專利名稱：基于微機(jī)電系統(tǒng)的裝置的高速靜電致動(dòng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米微機(jī)電(MEM)裝置的致動(dòng)，更具體地，涉及通過對(duì)控制脈沖整形來提高M(jìn)EMs裝置響應(yīng)時(shí)間的系統(tǒng)和方法。
背景技術(shù)：
為了使基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置致動(dòng)，要持續(xù)地施加靜電電壓。靜電是基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ的裝置中致動(dòng)的優(yōu)選模式。但是，裝置的動(dòng)態(tài)會(huì)由于這種致動(dòng)方案而變?yōu)榉蔷€性。非線性動(dòng)態(tài)的推入不穩(wěn)定性(pull-in instability)出現(xiàn)在超出微結(jié)構(gòu)之間初始間隙的三分之一的行進(jìn)距離。例如，平行板MEMS結(jié)構(gòu)響應(yīng)施加的輸入電壓而非線性地移動(dòng)，并且可能導(dǎo)致靜電電荷部分彼此瓦解。簡(jiǎn)單來說，典型小幅度、長(zhǎng)時(shí)間規(guī)模的臺(tái)階或者正弦電壓波形施加到這些裝置。這些裝置相比于它們可實(shí)現(xiàn)的速度非常慢地操作，以避免非線性瞬變響應(yīng)。對(duì)于靜電微系統(tǒng)提速操作的強(qiáng)烈需要，使得MEMS緩慢而規(guī)律的移動(dòng)在許多應(yīng)用中是不合乎要求的。

發(fā)明內(nèi)容
一種微機(jī)電裝置包括第一結(jié)構(gòu)和與該第一結(jié)構(gòu)偏離一間隙的第二結(jié)構(gòu)。該第一結(jié)構(gòu)配置為被靜電致動(dòng)以相對(duì)于第二結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)。脈沖發(fā)生器配置為合并至少兩個(gè)不同的脈沖，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。另一裝置包括微機(jī)電裝置的陣列。該裝置為集成電路，其上形成有多個(gè)微機(jī)電裝置。該微機(jī)電裝置包括第一結(jié)構(gòu)；第二結(jié)構(gòu)，與該第一結(jié)構(gòu)偏離一間隙，其中該第一結(jié)構(gòu)配置為被靜電致動(dòng)以相對(duì)于第二結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)；以及脈沖發(fā)生器，配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。控制器配置為控制多個(gè)微機(jī)電裝置的致動(dòng)。一種致動(dòng)微機(jī)電裝置的方法，包括采用脈沖整形器對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖整形，該脈沖整形器配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖以施加至該裝置的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)中的至少之一；以及施加該至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置與最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。從以下對(duì)示例性實(shí)施例的詳細(xì)說明中，并結(jié)合附圖，這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更為清楚。


本發(fā)明將參考以下附圖提供優(yōu)選實(shí)施例的以下說明的細(xì)節(jié)。圖IA為根據(jù)本發(fā)明致動(dòng)的以微懸臂形式的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置的透視圖；圖IB為根據(jù)本發(fā)明致動(dòng)的以微梁形式的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置的透視圖IC為根據(jù)本發(fā)明致動(dòng)的以微鏡形式的基于微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的裝置的透視圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明采用脈沖整形器從第一位置向第二位置偏轉(zhuǎn)的微懸臂的側(cè)視圖；圖3A為在未進(jìn)行脈沖整形的情況下示例性輸入電壓信號(hào)關(guān)于時(shí)間的坐標(biāo)圖；圖;3B為響應(yīng)圖3A所示的輸入電壓偏轉(zhuǎn)相對(duì)于時(shí)間的曲線圖；圖4A為根據(jù)本發(fā)明進(jìn)行脈沖整形的情況下示例性輸入電壓信號(hào)關(guān)于時(shí)間的坐標(biāo)圖；圖4B為根據(jù)本發(fā)明響應(yīng)圖4A所示的輸入電壓偏轉(zhuǎn)相對(duì)于時(shí)間的曲線圖，其示出瞬變現(xiàn)象減少或消除；圖5A為根據(jù)本發(fā)明用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用的間斷接觸(敲擊)采用脈沖整形的示例性輸入電壓信號(hào)關(guān)于時(shí)間的坐標(biāo)圖；圖5B為采用圖2中的裝置編程(采用表面凹坑)的基于探針的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表面；圖6為示例性示出根據(jù)本發(fā)明具有板上脈沖整形器的MEMS陣列的集成電路布局的圖示；以及圖7為示出根據(jù)本發(fā)明用于致動(dòng)MEMS裝置的系統(tǒng)/方法的框圖/流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明包括施加的輸入電壓的新型整形方案，其提供微機(jī)電系統(tǒng)(MEMQ裝置的超快響應(yīng)。本發(fā)明采用最優(yōu)控制理論來控制靜電致動(dòng)的MEMS裝置型非線性系統(tǒng)。本實(shí)施例示例性描述一種產(chǎn)生輸入電壓信號(hào)的方法，以指數(shù)快速地將MEMS結(jié)構(gòu)從初始位置驅(qū)動(dòng)到最終位置。指數(shù)快速地達(dá)到零的最終速度，并且使最終位置保持期望長(zhǎng)的時(shí)間。在一個(gè)實(shí)例中，輸入信號(hào)包括兩個(gè)脈沖(或者更多脈沖)，其幅度等于允許輸入電壓的最大值或最小值，隨后為對(duì)應(yīng)于裝置最終位置的平衡電壓。第一脈沖被選擇為在施加時(shí)上述結(jié)構(gòu)朝向最終位置移動(dòng)。脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得上述結(jié)構(gòu)朝向最終位置移動(dòng)，同時(shí)在達(dá)到最終位置時(shí)速度降至零。轉(zhuǎn)換時(shí)間優(yōu)選地保持為最小(像需要的那樣小)。最終電壓設(shè)置為對(duì)應(yīng)于裝置最終位置的平衡電壓達(dá)到期望該位置所保持的時(shí)間。本發(fā)明的實(shí)施例可采取全部硬件實(shí)施例、全部軟件實(shí)施例或者既包括硬件又包括軟件元件的實(shí)施例的形式。在優(yōu)選實(shí)施例中，本發(fā)明以具有軟件元件的硬件實(shí)施，其可包括但不限于固件、常駐軟件、微碼等等。此外，本發(fā)明或其部分可采取從計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)獲取的計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品的形式，上述介質(zhì)提供計(jì)算機(jī)或任何指令執(zhí)行系統(tǒng)使用或者與其相關(guān)的程序代碼。為了這里說明的目的，計(jì)算機(jī)可用或計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以是包括、存儲(chǔ)、通信、傳播或者傳送指令執(zhí)行系統(tǒng)、設(shè)備或裝置使用或者與其相關(guān)的程序的任何設(shè)備。上述介質(zhì)可以是電、磁、 光、電磁、紅外或者半導(dǎo)體系統(tǒng)(或者為設(shè)備或裝置)或者傳播介質(zhì)。計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的示例包括半導(dǎo)體或者固態(tài)存儲(chǔ)器、磁帶、可移動(dòng)計(jì)算機(jī)磁盤、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、硬磁盤以及光盤。光盤的當(dāng)前示例包括壓縮盤-只讀存儲(chǔ)器(CD-ROM)、壓縮盤-讀 / 寫(CD-R/W)和 DVD。適于存儲(chǔ)和/或執(zhí)行程序代碼的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)可包括通過系統(tǒng)總線與存儲(chǔ)元件直接或間接連接的至少一個(gè)處理器。存儲(chǔ)元件可包括實(shí)際執(zhí)行程序代碼期間采用的本地存儲(chǔ)器、大容量存儲(chǔ)器(bulk storage)以及提供至少一些程序代碼的臨時(shí)存儲(chǔ)以減少執(zhí)行期間從大容量存儲(chǔ)器取回代碼次數(shù)的高速緩沖存儲(chǔ)器。輸入/輸出或者I/O裝置(包括但不限于鍵盤、顯示器、指向裝置等等)可以直接或通過中間I/O控制器聯(lián)接到系統(tǒng)。網(wǎng)絡(luò)適配器也可以聯(lián)接到上述系統(tǒng)，以使得數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過中間的私有或公用網(wǎng)絡(luò)而聯(lián)接到其它數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)或者遠(yuǎn)程打印機(jī)或者存儲(chǔ)裝置。調(diào)制解調(diào)器、電纜調(diào)制解調(diào)器以及以太網(wǎng)卡只是幾種目前可獲得類型的網(wǎng)絡(luò)適配器。MEMS裝置和控制電路可以實(shí)施為集成電路芯片設(shè)計(jì)的部分。芯片設(shè)計(jì)是以圖形計(jì)算機(jī)編程語言創(chuàng)建的，并且存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)介質(zhì)(諸如盤、帶、物理硬盤或者虛擬硬盤， 諸如在存儲(chǔ)存取網(wǎng)絡(luò)中)中。如果設(shè)計(jì)者不制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，設(shè)計(jì)者通過物理設(shè)備(例如，通過提供存儲(chǔ)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)介質(zhì)的副本)或者電子地(例如，通過互聯(lián)網(wǎng))將產(chǎn)生的設(shè)計(jì)直接或間接傳輸?shù)竭@些實(shí)體。然后，將存儲(chǔ)的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成適當(dāng)?shù)母袷?(例如，圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng)II (GDSII))以制造光刻掩模，其典型地包括在晶片上將形成的有關(guān)芯片設(shè)計(jì)的多個(gè)副本。光刻掩模用于定義晶片(和/或其上的層)將要蝕刻或以其它方式處理的區(qū)域。產(chǎn)生的集成電路芯片被制造者以未加工晶片的形式(即，作為具有多個(gè)未封裝芯片的單個(gè)晶片)、作為裸管芯或者以封裝的形式分配。在后者的情況下，將芯片安裝在單個(gè)芯片封裝(諸如、塑料載體，其具有固定于母板或其它更高級(jí)載體上的引線)中或者在多芯片封裝(諸如，陶瓷載體，其具有表面互連或者掩埋互連或者二者兼有)中。在任何情況下，然后將芯片與其它芯片、分離的電路元件和/或其它信號(hào)處理裝置整合，作為諸如母板的(a)中間產(chǎn)品或者(b)最終產(chǎn)品的部分。最終產(chǎn)品可以是包括集成電路芯片的任何產(chǎn)品， 涵蓋從玩具和其它低端應(yīng)用到具有顯示器、鍵盤或者其它輸入裝置以及中央處理器的高級(jí)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品。參照附圖，其中相同的標(biāo)號(hào)表示相同或者類似的元件，并且始于圖1A-1C，三個(gè)示例性MEMS裝置102、112和122的透視圖被示例性地表示以示范本發(fā)明。圖IA示出微懸臂結(jié)構(gòu)102，其中根據(jù)通過電源108施加到懸臂104和/或基底結(jié)構(gòu)106的靜電電荷101和 103，懸臂104朝向或者背離基底結(jié)構(gòu)106偏轉(zhuǎn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，采用脈沖整形器或者脈沖發(fā)生器110，以根據(jù)本發(fā)明將靜電電荷(101/103)施加到懸臂104和/或基底結(jié)構(gòu)106。 脈沖整形器110可以包括一個(gè)或更多存儲(chǔ)的脈沖形狀，上述脈沖被施加到MEMS 102，以提供懸臂104相對(duì)于基底結(jié)構(gòu)106的所期望的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖整形器110施加或產(chǎn)生輸入電壓信號(hào)以驅(qū)動(dòng)MEMS結(jié)構(gòu)102。輸入信號(hào)包括兩個(gè)脈沖或者更多脈沖，脈沖的幅度等于允許輸入電壓的最大值或最小值，隨后為對(duì)應(yīng)于裝置最終位置的平衡電壓VEQ。脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得上述結(jié)構(gòu)的速度開始從零增加，然后當(dāng)達(dá)到最終位置時(shí)降至零。轉(zhuǎn)換時(shí)間的數(shù)量如所需那樣少。在處理期間位置和速度指數(shù)地改變。根據(jù)通過施加Veq而施加的脈沖，在再次達(dá)到零速度后保持最終位置。圖IB示出微梁結(jié)構(gòu)112，其中根據(jù)通過電源118施加到梁114和/或基底結(jié)構(gòu)116 上的靜電電荷111和113，梁114朝向或者背離基底結(jié)構(gòu)116偏轉(zhuǎn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，采用脈沖整形器120，以根據(jù)本發(fā)明將靜電電荷(111/113)施加到梁114和/或基底結(jié)構(gòu)116。 脈沖整形器或發(fā)生器120可以包括一個(gè)或更多存儲(chǔ)的脈沖形狀，上述脈沖被施加到MEMS112，以提供梁114相對(duì)于基底結(jié)構(gòu)116的所期望的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，如上文，脈沖整形器120施加或產(chǎn)生輸入電壓信號(hào)以驅(qū)動(dòng)MEMS結(jié)構(gòu)112。輸入信號(hào)包括兩個(gè)脈沖或者更多脈沖，其幅度等于允許輸入電壓的最大值或最小值，隨后為對(duì)應(yīng)于裝置最終位置的平衡電壓VEQ。脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得上述結(jié)構(gòu)的速度開始從零增加，然后當(dāng)達(dá)到最終位置時(shí)降至零。轉(zhuǎn)換時(shí)間的數(shù)量如所需那樣少。在處理期間位置和速度指數(shù)地改變。根據(jù)通過施加 Veq而施加的脈沖，在再次達(dá)到零速度后保持最終位置。靜電力為引力，其獨(dú)立于施加到各MEMS結(jié)構(gòu)的電壓信號(hào)或者電荷的極性。它是微結(jié)構(gòu)之間的瞬間電勢(shì)差和間隔的非線性函數(shù)。靜電致動(dòng)的最大和最小輸入為如下所述。例如，在微懸臂結(jié)構(gòu)102中，最大輸入對(duì)應(yīng)于輸入電壓源的絕對(duì)值的最大值，而最小輸入對(duì)應(yīng)于零電壓。在微鏡122或者雙路微開關(guān)等的情況下，最大和最小輸入對(duì)應(yīng)于分別施加到一個(gè)基底結(jié)構(gòu)126以及然后其它基底結(jié)構(gòu)1 的最大絕對(duì)輸入電壓和零電壓。當(dāng)施加第一脈沖時(shí)，移動(dòng)結(jié)構(gòu)的位置和速度指數(shù)地快速增加，這是可獲得的最大速率。當(dāng)施加第二脈沖時(shí)，位置和速度指數(shù)地快速降低至所期望的位置和零速度。通過施加平衡電壓Veq而保持最終位置。微結(jié)構(gòu)的機(jī)電模型為非線性模型，為了獲得施加脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間或者規(guī)則而對(duì)其進(jìn)行模擬。對(duì)于MEMS裝置的小移動(dòng)，在裝置的操作區(qū)域附近可獲得線性模型，并且從時(shí)間-最優(yōu)控制理論可獲得轉(zhuǎn)換時(shí)間。對(duì)于轉(zhuǎn)換時(shí)間的精確選擇，可考慮具有包括放大器和濾波器的致動(dòng)電子裝置的MEMS裝置的廣泛機(jī)電模型。用于MEMS裝置的靜電致動(dòng)的電源包括電壓源、電流源和電荷源。圖IC示出微鏡結(jié)構(gòu)122，其中根據(jù)通過電源1 施加到鏡IM和/或一個(gè)基底結(jié)構(gòu)126上的靜電電荷121和123，鏡IM朝向或者背離(以箭頭A表示)充電的基底結(jié)構(gòu) 1 旋轉(zhuǎn)地偏轉(zhuǎn)。開關(guān)125受到控制以激活一個(gè)基底結(jié)構(gòu)126，從而允許鏡朝向(或者背離)一個(gè)基底結(jié)構(gòu)126旋轉(zhuǎn)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，采用脈沖整形器或脈沖發(fā)生器130，以根據(jù)本發(fā)明將靜電電荷(121/12 施加到鏡IM和/或一個(gè)基底結(jié)構(gòu)126。脈沖整形器130可以包括一個(gè)或更多存儲(chǔ)的脈沖形狀，上述脈沖被施加到MEMS 122，以提供鏡IM相對(duì)于基底結(jié)構(gòu)126的所期望的移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，脈沖整形器130施加或產(chǎn)生輸入電壓信號(hào)以驅(qū)動(dòng)MEMS結(jié)構(gòu)122。輸入信號(hào)包括兩個(gè)脈沖或者更多脈沖，其幅度等于允許輸入電壓的最大值或最小值，隨后為對(duì)應(yīng)于裝置最終位置的平衡電壓VEQ。脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得上述結(jié)構(gòu)的速度開始從零增加，然后當(dāng)達(dá)到最終位置時(shí)降至零。轉(zhuǎn)換時(shí)間的數(shù)量如所需那樣少。 在處理期間位置和速度指數(shù)地改變。根據(jù)通過施加Veq而施加的脈沖，在再次達(dá)到零速度后保持最終位置。根據(jù)本發(fā)明，示例性地描述了微懸臂(例如，用于以低的力進(jìn)行表面的高速探詢)、微梁、微鏡(例如高速數(shù)字光處理)。根據(jù)本發(fā)明，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。例如，可以采用用于無線通信中需要的用于高速操作的微開關(guān)、微泵、微夾、微閥門等。參照?qǐng)D2，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例的MEMS 200示出用于證明本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)設(shè)備。 MEMS 200包括使用靜電電荷致動(dòng)的微懸臂202。脈沖整形器210用以輸入用于控制微懸臂 202的偏轉(zhuǎn)220的電壓脈沖。在微懸臂202與襯底214之間靜電電荷受到控制。聚合物介質(zhì)212被提供以接觸微懸臂202的尖端204。對(duì)于實(shí)驗(yàn)中采用的平行板(懸臂_襯底)型 MEMS裝置，諧振頻率f0 = 80kHz，并且品質(zhì)因子Q = 3. 2。
參照?qǐng)D3A和;3B，示出輸入信號(hào)(圖3A)，其導(dǎo)致如圖所示的偏轉(zhuǎn)。輸入信號(hào)為方波，其產(chǎn)生包括瞬變和振動(dòng)的偏轉(zhuǎn)信號(hào)。如圖所示，MEMS 200需要大約60 μ s以偏轉(zhuǎn) 250nm。由于存在非線性，上述偏轉(zhuǎn)是不對(duì)稱的。參照?qǐng)D4A和4B，來自脈沖整形器210的輸入信號(hào)(圖4A)包括第一脈沖302和第二脈沖304。根據(jù)本發(fā)明，第一脈沖302和第二脈沖304導(dǎo)致如圖4B所示的偏轉(zhuǎn)。多個(gè)脈沖輸入信號(hào)產(chǎn)生消除瞬變和振動(dòng)的偏轉(zhuǎn)信號(hào)。如圖所示，MEMS 200需要大約3μ s以偏轉(zhuǎn) 250nm。盡管存在非線性，上述偏轉(zhuǎn)為對(duì)稱的，并且瞬變被減少或消除。有利地，對(duì)于開環(huán)定位(open-loop positioning)，獲得了時(shí)間上多于一個(gè)量級(jí)的提高。參照?qǐng)D5A和5B，示例性示出輸入信號(hào)402，用于基于探針的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中的中間接觸(敲擊)讀取應(yīng)用。這一應(yīng)用以高數(shù)據(jù)率提供高信號(hào)完整性(即SNIO。例如，采用標(biāo)準(zhǔn)方波輸入的敲擊頻率=25kHz，而根據(jù)本發(fā)明采用脈沖整形的敲擊頻率(低于最佳)獲得 40kHz或者更高。圖5B示出通過敲擊處理獲得的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)的圖像(同時(shí)參見圖2，其中聚合物介質(zhì)為敲擊表面)。在示例性示出的基于探針的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)中，面積密度=lTb/in2， SNR= 7. 95(在沒有誤差校正的原始數(shù)據(jù)中l(wèi)e-4誤差率是足夠的)。參照?qǐng)D6，示出了具有MEMS裝置610的陣列的示例性集成電路裝置600。MEMS 610 布置在陣列中，并且可以包括用于執(zhí)行不同功能的任意多個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)。MEMS 610可以采用尋址電路608來尋址，以選擇性地激活/不激活各MEMS裝置。陣列610中的MEMS裝置可采用電壓源604和脈沖整形器602來供電，以為每個(gè)裝置提供多個(gè)脈沖，如上所述。給定 MEMS裝置的初始位置和最終位置對(duì)的有限集合，對(duì)于每一對(duì)可存儲(chǔ)轉(zhuǎn)換時(shí)間和最終平衡電壓(附加中間電壓和位置也被預(yù)期)。一般，通過參照區(qū)塊602中提供的查詢表，可以開環(huán)操作MEMS裝置，區(qū)塊602中提供的查詢表可包括用于不同控制指令或者移動(dòng)的脈沖信息。 上述裝置也可采用軟件編程控制或者其它技術(shù)，以控制上述裝置的移動(dòng)。在裝置的陣列610 的情況下，當(dāng)這些裝置被批量制造時(shí)每個(gè)MEMS裝置之間模型失配非常小。當(dāng)通過考慮將標(biāo)稱模型(nominal model)用于所有裝置而并行地運(yùn)行裝置時(shí)，單個(gè)查詢表(602)可用于每個(gè)裝置。處理邏輯606可用于協(xié)助對(duì)查詢表編程、調(diào)整脈沖整形器、進(jìn)行尋址操作等等。致動(dòng)方法可基于最優(yōu)控制理論的原理，并且采用裝置動(dòng)態(tài)為MEMS裝置制定致動(dòng)方法。更快的操作是可實(shí)現(xiàn)的，而獨(dú)立于特定裝置的設(shè)計(jì)和應(yīng)用。參照?qǐng)D7，根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，示例性描繪了用于致動(dòng)微機(jī)電裝置的系統(tǒng)/方法。在區(qū)塊702中，采用脈沖整形器對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖整形，上述脈沖整形器配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖以施加到裝置的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。在區(qū)塊704中，施加上述至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。在一個(gè)實(shí)施例中，施加至少兩個(gè)不同脈沖包括使得初始位置和最終位置之間的速度和位置指數(shù)地改變(快速移動(dòng))。至少兩個(gè)不同脈沖中的至少之一可包括用于裝置的最大允許輸入電壓幅度。最大允許輸入電壓幅度可以等于最大允許輸入電壓和最小允許輸入電壓之一。至少兩個(gè)不同脈沖中的第一脈沖可選擇為使得當(dāng)施加第一脈沖時(shí)第一結(jié)構(gòu)朝向最終位置移動(dòng)。不同脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得第一結(jié)構(gòu)朝向最終位置移動(dòng)，同時(shí)在達(dá)到最終位置時(shí)速度降至零。在區(qū)塊706中，通過施加靜電平衡電壓保持最終位置。已經(jīng)描述了用于基于MEMS的裝置的高速靜電致動(dòng)的優(yōu)選實(shí)施例(其意在為示例性，而非限制性)，應(yīng)該注意本領(lǐng)域的技術(shù)人員鑒于上述教導(dǎo)可進(jìn)行更改和變化。因此可以理解，在隨附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神之內(nèi)對(duì)于特定實(shí)施例可進(jìn)行改變。通過專利法要求的細(xì)節(jié)和特殊性，這樣描述了本發(fā)明的一些方面，其為隨附權(quán)利要求中闡明主張和需要保護(hù)的。
權(quán)利要求
1.一種微機(jī)電裝置，包括第一結(jié)構(gòu)；第二結(jié)構(gòu)，與該第一結(jié)構(gòu)偏離一間隙，其中該第一結(jié)構(gòu)配置為被靜電致動(dòng)以相對(duì)于該第二結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)；以及脈沖發(fā)生器，配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該初始位置和該最終位置之間的速度和位置指數(shù)地改變。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中通過靜電施加的平衡電壓保持該最終位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的至少之一包括用于該裝置的最大允許輸入電壓幅度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中該最大允許輸入電壓幅度等于最大允許輸入電壓和最小允許輸入電壓中的一個(gè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的第一脈沖選擇為使得施加該第一脈沖時(shí)該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中該不同脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)，同時(shí)在達(dá)到該最終位置時(shí)速度降至零。
8.一種具有微機(jī)電裝置陣列的裝置，包括集成電路，其上形成有多個(gè)微機(jī)電裝置，該微機(jī)電裝置包括第一結(jié)構(gòu)；第二結(jié)構(gòu)，與該第一結(jié)構(gòu)偏離一間隙，其中該第一結(jié)構(gòu)配置為被靜電致動(dòng)以相對(duì)于該第二結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)；以及脈沖發(fā)生器，配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一；以及控制器，配置為控制該多個(gè)微機(jī)電裝置的致動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該初始位置和該最終位置之間的速度和位置指數(shù)地改變。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中通過靜電施加的平衡電壓保持該最終位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的至少之一包括用于該裝置的最大允許輸入電壓幅度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的裝置，其中該最大允許輸入電壓幅度等于最大允許輸入電壓和最小允許輸入電壓中的一個(gè)。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的第一脈沖選擇為使得施加該第一脈沖時(shí)該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其中該不同脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)，同時(shí)在達(dá)到該最終位置時(shí)速度降至零。
15.一種用于致動(dòng)微機(jī)電裝置的方法，包括采用脈沖整形器對(duì)輸入電壓進(jìn)行脈沖整形，該脈沖整形器配置為合并至少兩個(gè)不同脈沖以施加至該裝置的第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)中的至少之一；以及施加該至少兩個(gè)不同脈沖，以在初始位置與最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中施加該至少兩個(gè)不同脈沖包括使得在該初始位置與該最終位置之間的速度和位置指數(shù)地改變。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，還包括通過施加靜電平衡電壓保持該最終位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的至少之一包括用于該裝置的最大允許輸入電壓幅度。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中該最大允許輸入電壓幅度等于最大允許輸入電壓和最小允許輸入電壓中的一個(gè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該至少兩個(gè)不同脈沖中的第一脈沖選擇為使得施加該第一脈沖時(shí)該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中該不同脈沖的轉(zhuǎn)換時(shí)間為使得該第一結(jié)構(gòu)朝向該最終位置移動(dòng)，同時(shí)在達(dá)到該最終位置時(shí)速度降至零。
全文摘要
一種微機(jī)電裝置，包括第一結(jié)構(gòu)(104)；第二結(jié)構(gòu)(106)，與該第一結(jié)構(gòu)偏離一間隙。該第一結(jié)構(gòu)配置為被靜電致動(dòng)以相對(duì)于第二結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)。脈沖發(fā)生器配置為合并至少兩個(gè)不同的脈沖(302，304)，以在初始位置和最終位置之間靜電驅(qū)動(dòng)該第一結(jié)構(gòu)和該第二結(jié)構(gòu)中的至少之一。
文檔編號(hào)G09G3/34GK102317998SQ201080007515
公開日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月12日
發(fā)明者A.塞巴斯蒂安, A.潘塔齊, C.波齊迪斯, D.R.薩胡 申請(qǐng)人:國際商業(yè)機(jī)器公司