよび図４ｂの説明がｙ軸に沿って異なる位置を示すように構造化される。

【0100】

レジスタ構造４８またはその一部の素子は、レジスタ構造４８が可動素子３２と一緒に動かされるように、可動素子３２に機械的に堅く接続される。

【0101】

すなわち、図４ｂは、断面において外部電極の下に置かれたリア構造を示す。

【0102】

図４ｃは、実施の形態に従うＭＥＭＳ４０’の模式断面図を示す。可動素子３２は、レジスタ構造４８が、中間層２２の一部などによって機械的に堅く接続される、電極２６ａ～２６ｃの平面内で、ピギーバック素子６２を含む。ピギーバック素子６２は、層２４、すなわち電極２６ａ～２６ｃと同じ素材から成るけれども、異なる素材からも形成できる。例えば、機械的な固定を提供する結合素子６４は、ピギーバック素子６２が機械的に堅く接続される電極２６ｂとピギーバック素子６２との間に配置される。結合素子６４は、例えば、電気的な絶縁を提供できるけれども、しかし、それは任意である。結合素子６４が、局部的に厚くする感じのように、ｙ方向に沿った領域を少なくとも横切るｘ方向に沿って少なくとも局部的な広がりを表わすことは可能である。それは、しかし、生成された静電気の力について非対称を結果として生じる。好ましくは、ピギーバック素子６２は、電極２６ｃとは反対を向く側の面に、電極２６ｂの側に配置される。代わりに、ピギーバック素子６２は、また、好ましくは電極２６ｃとは反対を向く側の面に、電極２６ａに機械的に堅く接続される。両方の実施は、また、組み合わされ、ＭＥＭＳ４０に接続した主題と組み合わされる。これは、レジスタ構造４８が、ピギーバック素子６２に完全にまたは部分的に配置されることを意味する。

【0103】

結合素子６４および／または局部的な広がりは、好ましくは、能動素子または可動素子３２が変形するとき、最もわずかに変形するｙ方向に沿う領域の中に配置される。それは、可動素子の最大の撓みの領域である。これは、結合素子６４が、好ましくは、可動素子の大きな程度の物質張力が起こる場所に配置されない、ことを意味する。最もわずかな変形の領域と活発な変形の領域との間の動きの振幅または張力の振幅は、例えば、２：１または３：１または４：１の比率を提供する。

【0104】

ＭＥＭＳ４０と同様に、レジスタ構造４８と基板の層１８との間の距離は、ギャップ４２₁および４２₂によって説明された電極間の距離より大きい。距離は、好ましくは、少なくとも３のファクターだけ、または、好ましくは少なくとも４または少なくとも１６のファクターだけ、第２の距離より大きい。

【0105】

レジスタ構造４８は、キャビティ１６の中に配置された流体のための流体レジスタを提供できる。ＭＥＭＳ４０およびＭＥＭＳ４０’は、レジスタ構造４８が、負のｚ方向に沿って電極構造２６ａ～２６ｃの一方の側のみに配置されるように、図示されているけれども、これらの実施の形態は、正のｚ方向に沿ってレジスタ構造を配置することにも関連する。別の実施の形態は、別のレジスタ構造が、層２４および電極２６ａ～２６ｃの正および負のｚ方向に沿って両側にそれぞれ配置されるように、両方の実施の組み合わせに関連する。

【0106】

キャビティ１６の外の流体の動きの方向を制御するために、例えば図３ａおよび３ｂにおいて説明された追加の蓋層１８₁および／または１８₂が、それぞれの開口と共に配置され、提供される。ここに説明された実施の形態の開口は、層スタックの外層の一部として図示されるけれども、代わりに、または、追加して、開口は、例えば、ＭＥＭＳ１０または２０または３０₁または３０₂の層２４₁および／または層２４₂の中に、および／または、ＭＥＭＳ４０または４０’の層２４および／または層１８の中に横に提供される。これは、開口を持つそれぞれの蓋層の省略、および／または、それぞれのシリコン領域の他の用途を可能にする。

【0107】

機械的な固定物４６は、図４ａおよび図４ｂおよび図４ｃに図示されない、ことに注目するべきである。

【0108】

すなわち、図４ｃは、断面において電極に対して横に置かれたリア構造を示す。

【0109】

図４ｄは、別の実施の形態に従うＭＥＭＳ４０’’の模式平面図を示す。結合素子６４は、可動素子またはその自由に撓み可能な終端を、ＭＥＭＳのキャビティの窪み６５の中を可動できる櫛構造を形成する、複数のレジスタ構造４８₁および４８₂に接続する、基板１２₁の一方の側に固定された可動素子３２の自由に撓み可能な終端に配置される。

【0110】

図４ｅは、図４ｄのＡ’－Ａ断面の図４ｄのＭＥＭＳ４０’’の模式断面図を示す。可動素子３２が、基板１２₂に隣接してｚ方向に沿って動き、基板の上などに、動き３８の方向に平行な拭き動きを形成する、ことが明らかになる。例えば中間層２２を使用することによって、レジスタ素子４８₁および４８₂および４８₃が配置される、結合素子６４を介在させて、レジスタ素子も、キャビティの窪み６５の中を動き３８の方向に沿って動かされる。窪み６５は、可動素子３２および／またはｚ方向に沿うその電極のそれぞれのアスペクト比または寸法が防止されるように、基板１２₂によってｘ方向に沿って横に制限される。基板１２₂は、例えば、７５μｍより大きい、または、１５０μｍより大きい、または、３００μｍより大きい寸法６７、例えば、レジスタ構造４８₁および４８₂および４８₃と同じサイズを含む。これは、可動素子３２による直接的な流体の相互作用の代わりに、櫛構造のレジスタ構造４８₁～４８₃を介在させて、間接的な作動または感知が起きることを意味する。レジスタ構造４８₁～４８₃は、それぞれのアスペクト比を維持しながら、レジスタ構造４８₁～４８₃の間の大きな距離６９₁および６９₂のためにそれぞれ大きく構成される。結合素子６４は、櫛構造に可動素子３２の動きを転送することを可能にする。

【0111】

すなわち、リア構造は、結合素子６４の、可動であるけれども変形しない部分の上に搭載される。結合素子６４は、可動素子で動かされる。ＮＥＤは変形される。従って、変形した構造のための横の撓み方向の堅さの増加は、行為的に効果的ではなく、すなわち、防止され、後に、撓みの減少は起きない。しかし、減少した垂直のプルイン効果またはリスクの有利さは維持される。ここで、レジスタ構造による堅さの増加は効果的になる。ＮＥＤとリア構造との接続は、結合素子を介在してなされる。ここで、ＭＥＭＳ４０’’のレジスタ構造の数は、どのような数も１以上である。動き３８の方向に沿う櫛構造の横の寸法７１は、１５０μｍより大きく、または３００μｍより大きく、または６００μｍより大きく、例えば７２５μｍである。

【0112】

図５ａは、例えば底側から上を見た、実施の形態に従うＭＥＭＳ５０の模式図を示す。離れた位置の機械的な固定物４６₁～４６₈を介在させて相互に機械的に堅く接続された電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃを含む可動素子は、両側に堅く固定される。電極２６ａおよび２６ｃは、例えば、同じもの（電極２６ａおよび２６ｃ）は同じ連続的な層２４から形成されるように、電気的におよび／または衝撃的に、相互に接続される。しかし、電極２６ｃは、電極２６ａおよび２６ｂとは異なる電位の印加を可能にするために、絶縁領域６６₁および６６₂を使用することによって、電極２６ａおよび２６ｂから電気的に絶縁される。

【0113】

図５ｂは、図５ａに比較可能なＭＥＭＳ５０の図面を示す。可動素子は、図５ｂにおいて撓む。可動素子の曲げ方向は、正のｘ方向に沿うように、機械的な固定物４６の配向を介在させて調整される。

【0114】

図４ａの文脈において説明したように、レジスタ構造４８は、電極２６ｃに機械的に堅く接続され、同じもの（電極２６ｃ）と一緒に動かされる。図５ｂの図面は、可動素子の撓みが、レジスタ構造４８の撓みを結果として生じることを示す。それによって、高い程度の流体は、ＭＥＭＳ５０がアクチュエーター動作される限り、動かされる。センサーの動作モードにおいて、少しの程度の動く流体、すなわち少しの力が、説明した撓みを起こすために十分である。

【0115】

電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃの軸の延長、および、それ故、基板平面に平行で、例えばｙ方向に沿う、動き３４の方向に垂直な可動層の配置は、厚さ方向ｚに沿う可動層の構造の大きさに比べて、少なくとも０．５倍、および、好ましくは少なくとも０．６倍、および、特に好ましくは少なくとも０．７倍である。ｙ方向に沿う大きさは、代わりに、または、追加して、少なくとも１０μｍから最大５０００μｍまで、および、好ましくは少なくとも１００μｍから最大２０００μｍまで、および、特に好ましくは少なくとも４００μｍから最大１５００μｍまでの範囲の値を持つ。

【0116】

ＭＥＭＳ５０は、可動素子が両側に固定されるように図示されているけれども、片側に固定することも可能である。

【0117】

すなわち、レジスタ構造の使用は、ＮＥＤデバイスの効率を増加させるための追加のまたは代わりのオプションである。Ｌ－ＮＥＤビームの図示された場合において、３０未満または約３０の共通のアスペクト比が、できる限り小さいＮＥＤギャップ４２が得られるように使われる。実施の形態は、Ｌ－ＮＥＤビームの前および／または後ろに、受動的なリア構造またはレジスタ構造を追加的に構造化するように指示される。リア構造は、部分的にまたは完全にＬ－ＮＥＤビームに接続される。Ｌ－ＮＥＤビームが動かされるとき、リア構造は良く動き、従って、流体として非常に多くの液体または空気が、Ｌ－ＮＥＤビームだけよって動かされる。リア構造は、Ｌ－ＮＥＤ電極に直接に接続されるので、リア構造は、Ｌ－ＮＥＤビームの撓みの間、ビーム自身と正確に同じ形をとる。これは、リア構造の撓みまたは湾曲が、Ｌ－ＮＥＤビームの１つと正確に同じであることを意味する。

【0118】

リア構造は、基本的に、望む限り高く作られる。すなわち、寸法５６はどのようなサイズでも持つことができる。同じもの（寸法５６）は、例えば、処理ウェハーの厚さと同じ大きさである。これは、例えば、少なくとも３００μｍ、または少なくとも５００μｍ、または少なくとも６００μｍ以上を意味する。なぜなら、この構造は、Ｌ－ＮＥＤの制限、すなわち、狭いギャップおよび３０未満のアスペクト比に最早従属しないからである。リア構造は、より広いギャップ（溝）によって簡単な方法で、ＢＳＯＩウェハーの後ろから構造化される。後ろの溝は、まだ、作製の特定の制限（例えば、３０未満のアスペクト比を持つボッシュ制限）に従属する。しかし、溝がより広く作られるので、特に、溝方向に沿って１つのレジスタ構造のみを使用するとき、同じもの（後ろの溝）も、非常に深くエッチングされ、大きい寸法５６を結果として生じる。明らかに、リア構造は、また、図４ｃに図示されたように、外部のＬ－ＮＥＤ電極２６ａまたは２６ｂの下に、または、Ｌ－ＮＥＤビームに平行な分離した構造としてさえ作製される。非制限の例によれば、Ｌ－ＮＥＤの高さ５２は、７５μｍであり、リア構造の高さは６００μｍである。従って、それぞれの構造は、Ｌ－ＮＥＤ構造のみより８倍多い空気を動かすことができる。これは、マイクロスピーカーの場合において、約１８ｄＢ多い音圧の水準に一致する。これは、Ｌ－ＮＥＤビームの撓みが追加のリア構造によって大きく影響されない、という仮定の下で起こる。これを保証するために、実施の形態は、リア構造の堅さを、横方向における、すなわち、ｘ方向に沿って、または、動き３４の方向に沿って、できる限り低く保持するように設計される。それは、例えば、この方向に沿って薄いレジスタ構造４８によって得られる。方向３４に沿ったレジスタ構造４８の例示的な寸法は、例えば、最大１００μｍ、または、最大５０μｍ、または、最大１μｍである。リア構造が機械的に安定できる限り．リア構造は、全体のシステムの慣性および横曲げ堅さに大きく影響しないように、できる限り薄く作られる。リア構造をＬ－ＮＥＤビームに接続することによる横の撓みの損失は、ｙ方向に沿ってより長い寸法を使うことによって、および／または、システムの設計の追加の自由を表わすより柔らかい固定によって、代わりにまたは追加して補償される。

【0119】

すなわち、図５ａおよび５ｂは、（両側に固定された）Ｌ－ＮＥＤビームが、待機状態または非撓み状態、および、撓み状態を図示された、底から上を見た図を示す。リア構造４８は、Ｌ－ＮＥＤビームの動き、および／または、曲がり／湾曲に正確に従う。

【0120】

図６ａは、実施の形態に従うＭＥＭＳ６０の模式平面図を示す。可動素子３２は、一方の側に固定されて配置される。曲がるビーム構造の自由端６８は、動き３４の方向に沿って、両側に固定されたＭＥＭＳ５０の曲がるビームの中央領域より比較的な大きい撓みを持つことができる。

【0121】

そこから独立して、ＭＥＭＳ６０は、レジスタ構造４８の堅さを減少するための手段を含む。このため、レジスタ構造は、１つまたはいくつかの電極２６ａおよび／または２６ｂおよび／または２６ｃの上に配置される、少なくとも２個の、または、少なくとも３個の、または、少なくとも５個の、または、少なくとも１０個以上の部分素子４８ａ～４８ｊのどのような数でも含む。そのようにして、例えば、部分素子４８ａ～４８ｊは、同じもの（部分素子４８ａ～４８ｊ）のｙ方向に沿った、軸の経路に沿って中央の電極２６ｃの上に配置される。レジスタ素子４８の構造化に基づいて、部分素子４８ａ～４８ｊは、堅さの減少を提供する、すなわち、レジスタ構造によって堅さの増加のための量を低く保持するか、または同じものを最小化する、距離７２ａ～７２ｉによって相互に離れて間隔をおいて配置される。軸の延長方向ｙに沿って、動き３４の方向に垂直に配置された部分素子４８ａ～４８ｊが、動き３４の方向に沿って動くとき、距離７２ａ～７２ｉは、流体損失を防止するために、または、それらを少なくとも低く保持するために、等しいか、または異なり、例えば、最大１００μｍ、または最大５０μｍ、または最大５μｍである。

【0122】

代わりの実施の形態に従って、レジスタ構造４８の部分素子４８ａ～４８ｊは、全て、電極２６ａまたは電極２６ｂまたは電極２６ｃのいずれかに機械的に堅く接続される。

【0123】

図６ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳ６０’の模式平面図を示す。部分素子４８ａ～４８ｉは、電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃのうちの少なくとも２つの上に配置される。図示された例おいて、部分素子は電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃのそれぞれの上に配置される。部分素子は、キャビティの中の流体の抵抗を提供するために、軸の延長方向ｙに沿って、分配された方法で配置される。異なる電極２６ａおよび／または２６ｂおよび／または２６ｃの上に同じもの（部分素子）を配置することは、部分素子４８ａ～４８ｉの投影４８’ａ～４８’ｉが、軸の延長方向に平行で基板平面に垂直に配置された、例えばｙ／ｚ平面に平行な平面７４において重複する、すなわち、例えば投影４８’ａおよび４８’ｂのために図示されたように距離を持たない、という別の自由度を結果として生じる。投影４８’ａ～４８’ｉのうちのいくつかは、隣接する投影に対して距離を持つことができるけれども、隣接する投影が重複することは、有利である。

【0124】

固定物４６₁～４６₈が、一方で電極２６ａと２６ｃとの間に、他方で電極２６ｂと２６ｃとの間に対称的に配置される図６ａと違って、図６ｂの中の固定物４６₁～４６₇は、例えば、可動素子の動きのプロフィールおよび／または負荷のプロフィールに順応して調整するために非対称である。

【0125】

部分素子４８ａは電極２６ａの上に配置され、部分素子４８ｂは電極２６ｂの上に配置されるけれども、流体の抵抗は動き３４の方向に沿って得られる。堅さの減少は、分割または区画化によって得られる。しかし、同時に、投影間の重複７６は、低い流体損失を可能にする。重複７６の代わりに、好ましくは、流体損失を低くしておくために、距離７２ａ～７２ｈに対応して調整される距離７８を含む投影４８’ｂおよび４８’ｃを考慮するとき、これは任意の特性であるという事実が、明らかになる。

【0126】

すなわち、動きの方向の堅さの増加への寄与、および、それ故、横の撓みの防止を大きく減少するために、その長さ方向の軸に沿ってリア構造を分割することが、追加して可能である。ここで、分割は、流体の効率（重要な音響のショート回路の防止、ことによると減衰調整）が、それぞれの幾何学的選択（小さいギャップ、すなわち距離７２）によって特に調整される割込みによって図示される。本質的に、十分に小さいギャップを選択することは有利である。それぞれの流体損失だけでなく、アスペクト比、およびそれ故、与えられた最小の割込み幅の制限のため、図６ｂに図示されたように、リア構造を電極に交互に取り付けることは有利である。その結果、流体的に壁が建てられ、そして、堅さがなお大きく減少され、そして、技術的な境界条件が、投影が重複するという事実のために維持される。

【0127】

すなわち、図６ａおよび６ｂは、割込みを持つリア構造を示す。リア構造に基づいたマイクロスピーカーまたはマイクロポンプの構造が図示される。すなわち、図４ａ～４ｃのリア構造は、上および／または底に蓋層を含み、入口および／または出口を提供される。

【0128】

図７ａは、別の中間層または接合層８２₁および８２₂の手段によって、層１８または２４に接続される言及した蓋層７８₁および７８₂によって例えば図４ａのＭＥＭＳ４０を補足する、実施の形態に従うＭＥＭＳ７０₁の模式断面図を示す。層７８₁および７８₂は、層１８と同じ方法で形成される。接合層８２₁および８２₂は、中間層２２と同じまたは同様な方法で形成される。可動素子の外部電極２６ａおよび２６ｂと基板１２との間の距離８４は、高さ５２のための不可欠の制限が存在しないように、ギャップ４２₁～４２₂より大きい。

【0129】

すなわち、マイクロスピーカーおよび／またはマイクロポンプにおいて、リア構造は別の重要な設計の利点を提供する。上述のように、ＭＥＭＳ２０００などに従う既知のマイクロスピーカーは、いわゆる垂直のプルイン効果から損害を被る。これは、駆動電圧がそんなに高くないので、Ｌ－ＮＥＤビームが上または底に向かって引かれ、蓋層と接触して入り、すなわち、垂直のプルイン効果が起こることを意味する。ｚに沿って垂直な方向にＬ－ＮＥＤ構造が堅くなればなるほど、駆動電圧が、垂直なプルイン無しで、より高く起きる。垂直のプルインは、特に、一方の側に固定されたＬ－ＮＥＤビームのために危険である。通常の場合において、一方の側に固定されたＬ－ＮＥＤビームは、中央で両側に固定されたビームより少なくとも自由端でより大きい範囲に撓むことができる。しかし、駆動電圧が、垂直のプルイン効果のため、両側に固定された比較可能なＬ－ＮＥＤビームより小さいように選択されるとき、この有利さは、ことによると部分的に失われる。

【0130】

ことによると、Ｌ－ＮＥＤ構造の垂直の堅さは、主に、Ｌ－ＮＥＤビームの長さおよび固定によって、厚さ／高さによって定義される。ビームが薄くて短いほど、および／または、固定物の堅さが高いほど、垂直のプルインに対してビームはより無反応である。しかし、議論したように、Ｌ－ＮＥＤビームの厚さは、製造工程の制限が、ボッシュプロセスの制限などに従って当てはまるので、どのようなサイズも持つように選択されない。ビームの長さも、あまり短いように選択されないし、固定物の堅さも、これは横の撓みを制限するので、あまり低くない。これは、低い堅さの固定物を持つ長いビームが、高い撓みを得るために、設計に関してマイクロスピーカーとマイクロポンプのために望ましい、ことを意味する。しかし、これは、垂直のプルインのために駆動電圧を制限する。従って、長いビームおよび低い堅さを選択することによって撓みについて得られた有利さは、垂直のプルイン効果のために、駆動電圧を減少することによって、再び部分的に失われる。

【0131】

議論されたリア構造／レジスタ構造は、上述の難問のための解決を提供する。リア構造の高さは、どのようなサイズにおいても、例えばＬ－ＮＥＤビームより８倍大きくても選択されるので、全体の構造の堅さが、垂直の方向にリア構造によって大きく増加し、全体の堅さについて支配する。従って、追加の余裕が、Ｌ－ＮＥＤビームの長さおよび／または固定物を設計するために得られる。例えば、より多くの横の撓みを得るために、ビームは、より長いように設計され、固定物はより柔らかいように設計される。垂直のプルイン効果に関係する、結果として生じる不利は、その時、リア構造の高さによって補償される。この有利さは、両側に固定されたＬ－ＮＥＤビームだけでなく、片側に固定されたＬ－ＮＥＤビームの両方に当てはまる。

【0132】

図７ｂは、実施の形態に従うＭＥＭＳ７０₂の模式断面図を示す。基板１２の外の外部の環境８８にキャビティ１６を接続するための開口２８₂は、可動層の配置の平面内に配置される。これは、同じもの（開口２８₂）が、レジスタ素子４８、および／または、電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃの層２４、および／または、中間層２２と少なくとも部分的に重複することを意味する。そのように横に配置された開口は、開口より他の目的のための層７８₂の用法を可能にすることができる。代わりにまたは追加して、開口２８₁も、横に配置できる。１つまたはいくつかの開口の横の配置は、どのような制限も無しに、ここに説明された全てのＭＥＭＳにおいて可能である。開口２８₁および２８₂は、また、可動層の配置の領域の中の両側に固定されたビームの固定物の領域の中に、または、可動層の配置の片側に固定されたビームに固定されて自由に可動の終端の領域の中に配置される。

【0133】

図８ａは、２倍の電極とリア構造またはレジスタ構造との特徴を組み合わせる、実施の形態に従うＭＥＭＳ８０₁の模式断面図を示す。これは、また、例えば、ＭＥＭＳ７０₁の文脈において説明された空洞１６の中の可動構造が、二倍であるように、および／または、ＭＥＭＳ１０または２０または３０₁または３０₂が、レジスタ構造を追加して提供されるか、またはいくつかのレジスタ構造を提供されるように考慮される。そのようにして、例えば、層２４₁および２４₂は、中間層２２₂を介在させて完全にまたは部分的に相互に接続される、電極２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃ、または、電極２６ｄおよび２６ｅおよび２６ｆに構造化される。従って、中間層２２₂との接続を介在させて相互に機械的に堅く接続される、２つの可動素子３２₁および３２₂が、得られる。それぞれのレジスタ構造４８₁または４８₂は、それぞれの可動素子３２₁および３２₂に機械的に堅く接続されるか、またはその一部分である。ここで、レジスタ構造４８₁および４８₂は、それが可動素子３２₁および３２₂の全ての層のために可能であるように、ｚ方向に沿って異なる電極および／または異なる寸法で、同じまたは異なる方法で、例えば、異なる数の部分領域の中に、または、レジスタ構造の配置の中に、または、その部分領域の中に構造化することによって、構成される。

【0134】

ＭＥＭＳ８０₁は、可動素子が、第１のレジスタ構造４８₁と４８₂との間の基板平面に垂直で、方向ｚに沿って電極配置２６ａ～２６ｃ、および、電極２６ｄ～２６ｆについて相互に隣接して配置されるように、構成される。

【0135】

図８ｂは、ＭＥＭＳ８０₂の模式断面図を示す。可動素子３２₁と３２₂との相対的な配向は、ＭＥＭＳ８０₁について相互交換される。レジスタ構造４８₁および４８₂が、それぞれ、相互に隣接して、かつ、可動素子３２₁と３２₂との間、および、電極配置２６ａ～２６ｃと電極２６ｄ～２６ｆとの間の基板平面に垂直なｚ方向に沿って配置される。レジスタ構造４８₁と４８₂との間の中間層２２₂は、取り除かれるように図示されるけれども、同じもの（中間層２２₂）は、レジスタ構造４８₁と４８₂との間に機械的な固定物が提供されてもよい。しかし、示されたバリエーションにおいて、レジスタ構造４８₁と４８₂とは互いに対して可動である。それは、異なる制御を可能にする。両方のレジスタ構造は、可動素子３２₁および３２₂などを介在させて、この動きを可能にするか、または制御する能動構造に接続される。ＭＥＭＳ８０₁および８０₂に提供された制御手段は、個々にまたは共通して可動素子３２₁および３２₂を制御するように構成される。制御手段８６は、可動層の構造を制御するために、ここに説明されたどのような他のＭＥＭＳにでも提供される。

【0136】

すなわち、電極とリア構造とを積み重ねる着想は、より高い音圧レベルさえ得るために組み合わされる。例示的な組み合わせが図８ａおよび８ｂに図示される。これは、また、可動のボリュームの２倍をもたらす。すなわち、マイクロスピーカーの場合、６ｄＢの特別のボリュームが得られる。これは、積み重ねとリア構造との組み合わせが、約２５ｄＢ（２×９）のボリュームの理論的な改良をもたらすことを意味する。ボリュームの２倍のための２および９を持つ、この例２０^*ｌｏｇ（２^*９）＝２５ｄＢにおいて、得られた全体の高さ（６００＋７５）／７５のファクターが説明される、ということが仮定される。図８ａに従うこの構造において、垂直のプルインは、完全に取り除かれることさえできる。蓋７８₁および７８₂と同様に、リア構造４８₁および４８₂が接地されるとき、リア構造と蓋ウェハーとの間の電気力の出現は防止され、すなわち、垂直のプルインは最早実用的に起こらない。

【0137】

図８ａおよび８ｂは、２つのＬ－ＮＥＤ－Ｔアクチュエーターの積み重ねを示すけれども、Ｔはレジスタ構造と組み合わされた電極の形を指示する。この概念は、例えば、別の追加の電極構造またはＬ－ＮＥＤアクチュエーターが追加されるように、どのようにでも拡張される。

【0138】

図９は、実施の形態に従うＭＥＭＳ１００の模式のサイド断面図を示す。電極またはビーム２６ａおよび２６ｂおよび２６ｃは、隣接層において配置される、ビームまたは電極２６ｄおよび２６ｅおよび２６ｆについて、それぞれ、好ましくは、電極の個々のオフセット９１₁および９１₂および９１₃によってオフセット（斜め）にされる、オフセットは、代わりに、また、２つまたはいくつかの素子のために同じ量を持つか、または、ｘ方向に沿って異なる方向に導かれもする。

【0139】

層２４₁および２４₂、と同様に、これらの層から構造化される可動素子３２₁および３２₂は、例えば中間層２２₁および２２₂を介在させて、相互に接続される。実施の形態は、距離９１₁および９１₂および９１₃が、同じ値を想定する必要がないけれども、そうすることができるとことを含む。

【0140】

図１０は、ビームに構造化される層２４₁および２４₂が、可動層の配置３６を形成する、実施の形態の断面図を示す。図９に相似して、ビームの距離９１₁および９１₂および９１₃は、最大１００μｍ、好ましくは５０μｍ、特に好ましくは５μｍである。

【0141】

本発明の実施の形態は、また、蓋およびフロア平面が、電気信号の分配のために利用可能であるように、リア構造の平面の中の横に、入口開口および／または出口開口を設計することを可能にする。従って、好ましい増加したパッキング密度が得られる。

【0142】

実施の形態は、Ｌ－ＮＥＤ基づいたアクチュエーターの垂直または断面領域の高い拡大、例えば１６倍を可能にする。本発明のマイクロスピーカーのために、これは最高２４ｄＢより多くサウンドレベルを生成できる。それは重要な量である。その上、効果は、本発明のマイクロポンプのためも有利である。全体の構造の高さがリア構造によって増加するので、垂直のプルイン電圧は大きく増加する。より高いプルイン電圧は、いくつかの設計自由を提供し、例えば、より長いＬ－ＮＥＤの長さを作り、かつ、より大きいＮＥＤ撓みを得るために、（片側または両側の）固定物をより柔らかくする。ポンプおよびスピーカーおよびマイクロフォンを除いて、他の応用は、高周波の、特にＴＨｚ（テラヘルツ）範囲のためのＭＥＭＳ導波路にも関連する。

【0143】

いくつかの面が、装置の文脈内で説明されるけれども、これらの面が、対応する方法の説明も表わすことも明らかである。その結果、装置のブロックまたはデバイスは、方法のステップ、または、方法のステップの特徴にも対応する。類似的に、方法のステップの文脈の中で説明された面も、対応する装置の対応するブロックまたは詳細または特徴の説明も表わす。

【0144】

上で説明された実施の形態は、本発明の原理を単に示すに過ぎない。ここに説明された配置と詳細の一部修正とバリエーションが当業者に明白であることは理解される。それは、従って、実施の形態の説明と議論によってここに提供された特定の詳細によってというよりも、以下の請求項の範囲によってのみ制限されることを意図する。

【図1】