DE102024203211A1

DE102024203211A1 - Microelectromechanical device with a displacement structure

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.
A microelectromechanical device (10) comprising a displacement structure (1) with a movable lamella (2), wherein at least one control electrode (13, 14, 15, 16) is provided, which can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the displacement structure (1), wherein the displacement structure (1) is designed to be pulled into an adhesive position close to the control electrode (13, 14, 15, 16), wherein a movable safety structure (31) is provided, wherein at least one safety electrode (37, 38, 46, 47) is provided, which can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the safety structure (31), wherein the safety structure (31) is designed to be pulled into an adhesive position on the safety electrode (37, 38, 46, 47), wherein the safety structure (31) and/or the safety electrode (37, 38, 46, 47) are designed in such a way that the safety structure (31) is pulled into the holding position in front of the displacement structure (1).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine mikroelektromechanische Vorrichtung mit einer Verdrängerstruktur, wobei die Verdrängerstruktur ausgebildet ist, um mit einem Fluid in Wechselwirkung zu treten.The invention relates to a microelectromechanical device having a displacer structure, wherein the displacer structure is designed to interact with a fluid.

Aus WO 2022/117197 A1 sind MEMS-Elemente mit einem Deckelantrieb und Verfahren zum Betreiben derselben bekannt.Out of WO 2022/117197 A1 MEMS elements with a lid drive and methods for operating the same are known.

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.The object of the invention is to provide an improved microelectromechanical device with a displacer structure, wherein in particular adhesion of the displacer structure to control electrodes is reduced, in particular prevented.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst.The object of the invention is solved by the independent patent claims.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

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.A microelectromechanical device with a movable displacer structure is proposed, wherein the displacer structure has a lamella. The displacer structure is, for example, movably attached to a carrier of the device. At least one control electrode, in particular a plurality of control electrodes, is provided on the device, which can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the displacer structure. Furthermore, the displacer structure is designed to be pulled into an adhesive position close to the control electrode. In addition, a movable safety structure is provided, wherein the safety structure is preferably movably attached to the device, in particular to a carrier of the device. At least one safety electrode is provided on the device, in particular to a carrier of the device, wherein the safety electrode can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the safety structure. The safety structure is designed to be pulled into an adhesive position close to the at least one safety electrode. The safety structure and/or the safety electrode are designed in such a way that the safety structure is pulled into the holding position in front of the displacer structure.

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.Preferably, the safety structure and/or the safety electrode are designed such that the safety structure is pulled into the holding position in front of the displacement structure under all possible forces acting on the device and/or regardless of the electrical voltages applied to the safety electrode and the control electrode. For example, the safety electrode and the control electrode are subjected to the same voltage.

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.The device is preferably designed in such a way that the safety structure is more easily pulled into the holding position, in particular when the same external forces acting on the device, such as shock load, gravity, acceleration, etc., and in particular when the same geometric conditions and/or the same electrostatic forces for the displacement structure and the safety structure are applied.

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.Preferably, when the safety structure reaches the adhesion position, it can be ensured, for example by influencing the electrical potential of the control electrode, that the displacer structure is not pulled into the adhesion position. Thus, the risk of the displacer structure adhering to the control electrode can be reduced or avoided.

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 one embodiment, the safety structure has the same shape as the displacement structure. Furthermore, the safety structure has a lower rigidity than the displacement structure. Thus, in particular with the same physical forces acting on the device, the safety structure can be deflected more easily and thus move into the holding position more easily and/or earlier than the displacement structure. Furthermore, the safety structure can have a lower rigidity than the displacement structure, in particular for movement into the holding position. Thus, in this embodiment too, in particular with the same physical forces acting on the device, such as shock loading, gravity, acceleration, the safety structure can be deflected more easily and thus move into the holding position more easily and earlier than the displacement structure.

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 a further embodiment, the safety structure and/or the safety electrodes are designed such that, at the same potential on the safety electrodes and the control electrodes, a greater electromagnetic or electrostatic force is exerted on the safety structure in order to move the safety structure into the holding position faster than the displacement structure. This is also achieved by pulling the safety structure into the holding position first.

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 a further embodiment, in a rest position of the safety structure, a predetermined distance between the safety structure and the safety electrodes is smaller than a predetermined A certain distance between the displacer structure and the control electrodes is maintained. In this way, when the safety structure and the displacer structure move at the same distance toward the safety electrodes or the control electrodes, the safety structure is first moved into the adhesive position on the safety electrodes.

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 a further embodiment, the safety electrodes have a larger surface area than the control electrodes. Thus, at the same potential as the control electrodes, the safety electrodes generate a greater electromagnetic and/or static force on the safety structure compared to the control electrodes and the displacement structure. In a further embodiment, the safety electrode is designed such that the safety electrode generates a greater electromagnetic and/or static force than the control electrode at the same voltage.

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 a further embodiment, the safety structure generates a signal in the adhesive position, wherein, in particular, the safety structure short-circuits two safety electrodes. The signal can be used to reduce the electrical voltage of the control electrodes, in particular to switch off the voltage, in order to prevent the displacement structure from adhering to the control electrodes. Furthermore, a sensor can be provided to detect the adhesive position of the safety structure.

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 a further embodiment, the safety structure and/or the safety electrodes comprise means that reduce or prevent permanent adhesion of the safety structure to the safety electrodes. For example, the means can be designed as a stopper structure and/or as a dielectric layer and/or as an anti-adhesion layer.

In einer weiteren Ausführungsform weisen die Verdrängerstruktur und/oder die Sicherheitsstruktur eine I-Form oder eine T-Form oder eine Doppel-T-Form auf.In a further embodiment, the displacer structure and/or the safety structure have an I-shape or a T-shape or a double-T shape.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform sind wenigstens einem Ende der Verdrängerstruktur, insbesondere gegenüber liegenden Enden, wenigstens eine Steuerelektrode, insbesondere zwei Steuerelektroden, zugeordnet.Depending on the selected embodiment, at least one control electrode, in particular two control electrodes, are assigned to at least one end of the displacer structure, in particular opposite ends.

Abhängig von der gewählten Ausführungsform sind wenigstens einem Ende der Sicherheitsstruktur, insbesondere gegenüber liegenden Enden, wenigstens eine Sicherheitselektrode, insbesondere zwei Sicherheitselektroden, zugeordnet.Depending on the selected embodiment, at least one safety electrode, in particular two safety electrodes, are assigned to at least one end of the safety structure, in particular opposite ends.

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.Depending on the selected embodiment, the displacement structure and/or the safety structure differ in the material, in the geometry, in particular in the width and/or in the length and/or in the thickness in such a way that, in particular with the same physical forces acting on the device, the safety structure is deflected more easily and thus moves into the adhesion position more easily and/or earlier than the displacement structure.

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.In a further embodiment, the displacer structure and the safety structure have separate electrical potential supplies, i.e., electrical voltage supplies. Thus, the displacer structure and the safety structure can be supplied with different electrical potentials, i.e., voltages. In this way, the electrostatic and/or electromagnetic force between the control electrodes and the displacer structure, and the electrostatic and/or electromagnetic force between the safety electrodes and the safety structure, can also be influenced in such a way that the safety structure is pulled more strongly toward the safety electrodes than the displacer structure is pulled toward the control electrodes.

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.A method for operating the microelectromechanical device is proposed, wherein the control electrodes and the safety electrodes are subjected to a potential, and wherein at least the potential of the control electrodes is influenced in order to prevent adhesion of the displacer structure when the safety structure is in an adhesion position.

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.In a further embodiment, the safety electrodes are subjected to a higher potential than the control electrodes. In particular, the displacer structure can be subjected to a potential greater than the safety structure, so that the safety structure is more strongly attracted to the safety electrodes than the displacer structure is to the control electrodes.

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.

The invention is explained in more detail below with reference to the following figures. They show:

1 a schematic representation of a displacer structure,
2 a further perspective view of another embodiment of a displacement structure,
3 a schematic representation of an arrangement of a microelectromechanical device, wherein the displacer structure is located between two pairs of electrodes,
4 a schematic representation of an arrangement of a microelectromechanical device with a displacer structure and a safety structure,
5 to 8 the microelectromechanical device with displacement structure and safety structure in different states,
9 to 17 various possible embodiments of the safety structure and/or the displacement structure,
18 a schematic representation of a microelectromechanical device with a safety structure with anti-adhesive agent, and
19 another schematic representation of a microelectromechanical device with additional anti-adhesive agents.

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.Microelectromechanical devices, i.e., MEMS components, can be multilayer structures. Such MEMS components can be obtained, for example, by processing semiconductor material at wafer level, which can also include a combination of multiple wafers and/or the deposition of layers at wafer levels. Embodiments described herein can refer to layer stacks with multiple layers. However, layers described in this context may not necessarily be a single layer, but in embodiments can easily comprise two, three, or more layers and be understood as a layer composite. Thus, both layers from whose material a movable element is formed can be formed in multiple layers, as can layers between which a movable element is arranged, which can, for example, be configured as at least part of a wafer and can comprise multiple material layers, for example for implementing physical, chemical, and/or electrical functions. Some of the embodiments described herein are described in connection with a loudspeaker configuration or a loudspeaker function of a corresponding MEMS component. It is understood that these embodiments, with the exception of the alternative or additional function of sensory evaluation of the MEMS component or the movement or position of movable elements thereof, can be transferred to a microphone configuration or microphone function of the MEMS component, so that such microphones represent further embodiments of the present invention without restrictions. Furthermore, other areas of application of MEMS are also within the scope of the embodiments described herein, such as micropumps, ultrasonic transducers, or other MEMS-based applications related to moving fluid. For example, embodiments can relate to the movement of actuators that can interact with a fluid, among other things. Embodiments relate to the application of electrostatic forces for the deflection of a movable element. However, the described embodiments can also be readily implemented using other drive principles, such as electromagnetic force generation or sensing. The deflectable elements can, for example, be electrostatic, piezoelectric, and/or thermomechanical electrodes that provide deformation based on an applied potential. Corresponding drives are available, for example, in WO 002022117197 A1 described.

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. 1 shows a schematic representation of a displacement structure 1 in the form of a lamella 2. The displacement structure 1 is formed, for example, from a semiconductor material such as silicon. The displacement structure 1 can be connected to a support, in particular a wall, on one or more sides.

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. 2 shows a perspective view of a further embodiment of the displacer structure 1, wherein the displacer structure 1 has a lamella 2 and, at opposite ends 3, 4, a first widening and a second widening in the form of a first web 5 and a second web 6, respectively. The widening and the webs 5, 6 are designed in such a way that they each protrude beyond a side surface 7, 8 along the X-direction. Preferably, each web 5, 6 protrudes the same distance on both sides along the X-direction beyond the respective side surface 7, 8. Along the Z-direction, the webs 5, 6 are designed to be the same length as the lamella 2. However, the webs 5, 6 can also have different lengths along the Z-direction.

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. 3 shows in a schematic representation the arrangement of the displacer structure 1 of the 2 in a cavity 9 of a microelectromechanical device 10 in a YX plane. The microelectromechanical device 10 can also be referred to as a MEMS element in the following. The device 10 has a first wall 11 and an oppositely arranged second wall 12. The second end 4 of the displacer structure 1 is assigned to the first wall 11. The first end 3 of the displacer structure 1 is assigned to the second wall 12. The displacer structure 1 is movably attached to a further wall (not shown) of the cavity 9, either directly or via connecting elements (not shown). At least one electrode 13, 14, 15, 16 is arranged in both the first wall 11 and the second wall 12. Two electrodes are arranged in each case.

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.In addition, the displacement structure 1 has electrically acting elements, in particular further electrical electrodes 17, 18, 19, 20, in the first end 3 and/or in the second end 4, in particular in the first web 5 or the second web 6. The further electrodes 17, 18, 19, 20 of the displacement structure 1 can be formed in the form of an electrical metallization and/or in the form of a corresponding doping of the semiconductor material.

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.The electrodes 13, 14, 15, 16 of the first and second walls 11, 12 can be supplied with a corresponding electrical potential, i.e., voltage, via corresponding electrical lines, so that the displacement structure 1 can be moved, for example, to the right and/or to the left in the X direction. The displacement structure 1 is designed such that a predetermined distance 21, 22 is formed between the first wall 11 and the second web 6, and between the second wall 12 and the first web 5.

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.Depending on the movement situation of the microelectromechanical device 10, there may be a risk that the displacement structure 1 moves either too close to the electrodes of the first wall or too close to the electrodes of the second wall and is then held in an adhesive position due to the electrostatic force. The adhesion of the displacement structure 1 in the adhesive position leads to an impairment of the functioning of the microelectromechanical device 10. To prevent the adhesion of the displacement structure 1 to one of the walls 11, 12, a microelectromechanical device 10 is proposed as in 4 is shown.

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. 4 shows a device 10 in which the arrangement of the 3 is provided, wherein in the right-hand region a safety structure 31 is also provided, which is preferably identical or similar to the displacer structure 1. The safety structure 31 and the displacer structure 1 are arranged parallel to one another. The safety structure 31 has a second lamella 32 and a third web 35 and a fourth web 36. The third web 35 is arranged at a first end of the second lamella 32 and the fourth web 36 is arranged at an opposite second end of the second lamella 32. Furthermore, the third web 35 is assigned to the second wall 12 and the fourth web 36 to the first wall 11. In addition, at least one safety electrode 37 is provided in the first wall 11 and at least one third safety electrode 38 is provided in the second wall 12. The safety structure 31 is movably attached to a wall (not shown) of the cavity 9, analogous to the displacer structure 1. Furthermore, the displacer structure 1 and/or the safety structure 31 can be supplied with separate electrical potentials via corresponding electrical lines.

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.Furthermore, in the illustrated embodiment, the third electrode 15 and the third safety electrode 38 are connected to a first potential terminal 39 via corresponding electrical lines. Furthermore, the second electrode 14 and the first safety electrode 37 are connected to a second potential terminal 40 via corresponding electrical lines. In the illustrated embodiment, for example, the displacer structure 1 and the safety structure 31 are connected to a third potential terminal 41 via an electrical line.

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.The safety structure 31 and/or the safety electrodes 37, 38 are designed in comparison to the displacer structure 1 and/or the electrodes of the displacer structure 1 in such a way that, with an identical electrical voltage on the first and second potential terminals 39, 40, the safety structure 31 always comes into contact with one of the two walls 11, 12 or the safety electrodes 37, 38 first, and thus moves into an adhesion position before the displacer structure 1.

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.The reaching of the adhesion position of the safety structure 31 can be monitored using an additional sensor. If the safety structure 31 reaches an adhesion position, for example, the voltage supply to the first and second potential terminals 39, 40 is adjusted, in particular the voltage is reduced, so that the displacement structure 1 does not move into the adhesion position. Typically, a plurality of displacement structures 1 are arranged in the device 10. For the sake of simplicity, only one displacement structure 1 is shown.

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 the illustrated embodiment, the first safety electrode 37 is designed with a larger surface area than the corresponding third electrode 15 of the displacement structure 1. Thus, at the same voltage, the further safety electrode 38 generates a greater attractive force than the third electrode 15. Consequently, even with an identical structure to the displacement structure 1, the safety structure 31 moves into the adhesive position on the further safety electrode 38 more quickly than the displacement structure 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 an analogous manner, the first safety electrode 37 is also provided with a larger area than the second electrode 14 of the displacement structure. ture 1. Thus, the safety structure 31 also moves into the adhesion position with respect to the first wall 11 more easily than the displacement structure 1, even if the safety structure 31 and the displacement structure 1 have the same structure.

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.In the illustrated embodiment, the safety structure 31 is formed with an identical lamella 2, but preferably with a third and a fourth web 35, 36, which have a larger surface area than the corresponding webs 5, 6 of the displacement structure 1. Furthermore, the additional safety electrodes 42, 43, 44, 45 of the third and fourth webs 34, 35 also have larger surfaces than the corresponding additional electrodes 17, 18, 19, 20 of the webs 5, 6 of the displacement structure. Thus, the electrostatic attraction force for the safety structure 31 is greater than for the displacement structure 1. This asymmetrical design also ensures that the safety structure 31 is moved into an adhesive position more quickly than the displacement structure 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.Depending on the selected embodiment, the safety structure 31 also has corresponding additional safety electrodes 42, 43, 44, 45, which are arranged in the third and fourth webs 35, 36, respectively, analogously to the displacement structure 1. Depending on the selected embodiment, the additional safety electrodes 42 to 45 can also be designed with larger surfaces compared to the additional electrodes 17 to 20. Thus, this enlarged design of the additional safety electrodes also increases the electrostatic force on the safety structure 31 at the same potentials.

Die 5 bis 8 zeigen verschiedene Betriebszustände einer mikroelektromechanischen Vorrichtung 10.The 5 to 8 show different operating states of a microelectromechanical device 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. 5 shows in a schematic representation a further embodiment of a microelectromechanical device 10, which has a displacer structure 1 and a safety structure 31 as in 4 The displacer structure 1 and the safety structure 31 are arranged in a cavity 9, wherein the opposite ends of the displacer structure 1 and the safety structure 31 are arranged in a first and a second wall 11, 12, respectively, with corresponding electrodes 13, 14, 15, 16 for the displacer structure 1 and safety electrodes 37, 38, 46, 47 for the safety structure 31. In this embodiment, two safety electrodes 38, 46, 37, 47 are each assigned to the ends of the safety structure 31 in the first and second walls 11, 12. For a simplified representation, the further electrodes of the displacer structure 1 and the further safety electrodes of the safety structure 31 are not shown. The first, second, third, and fourth electrodes 13, 14, 15, 16 are each connected by separate lines to separate additional potential terminals 48, 49, 52, 53. Similarly, the safety electrodes 38, 46, 37, 47 are also connected by separate electrical lines to separate additional potential terminals 50, 51, 54, 55. Thus, each of the electrodes and the safety electrodes can be independently supplied with a corresponding voltage, i.e., electrical potential. For this purpose, the potential terminals and the additional potential terminals are connected to controllable voltage supplies that provide the desired voltages. The voltage supplies can be controlled by at least one evaluation circuit and/or a controller.

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.By appropriately supplying the potential terminals and the other potential terminals via a circuit (not shown), the displacement structure 1 can be moved back and forth in the X direction in such a way as to interact with a fluid in the cavity and move the fluid. A plurality of displacement structures 1 can be arranged in the cavity 9 and moved via corresponding electrodes in the walls 11, 12.

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.Under unfavorable conditions, there is a risk that the displacement structure 1 may be moved into a position of adhesion to the first or second wall 11, 12. To prevent this, the safety structure 31 is provided.

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.Analogous to the displacement structure 1, the safety structure 31 is also moved, whereby the safety structure 31 serves to monitor the function of the displacement structure 1 or to prevent the displacement structure 1 from adhering to the first or second wall 11, 12. The safety structure and the safety electrodes are designed such that the safety structure is first moved into an adhesion position.

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.The third potential connection 41 can be connected to both the displacer structure 1 and the safety structure 31. Depending on the selected design, the voltage at the third potential connection 41 can be used to detect a short circuit of the safety electrodes through the safety structure, which can be used to switch off the voltage supply to the other potential connections or to adjust it so that the displacer structure 1 is not moved into a holding position. Furthermore, the safety structure 31 can be pulled out of a holding position again by applying appropriate voltages to the safety electrodes.

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.Separate bond pads are provided on the displacer structure and the safety structure. During normal operation, the safety structure and the displacer structure are moved horizontally, i.e., along the X-axis, by an electrostatic force generated by the electrodes. However, a vertical force is also generated along the Y-direction. Due to appropriate symmetry, the vertical force acts symmetrically in both directions, i.e., toward the first wall 11 and toward the second wall 12.

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 shows the arrangement of the 5 , wherein the safety structure 31 is in an adhesive position on the second wall 12. This can create a short circuit between the third safety electrode 38 and the second safety electrode 46 if the safety electrodes are unprotected, the third web 35 rests directly on the safety electrodes, and the third web 35 is made of an electrically conductive material. The short circuit can be detected by an evaluation circuit via the further third and the further fourth as well as the third potential connection 41. After detecting the short circuit, the evaluation circuit can adjust the voltages at the potential connections of the electrodes for the displacer structure 1 in such a way as to prevent the displacer structure from being pulled into an adhesive position.

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. 6 shows a situation in which the vertical force component of the electrostatic force is too large in one direction, so that the safety structure goes into the pull-in position. In the present situation, this is achieved by the safety electrodes and/or the third and fourth webs 35, 36 having a larger area than the electrodes or the first and/or second webs 5, 6. In the pull-in position of the safety structure, for example, the pull-in position is detected and the voltage applied to the electrodes is reduced, in particular switched off, by a short circuit or another signal, for example from the safety structure through a change in capacitance. Following this, the safety structure can, as in 7 shown, can be pulled back to the starting position by a targeted electrostatic force on the opposite side and, as shown in 8 shown, normal operation can be resumed.

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. 7 shows the arrangement of the 6 , wherein the further seventh and the further eighth potential connection 54, 55 are subjected to a corresponding voltage, so that the safety structure 31 is moved away from the second wall 12 from the holding position.

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. 8 shows the arrangement of the 7 , wherein the safety structure has once again left the adhesive position and normal operation of the microelectromechanical device 10 is once again possible. The functionality of the safety structure can be used in active devices 10, such as a loudspeaker, a pump, etc., but also in passive devices 10 such as a sensor, a microphone, etc. When the device 10 is designed as a sensor, the at least one displacer structure 1 and the safety structure 31 are moved by the fluid. The movement of the displacer structure 1 is detected by the interaction between the electrodes 13 to 16 of the walls 11, 12 and the further electrodes 17 to 20 of the displacer structure 1.

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.In the following 9 to 17 Various possible embodiments of the safety structure 31 and/or the safety electrodes 37, 38, 46, 47 are schematically illustrated, which differ from the embodiment of the displacer structure 1 and the electrodes 13 to 16 in order to ensure that the safety structure 31 moves more easily into the adhesion position on the first or second wall 11, 12. These embodiments of the safety structure 31 and the safety electrodes 37, 38, 46, 47 can be arranged in accordance with 4 with at least one displacement structure 1 in a device 10. The displacement structure 1 and/or the electrodes 13 to 16 can also have different shapes, but differ from the safety structure and/or the safety electrodes in that the safety structure is more easily moved into the holding position than at least one displacement structure.

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. 9 shows a schematic representation of a partial section of the device 10, wherein only the safety structure 31 with the associated safety electrodes 37, 38, 46, 47 is shown. The safety structure 31 has further safety electrodes not shown, as in 4 described.

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.The safety structure 31 can be identical in shape to the displacer structure 1, but consist of a different material which, for example, has a lower rigidity and can thus be moved into the holding position more easily than the displacer structure 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. 10 shows a further embodiment of the safety structure 31 and the safety electrodes 37, 38, 46, 47, wherein in this embodiment the webs 35 and 36 have a larger area compared to 9 and thus a greater electrostatic force acts between the safety electrodes and the safety structure 31.

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. 11 shows a further embodiment of the safety structure 31 and the safety electrodes. In this case, only one safety electrode is arranged in each wall, but the area of the safety electrodes 37, 38 is larger than the areas of the corresponding electrodes of the displacement structure. Furthermore, instead of just one safety electrode on each side, i.e., on each wall 11, 12, two safety electrodes can be provided, each having a larger area than the corresponding electrodes of the displacement structure 1.

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.The 12 to 17 show embodiments of microelectromechanical devices 10 in which the safety structure 31 is designed only in the form of a rod-shaped or plate-shaped second lamella 32. Analogously, the displacement structure 1 can also be designed only in the form of a lamella. Also in these embodiments of the 12 to 17 the shapes and/or the material of the displacer structure 1 and the safety structure 31 or of the electrodes 13, 14, 15, 16 and the safety electrodes 37, 38, 46, 47 differ in such a way that the safety structure 31 is more easily moved into the adhesive position than the displacer structure when arranged together in a device 10. For example, the second lamella 32 can have different thicknesses than the lamella 2 of the displacer structure 1, i.e., a different thickness along the X-direction. In addition, the second lamella 32 can also have a different length along the Z-direction. In the representations of the 12 to 17 the Z-direction is directed into the sheet plane.

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.In addition to the different thicknesses along the X and/or Z direction, the safety electrodes can also have a different number and/or a different area, as can be seen from the 13 and 14 can be seen.

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.The 14 and 15 show microelectromechanical devices with safety structures 31 that have different lengths along the Y-direction compared to the displacer structure 1. Thus, the length along the Y-direction of the safety structure 31 can be smaller than the length of a displacer structure, so that the second lamella 32 is more easily pulled into the holding position than the displacer structure 1 at the same potential and with the same forces acting on the device.

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. 17 shows a further embodiment in which the second slat 32 of the safety structure 31 has a width in the X-direction that varies along the Y-direction. For example, the width in the X-direction is larger in the end regions of the second slat 32 than in a central region of the second slat 32. The decrease in thickness along the X-direction can be continuous or increasing from an end region to the central region. From a central region, the thickness then increases again continuously or increasing towards the opposite end. Depending on the selected embodiment, the variation in the thickness of the second slat 32 along the Y-direction can also have other variations and/or size ratios.

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.The 15 to 17 show that by making the safety structure 31 shorter in the Y direction compared to the displacer structure 1 or by making the safety structure 31 thinner compared to the displacer structure 1, the stiffness of the safety structure is reduced compared to the displacer structure, so that with the same potential and the same physical influences, the safety structure 31 is pulled into the adhesion position more easily and quickly.

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. 18 shows, in a schematic partial representation of the device 10, an embodiment of the safety structure 31, in which stopper elements 56 are arranged on the first and/or second wall 11, 12 in order to prevent the ends of the safety structure 31 from directly abutting the respective wall 11, 12 or the respective safety electrodes 37, 38. This prevents adhesion or limits the adhesion force. Depending on the embodiment selected, a second stopper element 57 can also be arranged at the opposite ends of the safety structure 31, i.e. the webs 35, 36 that face the safety electrodes. In the illustrated embodiment, the second stopper element 57 is arranged on the fourth web 36. Depending on the embodiment selected, the second stopper element 57 can also be arranged on the third web 35.

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.By means of an elastic design of the stopper element 56 and/or the second stopper element 57, an elastic restoring force can be generated when the safety structure 31 is applied to the first or second wall or to the corresponding safety electrodes, which force moves the safety structure 31 out of the adhesive position again.

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.In this embodiment, the restoring force can also be generated exclusively by a mechanical spring force of the safety structure itself and/or elastic stop elements 56, 57. A combination with an electrostatic restoring force is also possible.

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. 19 shows a partial representation of a further embodiment of a microelectromechanical device 10, in which the first and/or the second wall 11, 12 and/or one or two ends of the security structure 31, i.e. the webs 35, 36 facing the first and second walls 11, 12, respectively, have additional layers 58, 59, 60, 61. The additional layers 58, 59, 60, 61 can be designed, for example, as a dielectric layer and/or an anti-adhesion layer. In the exemplary embodiment shown, the second and third additional layers 59, 60 are arranged on the outer sides of the third and fourth webs 35, 36. If a security structure 31 is used which has no webs or only one of the webs, the corresponding additional layers are provided on the end regions of the second lamellae 32.

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.Depending on the selected embodiment, the arrangement of the security structure can be designed such that a critical pull-in voltage, at which the security structure is pulled into an adhered position, lies in a range of 20 to 99.9%, preferably 40 to 99%, particularly preferably between 50 and 95%, of the critical pull-in voltage of the displacer structure, at which the displacer structure is pulled into the adhered position. Depending on the selected embodiment, the security structures can preferably, but not necessarily, be installed in the same chip as the displacer structures. Thus, the security structures and the displacer structures can be manufactured using the same manufacturing processes, so that there is little or no interference between different wafers and between different chips. Furthermore, the security structures and the displacer structures then experience essentially the same loads during operation, such as electrical voltage, mechanical shock, etc.

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.The arrangement and design of the safety structures and the safety electrodes is designed in such a way that the critical pull-in voltage at which the safety structure is pulled into the holding position is lower than the critical pull-in voltage of the displacer structures at which the displacer structures are pulled into the holding position.

Die verschiedensten Ausführungsformen der beschriebenen Figuren können auch miteinander kombiniert werden.The various embodiments of the described figures can also be combined with each other.

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.The described microelectromechanical devices can be designed, for example, in the form of MEMS-based loudspeakers, MEMS-based microphones, MEMS-based micropumps, MEMS-based pressure sensors and also other types of MEMS-based elements which are equipped with electrostatic drive or sensor elements (also comb structures).

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims

A microelectromechanical device (10) comprising a displacement structure (1) with a movable lamella (2), wherein at least one control electrode (13, 14, 15, 16) is provided, which can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the displacement structure (1), wherein the displacement structure (1) is designed to be pulled into an adhesive position close to the control electrode (13, 14, 15, 16), wherein a movable safety structure (31) is provided, wherein at least one safety electrode (37, 38, 46, 47) is provided, which can be subjected to an electrical potential in order to influence a movement of the safety structure (31), wherein the safety structure (31) is designed to be pulled into an adhesive position on the safety electrode (37, 38, 46, 47), wherein the safety structure (31) and/or the safety electrode (37, 38, 46, 47) are designed in such a way that the safety structure (31) is pulled into the holding position in front of the displacement structure (1).

Device according to Claim 1 , wherein the safety structure (31) in particular has the same shape as the displacer structure (1), and wherein the safety structure (31) has a lower rigidity than the displacer structure (1).

Device according to one of the preceding claims, wherein the safety structure (31) and/or the safety electrode (37, 38, 46, 47) are designed in such a way that, at the same potential on the safety electrode (37, 38, 46, 47) and on the control electrode (13, 14, 15, 16), a greater electromagnetic and/or electrostatic force acts in the direction of the adhesion position on the safety structure (31) compared to the displacer structure (1).

Device according to one of the preceding claims, wherein in a rest position a distance between the safety structure (31) and the at least one safety electrode (1, 3, 14, 15, 16) is smaller than a distance between the displacer structure (1) and the at least one control electrode (13, 14, 15, 16).

Device according to one of the preceding claims, wherein the safety electrode (37, 38, 46, 47) has a larger area than the control electrodes (13, 14, 15, 16).

Device according to one of the preceding claims, wherein the safety structure (31) has a larger effective electrode area (42, 43, 44, 45) than the displacer structure (1).

Device according to one of the preceding claims, wherein a signal is generated with the aid of the safety structure (31) in the adhesive position, wherein in particular two safety electrodes (37, 38, 46, 47) are short-circuited or the adhesive position of the safety structure is detected.

Device according to one of the preceding claims, wherein means (56, 57, 58 - 61) are provided on the safety structure (31) and/or on the safety electrodes (37, 38, 46, 47) which prevent permanent adhesion of the safety structure (31).

Device according to Claim 8 , wherein the means are designed as a stopper structure (56, 57) and/or as a dielectric layer (58 - 61) and/or as an anti-adhesion layer (58 - 61).

Device according to one of the preceding claims, wherein the displacer structure (1) has an I-shape or a T-shape or a double-T shape, wherein the safety structure (31) has an I-shape or a T-shape or a double-T shape, wherein at least one control electrode (13-16), in particular two control electrodes (13-16), are assigned to opposite ends of the displacer structure (1), wherein at least one safety electrode (37, 38, 46, 47), in particular two safety electrodes (37, 38, 46, 47) are assigned to opposite ends of the safety structure (31).

Device according to one of the preceding claims, wherein the displacer structure (1) and the safety structure (31) differ in a width and/or a length and/or a thickness, so that the safety structure (31) is pulled into the adhesion position in front of the displacer structure (1).

Device according to one of the preceding claims, wherein the displacer structure (1) has an electrical potential supply separate from the safety structure (31), so that the displacer structure (1) and the safety structure (31) can be brought to different electrical potentials, so that the safety structure (31) is pulled into the adhesion position in front of the displacer structure (1).

Method for operating a device according to one of the preceding claims, wherein the control electrode and the safety electrode are subjected to a potential, and wherein at least the potential of the control electrode is influenced in order to prevent adhesion of the displacer structure when the safety structure is in an adhesion position.

Procedure according to Claim 13 , whereby the safety electrode is subjected to a higher potential than the control electrode.