[发明专利]微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法

说明书

在这里讨论了如下方面：微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法。该微机电设备可以包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。

技术领域

各种实施例一般涉及微机电设备、微机电设备的阵列、制造微机电设备的方法以及操作微机电设备的方法。

背景技术

微机电系统（MEMS）可以被生产用于用作扩音器或用于其他适当的利用。MEMS扩音器可以具有被致动来创建声波的隔膜（diaphragm）。如果该隔膜被预加应力以具有双稳态几何结构，则“弯曲”效应可以被利用来增强MEMS设备，例如以高加速度从一个稳定位置至第二稳定位置的转移对于声波生成来说可能更加能量高效。然而，取决于隔膜几何结构，在稳定位置之间的转移可以在两个方向上都具有相等的幅度，这例如可能负面影响所生成的声波。因此，双稳态隔膜的有效控制将是有益的。因此，从隔膜的高加速度的声波的创建可以被用在阵列中以允许数字声音重构。

发明内容

按照本发明的第一方面的一种微机电设备，其包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。

按照本发明的第二方面的一种微机电设备的阵列，其包括：衬底；布置在衬底上的多个微机电设备，其中该多个微机电设备中的每一个包括：机械耦合至衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；控制器，其被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波；以及被耦合至多个微机电设备的阵列控制器，其被配置成利用按照数字声音输入的电控制信号来控制相应微机电设备以创建聚合声波。

按照本发明的第三方面的一种制造微机电设备的方法，其包括：提供衬底；在衬底之上形成隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；在隔膜之上形成致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及将控制器耦合至致动器，该控制器被配置成响应于数字声音输入来提供电控制信号；其中该致动器被配置成接收电控制信号来经由压电层将机械压电力施加于隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。

按照本发明的第四方面的一种操作微机电设备的方法，该微机电设备包括：衬底；机械耦合至该衬底的隔膜，该隔膜包括非应力区和用以使隔膜弯曲到两个几何稳定位置之一中的应力区；机械耦合至隔膜的致动器，该致动器包括在隔膜之上的压电层；以及耦合至致动器的控制器，该方法包括：在控制器处接收数字声音输入；以及将电控制信号从控制器提供给致动器以经由压电层将机械压电力施加在隔膜上，以使隔膜移动来创建声波。

附图说明

在绘图中，贯穿不同视图，相似的参考字符通常指代相同部件。绘图不一定按照比例，重点反而一般放在图示本发明的原理上。在下面的描述中，参考附图来描述本发明的各种实施例，在其中：

图1A和1B示出具有双稳态隔膜的微机电设备。

图2A-2G示出双稳态隔膜的各种方面。

图3A-3C示出微机电设备。

图4A和4B示出隔膜、预应力层和致动器。

图5A-5E示出具有致动器的双稳态隔膜的各种方面。

图6示出微机电设备的阵列。