[发明专利]包括膜和致动器的MEMS器件

说明书

本申请涉及包括膜和致动器的MEMS器件。MEMS器件包括具有第一腔体的半导体支撑体，包括固定到支撑体的周边部分和悬置部分的膜。第一可变形结构与膜的悬置部分的中心部分相隔一段距离，并且第二可变形结构朝向膜的周边部分而相对于第一可变形结构横向偏移。将突出区域固定在膜下方。第二可变形结构是可变形的，以便沿第一方向平移膜的悬置部分的中心部分，并且第一可变形结构是可变形的，以便沿第二方向平移膜的悬置部分的中心部分。

技术领域

本公开涉及一种微机电(“微机电系统”，MEMS)器件，其包括膜和能够控制膜的弯曲的致动器。

背景技术

已知的MEMS致动器至少部分地由半导体材料制成。这种微机电致动器使得能够将不同类型的能量形式转换成机械能量。特别地，已知压电致动的MEMS器件，其中压电材料的薄层在MEMS器件的悬置部分例如悬臂或膜上方延伸。向压电层施加电场在压电层上产生应力并且随后产生MEMS器件的悬置部分的弹性变形。

在这种类型的MEMS器件中，由于在制造MEMS器件的工艺结束时所出现的残余应力的存在，悬置部分的初始位置，也即是在没有施加到压电层的电场的情况下悬置部分所假定的位置，难以控制。

对于这些MEMS器件的各种应用，诸如射频开关(“RF开关”)或具有可重新配置的聚焦透镜的光学器件，在没有施加到对应压电层的外部电场的情况下，优选的是该悬置部分处于设计阶段所定义的已知初始位置中，例如处于没有残余应力的情况下所假定的位置中。

例如，在射频开关的情况下，悬置部分可以是可变形的，以便通过施加电压控制信号以已知的方式打开或关闭电路中的电连接；由于残余应力引起的悬置部分的初始位置中的不希望的改变意味着产生打开或关闭电连接所需的悬置部分的弹性变形所需的电压不同于在设计阶段所定义的电压。例如，所需的电压可能大于在设计阶段所指定的电压；所需的电压甚至可能大于可以被施加到悬置部分的最大电压，在这种情况下，提供所期望的电连接是不可能的。

图1和图2A示意性地示出了从上方观察的已知类型的光学器件1，以及由三个轴x、y、z形成的正交参考系统。

光学器件1相关于光轴O具有圆柱对称性。

光学器件1基于已知类型的压电致动的MEMS器件，其包括移动部分2和在移动部分2上方延伸并与移动部分2接触的压电致动器4。移动部分2包括一层玻璃，例如二氧化硅(SiO₂)。压电致动器4包括压电层，例如由锆钛酸铅(PZT)制成。特别地，移动部分2具有例如圆形形状的孔3，孔3延伸通过移动部分2的整个厚度。

移动部分2在第一支撑体6上方延伸，第一支撑体6例如由半导体材料制成，特别是硅。将移动部分2的周边区域固定到第一支撑体6，而将移动部分2的中心区域粘附到聚合物材料的微透镜8，该微透镜8是柔软(因此是可变形的)且透明的。特别地，微透镜8在移动部分2的中心区域下方延伸。当从上方观察时，微透镜8例如是圆形形状的。由二氧化硅制成的第二支撑体10例如机械地耦合到微透镜8并在微透镜8下方延伸。当从上方观察时，第二支撑体10例如是圆形形状的。

当光学器件1在使用中时，光信号12，例如平行于光轴O的光束，可以穿过第二支撑体10、微透镜8和孔3。微透镜8使得光束能够取决于微透镜8的形状而被聚焦在所期望的距离处。

在使用中，向压电致动器4施加电压在压电层上产生拉应力并因此使移动部分2变形；转而，移动部分2的变形致使微透镜8的变形。因此，通过提供给光学器件1的电压控制信号来修改微透镜8的焦距是可能的。

特别地参考图2A，这示出了处于第一操作状况中的光学器件1，其中微透镜8的上表面8'垂直于光轴O。因此微透镜8聚焦在无限远处；因此，如果光信号12由平行于光轴O的光线形成，则这穿过微透镜8而不被偏转。