專利名稱：使用高壓薄膜晶體管的微機(jī)電系統(tǒng)器件的集成驅(qū)動(dòng)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子機(jī)械(MEMS)器件，具體來說，涉及致動(dòng)的MEMS器件以及用于控制致動(dòng)的MEMS器件的驅(qū)動(dòng)器電路。
背景技術(shù)：
光刻構(gòu)圖的微彈簧結(jié)構(gòu)(有時(shí)也稱作微彈簧)代表了業(yè)已開發(fā)的一種形式的MEMS器件，其被開發(fā)來生產(chǎn)低成本的探針卡以及提供集成電路之間的電氣連接。一個(gè)典型的微彈簧結(jié)構(gòu)包括一個(gè)具有緊固在襯底或其它支撐結(jié)構(gòu)上的簧片部分的彈簧夾，以及一個(gè)從被簧片固定的部分延伸在襯底上的自由(懸臂式)部分。該彈簧夾是從一個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)力的(stress engineered)膜(即被制造成使得更接近底層襯底的部分比更遠(yuǎn)離襯底的部分具有更高內(nèi)部壓應(yīng)力的膜)上形成的，所述膜至少部分地形成在一個(gè)釋放材料層上。當(dāng)位于該彈簧夾的自由部分下的釋放材料被蝕刻掉時(shí)，所述自由部分彎離襯底，從而從襯底“釋放”彈簧夾部分。通過層疊例如具有期望的應(yīng)力特性的不同金屬、或者通過改變制造參數(shù)來使用單一金屬，在彈簧中產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力梯度。此類彈簧結(jié)構(gòu)可以被使用在探針卡中，以便電接合集成電路、電路板和電極陣列，以及用于生產(chǎn)諸如電感器、可變電容器和致動(dòng)鏡之類的其它器件。舉例來說，當(dāng)被利用在探針卡應(yīng)用中時(shí)，所述自由部分的尖頭與形成在集成電路上的接觸墊接觸，從而信號(hào)可以經(jīng)由探針卡在集成電路和測試設(shè)備之間傳遞(即使用該彈簧結(jié)構(gòu)作為導(dǎo)體)。此類彈簧結(jié)構(gòu)的其它實(shí)例在美國專利No.3,842,189(Southgate)和美國專利No.5,613,861(Smith)中公開。
近期涉及微彈簧類型的MEMS器件的發(fā)展包括致動(dòng)釋放的彈簧夾的尖頭部分(即控制其位置)的能力，這是通過選擇性地施加一個(gè)靜電致動(dòng)力以將懸臂式自由部分拉向底層襯底(即對(duì)抗由彈簧夾的內(nèi)部應(yīng)力梯度生成的彎曲力)。由于物理尺度定律(scaling law)，靜電致動(dòng)當(dāng)前被認(rèn)為是致動(dòng)MEMS器件的最為節(jié)能的方法。靜電致動(dòng)的MEMS器件利用一個(gè)其位置鄰近于彈簧夾自由端(例如在襯底上并在該自由端正下方)的電極以及向該電極施加一個(gè)適當(dāng)電壓的相關(guān)聯(lián)的驅(qū)動(dòng)器電路。如此充電的電極吸引MEMS器件的可移動(dòng)部分(例如自由部分)，從而使得該可移動(dòng)部分對(duì)抗由其內(nèi)部應(yīng)力梯度產(chǎn)生的偏置彈簧力而彎向電極。通過控制電極上的電壓電平，可以在一個(gè)完全展開的位置(即電極電壓最小且MEMS器件被完全偏離襯底)和一個(gè)完全收縮的位置(即電極電壓最大且MEMS器件被拉向電極/襯底)之間改變MEMS器件相對(duì)于支撐襯底的位置。
與靜電致動(dòng)的MEMS器件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問題是，雖然致動(dòng)行程長度一般比例于所施加的電壓，但是最大力卻通常比例于電壓的平方。因此，在實(shí)際的應(yīng)用中，需要高電壓(即超過50伏的電壓，通常是100V或更大)來驅(qū)動(dòng)這些靜電致動(dòng)的MEMS器件。因?yàn)橛性S多有效的DC-DC轉(zhuǎn)換電源可用，所以將此高電壓提供給靜電致動(dòng)的MEMS器件的電極不是大問題，特別是對(duì)于大多數(shù)靜電致動(dòng)的MEMS器件的低電流要求也是如此。然而，由于此類高電壓與標(biāo)準(zhǔn)的CMOS ULSI技術(shù)不兼容，所以對(duì)此類高電壓的控制并不是簡單明了的。也就是說，標(biāo)準(zhǔn)的CMOSULSI技術(shù)生產(chǎn)其操作電壓約在0V到20V范圍內(nèi)的電路結(jié)構(gòu)。為了解決所述的高電壓控制問題，當(dāng)前使用專用的高電壓功率芯片來在控制電路和致動(dòng)的MEMS器件之間充當(dāng)接口。盡管可以“現(xiàn)成”地(即相對(duì)便宜地)購買此類外部功率芯片，但是使用外部功率芯片對(duì)于每個(gè)MEMS器件都要求一個(gè)分開的連接。因此，使用外部功率芯片來生產(chǎn)大的MEMS器件陣列是非常困難和昂貴的，因?yàn)樗蟮幕ミB的數(shù)量以陣列大小的平方增加，這增加了制造時(shí)間和成本。
所需要的是一種在單個(gè)襯底上集成靜電致動(dòng)的MEMS器件和具有低電壓控制電路的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路的方法和設(shè)備，從而便于生產(chǎn)大的靜電致動(dòng)的MEMS器件陣列。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)一種在單個(gè)襯底上集成致動(dòng)的MEMS器件和高電壓驅(qū)動(dòng)器(致動(dòng)器)電子裝置的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)器電子裝置利用了便于用相對(duì)較低的控制電壓來將高致動(dòng)電壓傳送到致動(dòng)的MEMS器件的偏移柵極、高電壓薄膜晶體管(HVTFT)，從而便于生產(chǎn)具有大靜電致動(dòng)的MEMS器件陣列的器件。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)偏移柵極HVTFT包括控制柵極電極、相對(duì)接近于柵極電極定位的源極電極、被安排在相對(duì)遠(yuǎn)離柵極電極的偏移位置上的漏極電極，從而在漏極電極和柵極電極之間定義一個(gè)橫向偏移區(qū)域。使用偏移柵極HVTFT來控制集成的MEMS/HVTFT設(shè)備一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)是，可以用典型的TFT制造工藝(其通常與MEMS器件的制造工藝兼容)來制造偏移柵極HVTFT，但是卻提供了便于用“正常的”操作電壓(即柵電壓)來控制高致動(dòng)電壓的獨(dú)特的輸入/輸出特性。也就是說，可以通過在“正常的”低、高操作電壓電平之間(例如5V到20V)改變柵極電壓來將偏移柵極HVTFT的漏極電流改變8個(gè)數(shù)量級(jí)。這一特征提供了設(shè)計(jì)使用具有“正常的”操作電壓擺動(dòng)范圍的常規(guī)(即對(duì)稱)TFT控制電路、并只在最后一級(jí)(即將MEMS器件耦合到高致動(dòng)電壓或?qū)EMS器件從高致動(dòng)電壓去耦合)使用偏移柵極HVFTF的驅(qū)動(dòng)器電路的可能性。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，用于集成的MEMS/HVTFT設(shè)備的驅(qū)動(dòng)器電子裝置被安排成使得所選擇的HVTFT的漏極電極被耦合到相關(guān)聯(lián)的MEMS器件和高致動(dòng)電壓(即具有有限內(nèi)部阻抗的電壓源)，并使得所選擇的HVTFT的源極電極被耦合到低電壓源(例如地)。這一安排減小了電介質(zhì)擊穿的幾率，因?yàn)橛芍聞?dòng)電壓生成的相對(duì)較高的電壓電勢被施加在漏極電極和柵極電極之間的偏移區(qū)域中所提供的電介質(zhì)材料的相對(duì)較大的部分上，而提供在源極電極和柵極電極之間的電介質(zhì)材料的相對(duì)較小的部分則具有“正常的”操作電勢。在操作期間，被施加到MEMS器件的致動(dòng)電壓與在柵極電極上傳送的控制信號(hào)成反比。舉例來說，為了完全收縮MEMS器件，最小(低)控制信號(hào)電壓(即0伏)被施加到HVTFT的柵極電極，從而關(guān)斷HVTFT并隔離HVTFT的漏極電極上的高致動(dòng)電壓(即將整個(gè)致動(dòng)電壓施加到MEMS器件)。為了將MEMS器件保持在部分展開的位置，一個(gè)中間控制信號(hào)電壓(例如5V)被傳送到HVTFT的柵極電極上，從而部分地接通HVTFT并將漏極電極上的致動(dòng)電壓減小到中間電平。為了完全展開MEMS器件，一個(gè)最大(高)控制信號(hào)電壓(例如20V)被施加到HVTFT的柵極電極，從而完全接通HVTFT并將漏極電極接地(即實(shí)質(zhì)上消除傳遞給MEMS器件的致動(dòng)電壓)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，一個(gè)有源負(fù)載驅(qū)動(dòng)器電路包括兩個(gè)串連連接在高電壓源和地之間的偏移柵極HVTFT，其中第一HVTFT具有連接到高電壓源的柵極電極和源極電極，第二HVTFT具有連接到地的源極電極和被連接成接收“正常的”電壓控制信號(hào)的柵極電極。由連接到兩個(gè)HVTFT的漏極電極的中間節(jié)點(diǎn)來控制相關(guān)聯(lián)的MEMS器件的致動(dòng)電極。在這個(gè)安排中，第一HVTFT充當(dāng)高電壓源和中間節(jié)點(diǎn)之間的電阻，從而消除了對(duì)昂貴并占用空間的電阻器結(jié)構(gòu)的需要。
根據(jù)本發(fā)明的第二具體實(shí)施例，驅(qū)動(dòng)器電路包括將高電壓AC信號(hào)傳送到相關(guān)聯(lián)的MEMS器件的致動(dòng)電極(或MEMS結(jié)構(gòu)的簧片部分)上的交流(AC)電壓源以及相關(guān)聯(lián)的HVTFT，該相關(guān)聯(lián)的HVTFT具有連接到該MEMS結(jié)構(gòu)的簧片部分(或致動(dòng)電壓)的漏極電極、(例如經(jīng)由電容器)耦合到低電壓源的源極電極以及被連接來從控制電路接收“正常的”控制信號(hào)的柵極電極。與第一特定實(shí)施例類似，HVTFT被安排成防止在源極/柵極電介質(zhì)上的高電壓，從而最小化電介質(zhì)擊穿。


通過參照以下說明、所附權(quán)利要求書以及附圖可以更好地理解本發(fā)明的這些和其它特征、方面和優(yōu)點(diǎn)，其中圖1是示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)簡化實(shí)施例的、包括靜電致動(dòng)的MEMS器件和偏移柵極HVTFT的設(shè)備的透視圖；圖2(A)、2(B)和2(C)是示出不同的致動(dòng)的位置下的圖1的靜電致動(dòng)的MEMS器件的橫截面?zhèn)纫晥D；圖3(A)、3(B)、3(C)、3(D)、3(E)、3(F)、3(G)和3(H)是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的、集成的MEMS/HVTFT設(shè)備的制造的簡化橫截面?zhèn)纫晥D；圖4是示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的、包括用于控制靜電致動(dòng)的MEMS器件的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備的簡化圖；圖5是示出圖4設(shè)備的一部分的簡化橫截面?zhèn)纫晥D；圖6(A)是表示實(shí)驗(yàn)生成的數(shù)據(jù)的曲線圖，其示出使用圖4的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路時(shí)電極電壓隨控制信號(hào)的變化；圖6(B)是示出與Si HVTFT相關(guān)聯(lián)的輸出特性的曲線圖；圖7是示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例的、用于控制靜電致動(dòng)的MEMS器件的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路的簡化圖；圖8是示出被利用在圖7的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路中的示例性高電壓AC信號(hào)的曲線圖；
圖9是示出圖7設(shè)備的一部分的簡化橫截面?zhèn)纫晥D；以及圖10是示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的、包括由偏移柵極HVTFT控制的靜電致動(dòng)的MEMS隔膜的MEMS器件陣列的一部分的照片。
具體實(shí)施例方式
圖1是示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的簡化設(shè)備100的透視圖。設(shè)備100包括被集成制造在襯底101上的致動(dòng)的MEMS器件110和致動(dòng)(驅(qū)動(dòng)器)電路130。根據(jù)本發(fā)明，致動(dòng)(驅(qū)動(dòng)器)電路130包括被利用來響應(yīng)于相對(duì)較低的控制電壓(即10V或更小)選擇性地傳送相對(duì)較高的致動(dòng)電壓(即50V或更大)的偏移柵極HVTFT 140，其中該相對(duì)較低的控制電壓是從相關(guān)聯(lián)的控制邏輯電路150提供的。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，襯底101是使用絕緣材料形成的，諸如玻璃、陶瓷、塑料和柔性襯底，并且在一個(gè)實(shí)施例中，襯底101包括形成在其上的至少一個(gè)電介質(zhì)層105和一個(gè)半導(dǎo)體層107。在所公開的實(shí)施例中，半導(dǎo)體區(qū)域107是使用非晶硅(a-SiH)、多晶硅和有機(jī)材料中的任何一種形成的。在替換的實(shí)施例中，襯底101可以使用導(dǎo)電材料形成，諸如不銹鋼，并且襯底101還可以包括半導(dǎo)體材料，諸如硅或砷化鎵(具有或不具有包括例如控制邏輯電路150的有源集成電路)。
在這里使用的“致動(dòng)的MEMS器件”是指微機(jī)械的MEMS結(jié)構(gòu)和致動(dòng)電極的集成，它們通過微制造技術(shù)被組合在公共的襯底上。特別地，致動(dòng)電極(以及相關(guān)聯(lián)的控制電路)是用所選擇的集成電路(IC)工藝序列制造的，而MEMS結(jié)構(gòu)是用與所選擇的IC工藝序列兼容的“微加工”工藝制造的。參照?qǐng)D1的左側(cè)，在所公開的實(shí)施例中，致動(dòng)的MEMS器件110包括形成在襯底上(即在電介質(zhì)層105上)的固定的致動(dòng)電極115，以及包括固定地(剛性地)附著到襯底101的簧片部分122的微彈簧(MEMS)結(jié)構(gòu)(即可移動(dòng)的對(duì)應(yīng)部件)120，以及從簧片部分122延伸在致動(dòng)電極115之上的懸臂式的可移動(dòng)(自由)部分125。如下所詳述的那樣，微彈簧結(jié)構(gòu)120被生產(chǎn)成使其包括將自由部分125偏離襯底101的內(nèi)部應(yīng)力(或應(yīng)變)梯度，從而產(chǎn)生所示的將尖頭127指向離開致動(dòng)電極115的方向的彎曲形狀。在其它實(shí)施例中，致動(dòng)的MEMS器件的可移動(dòng)的對(duì)應(yīng)部件可以包括例如被響應(yīng)于致動(dòng)電壓而靜電致動(dòng)的金屬束或隔膜，所述致動(dòng)電壓被施加到可移動(dòng)的對(duì)應(yīng)部件或固定電極的其中一個(gè)上(其中其它結(jié)構(gòu)接地或耦合到適當(dāng)?shù)男盘?hào))。在另一個(gè)替換實(shí)施例中，致動(dòng)的MEMS器件的可移動(dòng)對(duì)應(yīng)部件可以由兩個(gè)固定的電極致動(dòng)，所述電極被容性耦合到該可移動(dòng)對(duì)應(yīng)部件，其中，固定電極之一被保持接地，而另一個(gè)固定電極選擇性地接收一個(gè)控制(高)電壓。
根據(jù)本發(fā)明，每個(gè)HVTFT是薄膜晶體管(TFT)，其中，在漏極電極和控制柵極電極的任意部分之間的最短距離都顯著大于柵極電介質(zhì)的厚度(即柵極電極和源極電極之間的距離)，從而使得漏極和源極之間的擊穿電壓大于柵極和源極之間的擊穿電壓。參照?qǐng)D1的中心部分，在所公開的實(shí)施例中，每個(gè)HVTFT 140一般包括一個(gè)形成在電介質(zhì)層105下的襯底101上的控制柵極電極142、一個(gè)源極電極144以及一個(gè)形成在電介質(zhì)層105上并在半導(dǎo)體區(qū)域107對(duì)側(cè)的漏極電極146。在一個(gè)替換實(shí)施例中(未示出)，源極電極、漏極電極和半導(dǎo)體區(qū)域可以位于柵極電極之下(即在其間形成柵極電介質(zhì)區(qū)域105A)。如圖2(A)中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，每個(gè)HVTFT 140都與標(biāo)準(zhǔn)TFT有區(qū)別，該區(qū)別在于柵極電極142是偏移的(也就是說，使得源極電極144的一部分基本上位于柵極電極142之上或與之橫向重疊一個(gè)距離D1，相反地，漏極電極146被從柵極結(jié)構(gòu)142橫向偏移一個(gè)距離D2)。也就是說，這一偏移柵極的安排和與標(biāo)準(zhǔn)TFT關(guān)聯(lián)的源極/漏極對(duì)稱不同，并且有利于使用由控制邏輯電路150生成的相對(duì)較低的控制電壓(例如0到20V)來控制高電壓(例如50到400V或更高，取決于所選擇的尺度(scaling))的受控通過，其中所述控制邏輯電路150在一個(gè)實(shí)施例中是用常規(guī)的CMOS技術(shù)或TFT電路制造的。如圖1中所示，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，HVTFT 140被安排成使得漏極端子146被耦合到用于致動(dòng)MEMS器件110的高致動(dòng)電壓(致動(dòng)電壓源，其在一個(gè)實(shí)施例中是具有有限內(nèi)部阻抗的電壓源)，而源極端子144被連接到低電壓源(例如地)。如下面參照?qǐng)D2(A)到2(C)所更詳細(xì)描述的那樣，利用這種安排，施加到MEMS器件110的致動(dòng)電壓與傳送到柵極電極142上的控制信號(hào)成反比例。因此，本發(fā)明便于通過使用被傳送到柵極電極142上的相對(duì)較低的控制電壓來控制施加到MEMS器件110的高致動(dòng)電壓，同時(shí)，最小化由所傳送的高致動(dòng)電壓引起的電介質(zhì)擊穿的幾率。
圖2(A)到2(C)表示在不同致動(dòng)狀態(tài)期間的MEMS器件110。
圖2(A)表示在完全收縮位置下的MEMS器件110，其中，尖頭127接觸致動(dòng)電極115和/或形成在襯底101上的其它結(jié)構(gòu)(例如形成在電極115上的電絕緣膜)。當(dāng)由控制邏輯電路150(圖1)傳送到柵極電極142上的柵極電壓被最小化(例如0伏)時(shí)，達(dá)到這一完全收縮的位置，從而關(guān)斷HVTFT 140并防止將存在于漏極電極146(和致動(dòng)電極115)上的高電壓傳遞到源極電極144。由于致動(dòng)電極115實(shí)質(zhì)上被連接到高電壓源，從而產(chǎn)生一個(gè)相對(duì)較強(qiáng)的(第一)靜電場EF1，使得可移動(dòng)部分125移到圖2(A)中所示的完全收縮的位置。
圖2(B)表示在部分收縮位置下的MEMS器件110，其中，微彈簧結(jié)構(gòu)120的尖頭127在圖2(A)所示的完全收縮的位置和下面描述的完全展開的位置之間。當(dāng)MEMS器件110處于部分打開狀態(tài)時(shí)，即當(dāng)由控制邏輯電路150(圖1)傳送到柵極電極142上的柵極電壓V1處在部分接通HVTFT 140的選定的中間電平(例如5V)時(shí)，達(dá)到這一部分收縮的位置。由于HVTFT被部分接通，從而生成一個(gè)從漏極電極146到源極電極144的控制電流CC1，其減小致動(dòng)電極115上的電壓，這又減弱了致動(dòng)電極115對(duì)微彈簧結(jié)構(gòu)120的可移動(dòng)部分125的吸引靜電力。在這一減小的靜電場的影響下，可移動(dòng)部分125由于其內(nèi)部應(yīng)力梯度彎離襯底101，直到由內(nèi)部應(yīng)力梯度生成的彎曲力BF1與相對(duì)較弱的(第二)靜電場EF2平衡，可移動(dòng)部分125從而移動(dòng)到圖2(B)所示的相對(duì)于襯底101的部分收縮的位置。
圖2(C)表示在完全展開位置下的MEMS器件110，其中，微彈簧結(jié)構(gòu)120的尖頭127處于距致動(dòng)電極115的最大距離。當(dāng)MEMS器件110處于完全打開狀態(tài)時(shí)，即當(dāng)傳送到柵極電極142上的柵極電壓V2處在完全接通HVTFT 140的最大電平(例如10V)時(shí)，達(dá)到這一完全展開的位置，從而從致動(dòng)電極115(經(jīng)由溝道105A和源極電極144到地)吸取最大控制電流CC2(例如100V)。借助從致動(dòng)電極115吸取的完全控制電流CC2，沒有靜電力被施加到微彈簧夾120，從而使得可移動(dòng)部分125由于其內(nèi)部應(yīng)力梯度而彎離襯底101。
圖3(A)到3(H)表示用于制造根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的集成的MEMS/HVTFT設(shè)備的工藝。
圖3(A)表示根據(jù)已知技術(shù)在襯底301(為簡明從3(B)到3(H)中省略)上形成柵極電極310。a-SiH層320形成在柵極電極310和襯底301的暴露表面上，a-SiH層320包括下氮化物層322、中間硅(未摻雜)層324(其形成隨后形成的TFT結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體區(qū)域)以及上氮化物層326。
參照?qǐng)D3(B)，例如使用已知的背面照射技術(shù)，在柵極電極310之上的上氮化物層326的第一部分326A上形成第一抗蝕劑部分330A。
如圖3(C)所示，使用第一抗蝕劑部分330A作為對(duì)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)，然后用已知的技術(shù)形成第二抗蝕劑部分330B，使得第二抗蝕劑部分330B從上氮化物層326的第一部分326A延伸在第二部分326B上。
隨后用已知的技術(shù)蝕刻上氮化物層326的暴露的部分，得到上氮化物部分326C(圖3(D))。
參照?qǐng)D3(E)，隨后沉積并構(gòu)圖一個(gè)金屬層或摻雜的a-SiH和金屬多層，以便形成部分地在上氮化物部分326C的第一邊緣上延伸的源極電極332、部分地在上氮化物部分326C的第二邊緣上延伸的漏極/致動(dòng)電極334以及通過間隙337與漏極/致動(dòng)電極334分開的電極336。
參照?qǐng)D3(F)，隨后一個(gè)層間(第二)電介質(zhì)層340(例如氮氧硅、BCB或聚酰亞胺)和一個(gè)釋放(犧牲)材料層350被形成在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)之上，并使用已知技術(shù)被構(gòu)圖以便形成暴露電極336的一部分的開口345。在一個(gè)實(shí)施例中，釋放材料層350是被沉積(例如濺射)到約為0.05微米或更大厚度的鈦(Ti)。也可以使用具有鈦的有利特性的其它釋放材料，所述釋放材料可以包括銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鋯(Zr)、鈷(Co)中的至少一種，或者諸如硅(Si)或氮化硅(SiN)之類的不導(dǎo)電材料。此外，可以順序地沉積兩種或更多的釋放材料層，以便形成一個(gè)多層結(jié)構(gòu)。在又一個(gè)可能的實(shí)施例中，任何上述的釋放材料都可以被夾在兩個(gè)非釋放材料層(即如下所述的在彈簧釋放工藝中不被去除的材料)中間。
隨后，如圖3(G)所示，通過在釋放層350上沉積和構(gòu)圖一個(gè)彈簧材料層來形成一個(gè)設(shè)計(jì)應(yīng)力的彈簧結(jié)構(gòu)360，以使得簧片部分362延伸進(jìn)開口345中并接觸電極336，以及可移動(dòng)部分365在漏極/致動(dòng)電極334的至少一部分上延伸(即在致動(dòng)電極正上方或例如從錐形的致動(dòng)電極橫向偏移，所述錐形致動(dòng)電極例如在美國專利No.XX/XXX，XXX(從申請(qǐng)序列號(hào)10/136,258簽發(fā)，題為“SCANNING PROBE SYSTEM WITHSRPING PROBE AND ACTUATION/SENSING STRUCTURE”[代理人案號(hào)No.XC-019-1p])中公開，在此引用其全文以作參考)。在一個(gè)實(shí)施例中，形成彈簧結(jié)構(gòu)360的彈簧材料是一種設(shè)計(jì)應(yīng)力的金屬膜，其被形成為包括生長方向(growth direction)上的內(nèi)部應(yīng)力變化(也就是說，內(nèi)部應(yīng)力與其垂直厚度或離釋放層350的距離成比例)。用于在彈簧結(jié)構(gòu)360中生成內(nèi)部應(yīng)力變化的方法例如在美國專利No.3,842,189(沉積具有不同內(nèi)部應(yīng)力的兩種金屬)和美國專利No.5,613,861(例如濺射的單一金屬同時(shí)改變工藝參數(shù))中教導(dǎo)，二者在此引用以作參考。在一個(gè)實(shí)施例中，彈簧結(jié)構(gòu)360包括一種或多種適于用來形成微彈簧夾的金屬(例如鉬(Mo)、“鉬鉻”合金(MoCr)、鎢(W)、鈦鎢合金(TiW)、鉻(Cr)和鎳(Ni)中的一種或多種)。彈簧結(jié)構(gòu)360的厚度部分地由所選擇的彈簧材料、所施加的涂層(當(dāng)使用時(shí))以及所期望的彈簧常數(shù)和最終的微彈簧結(jié)構(gòu)的形狀決定。應(yīng)注意，在一個(gè)替換實(shí)施例中，可以用已知的TFT兼容的MEMS沉積工藝來形成彈簧結(jié)構(gòu)360，所述沉積工藝包括低應(yīng)力金屬M(fèi)EMS工藝、聚合物MEMS工藝或者低溫接合到傳統(tǒng)Si MEMS的工藝。
最后，去除(蝕刻)釋放材料層350以釋放彈簧結(jié)構(gòu)360的可移動(dòng)部分365。如圖3(H)所示，去除釋放材料層使得所釋放的可移動(dòng)部分由于內(nèi)部應(yīng)力梯度而從完全收縮位置365A向完全展開位置365B移動(dòng)。
再參照?qǐng)D3(H)，后續(xù)的致動(dòng)的MEMS器件110A和HVTFT 140A的操作實(shí)質(zhì)上正如上面參照?qǐng)D1所示的實(shí)施例所描述的那樣。應(yīng)注意，HVTFT 140A定義一個(gè)在柵極電極310的右邊緣和漏極電極334A之間的偏移區(qū)域OR。還應(yīng)注意，和前一實(shí)施例不同，層間電介質(zhì)層340位于致動(dòng)電極334B和彈簧結(jié)構(gòu)360的可移動(dòng)部分365B之間。
除了將HVTFT使用為用于MEMS器件驅(qū)動(dòng)器電路的基本構(gòu)建塊的一般方案之外，本發(fā)明還針對(duì)特定的驅(qū)動(dòng)器電路，其在以下示例性實(shí)施例中描述。特別地，常規(guī)的高電壓驅(qū)動(dòng)器電路一般利用高值電阻器(千兆歐姆范圍)。使用這種基于電阻器的驅(qū)動(dòng)器電路的一個(gè)問題是，這些電阻器很難在芯片上集成，因?yàn)樗鼈円蠛艽蟮男酒臻g并要求額外的掩模步驟。使用電阻器的另一個(gè)缺點(diǎn)是在于控制精確電阻值的難度。這些電阻器還導(dǎo)致陡峭的傳輸曲線，其給出較差的模擬致動(dòng)控制，并較適合二進(jìn)制應(yīng)用。
圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的、包括用于控制靜電致動(dòng)的MEMS器件110B的“全晶體管”高電壓驅(qū)動(dòng)器電路130B的設(shè)備100B的簡化圖。驅(qū)動(dòng)器電路130B利用兩個(gè)偏移柵極HVTFT 140B1和140B2，它們串連連接在高電壓源和地之間，其中中間節(jié)點(diǎn)N1被連接到致動(dòng)的MEMS器件110B的致動(dòng)電極115B。第一(負(fù)載)HVTFT 140B1具有連接到高電壓源的源極電極144B1、連接到中間節(jié)點(diǎn)N1的漏極電極146B1和柵極電極142B1，其中柵極電極142B1也被連接到高電壓源并被偏移成使得偏移區(qū)域ORB1位于柵極電極142B1和漏極電極146B1之間(即離開高電壓源)。應(yīng)注意，源極電極144B1和柵極電極142B1都被連接到高(致動(dòng))電壓源。相對(duì)地，第二(控制)HVTFT 140B2具有連接到地的源極電極144B2、連接到中間節(jié)點(diǎn)N1的漏極電極146B2和柵極電極142B2，其中柵極電極142B2被安排成使得偏移區(qū)域ORB2位于柵極電極142B2和漏極電極146B12之間(即離開地)。輸入電壓(例如接收自控制邏輯電路150，見圖1)被施加到柵極端子142B2，并且通過控制第二HVTFT 140B2的電導(dǎo)來控制在中間節(jié)點(diǎn)N1處的(從而在致動(dòng)電極115B上的)致動(dòng)電壓AVB。與上述實(shí)施例類似，致動(dòng)的MEMS器件110B包括一個(gè)MEMS結(jié)構(gòu)120B，其具有連接到低電壓源(例如地)的簧片部分122B和定位在致動(dòng)電極115B之上的可移動(dòng)部分125B。當(dāng)致動(dòng)電極115B上的致動(dòng)電壓AVB較低時(shí)(即當(dāng)?shù)诙﨟VTFT140B2由柵極端子142B2上的高控制電壓接通時(shí))，MEMS結(jié)構(gòu)120B的內(nèi)部應(yīng)力梯度使得可移動(dòng)部分125B彎離致動(dòng)電極115B。相反地，當(dāng)致動(dòng)電極115B上的致動(dòng)電壓AVB較高時(shí)(即當(dāng)?shù)诙﨟VTFT 140B2由柵極端子142B2上的低控制電壓關(guān)斷時(shí))，從致動(dòng)電極115B施加到MEMS結(jié)構(gòu)120B上的靜電力克服由內(nèi)部應(yīng)力梯度生成的彎曲力，從而使得可移動(dòng)部分125B以上述方式彎向致動(dòng)電極115B。因此，圖4中所示的“全晶體管”高電壓驅(qū)動(dòng)器電路130B便于MEMS器件110B的致動(dòng)，同時(shí)避免與基于電阻器的驅(qū)動(dòng)器電路相關(guān)聯(lián)的如上所述的問題。
申請(qǐng)人指出，標(biāo)準(zhǔn)低電壓NMOS電路以與由驅(qū)動(dòng)器電路130B使用負(fù)載晶體管相似的方式代替高值電阻器而使用負(fù)載晶體管。然而，在高電壓電路中，簡單地用HVTFT來代替電阻器在如預(yù)定的那樣操作這一方面并不是顯而易見的。如果按所預(yù)期的那樣將負(fù)載HVTFT 140B1安排成使其漏極電極146B1(即具有偏移區(qū)域的一側(cè))連接到高電壓源，如將HVTFT 140B1保持在正常的偏壓區(qū)域內(nèi)所預(yù)期的，則負(fù)載HVTFT140B1將很可能立即燒掉(被破壞)，因?yàn)闁艠O和源極區(qū)域之間的最大電壓受柵極電介質(zhì)的擊穿電壓的限制，其一般是40V左右。
此外，制造設(shè)備100B使用參照?qǐng)D3(A)到3(H)所描述的工藝流程，其不只提供MEMS器件110B和驅(qū)動(dòng)器電路130B(圖4)的3維(3D)集成，還允許更優(yōu)越的電壓隔離。如圖5所示，從節(jié)點(diǎn)N1施加到致動(dòng)電極115B的高電壓被施加到由橫向偏移區(qū)域ORB2從柵極電極142B2分開的漏極電極146B2，從而將漏極/柵極區(qū)域VGD施加在電介質(zhì)材料的相對(duì)較寬的部分上。相對(duì)地，如圖5的左側(cè)所示，被保持在“正常的”(即相對(duì)較低的)工作電壓的源極/柵極電壓VSG被施加在分隔源極電極144B2和柵極電極142B2的電介質(zhì)材料的相對(duì)較窄的部分上。因此，通過提供適當(dāng)寬的偏移區(qū)域ORB2，驅(qū)動(dòng)器電路130B(圖4)被構(gòu)造成使得由于施加到HVTFT 140B2上的高致動(dòng)電壓的電介質(zhì)擊穿的概率被最小化。此外，盡管未示出，在所有高電壓交叉點(diǎn)(即連接到高致動(dòng)電壓源的金屬線與連接到控制邏輯電路或地的金屬線交叉的地方)處提供了較厚的層間電介質(zhì)絕緣體和空氣橋交叉結(jié)構(gòu)，從而最小化交叉電介質(zhì)擊穿。
圖6(A)表示一個(gè)示出了實(shí)驗(yàn)生成的典型致動(dòng)電壓AVB的曲線圖，該致動(dòng)電壓由圖4所示電路(即使用a-SiH HVTFT)生成，其建議了用于構(gòu)建只有晶體管的NMOS電路的重要信息。如圖6(B)所示，在反向偏壓區(qū)域中(即-100V＜VDS＜0V)，相當(dāng)大的、可控制的電流流過HVTFT，同時(shí)VGS被限制到20V。操作在100V的全晶體管HVTFT反相器已被證明具有從0到10V的輸入電壓，這可以用標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字-模擬(D/A)電路生成。
圖7是示出一個(gè)根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)特定實(shí)施例的、包括一個(gè)用AC高電壓源610驅(qū)動(dòng)一個(gè)致動(dòng)的MEMES器件110C的驅(qū)動(dòng)器電路130C和一個(gè)相關(guān)聯(lián)的偏移柵極HVTFT 140C的設(shè)備100C的簡化電路圖。AC高電壓源610C將高電壓AC信號(hào)DV傳送到致動(dòng)的MEMS器件110C的致動(dòng)電極115C。致動(dòng)的MEMS器件110C還包括一個(gè)具有定位在致動(dòng)電極115C之上的簧片部分122C和可移動(dòng)部分125C的MBMS結(jié)構(gòu)120C?；善糠?22C連接到偏移柵極HVTFT 140C的漏極電極146C，該HVTFT140C還包括經(jīng)由源極(第一)電容器C1耦合到地的源極電極144C以及連接到節(jié)點(diǎn)N2的柵極電極，該柵極電極經(jīng)由“正常的”(即對(duì)稱的)TFT 620接收控制(數(shù)據(jù))信號(hào)，并且也經(jīng)由第二電容器C2耦合到地。與前面的實(shí)施例類似，相關(guān)聯(lián)的HVTFT 140C由傳送到數(shù)據(jù)線DL上的數(shù)據(jù)信號(hào)控制(接通或關(guān)斷)，該數(shù)據(jù)信號(hào)由TFT 620響應(yīng)于傳送到柵極線GL上的柵極信號(hào)選擇性地通過。如圖8所示，傳送到數(shù)據(jù)線DL上的控制信號(hào)的幅度顯著低于高電壓AC信號(hào)DV的幅度。此控制電路的目的是用于準(zhǔn)靜態(tài)地致動(dòng)MEMS器件，并且控制信號(hào)相對(duì)于高電壓AC源應(yīng)該是一個(gè)低電壓、接近DC的信號(hào)。在操作期間，當(dāng)AC高電壓信號(hào)DV處在正的高電壓周期中時(shí)，致動(dòng)電極115C被充電，直到源極電容器C1的電壓高于接收自數(shù)據(jù)線DL的控制電壓減去HVTFT 140C的閾值電壓。在高電壓信號(hào)DV的負(fù)周期部分中，在致動(dòng)電極115C和源極電容器C1上的電荷都通過HVTFT 140C放電，因?yàn)镠VTFT 140C操作在反向偏壓區(qū)域-100＜Vds＜0，如圖6(B)中所示，從而準(zhǔn)備好用于下一個(gè)周期。在這種配置下，只要高電壓AC信號(hào)DV的頻率遠(yuǎn)高于MEMS器件110C的諧振頻率，則MEMS器件110C只接收到所施加的電壓的RMS平均，這是由源極電容器C1和在數(shù)據(jù)線DL上接收的輸入控制電壓控制的。采用靜電驅(qū)動(dòng)的電荷模式基本上消除了MEMS器件110C的下彈(snap-down)不穩(wěn)定性并極大地改進(jìn)了靜電致動(dòng)器的線性可控制區(qū)域(理想地，兩個(gè)平行板之間的靜電力比例于電荷平方并與間距無關(guān))。應(yīng)注意，圖7所示的安排可以被反向(即AC信號(hào)DV施加到簧片部分122C而致動(dòng)電極115C連接到HVTFT 140C)。
此外，如圖9所示并與上面參照?qǐng)D4描述的驅(qū)動(dòng)器電路類似，驅(qū)動(dòng)器電路130C通過限制到電極115C(從其與可移動(dòng)部分122C耦合)漏極電極146C的高電壓來避免交叉電介質(zhì)擊穿，該漏極電極與柵極電極142C分開橫向偏移區(qū)域ORC，從而在電介質(zhì)材料的一個(gè)相對(duì)較寬的部分上施加漏極/柵極區(qū)域VGD。
由本發(fā)明提供的一個(gè)主要的優(yōu)點(diǎn)在于以上述方式集成了靜電致動(dòng)的MEMS器件和基于HVTFT的驅(qū)動(dòng)器電路的設(shè)備能夠使用最小數(shù)量的表面觸點(diǎn)來支持大規(guī)模MEMS陣列。大規(guī)模MEMS陣列(即包括多行和多列致動(dòng)的MEMS器件)對(duì)于構(gòu)建復(fù)雜的致動(dòng)系統(tǒng)是特別有利的，比如圖10中所示的MEMS隔膜陣列。如果驅(qū)動(dòng)器電子裝置無法以象素級(jí)別集成則將很難實(shí)現(xiàn)此類系統(tǒng)的大尺寸，因?yàn)樗蟮幕ミB的數(shù)量作為陣列大小的平方而增加。這里描述的基于HVTFT的驅(qū)動(dòng)器電路提供了用于構(gòu)建此類大規(guī)模MEMS陣列致動(dòng)系統(tǒng)的一個(gè)解決方案。類似于用來驅(qū)動(dòng)有源矩陣液晶顯示器的有源矩陣開關(guān)網(wǎng)絡(luò)是用于只用合理數(shù)量的周邊電路來驅(qū)動(dòng)MEMS器件陣列的自然的解決方案。
因此，本發(fā)明提供便于對(duì)靜電致動(dòng)的MEMS器件陣列提供集成驅(qū)動(dòng)器控制的基于HVTFT的驅(qū)動(dòng)器電路。與常規(guī)的CMOS技術(shù)相比，TFT電子裝置具有選擇襯底的多樣性、大的面積以及每單位面積的低成本的優(yōu)點(diǎn)。選擇襯底的多樣性是一個(gè)重要優(yōu)點(diǎn)1)標(biāo)準(zhǔn)玻璃襯底提供更優(yōu)越的隔離，使得高電壓容易處理，2)玻璃或其它透明襯底提供設(shè)計(jì)光學(xué)系統(tǒng)的較大自由，3)玻璃、陶瓷或其它絕緣襯底提供對(duì)高頻EM信號(hào)的較低損耗并對(duì)于高頻應(yīng)用特別有用，4)玻璃是標(biāo)準(zhǔn)的生物兼容的襯底，5)柔性塑料襯底允許新穎的彎曲的襯底應(yīng)用，以及6)甚至用常規(guī)的有源IC來形成完全集成的系統(tǒng)。大的面積可以實(shí)現(xiàn)大的系統(tǒng)，特別是大的MEMS致動(dòng)器陣列。薄膜工藝的每單位面積的制造成本一般在每平方英寸幾十美分的范圍，這比常規(guī)ULSI CMOS低了幾個(gè)數(shù)量級(jí)。TFT工藝的長度尺度(幾微米)與典型的MEMS器件匹配良好，因?yàn)镸EMS器件的尺寸與它們的功能性緊密相關(guān)，并通常不總是可能縮小的。
盡管已經(jīng)關(guān)于某些特定實(shí)施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員將明白，本發(fā)明的發(fā)明性特征也適用于其它實(shí)施例，所有這些實(shí)施例都應(yīng)落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。舉例來說，雖然本文參照微彈簧類型的MEMS器件描述了本發(fā)明，但本發(fā)明也可被用于驅(qū)動(dòng)其它類型的致動(dòng)的MEMS器件，其中某些在上面已經(jīng)提到。此外，盡管所公開的實(shí)施例利用了n溝道器件，但是也可用p溝道或混合的n溝道和p溝道器件來生成等效的電路。
權(quán)利要求
1.一種設(shè)備，包括一個(gè)襯底；一個(gè)包括多個(gè)形成在該襯底上的高電壓薄膜晶體管(HVTFT)的驅(qū)動(dòng)器電路，每個(gè)HVTFT包括一控制柵極電極、一源極電極和一被安排成使得源極電極與控制柵極電極分開第一距離的漏極電極，漏極電極與控制柵極電極間隔開，以使得漏極電極和控制柵極電極的任何部分之間的最短距離都顯著大于該第一距離，并使得漏極電極和源極電極之間的第一擊穿電壓大于控制柵極電極和源極電極之間的第二擊穿電壓；以及形成在該襯底上的多個(gè)致動(dòng)的MEMS器件，其中每個(gè)致動(dòng)的MEMS器件都連接到所述多個(gè)HVTFT中的一相關(guān)聯(lián)的HVTFT的漏極電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中，每個(gè)所述相關(guān)聯(lián)的HVTFT的漏極電極都連接到一致動(dòng)電壓源，并且每個(gè)所述相關(guān)聯(lián)的HVTFT的每個(gè)源極電極都連接到一個(gè)低電壓源，其中，驅(qū)動(dòng)器電路包括一裝置，該裝置用于在每個(gè)所述相關(guān)聯(lián)的HVTFT的控制柵極電極上選擇性地生成一個(gè)控制信號(hào)，以使得當(dāng)該控制信號(hào)被保持在選定的控制電壓電平上時(shí)，所述相關(guān)聯(lián)的HVTFT被完全接通以便將漏極電極耦合到低電壓源，以及其中，所選定的控制電壓電平基本上低于由致動(dòng)電壓源提供給所述相關(guān)聯(lián)的HVTFT的源極電極的致動(dòng)電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中每個(gè)致動(dòng)的MEMES器件包括一形成在電介質(zhì)層上的致動(dòng)電極；以及一MEMS結(jié)構(gòu)，包括一剛性地附著在該襯底上的簧片部分和一從簧片部分延伸并且其位置與致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該MEMS結(jié)構(gòu)被制造成具有內(nèi)部應(yīng)力梯度，以使得當(dāng)所述電極生成第一靜電場時(shí)，可移動(dòng)部分彎曲到相對(duì)于該襯底的第一位置，并且當(dāng)所述電極生成第二靜電場時(shí)，可移動(dòng)部分彎曲到相對(duì)于襯底的第二位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該襯底包括玻璃、陶瓷、塑料、不銹鋼、柔性襯底以及半導(dǎo)體材料中的一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該襯底包括一有源集成電路，該有源集成電路包括耦合到該HVTFT的控制柵極電極的邏輯控制電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中該驅(qū)動(dòng)器電路包括具有第一控制柵極電極、連接到致動(dòng)電壓源的源極電極以及連接到中間節(jié)點(diǎn)的第一漏極電極的第一HVTFT；具有連接到該中間節(jié)點(diǎn)的第二漏極電極、連接到低電壓源的第二源極電極以及第二控制柵極電極的第二HVTFT；以及用于選擇性地在第二控制柵極電極上生成最大控制電壓的裝置，借此接通第二HVTFT以便將第二漏極耦合到該低電壓源，其中，該最大控制電壓基本上低于由該致動(dòng)電壓源提供給第一源極電極的致動(dòng)電壓。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其中，所述多個(gè)MEMS器件中的一相關(guān)聯(lián)的致動(dòng)的MEMS器件包括一形成在電介質(zhì)層上并連接到該中間節(jié)點(diǎn)的致動(dòng)電極；以及一MEMS結(jié)構(gòu)，包括一剛性地附著在該襯底上的簧片部分和一從簧片部分延伸并且其位置與該致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該MEMS結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部應(yīng)力梯度，該內(nèi)部應(yīng)力梯度被形成為使得當(dāng)最大控制電壓被施加到第二控制柵極電極時(shí)，可移動(dòng)部分彎離致動(dòng)電極。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的設(shè)備，其中所述多個(gè)MEMS器件中的一相關(guān)聯(lián)致動(dòng)的MEMS器件包括一形成在電介質(zhì)層上的致動(dòng)電極，以及一MEMS結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)其位置與該致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該驅(qū)動(dòng)器電路包括一個(gè)交流(AC)電壓源，用于在該相關(guān)聯(lián)的MEMS器件的電極和可移動(dòng)部分中的一個(gè)上生成一個(gè)高電壓AC信號(hào)，一相關(guān)聯(lián)的HVTFT，該HVTFT具有連接到該MEMS結(jié)構(gòu)的電極和可移動(dòng)部分中的另一個(gè)的漏極電極、耦合到低電壓源的源極電極和控制柵極電極，以及用于選擇性地在該相關(guān)聯(lián)的HVTFT的控制柵極電極上生成最大控制電壓的裝置，借此接通該相關(guān)聯(lián)的HVTFT以便將第二漏極耦合到該低電壓源，其中，該最大控制電壓基本上低于該高電壓AC信號(hào)的幅度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的設(shè)備，還包括連接在該相關(guān)聯(lián)的HVTFT的源極電極和該低電壓源之間的第一電容器；以及連接在該相關(guān)聯(lián)的HVTFT的控制柵極電極和該低電壓源之間的第二電容器。
10.一種設(shè)備，包括一襯底；一致動(dòng)的MEMS器件，包括一形成在該襯底之上的致動(dòng)電極；以及一MEMS結(jié)構(gòu)，包括一個(gè)其位置與該致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該MEMS結(jié)構(gòu)被形成為使得當(dāng)所述電極生成第一靜電場時(shí)，可移動(dòng)部分被致動(dòng)到相對(duì)于該襯底的第一位置，并且當(dāng)所述電極生成第二靜電場時(shí)，可移動(dòng)部分被致動(dòng)到相對(duì)于襯底的第二位置；以及一安裝在該襯底上的致動(dòng)電路，用于選擇性地將第一致動(dòng)電壓與第二致動(dòng)電壓的其中之一施加到該致動(dòng)的MEMS器件，致動(dòng)電極用第一致動(dòng)電壓生成第一靜電場，并且致動(dòng)電極用第二致動(dòng)電壓生成第二靜電場，其中，該致動(dòng)電路包括一形成在該襯底上的高電壓薄膜晶體管(HVTFT)，該HVTFT包括一控制柵極電極、一源極電極和一被安排成使得源極電極的一部分與控制柵極電極分開第一距離的漏極電極，并且漏極電極被安排在一個(gè)偏移位置，以使得漏極電極從控制柵極電極橫向偏移一個(gè)偏移距離，該偏移距離基本上大于第一距離。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該襯底包括玻璃、陶瓷、塑料、不銹鋼、柔性襯底以及半導(dǎo)體材料的其中之一。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該襯底包括一有源集成電路，該有源集成電路包括一耦合到該HVTFT的控制柵極電極的邏輯控制電路。
13.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該HVTFT的漏極電極連接到該致動(dòng)的MEMS器件的致動(dòng)電極，并且該HVTFT的源極電極連接到一個(gè)低電壓源。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的設(shè)備，其中該HVTFT的漏極電極連接到該致動(dòng)的MEMS器件的簧片部分和致動(dòng)電極的其中之一，并且該HVTFT的源極電極連接到一低電壓源。
15.一種設(shè)備，包括一用于生成具有最大邏輯電壓的控制信號(hào)的控制邏輯電路；一低電壓源；一用于提供致動(dòng)電壓的高電壓源，所述致動(dòng)電壓基本上高于該最大邏輯電壓；第一高電壓薄膜晶體管(HVTFT)，該HVTFT包括耦合到該控制電路的控制柵極電極、被定位得相對(duì)靠近于控制柵極電極并被耦合到該低電壓源的源極電極以及被定位得相對(duì)遠(yuǎn)離控制柵極電極并被耦合到該高電壓源的漏極電極；以及一連接到該HVTFT的漏極電極的致動(dòng)的MEMS器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，還包括第二HVTFT，該第二HVTFT具有第一控制柵極電極、連接到該高電壓源的源極電極以及連接到一中間節(jié)點(diǎn)的第一漏極電極，其中第一HVTFT的漏極電極連接到該中間節(jié)點(diǎn)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的設(shè)備，其中該致動(dòng)的MEMS器件包括一連接到該中間節(jié)點(diǎn)的致動(dòng)電極；以及一MEMS結(jié)構(gòu)，該MEMS結(jié)構(gòu)包括一簧片部分和一從簧片部分延伸并且其位置與該致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該MEMS結(jié)構(gòu)包括內(nèi)部應(yīng)力梯度，該內(nèi)部應(yīng)力梯度被形成為使得當(dāng)最大控制電壓被施加到第二控制柵極電極時(shí)，可移動(dòng)部分彎離致動(dòng)電極。
18.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中該致動(dòng)的MEMS器件包括一致動(dòng)電極，以及一MEMS結(jié)構(gòu)，該MEMS結(jié)構(gòu)包括一其位置與該致動(dòng)電極鄰近的可移動(dòng)部分，其中，該設(shè)備還包括一交流(AC)電壓源，用于在該致動(dòng)的MEMS器件的可移動(dòng)部分和致動(dòng)電極的其中之一上生成一個(gè)高電壓AC信號(hào)，以及其中第一HVTFT的漏極電極連接到該致動(dòng)的MEMS器件的可移動(dòng)部分和致動(dòng)電極的另一個(gè)上，并且第一HVTFT的源極電極耦合到一個(gè)低電壓源。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的設(shè)備，還包括連接在第一HVTFT的源極電極和該低電壓源之間的第一電容器；以及連接在第一HVTFT的控制柵極電極和該低電壓源之間的第二電容器。
20.根據(jù)權(quán)利要求15的設(shè)備，其中控制邏輯電路、第一HVTFT和該致動(dòng)的MEMS器件被集成地形成在一襯底上，該襯底包括玻璃、陶瓷、塑料、不銹鋼、柔性襯底和半導(dǎo)體材料的其中之一。
全文摘要
一種在單個(gè)襯底上集成靜電致動(dòng)的MEMS器件和高電壓驅(qū)動(dòng)器(致動(dòng)器)電子裝置的設(shè)備，其中驅(qū)動(dòng)器電子裝置利用了便于用相對(duì)較低的控制電壓來傳送高致動(dòng)電壓的偏移柵極高電壓薄膜晶體管(HVTFT)，從而便于形成靜電致動(dòng)的MEMS器件的大的陣列。驅(qū)動(dòng)器電路被安排成使得當(dāng)HVTFT被關(guān)斷時(shí)，高致動(dòng)電壓被施加到該致動(dòng)的MEMS器件的致動(dòng)電極和該HVTFT的漏極電極，從而最小化電介質(zhì)擊穿。當(dāng)HVTFT響應(yīng)于相對(duì)較低的控制電壓而被接通時(shí)，高致動(dòng)電壓被從漏極(偏移)電極到源極(未偏移)電極放電到地。
文檔編號(hào)H01L29/786GK1693181SQ200510052719
公開日2005年11月9日 申請(qǐng)日期2005年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月11日
發(fā)明者J·P·盧, E·M·周, J·H·候, C·施 申請(qǐng)人:帕洛阿爾托研究中心公司