[发明专利]用于梳状驱动MEMS装置的系统和方法

说明书

根据实施例，形成MEMS换能器的方法包括在单晶硅层中形成换能器框架，其中形成换能器框架包括邻近腔形成支撑部分并且形成从支撑部分延伸的第一梳齿集合。形成MEMS换能器的方法进一步包括形成从锚定装置到支撑部分的弹性支撑以及在单晶硅层中形成第二梳齿集合。第二梳齿集合与第一梳齿集合交错对插。

技术领域

本发明一般地涉及被制造的装置，并且在具体实施例中涉及一种用于梳状驱动微机电系统（MEMS）装置的系统和方法。

背景技术

换能器将信号从一个域转换到另一域，并且经常在传感器中使用。作为在日常生活中看到的传感器进行操作的一种常见的换能器是将声波转换（即，换能）成电信号的麦克风。常见传感器的另一示例是温度计。存在通过将温度信号换能成电信号来用作温度计的各种换能器。

基于微机电系统（MEMS）的换能器包括使用微加工技术产生的一系列传感器和致动器。诸如MEMS麦克风的MEMS传感器通过测量换能器中的物理状态的变化并且将经换能的信号传递到连接到MEMS传感器的处理电子装置来收集来自环境的信息。可以使用类似于用于集成电路的那些微加工制造技术来制造MEMS装置。

MEMS装置可以被设计为用作例如振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风和微反射镜。许多MEMS装置使用电容感测技术来将物理现象换能成电信号。在这种应用中，使用接口电路来将传感器中的电容变化转换成电压信号。

一种这样的电容式感测装置是MEMS麦克风。MEMS麦克风通常具有可偏转膜，该可偏转膜与刚性背板分隔开小的距离。响应于入射在膜上的声压波，其朝向或远离背板偏转，从而改变膜和背板之间的分隔距离。通常，膜和背板由导电材料制成并且形成电容器的“板”。因此，当分隔所述膜和背板的距离响应于入射的声波而改变时，电容在“板”之间改变并且生成电信号。

具有由可偏转膜和刚性背板形成的这种平行板电容结构的MEMS麦克风可以包括作为平行板结构的结果的各种性能特性。例如，刚性背板通常被穿孔，以便允许空气通过背板，使得刚性背板在声学上是透明的。然而，在实践中，刚性背板通常不是完全声学透明的，并且生成一定量的声学噪声。这通常导致在机械稳健性（诸如通过在刚性背板中包括更少或更小的穿孔）与声学噪声降低（诸如通过在刚性背板中包括更多和更大的穿孔）之间的折衷。

这种平行板结构的另一特性是称为“吸入（pull-in）”的现象。为了作为声学换能器进行操作，在可偏转膜和刚性背板之间应用偏置电压。由于在板之间应用的电压，由可偏转膜的运动导致的板之间的电容变化产生可测量的电压信号，该电压信号对应于入射的声信号。然而，由于应用的偏置电压，随着在可偏转膜和刚性背板之间的分隔距离减小，吸引静电力也增加。吸引静电力通常由可偏转膜中的恢复机械弹性力来平衡，吸引静电力随着距离变小而非线性地增加，同时恢复机械弹性力仅线性地增加。当分隔距离达到一定限制时，与分隔距离有关的差异导致吸引静电力克服恢复机械弹性力，这导致了当可偏转膜一直移动而接触刚性背板时的吸入或塌陷，并且可能导致静摩擦力。吸入现象呈现了对吸入的抵抗（由增加的可偏转膜刚度或较低的偏置电压导致）和更高灵敏度（由减小的可偏转膜刚度或增加的偏置电压导致）之间的另一折衷。

因此，存在具有改进的性能特性的本发明MEMS装置的机会。

发明内容

根据实施例，形成MEMS换能器的方法包括在单晶硅层中形成换能器框架，其中形成换能器框架包括形成邻近腔的支撑部分以及形成从支撑部分延伸的第一梳齿集合。形成MEMS换能器的方法进一步包括形成从锚定装置到支撑部分的弹性支撑，以及在单晶硅层中形成第二梳齿集合。第二梳齿集合与第一梳齿集合交错对插。

附图说明

为了更完整地理解本发明及其优点，现在参考结合附图做出的以下描述，其中：

图1A和1B图示了实施例MEMS换能器的系统框图和横截面透视图；