br>[0077] 根據(jù)本文公開的至少部分實(shí)施方式的致動器利用兩組交叉指型電極462、464來 構(gòu)成，所述電極之間具有小的有意的垂直位移。正如上文提到，這可通過利用Si02、Si3N4、 鋁、聚酰亞胺或者以上材料組合的薄膜對所述膜預(yù)加應(yīng)力來實(shí)現(xiàn)。內(nèi)應(yīng)力失配引起膜具有 曲率，從而在兩個電極之間產(chǎn)生位移。具有與本體材料和鉸鏈材料的內(nèi)應(yīng)力不同的內(nèi)應(yīng)力 的材料的薄膜可位于本體和至少一個彈性鉸鏈中的至少一個處或者位于本體和至少一個 彈性鉸鏈中的至少一個中，使得由于內(nèi)應(yīng)力差，第一組梳齒和第二組梳齒在與第一平面垂 直的方向上相對彼此移位。例如，當(dāng)處于靜止位置處時，第一組梳齒和第二組梳齒在與第 一平面垂直的方向上相對彼此偏移了小于或者等于在與第一平面垂直的方向上本體的有 效位移（operativedisplacement)的最大振幅（maximumamplitude)的 10%。偏移甚至 可以小于本體的有效位移的最大振幅的10%，諸如8%、6%、5%、4%、3%、2%、1%和小于 1 %以及介于上述值之間的值。
[0078] 當(dāng)膜結(jié)構(gòu)320、420處于靜止位置處時，在第一組梳齒和第二組梳齒之間有意引入 不對稱性的另一個選項(xiàng)是，使第一組梳齒和第二組梳齒在與第一平面垂直的方向上具有不 同的延伸（extension，延伸度）。
[0079] 利用具有在其機(jī)械諧振頻率處或者其機(jī)械諧振頻率附近的頻率的電位差來供應(yīng) 電極462、464。這產(chǎn)生靜電力，以將電極拉攏在一起。如果力足夠大且供應(yīng)電壓是在器件諧 振頻率附近或者在器件諧振頻率處，那么膜運(yùn)動被放大，直至通過阻尼達(dá)到平衡。這產(chǎn)生大 位移，從而產(chǎn)生與膜相鄰的空氣量的強(qiáng)烈振動。
[0080] 從致動器F產(chǎn)生的靜電力與電極組數(shù)目N、電極重疊長度的平方I2成正比，且與一 組電極間的距離的平方成反比。當(dāng)位移小于電極厚度t時確實(shí)如此，其中邊緣效應(yīng)小。在 本發(fā)明提出的設(shè)計(jì)中，電極厚度范圍可為從5ym到70ym，電極間間隙g范圍可為2ym到 10ym，電極長度為10ym到150ym。利用這些量，由交叉指型梳狀驅(qū)動致動器產(chǎn)生的力由 以下等式給定：
[0081]
[0082] 本體320、420以及/或者至少一個彈性鉸鏈352、452可與基板110單片集成。
[0083] 例如，本體320、420可具有與第一平面平行為200ym至1000ym或者400ym至 800ym的橫向延伸。例如，本體320、420在與第一平面垂直的方向上可具有5ym至70ym 或者10ym至50ym的厚度。
[0084] 本體320、420和至少一個彈性鉸鏈352、452可形成諧振結(jié)構(gòu)。第一組梳齒362、 462和第二組梳齒364、464可被配置為在聲換能器操作期間在基本上永久的諧振或者近諧 振激勵中驅(qū)動諧振結(jié)構(gòu)，且利用控制信號對在諧振結(jié)構(gòu)的諧振頻率處或者在諧振結(jié)構(gòu)的諧 振頻率附近對本體320、420的所得振蕩進(jìn)行振幅調(diào)制，所述控制信號是基于待由聲換能器 換能的電輸入信號。
[0085] 基板110的一部分可借助pn結(jié)、隱埋氧化物隔離層或者電介質(zhì)層中的至少一個來 電氣隔離。圖4中的隔離層可以為隱埋氧化物隔離層或者電介質(zhì)層。
[0086] 當(dāng)本體320、420移動時，第一組梳齒362、462和第二組梳齒364、464可保持最小 相對間距。相對間距是指在與本體主運(yùn)動方向垂直的方向上第一組梳齒和第二組梳齒之間 的距離。保持最小相對間距的事實(shí)上是指，在本體運(yùn)動期間，第一組梳齒和第二組梳齒彼此 接近程度不會小于上述最小相對間距。
[0087] 例如，本體320、420和至少一個彈性鉸鏈352、452可形成具有40kHz至400kHz或 者60kHz至300kHz或者80kHz至200kHz的諧振頻率的諧振結(jié)構(gòu)。
[0088] 圖3和圖4所示的聲換能器可以為微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS)，且可使用MEMS制造技術(shù)來 制造。不僅自諧振由MEMS結(jié)構(gòu)的機(jī)械性質(zhì)給定，而且周圍封裝491可被用于支持例如通過 空氣彈簧/質(zhì)量系統(tǒng)（例如霍爾海姆茨共振器或者亥姆霍茲共振器490)的諧振。這些結(jié) 構(gòu)可在體硅材料內(nèi)制造，且工藝完全兼容CMOS。
[0089] 可替代地，圖3和圖4所示的聲換能器可被描述為具有基板110,基板110具有第 一表面114和第二表面115。第一表面界定第一平面?；?10具有腔112,腔112具有內(nèi) 周緣116。腔112從第一表面114和第二表面115中的至少一個延伸。聲換能器還包括機(jī) 械諧振器結(jié)構(gòu)，機(jī)械諧振器結(jié)構(gòu)至少部分阻斷腔112,機(jī)械諧振器結(jié)構(gòu)通過至少一個彈性鉸 鏈352、452連接至基板110且被配置為大體上以機(jī)械諧振器結(jié)構(gòu)的諧振頻率引起腔112內(nèi) 流體移位。交叉指型梳狀驅(qū)動器360、460設(shè)置于基板110和機(jī)械諧振器結(jié)構(gòu)之間的間隙， 且被配置為產(chǎn)生靜電力以引起機(jī)械諧振器結(jié)構(gòu)的諧振或近諧振激勵。
[0090] 圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的聲換能器的示意俯視圖。腔112和本體420都具 有大體上正方形形狀且彼此一致（congruent)和同中心。聲換能器包括梳狀驅(qū)動器460,梳 狀驅(qū)動器460具有四個部分，正方形本體420的每一邊處一個部分。圖5中可用看到第一 組梳齒462和第二組梳齒464。
[0091] 圖5所示的聲換能器還包括彈性鉸鏈或者彈簧452。彈性鉸鏈452設(shè)置于正方形 本體420的角落處。各彈性鉸鏈452將本體420的一個角落連接至固定器（anchor) 558,固 定器558設(shè)置于腔112的相應(yīng)角落中。各鉸鏈452包括樞軸454和支柱455。當(dāng)本體420 在與圖5所示平面垂直的方向上運(yùn)動時，樞軸454執(zhí)行扭轉(zhuǎn)彈性運(yùn)動，所述扭轉(zhuǎn)彈性運(yùn)動偏 轉(zhuǎn)支柱455。此外，支柱455可執(zhí)行平移偏轉(zhuǎn)（translationaldeflection)。彈性鉸鏈452 的設(shè)計(jì)能保持本體420相對于基板110的定心（alignment)，使得在本體420運(yùn)動期間，基 本上保持梳狀驅(qū)動器460的第一組梳齒和第二組梳齒的相對間距。
[0092] 固定器558為L形，且可被用作導(dǎo)電元件，以施加電位于本體420,因此施加于梳狀 驅(qū)動器460的第二組梳齒464。在該情況下，固定器558可與周圍基板110電氣隔離。
[0093] 圖6示出根據(jù)本文公開的實(shí)施方式的聲換能器細(xì)節(jié)的示意性俯視圖。特別是，相 對于圖5所示設(shè)計(jì)，圖6中示出另一種固定器設(shè)計(jì)。各彈性鉸鏈452連接至兩個固定器部 分658,固定器部分658分別通過隔離溝槽653與周圍基板隔離。
[0094] 圖6也圖示在第一組梳齒462的一個齒662與第二組梳齒464的一個齒664之間 的間隙g。間隙g也被稱為第一組梳齒和第二組梳齒之間的相對間距。
[0095] 圖7A示出在靜止位置的根據(jù)本文公開實(shí)施方式的聲換能器細(xì)節(jié)的示意性截面。 特別是，可以看到第一組梳齒462的第一齒662以及第二組梳齒464的第二齒664。第一齒 662和第二齒664重疊了長度1。第一齒662和第二齒664在本體420的運(yùn)動方向上都具 有厚度t。第二齒664相對于第一齒662向頂部略微偏移（S卩，遠(yuǎn)離腔112)。這樣，在第一 齒662和第二齒664之間的靜電力使第二齒664向下運(yùn)動，使得膜420在此方向上由于靜 電力而被加速。由于吸引力，膜在偏移附近移位，并且由于諧振，位移振幅被放大。
[0096] 圖7B示出在致動狀態(tài)下圖7A中所示的細(xì)節(jié)，其中第二齒664在遠(yuǎn)離腔112的方 向上移位。
[0097] 圖8A示出在靜止位置處根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方式的聲換能器細(xì)節(jié)的示意性透視圖， 圖8B示出在致動狀態(tài)下的相同細(xì)節(jié)。電位VI施加于基板110,電位V2施加于膜420。當(dāng) 聲換能器處于靜止位置時，如圖8A所示，第一電位和第二電位VI和V2為相反符號。因此， 介于第一組梳齒和第二組梳齒462、464之間產(chǎn)生靜電吸引力，所述靜電吸引力將膜420拉 攏至靜止位置。在替代性實(shí)施方式中，第一組梳齒和第二組梳齒基本上無電荷，使得沒有產(chǎn) 生顯著靜電力。圖8B示出當(dāng)向上致動時的聲換能器。
[0098] 圖9示意性圖示用于固定器558與基板110的電氣隔離以及其它隔離任務(wù)的第一 選項(xiàng)。體硅容積110的一部分經(jīng)由p-n結(jié)和深隔離溝槽953電氣隔離。基板110為n型摻 雜，而設(shè)置于基板表面上的外延層"P+EPI"為p型摻雜。p-n結(jié)形成于界面處，當(dāng)n型基板 處于比P型層更高的電位時，P-n結(jié)阻斷。圖9也示出第一電連接件957和固定器558。第 一電連接件957用于將第一組梳齒362、462與梳狀驅(qū)動器360、460的控制信號發(fā)生器電氣 連接。固定器558用作第二組梳齒364、464的第二電連接件。第一電連接件957借助溝槽 953與固定器558電氣隔離。溝槽953不必一直向下延伸至基板第二表面115,這是因?yàn)榈?一電連接件957也借助具有相反方向的兩個p-n結(jié)與固定器558分離。因此，兩個p-n結(jié) 中至少一個通常處于阻斷狀態(tài)。
[0099] 圖10示意性圖示電氣隔離的第二選項(xiàng)，其中使用隱埋氧化物隔離層456。在此配 置中，隔離溝槽453延伸至隱埋氧化物隔離層456,使得第一電連接件957與固定器558電 氣隔咼。
[0100] 在替代性工藝中，靜止梳齒362、462相對于可移動梳齒364、464的隔離可由絕緣 電介質(zhì)層456提供，絕緣電介質(zhì)層456同時用作致動器的支撐撓性件。在此情況下，致動器 高度并不限制支撐撓性件的設(shè)計(jì)。它可以諸如蜿蜒式的橫向方式或者具有折皺的垂直地設(shè) 計(jì)。
[0101] 圖11示出根據(jù)本文公開實(shí)施方式的聲換能器細(xì)節(jié)的示意俯視圖。第一組梳齒462 包括防粘連結(jié)構(gòu)1162。在替代性實(shí)施方式中，防粘連結(jié)構(gòu)可配置于第二組梳齒464或者第