Control del comportamiento electromecánico de estructuras en un dispositivo de sistemas microelectromecánicos.
Un aparato (10) de MEMS, que comprende:
un sustrato (24, 42,
62);
un electrodo (20, 44, 64), en el que el electrodo (20, 44, 64) está ubicado sobre el sustrato (24, 44, 64); una capa transparente (12, 46, 68), estando ubicada la capa transparente (12, 46, 68) sobre el electrodo (20, 46, 68), y comprendiendo la capa transparente (12, 46, 68) SiO2;
una capa (48, 70) de captura de carga, estando ubicada la capa (48, 70) de captura de carga sobre la capa transparente (12, 46, 68) e incluye un material que tiene una densidad de captura de carga para manipular la acumulación de la carga sobre la capa transparente (12, 46, 68), y en el que la capa (48, 70) de captura de carga sirve de capa barrera de ataque químico y es resistente a XeF2;
un espacio (16) de aire, en el que el espacio (16) de aire está ubicado adyacente a la capa (48, 70) de captura de carga; y
una capa desplazable (14), siendo la capa desplazable (14) reflectante de la luz incidente.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2003/030016.
Solicitante: QUALCOMM MEMS TECHNOLOGIES, INC.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 5775 MOREHOUSE DRIVE SAN DIEGO, CA 92121 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: Kothari,Manish, CHUI,CLARENCE, MILES,MARK W, BATEY,JOHN.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- B81B3/00 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES. › B81 TECNOLOGIA DE LAS MICROESTRUCTURAS. › B81B DISPOSITIVOS O SISTEMAS DE MICROESTRUCTURA, p. ej. DISPOSITIVOS MICROMECANICOS (elementos piezoeléctricos, electroestrictivos o magnetoestrictivos en sí H01L 41/00). › Dispositivos que tienen elementos flexibles o deformables, p.ej. que tienen membranas o láminas elásticas (B81B 5/00 tiene prioridad).
- H01L21/00 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas.
- H01L21/302 H01L […] › H01L 21/00 Procedimientos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o el tratamiento de dispositivos semiconductores o de dispositivos de estado sólido, o bien de sus partes constitutivas. › para cambiar las características físicas de sus superficies o para cambiar su forma, p. ej. grabado, pulido, recortado.
- H01L21/461 H01L 21/00 […] › para cambiar las características físicas o la forma de su superficie, p. ej. grabado, pulido, recortado.
- H01L29/82 H01L […] › H01L 29/00 Dispositivos semiconductores adaptados a la rectificación, amplificación, generación de oscilaciones o a la conmutación que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie; Condensadores o resistencias, que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie, p. ej. unión PN, región de empobrecimiento, o región de concentración de portadores de carga; Detalles de cuerpos semiconductores o de sus electrodos (H01L 31/00 - H01L 47/00, H01L 51/05 tienen prioridad; otros detalles de los cuerpos semiconductores o de sus electrodos H01L 23/00; consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común H01L 27/00). › controlables por la variación del campo magnético aplicado al dispositivo (H01L 29/96 tiene prioridad).
PDF original: ES-2523980_T3.pdf
Fragmento de la descripción:
Control del comportamiento electromecánico de estructuras en un dispositivo de sistemas microelectromecánicos Campo de la invención
La presente invención versa acerca de dispositivos de sistemas microelectromecánicos. En particular, versa acerca de estructuras de película delgada en dispositivos de sistemas microelectromecánicos y acerca de respuestas electromecánicas y ópticas de tales estructuras de película delgada.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, se pueden fabricar una amplia variedad de dispositivos de sistemas microelectromecánicos (MEMS) utilizando técnicas de microfabricación. Ejemplos de estos dispositivos de MEMS incluyen motores, bombas, válvulas, interruptores, sensores, píxeles, etc.
A menudo, estos dispositivos de MEMS emplean principios y fenómenos de distintos dominios tales como los dominios óptico, eléctrico y mecánico. Tales principios y fenómenos, aunque aparentemente difíciles de emplear en el mundo macroscópico, pueden ser sumamente útiles en el mundo microscópico de los dispositivos de MEMS, en los que se pueden ampliar tales fenómenos. Por ejemplo, las fuerzas electrostáticas que se considera, en general, que son demasiado débiles en el mundo macroscópico como para ser empleadas, son suficientemente intensas en el mundo microscópico de los dispositivos de MEMS para activar estos dispositivos, a menudo a velocidades elevadas y con un consumo energético reducido.
En general, los materiales utilizados en los dispositivos de MEMS están seleccionados en función de sus propiedades inherentes en los dominios óptico, eléctrico y mecánico y de la respuesta característica a una entrada, tal como por ejemplo, una tensión de excitación o de accionamiento.
Un problema que afecta a la fabricación de los dispositivos de MEMS es que en algunos casos, un material que tiene una respuesta muy deseable a una entrada, por ejemplo una respuesta óptica a luz incidente, también puede tener una respuesta no deseable a una entrada, por ejemplo, una respuesta electromecánica a una tensión de accionamiento o de excitación. Para superar, o al menos reducir, la respuesta no deseable, se tienen que encontrar o desarrollar nuevos materiales a menudo con un gasto enorme.
Otro problema con la fabricación de los dispositivos de MEMS es que a veces, un material seleccionado por su respuesta característica puede ser dañado debido a una exposición a agentes químicos utilizados durante un procedimiento particular de microfabricación. Esto provoca que el material demuestre una respuesta característica menor a la entrada.
El documento US 6.376.787 B1 da a conocer un interruptor de sistema microelectromecánico (MEMS) que tiene un electrodo inferior formado sobre un sustrato y una capa delgada aislante de protección dispuesta sobre el electrodo inferior. Hay dispuesto un material dieléctrico sobre la capa aislante de protección y se forma un electrodo de tracción descendente sobre el separador y el material dieléctrico. La capa aislante de protección evita la oxidación del electrodo inferior. La capa delgada aislante de protección comprende un metal que tiene un óxido asociado con una constante dieléctrica elevada. Puede oxidarse una porción de la capa delgada aislante de protección durante la formación del material dieléctrico, aumentando la capacitancia de la pila dieléctrica.
El documento WO 99/526 A2 da a conocer un modulador interferométrico que comprende una cavidad definida por dos paredes. Al menos dos brazos conectan las dos paredes para permitir el movimiento mutuo de las paredes. Los dos brazos están configurados y fijados a una primera de las paredes de una forma que permita que se mitigue un esfuerzo mecánico en la primera pared por medio del movimiento de la primera pared esencialmente en el plano de la primera pared.
El documento US 22/24711 A1 da a conocer un modulador interferométrico (IMod) que es un dispositivo microelectromecánico para modular luz utilizando la interferencia. Se pueden determinar los colores de estos dispositivos de forma espacial, y se puede compensar su corrimiento de color inherente utilizando varios mecanismos de compensación óptica. Se pueden controlar la luminosidad, el direccionamiento y la excitación de IMods de una variedad de formas con un encapsulado apropiado y electrónica periférica que puede ser fijada y/o fabricada utilizando una de muchas técnicas. Los dispositivos pueden ser utilizados tanto en aplicaciones embebidas como en aplicaciones percibidas directamente, proporcionando estas múltiples modos de visualización al igual que una multitud de conceptos de productos que varían en tamaño desde microscópico hasta dimensiones arquitectónicas.
Sumario de la invención
En una realización, la invención proporciona un procedimiento para fabricar un dispositivo de sistemas microelectromecánicos. El procedimiento comprende fabricar una primera capa que comprende una película o película estructurada que tiene una respuesta electromecánica característica, y una respuesta óptica característica,
en el que la respuesta óptica característica es deseable y la respuesta electromecánica característica es poco deseable; y modificar la respuesta electromecánica característica de la primera capa manipulando la acumulación de la carga en la misma durante la activación del dispositivo de sistemas mlcroelectromecánlcos.
Breve descripción de los dibujos
Las Figuras 1 y 2 muestran un diagrama de bloques de un dispositivo de MEMS en un estado no accionado y en un estado accionado, respectivamente;
la Figura 3 muestra un gráfico de las tensiones de accionamiento y de desconexión para el dispositivo de MEMS de las Figuras 1 y 2;
la Figura 4 muestra una realización de una pila de película delgada para un dispositivo de MEMS, según una realización de la invención;
la Figura 5 muestra una curva de histéresis para un dispositivo de MEMS que incluye la pila de película delgada mostrada en la Figura 4 de los dibujos;
la Figura 6 muestra otra realización de una pila de película delgada para un dispositivo de MEMS;
la Figura 7 muestra una curva de histéresis para un dispositivo de MEMS que incluye la pila de película delgada
de la Figura 6 de los dibujos;
la Figura 8a muestra un diagrama de bloques de un sistema de flujo de fluido electrostático en un dispositivo de MEMS según una realización de la invención;
la Figura 8b muestra un dibujo esquemático del sistema de flujo de fluido de la Figura 8a que ilustra su principio de operación; y
la Figura 9 muestra otra realización de un dispositivo de MEMS según la invención.
Descripción detallada
Puede ser deseable una estructura o capa particular en un dispositivo de sistemas microelectromecánicos (MEMS) por su respuesta óptica a una entrada en forma de luz incidente, pero al mismo tiempo puede tener una respuesta electromecánica no deseable a una entrada en forma de una tensión de accionamiento o de excitación. La presente invención da a conocer técnicas para manipular o controlar la respuesta electromecánica de la estructura o capa, reduciendo al menos, de ese manera, la respuesta electromecánica no deseable.
Como ejemplo ilustrativo pero no limitante de un dispositivo de MEMS, considérese el dispositivo modulador de interferencias (IMOD) 1 mostrado en la Figura 1 de los dibujos. Con referencia a la Figura 1, puede verse que el dispositivo IMOD 1 ha sido simplificado mucho con fines ilustrativos, de forma que no se dificulte la comprensión de aspectos de la presente invención.
El dispositivo IMOD 1 incluye una capa transparente 12 y una capa reflectante 14 que está separada de la capa transparente 12 por un espacio 16 de aire. La capa transparente 12 está soportada sobre postes 18 y es desplazable electrostáticamente hacia la capa transparente 12 para cerrar, de ese modo, el espacio 16 de aire. Se utiliza un electrodo 2 que está conectado a un mecanismo 22 de excitación para provocar el desplazamiento electrostático de la capa reflectante 14. La Figura 1 muestra la capa reflectante 14 en una condición no excitada o no desplazada, mientras que la Figura 2 muestra la capa reflectante 14 en una condición excitada o desplazada. En general, se selecciona la capa reflectante 14 para producir una respuesta óptica deseada a la luz incidente cuando es puesta en contacto con la capa transparente 12. En un diseño de IMOD, la capa transparente 12 puede comprender SÍO2. El electrodo 2 y la capa transparente 12 están formados sobre un sustrato 24. El sustrato 24, el electrodo 2 y la capa transparente 12 sobre el mismo serán denominados "pila de película delgada".
Normalmente, se fabrica una pluralidad... [Seguir leyendo]
Reivindicaciones:
1. Un aparato (1) de MEMS, que comprende:
un sustrato (24, 42, 62);
un electrodo (2, 44, 64), en el que el electrodo (2, 44, 64) está ubicado sobre el sustrato (24, 44, 64); una capa transparente (12, 46, 68), estando ubicada la capa transparente (12, 46, 68) sobre el electrodo (2, 46, 68), y comprendiendo la capa transparente (12, 46, 68) SÍO2;
una capa (48, 7) de captura de carga, estando ubicada la capa (48, 7) de captura de carga sobre la capa transparente (12, 46, 68) e incluye un material que tiene una densidad de captura de carga para manipular la acumulación de la carga sobre la capa transparente (12, 46, 68), y en el que la capa (48, 7) de captura de carga sirve de capa barrera de ataque químico y es resistente a XeF2; un espacio (16) de aire, en el que el espacio (16) de aire está ubicado adyacente a la capa (48, 7) de captura de carga; y
una capa desplazable (14), siendo la capa desplazable (14) reflectante de la luz incidente.
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que la capa (48, 7) de captura de carga comprende AI2O3.
3. El aparato de la reivindicación 1, en el que el aparato (1) es un modulador interferométrico.
4. El aparato de la reivindicación 1, que comprende, además, una capa (66) que comprende AI2O3 ubicada entre
la capa transparente (12, 46, 68) que comprende Si2 y el electrodo (2, 44, 64).
5. El aparato de la reivindicación 1, en el que la capa desplazable (14) es desplazable electrostáticamente desde una condición no excitada en la que está separada de la capa transparente (12, 48, 68) por el espacio (16) de aire hasta una condición excitada en la que está cerrado el espacio (16) de aire.
6. Un procedimiento para fabricar un dispositivo (1) de MEMS, que comprende:
formar una capa (2, 44, 64) de electrodo sobre un sustrato (24, 42, 62);
formar una capa transparente (12, 46, 68) sobre la capa (2, 44, 64) de electrodo, comprendiendo la capa transparente (12, 46, 68) S¡C>2;
formar una capa (48, 7) de captura de carga sobre la capa transparente (12, 46, 68), en el que la capa (48, 7) de captura de carga incluye un material que tiene una densidad de captura de carga para manipular la acumulación de la carga sobre la capa transparente (12, 46, 68), y sirviendo la capa (48, 7) de captura de carga de capa barrera de ataque químico; y
exponer la capa (48, 7) de captura de carga a XeF2, en siendo la capa (48, 7) de captura de carga resistente a XeF2.
7. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la capa (48, 7) de captura de carga comprende AI2O3.
8. El procedimiento de la reivindicación 6, que comprende, además, formar una capa desplazable (14),
en el que la capa desplazable (14) está separada de la capa (48, 7) de captura de carga por un espacio (16) de aire.
9. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que el dispositivo (1) de MEMS es un modulador interferométrico.
1. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que la capa desplazable (14) es desplazable electrostáticamente desde una condición no excitada en la que está separada de la capa transparente (12, 48, 68) por el espacio (16) de aire hasta una condición excitada en la que se cierra el espacio (16) de aire.
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