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Dokumentenidentifikation DE602004004484T2 08.11.2007
EP-Veröffentlichungsnummer 0001538747
Titel Mikromechanischer elektrostatischer Resonator
Anmelder Seiko Epson Corp., Tokyo, JP
Erfinder Kihara, Ryuji, Suwa-shi Nagano-ken 392-8502, JP;
Nakajima, Takuya, Suwa-shi Nagano-ken 392-8502, JP;
Furuhata, Makoto, Suwa-shi Nagano-ken 392-8502, JP
Vertreter Hoffmann, E., Dipl.-Ing., Pat.-Anw., 82166 Gräfelfing
DE-Aktenzeichen 602004004484
Vertragsstaaten AT, CH, DE, ES, FI, FR, LI
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.11.2004
EP-Aktenzeichen 040279614
EP-Offenlegungsdatum 08.06.2005
EP date of grant 24.01.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 08.11.2007
IPC-Hauptklasse H03H 9/00(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse B81B 3/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   H03H 9/24(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft einen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator und insbesondere betrifft sie eine Struktur eines mikromechanischen elektrostatischen Vibrators, die geeignet ist für einen Hochfrequenzvibrator mit einem Schwingkörper, der auf einem Substrat unter Verwendung einer mikro-elektromechanischen System-(MEMS)-Technik gebildet ist.

In der letzten Zeit hat sich eine weltweit hoch entwickelte Informationsgesellschaft gebildet, und Kommunikations- und Multimediamärkte entwickeln sich schnell. Zum Beispiel hat sich das zellulare Mobiltelefon ausgebreitet, und es entstehen neue Betriebe, die das Internet als Medium verwenden. Das zellulare Telefon, das als eine Antriebskraft des Informationszeitalters angesehen wird, hat zahlreiche Funktionen über die einfache Funktion eines Telefons hinaus. Zum Beispiel entwickelt sich das zellulare Mobiltelefon, um zusätzlich zu Sprache, Zeichen und Bildern mit hoher Geschwindigkeit große Datenmengen wie etwa Musik von hoher Qualität oder bewegte farbige Bilder zu senden und zu empfangen. Um solche Funktionen, die bislang nicht existierten, an dem zellularen Mobiltelefon oder dergleichen unterzubringen, sind "Miniaturisierung und geringes Gewicht" von elektronischen Komponenten aufgrund gegenwärtiger Platzbeschränkungen erforderlich. Eine Tendenz, das Gehäuse des zellularen Mobiltelefons zu miniaturisieren, stößt wegen funktioneller Beschränkungen auf Grenzen, und es wird angenommen, dass in der Zukunft erhöhter Bedarf bestehen wird, die Geräte dünner zu machen. In jüngster Zeit tritt eine drastische Nachfrage auf einem Markt für "Hochfrequenz" für Breitbandinformation auf. Zum Beispiel hat sich schnurloses LAN verbreitet, Bluetooth-Produkte sind aufgekommen, und die öffentliche Nutzung von UWB (Ultra Wide Band, Ultrabreitband) ist in den Vereinigten Staaten von Amerika genehmigt. Außerdem wird ein Kommunikationsgerät in vielen Gebieten wie etwa als Kraftfahrzeugsensor, Notebook-Computer usw. verwendet. Um hohe Leistung unter so diversen Umgebungen aufrecht zu erhalten, ist eine bisher nicht existierende "hohe Zuverlässigkeit" gefordert.

Als ein Mittel zum Erfüllen diverser der oben beschriebenen Anforderungen wird beispielhaft die MEMS-(Micro Electro Mechanical System)-Technologie genannt. MEMS ist eine Komponente mit hohem Mehrwert, die durch "Mikrobearbeitung" basierend auf Halbleiterfeinbearbeitungstechniken erzeugt wird. Zusammen mit einer Schaltung können eine Feinstruktur, ein Sensor, ein Aktuator oder eine Energiequelle in geringer Größe integriert werden. Die Nachfrage für schnurlose Geräte wie etwa das zellulare Mobiltelefon, schnurloses LAN, schnurlos montierte Sensoren nimmt zu, und es werden zunehmend Untersuchungen über Hochfrequenz-MEMS auf diesem Gebiet unternommen. Hochfrequenz-MEMS erregt Aufmerksamkeit als eine Technik, die die Miniaturisierung von Hochfrequenzschaltungen realisiert. Das heißt, passive Komponenten einer Hochfrequenzschaltung wie etwa ein antennenschaltbarer Schalter, ein Hochfrequenzfilter oder ein Resonator werden unter Verwendung der Hochfrequenz-MEMS-Techniken hergestellt, und es wird erwartet, dass dies zu einer Miniaturisierung eines Kommunikationsgeräts bei hoher Leistung führt.

Ein Hochfrequenzvibrator, der eine herkömmliche Hochfrequenz-MEMS-Technik verwendet, umfasst einen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator (im folgenden einfach als ME-Vibrator bezeichnet), in dem die mechanische Schwingung eines Schwingkörpers durch eine elektrostatische Kraft auf Grundlage von Wechselstromenergie angeregt wird und eine Änderung der Kapazität aufgrund der mechanischen Schwingung des Schwingkörpers genutzt wird. Als ME-Vibrator ist ein kamm-zahn-förmiger Vibrator bekannt, bei dem Elektroden mit einer Kamm-Zahn-Struktur entgegengesetzt und ineinander eingreifend angeordnet sind (siehe zum Beispiel [1] William C. Tang et al., "Laterally Driven Resonant Microstructures", Sensors and Actuators, 20 (1989) Seite 25 bis 33). Da bei diesem Vibrator der Elektrodenabschnitt eine Kamm-Zahn-Struktur hat, ist die Oberfläche groß, und eine relativ niedrige Antriebsspannung wird verwendet. Da außerdem die Verschiebung und die Kapazitätsänderung in linearer Beziehung stehen, wird vorteilhafterweise eine lineare Antwort erhalten.

Ferner wird gegenwärtig ein Vibrator vorgeschlagen, bei dem Elektroden auf der linken und rechten Seite oder der oberen und unteren Seite eines Balkenabschnitts vorgesehen sind und die Wechselspannungsenergie den Elektroden so zugeführt wird, dass der Schwingkörper, von dem beide Enden durch den Balkenabschnitt unterstützt sind, schwingt (siehe zum Beispiel [2] W.-T. Hsu et al., "Q-Optimized Lateral Free-Free Beam Micromechanical Resonators", Digest of Technical Papers, The 11th International Conference on Solid-State Sensors and Actuators (Transducers '01), München, Deutschland, 10.-14. Juni 2001, Seiten 1110 bis 1113).

Außerdem ist ein Vibrator bekannt, bei dem ein Paar von Elektroden entgegengesetzt zueinander an beiden Seiten eines äußeren Umfangsabschnitts einer Scheibe angeordnet sind, deren Mittelabschnitt unterstützt ist, und die Wechselspannungsenergie den Elektroden so zugeführt wird, dass die Scheibe in einem Streckmodus hoher Ordnung schwingt (siehe zum Beispiel [3] J.R. Clarke et al., "High-Q VHF Micromechanical Contour-Mode Disk Resonators", Technical Digest, IEEE Int. Electron Devices Meeting, San Francisco, Kalifornien, 11.-13. Dezember 2000, Seiten 399 bis 402).

Unter den diversen oben beschriebenen ME-Vibratoren wird bei dem ME-Vibrator mit einer Kamm-Zahn-Elektrodenstruktur, deren beide Enden durch den Balkenabschnitt und andere bewegliche Abschnitte unterstützt sind, Vibration durch die Biegung des Balkenabschnitts verursacht. Dieser wird daher als ein Biegemodus-(Biegeschwingungs-)Vibrator bezeichnet. Bei dem ME-Vibrator, bei dem ein Paar von Elektroden einander gegenüber an beiden Seiten der Scheibe angeordnet sind, wird die Streckschwingung der Scheibe benutzt. Er wird daher als Streckmodus-(Streckschwingungs-)-Vibrator bezeichnet.

Bei dem Biegemodus-ME-Vibrator ist es möglich, den Vibrationshub zu vergrößern, und es ist möglich, eine hohe Ausgangsspannung bei relativ niedriger Antriebsspannung zu erreichen. Da aber eine realisierbare Schwingfrequenz normalerweise in einem niedrigen Bereich von einigen zehn kHz bis Hunderten kHz, insbesondere maximal einige MHz liegt, besteht ein Problem darin, dass eine höhere Frequenz des Schwingkörpers schwierig ist.

Bei dem ME-Vibrator mit der oben erwähnten herkömmlichen kamm-zahn-förmigen Struktur wird durch Anpassen der kamm-zahn-förmigen Struktur die Kapazität zwischen einer Antriebselektrode und einer beweglichen Elektrode groß. Ferner werden durch Verwendung der kamm-zahn-förmigen Struktur planare Projektionsflächen der Antriebselektrode und der beweglichen Elektrode groß, so dass die Kapazität zwischen den Elektroden und dem Substrat zunimmt.

Außerdem existiert eine Kapazität zwischen Verdrahtungsabschnitten oder Verbindungsanschlüssen (Bonding Pads), die leitfähig mit den Elektroden verbunden sind, und dem Substrat. Dies ist nicht auf den Vibrator mit der kamm-zahn-förmigen Struktur beschränkt. Da es aufgrund des zunehmenden Widerstandes einer Verdrahtungsleitung oder einer Leitungsverbindung schwierig ist, eine Feinstruktur zu schaffen, wird die Kapazität relativ groß, wenn die Elektrodenstruktur des ME-Vibrators fein aufgebaut ist.

Jede der Kapazitäten hat eine normale Komponente, die nicht von der beweglichen Elektrode abhängt, aber eine Änderungskomponente der Kapazität aufgrund einer planaren Gleitbewegung der beweglichen Elektrode ist beträchtlich kleiner als die normale Komponente der Kapazität. D.h. die Änderungskomponente der Kapazität, die sich aufgrund der beweglichen Elektrode ändert, trägt zu einer Ausgangswirkung des elektrostatischen Vibrators bei, aber das Verhältnis der Änderungskomponente der Kapazität zu der normalen Komponente ist klein. Um ein effektives Ausgangssignal von dem elektrostatischen Vibrator zu bekommen, muss daher die Antriebsspannung erhöht werden. So ist es schwierig, für niedrige Spannung und niedrigen Energieverbrauch zu konstruieren. Dies ist ein ernsthaftes Hindernis für den praktischen Einsatz und die Kommerzialisierung von Produkten.

Beim Konstruieren für hohe Frequenz ist der elektrostatische Streckmodus-Vibrator am meisten bevorzugt, und der oben erwähnte scheibenförmige Vibrator ist effektiv als Hochfrequenzvibrator konstruierbar. Da aber der Streckmodus-Vibrator eine kleine Schwingbewegung (Amplitude) hat, wird auch das Ausgangssignal klein. Um die Schwingbewegung zu vergrößern, muss die elektrostatische Kraft erhöht werden. Daher muss die Eingangsspannung, die den Elektroden zugeführt wird, erhöht werden. Das heißt, es ist ebenfalls schwierig, das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung zu steigern. Daher ist es schwierig, für niedrige Spannung und niedrigen Energieverbrauch zu konstruieren.

Um für hohe Frequenz zu konstruieren, ist es bei diesem Vibrator ferner erforderlich, die Dicke des plattenförmigen Vibrationskörpers zu vergrößern oder den Radius der Plattenform zu verringern. Um die Dicke des Schwingkörpers zu vergrößern, ist eine lange Prozesszeit bei der Herstellung erforderlich, so dass der Erhöhung der Dicke des Schwingkörpers Grenzen gesetzt sind. Wenn die Plattenform klein wird, ist es außerdem sehr schwierig, die Änderung der Kapazität zu erfassen. Somit ist es schwierig, das Ausgangssignal herauszuführen. Außerdem ist die Antriebsspannung erhöht, und das Verhältnis einer Oberfläche, die der Trägerabschnitt belegt, zum Schwingkörper nimmt zu. Daher tritt das Problem auf, dass der Verlust zunimmt.

WO 02/17482 A2 offenbart einen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator vom im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Typ. Dieser bekannte mikromechanische elektrostatische Vibrator umfasst einen plattenförmigen Schwingkörper, ein Paar von Erregerelektroden, die einander gegenüberliegend an entgegengesetzten äußeren Umfangsabschnitten des Schwingkörpers mit einem Spalt zwischen jeder Erregerelektrode und dem entsprechenden äußeren Umfangsabschnitt des Schwingkörpers angeordnet sind, Speisemittel zum Anlegen von Wechselspannungsenergie in Phase an das Paar von Erregerelektroden und Erfassungsmittel zum Erhalten einer Ausgangsspannung entsprechend einer Kapazitätsänderung zwischen dem Schwingkörper und den Erregerelektroden, die aus einer durch die Wechselspannungsenergie erregten Schwingung des Schwingkörpers resultiert.

US 6 369 374 B1 offenbart einen Filter, der einen mikromechanischen Resonator enthält. Der Resonator umfasst eine Membran, die elektrisch erregt wird, um sich zu bewegen und dadurch ihren Abstand zu einer reflektierenden Oberfläche in dem Resonator zu ändern. Dies ändert die Reflektivität des Resonators, die mit optischen Mitteln aufgefangen wird.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen, und es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator und ein Verfahren zu dessen Herstellung zu schaffen, die im Vergleich zum Stand der Technik die Konstruktion für eine höhere Frequenz ermöglichen. Ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung ist, einen solchen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator anzugeben, der ein großes Verhältnis von Ausgangsspannung zu Eingangsspannung sowie eine niedrige Antriebsspannung und einen geringen Energieverbrauch hat.

Dieses Ziel wird erreicht durch einen mikromechanischen elektrostatischen Vibrator nach Anspruch 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Als Ergebnis ernsthafter Untersuchung wird bestätigt, dass es möglich ist, Hochfrequenz zu erzielen, indem die planare Form des plattenförmigen Schwingkörpers zu einer Form mit einem gekrümmten Umriss gemacht wird, der Halsabschnitte umfasst, im Gegensatz zum Fall eines herkömmlichen Schwingkörpers, bei dem eine kreisrunde planare Form verwendet wird. So ist es möglich, für hohe Frequenz zu konstruieren, ohne die Dicke des Schwingkörpers zu erhöhen oder den Radius des Schwingkörpers zu verringern. Im Ergebnis ist es möglich, einen Hochfrequenzvibrator einfach zu realisieren, ohne die Herstellungszeit zu erhöhen und das effektive Ausgangssignal zu verringern.

Bei der vorliegenden Erfindung umfasst der Umriss der planaren Form des Schwingkörpers vorzugsweise Kreisbogenabschnitte und die Halsabschnitte, wobei beide Enden eines jeden der Halsabschnitte zwischen den Kreisbogenabschnitten glatt verbunden sind. Da bei dieser Konstruktion ein gewinkelter Abschnitt in der Kontur des Schwingkörpers nicht vorhanden ist, ist es möglich, eine stabile natürliche Schwingung zu erhalten und den Verlust der Schwingungsenergie zu verringern und dabei, wie oben beschrieben, eine höhere Frequenz zu realisieren. In diesem Fall muss der Kreisbogenabschnitt nicht notwendigerweise exakt ein Kreisbogen sein. Solange der Kreisbogenabschnitt insgesamt bogenförmig ist, kann es ein elliptischer Bogen sein oder es kann ein Bogen sein, dessen Krümmung sich allmählich ändert. Allerdings ist die planare Form des Schwingkörpers vorzugsweise eine zu dem Elektrodenpaar symmetrische Form (zum Beispiel Liniensymmetrie, von der eine Symmetrieachse eine vertikale Halbierende eines Liniensegments ist, das die Mittelabschnitte des Paars von Elektroden verbindet.

In der vorliegenden Erfindung ist der Schwingkörper vorzugsweise durch einen Trägerabschnitt unterstützt, der auf einem Substrat gebildet ist, und ist in einer Form konstruiert, die in der Nähe des Unterstützungsabschnitts gestreckt ist. Indem dieser Konstruktion zufolge der Schwingkörper durch den Trägerabschnitt unterstützt ist und in der Nähe des Trägerabschnitts eine gestreckte Form hat, ist es möglich, den Einfluss des Trägerabschnitts auf eine Streckschwingung zu verringern, und es ist möglich, entsprechend der planaren Form des Schwingkörpers Hochfrequenz leicht zu realisieren. Hier ist das Substrat vorzugsweise aus einem Isolator gefertigt. So ist es möglich, den Einfluss einer Störkapazität zwischen der Vibratorstruktur und dem Substrat zu verhindern.

In der vorliegenden Erfindung ist der Schwingkörper vorzugsweise aus einer Siliziumschicht oder einer Siliziumverbundschicht (einem in einem IC-Prozess zu verwendenden Film, zum Beispiel PolySi, SiN oder dergleichen) gebildet, der auf einem Siliziumsubstrat aufgebaut ist, das als Substrat dient. Indem gemäß diesem Aufbau der Schwingkörper aus der Siliziumschicht auf dem Siliziumsubstrat aufgebaut wird, ist es möglich, den Vibrator durch einen herkömmlichen Siliziumhalbleiter-Fertigungsprozess bequem zu schaffen.

In der vorliegenden Erfindung ist der Schwingkörper vorzugsweise ein plattenförmiger Körper, von dem ein Mittelabschnitt unterstützt ist. Gemäß dieser Konstruktion ist es möglich, den Schwingkörper effektiv im Streckmodus mit dem Mittelabschnitt als Angelpunkt schwingen zu lassen. Ferner ist es aufgrund des plattenförmigen Körpers möglich, den Hub der Streckschwingung weiter zu vergrößern. Indem der Schwingkörper als plattenförmiger Körper ausgeführt wird, wird es möglich, den Schwingkörper auf sehr einfache Weise durch einen Dünnschichtprozess wie etwa einen Halbleiter-Fertigungsprozess zu fertigen.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist vorzugsweise ein Paar von Erregerelektroden an beiden Seiten des Schwingkörpers mit zwischen ihnen angeordnetem Schwingkörper angeordnet. Da gemäß diesem Aufbau die elektrostatische Kraft auf den Schwingkörper von beiden Seiten desselben einwirken kann, ist es möglich, eine Erregung der Streckschwingung effizienter durchzuführen.

Außerdem sind bei jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen der Schwingkörper, die Erregerelektrode, die zweite Erregerelektrode und anderes vorzugsweise auf einem Substrat gebildet. Insbesondere wenn das Substrat aus einem Halbleitersubstrat gebildet ist, kann eine Halbleiterschaltung einteilig mit dem Vibrator konstruiert werden. Hier ist das Substrat vorzugsweise aus einem Isolator gefertigt. Daher ist es möglich, den Einfluss der Störkapazität zwischen der Vibratorstruktur und dem Substrat zu vermeiden.

Außerdem ist bei jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen vorzugsweise vorgesehen, dass eine Verdrahtungsschicht leitfähig mit dem Schwingkörper oder der Erregerelektrode verbunden ist und ein Abstand von der Verdrahtungsschicht zum Substrat größer ist als ein Abstand vom Schwingkörper oder der Erregerelektrode zum Substrat. Da dieser Ausgestaltung zufolge der Abstand von der Verdrahtungsschicht zum Substrat größer ist als der Abstand vom Schwingkörper oder der Erregerelektrode zum Substrat, ist es möglich, die zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat erzeugte Kapazität zu verringern. So werden die normalen Komponenten der Kapazität klein, und es ist möglich, den Anteil der aus der Schwingung resultierenden Änderungskomponenten der Kapazität insoweit zu vergrößern. Als Ergebnis ist es möglich, die Ausgangseigenschaften des elektrostatischen Vibrators zu verbessern und eine Antriebsspannung zu verringern.

Dabei bedeutet Verdrahtungsschicht eine Schicht, die eine leitfähige Verbindung zum Zuführen eines Potenzials zum Schwingkörper oder der Erregerelektrode oder zum Herausführen eines Signals von dem Schwingkörper oder der Elektrode bildet, zum Beispiel einen Verdrahtungsabschnitt, einen Verbindungsanschluss (Bonding Pad) oder dergleichen in nachfolgend zu beschreibenden Ausgestaltungen. In Schwingkörper und Erregerelektrode kann der Schwingkörper beweglich konstruiert sein, so dass die elektrostatische Kraft zwischen dem Schwingkörper und der Erregerelektrode erzeugt werden kann.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist die Verdrahtungsschicht vorzugsweise auf einer isolierenden Schicht gebildet, die von dem Substrat weiter beabstandet ist als eine Oberfläche, auf der der Schwingkörper oder die Elektrode geformt werden sollen. Da gemäß dieser Konstruktion die Verdrahtungsschicht auf der isolierenden Schicht gebildet ist, ist es möglich, bequem und sicher die Verdrahtungsschicht an einer Position bereit zu stellen, die weiter vom Substrat entfernt ist als der Schwingkörper oder die Erregerelektrode.

In diesem Fall ist der Schwingkörper oder die Erregerelektrode vorzugsweise auf einer Oberfläche des auf dem Substrat gebildeten Isolators konstruiert, und die isolierende Schicht hat eine niedrigere dielektrische Konstante als der Isolator. Dadurch ist es möglich, die Kapazität zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat im Vergleich zu einem Fall, bei dem die isolierende Schicht und der Isolator die gleiche dielektrische Komponente haben (zum Beispiel im Fall, dass sie als die gleiche isolierende Schicht ausgebildet sind) oder einem Fall, in welchem die isolierende Schicht eine höhere Dielektrizitätskonstante als der Isolator hat, zu verringern.

Die isolierende Schicht ist ferner vorzugsweise ein poröser Film. Da dieser Konstruktion zufolge die isolierende Schicht aus dem porösen Film besteht, ist es möglich, die Dielektrizitätskonstante der isolierenden Schicht zu verringern. So ist es möglich, die Kapazität zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat weiter zu verringern.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung ist vorzugsweise ein Zwischenraum zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat vorgesehen. Da gemäß dieser Konstruktion der Zwischenraum zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat vorgesehen ist, ist es möglich, die substantielle Dielektrizitätskonstante zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat weiter zu verringern. So ist es möglich, die Kapazität zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat weiter zu verringern.

Bei jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen ist das Substrat vorzugsweise ein Siliziumsubstrat. Da gemäß dieser Konstruktion eine integrierte Halbleiterschaltung oder dergleichen in geeigneter Weise auf dem Siliziumsubstrat gebildet werden kann, ist es möglich, eine Schaltungsstruktur wie die integrierte Halbleiterstruktur und den elektrostatischen Vibrator als einen Körper auszubilden. In diesem Fall sind, wie oben beschrieben, vorzugsweise ein piezoelektrischer Dünnfilm, eine Elektrode und eine Verdrahtungsschicht auf dem Siliziumsubstrat mit den Isolierschichten dazwischen gebildet. Ferner kann das Substrat ein Halbleitersubstrat umfassen, auf dem ein IC wie etwa SiGe oder GaAs erzeugt werden kann.

Ferner ist vorzugsweise zwischen dem Substrat und dem Schwingkörper oder der Erregerelektrode eine Isolierschicht gebildet. So ist es möglich, die Störkapazität zwischen der Vibratorstruktur und dem Substrat insgesamt zu verringern.

Ferner ist der Schwingkörper oder die Erregerelektrode vorzugsweise aus Polysilizium, amorphem Silizium oder dergleichen gebildet. Diese Materialien können durch Halbleiter-Fertigungstechniken leicht geformt werden. Insbesondere ist dies in dem Fall, dass der elektrostatische Vibrator auf dem Siliziumsubstrat gebildet ist, im Prozess vorteilhaft.

Ferner ist bei jeder der oben erwähnten Ausgestaltungen das Substrat vorzugsweise aus einem Isolator gebildet. Da dieser Konstruktion zufolge der ME-Vibrator unter Verwendung des aus dem Isolator gefertigten Substrats gebildet wird, ist es möglich, die Störkapazität zwischen der auf dem Substrat gebildeten Vibratorstruktur und dem Substrat zu verringern. Da infolge dessen ein aufgrund der Störkapazität fließender Strom drastisch verringert ist, ist es möglich, die Leistung des Vibrators zu verbessern.

Da ferner das Substrat aus Glas gefertigt ist, ist es möglich, die Materialkosten des Substrats zu verringern, und es ist ferner möglich, für Feinprozesse am Glassubstrat in der Fertigung von Flüssigkristall-Anzeigeelementen entwickelte Techniken einzusetzen. So ist es möglich, einen leistungsfähigen ME-Vibrator zu erhalten und dabei die Fertigungskosten zu reduzieren.

Ferner umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines ME-Vibrators nach der vorliegenden Erfindung, der ein Substrat, einen auf dem Substrat vorgesehenen Schwingkörper und eine gegenüber dem Schwingkörper angeordnete Erregerelektrode umfasst, einen Konkavabschnitt-Erzeugungsschritt des Erzeugens eines konkaven Abschnitts auf einer Oberfläche eines aus einem Isolator gefertigten ersten Substrats und/oder eines zweiten Substrats, das eine aktive Schicht auf seiner Oberfläche hat, einen Substrat-Zusammenfügeschritt des Zusammenfügens des ersten Substrats und des zweiten Substrats, so dass eine Oberfläche des ersten Substrats und eine Oberfläche des zweiten Substrats einander gegenüberliegen, und einen Vibrator-Erzeugungsschritt des Durchführens eines vorgegebenen Prozesses an der zweiten Oberfläche, bei dem wenigstens ein Teil der aktiven Schicht zurückbleibt, um den Schwingkörper und die Erregerelektrode an dem ersten Substrat zu bilden.

Gemäß dieser Ausgestaltung sind das erste Substrat und das zweite Substrat so zusammengefügt, dass eine Oberfläche des ersten Substrats und eine Oberfläche des zweiten Substrats einander gegenüberliegen, und ein vorgegebener Prozess an der zweiten Oberfläche, bei dem wenigstens ein Teil der aktiven Schicht zurückbleibt, wird durchgeführt, um den Schwingkörper und die Erregerelektrode an dem ersten Substrat zu bilden. Da so der Spalt zwischen dem Schwingkörper und dem Substrat durch den konkaven Abschnitt gebildet werden kann, ist es möglich, den ME-Vibrator preiswert und mit hoher Produktivität zu fertigen. Da außerdem der resultierende ME-Vibrator die Vibratorstruktur auf dem aus dem Isolator gefertigten Substrat aufweist, ist es möglich, die Störkapazität zwischen der Vibratorstruktur und dem Substrat zu verringern. Daher ist es möglich, einen leistungsfähigen ME-Vibrator zu fertigen.

In diesem Fall kann der Konkavabschnitt-Erzeugungsschritt einen Schritt des Ätzens der aktiven Schicht des zweiten Substrats in vorgegebenem Umfang an einer Position, an der die Vibratorstruktur gebildet werden soll, umfassen. Außerdem kann ein Schritt des Ätzens der Oberfläche des ersten Substrats in einem vorgegebenen Umfang gegenüber der Position des zweiten Substrats, an der die Vibratorstruktur gebildet werden soll, enthalten sein.

Da außerdem das Substrat aus Glas gefertigt wird, ist es möglich, die Materialkosten des Substrats zu verringern, und es ist ferner möglich, bei der Fertigung von Flüssigkristall-Anzeigeelementen entwickelte Techniken bei Feinprozessen an Glassubstraten einzusetzen. So ist es möglich, den leistungsstarken ME-Vibrator zu erhalten und dabei die Fertigungskosten zu verringern.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung umfasst der Vibrator-Erzeugungsschritt vorzugsweise einen Ausdünnungsschritt des Ausdünnens des mit dem ersten Substrat zusammengefügten zweiten Substrats mit einer vorgegebenen Dicke und einen Ätzschritt des Ätzens des ausgedünnten zweiten Substrats in eine vorgegebene Form in einem Zustand, in dem wenigstens ein Teil der aktiven Schicht zurückbleibt. Gemäß dieser Konstruktion wird, nachdem das erste Substrat und das zweite Substrat zusammengefügt worden sind, das zweite Substrat bis zu der vorgegebenen Dicke ausgedünnt, und das ausgedünnte zweite Substrat wird in die vorgegebene Form geätzt. So ist es möglich, die Vibratorstruktur aus einem Halbleiter (aktive Schicht) auf dem aus dem Isolator gefertigten Substrat mit niedrigen Kosten und hoher Effizienz unter Verwendung bestehender Prozesstechniken zu bilden.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung umfasst das zweite Substrat vorzugsweise ein Siliziumsubstrat, einen auf dem Siliziumsubstrat gebildeten isolierenden Film und die auf dem isolierenden Film gebildete aktive Schicht, und der Ausdünnungsschritt ist ein Schritt des Entfernens des Siliziumsubstrats durch Durchführung einer Polierbearbeitung oder einer Ätzbearbeitung an dem in dem zweiten Substrat enthaltenen Siliziumsubstrat. Gemäß dieser Konstruktion wird die Polierbearbeitung und/oder die Ätzbearbeitung an dem Siliziumsubstrat vorgenommen, das an dem zweiten Substrat vorgesehen ist, welches mit dem ersten Substrat zusammengefügt ist, um so das Siliziumsubstrat zu beseitigen. So ist es möglich, die aktive Schicht und den isolierenden Film mit jeweils der vorgegebenen Dicke am ersten Substrat exakt zu formen.

Die aktive Schicht kann aus beliebigen Materialien bestehen, mit denen der Schwingkörper oder die Erregerelektrode des ME-Vibrators konstruiert werden können, d.h. die bei Energiezufuhr die elektrostatische Kraft erzeugen.

1A und 1B sind eine schematische Draufsicht und ein Längsschnitt einer Konstruktion einer ersten Ausgestaltung.

2A und 2B sind Diagramme, die einen Schwingungsmodus der ersten Ausgestaltung veranschaulichen, und 2C ist ein Diagramm, das einen Schwingungsmodus eines scheibenförmigen Schwingkörpers gemäß dem Stand der Technik veranschaulicht.

3A und 3B sind eine schematische Draufsicht und ein Längsschicht einer Konstruktion nach einer zweiten Ausgestaltung.

4A und 4B sind Draufsichten, die Beispiele von planaren Formen von anderen Schwingkörpern zeigen.

5A bis 5F sind Querschnitte, die einen Fertigungsprozess der ersten Ausgestaltung zeigen.

6A bis 6D sind Querschnitte, die den Fertigungsprozess der ersten Ausgestaltung zeigen.

Erste Ausgestaltung

Als nächstes wird eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. 1 zeigt eine Struktur eines ME-Vibrators 100 gemäß der ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung zusammen mit einer Schaltungskonstruktion, und 1A ist eine schematische Draufsicht und 1B ein Längsschnitt.

In dem ME-Vibrator 100 ist ein isolierender Film 102 zum Isolieren einer Vibratorstruktur auf einer Oberfläche eines Substrats 101 aus einem Siliziumsubstrat oder dergleichen gebildet. Auf dem Substrat 101 oder dem Isolierfilm 102 sind eine Ausgangselektrode 103, ein Trägerabschnitt 104 und ein Schwingkörper 105 konstruiert. Ferner sind an beiden Seiten des Schwingkörpers 105 (in dem in der Zeichnung gezeigten Beispiel der oberen und unteren Seite in 1A oder der vorderen und hinteren Seite in 1B) ein Paar von Erregerelektroden 107 gegenüber einem äußeren Umfangsabschnitt des Schwingkörpers 105 mit einem Spalt 106 dazwischen angeordnet.

Ferner ist in dem ME-Vibrator 100 eine Speiseschaltung 110 vorgesehen, die ein Speisemittel zum Anlegen von Wechselspannungsenergie in Phase an das Paar von Erregerelektroden 107 umfasst. In der Speiseschaltung 110 sind eine Wechselspannungs-Energiequelle 111 und eine Speiseleitung 112 zum Verbinden der Wechselspannungs-Energiequelle 111 und der Erregerelektroden 107 vorgesehen. Die Speiseschaltung 110 ist vorzugsweise monolithisch auf dem gleichen Substrat 101 konstruiert. Die Speiseschaltung 110 kann aber auch getrennt vom Substrat 101 konstruiert sein, oder sie kann lediglich eine Verdrahtungsstruktur zum Zuführen von Wechselspannungsenergie von einer externen Quelle sein.

Zusätzlich ist eine Ausgangsschaltung 120 vorgesehen, die zusammen mit der Ausgangselektrode 103 ein Mittel zum Ausgeben eines Ausgangssignals entsprechend einer Streckschwingung des Schwingkörpers 105 bildet. In der Ausgangsschaltung 120 ist eine Induktivität 122 zwischen einen Energiequellen-Potenzialknoten 123 und eine Ausgangsleitung 121 der Ausgangselektrode 103 geschaltet, und ein Lastwiderstand 125 ist zwischen die Ausgangsleitung 121 und Masse geschaltet. Ferner ist eine Kapazität 124 zwischen die Ausgangselektrode 103 und die Verbindung zwischen dem Lastwiderstand 125 und dem Ausgangsanschluss 126 geschaltet.

Der Schwingkörper 105 erzeugt eine Schwingung, bei der die planare Form des Schwingkörpers 105 in einer Ebene zwischen dem Paar von Erregerelektroden 107 gestreckt wird, und der Spalt 106 ändert sich entsprechend der Streckschwingung. So nimmt die Kapazität zwischen dem Schwingkörper 105 und den Erregerelektroden 107 zu und ab. Da die Zunahme und Abnahme der Kapazität als ein Ausgangsstrom Io an der Ausgangsschaltung 120 erscheint, wird ein Ausgangspotenzial Vo entsprechend dem Ausgangsstrom Io und dem Lastwiderstand 125 am Ausgangsanschluss 126 ausgegeben. Das Ausgangspotenzial Vo hat eine Schwingungswellenform, die einer natürlichen Schwingfrequenz des Schwingkörpers 105 entspricht.

Die Streckschwingung des Schwingkörpers 105 ist eine Schwingung in Durchmesserrichtung, die einer Formänderung des Umrisses (des äußeren Umfangs) der planaren Form des plattenförmigen Schwingkörpers 105 folgt, und resultiert aus der elektrostatischen Kraft zwischen dem Schwingkörper 105 und den Erregerelektroden 107. In dem Schwingmodus hat der Schwingkörper 105 eine natürliche Schwingfrequenz, die festgelegt ist durch die planare Form, die Dicke und die Dichte oder Elastizitätseigenschaft des Materials (zum Beispiel den Young-Modul oder das Poisson-Verhältnis).

Der Schwingkörper 105 ist unterstützt durch den auf dem Substrat 101 gebildeten Trägerabschnitt 104, und ferner ist er in einer Form konstruiert, die in der Nähe des Trägerabschnitts 104 gestreckt ist. Er ist somit so konstruiert, dass bei der Streckschwingung der Einfluss des Trägerabschnitts 104 verringert wird, und hohe Frequenz ist leicht entsprechend der planaren Form des Schwingkörpers realisierbar.

Die planare Form des Schwingkörpers 105 umfasst einen gekrümmten Umriss, der Halsabschnitte, wie in den Zeichnungen gezeigt, umfasst. Genauer gesagt umfasst der Umriss des Schwingkörpers 105, wie in 2A gezeigt, eine Mehrzahl von Kreisbogenabschnitten 105a und 105b (in dem Beispiel sind zwei Kreisbogenabschnitte gezeigt) und eine Mehrzahl von Halsabschnitten 105c und 105d (in dem Beispiel sind zwei Halsabschnitte gezeigt), wobei jeder der Halsabschnitte die Kreisbogenabschnitte glatt verbindet. In dem in den Zeichnungen gezeigten Beispiel sind die Kreisbogenabschnitte 105a und 105b symmetrisch, und auch die Halsabschnitte 105c und 105d sind symmetrisch.

Die in 1 durch durchgezogene Linien bezeichneten Erregerelektroden 107 sind gegenüber den Halsabschnitten 105c beziehungsweise 105d des Schwingkörpers 105 angeordnet. Die Elektrodenstruktur kann jedoch auch durch Erregerelektroden 107' konstruiert sein, die gegenüber den Kreisbogenabschnitten 105a und 105b angeordnet sind, die jeweils beiderseits den Halsabschnitten 105c und 105d als Mitte angeordnet sind, wie als strichpunktierte Linien in 1 dargestellt. Ferner kann die Elektrodenstruktur durch Erregerelektroden 107'' konstruiert sein, die gegenüber einem Mittelabschnitt der Kreisbogenabschnitte 105a und 105b angeordnet sind, wie durch Strich-Punkt-Punkt-Linien in 1 dargestellt.

Wie als Strich-Punkt-Punkt-Linie in 2A dargestellt, wird in dem Streckmodus, in dem die Breite zwischen den Kreisbogenabschnitten 105a und 105b und die Breite zwischen den Halsabschnitten 105c und 105d umgekehrt gestreckt werden, das auf der vorliegenden Ausgestaltung basierende Beispiel mit einem Vergleichsbeispiel verglichen, in welchem ein in 2C gezeigter plattenförmiger Vibrator verwendet wird. Bei dem Vergleichsbeispiel wird ein plattenförmiger Vibrator mit einem Durchmesser r verwendet, der gleich der Breite zwischen den Kreisbogenabschnitten 105a und 105b bei der vorliegenden Ausgestaltung ist. Die Dicke t des Schwingkörpers und die mit den Speisemitteln verbundene Elektrodenstruktur sind die gleichen wie bei der vorliegenden Ausgestaltung. Bei dem Beispiel und dem Vergleichsbeispiel ist die Dicke t des Schwingkörpers 1 &mgr;m, der Durchmesser r ist 10 &mgr;m, und das Material des Schwingkörpers ist Polysilizium. Ferner ist sowohl in dem Beispiel als auch in dem Vergleichsbeispiel ein kreisrunder Trägerabschnitt mit einem Durchmesser von 1 &mgr;m am Mittelabschnitt des Vibrators vorgesehen. Dann wird eine Analyse der natürlichen Schwingfrequenz durchgeführt. Als Materialkonstanten des Schwingkörpers für diese Berechnung beträgt der Young-Modul 160 GPa, das Poisson-Verhältnis 0,3 und die Dichte 2.500 kg/m3. Als Ergebnis beträgt die natürliche Schwingfrequenz bei dem Vergleichsbeispiel ca. 385 MHz, bei der vorliegenden Ausgestaltung aber ist die natürliche Schwingfrequenz ca. 441 MHz. Ferner ist, wie in 2B gezeigt, bei dem Schwingkörper 105 der vorliegenden Ausgestaltung die natürliche Schwingfrequenz in dem Schwingmodus, in welchem die Breite zwischen den Kreisbogenabschnitten 105a und 105b und die Breite zwischen den Halsabschnitten 105c und 105d in Phase gestreckt werden, zirka 983 MHz. So bestätigt sich, dass der ME-Vibrator nach der vorliegenden Ausgestaltung eine höhere Frequenz im Vergleich zu dem Vergleichsbeispiel mit herkömmlicher Struktur erreichen kann.

Zweite Ausgestaltung

Als nächstes wird der ME-Vibrator 200 gemäß einer zweiten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf 3 beschrieben. Der Vibrator 200 hat den Schwingkörper 205 mit in etwa der gleichen planaren Form wie der des Schwingkörpers in der ersten Ausgestaltung. Allerdings unterscheidet sich der Schwingkörper in der zweiten Ausgestaltung von dem Schwingkörper 105 der ersten Ausgestaltung darin, dass ein Mittelabschnitt eines Paares von Halsabschnitten mit dem balkenförmigen Trägerabschnitt 204 verbunden ist. Der Trägerabschnitt 204 unterstützt den Schwingkörper 205 von beiden Seiten in Balkenform und ist konstruiert, um ungefähr horizontal (das heißt parallel zu der Oberfläche des Substrats 201) gestreckt zu werden. Ferner ist ein anderes Ende des Trägerabschnitts 204 mit der Ausgangselektrode 203 verbunden.

Des weiteren ist bei der vorliegenden Ausgestaltung ein Paar von Erregerelektroden 207 gegenüber dem Mittelabschnitt der Kreisbogenabschnitte des Schwingkörpers 205 angeordnet. Wechselspannungsenergie wird den Erregerelektroden 207 in Phase durch die Wechselspannungs-Energiequelle 211 und die Speiseleitung 212 der Speiseschaltung 210 zugeführt. Ferner ist die Ausgangsschaltung 220 mit der Ausgangselektrode 203 verbunden. Wie bei der ersten Ausgestaltung sind in der Ausgangsschaltung 220 die Ausgangsleitung 221, die Induktivität 222, der Energiequellen-Potenzialknoten 223, die Kapazität 224, der Lastwiderstand 225 und der Ausgangsanschluss 226 vorgesehen.

Wie bei der ersten Ausgestaltung ist es auch bei dieser Ausgestaltung möglich, eine höhere Frequenz des Schwingkörpers 205 zu erreichen. Da ferner der Schwingkörper 205 und der Trägerabschnitt 204 in der gleichen Schicht und mit der gleichen Höhe konstruiert werden, bleibt eine Marge für den Filmbildungsprozess im Vergleich zu der ersten Ausgestaltung, und es wird möglich, den Schwingkörper schnell und mit hoher Reproduzierbarkeit zu formen.

Andere Ausgestaltungen

4 ist eine Draufsicht auf Schwingkörper mit anderen planaren Formen, die anstelle der oben erwähnten Schwingkörper verwendet werden. Die planare Form des in 4A gezeigten Schwingkörpers 2305 hat einen Umriss, bei dem drei Kreisbogenabschnitte 2305a, 2305b und 2305c um dessen Mitte herum vorgesehen sind und Halsabschnitte 2305d, 2305e bzw. 2305f die Kreisbogenabschnitte verbinden. Die planare Form des in 4B gezeigten Schwingkörpers 2405 hat einen Umriss, bei dem vier Kreisbogenabschnitte 2405a, 2405b, 2405c und 2405d vorgesehen sind und Halsabschnitte 2405e, 2405f, 2405g bzw. 2405h die Kreisbogenabschnitte verbinden.

Fertigungsverfahren

5 und 6 sind Querschnitte, die ein Beispiel eines Fertigungsprozesses des ME-Vibrators 100 nach der oben erwähnten ersten Ausgestaltung zeigen. In diesem Prozess werden zuerst, wie in 5A gezeigt, die isolierende Schicht 102A aus SiO2 und die isolierende Schicht 102B aus Si3N4 auf dem aus Silizium oder dergleichen gebildeten Substrat 101 gebildet. Die isolierende Schicht 102 kann durch ein thermisches Oxidationsverfahren oder dergleichen gebildet werden, und die isolierende Schicht 102B kann durch ein Plasma-CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet werden. Die isolierende Schicht 102A und die isolierende Schicht 102B bilden den oben erwähnten isolierenden Film 102.

Als nächstes wird, wie in 5B gezeigt, eine Öffnung 102x in der isolierenden Schicht 102A und der isolierenden Schicht 102B unter Verwendung eines fotolithografischen Verfahrens oder dergleichen gebildet, und, wie in 5C gezeigt, wird darauf eine leitfähige Schicht 103p aus einem metallischen Material wie etwa Aluminium durch ein Dampfabscheidungsverfahren, ein Sputterverfahren oder dergleichen gebildet. Dann werden durch Strukturieren der leitfähigen Schicht 103p durch das fotolithografische Verfahren oder dergleichen die Ausgangselektrode 103 und die Eingangselektrode 107p gebildet, wie in 5D gezeigt.

Anschließend wird, wie in 5E gezeigt, eine Opferschicht 108 aus einem PSG-(Phosphordotiertes Glas)-Film durch das CVD-Verfahren oder dergleichen gebildet, und ferner wird, wie in 5Fgezeigt, eine Öffnung 108x erzeugt. Anschließend wird, wie in 6A gezeigt, eine leitfähige Schicht 105S mit Polysilizium oder dergleichen als Film gebildet. In dieser Situation wird gleichzeitig der Trägerabschnitt 104 innerhalb der Öffnung 108x gebildet. Zusätzlich wird, wie in 6B gezeigt, eine Maske 109 aus einem Resist oder dergleichen gebildet, und die leitfähige Schicht 105S wird durch die Maske 109 strukturiert. Als Ergebnis werden, wie in 6C gezeigt, der Schwingkörper 105, der Spalt 106 und die Elektrode 107 gebildet.

Schließlich wird, wie in 6D gezeigt, die Opferschicht 108 durch Ätzen oder dergleichen entfernt, so dass die in 1 gezeigte Vibratorstruktur vollständig ist. Hier sind die Erregerelektroden 107 auf einer Trägerschicht (aus der oben erwähnten Opferschicht oder dergleichen) unterstützt, die nicht dargestellt ist. Ferner sind die Erregerelektroden 107 leitfähig mit der Eingangselektrode 107p auf dem Substrat über ein (nicht dargestelltes) Kontaktloch oder dergleichen verbunden.

Da wie oben beschrieben bei der vorliegenden Erfindung die Halsabschnitte im Umriss der planaren Form des Schwingkörpers vorhanden sind, ist eine hohe Frequenz realisierbar. Da außerdem die Kontrolle des Streckschwingungsmodus (eines Schwingungsmodus, bei dem sich der Umriss ändert) des Schwingkörpers durch die Halsabschnitte einfach wird, wird es möglich, die Streckschwingung stabiler anzuregen. Zum Beispiel können, indem die Halsabschnitte vorgesehen werden, mehrere natürliche Schwingfrequenzen erhalten werden. So ist es möglich, einen Schwingkörper bei verschiedenen Schwingfrequenzen je nach Elektrodenstruktur, angelegter Frequenz oder dergleichen zu verwenden. Außerdem können wie die Erregerelektroden 107 und 107'' bei der ersten Ausgestaltung mehrere Gruppen von Erregerelektroden vorgesehen werden, bei denen die Erregerelektroden in jeder Gruppe aus verschiedenen Richtungen gegenüber dem Schwingkörper angeordnet werden. In diesem Fall wird es möglich, je nach benötigter Frequenzcharakteristik eine geeignete Gruppe von Erregerelektroden zu verwenden.

Bei der vorliegenden Ausgestaltung hat der Schwingkörper vorzugsweise eine planare Form, die symmetrisch in Bezug auf das an beiden Seiten davon anzuordnende Paar von Erregerelektroden ist, so dass stabile Schwingungen erzeugt werde können. Eine Form, die symmetrisch in Bezug auf das Paar von Erregerelektroden ist, bedeutet zum Beispiel eine Form mit Liniensymmetrie, die eine vertikale Halbierende eines die Mittelabschnitte des Paars von Erregerelektroden verbindenden Liniensegments als Symmetrieachse hat. In diesem Fall kann es sich auch um eine Form mit einer Liniensymmetrie handeln, von der eine Symmetrieachse das die Mittelabschnitte des Paars von Elektroden verbindende Liniensegment ist. Zum Beispiel kann durch Verwendung der Schwingkörper 105 und 205 in der ersten und zweiten Ausgestaltung oder des in 4B gezeigten Schwingkörpers 2405 hohe Symmetrie realisiert werden.

Ferner ist der ME-Vibrator nach der vorliegenden Erfindung nicht auf die in den Zeichnungen gezeigten Beispiele beschränkt, sondern kann im Rahmen der Ansprüche in unterschiedlicher Weise abgewandelt werden. Zum Beispiel sind die ME-Vibratoren bei den obigen Ausgestaltungen mit getrennten Eingangs- und Ausgangsschaltungen konstruiert, doch können diverse Konstruktionen verwendet werden, wie etwa eine Konstruktion, bei der Eingangsschaltung und Ausgangsschaltung mit einer gemeinsamen Schaltungsstruktur realisiert sind.


Anspruch[de]
Mikromechanischer elektrostatischer Vibrator mit einem plattenförmigen Schwingkörper (105; 205; 2305; 2405), einem Paar von Erregerelektroden (107; 207), die einander gegenüber an entgegengesetzten äußeren Umfangsabschnitten des Schwingkörpers (105; 205; 2305; 2405) mit einem Spalt (106; 206) zwischen jeder Erregerelektrode (107; 207) und dem entsprechenden äußeren Umfangsabschnitt des Schwingkörpers angeordnet sind, Speisemitteln (110; 111; 112; 210; 211; 212) zum Anlegen von Wechselspannungsenergie in Phase an das Paar von Erregerelektroden (107; 207) und Erfassungsmitteln (120; 220) zum Erhalten einer Ausgangsspannung entsprechend einer Kapazitätsänderung zwischen dem Schwingkörper (105; 205; 2305; 2405) und den Erregerelektroden (107; 207), die aus einer Schwingung des durch die Wechselspannungsenergie angeregten Schwingkörpers (105; 205; 2305; 2405) resultiert, dadurch gekennzeichnet, dass die planare Form des Schwingkörpers (105; 205; 2305; 2405) überwiegend aus wenigstens zwei einander überlappenden Kreisen besteht. Vibrator nach Anspruch 1, bei dem in den Überschneidungsbereichen der Kreise der Umriss der planaren Form des Schwingkörpers (105; 205; 2305; 2405) durch Halsabschnitte (105c, 105d; 2305d, 2305e, 2305f; 2405e, 2405f, 2405b, 2405h) geglättet ist. Vibrator nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Schwingkörper (105; 205; 2305; 2405) von einem auf einem Substrat (101; 201) gebildeten Trägerabschnitt (104; 204) getragen wird und seine Form in der Nähe des Trägerabschnitts (104; 204) gestreckt ist. Vibrator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Schwingkörper (105; 205; 2305; 2405) aus einer Siliziumschicht oder einer Siliziumverbindungsschicht gebildet ist, die auf einem als Substrat (101; 201) dienenden Siliziumsubstrat vorgesehen ist. Vibrator (100; 200) nach Anspruch 3 oder 4, ferner mit:

einer Verdrahtungsschicht (103p; 107p), die mit dem Schwingkörper oder der Erregerelektrode leitfähig verbunden ist,

wobei der Abstand von der Verdrahtungsschicht zum Substrat größer ist als der Abstand von dem Schwingkörper oder der Erregerelektrode zum Substrat.
Vibrator nach Anspruch 5, bei dem die Verdrahtungsschicht (103p; 107p) auf einer isolierenden Schicht (102B) gebildet ist, die eine Oberfläche umfasst, die von dem Substrat (101) weiter beabstandet ist als eine Oberfläche, auf der der Schwingkörper oder die Erregerelektrode gebildet ist. Vibrator nach Anspruch 6, bei dem der Schwingkörper oder die Erregerelektrode auf einer Oberfläche eines Isolators (102) konstruiert ist, der auf dem Substrat (101) gebildet ist, und die isolierende Schicht (102B) eine niedrigere Dielektrizitätskonstante als der Isolator hat. Vibrator nach einem der Ansprüche 6 oder 7, bei dem die isolierende Schicht ein poröser Film ist. Vibrator nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem ein Zwischenraum zwischen der Verdrahtungsschicht und dem Substrat (101; 201) vorgesehen ist. Vibrator nach Anspruch 3 oder 4, bei dem das Substrat (101; 201) ein aus einem Isolator gefertigtes Substrat ist. Vibrator nach Anspruch 10, bei dem das Substrat aus Glas gefertigt ist.






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