[发明专利]多级微机械结构

说明书

本发明涉及一种微机械器件，其包括仅包含均质硅材料的多层微机械结构。器件层包括至少一转子和至少两个定子。来自转子和至少两个定子中的至少一些从器件层的第一表面至少部分地凹入至至少两个不同的凹入深度，并且来自转子和至少两个定子中的至少一些从器件层的第二表面至少部分地凹入至至少两个不同的凹入深度。

技术领域

本发明涉及微机械器件，更具体地，涉及一种如独立权利要求1的前序部分所限定的仅包括均质器件晶片材料的微机械器件层。

背景技术

微机电系统(MEMS)器件具有受集成微电子器件控制的移动元件，并且包括在其中已经制造了一些机械器件(例如，微型传感器和微型致动器)的微小硅芯片上的微型电路系统(micro-circuitry)。这些微型传感器和微型致动器构成微机电(MEMS)器件的功能元件。MEMS器件的物理尺寸可以从低于1微米到数毫米不等。

MEMS器件将所测量的机械信号转换成电信号。MEMS传感器对机械现象进行测量，然后相关的电子器件对从传感器元件得到的信息进行处理，并借助一些决策能力引导致动器通过例如移动、定位或调整来进行响应，以由此对环境进行控制用于一些期望的结果或目的。MEMS器件由此可以包括驱动元件和感测元件二者以执行特定功能。

使用MEMS技术制造的系统的示例是压力传感器、用于测量移动物体的加速度的加速度器、微型定位器(例如，微镜、光学开关或扫描仪)、以及用于测量旋转物体的角速度的陀螺仪。

MEMS器件可能是电容性的或利用压电转换。

电容式MEMS器件中的关键元件是形成在两个电极之间的可变电容器。这些可以包括固定电极和附接至悬置的检测质量块(proof mass)的可移动电极。或者，器件可以包括两个可移动电极。惯性质量块和附接到其上的可移动电极响应于加速器中的加速度或当角速度被施加至陀螺仪时施加在惯性质量块上的科里奥利力而偏转并且用于测量该速度。偏转量可以根据电容的变化来感测，电容根据两个电极之间的间隙因偏转而产生的变化而变化。电容的变化也可以通过固定电极与可移动电极之间的交叠区域的变化来产生。在垂直移动的情况下，致动和感测通常通过梳设计来实现，其中一个梳对(comb pair)固定至基底上，并且其他梳对能够通过弹簧结构在Z方向上移动。此外，当固定梳和可移动梳具有在垂直方向上的偏移时，移动方向可以通过各种设计和测量布置以线性方式测量。

加速度计是加速度传感器。通过弹簧悬置的惯性质量块受到使惯性质量块从其初始位置偏转的加速力的作用。该偏转被转换成出现在传感器输出端的电信号。

加速度计包括惯性质量块，其一侧固定至载体，而另一侧悬置。加速度计还包括用于检测膜在加速度的作用下的运动的装置。这构成了感测加速力的传感器。

惯性传感器是一种加速度计，并且是利用表面微加工的主要商品之一。

当物体围绕轴旋转时，它们具有角速度。陀螺仪或回转仪是测量或保持旋转运动的装置。在MEMS器件中，通常使用振动作为陀螺仪的主要运动(primary motion)。在角速度的振动传感器(例如，陀螺仪)中，在传感器中感应并保持特定的已知主要运动。当质量块在一个方向上振动(被称为主要运动)并且被施加旋转角速度时，由于科里奥利力，质量块在正交方向上受力。所产生的由科里奥利力引起的物理位移可以随后从例如电容式、压电式或压阻式感测结构读取。

当使用MEMS技术来实现陀螺仪时，这些陀螺仪具有悬置在基底上方的惯性结构和相关联的电子器件，其既感测悬置的惯性结构的运动又将由所感测的运动引起的电信号传送至外部计算机。计算机对所感测的数据进行处理以计算所测量的特性。