用于多电极MEMS器件的系统和方法技术方案

本申请涉及用于多电极MEMS器件的系统和方法。根据一个实施例，一种MEMS换能器包括：定子；转子，与所述定子隔开；以及多电极结构，包括具有不同极性的电极。所述多电极结构形成在所述转子和所述定子中的一个上，并且被配置成在所述转子和所述定子之间产生排斥静电力。其它实施例包括相应的系统和装置，均被配置成执行相应实施例的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及微机电系统(MEMS)，而且在具体实施例中涉及用于多电极MEMS器件的系统和方法。
技术介绍
换能器将信号从一个域转换到另一域。例如，一些传感器是将物理信号转换成电信号的换能器。另一方面，一些换能器将电信号转换成物理信号。通用类型的传感器是压力传感器，其将压力差和/或压力变化转换成电信号。压力传感器具有许多应用，例如包括气压感测、海拔感测和天气监测。另一通用类型的传感器是将声信号转换成电信号的麦克风。基于换能器的微机电系统(MEMS)包括使用微加工技术生产的换能器家族。例如MEMS压力传感器或者MEMS麦克风的MEMS通过测量换能器物理状态的变化来从环境中收集信息，并传递信号以便通过连接到MEMS传感器的电子设备处理。MEMS器件可以通过与集成电路制作技术类似的微加工制作技术来制造。例如，MEMS器件可以被设计用作振荡器、谐振器、加速度计、陀螺仪、压力传感器、麦克风、微扬声器和/或微镜。许多MEMS器件使用电容性感测技术来将物理现象转换成电信号。在这些应用中，利用接口电路将传感器中的电容变化转换成电压信号。麦克风和微扬声器也可以被实现为包括可偏转隔膜和刚性背板的电容MEMS器件。对于麦克风，由于压力差造成的声信号使隔膜偏转。一般来说，隔膜的偏转造成隔膜和背板之间距离的变化，由此改变了电容。因此，麦克风测量到声信号并产生电信号。对于微扬声器，电信号以一定频率施加在背板和隔膜之间。电信号引起隔膜在所施加的电信号的频率下振荡，这改变了背板和隔膜之间的距离。在隔膜振荡时，隔膜的偏转造成周围介质中局部压力变化并且产生声信号即声波。在MEMS麦克风或微扬声器中以及在包括利用用于感测或激励的施加电压的可偏转结构的其它MEMS器件中，吸合(pull-in)或塌陷是常见问题。如果向背板和隔膜施加电压，则存在在偏转期间因为背板和隔膜移动得更为接近在一起而粘合的风险。两个板的粘合通常被称作吸合或塌陷，并且在某些情况下可以造成器件故障。一般是因为隔膜和背板之间的电压差造成的吸引力而发生塌陷，所述吸引力随着膈膜和背板之间距离的减少而迅速增加。
技术实现思路
根据一个实施例，一种MEMS换能器，包括：定子；转子，与所述定子隔开；以及多电极结构，包括具有不同极性的电极。所述多电极结构形成在所述转子和所述定子中的一个上，并且被配置成在所述转子和所述定子之间产生排斥静电力。其它实施例包括相应的系统和装置，均被配置成执行相应实施例的方法。附图说明为了更透彻地理解本专利技术及其优势，现在参照以下结合附图作出的描述，在附图中：图1图示了实施例的MEMS换能器系统的系统框图；图2a和2b图示了实施例的多电极元件的示意图；图3a、3b、3c、3d、3e和3f图示了实施例的多电极换能器的侧视示意图；图4a、4b、4c和4d图示了实施例的多电极换能器板的顶视示意图；图5图示了实施例的多电极换能器的透视横截面图；图6a、6b、6c、6d、6e、6f、6g、6h、6i、6j、6k和6l图示了实施例的多电极元件的横截面；图7a、7b、7c、7d和7e图示了实施例的MEMS声换能器的横截面；图8图示了实施例的形成MEMS换能器的方法的框图；图9a、9b和9c图示了实施例的形成多电极元件的方法的框图；以及图10a和10b图示了两个换能器的力曲线图。除非另外指示，否则在不同附图中的相应附图标记和符号一般表示相应的部件。附图被绘制用于清楚地图示出实施例的相关方面，而不一定按比例绘制。具体实施方式下面详细讨论各种实施例的制作和使用。然而，应理解此处描述的多个实施例可以在范围广泛的特定上下文中应用。所讨论的特定实施例仅仅是用以制作和使用各种实施例的特定方式的示例，而不应被认为限制本专利技术的范围。描述是关于特定上下文中的各种实施例来进行的，也就是麦克风换能器，更具体来说MEMS麦克风和MEMS微扬声器。此处描述的各种实施例中的一些实施例包括MEMS换能器系统、MEMS麦克风系统、偶极电极MEMS换能器、多极电极MEMS换能器以及用于各种多电极MEMS器件的制作工序。在其它实施例中，这些方面也可以被应用于涉及包括根据本领域已知的任意方式的可偏转结构的任意类型的换能器的其他应用。根据各种实施例，MEMS麦克风和MEMS微扬声器包括在隔膜、背板或者二者上的多个电极。在这样的实施例中，在MEMS声换能器的电容板中的一个或两个板上将间隔开的电极图案化。间隔开的电极和其它的电容板或者其他间隔开的电极被供给有电压，以便形成具有双极或多极模式的静电场。在这些电场中，隔膜和背板可以在一定距离吸引并且在其他距离排斥。因此，各种实施例包括能够施加吸引静电力和排斥静电力二者的MEMS声换能器。这些实施例的MEMS声换能器可以在更高的偏置电压工作并且具有塌陷或吸合的更低风险，带来改善的性能。根据各种实施例，形成多个类型的多电极结构。各种MEMS声换能器包括单和双背板MEMS麦克风和MEMS微扬声器。在进一步的实施例中，多电极结构可以形成在包括可偏转结构的其他类型的MEMS器件中，例如压力传感器、陀螺仪、振荡器、致动器等。图1图示了实施例的MEMS换能器系统100的系统框图，包括MEMS换能器102、专用集成电路(ASIC)104和处理器106。根据各种实施例，MEMS换能器102转换物理信号。在MEMS换能器102是致动器的实施例中，MEMS换能器102通过基于来自电信号的激励来移动可偏转结构而产生物理信号。在MEMS换能器102是传感器的实施例中，通过将造成偏转结构移动的物理信号进行转换并且产生电信号，MEMS换能器102产生电信号。在各种实施例中，如以下进一步描述的，MEMS换能器102包括产生双极型电场或多极电场的多电极可偏转结构。在各种实施例中，MEMS换能器102可以是MEMS麦克风。在其他实施例中，MEMS换能器102可以是MEMS微扬声器。在一些应用中，MEMS换能器102可以是感测和激励声信号的MEMS声换能器。例如，MEMS换能器102可以是用于例如超声换能器的高频应用的组合声传感器和致动器。在一些实施例中，电容MEMS麦克风可以包括具有比通常在电容MEMS微扬声器中发现的更小的表面积和间隔距离的隔膜和背板。在各种实施例中，ASIC104产生用于激励MEMS换能器102的电信号或者接收由MEMS换能器102产生的电信号。根据各种应用，ASIC104还可以向MEMS换能器102提供电压偏置或者电压驱动信号。在一些实施例中，ASIC104包括模数转换器(ADC)或者数模转换器(DAC)。处理器106与ASIC104接口连接，并且产生驱动信号或者提供信号处理。处理器106可以是专用换能器处理器，诸如用于MEMS麦克风的CODEC，或者可以是常规处理器，诸如微处理器。图2a和2b图示了实施例的多电极元件110和111的示意图。图2a图示了多电极元件110，其包括偶极电极114和电极112。根据各种实施例，偶极电极114可以形成在MEMS麦克风中的背板上，并且例如，电极112可以是MEMS麦克风中的隔膜。偶极电极114包括具有正极性的极点和具有负极性的极点。在这样的实施例中，正极性和负极性是相对彼此的电势。因此，正极性和负极性可以包括两个不同的关于地的正电压、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微机电系统(MEMS)换能器，包括：定子；转子，与所述定子间隔开；以及多电极结构，包括具有不同极性的电极，其中所述多电极结构：形成在所述转子和所述定子中的一个上，并且被配置成在所述转子和所述定子之间产生排斥静电力。

【技术特征摘要】
2015.08.04 US 14/818,0071.一种微机电系统(MEMS)换能器，包括：定子；转子，与所述定子间隔开；以及多电极结构，包括具有不同极性的电极，其中所述多电极结构：形成在所述转子和所述定子中的一个上，并且被配置成在所述转子和所述定子之间产生排斥静电力。2.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中：所述定子包括背板；所述转子包括隔膜；以及所述MEMS换能器是MEMS麦克风或MEMS微扬声器。3.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多电极结构包括第一多个偶极电极。4.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述转子包括所述第一多个偶极电极且所述定子包括导电层。5.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述定子包括所述第一多个偶极电极且所述转子包括导电层。6.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述定子包括所述第一多个偶极电极且所述转子包括第二多个偶极电极。7.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述第一多个偶极电极中的每个偶极电极包括形成在所述转子或定子的同一表面上的正极点和负极点。8.根据权利要求7所述的MEMS换能器，其中对于所述第一多个偶极电极中的每个偶极电极，所述正极点和所述负极点在所述转子或所述定子的同一表面上被形成为分层层叠并且通过绝缘层被隔开。9.根据权利要求7所述的MEMS换能器，其中对于所述第一多个偶极电极中的每个偶极电极，所述正极点和所述负极点间隔开地形成在所述转子或所述定子的同一表面上。10.根据权利要求9所述的MEMS换能器，其中所述第一多个偶极电极被形成为具有交替的正极点和负极点的同心电极。11.根据权利要求3所述的MEMS换能器，其中所述第一多个偶极电极中的每个偶极电极包括形成在第一表面上的正极点和形成在第二表面上的负极点，其中所述第一表面是所述第二表面的相对表面并且所述第一表面和所述第二表面都在所述转子或所述定子上。12.根据权利要求11所述的MEMS换能器，还包括绝缘层，所述绝缘层形成在所述第一表面和所述第二表面之间。13.根据权利要求11所述的MEMS换能器，还包括导电层，所述导电层被形成有绝缘层，所述绝缘层被形成在所述第一表面和所述导电层之间以及在所述第二表面和所述导电层之间。14.根据权利要求11所述的MEMS换能器，其中所述第一多个偶极电极被形成为在所述第一表面和所述第二表面上的同心电极。15.根据权利要求1所述的MEMS换能器，其中所述多电极结构包括由所述转子或所述定子的第一表面上的导电层形成的第一不连续电极，其中所述第一不连续电极包括多个第一同心电极部分，所述多个第一同心电极部分耦合到第一电极连接件且在所述多个第一同心电极部分的每个电极部分中包括间断。16.根据权利要求15所述的MEMS换能器，其中所述多电极结构还包括由在所述第一表面上的导电层形成的第二不连续电极；所述第二不连续电极包括多个第二同心电极部分，所述多个第二同心电极...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·巴曾，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE