[发明专利]微机械结构和用于制造微机械结构的方法

说明书

本发明涉及微机械结构和用于制造微机械结构的方法。根据各种实施例的微机械结构可包括：衬底；和功能结构，布置在衬底处；其中所述功能结构包括功能区域，所述功能区域可响应于作用于功能区域的力而相对于衬底偏转；以及其中功能区域的至少一部分具有处于从大约5 GPa到大约70 GPa的范围中的弹性模量。

技术领域

各种实施例一般地涉及微机械结构和用于制造微机械结构的方法。

背景技术

术语微机电系统(MEMS)或微机械系统/结构经常用于表示组合电气和机械部件的小集成装置或系统。当关注微机械部分时，术语“微机械系统”可被用于描述这样的小集成装置或系统：所述小集成装置或系统包括一个或多个微机械元件，并且可能包括电气部件和/或电子部件，但未必包括电气部件和/或电子部件。

微机械系统可被用作例如致动器、换能器或传感器。微机械系统或结构(MMS)可包括可偏转结构(诸如，薄膜)。微机电结构(MEMS)可包括一个或多个微机械结构，所述一个或多个微机械结构的可偏转结构可被以电气方式偏转(致动器)。替代地或者另外，MEMS可响应于MMS的可偏转结构的偏转而提供电信号(传感器)。

可移动微观结构(诸如，例如用于微换能器(例如，麦克风或微型扬声器)的薄膜或用于原子力显微镜(AFM)的悬臂)可能特别地在它们的悬挂点或区域或者在对于所述结构的功能而言是重要的区域需要如下材料：该材料允许根据特定应用而修改静态弯曲特性/偏转行为和在谐振条件下的动态行为这两者。

非常软的AFM悬臂(例如，由聚合物制成)可导致低谐振频率，这又减小最大扫描速度和采样速率。例如，在例如用于测量有机物质(比如，有机细胞)的机械灵敏样本的领域中，非常软的AFM悬臂可减小损害样本的风险。另外，可能不会把激光器用在用于读出振荡/弯曲的液体中，而可能需要集成在悬臂梁上的传感器元件(主要是压阻应变传感器)。然而，在非常软的材料的情况下，这可能具有这样的效果：由于基底材料的极端的柔软性，可被传递给悬臂梁的基底材料的扩展和压缩由于感测材料的高机械刚度而仅被检测到非常有限的量(例如，在应变传感器的情况下)。

软聚合物(诸如，例如SU8)可另外在环境条件下具有有限的稳定性。例如，它们可表现出在制造期间的高收缩、在操作期间的吸水和/或老化现象。另外，与标准半导体材料相比，它们可具有非常高的热膨胀系数(CTE)(例如，与具有大约2.56 ppm/℃的CTE的Si相比，SU8具有大约52 ppm/℃的CTE)，并且可能仅存在很小的影响它们的弹性性质的可能性(例如，SU8的弹性模量是大约2 GPa)。

发明内容

根据各种实施例的微机械结构可包括：衬底；和功能结构，布置在衬底处；其中所述功能结构包括功能区域，所述功能区域可响应于作用于功能区域的力而相对于衬底偏转；以及其中功能区域的至少一部分具有处于从大约5 GPa到大约70 GPa的范围中的弹性模量。

附图说明

在附图中，相同的标号通常在不同视图中始终表示相同的部分。附图不必符合比例，而是重点通常在于图示本发明的原理。在下面的描述中，参照下面的附图描述本发明的各种实施例，在所述附图中：

图1示出图示各种材料的密度和弹性模量(杨氏模量)的示图；

图2示出图示碳的量对所获得的弹性模量和硬度的影响的示图；

图3示出图示沿着衬底方向的另外的RF场对所获得的弹性模量和硬度的影响的示图；

图4示出图示通过将磷注入到硅中来减小硅的弹性模量的示图；

图5A至5D各自在示意性剖视图中示出根据各种实施例的方法，图示微机械结构中的功能结构的可能的实现方式；

图6A至6C各自在示意性剖视图中示出根据各种实施例的方法，图示微机械结构中的功能结构的可能的实现方式；