[实用新型]MEMS设备和电子装置

说明书

本实用新型的各实施例涉及MEMS设备和电子装置。一种MEMS设备，包括：主体，具有第一表面和第二表面；隔膜腔体，在主体内并且从主体的第二表面延伸；可变形部分，在主体内并且在第一表面和隔膜腔体之间；和压电致动器，在主体在第一表面上延伸并且在可变形部分之上。MEMS设备的特征在于其包括凹槽结构，该凹槽结构在主体内延伸并且为可变形部分界定止动器部分。

技术领域

本公开涉及MEMS设备和电子装置。

背景技术

如所知，致动器是将一种类型的物理量转换为不同类型的另一物理量的设备，并且由转换导出的量通常涉及某种形式的移动或机械作用。

最近，已经提出具有微米和纳米尺寸的致动器，也分别被称为微致动器和纳致动器，其可以利用半导体技术获得，因此成本非常有限，并且属于所谓的MEMS(微机电系统)类型。它们可用于广泛范围的设备中，特别是在移动设备和便携式设备中。

微致动器的示例是阀门、开关、泵、线性和旋转微电机、线性定位设备、扬声器、光学设备和PMUT(压电式微机械超声换能器)。

已知的微致动器基本上根据四个物理原理进行工作：

静电原理，由此利用以相反的方式充电的导体之间的吸引力；

热原理，由此利用由热膨胀或收缩引起的位移；

压电原理，由此利用由电场诱导的应变和应力引起的位移；以及

磁原理，由此利用由呈现磁特性的不同元件(诸如，永磁体、外部磁场、可磁化材料和电流导体)之间的相互作用引起的位移。

每种技术在功耗、移动的快速性、施加的力、移动幅度、移动轮廓、制造简易性、应用的电信号的幅度、稳健性和灵敏度方面都具有优点和限制，这有利于其在某些应用中的使用，而不是其它应用中，从而确定使用领域。

在下文中，考虑了通过MEMS技术获得的致动器设备，其根据压电原理进行操作，并且特别地能够利用TFP(薄膜压电)MEMS技术。

TFP MEMS技术当前使用单态致动模式，其中通常由布置在彼此的顶部上的至少两层形成的结构(例如，隔膜、横梁或悬臂)由于应用的应力的变化而弯曲。在该情况中，在其中一层(被称为主动层) 中存在应变的受控改变，这导致在其它一层或多层(也被称为不主动的或被动的一层或多层)中的被动应变，并带有结构的随之发生的偏斜。

该技术有利地用于在应用中弯曲隔膜、横梁或悬臂，其中需要垂直移动(即，在正交于结构层的平面的方向上)，诸如，在液体喷射打印头、自聚焦系统、微型泵、微型开关、扬声器和PMUT中。

例如，图1A和图1B示出悬臂横梁1，其在第一端部2处受约束并且在第二端部3处自由弯曲。这里，横梁1由堆叠层形成，该堆叠层包括例如半导体材料(例如，硅)的支撑层4、例如氧化硅(SiO₂) 的绝缘层5、金属(例如，铂)的第一电极层6、例如PZT(Pb、Zr、 TiO₂)的压电材料层7、金属(例如，铂、钌、氧化铱或钛钨合金) 的第二电极层8以及例如氧化硅的钝化层。

在如图1B所示的反相偏置存在的情况下，应用的电场在横梁1 中引起应变，该应变导致自由端部3向上偏斜。