[發明專利]包括膜和致動器的MEMS器件

在審

• 申請號: 201810885372.5
• 申請日: 2018-08-06
• 公開（公告）號: CN109384190A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: D·帕希;D·朱斯蒂
• 申請（專利權）人: 意法半導體股份有限公司
• 主分類號: B81B3/00
• 分類號: B81B3/00;G02B15/04
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 王茂華;董典紅

本申請涉及包括膜和致動器的MEMS器件。MEMS器件包括具有第一腔體的半導體支撐體，包括固定到支撐體的周邊部分和懸置部分的膜。第一可變形結構與膜的懸置部分的中心部分相隔一段距離，并且第二可變形結構朝向膜的周邊部分而相對于第一可變形結構橫向偏移。將突出區域固定在膜下方。第二可變形結構是可變形的，以便沿第一方向平移膜的懸置部分的中心部分，并且第一可變形結構是可變形的，以便沿第二方向平移膜的懸置部分的中心部分。

技術領域

本公開涉及一種微機電(“微機電系統”，MEMS)器件，其包括膜和能夠控制膜的彎曲的致動器。

背景技術

已知的MEMS致動器至少部分地由半導體材料制成。這種微機電致動器使得能夠將不同類型的能量形式轉換成機械能量。特別地，已知壓電致動的MEMS器件，其中壓電材料的薄層在MEMS器件的懸置部分例如懸臂或膜上方延伸。向壓電層施加電場在壓電層上產生應力并且隨后產生MEMS器件的懸置部分的彈性變形。

在這種類型的MEMS器件中，由于在制造MEMS器件的工藝結束時所出現的殘余應力的存在，懸置部分的初始位置，也即是在沒有施加到壓電層的電場的情況下懸置部分所假定的位置，難以控制。

對于這些MEMS器件的各種應用，諸如射頻開關(“RF開關”)或具有可重新配置的聚焦透鏡的光學器件，在沒有施加到對應壓電層的外部電場的情況下，優選的是該懸置部分處于設計階段所定義的已知初始位置中，例如處于沒有殘余應力的情況下所假定的位置中。

例如，在射頻開關的情況下，懸置部分可以是可變形的，以便通過施加電壓控制信號以已知的方式打開或關閉電路中的電連接；由于殘余應力引起的懸置部分的初始位置中的不希望的改變意味著產生打開或關閉電連接所需的懸置部分的彈性變形所需的電壓不同于在設計階段所定義的電壓。例如，所需的電壓可能大于在設計階段所指定的電壓；所需的電壓甚至可能大于可以被施加到懸置部分的最大電壓，在這種情況下，提供所期望的電連接是不可能的。

圖1和圖2A示意性地示出了從上方觀察的已知類型的光學器件1，以及由三個軸x、y、z形成的正交參考系統。

光學器件1相關于光軸O具有圓柱對稱性。

光學器件1基于已知類型的壓電致動的MEMS器件，其包括移動部分2和在移動部分2上方延伸并與移動部分2接觸的壓電致動器4。移動部分2包括一層玻璃，例如二氧化硅(SiO₂)。壓電致動器4包括壓電層，例如由鋯鈦酸鉛(PZT)制成。特別地，移動部分2具有例如圓形形狀的孔3，孔3延伸通過移動部分2的整個厚度。

移動部分2在第一支撐體6上方延伸，第一支撐體6例如由半導體材料制成，特別是硅。將移動部分2的周邊區域固定到第一支撐體6，而將移動部分2的中心區域粘附到聚合物材料的微透鏡8，該微透鏡8是柔軟(因此是可變形的)且透明的。特別地，微透鏡8在移動部分2的中心區域下方延伸。當從上方觀察時，微透鏡8例如是圓形形狀的。由二氧化硅制成的第二支撐體10例如機械地耦合到微透鏡8并在微透鏡8下方延伸。當從上方觀察時，第二支撐體10例如是圓形形狀的。

當光學器件1在使用中時，光信號12，例如平行于光軸O的光束，可以穿過第二支撐體10、微透鏡8和孔3。微透鏡8使得光束能夠取決于微透鏡8的形狀而被聚焦在所期望的距離處。

在使用中，向壓電致動器4施加電壓在壓電層上產生拉應力并因此使移動部分2變形；轉而，移動部分2的變形致使微透鏡8的變形。因此，通過提供給光學器件1的電壓控制信號來修改微透鏡8的焦距是可能的。

特別地參考圖2A，這示出了處于第一操作狀況中的光學器件1，其中微透鏡8的上表面8'垂直于光軸O。因此微透鏡8聚焦在無限遠處；因此，如果光信號12由平行于光軸O的光線形成，則這穿過微透鏡8而不被偏轉。