DE102024203211A1

DE102024203211A1 - Mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer Verdrängerstruktur

Info

Publication number: DE102024203211A1
Application number: DE102024203211.5A
Authority: DE
Inventors: Jens Schindele; Alexander Sorger; Maximilian Sommer; Anton Melnikov
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2024-04-09
Filing date: 2024-04-09
Publication date: 2025-10-09
Also published as: WO2025214845A1

Abstract

Mikroelektromechanische Vorrichtung (10) mit einer Verdrängerstruktur (1) mit einer beweglichen Lamelle (2), wobei wenigstens eine Steuerelektrode (13, 14, 15, 16) vorgesehen ist, die zur Beeinflussung einer Bewegung der Verdrängerstruktur (1) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, wobei die Verdrängerstruktur (1) ausgebildet ist, um in eine Haftposition nahe an die Steuerelektrode (13, 14, 15, 16) gezogen zu werden, wobei eine bewegliche Sicherheitsstruktur (31) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) vorgesehen ist, die zur Beeinflussung einer Bewegung der Sicherheitsstruktur (31) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, wobei die Sicherheitsstruktur (31) ausgebildet ist, um in eine Haftposition an die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) gezogen zu werden, wobei die Sicherheitsstruktur (31) und/oder die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) in der Weise ausgebildet sind, dass die Sicherheitsstruktur (31) vor der Verdrängerstruktur (1) in die Haftposition gezogen wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer Verdrängerstruktur, wobei die Verdrängerstruktur ausgebildet ist, um mit einem Fluid in Wechselwirkung zu treten.
Aus WO 2022/117197 A1 sind MEMS-Elemente mit einem Deckelantrieb und Verfahren zum Betreiben derselben bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine verbesserte mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer Verdrängerstruktur bereitzustellen, wobei insbesondere ein Anhaften der Verdrängerstruktur an Steuerelektroden reduziert, insbesondere unterbunden, wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer beweglichen Verdrängerstruktur vorgeschlagen, wobei die Verdrängerstruktur eine Lamelle aufweist. Die Verdrängerstruktur ist beispielsweise beweglich an einem Träger der Vorrichtung befestigt. Es ist wenigstens eine Steuerelektrode, insbesondere mehrere Steuerelektroden, an der Vorrichtung vorgesehen, die zur Beeinflussung einer Bewegung der Verdrängerstruktur mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar sind. Weiterhin ist die Verdrängerstruktur ausgebildet, um in eine Haftposition nahe an die Steuerelektrode gezogen zu werden. Zudem ist eine bewegliche Sicherheitsstruktur vorgesehen, wobei die Sicherheitsstruktur vorzugsweise beweglich an der Vorrichtung, insbesondere an einem Träger der Vorrichtung, befestigt ist. Es ist wenigstens eine Sicherheitselektrode an der Vorrichtung, insbesondere einem Träger der Vorrichtung, vorgesehen, wobei die Sicherheitselektrode zur Beeinflussung einer Bewegung der Sicherheitsstruktur mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist. Die Sicherheitsstruktur ist ausgebildet, um in eine Haftposition nahe an die wenigstens eine Sicherheitselektrode gezogen zu werden. Die Sicherheitsstruktur und/oder die Sicherheitselektrode sind in der Weise ausgebildet, dass die Sicherheitsstruktur vor der Verdrängerstruktur in die Haftposition gezogen wird.
Vorzugsweise sind die Sicherheitsstruktur und/oder die Sicherheitselektrode in der Weise ausgebildet, dass die Sicherheitsstruktur bei allen möglichen Kräften, die auf die Vorrichtung einwirken und/oder unabhängig von den elektrischen Spannungen, die an die Sicherheitselektrode und an die Steuerelektrode angelegt werden, vor der Verdrängerstruktur in die Haftposition gezogen wird. Beispielsweise werden die Sicherheitselektrode und die Steuerelektrode mit der gleichen Spannung beaufschlagt.
Die Vorrichtung ist vorzugsweise in der Weise ausgebildet, dass die Sicherheitsstruktur insbesondere bei gleichen von außen auf die Vorrichtung wirkenden Kräften wie z.B. Schock-Belastung, Gravitation, Beschleunigung usw. und insbesondere bei gleichen geometrischen Bedingungen und/oder gleichen elektrostatischen Kräften für die Verdrängerstruktur und die Sicherheitsstruktur leichter in die Haftposition gezogen wird.
Vorzugsweise kann bei Erreichen der Haftposition durch die Sicherheitsstruktur beispielsweise durch eine Beeinflussung des elektrischen Potentials der Steuerelektrode dafür gesorgt werden, dass die Verdrängerstruktur nicht in die Haftposition gezogen wird. Somit kann die Gefahr eines Anhaftens der Verdrängerstruktur an der Steuerelektrode reduziert beziehungsweise vermieden werden.
In einer Ausführungsform weist die Sicherheitsstruktur eine gleiche Form wie die Verdrängerstruktur auf. Zudem weist die Sicherheitsstruktur eine geringere Steifigkeit wie die Verdrängerstruktur auf. Somit kann insbesondere bei gleichen physikalischen Kräften, die auf die Vorrichtung wirken, die Sicherheitsstruktur leichter ausgelenkt werden und sich somit leichter und/oder früher in die Haftposition bewegen als die Verdrängerstruktur. Zudem kann die Sicherheitsstruktur eine geringere Steifigkeit wie die Verdrängerstruktur, insbesondere für eine Bewegung in die Haftposition, aufweisen. Somit kann auch bei dieser Ausführung, insbesondere bei gleichen physikalischen Kräften wie z.B. Schock-Belastung, Gravitation, Beschleunigung, die auf die Vorrichtung wirken, die Sicherheitsstruktur leichter ausgelenkt werden und sich somit leichter und auch früher in die Haftposition bewegen als die Verdrängerstruktur.
In einer weiteren Ausführungsform sind die Sicherheitsstruktur und/oder die Sicherheitselektroden in der Weise ausgebildet, dass bei gleichem Potential auf den Sicherheitselektroden und den Steuerelektroden eine größere elektromagnetische oder elektrostatische Kraft auf die Sicherheitsstruktur ausgeübt wird, um die Sicherheitsstruktur schneller in die Haftposition zu bewegen als die Verdrängerstruktur. Somit wird auch dadurch erreicht, dass zuerst die Sicherheitsstruktur in die Haftposition gezogen wird.
In einer weiteren Ausführungsform ist in einer Ruheposition der Sicherheitsstruktur ein vorgegebener Abstand zwischen der Sicherheitsstruktur und den Sicherheitselektroden kleiner als ein vorgegebener Abstand zwischen der Verdrängerstruktur und den Steuerelektroden. Auf diese Weise wird bei gleicher Bewegung der Sicherheitsstruktur und der Verdrängerstruktur in Richtung auf die Sicherheitselektroden beziehungsweise die Steuerelektroden zuerst die Sicherheitsstruktur in die Haftposition an den Sicherheitselektroden bewegt.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Sicherheitselektroden eine größere Fläche als die Steuerelektroden auf. Somit erzeugen die Sicherheitselektroden an dem gleich großen Potential wie die Steuerelektroden eine größere elektromagnetische und/oder- statische Kraft auf die Sicherheitsstruktur im Vergleich zu den Steuerelektroden und der Verdrängerstruktur. In einer weiteren Ausführungsform ist die Sicherheitselektrode in der Weise ausgebildet, dass die Sicherheitselektrode eine größere elektromagnetische und/oder- statische Kraft als die Steuerelektrode bei gleicher Spannung erzeugt.
In einer weiteren Ausführungsform erzeugt die Sicherheitsstruktur in der Haftposition ein Signal, wobei insbesondere die Sicherheitsstruktur zwei Sicherheitselektroden kurzschließt. Das Signal kann dazu verwendet werden, um die elektrische Spannung der Steuerelektroden zu reduzieren, insbesondere die Spannung abzuschalten, um ein Anhaften der Verdrängerstruktur an den Steuerelektroden zu vermeiden. Zudem kann ein Sensor vorgesehen sein, um die Haftposition der Sicherheitsstruktur zu detektieren.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Sicherheitsstruktur und/oder die Sicherheitselektroden Mittel auf, die ein dauerhaftes Anhaften der Sicherheitsstruktur an den Sicherheitselektroden reduzieren beziehungsweise vermeiden. Beispielsweise können die Mittel als Stopperstruktur und/oder als dielektrische Schicht und/oder als Antihaftschicht ausgebildet sein.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Verdrängerstruktur und/oder die Sicherheitsstruktur eine I-Form oder eine T-Form oder eine Doppel-T-Form auf.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform sind wenigstens einem Ende der Verdrängerstruktur, insbesondere gegenüber liegenden Enden, wenigstens eine Steuerelektrode, insbesondere zwei Steuerelektroden, zugeordnet.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform sind wenigstens einem Ende der Sicherheitsstruktur, insbesondere gegenüber liegenden Enden, wenigstens eine Sicherheitselektrode, insbesondere zwei Sicherheitselektroden, zugeordnet.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform unterscheiden sich die Verdrängerstruktur und/oder die Sicherheitsstruktur in dem Material, in der Geometrie, insbesondere in der Breite und/oder in der Länge und/oder in der Dicke in der Weise, dass insbesondere bei gleichen physikalischen Kräften, die auf die Vorrichtung wirkt, die Sicherheitsstruktur leichter ausgelenkt wird und sich somit leichter und/oder früher in die Haftposition bewegt als die Verdrängerstruktur.
In einer weiteren Ausführungsform weisen die Verdrängerstruktur und die Sicherheitsstruktur getrennte elektrische Potentialversorgungen, d.h. elektrische Spannungsversorgungen auf. Somit können die Verdrängerstruktur und die Sicherheitsstruktur mit verschiedenen elektrischen Potentialen, d.h. Spannungen, versorgt werden. Auch auf diese Weise kann die elektrostatische und/oder elektromagnetische Kraft zwischen den Steuerelektroden und der Verdrängerstruktur und die elektrostatische und/oder elektromagnetische Kraft zwischen den Sicherheitselektroden und der Sicherheitsstruktur in der Weise beeinflusst werden, dass die Sicherheitsstruktur stärker in Richtung auf die Sicherheitselektroden gezogen wird als die Verdrängerstruktur in Richtung der Steuerelektroden.
Es wird ein Verfahren zum Betreiben der mikroelektromechanischen Vorrichtung vorgeschlagen, wobei die Steuerelektroden und die Sicherheitselektroden mit einem Potential beaufschlagt werden, und wobei wenigstens das Potential der Steuerelektroden beeinflusst wird, um ein Anhaften der Verdrängerstruktur zu vermeiden, wenn sich die Sicherheitsstruktur in einer Anhaftposition befindet.
In einer weiteren Ausführungsform werden die Sicherheitselektroden mit einem größeren Potential beaufschlagt als die Steuerelektroden. Insbesondere kann die Verdrängerstruktur im Vergleich zur Sicherheitsstruktur mit einem Potential beaufschlagt werden, so dass die Sicherheitsstruktur stärker an die Sicherheitselektroden angezogen wird als die Verdrängerstruktur an die Steuerelektroden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Verdrängerstruktur,
2 eine weitere perspektivische Darstellung einer weiteren Ausführungsform einer Verdrängerstruktur,
3 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung, wobei sich die Verdrängerstruktur zwischen zwei Elektrodenpaaren befindet,
4 eine schematische Darstellung einer Anordnung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung mit einer Verdrängerstruktur und einer Sicherheitsstruktur,
5 bis 8 die mikroelektromechanische Vorrichtung mit Verdrängerstruktur und Sicherheitsstruktur in verschiedenen Zuständen,
9 bis 17 verschiedene mögliche Ausführungsformen der Sicherheitsstruktur und/oder der Verdrängerstruktur,
18 eine schematische Darstellung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung mit einer Sicherheitsstruktur mit Antihaftmittel, und
19 eine weitere schematische Darstellung einer mikroelektromechanischen Vorrichtung mit weiteren Antihaftmitteln.

Mikroelektromechanische Vorrichtungen, d.h. MEMS-Bauelemente, können mehrschichtige Schichtstrukturen sein. Derartige MEMS-Bauelemente können beispielsweise durch Prozessieren von Hableitermaterial auf Wafer-Level erhalten werden, was auch eine Kombination mehrerer Wafer und/oder die Abscheidung von Schichten auf Wafer-Ebenen beinhalten kann. Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können sich auf Schichtstapel mit mehreren Schichten beziehen. In diesem Zusammenhang beschriebene Schichten sind möglicherweise aber nicht notwendigerweise eine einzige Schicht, sondern können in Ausführungsbeispielen ohne weiteres zwei, drei oder mehrere Schichten aufweisen und als Schichtverbund verstanden werden. So können sowohl Schichten, aus deren Material ein bewegliches Element gebildet wird mehrschichtig gebildet sein als auch Schichten, zwischen denen ein bewegliches Element angeordnet ist, die bspw. Als zumindest ein Teil eines Wafers ausgestaltet sein können und mehrere Materialschichten aufweisen können, etwa zur Implementierung von physikalischen, chemischen und /oder elektrischen Funktionen. Manche der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele werden im Zusammenhang mit einer Lautsprecher-Konfiguration oder einer Lautsprecher-Funktion eines entsprechenden MEMS-Bauelements beschrieben. Es versteht sich, dass diese Ausführungen mit Ausnahme der alternativen oder zusätzlichen Funktion einer sensorischen Auswertung des MEMS-Bauelements bzw. der Bewegung oder Position beweglicher Elemente hiervon auf eine Mikrofon-Konfiguration bzw. Mikrofon-Funktion des MEMS-Bauelements übertragbar sind, so dass derartige Mikrofone ohne Einschränkungen weiterer Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung darstellen. Des Weiteren sind auch andere Einsatzgebiete von MEMS im Rahmen hierin beschriebener Ausführungsbeispiele, etwa Mikropumpen, Ultraschallwandler oder anderweitige MEMS-basierten Anwendungen die auf ein Bewegen von Fluid bezogen sind. Bspw. Können Ausführungsbeispiele auf eine Bewegung von Aktoren bezogen sein, die unter anderem mit einem Fluid interagieren können. Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine Anwendung elektrostatischer Kräfte für eine Auslenkung eines beweglichen Elements. Die beschriebenen Ausführungsbeispiele können aber ohne Weiteres auch unter Verwendung anderer Antriebsprinzipien implementiert werden, etwa eine elektromagnetische Krafterzeugung oder Sensierung. Die auslenkbaren Elemente können bspw. Elektrostatische, piezoelektrische und/oder thermomechanische Elektroden sein, die basierend auf einem angelegten Potential eine Verformung bereitstellen. Entsprechende Antriebe sind beispielsweise in WO 002022117197 A1 beschrieben.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Verdrängerstruktur 1, die in Form einer Lamelle 2 ausgebildet ist. Die Verdrängerstruktur 1 ist beispielsweise aus einem Halbleitermaterial wie zum Beispiel Silizium gebildet. Die Verdrängerstruktur 1 kann einseitig oder mehrseitig mit einem Träger, insbesondere einer Wand verbunden sein.
2 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine weitere Ausführungsform der Verdrängerstruktur 1, wobei die Verdrängerstruktur 1 eine Lamelle 2 und an gegenüberliegenden Enden 3, 4 jeweils eine erste Verbreiterung beziehungsweise eine zweite Verbreiterung in Form eines ersten Steges 5 beziehungsweise eines zweiten Steges 6 aufweist. Die Verbreiterung beziehungsweise die Stege 5, 6 sind in der Weise ausgebildet, dass diese jeweils über eine Seitenfläche 7, 8 entlang der X-Richtung hinausragen. Vorzugsweise ragt jeder Steg 5, 6 auf beiden Seiten entlang der X-Richtung die gleiche Strecke über die jeweilige Seitenfläche 7, 8 hinaus. Entlang der Z-Richtung sind die Stege 5, 6 in der gleichen Länge ausgebildet wie die Lamelle 2. Die Stege 5, 6 können jedoch auch entlang der Z-Richtung unterschiedliche Längen aufweisen.
3 zeigt in einer schematischen Darstellung die Anordnung der Verdrängerstruktur 1 der 2 in einer Kavität 9 einer mikroelektromechanischen Vorrichtung 10 in einer Y-X-Ebene. Die mikroelektromechanische Vorrichtung 10 kann im Folgenden auch MEMS-Element genannt werden. Die Vorrichtung 10 weist eine erste Wand 11 und eine gegenüberliegend angeordnete zweite Wand 12 auf. Der ersten Wand 11 ist das zweite Ende 4 der Verdrängerstruktur 1 zugeordnet. Das erste Ende 3 der Verdrängerstruktur 1 ist der zweiten Wand 12 zugeordnet. Die Verdrängerstruktur 1 ist entweder direkt oder über nicht dargestellte Verbindungselemente beweglich an einer nicht dargestellten weiteren Wand der Kavität 9 befestigt. Sowohl in der ersten Wand 11 als auch in der zweiten Wand 12 ist wenigstens eine Elektrode 13, 14, 15, 16 beziehungsweise sind jeweils zwei Elektroden angeordnet.
Zudem weist die Verdrängerstruktur 1 in dem ersten Ende 3 und/oder in dem zweiten Ende 4, insbesondere in dem ersten Steg 5 beziehungsweise dem zweiten Steg 6 elektrisch wirkende Elemente, insbesondere weitere elektrische Elektroden 17, 18, 19, 20 auf. Die weiteren Elektroden 17, 18, 19, 20 der Verdrängerstruktur 1 können in Form einer elektrischen Metallisierung und/oder in Form einer entsprechenden Dotierung des Halbleitermaterials ausgebildet sein.
Die Elektroden 13, 14, 15, 16 der ersten und der zweiten Wand 11, 12 können über entsprechende elektrische Leitungen mit einem entsprechenden elektrischen Potential, d.h. Spannung, versorgt werden, so dass sich die Verdrängerstruktur 1 beispielsweise in der X-Richtung nach rechts und/oder nach links bewegen lässt. Die Verdrängerstruktur 1 ist in der Weise ausgebildet, dass zwischen der ersten Wand 11 und dem zweiten Steg 6 und der zweiten Wand 12 und dem ersten Steg 5 jeweils ein vorgegebener Abstand 21, 22 ausgebildet ist.
Abhängig von der Bewegungssituation der mikroelektromechanischen Vorrichtung 10 kann die Gefahr bestehen, dass sich die Verdrängerstruktur 1 entweder zu nah an die Elektroden der ersten Wand oder zu nah an die Elektroden der zweiten Wand bewegt und dann aufgrund der elektrostatischen Kraft in einer Haftposition festgehalten wird. Das Anhaften der Verdrängerstruktur 1 in der Haftposition führt zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise der mikroelektromechanischen Vorrichtung 10. Zur Vermeidung des Anhaftens der Verdrängerstruktur 1 an einer der Wände 11, 12 wird eine mikroelektromechanische Vorrichtung 10 vorgeschlagen, wie in 4 dargestellt ist.
4 zeigt eine Vorrichtung 10, bei der im linken Bereich die Anordnung der 3 vorgesehen ist, wobei im rechten Bereich zudem eine Sicherheitsstruktur 31 vorgesehen ist, die vorzugsweise identisch oder ähnlich der Verdrängerstruktur 1 ausgebildet ist. Die Sicherheitsstruktur 31 und die Verdrängerstruktur 1 sind parallel zueinander angeordnet. Die Sicherheitsstruktur 31 weist eine zweite Lamelle 32 und einen dritten Steg 35 und einen vierten Steg 36 auf. Der dritte Steg 35 ist an einem ersten Ende der zweiten Lamelle 32 und der vierte Steg 36 ist an einem gegenüberliegenden zweiten Ende der zweiten Lamelle 32 angeordnet. Weiterhin ist der dritte Steg 35 der zweiten Wand 12 und der vierte Steg 36 der ersten Wand 11 zugeordnet. Zudem sind in der ersten Wand 11 wenigstens eine Sicherheitselektrode 37 und in der zweiten Wand 12 wenigstens eine dritte Sicherheitselektrode 38 vorgesehen. Die Sicherheitsstruktur 31 ist analog zur Verdrängerstruktur 1 beweglich an einer nicht dargestellten Wand der Kavität 9 befestigt. Weiterhin kann die Verdrängerstruktur 1 und/oder die Sicherheitsstruktur 31 über entsprechende elektrische Leitungen mit getrennten elektrischen Potentialen versorgt werden.
Zudem sind in der dargestellten Ausführungsform die dritte Elektrode 15 und die dritte Sicherheitselektrode 38 über entsprechende elektrische Leitungen mit einem ersten Potentialanschluss 39 verbunden. Weiterhin sind die zweite Elektrode 14 und die erste Sicherheitselektrode 37 über entsprechende elektrische Leitungen mit einem zweiten Potentialanschluss 40 verbunden. In der dargestellten Ausführungsform sind beispielsweise die Verdrängerstruktur 1 und die Sicherheitsstruktur 31 über eine elektrische Leitung mit einem dritten Potentialanschluss 41 verbunden.
Die Sicherheitsstruktur 31 und/oder die Sicherheitselektroden 37, 38 sind im Vergleich zu der Verdrängerstruktur 1 und/oder den Elektroden der Verdrängerstruktur 1 in der Weise ausgebildet, dass bei einer gleichen elektrischen Spannung auf dem ersten und dem zweiten Potentialanschluss 39, 40 immer zuerst die Sicherheitsstruktur 31 in Anlage an eine der zwei Wände 11, 12 beziehungsweise der Sicherheitselektroden 37, 38 gelangt, und somit vor der Verdrängerstruktur 1 sich in eine Haftposition bewegt.
Das Erreichen der Haftposition der Sicherheitsstruktur 31 kann mithilfe eines weiteren Sensors überwacht werden. Erreicht die Sicherheitsstruktur 31 eine Haftposition, so wird beispielsweise die Spannungsversorgung des ersten und des zweiten Potentialanschlusses 39, 40 in der Weise angepasst, insbesondere die Spannung reduziert, so dass sich die Verdrängerstruktur 1 nicht in die Haftposition bewegt. Üblicherweise sind eine Vielzahl von Verdrängerstrukturen 1 in der Vorrichtung 10 angeordnet. Der Einfachheit halber wird nur eine Verdrängerstruktur 1 dargestellt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Sicherheitselektrode 37 mit einer größeren Fläche als die entsprechende dritte Elektrode 15 der Verdrängerstruktur 1 ausgebildet. Somit erzeugt bei gleicher Spannung die weitere Sicherheitselektrode 38 eine größere Anziehungskraft als die dritte Elektrode 15. Folglich begibt sich die Sicherheitsstruktur 31 auch bei einem identischen Aufbau zur Verdrängerstruktur 1 schneller in die Haftposition an die weitere Sicherheitselektrode 38 als die Verdrängerstruktur 1.
In analoger Weise ist auch die erste Sicherheitselektrode 37 mit einer größeren Fläche gegenüber der zweiten Elektrode 14 der Verdrängerstruktur 1 ausgebildet. Somit begibt sich die Sicherheitsstruktur 31 auch in Bezug auf die erste Wand 11 leichter in die Haftposition als die Verdrängerstruktur 1 bei einem gleichen Aufbau der Sicherheitsstruktur 31 und der Verdrängerstruktur 1.
In der dargestellten Ausführungsform ist die Sicherheitsstruktur 31 zwar mit einer identischen Lamelle 2, aber vorzugsweise mit einem dritten und einem vierten Steg 35, 36 ausgebildet, die eine größere Fläche als die entsprechenden Stege 5, 6 der Verdrängerstruktur 1 aufweisen. Zudem weisen auch die weiteren Sicherheitselektroden 42, 43, 44, 45 des dritten und vierten Steges 34, 35 auch größere Flächen auf als die entsprechenden weiteren Elektroden 17, 18, 19, 20 der Stege 5, 6 der Verdrängerstruktur. Somit ist auch dadurch die elektrostatische Anziehungskraft für die Sicherheitsstruktur 31 größer als für die Verdrängerstruktur 1. Somit sorgt auch diese unsymmetrische Ausbildung dafür, dass die Sicherheitsstruktur 31 schneller in eine Haftposition bewegt wird als die Verdrängerstruktur 1.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform weist die Sicherheitsstruktur 31 auch entsprechende weitere Sicherheitselektroden 42, 43, 44, 45 auf, die in dem dritten beziehungsweise dem vierten Steg 35, 36 analog zu der Verdrängerstruktur 1 angeordnet sind. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können auch die weiteren Sicherheitselektroden 42 bis 45 mit größeren Flächen im Vergleich zu den weiteren Elektroden 17 bis 20 ausgebildet sein. Somit wird auch durch diese vergrößerte Ausbildung der weiteren Sicherheitselektroden die elektrostatische Kraft auf die Sicherheitsstruktur 31 bei gleichen Potentialen vergrößert.
Die 5 bis 8 zeigen verschiedene Betriebszustände einer mikroelektromechanischen Vorrichtung 10.
5 zeigt in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsform einer mikroelektromechanischen Vorrichtung 10, die eine Verdrängerstruktur 1 und eine Sicherheitsstruktur 31 wie in 4 aufweist. Die Verdrängerstruktur 1 und die Sicherheitsstruktur 31 sind in einer Kavität 9 angeordnet, wobei die gegenüber liegenden Enden der Verdrängerstruktur 1 und der Sicherheitsstruktur 31 einer ersten beziehungsweise einer zweiten Wand 11, 12 mit entsprechenden Elektroden 13, 14, 15, 16 für die Verdrängerstruktur 1 und Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47 für die Sicherheitsstruktur 31 angeordnet sind. In dieser Ausführungsform sind den Enden der Sicherheitsstruktur 31 jeweils zwei Sicherheitselektroden 38, 46, 37, 47 in der ersten und zweiten Wand 11, 12 zugeordnet. Für eine vereinfachte Darstellung sind die weiteren Elektroden der Verdrängerstruktur 1 beziehungsweise die weiteren Sicherheitselektroden der Sicherheitsstruktur 31 nicht eingezeichnet. Die erste, zweite, dritte und vierte Elektrode 13, 14, 15, 16 sind jeweils mit getrennten Leitungen mit getrennten weiteren Potentialanschlüssen 48, 49, 52, 53 verbunden. In analoger Weise sind auch die Sicherheitselektroden 38, 46, 37, 47 mit getrennten elektrischen Leitungen mit getrennten weiteren Potentialanschlüssen 50, 51, 54, 55 angeschlossen. Somit kann jede der Elektroden und der Sicherheitselektroden unabhängig voneinander mit einer entsprechenden Spannung, d.h. elektrischem Potential, beaufschlagt werden. Dazu sind die Potentialanschlüsse und die weiteren Potentialanschlüsse mit steuerbaren Spannungsversorgungen verbunden, die gewünschte Spannungen bereitstellen. Die Spannungsversorgungen können von wenigstens einer Auswerteschaltung und/oder einer Steuerung gesteuert werden.
Durch eine entsprechende Versorgung der Potentialanschlüsse und der weiteren Potentialanschlüssen über eine nicht dargestellte Schaltung kann die Verdrängerstruktur 1 in der Weise in der X-Richtung hin- und her bewegt werden, um mit einem Fluid der Kavität in Wechselwirkung zu treten und das Fluid zu bewegen. Es können eine Vielzahl von Verdrängerstrukturen 1 in der Kavität 9 angeordnet sein und über entsprechende Elektroden in den Wänden 11, 12 bewegt werden.
Bei ungünstigen Einflüssen besteht die Gefahr, dass die Verdrängerstruktur 1 in eine Haftposition an der ersten oder der zweiten Wand 11, 12 bewegt werden kann. Um dies zu verhindern, ist die Sicherheitsstruktur 31 vorgesehen.
Analog zu der Verdrängerstruktur 1 wird auch die Sicherheitsstruktur 31 bewegt, wobei die Sicherheitsstruktur 31 der Überwachung der Funktion der Verdrängerstruktur 1 bzw. dem Verhindern eines Anhaftens der Verdrängerstruktur 1 an der ersten oder der zweiten Wand 11, 12 dient. Die Sicherheitsstruktur und die Sicherheitselektroden sind in der Weise ausgebildet, dass zuerst die Sicherheitsstruktur in eine Haftposition bewegt wird.
Der dritte Potentialanschluss 41 kann sowohl mit der Verdrängerstruktur 1 als auch mit der Sicherheitsstruktur 31 verbunden sein. Abhängig von der gewählten Ausführung kann die Spannung am dritten Potentialanschluss 41 dazu verwendet werden, um einen Kurzschluss der Sicherheitselektroden durch die Sicherheitsstruktur zu erkennen, der dazu verwendet werden kann, um die Spannungsversorgung der weiteren Potentialanschlüsse abzuschalten beziehungsweise in der Weise anzupassen, dass die Verdrängerstruktur 1 nicht in eine Haftposition bewegt wird. Zudem kann die Sicherheitsstruktur 31 durch entsprechende Spannungen auf den Sicherheitselektroden wieder aus einer Haftposition gezogen werden.
An der Verdrängerstruktur und an der Sicherheitsstruktur sind getrennte Kontaktierungen (bond pads) vorgesehen. Bei einem Normalbetrieb werden die Sicherheitsstruktur und die Verdrängerstruktur durch eine elektrostatische Kraft, die durch die Elektroden erzeugt wird, in horizontaler Richtung, das heißt entlang der X-Achse, bewegt. Dabei wird aber auch eine vertikale Kraft entlang der Y-Richtung erzeugt. Durch eine entsprechende Symmetrie wirkt die vertikale Kraft in beiden Richtungen, das heißt in Richtung auf die erste Wand 11 und in Richtung auf die zweite Wand 12 symmetrisch.
6 zeigt die Anordnung der 5, wobei sich die Sicherheitsstruktur 31 in einer Haftposition an der zweiten Wand 12 befindet. Dadurch kann ein Kurzschluss zwischen der dritten Sicherheitselektrode 38 und der zweiten Sicherheitselektrode 46 erzeugt werden, wenn die Sicherheitselektroden ungeschützt sind, der dritte Steg 35 direkt auf den Sicherheitselektroden aufliegt und der dritte Steg 35 aus einem elektrisch leitenden Material besteht. Der Kurzschluss kann sowohl über die weitere dritte und die weitere vierte als auch den dritten Potentialanschluss 41 mit einer Auswerteschaltung erfasst werden. Nach dem Erkennen des Kurzschlusses kann die Auswerteschaltung die Spannungen an den Potentialanschlüssen der Elektroden für die Verdrängerstruktur 1 in der Weise anpassen, dass verhindert wird, dass die Verdrängerstruktur in eine Haftposition gezogen wird.
6 zeigt eine Situation, bei der die vertikale Kraftkomponente der elektrostatischen Kraft in einer Richtung zu groß ist, so dass die Sicherheitsstruktur in die Haftposition (Pull-in) geht. Dies wird in der vorliegenden Situation dadurch erreicht, dass die Sicherheitselektroden und/oder der dritte und vierte Steg 35, 36 eine größere Fläche als die Elektroden beziehungsweise der erste und/oder der zweite Steg 5, 6 aufweisen. In der Haftposition der Sicherheitsstruktur wird beispielsweise die Haftposition erkannt und die angelegte Spannung an die Elektroden durch einen Kurzschluss oder ein anderes Signal, beispielsweise von der Sicherheitsstruktur durch eine Kapazitätsänderung, reduziert, insbesondere abgeschaltet. Im Anschluss daran kann die Sicherheitsstruktur, wie in 7 dargestellt ist, durch eine gezielte elektrostatische Kraft auf der Gegenseite zurück in die Ausgangsposition gezogen werden und, wie in 8 dargestellt ist, der Normalbetrieb wieder fortgesetzt werden.
7 zeigt die Anordnung der 6, wobei der weitere siebte und der weitere achte Potentialanschluss 54, 55 mit einer entsprechenden Spannung beaufschlagt werden, so dass die Sicherheitsstruktur 31 von der zweiten Wand 12 aus der Haftposition wegbewegt wird.
8 zeigt die Anordnung der 7, wobei die Sicherheitsstruktur wieder die Haftposition verlassen hat und wieder ein normaler Betrieb der mikroelektromechanischen Vorrichtung 10 möglich ist. Die Funktionsweise der Sicherheitsstruktur kann bei aktiven Vorrichtungen 10, wie z.B. einem Lautsprecher, einer Pumpe usw.,, aber auch bei passiven Vorrichtungen 10 wie z.B. einem Sensor, einem Mikrofon usw. eingesetzt werden. Bei der Ausbildung der Vorrichtung 10 als Sensor werden die wenigstens eine Verdrängerstruktur 1 und die Sicherheitsstruktur 31 von dem Fluid bewegt. Die Bewegung der Verdrängerstruktur 1 wird durch die Wechselwirkung zwischen den Elektroden 13 bis 16 der Wände 11, 12 und der weiteren Elektroden 17 bis 20 der Verdrängerstruktur 1 erfasst.
In den folgenden 9 bis 17 werden verschiedene mögliche Ausführungsformen der Sicherheitsstruktur 31 und/oder der Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47 schematisch dargestellt, die sich gegenüber der Ausführungsform der Verdrängerstruktur 1 und der Elektroden 13 bis 16 unterscheiden, um dafür zu sorgen, dass sich die Sicherheitsstruktur 31 leichter in die Haftposition an der ersten oder zweiten Wand 11, 12 bewegt. Diese Ausführungsformen der Sicherheitsstruktur 31 und der Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47 können in einer Anordnung gemäß 4 mit wenigstens einer Verdrängerstruktur 1 in einer Vorrichtung 10 angeordnet werden. Die Verdrängerstruktur 1 und/oder die Elektroden 13 bis 16 können auch verschiedene Formen aufweisen, unterscheiden sich jedoch gegenüber der Sicherheitsstruktur und/oder den Sicherheitselektroden in der Weise, dass die Sicherheitsstruktur leichter in die Haftposition bewegt wird als wenigstens die eine Verdrängerstruktur.
9 zeigt in einer schematischen Darstellung noch einmal einen Teilausschnitt der Vorrichtung 10, wobei nur die Sicherheitsstruktur 31 mit den zugehörigen Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47 dargestellt ist. Die Sicherheitsstruktur 31 weist nicht dargestellte weitere Sicherheitselektroden auf, wie in 4 beschrieben.
Die Sicherheitsstruktur 31 kann in der Form identisch zur Verdrängerstruktur 1 ausgebildet sein, jedoch aus einem anderen Material bestehen, das z.B. eine geringere Steifigkeit aufweist und somit leichter in die Haftposition bewegt werden kann als die Verdrängerstruktur 1.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sicherheitsstruktur 31 und der Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47, wobei bei dieser Ausführungsform die Stege 35 und 36 eine größere Fläche im Vergleich zu 9 aufweisen und somit eine größere elektrostatische Kraft zwischen den Sicherheitselektroden und der Sicherheitsstruktur 31 wirkt.
11 zeigt eine weitere Ausführungsform der Sicherheitsstruktur 31 und der Sicherheitselektroden. Dabei ist jeweils nur eine Sicherheitselektrode in einer Wand angeordnet, wobei jedoch die Fläche der Sicherheitselektrode 37, 38 größer ausgebildet ist als die Flächen der entsprechenden Elektroden der Verdrängerstruktur. Zudem können anstelle nur einer Sicherheitselektrode auf jeder Seite, das heißt auf jeder Wand 11, 12, auch zwei Sicherheitselektroden vorgesehen sein, die jeweils eine größere Fläche als die entsprechenden Elektroden der Verdrängerstruktur 1 aufweisen.
Die 12 bis 17 zeigen Ausführungsformen von mikroelektromechanischen Vorrichtungen 10, bei denen die Sicherheitsstruktur 31 nur in Form einer stabförmigen oder plattenförmigen zweiten Lamelle 32 ausgebildet ist. In analoger Weise kann auch die Verdrängerstruktur 1 nur in Form einer Lamelle ausgebildet sein. Auch bei diesen Ausführungsformen der 12 bis 17 unterscheiden sich die Formen und/oder das Material der Verdrängerstruktur 1 und der Sicherheitsstruktur 31 beziehungsweise der Elektroden 13, 14, 15, 16 und der Sicherheitselektroden 37, 38, 46, 47 in der Weise, dass die Sicherheitsstruktur 31 leichter in die Haftposition bewegt wird als die Verdrängerstruktur bei einer Anordnung gemeinsamen Anordnung in einer Vorrichtung 10. Beispielsweise kann die zweite Lamelle 32 unterschiedliche Dicken als die Lamelle 2 der Verdrängerstruktur 1 aufweisen, das heißt eine unterschiedliche Dicke entlang der X-Richtung aufweisen. Zudem kann die zweite Lamelle 32 auch eine unterschiedliche Länge entlang der Z-Richtung aufweisen. In den Darstellungen der 12 bis 17 ist die Z-Richtung in die Blattebene gerichtet.
Zudem können auch zu den unterschiedlichen Dicken entlang der X- und/oder der Z-Richtung auch die Sicherheitselektroden eine unterschiedliche Anzahl und/oder eine unterschiedliche Fläche aufweisen, wie anhand der 13 und 14 zu erkennen ist.
Die 14 und 15 zeigen mikroelektromechanische Vorrichtungen mit Sicherheitsstrukturen 31, die gegenüber der Verdrängerstruktur 1 unterschiedliche Längen entlang der Y-Richtung aufweisen. Somit kann die Länge entlang der Y-Richtung der Sicherheitsstruktur 31 kleiner sein als die Länge einer Verdrängerstruktur, so dass die zweite Lamelle 32 bei gleichem Potential und gleich wirkenden Kräften auf die Vorrichtung leichter in die Haftposition gezogen wird als die Verdrängerstruktur 1.
17 zeigt eine weitere Ausführungsform, bei der die zweite Lamelle 32 der Sicherheitsstruktur 31 eine Breite in der X-Richtung aufweist, die entlang der Y-Richtung variiert. Beispielsweise ist die Breite in der X-Richtung in den Endbereichen der zweiten Lamelle 32 größer ausgebildet als in einem Mittenbereich der zweiten Lamelle 32. Die Abnahme der Dicke entlang der X-Richtung kann von einem Endbereich bis zu dem Mittenbereich kontinuierlich oder zunehmend ausgebildet sein. Ab einem Mittenbereich nimmt die Dicke dann in Richtung auf das gegenüberliegende Ende wieder kontinuierlich oder zunehmend zu. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Variation der Dicke der zweiten Lamelle 32 entlang der Y-Richtung auch andere Variationen und/oder Größenverhältnisse aufweisen.
Die 15 bis 17 zeigen, dass durch eine in Y-Richtung kürzere Ausbildung der Sicherheitsstruktur 31 gegenüber der Verdrängerstruktur 1 beziehungsweise durch eine dünnere Ausbildung der Sicherheitsstruktur 31 gegenüber der Verdrängerstruktur 1 die Steifigkeit der Sicherheitsstruktur gegenüber der Verdrängerstruktur reduziert wird, so dass bei gleichem Potential und gleichen physikalischen Einflüssen die Sicherheitsstruktur 31 leichter und schneller in die Haftposition gezogen wird.
18 zeigt in einer schematischen Teildarstellung der Vorrichtung 10 eine Ausführungsform der Sicherheitsstruktur 31, bei der an der ersten und/oder an der zweiten Wand 11, 12 Stopperelemente 56 angeordnet sind, um ein direktes Anliegen der Enden der Sicherheitsstruktur 31 an der jeweiligen Wand 11, 12 beziehungsweise an den jeweiligen Sicherheitselektroden 37, 38 zu vermeiden. Dadurch wird eine Anhaftung vermieden bzw. eine Anhaftkraft begrenzt. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann auch an den gegenüberliegenden Enden der Sicherheitsstruktur 31, d.h. den Stegen 35, 36, die den Sicherheitselektroden zugewandt sind, ein zweites Stopperelement 57 angeordnet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das zweite Stopperelement 57 auf dem vierten Steg 36 angeordnet. Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann das zweite Stopperelement 57 auch an dem dritten Steg 35 angeordnet sein.
Durch eine elastische Ausbildung des Stopperelementes 56 und/oder des zweiten Stopperelementes 57 kann bei einem Anlegen der Sicherheitsstruktur 31 an der ersten oder zweiten Wand beziehungsweise an den entsprechenden Sicherheitselektroden eine elastische Rückstellkraft erzeugt werden, die die Sicherheitsstruktur 31 wieder aus der Haftposition heraus bewegt.
Bei dieser Ausführungsform kann die Rückstellkraft auch ausschließlich durch eine mechanische Federkraft der Sicherheitsstruktur selbst und/oder elastischer Stopperelemente 56, 57 erzeugt werden. Es ist auch eine Kombination mit einer elektrostatischen Rückstellkraft möglich.
19 zeigt eine Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform einer mikroelektromechanischen Vorrichtung 10, bei der die erste und/oder die zweite Wand 11, 12 und/oder eine oder zwei Enden der Sicherheitsstruktur 31, d.h. den Stegen 35, 36, die der ersten beziehungsweise der zweiten Wand 11, 12 zugewandt sind, Zusatzschichten 58, 59, 60, 61 aufweisen. Die Zusatzschichten 58, 59, 60, 61 können beispielsweise als dielektrische Schicht und/oder Antihaftschicht ausgebildet sein. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die zweite und dritte Zusatzschicht 59, 60 auf den Außenseiten des dritten und des vierten Steges 35, 36 angeordnet. Wird eine Sicherheitsstruktur 31 verwendet, die keine oder nur einen der Stege aufweist, so sind die entsprechenden Zusatzschichten auf den Endbereichen der zweiten Lamellen 32 vorgesehen.
Abhängig von der gewählten Ausführungsform kann die Anordnung die Ausbildung der Sicherheitsstruktur in der Weise ausgebildet sein, dass eine kritische Pull-in-Spannung, bei der die Sicherheitsstruktur in eine Haftposition gezogen wird in einem Bereich von 20 bis 99,9%, bevorzugt 40 bis 99%, besonders bevorzugt zwischen 50 und 95%, der kritischen Pull-in-Spannung der Verdrängerstruktur liegt, bei der die Verdrängerstruktur in die Haftposition gezogen wird. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Sicherheitsstrukturen bevorzugt, aber nicht notwendigerweise, im selben Chip verbaut sein wie die Verdrängerstrukturen. Somit können die Sicherheitsstrukturen und die Verdrängerstrukturen mit gleichen Fertigungsprozessen hergestellt werden, so dass geringe oder keine Störung zwischen verschiedenen Wafern und zwischen verschiedenen Chips vorliegt. Zudem erfahren dann die Sicherheitsstrukturen und die Verdrängerstrukturen im Wesentlichen gleiche Belastungen im Betrieb wie zum Beispiel elektrische Spannung, mechanischer Schock usw.
Die Anordnung und die Ausbildung der Sicherheitsstrukturen und der Sicherheitselektroden ist in der Weise ausgebildet, dass die kritische Pull-in-Spannung, bei der die Sicherheitsstruktur in die Haftposition gezogen wird, geringer ist als die kritische Pull-in-Spannung der Verdrängerstrukturen, bei der die Verdrängerstrukturen in die Haftposition gezogen werden.
Die verschiedensten Ausführungsformen der beschriebenen Figuren können auch miteinander kombiniert werden.
Die beschriebenen mikroelektromechanischen Vorrichtungen können beispielsweise in Form von MEMS-basierten Lautsprechern, MEMS-basierten Mikrofonen, MEMS-basierten Mikropumpen, MEMS-basierten Drucksensoren und auch anderen Arten von MEMS-basierten Elementen ausgebildet sein, welche mit elektrostatischen Antriebs- oder Sensorik-Elementen (auch Kammstrukturen) ausgestattet sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2022/117197 A1 [0002]
WO 002022117197 A1 [0023]

Claims

Mikroelektromechanische Vorrichtung (10) mit einer Verdrängerstruktur (1) mit einer beweglichen Lamelle (2), wobei wenigstens eine Steuerelektrode (13, 14, 15, 16) vorgesehen ist, die zur Beeinflussung einer Bewegung der Verdrängerstruktur (1) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, wobei die Verdrängerstruktur (1) ausgebildet ist, um in eine Haftposition nahe an die Steuerelektrode (13, 14, 15, 16) gezogen zu werden, wobei eine bewegliche Sicherheitsstruktur (31) vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) vorgesehen ist, die zur Beeinflussung einer Bewegung der Sicherheitsstruktur (31) mit einem elektrischen Potential beaufschlagbar ist, wobei die Sicherheitsstruktur (31) ausgebildet ist, um in eine Haftposition an die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) gezogen zu werden, wobei die Sicherheitsstruktur (31) und/oder die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) in der Weise ausgebildet sind, dass die Sicherheitsstruktur (31) vor der Verdrängerstruktur (1) in die Haftposition gezogen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Sicherheitsstruktur (31) insbesondere eine gleiche Form wie die Verdrängerstruktur (1) aufweist, und wobei die Sicherheitsstruktur (31) eine geringere Steifigkeit als die Verdrängerstruktur (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsstruktur (31) und/oder die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) in der Weise ausgebildet sind, dass bei gleichem Potential auf der Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) und auf der Steuerelektrode (13, 14, 15, 16) eine größere elektromagnetische und/oder elektrostatische Kraft in Richtung auf die Haftposition auf die Sicherheitsstruktur (31) im Vergleich zur Verdrängerstruktur (1) wirkt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einer Ruheposition ein Abstand zwischen der Sicherheitsstruktur (31) und der wenigstens einen Sicherheitselektrode (1, 3, 14, 15, 16) kleiner ist als ein Abstand zwischen der Verdrängerstruktur (1) und der wenigstens einen Steuerelektrode (13, 14, 15, 16).
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47) eine größere Fläche als die Steuerelektroden (13, 14, 15, 16) aufweisen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsstruktur (31) eine größere wirksame Elektrodenfläche (42, 43, 44, 45) als die Verdrängerstruktur (1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mithilfe der Sicherheitsstruktur (31) in der Haftposition ein Signal erzeugt wird, wobei insbesondere zwei Sicherheitselektroden (37, 38, 46, 47) kurzgeschlossen werden oder die Haftposition der Sicherheitsstruktur detektiert wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Sicherheitsstruktur (31) und/oder an den Sicherheitselektroden (37, 38, 46, 47) Mittel (56, 57, 58 - 61) vorgesehen sind, die ein dauerhaftes Anhaften der Sicherheitsstruktur (31) vermeiden.
Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Mittel als Stopperstruktur (56, 57) und/oder als dielektrische Schicht (58 - 61) und/oder als Antihaftschicht (58 - 61) ausgebildet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrängerstruktur (1) eine I-Form oder eine T-Form oder eine Doppel-T-Form aufweist, wobei die Sicherheitsstruktur (31) eine I-Form oder eine T-Form oder eine Doppel-T-Form aufweist, wobei gegenüber liegenden Enden der Verdrängerstruktur (1) wenigstens eine Steuerelektrode (13 - 16), insbesondere zwei Steuerelektroden (13-16), zugeordnet sind, wobei an gegenüber liegenden Enden der Sicherheitsstruktur (31) wenigstens eine Sicherheitselektrode (37, 38, 46, 47), insbesondere zwei Sicherheitselektroden (37, 38, 46, 47) zugeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei sich die Verdrängerstruktur (1) und die Sicherheitsstruktur (31) in einer Breite und/oder einer Länge und/oder einer Dicke unterscheiden, so dass die Sicherheitsstruktur (31) vor der Verdrängerstruktur (1) in die Haftposition gezogen wird.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verdrängerstruktur (1) eine von der Sicherheitsstruktur (31) getrennte elektrische Potentialversorgung aufweist, sodass die Verdrängerstruktur (1) und die Sicherheitsstruktur (31) auf verschiedene elektrische Potentiale gebracht werden können, so dass die Sicherheitsstruktur (31) vor der Verdrängerstruktur (1) in die Haftposition gezogen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerelektrode und die Sicherheitselektrode mit einem Potential beaufschlagt werden, und wobei wenigstens das Potential der Steuerelektrode beeinflusst wird, um ein Anhaften der Verdrängerstruktur zu vermeiden, wenn sich die Sicherheitsstruktur in einer Anhaftposition befindet.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Sicherheitselektrode mit einem größeren Potential beaufschlagt wird als die Steuerelektrode.