Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора



Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора
Способ изготовления устройств на основе микроэлектромеханических систем, обеспечивающих регулирование воздушного зазора

 


Владельцы патента RU 2484007:

КВАЛКОММ МЕМС ТЕКНОЛОДЖИС, ИНК. (US)

Способ изготовления по меньшей мере двух типов электромеханических устройств, имеющих различные раскрепленные состояния после удаления временного слоя, состоит в следующем. Берут подложку, по меньшей мере на части подложки формируют первый электропроводящий слой. По меньшей мере на части первого электропроводящего слоя формируют первый временный слой. Поверх первого временного слоя формируют электропроводящие подвижные элементы, каждый из которых имеет деформируемый слой, выполненный с возможностью перемещения в зазоре после удаления указанного временного слоя. Поверх подложки формируют регуляторы прогиба, выполненные с возможностью поддерживания электропроводящих подвижных элементов после удаления первого временного слоя, при этом по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба соединена с частью деформируемого слоя подвижного элемента и расположена выше нее, так что указанная часть деформируемого слоя, соединенная по меньшей мере с одним регуляторов прогиба, расположена между указанным по меньшей мере одним регулятором прогиба и подложкой. Первый временный слой выполнен с возможностью удаления для раскрепления электромеханических устройств и формирования посредством регуляторов прогиба между первым электропроводящим слоем и подвижными элементами зазоров различной глубины. 9 н. и 22 з.п. ф-лы, 43 ил., 1 табл.

 

ПРЕДПОСЫЛКИ К СОЗДАНИЮ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Настоящее изобретение относится к микроэлектромеханическим системам, используемым в качестве интерферометрических модуляторов. В частности, настоящее изобретение относится к усовершенствованным способам изготовления микроэлектромеханических устройств, между подвижным элементом и подложкой которых выполнены зазоры различной величины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0002] Микроэлектромеханические системы (МЭМС) содержат микромеханические элементы, исполнительные механизмы-микроактюаторы и электронные схемы. Микромеханические элементы могут быть получены с использованием осаждения, травления и/или других процессов с микрообработкой, посредством которых части подложек и/или слои осажденного материала удаляют травлением или добавляют слои для формирования электрических или электромеханических устройств. Известно устройство на основе МЭМС, такое как интерферометрический модулятор. В настоящем описании терминами «интерферометрический модулятор» или «интерферометрический светомодулятор» обозначено устройство, которое выборочно поглощает и/или отражает свет, используя принципы оптической интерференции. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модулятор может содержать две проводящие пластины, по меньшей мере одна из которых может быть прозрачной и/или отражающей полностью или частично и может совершать относительное перемещение при подаче соответствующего электрического сигнала. В одном конкретном варианте реализации изобретения одна пластина может содержать зафиксированный слой, который осажден на подложку, а другая пластина может содержать металлическую перегородку, которая отделена от зафиксированного слоя воздушным зазором. Как более подробно описано далее, положение одной пластины относительно другой может влиять на оптическую интерференцию света, падающего на интерферометрический модулятор. Такие устройства имеют широкое применение, и использование и/или изменение характеристик устройств таких типов может быть полезным как в известных решениях, так и для усовершенствования существующих изделий и для создания новых изделий, еще не разработанных.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0003] В одном варианте реализации изобретения предложен способ изготовления по меньшей мере двух типов устройств на основе микроэлектромеханических систем, имеющих различные раскрепленные состояния после удаления временного материала, согласно которому берут подложку, по меньшей мере на части которой формируют первый электропроводящий слой, по меньшей мере на части которого формируют первый временный слой, поверх которого формируют электропроводящие подвижные элементы и поверх подложки формируют регуляторы прогиба, выполненные с возможностью поддерживания электропроводящих подвижных элементов после удаления временного слоя, причем первый временный слой выполнен с возможностью удаления для раскрепления устройств на основе микроэлектромеханических систем и формирования между первым электропроводящим слоем и подвижными элементами зазоров, имеющих по меньшей мере два размера.

[0004] В другом варианте реализации изобретения предложен способ изготовления по меньшей мере двух типов интерферометрических модуляторов, зазоры которых после удаления временного материала имеют различные глубины, согласно которому берут подложку, по меньшей мере на части которой формируют оптическую стопу, по меньшей мере на части которой, в свою очередь, формируют первый временный материал, выполненный с возможностью удаления для формирования зазоров, формируют второй электропроводящий слой на участках первого временного материала и формируют поверх подложки регуляторы прогиба по меньшей мере двух типов, выполненные с возможностью поддерживания второго электропроводящего слоя, при этом указанные по меньшей мере два типа регуляторов прогиба содержат элементы различных размеров, выполненные с возможностью формирования после удаления первого временного слоя зазоров различной глубины под участками второго электропроводящего слоя.

[0005] В другом варианте реализации изобретения предложено устройство на основе микроэлектромеханических систем, содержащее подложку, поверх которой расположены подвижные элементы, каждый из которых отделен от подложки зазором, и регуляторы прогиба, расположенные поверх подложки, выполненные с возможностью поддерживания подвижных элементов, при этом регуляторы прогиба содержат участки различных размеров для регулировки выбранных прогибов. Выбранные прогибы предназначены для формирования зазоров между подложкой и подвижными элементами, имеющими по меньшей мере два размера.

[0006] В другом варианте реализации изобретения предложен способ регулирования глубины зазора между двумя слоями устройства, содержащего по меньшей мере один пленочный слой, согласно которому берут подложку, по меньшей мере на части которой формируют временный слой, по меньшей мере на части которого, в свою очередь, формируют первый слой, а поверх подложки формируют по меньшей мере один регулятор прогиба, выполненный с возможностью поддерживания первого слоя и формирования после удаления временного слоя зазоров, глубина которых примерно по меньшей мере на 30% превышает глубину временного слоя, причем глубину измеряют перпендикулярно плоскости подложки.

[0007] В другом варианте реализации изобретения предложено нераскрепленное устройство на основе микроэлектромеханических систем, содержащее подложку, по меньшей мере на части которой расположен временный слой, подвижный элемент, расположенный поверх первого временного слоя, и по меньшей мере один регулятор прогиба, расположенный поверх подложки и выполненный с возможностью поддерживания подвижного элемента и формирования после удаления временного слоя зазора между подложкой и подвижным элементом, глубина которого примерно по меньшей мере на 30% превышает глубину временного слоя, причем глубину измеряют перпендикулярно подложке, а временный слой выполнен с возможностью удаления травлением.

[0008] В другом варианте реализации изобретения предложен способ регулирования глубины зазора между двумя слоями устройства, содержащего по меньшей мере один пленочный слой, согласно которому берут подложку, по меньшей мере на части которой формируют временный слой, причем временный слой выполнен с возможностью удаления травлением, по меньшей мере на части временного слоя формируют первый пленочный слой, а поверх подложки формируют по меньшей мере один регулятор прогиба, выполненный с возможностью поддерживания первого пленочного слоя и его смещения к подложке после удаления временного слоя.

[0009] В другом варианте реализации изобретения предложено нераскрепленное устройство но основе микроэлектромеханических систем, содержащее подложку, по меньшей мере на части которой сформирован временный слой, подвижный элемент, расположенный поверх первого временного слоя, и по меньшей мере один регулятор прогиба, расположенный поверх подложки и выполненный с возможностью поддерживания подвижного элемента и его смещения к подложке после удаления временного слоя, причем временный слой выполнен с возможностью удаления травлением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0010] Фиг.1 - трехмерное изображение участка одного из вариантов реализации интерферометрического модуляционного дисплея, в котором подвижный отражающий слой первого интерферометрического модулятора находится в релаксационном положении, а подвижный отражающий слой второго интерферометрического модулятора находится в активированном положении.

[0011] Фиг.2 - принципиальная схема одного из вариантов реализации электронного устройства, содержащего интерферометрический модуляционный дисплей с конфигурацией 3×3.

[0012] Фиг.3 - график зависимости положения подвижного зеркала от приложенного напряжения в примере реализации интерферометрического модулятора, изображенного на фиг.1.

[0013] Фиг.4 иллюстрирует набор напряжений строк и столбцов, которые могут быть использованы для приведения в действие интерферометрического модуляционного дисплея.

[0014] Фуг.5А иллюстрирует пример кадра данных, отображаемых на интерферометрическом модуляционном дисплее с конфигурацией 3×3, изображенном на фиг.2.

[0015] Фиг.5В иллюстрирует пример временной диаграммы сигналов строк и столбцов, которые могут быть использованы для записи кадра, показанного на фиг.5А.

[0016] На фиг.6А и 6В показаны принципиальные схемы одного из вариантов реализации устройства визуального представления данных, содержащего интерферометрические модуляторы.

[0017] Фиг.7А - сечение устройства, показанного на фиг.1.

[0018] Фиг.7В - сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0019] Фиг.7С - сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0020] Фиг.7D - сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0021] Фиг.7Е - сечение еще одного варианта предлагаемого интерферометрического модулятора.

[0022] Фиг.8 - блок-схема, которая описывает операции способа изготовления интерферометрического модулятора.

[0023] На фиг.9A-9G представлены схематические сечения, поясняющие операции способа изготовления интерферометрического модулятора, содержащего поддерживающие структуры.

[0024] На фиг.10A-10D представлены схематические сечения, поясняющие операции способа изготовления интерферометрического модулятора, содержащего заклепочные поддерживающие структуры.

[0025] Фиг.11 - блок-схема способа изготовления интерферометрического модулятора с регуляторами прогиба.

[0026] Фиг.12А-12К сечения еще одних вариантов реализации интерферометрических модуляторов с разными регуляторами прогиба, изготовленных способом, поясняемым на фиг.11.

[0027] Фиг.13A-13F иллюстрируют результаты аналитических исследований, которые показывают влияние изменения характеристик регуляторов прогиба на прогиб поддерживаемого слоя после раскрепления устройства.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0028] Приведенное ниже подробное описание относится к некоторым конкретным вариантам реализации изобретения. Однако имеется множество других способов его реализации. В настоящем описании даются ссылки на чертежи, причем на всех чертежах одинаковые элементы имеют одинаковые обозначения. Из приведенного ниже описания следует, что варианты изобретения могут быть реализованы в любом устройстве, выполненном с возможностью вывода на дисплей изображения, движущегося (например, видео) или неподвижного (например, статического) и текстового или графического. В частности, предполагается, что варианты изобретения могут быть реализованы в различных электронных устройствах или объединены с различными электронными устройствами, такими, помимо прочего, как мобильные телефоны, беспроводные устройства, персональные электронные ассистенты (PDA), карманные или портативные компьютеры, GPS-приемники/навигаторы, фотокамеры, МР3-плейеры, видеокамеры, игровые приставки, наручные часы, обычные часы, калькуляторы, телевизионные мониторы, плоские панельные дисплеи, компьютерные мониторы, дисплеи автомобильных приборов (например, дисплей счетчика пробега), приборы управления и/или дисплеи кабины самолета, дисплеи обзорных камер (например, дисплей камеры заднего обзора в транспортном средстве), электронные фотографии, электронные информационные щиты или вывески, проекционные установки, архитектурные конструкции, упаковка, художественные конструкции (например, вывод на дисплей изображений на ювелирных изделиях). Устройства на основе МЭМС со структурой, схожей с описанной здесь, также можно использовать без дисплея, например, в электронных переключающих устройствах.

[0029] В одном из вариантов реализации изобретения раскрыт способ изготовления устройств на основе МЭМС с регуляторами прогиба, расположенными поверх подложки. Регуляторы прогиба выполнены с возможностью поддержки электропроводящих подвижных элементов и создания определенных прогибов при удалении временного слоя. Временный слой удаляют для раскрепления устройств на основе МЭМС и формирования зазоров по меньшей мере двух размеров. Регуляторы прогиба могут как увеличивать, так и уменьшать размер зазора. В результате многократные операции осаждения, нанесения маски и травления могут быть заменены меньшим количеством этих операций, что приводит к экономии времени и средств при изготовлении устройств на основе МЭМС.

[0030] Один вариант реализации интерферометрического модуляционного дисплея, содержащего интерферометрический дисплейный элемент на основе МЭМС, изображен на фиг.1. В этих устройствах пикселы могут находиться в светлом или темном состоянии. В светлом («включенном», или «открытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю значительную часть видимого падающего света. В темном («выключенном», или «закрытом») состоянии дисплейный элемент отражает пользователю незначительную часть видимого падающего света. В зависимости от варианта реализации изобретения отражающие свойства «включенного» и «выключенного» состояний могут быть изменены на противоположные. Пикселы на основе МЭМС могут быть выполнены с возможностью преимущественного отражения определенного цветового спектра, благодаря чему возможен вывод на дисплей выбранных цветов помимо черного и белого.

[0031] На фиг.1 представлено трехмерное изображение двух смежных пикселов в ряде пикселов дисплея, каждый из которых содержит интерферометрический модулятор на основе МЭМС. В некоторых вариантах реализации изобретения интерферометрический модуляционный дисплей содержит матрицу из строк и столбцов указанных интерферометрических модуляторов. Каждый интерферометрический модулятор содержит два отражающих слоя, которые расположены на изменяемом и регулируемом расстоянии друг от друга, образуя полость оптического резонатора, выполненную с возможностью изменения по меньшей мере по одной координате. В одном варианте реализации изобретения один из отражающих слоев может быть перемещен в одно из двух положений. В первом положении, релаксационном, подвижный отражающий слой расположен на относительно большом расстоянии от зафиксированного частично отражающего слоя. Во втором положении, активированном, подвижный отражающий слой расположен ближе к частично отражающему слою и является смежным с ним. В зависимости от положения подвижного отражающего слоя падающий свет может подвергаться конструктивной или деструктивной интерференции, в результате чего каждый пиксел может быть в полностью отражающем состоянии или не отражающем состоянии.

[0032] Изображенная на фиг.1 часть матрицы пикселей содержит два смежных интерферометрических модулятора 12а и 12b. Подвижный отражающий слой 14а левого интерферометрического модулятора 14а находится в релаксационном положении и расположен на заданном расстоянии от оптической стопы 16а, которая содержит частично отражающий слой. Подвижный отражающий слой 14b правого модулятора 12b показан в активированном положении и является смежным с оптической стопой 16b.

[0033] Стопы 16а и 16b (именуемые собирательно оптической стопой 16) по существу содержат несколько сплавленных слоев, в число которых могут входить электродный слой, состоящий, например, из смешанного оксида индия и олова (IТО), частично отражающий слой, состоящий, например, из хрома, и прозрачный диэлектрик. Таким образом, стопа 16 является электропроводящей, частично прозрачной и частично отражающей, и может быть изготовлена, например, путем осаждения по меньшей мере одного из указанных выше слоев на прозрачную подложку 20. Частично отражающий слой может быть сформирован из различных материалов, являющихся частично отражающими, такими как различные металлы, полупроводники и диэлектрики. Частично отражающий слой может быть сформирован из одного слоя материала или из нескольких слоев, каждый из которых может быть сформирован из одного материала или из комбинации материалов.

[0034] В некоторых вариантах реализации изобретения на слоях оптической стопы сформирован рельеф в виде параллельных полос с образованием строковых электродов в дисплейном устройстве, как описано ниже. Подвижные слои 14а, 14b могут быть сформированы в виде ряда параллельных полос по меньшей мере одного металлического слоя (перпендикулярного строковым электродам 16а и 16b), осажденного на верхнюю часть опор 18, с промежуточным временным материалом, осажденным между опорами 18. После удаления травлением временного материала подвижные слои 14а, 14b отделены заданным зазором 19 от стоп 16а, 16b. Для получения отражающих слоев 14 можно использовать материал, обладающий высокими проводящими и отражающими свойствами, например, алюминий, а полученные полосы могут образовывать в дисплейном устройстве столбцовые электроды.

[0035] Когда электрическое напряжение не приложено, между подвижным отражающим слоем 14а и оптической стопой 16а остается зазор 19, а подвижный отражающий слой 14а находится в механически релаксационном состоянии, как показано на примере пикселя 12а на фиг.1. Однако когда к выбранным строке и столбцу приложена разность потенциалов, конденсатор, образованный в соответствующем пикселе на пересечении электродов строки и столбца, становится заряженным, и электростатические силы сближают электроды. Если напряжение достаточно высоко, то слой 14 деформируется и прижимается к стопе 16. Диэлектрический слой (не показан), находящийся внутри стопы 16, может предотвращать закорачивание и контролировать расстояние между слоями 14 и 16, как показано на примере правого пиксела 12b (фиг.1). Описанный характер действий одинаков при любой полярности приложенной разности потенциалов. Таким образом, активация строки/столбца, с помощью которой можно переводить пикселы в отражающее и неотражающее состояние, во многом аналогична соответствующим процессам в жидкокристаллических и других дисплеях.

[0036] Фиг.2-5В иллюстрируют пример процесса и системы, предназначенной для использования матрицы интерферометрических модуляторов в дисплеях.

[0037] На фиг.2 показана принципиальная схема одного варианта электронного устройства, в котором могут быть реализованы некоторые аспекты изобретения. Предлагаемое электронное устройство содержит процессор 21, который может представлять собой одно- или многокристальный универсальный микропроцессор, такой как ARM, Pentium®, Pentium II®, Pentium III®, Pentium IV®, Pentium® Pro, 8051, MIPS®, Power PC®, ALPHA® или любой микропроцессор специального назначения, такой как цифровой сигнальный процессор, микроконтроллер или программируемая матрица логических элементов. Как и в известных решениях, процессор 21 может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одного программного модуля. Помимо выполнения операционной системы, процессор может быть выполнен с возможностью выполнения по меньшей мере одного программного приложения, включая веб-браузер, телефонное приложение, программу для работы с электронной почтой или любое другое программное приложение.

[0038] В одном варианте реализации изобретения процессор 21 также выполнен с возможностью взаимодействия с матричным формирователем 22. В одном варианте реализации изобретения формирователь 22 содержит схему 24 формирователя строк и схему 26 формирователя столбцов, при этом эти схемы подают сигналы на дисплейную матрицу или панель 30. На фиг.2 линиями 1-1 обозначена линия разреза матрицы, показанной на фиг.1. В протоколе активации строк и столбцов интерферометрических модуляторов на основе МЭМС могут использоваться гистерезисные свойства указанных устройств (фиг.3). В этом случае для деформации подвижного слоя и перевода его из релаксационного состояния в активированное состояние может потребоваться, например, разность потенциалов, равная 10В. Однако при уменьшении напряжения относительно этого значения подвижный слой сохраняет свое состояние. В примере реализации изобретения, изображенном на фиг.3, подвижный слой не становится релаксационным полностью до тех пор, пока напряжение не упадет ниже 2В. Таким образом, в примере, изображенном на фиг.3, имеется область поданного напряжения, приблизительно от 3В до 7В, при котором устройство стабильно в релаксационном или активированном состоянии. В настоящем описании этот диапазон называется «гистерезисной областью», или «областью стабильности». Для дисплейной матрицы, имеющей гистерезисные характеристики, показанные на фиг.3, протокол активации строк и столбцов может быть разработан таким образом, что во время стробирования строки к тем ее пикселам, которые необходимо активировать, подают разность напряжений приблизительно 10В, а к тем пикселам, которые необходимо перевести в релаксационное состояние, разность напряжений, близкую к нулю. После стробирования к пикселам подают постоянную разность напряжений приблизительно 5В, так что они остаются в том состоянии, в которое были приведены при стробировании строки. В данном примере после осуществления записи к каждому пикселу подают разность потенциалов, которая находится в «области стабильности» (от 3В до 7В). Это позволяет стабилизировать конструкцию пикселов (фиг.1) при условии подачи одного и того же напряжения в существующем перед этим активированном или релаксационном состоянии. Поскольку каждый пиксел интерферометрического модулятора, в активированном или релаксационном состоянии, по существу представляет собой конденсатор, образованный зафиксированным и подвижным отражающими слоями, указанное стабильное состояние может быть сохранено при напряжении, значение которого находится в гистерезисной области, почти без рассеивания мощности. Если поданный потенциал имеет постоянное значение, то в пикселе нет тока.

[0039] Обычно дисплейный кадр может быть создан путем задания группы столбцовых электродов в соответствии с требуемой группой активированных пикселов в первой строке. После этого к электроду строки 1 подают строковый импульс, который активирует пикселы, соответствующие линиям заданных столбцов. Затем заданную группу столбцовых электродов изменяют, так что они соответствуют требуемой группе активированных пикселов во второй строке. Далее к электроду строки 2 подают импульс, который активирует соответствующие пикселы в строке 2 в соответствии с заданными столбцовыми электродами. Пикселы строки 1 не испытывают влияния импульса строки 2 и остаются в том же состоянии, в которое они были переведены во время импульса строки 1. Для получения кадра описанные действия могут быть выполнены последовательно для всех рядов строк. Обновление и/или коррекцию кадра как правило осуществляют новыми отображаемыми данными путем непрерывного повторения этого процесса с определенным количеством кадров в секунду. Кроме того, известно большое количество протоколов для управления строковыми и столбцовыми электродами пиксельных матриц с целью получения дисплейных кадров. Все эти протоколы могут быть использованы совместно с настоящим изобретением.

[0040] На фиг.4, 5А и 5B изображен возможный вариант протокола активации для создания дисплейного кадра в матрице 3×3, которая показана на фиг.2. На фиг.4 показаны возможные уровни столбцовых и строковых напряжений, которые могут быть использованы для пикселов, характеризующихся гистерезисными кривыми фиг.3. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.4, для активации пиксела к соответствующему столбцу подают напряжение -Vbias, а к соответствующей строке напряжение +ΔV, которые могут быть равны -5В и +5В соответственно. Релаксация пиксела выполняется подачей к соответствующему столбцу напряжения +Vbias, а к соответствующей строке аналогичного напряжения +ΔV, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов. В тех строках, где сохраняют нулевое напряжение, пикселы находятся в стабильном состоянии, независимо от того, какое напряжение подано на столбец: +Vbias или -Vbias. Как показано на фиг.4, также могут быть использованы напряжения, полярность которых противоположна полярности напряжений, указанных выше. Например, для активации пиксела к соответствующему столбцу может быть приложено напряжение +Vbias, а к соответствующей строке напряжение -ΔV. В этом варианте реализации изобретения релаксацию пиксела выполняют подачей на соответствующий столбец напряжения -Vbias, а на соответствующую строку аналогичного напряжения -ΔV, благодаря чему на концах пиксела создается нулевая разность потенциалов.

[0041] На фиг.5В изображена временная диаграмма, показывающая последовательность строковых и столбцовых сигналов, подаваемых на матрицу 3×3 (фиг.2) для получения дисплейной конфигурации, показанной на фиг.5Д, в которой активированные пикселы являются неотражающими. Перед записью кадра, показанного на фиг.5Д, пикселы могут находиться в любом состоянии, а в данном примере напряжение на всех строках равно нулю, а напряжение на всех столбцах составляет +5В. При таких напряжениях все пикселы стабильны в имеющихся активированных или релаксационных состояниях.

[0042] В кадре, показанном на фиг.5А, пикселы (1, 1), (1, 2), (2, 2), (3,2) и (3, 3) активированы. Для этого в течение «времени передачи» для строки 1 на столбцы 1 и 2 подают напряжение -5В, а на столбец 3 напряжение +5В. При этом состояние пикселов не изменяется, т.к. напряжение на всех пикселах остается в области стабильности от 3В до 7В. Далее выполняют стробирование строки 1 с помощью импульса, который увеличивается от 0В до 5В, а затем снова падает до нуля. Это приводит к активации пикселов (1, 1), (1, 2) и релаксации пиксела (1, 3). При этом другие пикселы в матрице не испытывают воздействия. Для приведения строки 2 в необходимое состояние на столбец 2 подают напряжение -5В, а на столбцы 1 и 3 напряжение +5В. Посредством аналогичного стробирования строки 2 активируют пиксел (2, 2) и переводят пикселы (2, 1) и (2, 3) в релаксационное состояние. И вновь, другие пикселы не испытывают воздействия. Строку 3 обрабатывают аналогичным образом путем подачи на столбцы 2 и 3 напряжения -5В, а на столбец 1 напряжения +5В. Посредством стробирования строки 3 ее пикселы оказываются в состоянии, показанном на фиг.5А. После записи кадра потенциалы строк равны нулю, а потенциалы столбцов могут иметь значения +5В или -5В. При этом изображение на дисплее (фиг.5А остается стабильным. Аналогичный порядок действий может быть использован для матриц, которые состоят из десятков или сотен строк и столбцов. Распределение временных интервалов, последовательность действий и уровни напряжений, которые используют для активации строк и столбцов, могут быть любыми в рамках общих принципов, описанных выше. Указанные случаи являются лишь примерами, и в описываемых способах и системах могут быть использованы любые способы активации напряжением.

[0043] На фиг.6А и 6B изображены принципиальные схемы варианта реализации дисплейного устройства 40. Устройство 40 может представлять собой, например, сотовый или мобильный телефон. Однако аналогичные компоненты устройства 40 или их незначительно измененные варианты могут служить примером при описании различных типов дисплейных устройств, таких как телевизионные приемники и портативные медиа-плейеры.

[0044] Устройство 40 содержит корпус 41, дисплей 30, антенну 43, динамик 45, устройство 48 ввода данных и микрофон 46. Корпус 41, по существу, сформирован по любой из известных технологий, в том числе с помощью литья под давлением и вакуумного формования. Кроме того, корпус 41 может быть выполнен из любого материала, в том числе, помимо прочего, пластмассы, металла, стекла, резины и керамики или их сочетаний. В одном варианте корпус 41 содержит съемные части (не показаны), которые могут быть заменены другими съемными частями, имеющими иной цвет или содержащими иные логотипы, изображения или символы.

[0045] В рассматриваемом примере дисплей 30 устройства 40 может представлять собой любой из дисплеев, в том числе бистабильный дисплей, который описан в тексте настоящей заявки. В других вариантах реализации понятие дисплей 30 включает плоскопанельный дисплей, например плазменный, электролюминесцентный, светодиодный, жидкокристаллический дисплей с матрицей пассивных скрученных нематических элементов или жидкокристаллический дисплей тонкопленочной технологии, упомянутый выше, или неплоскопанельный дисплей, например с электронно-лучевой или иной трубкой, известный специалистам. Однако при описании настоящего варианта изобретения понятие дисплей 30 включает интерферометрический модуляционный дисплей.

[0046] На фиг.6В схематически изображены компоненты одного варианта реализации устройства 40, которое содержит корпус 41 и может содержать дополнительные компоненты, которые по меньшей мере частично заключены в корпус. Например, в одном варианте реализации изобретения устройство 40 содержит сетевой интерфейс 27, в состав которого входит антенна 43, соединенная с приемопередатчиком 47. Приемопередатчик 47 соединен с процессором 21, который, в свою очередь, соединен с преобразующими аппаратными средствами 52, которые могут быть выполнены с возможностью модифицирования сигнала (например, его фильтрации). Средства 52 соединены с динамиком 45 и микрофоном 46. Процессор 21 также соединен с устройством 48 ввода и контроллером 29 формирователя. Контроллер 29 соединен с буфером 28 кадра и с матричным формирователем 22, который, в свою очередь, соединен с дисплейной матрицей 30. Источник 50 питания обеспечивает необходимое питание всех компонентов устройства 40.

[0047] Интерфейс 27 содержит антенну 43 и приемопередатчик 47, благодаря которым устройство 40 может взаимодействовать по меньшей мере с одним устройством в сети. В одном варианте реализации изобретения интерфейс 27 может также иметь технические возможности для облегчения работы процессора 21. Антенна 43 представляет собой любую известную антенну для передачи и приема сигналов. В одном из вариантов реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом IEEE 802.11, в том числе IEEE 802,11 (a), (b) или (g). В другом варианте реализации изобретения антенна передает и принимает радиосигналы в соответствии со стандартом BLUETOOTH. Антенны сотовых телефонов выполнены с возможностью приема сигналов стандартов множественного доступа с кодовым разделением (CDMA), глобальной системы мобильной связи (GSM), усовершенствованной службы мобильной телефонной связи (AMPS) или других известных сигналов, которые используют для передачи сообщений в беспроводных сотовых телефонных сетях. Приемопередатчик 47 выполняет предварительную обработку сигналов, получаемых от антенны 43. Предварительно обработанные сигналы могут быть приняты процессором 21 для дальнейшей обработки. Приемопередатчик 47 также выполняет обработку сигналов, получаемых от процессора 21, после чего они могут быть переданы от устройства 40 через антенну 43.

[0048] В альтернативном варианте реализации изобретения приемопередатчик 47 может быть заменен приемником. В другом варианте реализации изобретения интерфейс 27 может быть заменен видеоисточником, который может хранить или генерировать видеоданные, предназначенные для отправки процессору 21. Видеоисточником, например, может быть цифровой видеодиск (DVD) или накопитель на жестком диске, который содержит видеоданные, или программный модуль, который генерирует видеоданные.

[0049] Процессор 21, как правило, управляет работой всего устройства 40. Процессор 21 принимает данные, такие как сжатые видеоданные от интерфейса 27 или видеоисточника, и выполняет их обработку с получением из них исходных видеоданных или преобразованием их в формат, в котором их несложно обработать для получения исходных видеоданных. После этого процессор 21 отправляет обработанные данные на контроллер 29 или в буфер 28 для хранения. Исходные данные обычно содержат информацию, которая идентифицирует характеристики каждой области изображения. К указанным характеристикам могут относиться, например, цвет, насыщенность и уровень полутонов.

[0050] В одном варианте реализации изобретения процессор 21 содержит микроконтроллер, центральный процессор или логическое устройство для управления работой устройства 40. Средства 52, как правило, содержат усилители и фильтры для передачи сигналов на динамик 45 и для приема сигналов от микрофона 46. Средства 52 могут быть выполнены в форме отдельных компонентов в устройстве 40 или могут быть встроены в процессор 21 или другие компоненты.

[0051] Контроллер 29 принимает исходные видеоданные, генерируемые процессором 21, непосредственно от него или из буфера 28, и соответствующим образом переформатирует исходные видеоданные для их высокоскоростной передачи на формирователь 22. В частности, контроллер 29 переформатирует исходные видеоданные в поток данных, формат которого подобен растровому, при этом скорость переформатирования пригодна для выполнения развертки на матрице 30. После этого контроллер 29 отправляет отформатированную информацию формирователю 22. Несмотря на то что контроллер 29 (например, контроллер жидкокристаллического дисплея) часто бывает связан с процессором 21 в виде отдельной интегральной схемы, такие контроллеры могут быть выполнены множеством способов. Они могут быть встроены в процессор 21 в форме аппаратных средств, программных средств или могут быть полностью интегрированы в аппаратные средства с формирователем 22.

[0052] Обычно формирователь 22 принимает отформатированную информацию от контроллера 29 и переформатирует видеоданные в параллельный ряд волновых сигналов, которые подаются множество в секунду на сотни, а иногда и тысячи проводников, выходящих из матрицы х-y пикселов дисплея.

[0053] В одном варианте реализации изобретения контроллер 29, формирователь 22 и матрица 30 пригодны для любого типа дисплеев, описываемых в настоящей заявке. Например, в одном варианте реализации изобретения контроллер 29 представляет собой контроллер обычного дисплея или бистабильного дисплея (например, контроллер интерферометрического модулятора). В другом варианте реализации изобретения формирователь 22 представляет собой обычный драйвер или драйвер бистабильного дисплея (например, интерферометрического модуляционного дисплея). В одном варианте реализации изобретения контроллер 29 объединен с формирователем 22. Такой вариант реализации изобретения является типовым для высокоинтегрированных систем, таких как сотовые телефоны, наручные часы и другие устройства с дисплеями небольших размеров. В другом варианте реализации изобретения матрица 30 представляет собой матрицу обычного дисплея или матрицу бистабильного дисплея (например, дисплея, содержащего матрицу интерферометрических модуляторов).

[0054] Устройство 48 позволяет пользователю управлять работой устройства 40. В одном варианте реализации изобретения устройство 48 содержит клавиатуру, такую как клавиатура QWERTY или телефонную клавиатуру, кнопку, переключатель, сенсорный экран, мембрану, чувствительную к воздействию давления или тепла. В одном варианте реализации изобретения устройством ввода данных устройства 40 является микрофон 46. При использовании микрофона 46 для ввода данных пользователь с помощью голосовых команд может управлять работой устройства 40.

[0055] Источник 50 может содержать различные известные устройства хранения энергии. Например, в одном варианте реализации изобретения источник 50 представляет собой перезаряжаемую батарею, такую как никель-кадмиевая батарея или ионная литиевая батарея. В другом варианте реализации изобретения источник 50 представляет собой возобновляемый источник энергии, конденсатор или солнечную батарею, в том числе пластмассовую солнечную батарею и светочувствительную краску. В другом варианте реализации изобретения источник 50 выполнен с возможностью получения энергии из сетевой розетки.

[0056] В некоторых вариантах реализации изобретения возможность изменять управляющую программу реализована, как указывалось выше, в контроллере формирователя, который может быть расположен в нескольких местах электронной дисплейной системы. В некоторых случаях возможность изменять управляющую программу реализована в формирователе 22. Описанная выше оптимизация может быть реализована при любом количестве аппаратных и/или программных компонентов и при различных конфигурациях.

[0057] Элементы конструкции интерферометрических модуляторов, которые работают в соответствии с принципами, описанными выше, могут быть различными. Например, на фиг.7А-7Е изображены пять различных вариантов реализации слоя 14 и поддерживающих его конструкций. На фиг.7А изображено сечение варианта реализации изобретения, показанного на фиг.1, в котором полоса металлического материала 14 осаждена на проходящие перпендикулярно опоры 18. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7В, подвижный отражающий слой 14 закреплен на опорах лишь по краям и поддерживается с помощью соединительных элементов 32. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7С, слой 14 подвешен к деформируемому слою 34, который может содержать гибкий металл. Слой 34 по периметру соединен, прямо или не прямо, с подложкой 20. Указанные соединения в тексте настоящей заявки называются поддерживающими структурами. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, имеются опорные вставки 42, на которых лежит деформируемый слой 34. Подвижный отражающий слой 14 оказывается подвешенным над зазором, как на фиг.7А-7С, однако в этом случае поддерживающие опоры образованы не за счет заполнения деформируемым слоем 34 отверстий между слоем 34 и оптической стопой 16. В этом случае опоры сформированы из материала, подвергшегося планаризации, из которого выполняют вставки 42. Вариант реализации изобретения, изображенный на фиг.7Е, основан на варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7D, но он также может быть адаптирован для работы с любым из вариантов реализации изобретения, показанным на фиг.7А-7С, а также с другими, не показанными вариантами реализации изобретения. В варианте реализации изобретения, изображенном на фиг.7Е, использован дополнительный слой металла или другого проводящего материала для получения шинной структуры 44. Такая структура дает возможность выполнять сигнальную разводку на тыльной стороне интерферометрических модуляторов, при этом исключается необходимость использования нескольких электродов и, следовательно, их формирования на подложке 20.

[0058] В вариантах реализации изобретения, таких как изображенные на фиг.7, интерферометрические модуляторы функционируют как устройства прямого видения, в которых визуальные объекты видны с лицевой стороны прозрачной подложки 20, являющейся стороной, противоположной той, на которой размещен сам модулятор. В этих вариантах реализации изобретения отражающий слой 14 оптически закрывает некоторые участки интерферометрического модулятора своей стороной, которая противоположна подложке 20, включая деформирующий слой 34. Благодаря этому можно конфигурировать и производить действия над закрытыми областями без отрицательного воздействия на качество изображения. Такое закрытие позволяет использовать шинную структуру 44 (фиг.7Е), обеспечивающую возможность разделения оптических и электромеханических характеристик модулятора, таких как адресация и перемещения, ей обусловленные. Такая разделенная архитектура позволяет осуществлять выбор конструкции и материалов, используемых для обеспечения необходимых электромеханических и оптических свойств модулятора, и осуществлять их функционирование независимо друг от друга. Кроме того, варианты реализации изобретения, изображенные на фиг.7С-7Е, имеют дополнительные преимущества, обусловленные тем, что оптические свойства отражающего слоя 14 не связаны с его механическими свойствами, причем механические функции выполняются деформирующим слоем 34. Благодаря этому имеется возможность оптимизировать конструкцию и материалы слоя 14 в отношении оптических свойств и оптимизировать конструкцию и материалы слоя 34 в отношении требуемых механических свойств.

[0059] Фиг.8 - блок-схема, которая описывает операции способа 800 изготовления интерферометрического модулятора. Эти операции могут быть выполнены в процессе изготовления, например, основных видов интерферометрических модуляторов, показанных на фиг.1 и 7, наряду с другими операциями, которые на фиг.8 не показаны. Согласно фиг.1, 7 и 8 процесс 800 начинают выполнением операции 805 формирования на подложке 20 оптической стопы 16. Подложка 20 может быть выполнена прозрачной, например, из стекла или пластмассы и подвергнута предварительной подготовительной операции или операциям, например, очистке, которые упрощают эффективное формирование оптической стопы 16. Как было рассмотрено выше, оптическая стопа 16 является электропроводящей, частично прозрачной и частично отражающей, и может быть изготовлена, например, путем осаждения на прозрачную подложку 20 по меньшей мере одного слоя. В некоторых вариантах реализации изобретения слои нанесены в виде параллельных полос и могут образовывать в дисплейном устройстве строковые электроды. В некоторых вариантах реализации изобретения оптическая стопа 16 содержит изолирующий или диэлектрический слой, осажденный по меньшей мере на один металлический слой (например, отражающий и/или проводящий слои).

[0060] Согласно фиг.8, процесс 800 продолжают выполнением операции 810 формирования временного слоя на оптической стопе 16. Как будет рассмотрено ниже, временный слой затем удаляют (например, при выполнении операции 825) с формированием зазора 19, в связи с чем в образованном в результате интерферометрическом модуляторе 12, показанном на фиг.1, 7, временный слой не показан. Формирование временного слоя на оптической стопе 16 может включать в себя осаждение материала, который может быть удален травлением XeF2, например, молибдена, или аморфного кремния, причем толщину этого материала выбирают из условия обеспечения, после последующего удаления, заданного размера зазора 19. Осаждение временного материала осуществляют с помощью стандартных технологий, например, с помощью нанесения покрытия осаждением паров (например, напылением), плазменно-химического осаждения из паровой или газовой фазы, термохимического осаждения из паровой или газовой фазы, либо центрифугирования.

[0061] Как показано на фиг.8, процесс 800 продолжают выполнением операции 815 формирования поддерживающей структуры, например, опоры 18, показанной на фиг.1, 7, или заклепки, которая будет рассмотрена ниже. Формирование опоры 18 (см. фиг.1, 7 и 9) может включать в себя следующие операции: формирование рельефа временного слоя для формирования отверстия поддерживающей структуры, осаждение в отверстие материала (например, полимера или диоксида кремния) для формирования опоры 18 с использованием таких методов осаждения, как, например, плазменно-химическое осаждение из паровой или газовой фазы, термохимическое осаждение из паровой или газовой фазы, центрифугирование. В некоторых вариантах реализации изобретения отверстие поддерживающей структуры, сформированное во временном слое, проходит как через временный слой, так и через оптическую стопу 16 до нижележащей подложки 20, так что нижняя часть опоры 18 соприкасается с подложкой 20, как показано на фиг.7А.

В других вариантах реализации изобретения отверстие, сформированное во временном слое, проходит через временный слой, но не проходит через оптическую стопу 16. Например, как показано на фиг.7С, нижняя часть опорных вставок 42 соприкасается с оптической стопой 16. Более подробное описание других вариантов реализации изобретения, в которых предусмотрено формирование опор и заклепок, представлено далее.

[0062] Как показано на фиг.8, процесс 800 продолжают выполнением операции 820 формирования подвижного отражающего слоя, например подвижного отражающего слоя 14, показанного на фиг.1 и 7. Для формирования слоя 14 выполняют по меньшей мере одну операцию осаждения, например, осаждение отражающего слоя (например, алюминия, алюминийсодержащего сплава), наряду с формированием по меньшей мере одного рельефа, нанесением маски, и/или травлением. Как рассмотрено выше, подвижный отражающий слой 14 обычно является электропроводящим, поэтому он может быть назван в данном описании электропроводящим слоем. Поскольку в частично изготовленном интерферометрическом модуляторе при выполнении операции 820 процесса 800 все еще присутствует временный слой, то на этом этапе подвижный отражающий слой 14 обычно является зафиксированным. Частично изготовленный интерферометрический модулятор, который содержит временный слой, здесь и далее может именоваться в данном описании «нераскрепленным» интерферометрическим модулятором.

[0063] Как показано на фиг.8, процесс 800 продолжают выполнением операции 825 формирования зазора, например, зазора 19, как показано на фиг.1 и 7. Формирование зазора 19 выполняют путем воздействия на временный материал (осажденный при выполнении операции 810) травильным средством. Подвергающийся травлению временный материал, например, молибден или аморфный кремний, можно удалить сухим химическим травлением, например, путем воздействия на временный слой газообразным или парообразным травильным средством, например, парами твердого дифторида ксенона (XeF2) в течение времени, достаточного для удаления заданного количества материала, относящегося к структурам, окружающим зазор 19. Также могут быть использованы и другие способы травления, например жидкостное и/или плазменное травление. Поскольку временный слой удаляют в течение операции 825 процесса 800, то подвижный отражающий слой 14 становится подвижными после выполнения этой операции. Получившийся после удаления временного материала, полностью или частично изготовленный, интерферометрический модулятор, здесь и далее может именоваться «раскрепленным» интерферометрическим модулятором.

[0064] В другом варианте реализации изобретения поддерживающие структуры могут принимать форму опорных структур (например, опор 18 на фиг.1 и 7), расположенных под подвижным слоем. Пример изготовления интерферометрического модулятора, содержащего поддерживающие опоры, пояснен со ссылкой на фиг.9A-9G. В различных вариантах реализации изобретения изготовление интерферометрического модулятора включает в себя формирование оптической стопы на подложке, которая может быть светопропускающей, а в других вариантах реализации изобретения подложка является прозрачной. Оптическая стопа может содержать проводящий слой, образующий на подложке или возле нее электродный слой; частично отражающий слой, который отражает часть падающего света, но позволяет некоторому количеству света достичь других компонентов элемента интерферометрического модулятора; и диэлектрический слой, изолирующий нижележащий электродный слой от других компонентов интерферометрического модулятора. На фиг.9А показана прозрачная подложка 100, на которую нанесен проводящий слой 102 и частично отражающий слой 104. На частично отражающий слой 104 нанесен диэлектрический слой 106.

В некоторых вариантах реализации изобретения проводящий слой 102 является прозрачным и содержит смешанный оксид индия и олова, частично отражающий слой 104 содержит полуотражающий слой металла, такого как хром (Сr), а диэлектрический слой 106 содержит диоксид кремния (SiO2).

В качестве диэлектрического слоя может быть выбрана стопа, которая содержит SiO2 и Аl2О3. В некоторый момент в ходе этого процесса формируют рельеф по меньшей мере проводящего слоя 102 (не показано) с целью образования строковых электродов, используемых для адресного обращения к строке интерферометрических модуляторов. В одном варианте реализации изобретения формирование рельефа выполняют после нанесения проводящего и частично отражающего слоев 102 и 104, но до нанесения диэлектрического слоя 106. Комбинация слоев 102, 104, и 106 именуется здесь оптической стопой 110 и для удобства может быть показана на последующих чертежах в виде отдельного слоя. Следует отметить, что состав оптической стопы 110 может варьироваться по числу слоев и компонентам этих слоев, а рассмотренные выше слои приведены только для примера.

[0065] Формирование рельефа и травление, рассматриваемые здесь в контексте изобретения, могут выполняться различными способами. Используемые травильные средства могут быть средствами сухого или влажного травления, а также изотропными или анизотропными. Подходящие средства сухого травления содержат, помимо прочего: SF6/O2, СНF3/O2, SF2/O2, CF4/O2 и NF32. В общем случае эти травильные средства подходят для травления по меньшей мере SiOx, SiNx, SiOxNy, стекла, полученного методом центрифугирования, твердого покрытия Nissan и ТаОх, однако другие материалы также можно подвергать травлению аналогичным образом. Материалы, стойкие по меньшей мере к одному из этих травильных средств и содержащие, помимо прочего, Al, Cr, Ni и Аl2О3, могут использоваться в качестве барьерных слоев при травлении. Кроме того, в описанных здесь процессах могут быть использованы средства влажного травления, содержащие, помимо прочего, буферный травильный раствор для оксидов (PAD), буферный раствор плавиковой кислоты (BHF), гидроксид калия (КОН), а также фосфорную кислоту. В целом эти средства могут быть изотропными, но им может быть придана анизотропность вследствие использования реактивного ионного травления ионизацией травильных реагентов и нанесением полученных ионов на подложку. Формирование рельефа может включать в себя нанесение слоя фоторезиста (позитивного или негативного), который затем используют для формирования маски. В другом варианте может использоваться твердая маска. В других вариантах реализации изобретения твердая маска может содержать металл или SiNx, однако состав твердой маски может зависеть от нижележащих материалов, подлежащих травлению, и селективности используемого травильного средства. Обычно рельеф в твердой маске формируют с использованием слоя фоторезиста, который затем удаляют, а твердую маску используют для травления нижележащего слоя. Использование твердой маски может быть особенно полезным при влажном травлении, либо при обработке посредством маски при условии, что сама фоторезистная маска не может оказывать какого-либо воздействия (при высоких температурах или при использовании травильных средств на основе кислорода). Слои также можно удалить другими способами, такими как травление с использованием золы или обратная литография.

[0066] На фиг.9В показан слой 112 временного материала, нанесенный на оптическую стопу 110. В одном варианте реализации изобретения, этот временный слой 112 содержит молибден, тогда как в других - временный слой 112 может содержать другие материалы, такие как, например, аморфный кремний (а-Si). На фиг.9С показан слой 112, в котором сформировали рельеф и который подвергли травлению с образованием отверстий 114, которые соответствуют местоположениям опорных или поддерживающих областей. Эти отверстия 114 выполняют преимущественно суживающимися для облегчения непрерывного и конформного нанесения вышележащих слоев.

[0067] На фиг.9D показано, что поверх временного слоя 114, в котором образован рельеф, наносят слой 118 опорного материала, так что слой 118 также покрывает боковые стенки и основание отверстий 114. В некоторых вариантах реализации изобретения слой 118 опорного материала может включать в себя нитрид кремния (SiNx), либо SiO2, хотя может быть использовано множество других материалов. На фиг.9Е показано, что в слое 118 сформирован рельеф и его подвергли травлению для формирования опор 120. Из фиг.9Е видно, что кромки опор 120 в предпочтительном варианте реализации изобретения сужаются, что наряду с суживающимися или наклонными боковыми стенками отверстий 114 упрощает непрерывное и конформное нанесение вышележащих слоев.

[0068] На фиг.9F показано, что поверх опор 120 и открытых участков временного слоя 112 наносят высокоотражающий слой 122. Затем поверх высокоотражающего слоя 122 наносят механический слой 124. Для удобства высокоотражающий слой 122 и механический слой 124 могут именоваться в последующих чертежах деформируемым отражающим слоем 130 (см. фиг.9G), в случае, если слой 124 нанесен непосредственно поверх слоя 122. В других вариантах реализации изобретения деформируемый отражающий слой 130 может содержать один слой, имеющий заданные оптические и механические свойства. Например, механические или подвижные слои для механических переключателей не обязательно должны содержать отражающие слои. Поскольку временный слой 112 все еще присутствует на этом этапе процесса 200, то механический слой или деформируемый отражающий слой 130 на этом этапе обычно еще зафиксирован. Частично изготовленное устройство 135 на основе МЭМС, например, частично изготовленный интерферометрический модулятор, который содержит временный слой (слой 112 в данном варианте изобретения), здесь и далее может именоваться в данном описании «нераскрепленным» устройством на основе МЭМС.

[0069] На фиг.9G показан результат раскрепляющего травления, выполненного для удаления временного слоя 112 с образованием элемента 140 интерферометрического модулятора, имеющего интерферометрический зазор 19, в котором может перемещаться деформируемый отражающий слой 130 для изменения цвета, отраженного элементом 140 раскрепленного интерферометрического модулятора. До раскрепляющего травления в деформируемом отражающем слое 130 формируют рельеф с образованием столбцов (не показаны), а затем в нем может быть сформирован рельеф с образованием травильных отверстий (не показаны), облегчающих доступ к временному слою при раскрепляющем травлении.

[0070] В другом варианте реализации изобретения, поддерживающие структуры могут быть сформированы в виде заклепочных структур, нанесенных поверх механического или деформируемого отражающего слоя. Процесс формирования заклепочных структур рассмотрен в тексте описания со ссылкой на фиг.10A-10D. Один из вариантов реализации изобретения включает в себя операции, показанные на фиг.9А-9С. Из фиг.10А видно, что поверх временного слоя 112, в котором образован рельеф, наносят механический слой или деформируемый отражающий слой 130, так что этот слой 130 покрывает боковые стенки и основание суживающихся отверстий 114.

[0071] Из фиг.10В видно, что заклепочный слой 142 наносят поверх деформируемого отражающего слоя 130. Заклепочный слой 142 может содержать, например, SiO2, SiNx, или Ni, хотя может быть использовано множество других материалов. Затем, как видно из фиг.10С, на заклепочном слое формируют рельеф и подвергают его травлению с образованием заклепочных структур 150. Поскольку временный слой 112 все еще присутствует на этом этапе процесса 200, то механический слой или деформируемый отражающий слой 130 на этом этапе обычно еще зафиксирован. Частично изготовленное устройство 135 на основе МЭМС, например, частично изготовленный интерферометрический модулятор, который содержит временный слой (слой 112 в данном варианте изобретения), здесь и далее может именоваться в данном описании «нераскрепленным» устройством на основе МЭМС. На фиг.10D показано, что временный слой 112 был удален посредством раскрепляющего травления, обеспечивающего перемещение деформируемого отражающего слоя 130 в интерферометрическом зазоре 19 раскрепленного интерферометрического модулятора 140.

[0072] Следует отметить, что сочетание опор 120 (фиг.9G) и заклепок 150 (фиг.10D) может обеспечить дополнительную поддержку. Например, заклепки 150 могут быть сформированы в некоторых местах внутри интерферометрического модулятора, а опоры 120 могут быть сформированы в других, либо заклепки 150 могут быть сформированы поверх опор 120.

[0073] В процессе, иллюстрируемом на фиг.9A-9G, видно, что временный слой 112 подвергают травлению для формирования неорганической опоры 120 (см. фиг.9Е), а поддерживающую опору 120 аналогично подвергают раскрепляющему травлению, приводящему к удалению временного слоя 112 (см. фиг.9G). Если в технологический процесс не внесены изменения, то материал поддерживающих опор 118 подвергают избирательному травлению относительно временного материала, и наоборот. Кроме того, даже при наличии травильных средств, способных осуществлять избирательное травление одного материала относительно другого, предпочтение, по другим причинам, может быть отдано другим неизбирательным травильным средствам.

[0074] Наличие несбалансированных напряжений внутри поддерживающих структур и механического слоя может привести к их прогибу. В ряде случаев, эти несбалансированные напряжения возникают в результате собственных напряжений материалов, формирующих поддерживающие структуры и механический слой, и зависят от материалов, из которых состоят эти слои. Дополнительным источником несбалансированных напряжений являются несоответствие между коэффициентами теплового расширения двух различных материалов, рабочая температура устройства на основе МЭМС, модули упругости материалов и условия осаждения материалов. Если соседние слои имеют различные коэффициенты теплового расширения, то прогиб может быть результатом не только относительного изменения размеров соседних слоев, а суммарный прогиб может варьироваться в зависимости от рабочей температуры. Поскольку такой прогиб изменит высоту интерференционного зазора, и, следовательно, повлияет на цвет, отраженный элементом интерферометрического модулятора, желательно учитывать этот прогиб в процессе изготовления элементов интерферометрического модулятора с различными высотами зазоров.

В одном варианте реализации изобретения вместо многократного нанесения временного материала, что обеспечивает различные высоты зазора, наносят временный слой с одним значением толщины, и при этом опоры и/или заклепки обладают различными прогибами, что обеспечивает получение различных высот зазора после раскрепления интерферометрических модуляторов.

[0075] На фиг.11 представлена блок-схема, поясняющая операции процесса изготовления устройства, например, устройства на основе МЭМС, имеющего зазор. Эти операции могут иметься в процессе изготовления, например, основных видов интерферометрических модуляторов, показанных на фиг.1 и 7, наряду с другими операциями, которые на фиг.11 не показаны. Многие операции процесса, который поясняет фиг.11, подобны операциям, схематично представленным на фиг.9 и 10. Процесс, поясняемый на фиг.11, может быть использован при изготовлении устройств на основе МЭМС, например, различных нераскрепленных и раскрепленных интерферометрических модуляторов, приведенных на фиг.12А-12К. Устройства, приведенные на фиг.12, включают регуляторы прогиба, позволяющие получить интерферометрические зазоры различной высоты при выполнении меньшего количества операций осаждения, нанесения маски и травления. Согласно фиг.9, 10, 11 и 12, процесс 200 начинают выполнением операции 205, во время которой берут подложку 100. В одном варианте реализации изобретения подложка 100 может содержать любой прозрачный материал, например, стекло или пластик.

[0076] Процесс 200 продолжают выполнением операции 210 формирования на подложке 100 первого электропроводящего слоя 102, как это показано на фиг.9А. В качестве первого электропроводящего слоя 102 может быть выбрана однослойная или многослойная структура.

[0077] Процесс 200 продолжают выполнением операции 215 формирования по меньшей мере одного другого слоя, например, частично отражающего слоя 104, и диэлектрического слоя 106 поверх по меньшей мере части электропроводящего слоя 105, как это показано на фиг.9А. Комбинация слоев 102, 104 и 106 именуется оптической стопой 110 (фиг.9В и 12).

[0078] Процесс 200 продолжают выполнением операции 220 формирования временного слоя 112, как это показано на фиг.9B. Один временный слой формируют между деформируемым отражающим слоем 130 (например, включающем в себя высокоотражающий слой 122 и механический слой 124) и оптической стопой 110 (фиг.9, 10 и 12А-12Н). В интерферометрических модуляторах, изображенных на фиг.12I, 12J и 12К, при выполнении операции 225 первый временный слой 112А формируют на оптической стопе 110 до формирования подвижного отражающего слоя 14 (в т.ч. и высокоотражающего слоя 122). В вариантах реализации изобретения, представленных на фиг.12I, 12J и 12К, подвижный отражающий слой 14 можно рассматривать в качестве подвижного элемента, который подвешен поверх подложки механическим слоем 34. Без потери общности термин подвижный элемент здесь и далее будет использован в настоящем изобретении для описания любого подвижного элемента устройства на основе МЭМС, например, подвижного или деформируемого отражающего слоя 130, (фиг.9 и 10), любого из подвижных отражающих слоев 14, 14а или 14b (фиг.1 и 7) или подвижных элементов 14 (фиг.121, 12J и 12К). Формирование подвижного элемента 14 осуществляют осаждением, с последующим формированием рельефа и травлением. После формирования подвижного элемента 14 на него осаждают второй временный слой 112В. Последующее формирование рельефа и травление второго временного слоя 112В (или одного временного слоя 112) может быть выполнено для формирования отверстий 114 поддерживающей структуры (фиг.9С и 10А), а также отверстий для крепления механического слоя 34 к подвижному элементу 14 (фиг.12). В предпочтительном варианте реализации изобретения при формировании временного слоя 112 (или 112А) между подвижным отражающим элементом 14 (фиг.12) и подложкой или деформируемым отражающим слоем 130 (фиг.9 и 10) и подложкой выполняют только одно осаждение.

[0079] В одном из вариантов реализации интерферометрического модулятора осаждение временного слоя выполняют с целью формирования, после последующего удаления этого слоя, интерферометрического зазора толщиной от примерно 1000А до примерно 5000А между подвижным слоем 14 или деформирующим отражательным слоем 130 и оптической стопой 16 (фиг.1, 7 и 12).

[0080] В примерах реализации изобретения с двойным временным слоем, изображенных на фиг.12I, 12J и 12К, процесс 200 продолжают выполнением операции 230 формирования механического слоя 34 поверх по меньшей мере части временного слоя 112B и по меньшей мере части подвижного элемента 14. В варианте реализации изобретения с одним временным слоем (фиг.9 и 10) механический слой 34 заменяют механическим слоем 124, сформированным поверх высокоотражающего слоя 122. Механические слои 34 и 124 могут состоять из одного и того же или различных материалов.

[0081] Процесс продолжают выполнением операции 235, в ходе которой формируют регуляторы прогиба. В ходе процесса 200, указанного на фиг.11, формируют несколько регуляторов прогиба, имеющих различные размеры для получения, после удаления временного слоя, зазоров с различными размерами. В другом варианте реализации изобретения регулятор прогиба формируют для получения зазора, требуемый размер которого больше или меньше размера зазора до удаления временного слоя. Регуляторы прогиба, например, опоры и/или заклепочные структуры, вызывают смещение перегородки, к которой прикреплены регуляторы прогиба (например, деформируемый отражающий слой 130), после удаления временного слоя (слоев) 112. Более подробное описание некоторых регуляторов прогиба приведено ниже.

[0082] Как показано на фиг.10G, процесс 200 продолжают выполнением операции 240 удаления временного слоя 112 (например, травлением) для формирования зазора 19. Удаление временных слоев может быть осуществлено, например, с помощью травильных средств, таких как XeF2, F2 или HF, взятых в отдельности, либо их сочетаний. В предпочтительном варианте реализации изобретения по существу весь временный слой 112 удаляют путем травления. В одном из вариантов реализации изобретения зазор 19 представляет собой интерферометрический зазор между оптической стопой 110 и деформируемым отражающим слоем 130. После формирования зазора 19 полученное устройство на основе МЭМС, например, интерферометрический модулятор, находится в "раскрепленном" состоянии.

[0083] Далее рассмотрены некоторые примеры регуляторов прогиба, которые могут быть сформированы при выполнении операции 235 процесса 200. Например, на фиг.12 представлено нераскрепленное устройство, например, интерферометрический модулятор, который включает опоры 120, выступающая часть, обозначенная размером 122, которых по существу параллельна подложке 100 и деформируемому отражающему слою 130. Временный слой 112 имеет толщину 126, измеренную перпендикулярно подложке 100 и оптической стопе 110. На фиг.12В представлено устройство после удаления временного слоя 112, в результате которого сформировался зазор 19. Раскрепленное устройство, представленное на фиг.12В, имеет толщину зазора 128А, измеренную перпендикулярно подложке 100 и оптической стопе 110. В данном примере глубина зазора между раскрепленным деформируемым слоем 130 и оптической стопой 110 (поз.128А) заметно превышает глубину нераскрепленного зазора 126 (фиг.12А). Разность глубин зазоров вызвана прогибом, регулируемым сложными напряжениями опор 120 и деформируемого отражающего слоя 130.

[0084] На фиг.12С приведен второй пример нераскрепленного устройства, являющийся интерферометрическим модулятором, который включает в себя опоры 120, выступающая часть, обозначенная размером 124, которых по существу параллельна подложке 100 и деформируемому отражающему слою 130. В этом устройстве временный слой 112 имеет примерно ту же толщину, 126, измеренную перпендикулярно подложке 100 и оптической стопе 110, что и устройство, приведенное на фиг.12А. Тем не менее перекрытие 124 (фиг.12С) превышает перекрытие 122 (фиг.12А). Перекрытия 122 и 124 опор 120 являются результатом рассмотренных выше и показанных на фиг.9Е операций формирования рельефа и травления. На фиг.12D представлено устройство, показанное на фиг.12С, после удаления временного слоя 112, формирующего зазор 19. Раскрепленное устройство, представленное на фиг.12D, имеет глубину зазора 128В, измеренную перпендикулярно подложке 100 и оптической стопе 110. В данном примере глубина зазора между раскрепленным деформируемым слоем 130 и оптической стопой 110 (поз.128В) заметно превышает глубину нераскрепленного зазора 126 (фиг.12А и 12С) и превышает глубину раскрепленного зазора 128А (фиг.12В). Разность глубин зазоров вызвана прогибом, регулируемым сложными напряжениями опор 120, имеющими перекрытие 124 в сравнении с перекрытием 122 на фиг.12А, и деформируемого отражающего слоя 130.

[0085] На фиг.12Е и 12G представлены примеры устройств, в которых регуляторы прогиба содержат заклепки 150 (рассмотренные выше и представленные на фиг.10), расположенные выше деформируемого отражающего слоя 130. Заклепки 150 на фиг.12Е имеют меньшую перекрывающуюся (или выступающую) часть по сравнению с заклепками 150, представленными на фиг.12G (см. размеры 123 и 125). В этом примере, глубина 127 временного слоя 112 практически одинакова в обоих устройствах. Однако после раскрепления устройств глубины соответствующих зазоров могут значительно различаться (глубина 129А на фиг.12F и глубина 129В на фиг.12Н).

[0086] На фиг.12I, 12J и 12К представлены примеры нераскрепленных интерферометрических модуляторов с различными опорными структурами 120, регулирующими прогиб, и заклепочными структурами 150. На фиг.121 представлены заклепочные структуры 150, расположенные выше механического слоя 34, и опорные структуры, расположенные ниже механического слоя 34, причем заклепки 150 и опоры 120 имеют равные перекрытия. Заклепочные структуры 150, представленные на фиг.12J, имеют гораздо меньшее перекрытие, чем опорные структуры 120, которые имеют большее перекрытие. На фиг.12К представлено устройство, в котором заклепочные структуры имеют значительно большее перекрытие, чем опорные структуры 120.

[0087] В процессе изготовления интерферометрических модуляторов после раскрепления устройства (см. фиг.12В и 12D) наблюдались прогибы вверх, равные примерно 500 А или меньше. Тем не менее прогибы вниз подвижных отражающих слоев после раскрепления устройства (см. фиг.12F и 12I), как правило, никогда не происходят. Меняя размер и/или материал, который содержат регуляторы прогиба, например, опоры и/или заклепки, можно получить повышенный прогиб перегородок вверх и/или вниз. Например, нанесение более тонких опорных и/или заклепочных слоев может вызвать меньший прогиб вверх или больший прогиб вниз. Формирование регуляторов прогиба из более твердых материалов может привести к меньшему прогибу. Уменьшение напряжения при растяжении в вышерасположенном регуляторе прогиба, например, заклепке, позволяет уменьшить прогиб вверх. Уменьшение напряжения при растяжении в нижерасположенном регуляторе прогиба, например, опоре, позволяет увеличить прогиб вверх.

Напряжения при растяжении стремятся уменьшить часть устройства, в которой они возникают. Напротив, напряжения при сжатии стремятся увеличить часть устройства, в которой они возникают. Изменение размеров опор 120 и/или заклепок 150, а также замена материалов, из которых выполнены опоры 120 и/или заклепки 150, позволяет получить весьма различные глубины раскрепленного зазора. Изменение размеров и/или свойств материала рассмотренных выше регуляторов прогиба позволяет получить прогиб вверх или вниз в пределах следующих примерных промежутков: от 50 до 100 Å, от 100 до 150 Å, от 150 до 200 Å, от 200 до 250 Å, от 250 до 300 Å, от 300 до 350 Å, от 350 до 400 Å, от 400 до 450 Å, от 450 до 500 Å, от 500 до 550 Å, от 550 до 600 Å, от 600 до 650 Å, от 650 до 700 Å, от 700 до 750 Å, от 750 до 800 Å, от 800 до 850 Å, от 850 до 900 Å, от 900 до 950 Å, от 950 до 1000 Å, от 1000 до 1050 Å, от 1050 до 1100 Å, от 1100 до 1150 Å, от 1150 до 1200 Å или более. Кроме того, возможно увеличение или уменьшение этих диапазонов примерно на 5, 10, 15, 20 и 25 Å.

[0088] Приведенные в данном описании способы регулирования глубины зазора устройств на основе МЭМС могут оказывать положительный эффект при изготовлении различных устройств, включая устройства на основе МЭМС с зазорами, например, интерферометрические модуляторы. Например, в таблице 1 приведены результаты серии экспериментов, в ходе которых в интерферометрических модуляторах с одинаковыми глубинами нераскрепленного временного слоя были выполнены различные перекрытия опорных структур. Перекрытия опорных структур, подобные перекрытиям 122 и 124, представленным на фиг.12А и 12С, соответственно, варьировались от 1 до 3 микрон для пикселов интерферометрического модулятора с размерами 222 микрона на 222 микрона. Толщина временного слоя в ходе этих экспериментов составляла примерно 1150А. После раскрепления интерферометрических модуляторов глубина неподвижного зазора (измеренная перпендикулярно подложке) между подвижным элементом и оптической стопой значительно менялась.

Таблица 1
перекрытие опоры (мкм) глубина неподвижного зазора (Å)
1,0 1400
2,0 1775
2,5 2000
3,0 2200

[0089] Относительно небольшие изменения перекрытия опоры привели к более чем 50% изменению фиксированной глубины зазора (см. таблицу 1). За счет упомянутого изменения размеров или материалов стоек и/или заклепок можно получить даже еще большие изменения.

Использование в экспериментах опорных структур привело к увеличению размера зазора за счет наличия в них напряжения при растяжении (см. фиг.12В и 12D). Однако за счет использования заклепочных структур и/или сочетания опорных и заклепочных структур также можно достичь уменьшения или прогиба деформируемого отражающего слоя (см. фиг.12F и 12Н). Как было рассмотрено выше, для интерферометрических модуляторов желательно, чтобы глубины зазоров составляли от 1000 до 5000 Å. Для модулирования видимого света предпочтительным является диапазон размеров зазоров от 2000 до 4000 Å, в то время как меньшие и/или большие размеры зазора могут быть использованы для модулирования гиперспектрального излучения, ультрафиолетового излучения и/или инфракрасного излучения. Может быть достигнуто увеличение глубины зазора пределах от 30% до 40%, от 40% до 50%, от 50% до 60%, от 60% до 70%, от 70% до 80%, от 80% до 90%, от 90% до 100% или более. Кроме того, возможно увеличение или уменьшение этих диапазонов примерно на 1%, 2%, 3%, 4% и 5%.

[0090] Кроме рассмотренных выше экспериментов, которые продемонстрировали влияние различных конструкций регуляторов прогиба на глубину зазора, также были проведены аналитические исследования, в ходе которых были смоделированы эксперименты и доказано наличие дополнительной возможности регулирования глубины зазора. На фиг.13A-13F приведены результаты аналитических исследований, которые показывают влияние изменения характеристик регуляторов прогиба на прогиб поддерживаемого слоя после раскрепления устройства. Используемые при исследованиях аналитические уравнения моделируют влияния механических напряжений, как при растяжении, так и при сжатии, возникающих в различных заклепочных и/или опорных структурах в сочетании с напряжениями, возникающими в слое, который они поддерживают. Смоделированные напряжения, возникающие в опорных структурах и в поддерживаемом слое, представляют напряжения, зависящие от условий, при которых сформированы различные слои. Напряжения при сжатии, обозначаемые в исследованиях отрицательными уровнями механических напряжений, стремятся увеличить часть устройства, в которой они возникают. Напряжения при растяжении, обозначаемые в исследованиях положительными уровнями механических напряжений, стремятся уменьшить часть устройства, в которой они возникают. Исследования были проведены при различных сочетаниях опор и/или заклепочных структур. В ходе исследований также моделировали влияние диапазонов заданных размеров и/или характеристик различных частей конструкций регуляторов прогиба на результирующий прогиб. К анализируемым размерам и характеристикам структур регулятора прогиба отнесли толщину слоя, длину перекрытия и уровень механического напряжения различных частей устройства. При проведении анализа опоры и/или заклепки регулятора прогиба, а также поддерживающий слой были смоделированы в виде консольных балок. Структуры, используемые при проведении анализа, являются типичными представителями любого из ряда устройств, включая, помимо прочего, устройства на основе МЭМС, светомодулирующие устройства, а также любое устройство, содержащее по меньшей мере один тонкий слой пленки, с зазором между одним из тонких слоев пленки и подложкой и/или между двумя тонкими слоями пленки.

[0091] Результаты, которые приведены на фиг.13A-13F, будут рассмотрены со ссылкой на фиг.12, где представлены варианты интерферометрических модуляторов. Необходимо отметить, что интерферометрический модулятор - это пример устройства, которое может быть смоделировано с использованием рассмотренных в настоящем описании аналитических методов, а другие устройства могут быть также проанализированы и изготовлены с использованием различных методов, описанных выше.

[0092] Устройство, проанализированное в первом примере, содержит деформируемый отражающий слой 130 никеля толщиной 1000 Å, измеренной перпендикулярно подложке 100. Слой никеля был смоделирован при наличии напряжения при растяжении, равном 400 МПа, которое является характерным для уровня напряжений этого вида, возникающих при типовых условиях осаждения. Устройство также содержит окисную опорную структуру 120 толщиной 2000 Å, измеренной перпендикулярно подложке. Окисные опорные структуры, которые были смоделированы в ходе анализа, содержат SiO2. Опорная структура перекрывает слой 130 на 3 мкм, измерение перекрытия показано на фиг.12А и 12С размерами 122 и 124. Моделирование опорной структуры было выполнено с напряжением при сжатии, равным -400 МПа. Устройство также содержит окисную заклепочную структуру 150, толщина которой (измеренная перпендикулярно подложке) составляет 1000 Å (фиг.13А) и меняется по горизонтальной оси (фиг.13В). Заклепочная структура перекрывает слой 130 на 3 мкм, измерение перекрытия показано на фиг.12Е и 12G размерами 123 и 125. Результаты анализа заклепочной структуры, механическое напряжение которой меняется по горизонтальной оси и составляет - 400 МПа, приведены на фиг.13В. На фиг.13А и 13В приведены результирующие прогибы после раскрепления временного слоя 112, приводящего к возникновению зазора 19 слоя 130. Положительные значения прогиба представляют собой прогибы в направлении от подложки 100 (см. фиг.12В и 12D). Отрицательные значения прогиба представляют собой прогибы в направлении подложки 100 (фиг.12F и 12H).

[0093] Из фиг.13А видно, что при повышенном напряжении при сжатии (более отрицательные значения) прогиб меньше, на что указывает примерный прогиб чуть более 300 Å при механическом напряжении окисного заклепочного слоя, равном -500 МПа. По мере уменьшения напряжения при сжатии до нуля, прогибы становятся все больше, на что указывает прогиб более 800 Å при механическом напряжении, равном 0 МПа. За счет формирования заклепочных структур с напряжениями при растяжении (положительные напряжения) можно получить еще большие значения прогибов. Причина, по которой на фиг.13А все прогибы положительные (на расстоянии от подложки), заключена в том, что сложное напряжение окисной опоры, равное -400 МПа, и напряжение деформируемого отражающего слоя, равное 400 МПа, оба влияют на положительный прогиб, который проанализированные уровни напряжения окисного заклепочного слоя не преодолевают. Меньшие значения прогиба, в т.ч. и отрицательные значения, могут быть получены несколькими способами, включая приложение более отрицательных уровней напряжения при сжатии заклепочного слоя, уменьшение толщины сжатой опоры, уменьшение напряжения при сжатии опоры, уменьшение толщины сжатой опоры, увеличение толщины сжатого заклепочного слоя, уменьшение длины перекрытия сжатой опоры, увеличение длины перекрытия сжатого заклепочного слоя, а также и другими известными способами. Все эти способы направлены на уменьшение энергетических уровней частей устройства, способствующих прогибам вверх (например, сжатой опоры 120 и растянутого деформируемого отражающего слоя 130) и/или увеличение энергетических уровней частей устройства, способствующих прогибам вниз (например, сжатой заклепки 150).

[0094] Из фиг.13В видно, что по мере увеличения толщины сжатой заклепки 150 (увеличение энергии, способствующей прогибу вниз), прогиб после раскрепления временного слоя 112 уменьшается, а при толщинах заклепочного слоя более 2000 Å даже принимает отрицательные значения.

[0095] В следующем примере используют опору 120 толщиной 2000 Å с напряжением при сжатии, равным -400 МПа, заклепку 150 толщиной 1000 Å с напряжением при сжатии, равным 400 МПа, и деформируемый отражающий слой 130 никеля толщиной 1000 Å с напряжением при растяжении, равным 400 МПа. Длины перекрытия опоры 120 (см. фиг.12А и 12С, размеры 122 и 124) и заклепки 150 (см. фиг.12Е и 12G, размеры 123 и 125) равны и варьируются в диапазоне примерно от 2 до 6 мкм. На фиг.13С приведены примерные прогибы деформируемого отражающего слоя 130 после раскрепления временного слоя 112. Увеличение длин перекрытия опоры 120 и заклепки 150 приводит к увеличению прогиба от подложки 100. Также как и в рассмотренных выше случаях, сжатая опора 120 и растянутый деформируемый отражающий слой 130 способствуют прогибам вверх, а сжатая заклепка 150 способствует прогибу вниз. В этом случае, суммарные энергии слоя 130 и опоры 120 превосходят энергию заклепки 150, и все прогибы являются положительными. За счет изменения длин перекрытия опоры 120 и заклепки 150 примерно от 2 до 6 мкм, можно варьировать прогиб слоя 130 примерно от 200 до 1700 Å.

[0096] На фиг.13D показаны прогибы деформируемого отражающего слоя 130, после раскрепления временного слоя 112, для случая, аналогичного рассматриваемому на фиг.13С за исключением того, что заклепка отсутствует. В этом примере положительные прогибы слоя 130 даже еще больше, чем при отсутствии заклепки, поскольку сжатая заклепка не преодолевает прогибы вверх, вызванные опорой 120 и слоем 130. За счет изменения длин перекрытия опоры 120 примерно от 2 до 6 мкм можно варьировать прогиб слоя 130 в диапазоне примерно от 500 до 5500 Å.

[0097] На фиг.13Е показаны прогибы деформируемого отражающего слоя 130, после раскрепления временного слоя 112, для случая, аналогичного рассмотренному на фиг.13D (включая отсутствие заклепки), но при фиксированном перекрытии опоры 120 величиной 3 мкм (см. фиг.12А и 12С, размеры 122 и 124) и различных уровнях напряжения опоры. В этом примере положительные прогибы слоя 130 уменьшаются при меньших отрицательных значениях (меньших уровнях напряжения при сжатии) механического напряжения опоры. При уровне напряжения при сжатии опоры, равном 500 МПа, прогиб вверх деформируемого отражающего слоя 130, после раскрепления временного слоя 112, составляет примерно 1600 Å, и примерно 350 Å при нулевом уровне механического напряжения.

[0098] В последнем примере используют опору 120 толщиной 2000 Å с напряжением при сжатии, равным -400 МПа, заклепку 150 толщиной 1000 Å с напряжением сжатия, равным -200 МПа, и деформируемый отражающий слой 130 никеля толщиной 1000 Å с напряжением растяжения, равным 400 МПа. Длины перекрытия опоры 120 (см. фиг.12А и 12С, размеры 122 и 124) и заклепки 150 (см. фиг.12Е и 12G, размеры 123 и 125) равны и варьируются в диапазоне примерно от 2 до 6 мкм. На фиг.13F приведены примерные прогибы деформируемого отражающего слоя 130 после раскрепления временного слоя 112. Увеличение длин перекрытия опоры 120 и заклепки 150 приводит к увеличению прогиба от подложки 100. Также как и в рассмотренных выше случаях, сжатая опора 120 и растянутый слой 130 способствуют прогибам вверх, а сжатая заклепка 150 способствует прогибу вниз. В этом случае суммарные энергии слоя 130 и опоры 120 превосходят уровень механического напряжения заклепки 150, и все прогибы являются положительными. За счет изменения длин перекрытия опоры 120 и заклепки 150 примерно от 2 до 6 мкм, можно варьировать прогиб слоя 130 примерно от 250 до 2500 Å.

[0099] Аналитические исследования рассмотренных выше примеров показывают, что изменение размеров и/или характеристик различных частей, составляющих структуры регуляторов прогиба и/или других слоев, могут влиять на прогиб поддерживаемого слоя после раскрепления устройства. Известны и другие способы изменения частей устройств подобного типа с целью изменения глубины зазора раскрепленного устройства.

[0100] Вариант реализации нераскрепленного интерферометрического модулятора включает в себя первые средства отражения света, вторые средства отражения света, первые средства поддерживания вторых отражающих средств, выполненные с возможностью удаления путем травления, и вторые средства поддерживания вторых отражающих средств и формирования, после удаления первых поддерживающих средств, зазора между первыми отражающими средствами и вторыми отражающими средствам глубиной, примерно на 30% и более превышающей глубину первых поддерживающих средств, причем глубина измеряется перпендикулярно первым отражающим средствам. Согласно фиг.9 и 12, особенности данного примера реализации изобретения заключаются в том, что первые отражающие средства представляют собой частично отражающий слой 104, вторые отражающие средства - подвижный отражающий слой 14, первые поддерживающие средства - временный слой 112, а вторые поддерживающие средства - по меньшей мере одну опорную структуру 120 и заклепочную структуру 150.

[0101] Другой вариант реализации нераскрепленного интерферометрического модулятора содержит первые средства отражения света, вторые средства отражения света, первые средства поддерживания вторых отражающих средств и вторые средства поддерживания вторых отражающих средств и перемещения вторых отражающих средств в направлении первых отражающих средств после удаления травлением первых поддерживающих средств.

Согласно фиг.9 и 12, особенности данного примера реализации изобретения заключаются в том, что первые отражающие средства представляют собой частично отражающий слой 104, вторые отражающие средства - подвижный отражающий слой 14, первые поддерживающие средства - временный слой 112, а вторые поддерживающие средства - по меньшей мере одну опорную структуру 120 и заклепочную структуру 150.

[0102] Хотя приведенное выше подробное описание демонстрирует, описывает и указывает новые признаки изобретения применительно к различным вариантам его реализации, следует отметить, что специалистами могут быть выполнены различные исключения, замены и изменения в форме и деталях устройства по заявляемому способу без выхода за пределы сущности и объема изобретения.

Настоящее изобретение может быть реализовано в виде, не обеспечивающем все сформулированные здесь особенности и преимущества, т.к. некоторые признаки могут использоваться или реализовываться отдельно от других.

1. Способ изготовления по меньшей мере двух типов электромеханических устройств, имеющих различные раскрепленные состояния после удаления временного слоя, согласно которому
берут подложку,
по меньшей мере на части подложки формируют первый электропроводящий слой,
по меньшей мере на части первого электропроводящего слоя формируют первый временный слой,
поверх первого временного слоя формируют электропроводящие подвижные элементы, каждый из которых имеет деформируемый слой, выполненный с возможностью перемещения в зазоре после удаления указанного временного слоя, и
поверх подложки формируют регуляторы прогиба, выполненные с возможностью поддерживания электропроводящих подвижных элементов после удаления первого временного слоя, при этом по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба соединена с частью деформируемого слоя подвижного элемента и расположена выше нее, так что указанная часть деформируемого слоя, соединенная по меньшей мере с одним регуляторов прогиба, расположена между указанным по меньшей мере одним регулятором прогиба и подложкой,
причем первый временный слой выполнен с возможностью удаления для раскрепления электромеханических устройств и формирования посредством регуляторов прогиба между первым электропроводящим слоем и подвижными элементами зазоров различной глубины.

2. Способ по п.1, согласно которому дополнительно формируют диэлектрический слой на первом проводящем слое.

3. Способ по п.1, согласно которому толщина первого временного слоя, по существу, одинакова под электропроводящими подвижными элементами.

4. Способ по п.1, согласно которому дополнительно поверх подвижных элементов формируют второй временный слой и поверх по меньшей мере части второго временного слоя формируют механический слой, который выполнен с возможностью присоединения к подвижным элементам и поддерживания регуляторами прогиба,
причем второй временный слой выполнен с возможностью удаления для формирования зазоров и раскрепления электромеханических устройств.

5. Способ по п.1, согласно которому дополнительно удаляют, по существу, весь первый временный слой для раскрепления электромеханических устройств.

6. Способ по п.5, согласно которому первый временный слой содержит молибден или аморфный кремний, а для удаления первого временного слоя на него воздействуют парами твердого дифторида ксенона.

7. Способ по п.1, согласно которому регуляторы прогиба содержат по меньшей мере одни из следующих структур: опорные структуры и заклепочные структуры.

8. Способ по п.1, согласно которому при формировании регуляторов прогиба дополнительно формируют по меньшей мере два типа регуляторов прогиба, элементы различных размеров которых контактируют с подвижными элементами.

9. Способ по п.8, согласно которому элементы различных размеров содержат выступы опорных структур, имеющие различные размеры, причем указанные выступы, по существу, параллельны подложке и электропроводящим подвижным элементам перед удалением первого временного слоя.

10. Способ по п.8, согласно которому элементы различных размеров содержат выступы заклепочных структур, имеющие различные размеры, причем указанные выступы, по существу, параллельны подложке и электропроводящим подвижным элементам перед удалением первого временного слоя.

11. Способ изготовления по меньшей мере двух типов интерферометрических модуляторов, имеющих зазоры различной глубины после удаления временного слоя, согласно которому
берут подложку,
по меньшей мере на части подложки формируют оптическую стопу,
по меньшей мере на части оптической стопы формируют временный слой, выполненный с возможностью удаления для формирования зазоров,
формируют электропроводящий слой на участках временного слоя и
поверх подложки формируют регуляторы прогиба по меньшей мере двух типов, выполненные с возможностью поддерживания электропроводящего слоя, при этом указанные по меньшей мере два типа регуляторов прогиба содержат элементы различных размеров, выполненные с возможностью формирования после удаления временного слоя зазоров различной глубины под участками электропроводящего слоя, причем по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части электропроводящего слоя и расположена выше нее.

12. Способ по п.11, согласно которому дополнительно удаляют, по существу, весь временный слой.

13. Электромеханическое устройство, содержащее
подложку,
подвижные элементы, расположенные поверх подложки, каждый из которых отделен от подложки зазором и имеет деформируемый слой, выполненный с возможностью перемещения в зазоре, и
регуляторы прогиба, расположенные поверх подложки, выполненные с возможностью поддерживания подвижных элементов, при этом по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба соединена с частью деформируемого слоя подвижного элемента и расположена выше нее, так что указанная часть деформируемого слоя, соединенная по меньшей мере с одним регулятором прогиба, расположена между указанным по меньшей мере одним регулятором прогиба и подложкой,
а указанные регуляторы прогиба регулируют выбранные прогибы подвижных элементов для формирования между подложкой и указанными подвижными элементами зазоров различной глубины.

14. Электромеханическое устройство по п.13, в котором регуляторы прогиба содержат элементы различных размеров для регулировки выбранных прогибов.

15. Электромеханическое устройство по п.14, в котором элементы различных размеров указанных регуляторов прогиба содержат участки различные толщины.

16. Способ регулирования глубины зазора между двумя слоями устройства, содержащего по меньшей мере один пленочный слой, согласно которому
берут подложку,
по меньшей мере на части подложки формируют временный слой,
по меньшей мере на части временного слоя формируют первый слой и
поверх подложки формируют по меньшей мере один регулятор прогиба, содержащий по меньшей мере одну выступающую часть и выполненный с возможностью поддерживания первого слоя и формирования зазора между подложкой и первым слоем, причем указанные выступающие части имеют такие размеры, что после удаления временного слоя глубина зазора примерно по меньшей мере на 30% превышает глубину временного слоя, причем глубина измеряется перпендикулярно подложке, а по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части первого слоя и расположена выше нее.

17. Способ по п.16, согласно которому регуляторы прогиба содержат по меньшей мере одни из следующих структур: опорные структуры и заклепочные структуры.

18. Способ по п.17, согласно которому регуляторы прогиба содержат по меньшей мере одну опорную структуру и по меньшей мере одну заклепочную структуру, причем указанные структуры содержат выступы различных размеров.

19. Способ по п.16, в котором первый слой является подвижным слоем.

20. Электромеханическое устройство, содержащее
подложку,
подвижный элемент, расположенный поверх подложки, и
по меньшей мере один регулятор прогиба, расположенный поверх подложки, выполненный с возможностью поддерживания подвижного элемента и формирования зазора между подложкой и подвижным элементом, а также возможностью увеличения глубины этого зазора примерно по меньшей мере на 30% по сравнению с глубиной зазора, сформированного, когда подвижный элемент проходит примерно параллельно подложке, причем глубина измеряется перпендикулярно подложке,
а по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части указанного подвижного элемента и расположена выше него.

21. Электромеханическое устройство по п.20, в котором по меньшей мере один регулятор прогиба содержит по меньшей мере одну опорную структуру и по меньшей мере одну заклепочную структуру, причем указанные структуры содержат элементы различных размеров, контактирующие с подвижным элементом.

22. Электромеханическое устройство по п.20 или 21, в котором по меньшей мере один регулятор прогиба сформирован при наличии напряжений при растяжении или напряжений при сжатии, причем суммарные напряжения регуляторов прогиба вызывают прогиб подвижного элемента, увеличивающий глубину зазор примерно по меньшей мере на 30% по сравнению с глубиной зазора, сформированного, когда подвижный элемент проходит примерно параллельно подложке.

23. Интерферометрический модулятор, содержащий
первые средства отражения света,
вторые средства отражения света и
средства поддерживания вторых отражающих средств и формирования зазора между первыми отражающими средствами и вторыми отражающими средствами,
глубина которого может быть увеличена поддерживающими средствами с превышением примерно по меньшей мере на 30% глубины зазора, сформированного, когда вторые средства отражения света проходят примерно параллельно первым средствам отражения света, причем глубина измеряется перпендикулярно первым отражающим средствам, а
по меньшей мере часть поддерживающих средств выполнена с.возможностью поддерживания по меньшей мере части вторых отражающих средств и расположена выше них.

24. Модулятор по п.23, в котором первые отражающие средства содержат частично отражающий слой.

25. Модулятор по п.23, в котором вторые отражающие средства содержат подвижный отражающий слой.

26. Модулятор по п.23, в котором вторые поддерживающие средства содержат по меньшей мере одну из следующих структур: опорная структура и заклепочная структура.

27. Способ регулирования глубины зазора между двумя слоями устройства, содержащего по меньшей мере один пленочный слой, согласно которому
берут подложку,
по меньшей мере на части подложки формируют временный слой, причем временный слой выполнен с возможностью удаления травлением,
по меньшей мере на части временного слоя формируют первый пленочный слой и
поверх подложки формируют по меньшей мере один регулятор прогиба, имеющий по меньшей мере один выступ, по существу, параллельный подложке, при этом указанные регуляторы прогиба выполнены с возможностью поддерживания пленочного слоя, а выступы имеют размеры, обеспечивающие смещения пленочного слоя к подложке после удаления временного слоя, причем по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части пленочного слоя и расположена выше нее.

28. Электромеханическое устройство, содержащее
подложку,
подвижный элемент, расположенный поверх подложки, и по меньшей мере один регулятор прогиба, расположенный поверх подложки, выполненный с возможностью поддерживания подвижного элемента и его смещения к подложке,
причем по меньшей мере часть по меньшей мере одного регулятора прогиба выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части подвижного элемента и расположена выше него.

29. Интерферометрический модулятор, содержащий
первые средства отражения света,
вторые средства отражения света и
средства поддерживания вторых средств отражения света и осуществления перемещения вторых средств отражения света в направлении первых средств отражения света,
причем по меньшей мере часть поддерживающих средств выполнена с возможностью поддерживания по меньшей мере части вторых средств отражения света и расположена выше них и
поддерживающие средства содержат по меньшей мере одну из следующих структур: опорная структура и заклепочная структура.

30. Модулятор по п.29, в котором первые отражающие средства содержат частично отражающий слой.

31. Модулятор по п.29, в котором вторые отражающие средства содержат подвижной отражающий слой.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическому приборостроению и, в частности, к устройствам сканирования и стабилизации изображения окружающего пространства, сформированного оптической системой на матричных фотоприемных устройствах (МФПУ), в широком диапазоне угловых скоростей и может быть использовано при создании систем кругового обзора, сканирующих и следящих устройств в комплексах обнаружения и сопровождения объектов.

Изобретение относится к области оптоэлектронного приборостроения и лазерной техники и может быть использовано в технологических установках, техническом зрении, лазерной локации и т.п.

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к устройствам диффузионной флуоресцентной томографии. .

Изобретение относится к многолучевым сканирующим устройствам и может быть использовано в устройстве формирования изображения, таком как лазерный принтер, проектор и т.п.

Изобретение относится к области приборостроения, измерительной и информационной техники и может быть использовано в системах кругового сканирования или секторного обзора.

Изобретение относится к области оптического приборостроения, а именно к оптическим системам, формирующим информационное поле пучком оптических лучей. .

Изобретение относится к вычислительной технике. .

Изобретение относится к системам отклонения луча и может быть использовано в оптико-механических устройствах для управления лазерным лучом. .

Изобретение относится к способу изготовления составного микромеханического компонента, сочетающему процессы глубокого реактивного ионного травления и литографии, гальванопластики и формования.

Изобретение относится к преобразующим элементам устройств для проведения инерциальных измерений. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и позволяет генерировать электрическую энергию за счет модуляции теплового потока, проходящего через электрический конденсатор с температуро-зависимой емкостью.

Изобретение относится к радиотехнике сверхвысокой частоты (СВЧ) и может быть использовано в радиосистемах, например в перестраиваемых радиолокационных системах. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к датчикам давления на основе тонкопленочных нано- и микроэлектрических систем (НиМЭМС), предназначенных для использования в системах управления, контроля и диагностики объектов длительного функционирования. Способ изготовления заключается в полировании поверхности мембраны, формировании на ней диэлектрической пленки и тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними с использованием шаблона тензочувствительного слоя, имеющего конфигурацию тензоэлементов в зонах, совмещаемых с низкоомными перемычками и контактными площадками. При этом формирование тензоэлементов с низкоомными перемычками и контактными площадками между ними проводят в областях, в которых воздействующие на них при эксплуатации деформации и температуры удовлетворяют соответствующему соотношению. После формирования измеряют размеры и площадь элементов и переходов НиМЭМС с учетом количества, размеров и распределения дефектов, затем вычисляют по ним критерий временной стабильности по соответствующему соотношению. Если критерий временной стабильности меньше, чем предельно допустимое значение критерия временной стабильности, которое определяется экспериментальным путем по статистическим данным для конкретного типоразмера датчика, то данную сборку передают на последующие операции. Технический результат заключается в повышении временной стабильности, ресурса и срока службы. 2 ил.
Наверх