專利名稱：一種位移連續(xù)可變的靜電微型機電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種靜電微型機電裝置，更具體地說，涉及帶有需要在較大行程范圍內(nèi)連續(xù)變化和穩(wěn)定位移的移動件的微型機電裝置。
背景技術(shù)：
許多不同類型的微型機電(MEMS)裝置，如可變電容、機電光柵和鏡子、噴墨打印頭和各種傳感器等依賴于在兩個電極之間的靜電力，從而產(chǎn)對移動件產(chǎn)生可控制的驅(qū)動。然而，大家都知道，因為靜電力的非線性特點，對移動件位移的連續(xù)控制僅能在兩個電極之間的一部分(約1/3)距離上實現(xiàn)。一旦位移超過這一部分，就會發(fā)生“拉入(pull-in)”或“拉開(pull-down)”，由此非線性靜電力就會完全超過元件的機械回復(fù)力。
在靜電MEMS裝置中，已經(jīng)用不同方法來產(chǎn)生連續(xù)變化的位移，同時避免拉開的不穩(wěn)定性。最直接的辦法是設(shè)計在兩個電極之間具有足夠間隔的裝置，從而能夠在達(dá)到不穩(wěn)定點之前有足夠的位移。這種方法已經(jīng)由Silicon Light Machines公司在其模擬光柵光閥(GLV)中采用，這在Bloom等人的于2001年4月10日公開的第6,215,579號美國專利中描述過，其中該專利名稱為“對形成二維圖象的入射光束進(jìn)行調(diào)制的方法和設(shè)備”。為了避免由于增加電極間隔而產(chǎn)生的較高工作電壓，這些模擬GLV特別設(shè)計成具有較低的機械回復(fù)力?？蛇x擇的是，在機電光柵中使用更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計，以獲得在較大行程范圍上連續(xù)的驅(qū)動。該結(jié)構(gòu)在以下文獻(xiàn)中描述過Hung等人于2001年12月11日公開的、名稱為“精密靜電驅(qū)動和定位”的第6,329,738號美國專利和E.S.Hung及S.D.Senturia在《微型機電系統(tǒng)》(Microelectromechanicalsystems)雜志第8卷第4號(1999)第497-505頁的文章“擴大模擬調(diào)諧的靜電驅(qū)動器的行程范圍”。另外可選擇的方法在Xu等人的于2002年3月26日公開的、名稱為“用穩(wěn)定的靜電驅(qū)動來制造MEMS可變電容的方法”的第6,362.018號美國專利中描述過，由此固定串聯(lián)的電容器加在可變電容器上，以增加可變電容的機電調(diào)諧性。最后一個方法的不足是需要的驅(qū)動電壓明顯增加。
近年來，一種叫機電保形光柵(conformal grating)的光學(xué)MEMS裝置披露于Kowarz的于2001年10月23日公開的、名稱為“帶有保形光柵裝置的空間光調(diào)制器”的第6,307,663號美國專利中，其中該光學(xué)MEMS裝置包括通過周期序列的中間支撐件懸掛支撐在襯底上的帶狀元件。該機電保形光柵裝置由靜電驅(qū)動來操作，該靜電驅(qū)動可使帶狀件與支撐襯底周圍相符合，從而產(chǎn)生光柵。最近在第6,307,663號美國專利中的裝置作為保形GEMS裝置越來越為人們所熟知，其中的GEMS支持光柵機電系統(tǒng)。該保形GEMS裝置提供具有高對比度、高效率和數(shù)字操作的高速光調(diào)制。然而，在需要光強度調(diào)幅的應(yīng)用中，具有對帶狀件位移的連續(xù)控制的模擬操作是需要的。另外，前面提到的產(chǎn)生連續(xù)變化位移同時避免拉開不穩(wěn)定的方法不適合于保形GEMS裝置。
因此，就需要一種這樣的靜電微型機電裝置，該裝置具有連續(xù)可變位移，同時可避免上面提到的問題。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，通過提供具有連續(xù)可變位移的靜電微機械裝置可滿足上述需要，其中該裝置包括具有第一電極的移動件；具有第二電極的相對表面；從該相對表面把移動件隔開的通道；在該通道內(nèi)的液體，其中該液體具有足夠大的介電常數(shù)，從而可對移動件在橫跨至少通道一半的行程上的位移進(jìn)行連續(xù)可變和穩(wěn)定控制，該位移是在第一電極和第二電極之間施加電壓的結(jié)果；以及在物理上位于第一電極和第二電極之間的至少一個固體電介質(zhì)層。


圖1a為處于未驅(qū)動狀態(tài)下的現(xiàn)有技術(shù)可拉伸帶狀件的剖面圖；圖1b為處于未驅(qū)動狀態(tài)下的三個并聯(lián)可拉伸帶狀件的旋轉(zhuǎn)剖面圖(現(xiàn)有技術(shù))；
圖2a為處于局部驅(qū)動狀態(tài)下的現(xiàn)有技術(shù)可拉伸帶狀件的剖面圖；圖2b為處于完全驅(qū)動狀態(tài)下的現(xiàn)有技術(shù)可拉伸帶狀件的剖面圖；圖3a示出了對于不同驅(qū)動電壓處于空氣中的現(xiàn)有技術(shù)可拉伸帶狀件的輪廓；圖3b示出了對于不同驅(qū)動電壓浸入在高介電常數(shù)液體中的可拉伸帶狀件的輪廓；圖4a為處于空氣內(nèi)的可拉伸帶狀件的中點偏移曲線圖，該中點偏移曲線是所施加電壓的函數(shù)，其展示出拉開和釋放不穩(wěn)定性的存在；圖4b為處于高介電常數(shù)液體中可拉伸帶狀件的中點偏移曲線圖，該中點偏移曲線是所施加的電壓函數(shù)，其展示出對拉開和釋放不穩(wěn)定性的抑制；圖5示出了以液體介電常數(shù)為函數(shù)的處于液體中可拉伸帶狀件的關(guān)鍵電壓的曲線圖；圖6為以直線排列的兩個保形GEMS裝置的切去局部的立體圖；圖7為以直線排列的四個保形GEMS裝置的俯視圖；圖8a和8b分別為經(jīng)過圖7中8-8線的剖面圖，示出了在未驅(qū)動狀態(tài)和完全驅(qū)動狀態(tài)下保形GEMS裝置的操作；圖9a和9b分別為經(jīng)過圖7中9-9線的剖面圖，示出了在未驅(qū)動狀態(tài)和完全驅(qū)動狀態(tài)下保形GEMS裝置的操作；圖10示出了作為施加到保形GEMS裝置上電壓函數(shù)的反射光強的理論曲線圖，其中將各種液體與空氣進(jìn)行比較；以及圖11示出了作為施加到保形GEMS裝置上電壓函數(shù)的反射光強的實驗曲線圖，其中將各種液體與空氣進(jìn)行比較。
具體實施例方式
在最主要的實施例中，本發(fā)明增加了用在靜電微型機電裝置(MEMS)中多種移動件的可用行程范圍。在該可用行程范圍內(nèi)，移動件的位移是連續(xù)變化并且是穩(wěn)定的。雖然描述的本發(fā)明主要用于具有一個或更多可拉伸帶狀件的靜電MEMS裝置的特定情況，但對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，很明顯本發(fā)明也適合于帶有其他微型機電的結(jié)構(gòu)。這些移動件例如可包括單固定梁、雙固定梁、膜或在扭轉(zhuǎn)鉸鏈上的剛性板。另外，多個移動件可用于形成各種更復(fù)雜的運動結(jié)構(gòu)，如靜電梳狀驅(qū)動器或機電光柵。
圖1a示出了典型可拉伸的帶狀件2a的剖面圖，其中可拉伸的帶狀件2a為在MEMS裝置中的移動件。在絕緣帶狀材料7中的拉伸應(yīng)力使可拉伸帶狀件2a與相對表面即導(dǎo)電襯底9分開，通道4通常被抽空或充有如氮的惰性氣體或稀有氣體。為了使帶狀材料變形進(jìn)入通道4，在第一電極6和作為第二電極的導(dǎo)電襯底9之間施加電壓。在圖1a和1b中，所施加電壓為零。圖1b示出了具有兩個相鄰元件2b和2c的相同可拉伸帶狀件2a的旋轉(zhuǎn)剖面圖。
圖2a和2b示出了在電壓加在第一電極6和導(dǎo)電襯底9之間時可拉伸帶狀件2a的剖面圖。當(dāng)施加電壓比拉開電壓VPD略微低時，可拉伸帶狀件2a就如圖2a所示懸置起來。一旦施加電壓超過VPD，非線性靜電力即完全超過拉伸回復(fù)力?？衫鞄罴?a于是與第二電極9立即接觸，形成圖2b所示的輪廓。如上所述，對接近于VPD的施加電壓，不能產(chǎn)生可連續(xù)變化的輪廓。
在本發(fā)明中，通道4充滿了具有高介電常數(shù)并可耐受強靜電場的液體。通過對仔細(xì)挑選該液體，就能抑制拉開不穩(wěn)定性，從而使可拉伸帶狀件2a能夠在橫跨整個通道4的行程范圍內(nèi)連續(xù)變化和進(jìn)行穩(wěn)定位移。
對液體，可通過考慮裝置的有效靜電厚度t來確定所需介電常數(shù)。考慮到填滿液體的通道4的作用，在第一電極6和第二電極9之間的片層有效靜電厚度t由下列公式給出t＝dc+εtε其中tϵ=Σmtmϵm]]>為固體電介質(zhì)的總介電厚度；dc為通道4的深度；而ε為液體的介電常數(shù)。在總電介質(zhì)厚度tε中，對兩個電極之間的所有固體電介質(zhì)進(jìn)行求和，其中以介電常數(shù)εm對每個固體電介質(zhì)的厚度tm進(jìn)行換算?？梢钥闯觯绻ǖ纃c深度小于約0.388t，則可拉伸帶狀件2a可在橫跨整個通道4的行程范圍中進(jìn)行穩(wěn)定位移。為滿足這一要求，液體的介電常數(shù)就要滿足不等式ε＞1.58dc/tε(公式1)
滿足公式1的液體抑制了拉開不穩(wěn)定性，從而可在通道4的整個深度上連續(xù)變化和進(jìn)行穩(wěn)定位移?？捎镁哂休^低介電常數(shù)的液體來提高行程范圍，該范圍超過了通常在充氣或排空通道情況下可能達(dá)到的范圍。這種低介電常數(shù)液體仍然認(rèn)為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
圖3a到5示出了采用液體來抑制可拉伸帶狀件的拉開不穩(wěn)定性。在該實例中，通道深度dc為150納米，而總介電厚度tε為24納米。根據(jù)公式1，具有大于9.8的介電常數(shù)的液體可得到橫跨整個通道4的行程范圍。圖3a示出了充氣通道的帶狀件輪廓的曲線圖(ε＝1)，其中該輪廓為增加電壓的函數(shù)。在拉開電壓VPD＝22.6V附近，帶狀件輪廓的變化是不連續(xù)和不穩(wěn)定的。圖3b示出了相同的裝置，其中通道4充滿了ε＝18的液體。此時在橫跨整個通道4上行程范圍上，僅需略為增加電壓，就可得到連續(xù)變化的偏移和穩(wěn)定的偏移。
圖4a和4b將在充氣情況下作為電壓函數(shù)的帶狀件中點處偏移分別與圖3a和3b的充液裝置進(jìn)行比較。對于充氣裝置(圖4a)。當(dāng)電壓從零增加時，中點位移連續(xù)增加，直到電壓達(dá)到22.6V的拉開電壓。在這一點上，帶狀件撞到襯底內(nèi)，而在電壓上進(jìn)一步增加，則使帶狀件輪廓變化如圖3a所示。此時在帶狀件與襯底接觸情況下，電壓可降低到拉開電壓以下，同時保持接觸。在11.7V的釋放電壓VRL上，拉伸應(yīng)力超過了靜電引力，帶狀件從襯底上釋放出來。這種滯后曲線在靜電MEMS裝置中是公知的，并通常用于描述與靜電驅(qū)動有關(guān)的不穩(wěn)定性。如圖4a所示，這種響應(yīng)對于施加負(fù)電壓也是一樣的。
對于充液裝置(ε＝18)，如圖4b所示，中點位移是施加電壓的平滑函數(shù)。不存在與臨界的拉開和釋放電壓有關(guān)的不穩(wěn)定性，同時滯后消失。
圖5為兩個臨界電壓VPD和VRL的曲線圖，它們?yōu)橐后w介電常數(shù)的函數(shù)。當(dāng)這兩個電壓相等時，即當(dāng)此實例中ε＝9.8時，行程范圍橫跨通道4的整個深度。進(jìn)一步增加介電常數(shù)可減小位移對電壓的敏感性，從而提高控制位移的能力。
眾所周知，如上面討論的可拉伸帶狀件為基本的標(biāo)準(zhǔn)部件，可用于制作更復(fù)雜的MEMS裝置。例如，大量并聯(lián)的帶狀件可用于制造如保形GEMS裝置或GLV的機電光柵。單個帶狀件可用于制造可變電容器和電容傳感器。
圖6到圖9示出了在第6,307,663號美國專利中公開的保形機電光柵系統(tǒng)(GEMS)裝置。圖6示出了處于未驅(qū)動狀態(tài)下的兩個并排的保形GEMS裝置5a和5b。該保形GEMS裝置5a和5b形成在襯底10的頂部，其中襯底10為底部導(dǎo)電層12所覆蓋，底部導(dǎo)電層12起到驅(qū)動裝置5a、5b的電極作用。底部導(dǎo)電層12為介電保護(hù)層14覆蓋，在介電保護(hù)層14上面是支座層16和襯墊層18。在襯墊層18的頂部，形成有帶狀層20，帶狀層20為反射和導(dǎo)電層22所覆蓋。反射和導(dǎo)電層22提供了驅(qū)動保形GEMS裝置5a和5b的電極。因此，反射和導(dǎo)電層22經(jīng)圖形處理(pattern)，成為兩個保形GEMS裝置5a和5b的電極。帶狀層20最好包含具有足夠拉伸應(yīng)力的材料，以提供較大的回復(fù)力。兩個保形GEMS裝置5a和5b中每個均分別具有相關(guān)的細(xì)長帶狀件23a和23b，其中細(xì)長帶狀件23a和23b由反射和導(dǎo)電層22和帶狀層20經(jīng)圖形處理形成。細(xì)長帶狀件23a和23b由襯墊層18所形成的端承24a和24b加以支撐，并由一個或更多中間支撐件27均勻隔開，從而構(gòu)成寬度相等的通道。細(xì)長帶狀件23a和23b固定到端承24a和24b上，并固定到中間支撐件27上。由支座層16制成的多個支座29布置在通道25的底部。這些支座29減少了細(xì)長帶狀件23a和23b在受驅(qū)動時粘住的可能性。
圖7中示出了保形GEMS裝置5a、5b、5c和5d四裝置直線陣列的俯視圖。所示細(xì)長帶狀件23a、23b、23c和23d其中部分去掉了A-A線以下的上面部分，以便示出下面結(jié)構(gòu)。為了具有最好的光學(xué)性能和最大對比度，中間支撐件27應(yīng)優(yōu)選完全地隱藏在細(xì)長帶狀件23a、23b、23c和23d下面。這樣，當(dāng)從上面看時，在保形GEMS裝置5a-5d之間的溝槽28中看不到中間支撐件27。在這里，每個保形GEMS裝置5a-5d具有三個中間支撐件27，而有四個等寬度的通道25。中間支撐件27的中心對中心間距Λ限定了保形GEMS裝置在驅(qū)動狀態(tài)下的間隔。細(xì)長帶狀件23a-23b彼此機械和電性隔離，使四個保形GEMS裝置5a-5b可單獨操作。圖6中的底部導(dǎo)電層12可以為所有保形GEMS裝置5a-5d共用。
圖8a為沿圖7中的線8-8的保形GEMS裝置5a的兩個通道25的側(cè)視圖，該裝置處于未驅(qū)動狀態(tài)下。圖8b所示為驅(qū)動狀態(tài)下的相同視圖。為了操作該裝置，通過在細(xì)長帶狀件23b的底部導(dǎo)電層12與反射和導(dǎo)電層22之間施加電壓差來產(chǎn)生吸引性的靜電力。在未驅(qū)動狀態(tài)下(見圖8a)沒有電壓差，細(xì)長帶狀件23b平直地懸于支撐件之間。在此狀態(tài)下，入射光束30主要反射成0級光束32，如同簡單的平面鏡。為了達(dá)到驅(qū)動狀態(tài)，將電壓施加到保形GEMS裝置5b，其使得細(xì)長帶狀件23b變形并產(chǎn)生間隔為Λ的部分保形的GEMS。圖8b示出了在完全驅(qū)動狀態(tài)下的裝置5b(該裝置在圖6和圖7中示出和描述過)，其中細(xì)長帶狀件23b與支座29接觸。細(xì)長帶狀件23b底部和支座29頂部之間的高度差選擇成約為入射光波長λ的1/4。最佳高度取決于驅(qū)動時裝置的具體保形形狀。在驅(qū)動狀態(tài)下，入射光束30主要散射成+1級光束35a和-1級光束35b，而其它光散射成+2級光束36a和-2級光束36b。少量光散射成甚至更高級，同時有些光保持在0級。一般地，可根據(jù)應(yīng)用情況收集各種光束中的一個或多個光束而由光學(xué)系統(tǒng)使用。當(dāng)施加電壓去掉后，如圖8a所示，由于拉伸應(yīng)力和彎曲產(chǎn)生的力使細(xì)長帶狀件23b回復(fù)到其原始未驅(qū)動狀態(tài)。
圖9a和9b分別示出了處于未驅(qū)動狀態(tài)和驅(qū)動狀態(tài)下保形GEMS裝置5b沿圖7中的線9-9的側(cè)視圖。導(dǎo)電反射帶狀件23b被端承24b和中間支撐件27(本圖中未示)所懸置。如圖9b所示，施加電壓驅(qū)動該裝置。
圖10和11例示說明應(yīng)用本發(fā)明以去除保形GEMS裝置中在拉開和釋放時的不穩(wěn)定性。通過去除這些不穩(wěn)定性，同時通過改變加在裝置上的電壓，就能以連續(xù)的方式控制散射或反射光強。通道25內(nèi)充滿可耐受強電場的透明液體。除了提供對光強的連續(xù)變化控制外，該液體增加了被驅(qū)動保形GEMS裝置的有效光學(xué)深度，因此，減少了所需的帶狀件行程范圍。例如，通過液體折射率n可減少行程范圍，該范圍在使0級光束32最小化或使散射最大化成為非零散射級時(1級35a、-1級35b、+2級36a、-2級36b或更高級)是需要的。特別是，對于成為1級35a、-1級35b的最大散射，需要的行程范圍從在空氣中約為λ/4減少到在液體中約為λ/4n。在實踐中，由于許多液體的折射率接近1.4，從而所需行程減少了約30％。
參見圖10，圖中示出了保形GEMS裝置5a對施加電壓的理論上的響應(yīng)，其中對空氣和浸有的液體進(jìn)行了比較。圖10中的曲線表示0級反射光束的校正后強度，該曲線示出了對拉開不穩(wěn)定性的抑制。在空氣情況下ε＝1.0，在電壓接近24V時發(fā)生拉開。在該拉開電壓，歸一化的反射強度從0.85顯著且急劇地降到0.22。當(dāng)電壓為24V以上時，由于帶狀件與下面的支座接觸，故電壓的進(jìn)一步增加僅在強度上產(chǎn)生較小的差值。對于具有較大介電常數(shù)的液體來說，在作為施加電壓函數(shù)的反射強度上，期望平穩(wěn)、更可控制地減少。實際上，對應(yīng)于ε＝18.0和ε＝37.0的液體的曲線表明，理論上能取得對反射光強的連續(xù)可變化控制。如ε＝37.0的較大介電常數(shù)，降低了強度對電壓的敏感性并因此而改善了可控制性。然而，較大的介電常數(shù)也提高了需要的電壓。
參見圖11，可以看出，浸于具有不同介電常數(shù)已知物質(zhì)中的保形GEMS裝置的實際響應(yīng)非常符合以上圖10所示的理論預(yù)期值。如所預(yù)期的，在約24V處，在具有1.0介電常數(shù)的空氣中的裝置展示出明顯的帶狀件的拉開不穩(wěn)定性。相反，當(dāng)加有電壓時，介電常數(shù)為18的異丙醇(Isopropyl Alcohol)提供了對帶狀件明顯增強的控制。介電常數(shù)為37的乙二醇(Ethylene Glycol)進(jìn)一步減少了對施加電壓的敏感性。浸入在幾種其它液體(未示于圖11)中的保形GEMS裝置的響應(yīng)例如也體現(xiàn)在由Exxon Mobil制造的Isopar和甲醇。Isopar介電常數(shù)為2，其增加了行程范圍，但未完全抑制拉開不穩(wěn)定性。而因為有電化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，甲醇也會引發(fā)問題。
本發(fā)明的魯棒實施方案要求對施加電壓波形和液體均進(jìn)行仔細(xì)選擇。如在2000年11月7日公開的、Kowarz等人的名稱為“根據(jù)數(shù)據(jù)流而驅(qū)動機電帶狀件的方法和系統(tǒng)”的第6,144,481號美國專利中披露的那樣，雙極電壓波形減少了在機電帶狀件中的充電。另外，在2002年7月16日公開的、Gooray等人的名稱為“電子驅(qū)動系統(tǒng)和方法”的第6,419,335號美國專利中，結(jié)合充液體靜電MEMS裝置使用的高頻雙極波形減少了電化學(xué)反應(yīng)和液體的介質(zhì)擊穿。為了得到圖11所示的結(jié)果，使用具有恒定RMS(均方根)值的4MHz雙極電壓波形來驅(qū)動保形GEMS裝置。由于液體導(dǎo)致的粘性阻尼，帶狀件不響應(yīng)高頻而僅響應(yīng)RMS值。因此，在光學(xué)響應(yīng)中不顯現(xiàn)高頻成分。
以下簡單列舉本發(fā)明的若干方面所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中移動件為可拉伸帶狀件。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中移動件為雙支撐梁。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中移動件為單支撐梁。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中移動件為膜。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中移動件為板。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中相對表面為硅襯底。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中一個固體電介質(zhì)層為氮化硅。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中一個固體電介質(zhì)層為氧化硅。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中一個固體電介質(zhì)層位于移動件上。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中一個固體電介質(zhì)層位于該相對表面上。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中液體是透明的。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可反射的。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可反射的，并且其中該至少一個可反射移動件為微型鏡。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可反射的，并且其中多個可反射移動件包括機電光柵。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可反射的，并且其中多個可反射移動件包括機電光柵，且其中該機電光柵為保形GEMS裝置。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可反射的，并且其中多個可反射移動件包括機電光柵，且其中該機電光柵為光柵光閥。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中行程范圍橫跨整個通道。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中行程范圍橫跨整個通道，并且其中液體介電常數(shù)約大于1.5dc/tε，dc為至少一個移動件和相對表面之間的相隔距離，而tε為至少一個固體電介質(zhì)層的總介質(zhì)厚度。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中液體的介電常數(shù)大于2。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中行程范圍橫跨整個通道，其中液體的介電常數(shù)大于5。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中行程范圍橫跨整個通道，同時液體的介電常數(shù)在5和100之間。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中液體是乙醇(alcohol)。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中液體是乙二醇。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件是可拉伸帶狀件。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件為雙支撐梁。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件為單支撐梁。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件為膜。
所述靜電微機械裝置位移連續(xù)可變，其中至少一個移動件為板。
制造上述位移連續(xù)可變的靜電微機械裝置的方法，其中以液體填充通道的步驟包括選擇該液體的介電常數(shù)約大于1.5dc/tε，其中dc為上述至少一個移動件和相對表面之間的相隔距離，而tε為上述至少一個固體電介質(zhì)層的總介質(zhì)厚度。
位移連續(xù)可變的靜電微光機裝置，其中至少一個移動件是可反射的，并且其中多個可反射移動件包括機電光柵，其中行程范圍約等于λ/4n，n為液體折射率。
權(quán)利要求
1.一種位移連續(xù)可變的靜電微機械裝置，其包括a)具有第一電極的移動件；b)具有第二電極的相對表面；c)從該相對表面將該移動件隔開的通道；d)在該通道內(nèi)的液體，其中該液體具有足夠高的介電常數(shù)，從而可對所述移動件在橫跨所述通道至少一半的行程范圍上的位移進(jìn)行連續(xù)可變的和穩(wěn)定的控制，該位移是在第一電極和第二電極之間施加電壓的結(jié)果；以及e)在物理上位于第一電極和第二電極之間的至少一個固體電介質(zhì)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述行程范圍橫跨整個所述通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體的介電常數(shù)約大于1.5dc/tε，其中dc為所述移動件和所述相對表面之間的相隔距離，而tε為所述至少一個固體電介質(zhì)層的總介質(zhì)厚度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體的介電常數(shù)大于2。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體的介電常數(shù)大于5。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體的介電常數(shù)在5和100之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體為乙醇。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體是乙二醇。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的靜電微機械裝置，其中所述液體除了在所述通道中外，還環(huán)繞所述靜電微機械裝置。
10.一種位移連續(xù)可變的靜電微光電機械裝置，其包括a)具有第一電極的至少一個移動件；b)具有第二電極的相對表面；c)從該相對表面將該至少一個移動件隔開的通道；d)在該通道內(nèi)的液體，其中該液體具有足夠高的介電常數(shù)，從而可對所述移動件在橫跨所述通道至少一半的行程范圍上的位移進(jìn)行連續(xù)可變的和穩(wěn)定的控制；該位移是在第一電極和第二電極之間施加電壓的結(jié)果，并且所述行程范圍與入射光的波長λ成正比；以及e)在物理上位于第一電極和第二電極之間的至少一個固體電介質(zhì)層。
11.一種制造位移連續(xù)可變的靜電微機械裝置的方法，其包括以下步驟a)提供具有第一電極的移動件并通過通道將該移動件從具有第二電極的相對表面隔開，在第一電極和第二電極之間設(shè)置至少一個固體電介質(zhì)層。b)在所述通道內(nèi)填充液體，其中該液體具有足夠高的介電常數(shù)，使得能夠?qū)λ鲆苿蛹跈M跨所述通道至少一半的行程范圍上的位移進(jìn)行連續(xù)可變的和穩(wěn)定的控制，該位移是在第一電極和第二電極之間施加電壓的結(jié)果。
全文摘要
一種位移連續(xù)可變的靜電微機械裝置，包括具有第一電極的移動件；具有第二電極的相對表面；從該相對表面把移動件隔開的通道;在該通道內(nèi)的液體，其中該液體具有足夠大的介電常數(shù)，從而可對移動件在橫跨至少通道一半的行程上的位移進(jìn)行連續(xù)可變和穩(wěn)定控制，該位移是在第一電極和第二電極之間施加電壓的結(jié)果；以及在物理上位于第一電極和第二電極之間的至少一個固體電介質(zhì)層。
文檔編號B81B3/00GK1492569SQ0315748
公開日2004年4月28日 申請日期2003年9月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月24日
發(fā)明者M·W·科瓦日, M W 科瓦日 申請人:伊斯曼柯達(dá)公司