微機械壓電z軸陀螺儀的制作方法

專利名稱：微機械壓電z軸陀螺儀的制作方法
技術領域：
本公開涉及機電系統，尤其涉及多軸陀螺儀和加速計。相關技術描述機電系統包括具有電氣及機械元件、致動器、換能器、傳感器、光學組件(例如，鏡子)以及電子器件的設備。機電系統可以在各種規模上制造，包括但不限于微米級和納米級。例如，微機電系統(MEMS)器件可包括具有范圍從大約一微米到數百微米或以上的大小的結構。納米機電系統(NEMS)器件可包括具有小于一微米的大小(包括，例如小于幾百納米的大小)的結構。機電元件可使用沉積、蝕刻、光刻和/或蝕刻掉基板和/或所沉積材料層的部分或添加層以形成電氣及機電器件的其它微機械加工工藝來制作。一種類型的機電系統器件被稱為干涉測量(interferometric)調制器(IM0D)。如本文所使用的，術語干涉測量調制器或干涉測量光調制器是指使用光學干涉原理來選擇性地吸收和/或反射光的器件。在一些實現中，干涉測量調制器可包括一對導電板，這對導電板中的一者或兩者可以是完全或部分透明的和/或反射性的，且能夠在施加恰適電信號時進行相對運動。在一實現中，一塊板可包括沉積在基板上的靜止層，而另一塊板可包括與該靜止層分離一氣隙的反射膜。一塊板相對于另一塊板的位置可改變入射在該干涉測量調制器上的光的光學干涉。干涉測量調制器器件具有范圍廣泛的應用，且預期將用于改善現有產品以及創造新產品，尤其是具有顯示能力的那些產品。
近來，對制造小型陀螺儀和加速計的興趣在增長。例如，一些陀螺儀和/或加速計已被納入移動設備(諸如移動顯示設備)中。雖然此類陀螺儀和加速計在某些方面是令人滿意的，但是將期望提供改善的小型陀螺儀和加速計。概述本公開的系統、方法和設備各自具有若干個創新性方面，其中并不由任何單個方面全權負責本文中所公開的期望屬性。本公開中所描述的主題內容的一個創新性方面可實現在陀螺儀中，該陀螺儀包括中心錨、部署在該中心錨周圍的感測框架、配置成用于將該感測框架連接至該中心錨的多 個感測梁和部署在該感測框架周圍且耦合至該感測框架的驅動框架。該驅動框架可包括第一側和第二側。該陀螺儀可包括部署在該感測框架的相對側上的多個驅動梁。這些驅動梁可配置成基本上在該驅動框架的平面內在沿第一軸的第一方向上驅動該驅動框架的該第一側。這些驅動梁可進一步配置成在沿第一軸的第二且相反方向上驅動該驅動框架的該第二側。該陀螺儀可包括驅動框架懸掛，其配置成基本上將該驅動框架的驅動運動限制為沿該第一軸的基本線性位移的驅動運動。該驅動框架懸掛可包括配置成用于將該感測框架耦合至該驅動框架的多個撓曲件。該驅動框架懸掛可包括多個撓曲件。該多個撓曲件中的每個撓曲件可配置成用于將一對驅動梁耦合至該驅動框架。該陀螺儀還可包括感測框架懸掛，其配置成順從于繞與該第一軸正交的第二軸的旋轉。該感測框架懸掛可配置成抵抗沿該第一軸的運動。該感測框架懸掛可包括在該中心錨與該感測框架之間的多個槽。該感測框架可與該驅動框架的驅動運動基本上解耦。該多個感測梁可包括從該中心錨的第一側沿該第一軸延伸的第一對感測梁和從該中心錨的第二側沿基本上垂直于該第一軸的第二軸延伸的第二對感測梁，該中心錨的該第二側毗鄰于該中心錨的該第一側。該感測框架懸掛可包括槽，該槽沿該第一對感測梁中的第一感測梁延伸、沿該中心錨延伸至該第二對感測梁且沿該第二對感測梁中的第二感測梁延伸。該多個驅動梁可包括位于該感測框架的相對側上的多對驅動梁。這多對驅動梁可以沿基本上垂直于該第一軸的第二軸部署。這些驅動梁可配置成通過向每一對驅動梁施加反相電壓來被致動。該陀螺儀還可包括配置成調諧驅動框架運動的諧振頻率的靜電致動器陣列。該靜電致動器陣列可配置成抑制從該驅動框架向該感測框架的正交耦合。這些驅動梁和/或感測梁可包括壓電層。該感測框架和/或驅動框架可至少部分地由電鍍金屬形成。該驅動框架可包括沿與該第一軸基本上垂直的軸形成的多個槽。本文中還提供了制造陀螺儀的方法。一些此類方法可涉及在基板上沉積電極、形成中心錨、形成部署在該中心錨周圍的感測框架以及形成多個感測梁。這些感測梁中的每一個感測梁可包括感測電極，諸如壓電感測電極。這些感測梁可配置成用于將該感測框架連接至該中心錨。一些此類方法可涉及形成驅動框架以及形成多個驅動梁。該驅動框架可部署在該感測框架周圍且耦合至該感測框架。該驅動框架可包括第一側和第二側。該多個驅動梁可部署在該感測框架的相對側上。這些驅動梁可配置成在該驅動框架的平面內在沿第一軸的第一方向上驅動該驅動框架的該第一側。這些驅動梁可進一步配置成在沿該第一軸的第二且相反方向上驅動該驅動框架的該第二側。此類方法可涉及形成驅動框架懸掛和形成感測框架懸掛。該驅動框架懸掛可配置成基本上將該驅動框架的驅動運動限制為沿該第一軸的基本線性位移的驅動運動。該感測框架懸掛可順從于繞與該第一軸正交的第二軸的旋轉。該感測框架懸掛可配置成抵抗沿該第一軸的運動。形成該多個感測梁可涉及沉積與這些電極接觸的第一金屬層、在第一金屬層上沉積壓電層、在該壓電層上沉積第二金屬層以及在第二金屬層上電鍍第三金屬層。該方法可涉及在電鍍之前將該基板分成多個子面板。形成該中心錨的工藝可涉及蝕穿犧牲層以暴露第一金屬層、在第一金屬層上沉積氧化層、在該氧化層上形成晶種層以及在該晶種層上電鍍第三金屬層。形成該感測框架和驅動框架可涉及在驅動框架區域與感測框架區域之間蝕刻、在該驅動框架區域與感測框架 區域之間沉積高縱橫比光致抗蝕劑材料以及在該驅動框架區域和感測框架區域中電鍍該
第三金屬層。形成該感測框架和驅動框架還可涉及從該驅動框架區域與感測框架區域之間移除該高縱橫比光致抗蝕劑材料、蝕刻以暴露部署在該驅動框架和感測框架下面的犧牲層以及移除該犧牲層以使該驅動框架和感測框架脫模。在一些實現中，該裝置還可包括顯示器、處理器和存儲器設備。該處理器可配置成與該顯示器以及與該陀螺儀通信。該處理器可配置成處理圖像數據和陀螺儀數據。該存儲器設備可配置成與該處理器通信。該裝置還可包括輸入設備，其配置成接收輸入數據并將輸入數據傳達給處理器。該裝置還可包括驅動器電路，其配置成將至少一個信號發送給顯示器。該裝置還可包括控制器，其配置成將圖像數據的至少一部分發送至該驅動器電路。該裝置還可包括圖像源模塊，其配置成將圖像數據發送至該處理器。該圖像源模塊可包括接收器、收發器和發射器中的至少一者。本說明書中所描述的主題內容的一個或多個實現的詳情在附圖及以下描述中闡述。其它特征、方面和優點將從該描述、附圖和權利要求書中變得明了。注意，以下附圖的相對尺寸可能并非按比例繪制。附圖簡述依據37C. F. R. § I. 84(a)⑵(iii)的聲明本專利或申請文件包含至少一副以彩色完成的附圖。美國專利商標局將應請求和必要費用的支付而提供本專利或專利申請公開的帶有彩色附圖的副本。圖I示出描繪了干涉測量調制器(IMOD)顯示設備的一系列像素中的兩個毗鄰像素的等軸視圖的示例。圖2示出解說納入了 3X3干涉測量調制器顯示器的電子設備的系統框圖的示例。圖3示出解說圖I的干涉測量調制器的可移動反射層位置相對于所施加電壓的圖示的示例。圖4示出解說在施加各種共用(common)電壓和分段(segment)電壓時干涉測量調制器的各種狀態的表的示例。圖5A示出解說圖2的3X3干涉測量調制器顯示器中的一幀顯示數據的圖示的示例。圖5B示出可用于寫圖5A中所解說的該幀顯示數據的共用信號和分段信號的時序圖的示例。圖6A示出圖I 的干涉測量調制器顯示器的局部橫截面的示例。圖6B-6E示出干涉測量調制器的不同實現的橫截面的示例。圖7示出解說干涉測量調制器的制造工藝的流程圖的示例。圖8A-8E示出制作干涉測量調制器的方法中的各個階段的橫截面示意圖解的示例。圖9A和9B示出單端音叉式陀螺儀的驅動模式和感測模式的示例。圖IOA示出具有由附連至中心錨的驅動梁來懸掛的檢驗質量塊的陀螺儀的示例。圖IOB示出類似于圖IOA的陀螺儀實現、但在驅動電極之間具有間隙的陀螺儀實現的示例。圖IlA示出陀螺儀實現(諸如圖IOA中所示的陀螺儀實現)的驅動模式的示例。圖IlB示出正如圖IlA中所示地被驅動的陀螺儀實現的感測模式的示例。

圖12示出其中驅動框架經由驅動梁附連至中心錨的驅動框架陀螺儀實現的示例。圖13A示出陀螺儀實現(諸如圖12中所示的陀螺儀實現)的橫截面的示例。圖13B示出圖13A中所示的陀螺儀實現的放大的一對驅動梁的示例。圖14A示出陀螺儀實現(諸如圖12中所示的陀螺儀實現)的驅動模式的示例。圖14B示出正如圖14A中所示地被驅動的陀螺儀實現的感測模式的示例。圖15示出感測框架陀螺儀實現的示例。圖16A示出圖15中所示的陀螺儀實現的驅動模式的示例。圖16B示出正如圖16A中所示地被驅動的陀螺儀實現的感測模式的示例。圖17示出具有楔形感測梁的替換性感測框架陀螺儀實現的示例。圖18示出疊合在陀螺儀實現(諸如圖17的陀螺儀實現)上的有限元分析的示例，其示出當工作于感測模式時楔形感測梁上基本均勻的應力。圖19示出陀螺儀實現(諸如圖17的陀螺儀實現)的楔形感測梁上的應力水平相對于離中心的距離的標繪的示例。圖20A示出z軸陀螺儀實現的平面視圖的示例。圖20B示出圖20A中所示的z軸陀螺儀實現的驅動梁的放大視圖的示例。圖21A示出z軸陀螺儀實現(諸如圖20A中所描繪的z軸陀螺儀實現)的驅動模式的示例。圖21B示出如圖20A中所描繪地被驅動的z軸陀螺儀實現的感測模式的示例。圖22示出來自z軸陀螺儀的楔形感測梁的一個實現的特寫視圖的示例。圖23示出可配置成施加校正性靜電力以微調檢驗質量塊的振動模態的電極陣列的示例。圖24示出用于測量面內加速度的加速計的示例。圖25示出用于測量面外加速度的加速計的示例的組件。圖26A示出用于測量面內加速度的加速計的示例的組件。
圖26B示出圖26A的加速計對沿第一軸的加速度的響應的示例。圖26C示出圖26A的加速計對沿第二軸的加速度的響應的示例。圖26D示出用于測量面內和面外加速度的加速計的示例。圖27示出用于測量面外加速度的加速計的示例。圖28示出用于測量面內和面外加速度的替換性加速計實現的示例。圖29示出用于測量面內和面外加速度的另一替換性加速計實現的示例。圖30示出描繪由可用于形成加速計或陀螺儀的各種材料實現的相對靈敏度的圖表。圖31A示出梳指狀加速計的示例。·圖31B示出描繪梳狀驅動加速計和基于SLOT的加速計的性能的圖表。圖32示出描繪具有各種深度的槽(包括貫穿槽)的基于SLOT的加速計的性能的圖表。圖33示出給出涉及在移動設備中使用一個或多個陀螺儀或加速計的方法的各階段的梗概的流程圖的示例。圖34示出提供制造加速計的方法的概覽的流程圖的示例。圖35A至39B示出制造加速計的工藝中的各個框的橫截面視圖的示例。圖40A至40C示出在形成包括MEMS管芯和集成電路的器件的工藝中的各個框的橫截面視圖的示例。圖41示出提供制造陀螺儀和相關結構的工藝的概覽的流程圖的示例。圖42A至46B示出在圖41中給出概略的工藝期間各個階段的穿過基板、陀螺儀的一部分以及用于封裝該陀螺儀并制作與該陀螺儀的電連接的結構的各部分的橫截面視圖的示例。圖47A和47B示出解說包括多個干涉測量調制器、陀螺儀和/或加速計的顯示設備的系統框圖的示例。各個附圖中相似的附圖標記和命名指示相似要素。詳細描述以下詳細描述針對旨在用于描述創新性方面的某些實現。然而，本文的教示可用眾多不同方式來應用。所描述的實現可在配置成顯示圖像的任何設備中實現，無論該圖像是運動的(例如，視頻)還是不動的(例如，靜止圖像)，且無論其是文本的、圖形的還是畫面的。更具體而言，構想了這些實現可在各種各樣的電子設備中實現或與各種各樣的電子設備相關聯，這些電子設備諸如但不限于移動電話、具有因特網能力的多媒體蜂窩電話、移動電視接收機、無線設備、智能電話、藍牙設備、個人數據助理(PDA)、無線電子郵件接收器、手持式或便攜式計算機、上網本、筆記本、智能本、打印機、復印機、掃描儀、傳真設備、GPS接收機/導航儀、相機、MP3播放器、攝錄像機、游戲控制臺、手表、鐘表、計算器、電視監視器、平板顯示器、電子閱讀設備(例如，電子閱讀器)、計算機監視器、汽車顯示器(例如，里程表顯示器等)、駕駛座艙控件和/或顯示器、相機取景顯示器(例如，車輛中的后視相機的顯示器)、電子照片、電子告示牌或招牌、投影儀、建筑結構、微波爐、冰箱、立體音響系統、卡式錄音機或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、無線電、便攜式存儲器芯片、洗衣機、烘干機、洗衣機/烘干機、停車計時器、封裝(例如，MEMS和非MEMS)、美學結構(例如，關于一件珠寶的圖像的顯示)以及各種各樣的機電系統設備。本文中的教示還可用在非顯示器應用中，諸如但不限于電子交換設備、射頻濾波器、傳感器、加速計、陀螺儀、運動感測設備、磁力計、用于消費者電子設備的慣性組件、消費者電子產品的部件、可變電抗器、液晶設備、電泳設備、驅動方案、制造工藝以及電子測試裝備。因此，這些教示無意被局限于只是在附圖中描繪的實現，而是具有如本領域普通技術人員將容易明白的寬泛應用性。本公開描述了各種類型的慣性傳感器、可如何制造此類傳感器以及可如何使用此類傳感器。例如，本文描述的一些實現提供了具有低正交和偏離誤差的X軸陀螺儀。該陀螺儀非常適合于制造在平板顯示器玻璃上。一些此類實現包括檢驗質量塊，其可在驅動模式中面內扭振(繞Z軸)以及在感測模式中面外扭振。通過改變該陀螺儀在平面內的取向，其可用作I軸陀螺儀。另外，通過將該陀螺儀部署于正交的平面中，該陀螺儀可用作z軸陀螺儀。然而，本文描述的一些實現提供了可制造和/或部署在與X軸陀螺儀和I軸陀螺 儀相同的平面中的z軸陀螺儀。本文描述的各種z軸陀螺儀也可具有低正交和偏離誤差。一些實現包括驅動檢驗質量塊，其可被壓電地驅動為進行基本線性的X方向的運動(面內)。該驅動檢驗質量塊可機械地耦合至感測檢驗質量塊，該感測檢驗質量塊在存在繞Z軸的角旋轉的情況下扭振。該感測檢驗質量塊的運動可在將該感測質量塊連接至基板錨的梁上的壓電薄膜中感生電荷。該電荷可以被電子地讀出和處理。這些檢驗質量塊可由各種各樣的材料制成，諸如厚電鍍金屬合金(例如，鎳錳(Ni-Mn))、來自絕緣體上覆硅(SOI)晶片的器件層的單晶硅、玻璃、以及其它材料。該壓電薄膜可以是氮化鋁(A1N)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)或其它薄膜，或者是單晶材料，諸如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰及其它單晶材料。一些實現非常適合于制造在平板顯示器玻璃上。本文描述的各種實現提供了新穎的三軸加速計及其組件。此類三軸加速計具有適合用在消費者電子應用(諸如便攜式導航設備和智能電話)中的大小、性能水平和成本。一些此類實現提供了基于電容性層疊式橫向交迭換能器(SLOT )的三軸加速計。一些實現使用兩個檢驗質量塊來提供三軸感測，而其它實現使用僅一個檢驗質量塊來提供三軸感測。可針對每個軸優化不同的撓曲型。可實現本公開中所描述的主題內容的具體實現以達成以下潛在優點中的一項或更多項。例如，在一些此類實現中，X軸陀螺儀、z軸陀螺儀和/或基于SLOT的三軸加速計可共享在制造工藝期間沉積的諸層。組合此類工藝可使得能夠將六個慣性感測軸單片地集成在單個基板(諸如單個玻璃基板)上。本文描述的許多實現可制造在大面積玻璃面板上。可用于在大面積玻璃面板上形成基于SLOT的三軸加速計的制造工藝與用于在電鍍金屬多軸MEMS陀螺儀(諸如本文描述的X軸、y軸和z軸陀螺儀)上制造壓電氮化鋁(AlN)(或其它壓電材料)的工藝是兼容的。相應地，本文描述的一些實現涉及在同一玻璃基板上制造X軸陀螺儀、y軸陀螺儀、z軸陀螺儀以及基于SLOT的三軸加速計。可應用所描述實現的合適MEMS器件的一個示例是反射式顯示設備。反射式顯示設備可納入干涉測量調制器(MOD)以使用光學干涉原理來選擇性地吸收和/或反射入射到其上的光。MOD可包括吸收體、可相對于該吸收體移動的反射體、以及限定在該吸收體與該反射體之間的光學諧振腔。該反射體可被移至兩個或更多個不同位置，這可以改變光學諧振腔的大小并由此影響該干涉測量調制器的反射。IMOD的反射譜可創建相當廣的譜帶，這些譜帶可跨可見波長移位以產生不同顏色。譜帶的位置可通過改變光學諧振腔的厚度(即，通過改變反射體的位置)來調整。圖I示出描繪了干涉測量調制器(IMOD)顯示設備的一系列像素中的兩個毗鄰像素的等軸視圖的示例。該IMOD顯示設備包括一個或多個干涉測量MEMS顯示元件。在這些設備中，MEMS顯示元件的像素可處于亮狀態或暗狀態。在亮(“松弛”、“打開”或“接通”)狀態，顯示元件反射所入射的可見光的很大部分(例如，去往用戶)。相反，在暗(“致動”、“關閉”或“關斷”)狀態，顯示元件幾乎不反射所入射的可見光。在一些實現中，可顛倒接通和關斷狀態的光反射性質。MEMS像素可配置成主導性地在特定波長上發生反射，從而除了黑白以外還允許彩色顯示。IMOD顯示設備可包括MOD的行/列陣列。每個頂OD可包括一對反射層，即，可移動反射層和固定的部分反射(partially reflective)層,這些反射層定位在彼此相距可變且可控制的距離處以形成氣隙(也稱為光學間隙或腔)。可移動反射層可在至少兩個位置之間移動。在第一位置(即，松弛位置)，可移動反射層可定位在離該固定的部分反射層有相對較大距離處。在第二位置(即，致動位置)，該可移動反射層可定位成更靠近該部分反射層。取決于可移動反射層的位置，從這兩個層反射的入射光可相長地或相消地干涉，從而產生每個像素的總體上反射或非反射的狀態。在一些實現中，頂OD在未致動時可處于反射狀態，此時反射可見譜內的光，并且在未致動時可處于暗狀態，此時反射在可見范圍之外的光(例如，紅外光)。然而，在一些其它實現中，頂OD可在未致動時處于暗狀態，而在致動時處于反射狀態。在一些實現中，所施加電壓的引入可驅動像素改變狀態。在一些其它實現中，所施加電荷可驅動像素改變狀態。圖I中所描繪的像素陣列部分包括兩個毗鄰的干涉測量調制器12。在左側(如圖所示)的IMOD 12中，可移動反射層14圖解為處于離光學堆棧16有預定距離的松弛位置，光學堆棧16包括部分反射層。跨左側的IMOD 12施加的電壓Vtl不足以引起對可移動反射層14的致動。在右側的IMOD 12中，可移動反射層14圖解為處于靠近或毗鄰光學堆棧16的致動位置。跨右側的MOD 12施加的電壓Vfsa足以將可移動反射層14維持在致動位置。在圖I中，這些像素12的反射性質用指示入射在像素12上的光的箭頭13、以及從左側的IMOD 12反射的光的箭頭15來一般化地解說。盡管未詳細地解說，但本領域普通技術人員將理解，入射在像素12上的光13的絕大部分將透射穿過透明基板20去往光學堆棧16。入射在光學堆棧16上的光的一部分將透射穿過光學堆棧16的部分反射層，且一部 分將被反射回去穿過透明基板20。光13透射穿過光學堆棧16的那部分將在可移動反射層14處朝向透明基板20反射回去(且穿過透明基板20)。從光學堆棧16的部分反射層反射的光與從可移動反射層14反射的光之間的干涉(相長的或相消的)將決定從IM0D12反射的光15的波長。光學堆棧16可包括單層或若干層。該(些)層可包括電極層、部分反射且部分透射層以及透明介電層中的一者或多者。在一些實現中，光學堆棧16是導電的、部分透明且部分反射的，并且可以例如通過將上述層中的一者或多者沉積在透明基板20上來制造。電極層可由各種各樣的材料形成，諸如各種金屬，例如氧化銦錫(IT0)。部分反射層可由各種各樣的部分反射的材料形成，諸如各種金屬，例如鉻(Cr)、半導體以及電介質。部分反射層可由一層或多層材料形成，且每一層可由單種材料或由材料組合形成。在一些實現中，光學堆棧16可包括單個半透明的金屬或半導體厚層，其既用作光吸收體又用作導體，而(例如，IMOD的光學堆棧16或其它結構的)不同的、更導電的層或部分可用于在IMOD像素之間匯流信號。光學堆棧16還可包括覆蓋一個或多個導電層或導電/吸收層的一個或多個絕緣或介電層。在一些實現中，光學堆棧16的(諸)層可被圖案化為平行條帶，并且可如下文進一步描述地形成顯示設備中的行電極。如本領域技術人員將理解的，術語“圖案化”在本文中用于指掩模以及蝕刻工藝。在一些實現中，可將高導電且高反射的材料(諸如，鋁(Al))用于可移動反射層14，且這些條帶可形成顯示設備中的列電極。可移動反射層14可形成為一個或數個沉積金屬層的一系行平行條帶(與光學堆棧16的行電極正交)，以形成沉積在柱子18以及各個柱子18之間所沉積的居間犧牲材料頂上的列。當該犧牲材料被蝕刻掉時，便可在可移動反射層14與光學堆棧16之間形成限定的間隙19或即光學腔。在一些實現中，各個柱子18之間的間距可在I - IOOOum的數量級上，而間隙19可在〈10，000埃(A)的數量級上。
在一些實現中，頂OD的每個像素(無論處于致動狀態還是松弛狀態)實質上是由該固定反射層和移動反射層形成的電容器。在無電壓被施加時，可移動反射層14保持在機械松弛狀態，如由圖I中左側的MOD 12所解說的，其中在可移動反射層14與光學堆棧16之間存在間隙19。然而，當將電位差(例如，電壓)施加至所選行和列中的至少一者時，在對應像素處的該行電極和列電極的交叉處形成的電容器變為帶電的，且靜電力將這些電極拉向一起。若所施加電壓超過閾值，則可移動反射層14可形變并且移動到靠近或靠倚光學堆棧16。光學堆棧16內的介電層(未示出)可防止短路并控制層14與層16之間的分隔距離，如圖I中右側的致動IMOD 12所解說的。不管所施加電位差的極性如何，行為都是相同的。雖然陣列中的一系列像素在一些實例中可被稱為“行”或“列”，但本領域普通技術人員將容易理解，將一個方向稱為“行”并將另一方向稱為“列”是任意的。要重申的是，在一些取向中，行可被視為列，而列被視為行。此外，顯示元件可均勻地排列成正交的行和列(“陣列”)，或排列成非線性配置，例如關于彼此具有某些位置偏移(“馬賽克”)。術語“陣列”和“馬賽克”可以指任一種配置。因此，雖然將顯示器稱為包括“陣列”或“馬賽克”，但在任何實例中，這些元件本身不一定要彼此正交地排列、或部署成均勻分布，而是可包括具有非對稱形狀以及不均勻分布的元件的布局。圖2示出解說納入了 3X3干涉測量調制器顯示器的電子設備的系統框圖的示例。該電子設備包括處理器21，其可配置成執行一個或多個軟件模塊。除了執行操作系統，處理器21還可配置成執行一個或多個軟件應用，包括web瀏覽器、電話應用、電子郵件程序、或其它軟件應用。處理器21可配置成與陣列驅動器22通信。陣列驅動器22可包括例如向顯示器陣列或面板30提供信號的行驅動器電路24和列驅動器電路26。圖I中所解說的MOD顯示設備的橫截面由圖2中的線1-1示出。盡管圖2為清晰起見解說了 3X3的IMOD陣列，但顯示器陣列30可包含很大數目的M0D，并且可在行中具有與列中不同的數目的M0D，以及反之。圖3示出解說圖I的干涉測量調制器的可移動反射層位置相對于所施加電壓的圖示的示例。對于MEMS干涉測量調制器，行/列(即，共用/分段)寫規程可利用這些器件的如圖3中所解說的滯后性質。干涉測量調制器可能需要例如約10伏的電位差以使可移動反射層或鏡從松弛狀態改變為致動狀態。當電壓從該值減小時，可移動反射層隨電壓降回至例如10伏以下而維持其狀態，然而，可移動反射層并不完全松弛，直至電壓降至2伏以下。因此，如圖3中所示，存在一電壓范圍(大約為3至7伏)，在此電壓范圍中有該器件要么穩定于松弛狀態要么穩定于致動狀態的所施加電壓窗口。該窗口在本文中稱為“滯后窗”或“穩定態窗”。對于具有圖3的滯后特性的顯示陣列30，行/列寫規程可被設計成每次尋址一行或多行，以使得在對給定行尋址期間，被尋址行中要被致動的像素暴露于約10伏的電壓差，而要被松弛的像素暴露于接近O伏的電壓差。在尋址之后，這些像素暴露于約5伏的穩態或偏置電壓差，以使得它們保持在先前的閘選狀態中。在該示例中，在被尋址之后，每個像素都經受落在約3-7伏的“穩定態窗”內的電位差。該滯后性質特征使得(例如圖I中所解說的)像素設計能夠在相同的所施加電壓條件下保持穩定在要么致動要么松弛的事先存在的狀態中。由于每個MOD像素(無論是處于致動狀態還是松弛狀態)實質上是由固定反射層和移動反射層形成的電容器，因此該穩定狀態在落在該 滯后窗內的平穩電壓下可得以保持，而基本上不消耗或損失功率。此外，若所施加電壓電位保持基本上固定，則實質上很少或沒有電流流入IMOD像素中。在一些實現中，可根據對給定行中像素的狀態所期望的改變(若有)通過沿該組列電極施加“分段(segment)”電壓形式的數據信號來創建圖像的幀。可輪流尋址該陣列的每一行，以使得每次寫該幀的一行。為了將期望數據寫到第一行中的像素，可在諸列電極上施加與該第一行中的像素的期望狀態相對應的分段電壓，并且可向第一行電極施加特定的“共用(common)”電壓或信號形式的第一行脈沖。該組分段電壓隨后可被改變為對應于對第二行中像素的狀態所期望的改變(若有)，且可向第二行電極施加第二共用電壓。在一些實現中，第一行中的像素不受沿諸列電極施加的分段電壓改變的影響，而是保持于它們在第一共用電壓行脈沖期間被設定的狀態。可按順序方式對整個行系列(或替換地對整個列系列)重復此過程以產生圖像幀。通過以每秒某個期望數目的幀來不斷地重復此過程，便可用新圖像數據來刷新和/或更新這些幀。跨每個像素施加的分段信號和共用信號的組合(S卩，跨每個像素的電位差)決定每個像素結果所得的狀態。圖4示出解說在施加各種共用電壓和分段電壓時干涉測量調制器各種狀態的表的示例。如本領域普通技術人員將容易理解的，可將“分段”電壓施加于列電極或行電極，并且可將“共用”電壓施加于列電極或行電極中的另一者。如圖4中(以及圖5B中所示的時序圖中)所解說的，當沿共用線施加有釋放電壓VCeel時，沿該共用線的所有干涉測量調制器元件將被置于松弛狀態，替換地稱為釋放狀態或未致動狀態，不管沿各分段線所施加的電壓如何(即，高分段電壓VSh和低分段電壓VSJ。具體而言，當沿共用線施加有釋放電壓VC·時，在沿該像素的對應分段線施加高分段電壓VSh和低分段電壓V&這兩種情況下，跨該調制器的電位電壓(替換地稱為像素電壓)皆落在松弛窗(參見圖3，也稱為釋放窗)內。當在共用線上施加有保持電壓時(諸如高保持電壓VCmD H或低保持電壓VCmD J，該干涉測量調制器的狀態將保持恒定。例如，松弛的IMOD將保持在松弛位置，而致動的IMOD將保持在致動位置。保持電壓可被選擇成使得在沿對應的分段線施加高分段電壓VSh和低分段電壓這兩種情況下，像素電壓皆將保持落在穩定態窗內。因此，分段電壓擺幅(即，高分段電壓VSh與低分段電壓VSlj之差)小于正穩定態窗或負穩定態窗任一者的寬度。當在共用線上施加有尋址或即致動電壓(諸如高尋址電壓VCadd h或低尋址電壓VCadd J時，通過沿各自相應的分段線施加分段電壓，就可選擇性地將數據寫到沿該線的各調制器。分段電壓可被選擇成使得致動是取決于所施加的分段電壓。當沿共用線施加有尋址電壓時，施加一個分段電壓將結果得到落在穩定態窗內的像素電壓，從而使該像素保持未致動。相反，施加另一個分段電壓將結果得到超出該穩定態窗的像素電壓，從而導致該像素的致動。引起致動的特定分段電壓可取決于使用了哪個尋址電壓而變化。在一些實現中，當沿共用線施加有高尋址電壓VCadd H時，施加高分段電壓VSh可使調制器保持在其當前位置，而施加低分段電壓V&可引起該調制器的致動。作為推論，當施加有低尋址電壓VCadd[時，分段電壓的效果可以是相反的，其中高分段電壓VSh引起該調制器的致動，而低分段電壓對該調制器的狀態無影響(即，保持穩定)。
在一些實現中，可使用總是產生相同極性的跨調制器電位差的保持電壓、尋址電壓和分段電壓。在一些其它實現中，可使用使調制器的電位差的極性交變的信號。跨調制器極性的交變(即，寫規程極性的交變)可減少或抑制在反復的單極性寫操作之后可能發生的電荷累積。圖5A示出解說圖2的3X3干涉測量調制器顯示器中的一幀顯示數據的圖示的示例。圖5B示出可用于寫圖5A中所解說的該幀顯示數據的共用信號和分段信號的時序圖的示例。可將這些信號施加于例如圖2的3X3陣列，這將最終于線時間60e導致圖5A中所解說的的顯示布局。圖5A中的致動調制器處于暗狀態，即，其中所反射光的大體部分在可見譜之外，從而給例如觀看者造成暗觀感。在寫圖5A中所解說的幀之前，這些像素可處于任何狀態，但圖5B的時序圖中所解說的寫規程假設了在第一線時間60a之前，每個調制器皆已被釋放且駐留在未致動狀態中。在第一線時間60a期間，在共用線I上施加有釋放電壓70 ;在共用線2上施加的電壓始于高保持電壓72且移向釋放電壓70 ;并且沿共用線3施加有低保持電壓76。因此，沿共用線I的調制器(共用1，分段I)、(共用1，分段2)和(共用1，分段3)在第一線時間60a的歷時里保持在松弛或即未致動狀態，沿共用線2的調制器(2，1)、(2，2)和(2，3)將移至松弛狀態，而沿共用線3的調制器(3，I)、( 3，2 )和(3，3 )將保持在其先前狀態中。參考圖4，沿分段線1、2和3施加的分段電壓將對諸干涉測量調制器的狀態沒有影響，這是因為在線時間60a期間，共用線1、2或3皆不暴露于引起致動的電壓水平(即，VCKa-松弛和VC_L-穩定)。在第二線時間60b期間，共用線I上的電壓移至高保持電壓72，并且由于沒有尋址或即致動電壓施加在共用線I上，因此沿共用線I的所有調制器皆保持在松弛狀態中，不管所施加的分段電壓如何。沿共用線2的諸調制器由于釋放電壓70的施加而保持在松弛狀態中，而當沿共用線3的電壓移至釋放電壓70時，沿共用線3的調制器(3，I)、(3，2)和(3，3)將松弛。在第三線時間60c期間，通過在共用線I上施加高尋址電壓74來尋址共用線I。由于在該尋址電壓的施加期間沿分段線I和2施加了低分段電壓64，因此跨調制器(1，I)和
(1,2)的像素電壓大于這些調制器的正穩定態窗的高端(即，電壓差分超過了預定義閾值)，并且調制器(1，I)和(1，2)被致動。相反，由于沿分段線3施加了高分段電壓62，因此跨調制器(1，3)的像素電壓小于調制器(1，I)和(1，2)的像素電壓，并且保持在該調制器的正穩定態窗內；調制器(1，3)因此保持松弛。同樣在線時間60c期間，沿共用線2的電壓減小至低保持電壓76，且沿共用線3的電壓保持在釋放電壓70，從而使沿共用線2和3的調制器留在松弛位置。在第四線時間60d期間，共用線I上的電壓返回至高保持電壓72，從而使沿共用線I的調制器留在其各自相應的被尋址狀態中。共用線2上的電壓減小至低尋址電壓78。由于沿分段線2施加了高分段電壓62，因此跨調制器(2，2)的像素電壓低于該調制器的負穩定態窗的下端，從而導致調制器(2，2)致動。相反，由于沿分段線I和3施加了低分段電壓64，因此調制器(2，I)和(2，3)保持在松弛位置。共用線3上的電壓增大至高保持電壓72，從而使沿共用線3的調制器留在松弛狀態中。最終，在第五線時間60e期間，共用線I上的電壓保持在高保持電壓72，且共用線2上的電壓保持在低保持電壓76，從而使沿共用線I和2的調制器留在其各自相應的被尋 址狀態中。共用線3上的電壓增大至高尋址電壓74以尋址沿共用線3的調制器。由于在分段線2和3上施加了低分段電壓64，因此調制器(3，2)和(3，3)致動，而沿分段線I施加的高分段電壓62使調制器(3，I)保持在松弛位置。因此，在第五線時間60e結束時，該3X3像素陣列處于圖5A中所示的狀態，且只要沿這些共用線施加有保持電壓就將保持在該狀態中，而不管在沿其它共用線(未示出)的調制器正被尋址時可能發生的分段電壓變化如何。在圖5B的時序圖中，給定的寫規程(即，線時間60a_60e)可包括使用高保持和尋址電壓或使用低保持和尋址電壓。一旦針對給定的共用線已完成該寫規程(且該共用電壓被設為與致動電壓具有相同極性的保持電壓)，該像素電壓就保持在給定的穩定態窗內且不會穿越松弛窗，直至在該共用線上施加了釋放電壓。此外，由于每個調制器在被尋址之前作為該寫規程的一部分被釋放，因此可由調制器的致動時間而非釋放時間來決定必需的線時間。具體地，在調制器的釋放時間大于致動時間的實現中，釋放電壓的施加可長于單個線時間，如圖5B中所描繪的。在一些其它實現中，沿共用線或分段線施加的電壓可變化以計及不同調制器(諸如不同顏色的調制器)的致動電壓和釋放電壓的差異。根據上文闡述的原理來操作的干涉測量調制器的結構細節可以廣泛地變化。例如，圖6A-6E示出包括可移動反射層14及其支承結構的干涉測量調制器的不同實現的橫截面的示例。圖6A示出圖I的干涉測量調制器顯示器的局部橫截面的示例，其中金屬材料條帶(g卩，可移動反射層14)沉積在從基板20正交延伸出的支承18上。在圖6B中，每個MOD的可移動反射層14為大致方形或矩形的形狀，且在拐角處或拐角附近靠系帶32附連至支承。在圖6C中，可移動反射層14為大致方形或矩形的形狀且懸掛于可形變層34，可形變層34可包括柔性金屬。可形變層34可圍繞可移動反射層14的周界直接或間接連接至基板20。這些連接在本文中稱為支承柱。圖6C中所示的實現具有源自可移動反射層14的光學功能與其機械功能(這由可形變層34實施)解耦的附加益處。這種解耦允許用于反射層14的結構設計和材料與用于可形變層34的結構設計和材料被彼此獨立地優化。圖6D示出IMOD的另一示例,其中可移動反射層14包括反射子層14a。可移動反射層14支托在支承結構(諸如，支承柱18)上。支承柱18提供了可移動反射層14與下靜止電極(即，所解說MOD中的光學堆棧16的部分)的分離，從而使得(例如當可移動反射層14處在松弛位置時)在可移動反射層14與光學堆棧16之間形成間隙19。可移動反射層14還可包括導電層14c和支承層14b，導電層14c可配置成用作電極。在此示例中，導電層14c部署在支承層14b的在基板20遠端的一側上，而反射子層14a部署在支承層14b的在基板20近端的另一側上。在一些實現中，反射子層14a可以是導電的并且可部署在支承層14b與光學堆棧16之間。支承層14b可包括一層或多層介電材料，例如氮氧化硅(SiON)或二氧化硅(Si02)。在一些實現中，支承層14b可以是諸層的堆棧，諸如舉例而言Si02/Si0N/SiO2三層堆棧。反射子層14a和導電層14c中的任一者或這兩者可包括例如具有約0.5%Cu的Al合金或其它反射性金屬材料。在介電支承層14b以上和以下采用導電層14a、14c可平衡應力并提供增強的導電性。在一些實現中，反射子層14a和導電層14c可由不同材料形成以用于各種各樣的設計目的，諸如達成可移動反射層14內的特定應力分布。如圖6D中所解說的，一些實現還可包括黑色掩模結構23。黑色掩模結構23可形成于光學非活躍區域中(例如，在各像素之間或在柱子18下方)以吸收環境光或雜散光。黑色掩模結構23還可通過抑制光從顯示器的非活躍部分反射或透射穿過顯示器的非活躍部分來改善顯示設備的光學性質，由此提高對比率。另外，黑色掩模結構23可以是導電的并·且配置成用作電匯流層。在一些實現中，行電極可連接至黑色掩模結構23以減小所連接的行電極的電阻。黑色掩模結構23可使用各種各樣的方法來形成，包括沉積和圖案化技術。黑色掩模結構23可包括一層或多層。例如，在一些實現中，黑色掩模結構23包括用作光學吸收體的鑰鉻(MoCr)層、SiO2層、以及用作反射體和匯流層的鋁合金，其厚度分別在約30-80 A> 500-1UOO A和500 6000 A的范圍內。這一層或多層可使用各種各樣的技術來圖案化，包括光刻和干法蝕刻，包括例如用于MoCr及SiO2層的CF4和/或02，以及用于鋁合金層的Cl2和/或BC13。在一些實現中，黑色掩模23可以是標準具(etalon)或干涉測量堆棧結構。在此類干涉測量堆棧黑色掩模結構23中，導電的吸收體可用于在每行或每列的光學堆棧16中的下靜止電極之間傳送或匯流信號。在一些實現中，分隔層35可用于將吸收體層16a與黑色掩模23中的導電層大體上電隔離。圖6E示出IMOD的另一示例，其中可移動反射層14是自支承的。不同于圖6D，圖6E的實現不包括支承柱18。作為代替，可移動反射層14在多個位置接觸底下的光學堆棧16，且可移動反射層14的曲度提供足夠的支承以使得在跨該干涉測量調制器的電壓不足以引起致動時，可移動反射層14返回至圖6E的未致動位置。出于清晰起見，可包含多個不同層的光學堆棧16在此處被不為包括光學吸收體16a和電介質16b。在一些實現中，光學吸收體16a既可用作固定電極又可用作部分反射層。在諸實現中，諸如圖6A-6E中所示的那些實現中，MOD用作直視設備，其中是從透明基板20的前側(即，與調制器所在的側相對的那側)來觀看圖像。在這些實現中，可對該設備的背部(即，該顯示設備的在可移動反射層14后面的任何部分，包括例如圖6C中所解說的可形變層34)進行配置和操作而不沖突或不利地影響該顯示設備的圖像質量，因為反射層14在光學上屏蔽了該設備的那些部分。例如，在一些實現中，在可移動反射層14后面可包括總線結構(未圖解)，這提供了將調制器的光學性質與該調制器的機電性質(諸如，電壓尋址和由此類尋址所導致的移動)分離的能力。另外，圖6A - 6E的實現可簡化處理(諸如，舉例而目圖案化)。圖7示出解說干涉測量調制器的制造工藝80的流程圖的示例，并且圖8A-8E示出此類制造工藝80的相應階段的橫截面示意圖解的示例。在一些實現中，可實現制造工藝80加上圖7中未示出的其它框以制造例如圖I和6中所解說的一般類型的干涉測量調制器。參考圖1、6和7，工藝80在框82處開始以在基板20上方形成光學堆棧16。圖8A解說了在基板20上方形成的此類光學堆棧16。基板20可以是透明基板(諸如，玻璃或塑料)，其可以是柔性的或是相對剛性且不易彎曲的，并且可能已經歷了在先制備工藝(例如，清洗)以便于高效地形成光學堆棧16。如上文所討論的，光學堆棧16可以是導電的、部分透明且部分反射的，并且可以是例如通過將具有期望性質的一層或多層沉積在透明基板20上來制造的。在圖8A中，光學堆棧16包括具有子層16a和16b的多層結構，但在一些其它實現中可包括更多或更少的子層。在一些實現中，子層16a、16b中的一者可配置成具有光學吸收和導電性質兩者，諸如組合式導體/吸收體子層16a。另外，子層16a、16b中的一者或多者可被圖案化成平行條帶，并且可形成顯示設備中的行電極。此類圖案化可通過掩模和蝕刻工藝或本領域已知的另一合適工藝來執行。在一些實現中，子層16a、16b中的一者可以是絕緣層或介電層，諸如沉積在一個或多個金屬層(例如，一個或多個反射和/或導電層)上方的子層16b。另外，光學堆棧16可被圖案化成形成顯示器的諸行的個體且平行的條帶。 工藝80在框84處繼續以在光學堆棧16上方形成犧牲層25。犧牲層25稍后被移除(例如，在框90處)以形成腔19，且因此在圖I中所解說的結果所得的干涉測量調制器12中未示出犧牲層25。圖SB解說包括在光學堆棧16上方形成的犧牲層25的經部分制造的器件。在光學堆棧16上方形成犧牲層25可包括以所選厚度來沉積二氟化氙(XeF2)可蝕刻材料(諸如，鑰(Mo)或非晶硅(Si))，該厚度被選擇成在后續移除之后提供具有期望設計大小的間隙或腔19 (也參見圖I和SE)。沉積犧牲材料可使用諸如物理氣相沉積(PVD，例如濺鍍)、等離子體增強型化學氣相沉積(PECVD)、熱化學氣相沉積(熱CVD)、或旋涂等沉積技術來實施。工藝80在框86處繼續以形成支承結構(例如，圖1、6和8C中所解說的柱子18)。形成柱子18可包括圖案化犧牲層25以形成支承結構孔，然后使用沉積方法(諸如PVD、PECVD、熱CVD或旋涂)將材料(例如，聚合物或無機材料，例如氧化硅)沉積至該孔中以形成柱子18。在一些實現中，在犧牲層中形成的支承結構孔可延伸穿過犧牲層25和光學堆棧16兩者到達底下的基板20，從而柱子18的下端接觸基板20，如圖6A中所解說的。替換地，如圖SC中所描繪的，在犧牲層25中形成的孔可延伸穿過犧牲層25，但不穿過光學堆棧16。例如，圖8E解說了支承柱18的下端與光學堆棧16的上表面接觸。可通過在犧牲層25上方沉積支承結構材料層并將該支承結構材料的位于遠離犧牲層25中的孔的部分圖案化來形成柱子18或其它支承結構。這些支承結構可位于這些孔內(如圖SC中所解說的)，但是也可至少部分地延伸在犧牲層25的一部分上方。如上所述，對犧牲層25和/或支承柱18的圖案化可通過圖案化和蝕刻工藝來執行，但也可通過替換的蝕刻方法來執行。工藝80在框88處繼續以形成可移動反射層或膜，諸如圖1、6和8D中所解說的可移動反射層14。可移動反射層14可通過采用一個或多個沉積工藝(例如，反射層(例如，鋁、鋁合金)沉積)連同一個或多個圖案化、掩模和/或蝕刻工藝來形成。可移動反射層14可以是導電的，且被稱為導電層。在一些實現中，可移動反射層14可包括如圖8D中所示的多個子層14a、14b、14c。在一些實現中，這些子層中的一者或多者(諸如子層14a、14c)可包括為其光學性質所選擇的高反射子層，且另一子層14b可包括為其機械性質所選擇的機械子層。由于犧牲層25仍存在于在框88處形成的經部分制造的干涉測量調制器中，因此可移動反射層14在此階段通常是不可移動的。包含犧牲層25的經部分制造的MOD在本文也可稱為“未脫模” MOD。如上文結合圖I所描述的，可移動反射層14可被圖案化成形成顯示器的諸列的個體且平行的條帶。工藝80在框90處繼續以形成腔，例如圖1、6和8E中所解說的腔19。腔19可通過將(在框84處沉積的)犧牲材料25暴露于蝕刻劑來形成。例如,可蝕刻的犧牲材料(諸如Mo或非晶Si )可通過干法化學蝕刻來移除，例如通過將犧牲層25暴露于氣態或蒸氣蝕刻劑(諸如，由固態XeF2得到的蒸氣)長達能有效地移除期望量的材料(通常是相對于圍繞腔19的結構選擇性地移除)的一段時間來移除。也可使用可蝕刻犧牲材料和蝕刻方法的其它組合，例如，濕法蝕刻和/或等離子體蝕刻。由于在框90期間移除了犧牲層25，因此可移動反射層14在此階段之后通常是可移動的。在移除犧牲材料25之后，結果所得的已完全或部分制造的頂OD在本文中可被稱為“已脫模” MOD。微機械壓電X軸和Y軸陀螺儀實現的描述 一些所公開的微機械壓電陀螺儀結構提供了改善的機械感測元件，其克服了常規壓電音叉式陀螺儀的一些與性能有關的限制。現有技術陀螺儀常規的壓電陀螺儀利用單端音叉結構或雙端音叉結構。圖9A和9B示出單端音叉式陀螺儀的驅動模式和感測模式的示例。如圖9A和9B中所示，單端音叉由用于驅動功能和感測功能兩者的兩個叉齒構成。在圖9A和9B中，暗區域指不陀螺僅900的處于歇止中的部分，而亮區域指示陀螺儀900的處于運動中的部分。叉齒910a和910b以壓電方式反相驅動，通常如圖9A中所示地是面內的。響應于所施加的旋轉,科里奧利(Coriolis)力使叉齒910a和910b面外地且在相反方向上振蕩(參見圖9B)。結果所得的感測模式振蕩在陀螺儀900的壓電材料上產生感測電荷，該壓電材料可以是塊狀材料或沉積在陀螺儀900的結構材料上的壓電層。此類音叉系統的主要限制是用于感測拾取的叉齒910a和910b還經歷驅動運動，該驅動運動的幅度可能比感測運動大幾個數量級。因此，叉齒910a和910b的機械瑕疵和不對稱可能導致感測信號中有顯著程度的驅動干擾，這可引起正交和偏離誤差。此類音叉系統的另一缺點是低于工作頻率的寄生諧振模式是不可避免的。同相平移模式通常低于反相操作模式且可能容易被振動所激發。在雙端音叉系統(未示出)中，將分別的叉齒用于驅動功能和感測功能。兩個叉齒被反相驅動。在驅動叉齒上引發的科里奧利力激發常見的扭轉感測模式，其進而引起感測叉齒上的振動。雙端音叉減少了對感測叉齒的驅動干擾，但對于給定的器件大小而言效率降低。此外，在工作頻率以下和以上出現許多不期望的寄生模式，甚至比在單端音叉中出現的寄生模式還要多。壓電X軸陀螺儀結構本文所公開的一些微機械壓電陀螺儀的架構包括檢驗質量塊，其可在工作于驅動模式時面內扭振(繞z軸)以及在工作于感測模式時面外扭振(對于X軸陀螺儀是繞I軸，并且對于I軸陀螺儀是繞X軸)。圖IOA示出具有由附連至中心錨的驅動梁來懸掛的檢驗質量塊的陀螺儀1000的示例。此處，檢驗質量塊1020由附連至中心錨1005的撓曲件IOlOa和IOlOb來懸掛。驅動電極1015a - d可被圖案化在這些撓曲件的頂側和/或底側上。檢驗質量塊1020、撓曲件IOlOa和1010b、以及中心錨1005可由各種各樣的材料制成，諸如厚的電鍍金屬合金(例如鎳合金，諸如Ni-Co或Ni-Mn)、單晶硅、多晶硅等。在此示例中，陀螺儀1000的總的x和y尺寸在數毫米或以下的數量級上。例如，在一些實現中，寬度可在O. 25mm至Imm的范圍內且長度可在Imm至4mm的范圍內。厚度的范圍可從不到一微米至五十微米或以上。在該所解說的示例中，驅動電極1015a_d對稱地布置在中心線1017a的每一側上。在此示例中，中心線1017a與X軸相對應。此處，驅動電極1015包括部署在撓曲件IOlOa和IOlOb上的壓電薄膜，從而允許撓曲件IOlOa和IOlOb用作驅動梁。該壓電薄膜可以是氮化鋁(A1N)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)或其它薄膜。在一些實現中，驅動電極1015 (以及本文所描述的其它驅動電極)可包括部署在兩個金屬層之間的壓電薄膜，這兩個金屬層用于提供跨該壓電薄膜的電壓。該壓電薄膜可以是例如非導電的壓電薄膜。提供跨這些金屬層的電壓可引起這些驅動電極的移動。替換地，該壓電材料可以是單晶材料，諸如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰等。 在圖IOA中所描繪的實現中，感測電極1025a和1025b是沿中心線1017a形成的壓電薄膜。在替換實現中，感測電極1025a和1025b可形成在檢驗質量塊1020上。替換地，感測電極1025a和1025b可形成在撓曲件IOlOa和IOlOb上的與形成驅動電極1015的那側相同的側上但在驅動電極1015上面或下面的層中。在一些其它實現中，感測電極1025a和1025b可形成于撓曲件IOlOa和IOlOb的對側上。在一些實現中，感測電極1025a和1025b(以及本文中所描述的其它感測電極)可包括部署在兩個金屬層之間的壓電薄膜，這兩個金屬層用于提供跨該壓電薄膜的電壓。該壓電薄膜可以是例如非導電的壓電薄膜。這些感測電極的移動可造成跨這些金屬層的電壓改變。圖IOB示出類似于圖IOA的陀螺儀實現、但在驅動電極之間具有間隙的陀螺儀實現的示例。在此示例中，陀螺儀IOOOa包括撓曲件IOlOc和IOlOd中的槽1012a和1012b。此處，槽1012a和1012b是關于中心線1017b對稱的。包括槽1012a和1012b可使得撓曲件IOlOc和IOlOd相對更順從于面內力。當向驅動電極1015a-d施加反相信號時，在撓曲件IOlOa - d中產生彎曲力矩。例如，參考圖10A,若向電極1015a施加正驅動電壓并向電極1015b施加負驅動電壓,則一個電極將膨脹且另一電極將收縮。將在撓曲件IOlOa中產生彎曲力矩。類似地，若向電極1015d施加正驅動電壓并向電極1015c施加負驅動電壓,則一個電極將膨脹且另一電極將收縮，并且將在撓曲件IOlOb中產生彎曲力矩。當在相反方向上致動撓曲件IOlOa和IOlOb時，就激發了扭轉式面內驅動模式。感測電極1025a和1025b檢測檢驗質量塊1020響應于所施加的繞X軸的旋轉而進行的面外扭轉運動。類似地，部署在圖IOB的檢驗質量塊1020上的感測電極1025c和1025d可用于檢測所施加的繞X軸的角旋轉。在圖IlA和IlB中，最暗區域指示陀螺儀1000的基本上處于歇止中的部分，而亮區域指示陀螺儀1000的處于運動中的部分。圖IlA示出一實現(諸如圖IOA中所示的實現)的驅動模式的示例。在圖IlA中，陀螺儀1000的1105a側在箭頭IllOa指示的方向上被驅動，而同時陀螺儀1000的1105b側在箭頭IllOb指示的方向上被驅動。當驅動電壓的極性顛倒時，1105a側和1105b側在與所示方向相反的方向上被驅動。以此方式，就可在標稱地等于驅動電壓頻率的頻率以扭振模式驅動檢驗質量塊1020。圖IlB示出正如圖IlA中所示地被驅動的一實現的感測模式的示例。在存在所施加的繞X軸的旋轉的情況下，可在檢驗質量塊1020上引發繞7軸的凈科里奧利力矩。如圖IlB中所示，該科里奧利力矩激發面外感測模式，其使1105a側和1105b側在相反方向上面外地彎曲。該感測運動可在如圖IOA和IOB中所描繪的感測電極1025a - d上產生壓電電荷。諸如圖IOA和IOB中所描繪的那些實現之類的實現可基本上消除常規音叉系統中固有的面內模式。一些此類實現可通過利用大的檢驗質量塊1020來進一步增強性能。
驅動與感測解耦在上文所描述的簡單實現中，感測電極1025a _ d可經歷驅動運動。即使驅動運動的效應可以被共模抑制，但不對稱和瑕疵也可導致將驅動運動耦合至感測信號路徑中。在一些高性能應用中，結果所得的誤差可能導致不夠理想的性能。為了減少感測時的驅動干擾，可通過利用框架結構來分離驅動梁和感測梁。下文描述用于將驅動模式與感測模式解耦的兩個一般辦法。下文所描述的陀螺儀可具有在數毫米或以下的數量級上的總長度和寬度。例如，一些實現具有在O. 5_至3_的范圍內的長度和在O. 3mm至I. 5mm的范圍內的寬度，以及在約一微米到五十微米或以上之間的厚度。驅動框架實現一些驅動框架陀螺儀實現包括僅在驅動模式中振蕩的驅動框架。該驅動框架可部署在中心錨與檢驗質量塊之間。與圖IOA和IOB中所示的實現相比，此類實現可更有效地將驅動運動與感測運動解耦。圖12示出其中驅動框架經由驅動梁附連至中心錨的驅動框架陀螺儀實現的示例此處，陀螺儀1200的驅動框架1210圍繞中心錨1205并經由驅動梁1215a_d附連至中心錨1205。在此示例中，槽1207將驅動框架1210與中心錨1205的絕大部分分離開。檢驗質量塊1220圍繞驅動框架1210。檢驗質量塊1220由感測梁1225a_d耦合至驅動框架1210。在此示例中，檢驗質量塊1220僅在感測梁1225a - d的遠離中心軸1218的遠端1226處耦合至驅動框架1210，該中心軸1218在此示例中與y軸相對應。槽1217和1229將感測梁1225a - d的其它部分與檢驗質量塊1220分離開。槽1217還將驅動框架1210與檢驗質量塊1220分離開。驅動梁1215a - d關于中心線1231對稱地部署，中心線1231在此示例中與x軸相對應。為了產生驅動振蕩，可使用差分驅動。在此類實現中，可用反相信號在一個方向上致動處在錨1205的一側上的兩個驅動梁，并且可在相反方向上致動處在錨1205的另一側上的另兩個梁，以產生繞z軸的凈旋轉。此處，在向驅動梁1215b和1215c的驅動電極施加正電壓的同時向驅動梁1215a和1215d的驅動電極(未不出)施加負電壓。在此示例中，驅動和感測電極包括在圖13A和13B中可以更清楚地看到的壓電薄膜。圖13A示出陀螺儀實現(諸如圖12中所示的陀螺儀實現)的橫截面的示例。在陀螺儀1200的此視圖中，可以清楚地看到感測梁1225a的壓電感測電極1305a和感測梁1225b的壓電感測電極1305b。也可看到感測梁1225c和1225d各自的壓電感測電極1305c和1305d。圖13B示出圖13A中所示的陀螺儀實現的放大的一對驅動梁的示例。在圖13B中，可看到分別在驅動梁1215a和1215b上的壓電驅動電極1305e和1305f。如下文參考圖41及其后諸圖所詳細討論的，在一些實現中，單個層可被沉積和圖案化以形成電極1305a-f的壓電薄膜。雖然本文中所描述的壓電驅動和感測電極往往圖解成在陀螺儀驅動和感測框架、檢驗質量塊等的頂上，但此類圖解主要是出于清晰的目的而做出的。在替換實現中，此類驅動和感測電極可定位于這些驅動和感測框架、檢驗質量塊等的“下方”(比這些驅動和感測框架、檢驗質量塊等更靠近基板)。如下文參考圖41至46B所描述的，在形成驅動框架、感測框架、檢驗質量塊等之前形成驅動和感測電極可能是有利的。此類制造方法可產生其中驅動和感測電極部署在驅動框架、感測框架、檢驗質量塊等下方的陀螺儀。圖14A示出陀螺儀實現(諸如圖12中所示的陀螺儀實現)的驅動模式的示例。在 圖14A和14B中，陀螺儀1200的冷色部分正發生的運動相對少于暖色部分陀螺儀1200的藍色部分基本上處于歇止，而紅色和橙色部分正發生的運動比陀螺儀1200的其它部分多。此處，驅動梁1215正經由差分壓電驅動來被驅動，如上文所描述的。驅動梁1215相對順從于面內運動，這允許陀螺儀1200繞z軸旋轉。可使驅動梁1215在所有其它方向上相對剛性，由此將驅動框架基本上約束為僅在驅動模式(即，x-y平面)中旋轉。此處，例如，驅動梁1215沿X軸是相對剛性的，以抑制不期望的振蕩模式。例如，槽1207的平行于中心線1218的部分造成沿驅動框架1210的y軸的穿孔。在無額外剛性的情況下，這些穿孔將傾向于形成沿I軸的順從鉸鏈，從而允許驅動框架1210繞該鉸鏈彎曲。圖14B示出正如圖14A中所示地被驅動的陀螺儀實現的感測模式的示例。在感測模式中，檢驗質量塊1220繞y軸振蕩，這在感測梁1225a - d上引發應力。此處，在檢驗質量塊的1220b側正在向下移動的同時，檢驗質量塊的1220a側正在向上移動。該面外感測運動使感測梁1225a-d面外地彎曲并且導致由對應的感測電極1305a-d產生壓電電荷。在圖14B的示例中所描繪的時刻，感測梁1225c和1225d向下彎曲，而感測梁1225a和1225b向上彎曲。因此，感測梁1225c和1225d的上表面膨脹，而感測梁1225a和1225b的上表面收縮。當驅動運動是在相反方向上時，感測梁1225c和1225d向上彎曲，而感測梁1225a和1225b向下彎曲。此類實現可提供差分檢測機制，其中傳感器輸出是感測梁1225a和1225b的電極之和減去感測梁1225c和1225d的電極之和，或反之，這取決于取向。在陀螺儀1200的此配置中，檢驗質量塊1220的感測運動與驅動框架1210基本上解耦。將驅動運動與感測運動解耦有助于保持感測電極更安靜，這部分地是由于感測電極不經受大振幅驅動運動。在一些此類實現中，感測梁因驅動運動而承受的負荷可以是僅為軸向的。在圖12至14B中所描繪的配置中，感測梁1225a_d在x-y平面中基本上是矩形的。然而，在替換實現中，感測梁1225a-d具有其它形狀。在一些此類實現中，感測梁1225a-d是楔形，例如如圖17中所示的。感測框架實現本文中所描述的各種感測框架陀螺儀實現包括在感測模式中振蕩、但在驅動模式中基本上靜止的感測框架。圖15示出感測框架陀螺儀實現的示例。感測框架1510可經由驅動梁1515a - d連接至檢驗質量塊1530。此處，驅動梁1515a - d將感測框架1510的中心部分1510a連接至檢驗質量塊1530。中心部分1510a部署在一對錨1505a和1505b之間。此處，由槽1522將錨1505a和1505b與中心部分1510a分離開。陀螺儀1500以經由感測梁1520a - d連接至錨1505a和1505b的感測框架1510為特征。在此示例中，感測框架1510包括諸楔形部分1512，其中每個楔形部分1512在靠近錨1505a或1505b之一的第一端1513處較寬且在遠離錨1505a或1505b的第二端1514處較窄。每個感測梁1520a-d從錨1505a或1505b之一延伸至其中一個第二端1514。此處，感測梁1520a - d僅在第二端1514連接至感測框架1510。由槽1522將感測梁1520a - d與諸第一端1513分離開。由槽1524將檢驗質量塊1530與感測梁1520分離開并與感測框架1510分離開。此外，由槽1517將檢驗質量塊1530與感測框架1510分離開。相應地，感測框架1510是與檢驗質量塊1530的驅動運動基本上解f禹的。圖16A示出圖15中所示的陀螺儀實現的驅動模式的示例。在圖16A中，檢驗質量塊1530關于感測框架1510的位移被夸大以更清楚地看到其相對運動。陀螺儀1500的深·藍色部分基本上處于歇止，而紅色和橙色部分正發生的運動比陀螺儀1500的其它部分多。此處，以均勻的深藍色陰影示出感測框架1510，從而指示感測框架1510基本上不運動。檢驗質量塊1530的位移隨著離錨1505的距離增加而增大，如由從淺藍色至紅色的色彩進展所指示的。感測框架1510不僅由驅動梁1515而且還由鏈接梁1525來耦合至檢驗質量塊1530。驅動梁1515和鏈接梁1525順從于面內形變且允許檢驗質量塊1530在驅動模式中關于感測框架進行面內旋轉。然而，感測框架1510是與檢驗質量塊1530的驅動運動基本上解耦的。圖16B示出正如圖16A中所示地被驅動的陀螺儀實現的感測模式的示例。在感測模式操作期間，檢驗質量塊1530和感測框架1510可一起面外扭振。在圖16B中所描繪的時刻，檢驗質量塊1530的一端1605正向上彎曲且檢驗質量塊1530的一端1610正向下彎曲。此處，鏈接梁1525關于面外力是剛性的。因此，鏈接梁1525增加了檢驗質量塊1530的感測運動向感測框架1510的傳遞。楔形感測梁可通過改善感測梁上的應力均勻性來提高壓電陀螺儀系統的電氣靈敏度。對于矩形感測梁的一些實現而言，該感測梁上的最大彎曲應力處在錨連接處，且隨著離錨的距離而線性地減小。該配置可導致感測電極處的總壓電電荷減少。通過使用楔形感測梁型面，彎曲應力的減小可通過由于逐漸減小的梁寬度所引起的應力增加來補償。因此，可達成沿感測梁的均勻的應力分布，且可使遍及該感測電極所產生的電荷最大化。圖17示出具有楔形感測梁的替換性感測框架陀螺儀實現的示例。陀螺儀1700的許多特征類似于陀螺儀1500的相應特征。例如，驅動梁1715將感測框架1710的中心部分連接至檢驗質量塊1730。感測梁1720a - d從錨1705a和1705b延伸至感測框架1710的遠離錨1705a和1705b的遠端1714。由槽1724將檢驗質量塊1730與感測梁1720a_d分離開。此外，由槽1717將檢驗質量塊1730與感測框架1710的絕大部分分離開。如同陀螺儀1500的感測框架1510，感測框架1710是與檢驗質量塊1730的驅動運動基本上解耦的。
然而，在圖17中所示的示例中，將楔形感測梁設計納入該解耦式的感測框架實現中。在陀螺儀1700中，感測梁1720a _ d具有隨著離錨1705a和1705b的距離增加而減小的寬度。例如，楔形感測梁1720c包括附連至錨1705b的較寬端1722和附連至感測框架1710的較窄端1723。當根據有限元分析(FEA)來建模在感測運動期間感測梁上的應力時，可觀察到楔形感測梁設計的一些實現提供沿該感測梁的更均勻的應力。圖18示出疊合在陀螺儀實現(諸如圖17的陀螺儀實現)上的有限元分析的示例，其示出當工作于感測模式時在楔形感測梁上基本均勻的應力。楔形感測梁1720a和1720c上基本均勻的淺陰影指示基本均勻的壓縮，而楔形感測梁1720b和1720d上基本均勻的深陰影指示基本均勻的張力。圖19示出陀螺儀實現(諸如圖17的陀螺儀實現)的楔形感測梁上的應力水平相對于離中心(y軸)的距離的標繪的示例。在圖19中，關于沿X軸的距離來標繪出沿感測梁 1720c和1720d的應力。從圖19可觀察到，應力水平在該實現中保持相對恒定且基本上不隨著沿每個感測梁的位置而降低。區域1905對應于楔形感測梁1720d的基本均勻的張力，而區域1910對應于楔形感測梁1720c的基本均勻的壓縮。在最優楔角的情況下，可達成跨每個感測梁1720a - d基本恒定的應力水平。該最優楔角將根據陀螺儀設計而變化并且可通過反復的FEA建模來確定。該最優楔角將對應于區域1905和1910中“最平坦”或即變化最小的曲線。雖然本文已在感測框架陀螺儀實現的上下文中示出了楔形感測梁，但在其它實現中也可使用楔形感測梁來提高靈敏度。例如，楔形感測梁可用于驅動框架陀螺儀實現中，諸如上文參考例如圖15所描述的那些驅動框架陀螺儀實現。除了楔形感測梁1720之外，在陀螺儀1500與陀螺儀1700之間還存在一些額外差異。再次參考圖17，可觀察到，鏈接梁1725是迂回型撓曲件且連接至感測框架1710的遠端部分，比在陀螺儀1500中相對更遠離y軸。這是在陀螺儀1500的配置之上在耦合檢驗質量塊1730的感測運動方面稍微的改進，這是由于力是更遠離y軸、更靠近檢驗質量塊1730的感測運動的最大振幅點地施加的。將所施加力移到更靠近翼形感測框架1710的末梢就把相對更多的力從檢驗質量塊1730傳遞給感測框架1710。此外，在陀螺儀1700中，槽1726 (其將錨1705a和1705b與感測框架1710分離開)的諸部分基本上平行于槽1717 (其將感測框架1710與檢驗質量塊1730分離開)的相應部分。此修改可有助于在感測框架1710的相應部分中提供充分的剛性。微機械壓電Z軸陀螺儀實現的描述本文中所描述的一些實現提供具有低正交和偏離誤差的z軸陀螺儀。一些實現包括驅動檢驗質量塊，其被壓電地驅動為進行基本線性的X方向運動(面內)。驅動檢驗質量塊可機械地耦合至感測檢驗質量塊，感測檢驗質量塊在存在繞z軸的角旋轉的情況下扭振。感測檢驗質量塊的運動可在部署在將感測質量塊連接至基板錨的感測梁上面或下面的壓電薄膜中感生電荷。所感生電荷可引起壓電感測電極的電壓改變，該電壓改變可被電子地記錄和處理。這些檢驗質量塊可由各種各樣的材料制成，諸如厚的電鍍金屬合金(例如鎳合金，諸如Ni-Co、Ni-Mn等)、來自SOI晶片的器件層的單晶硅、玻璃和其它材料。該壓電薄膜可以是氮化鋁(A1N)、氧化鋅(ZnO)、鋯鈦酸鉛(PZT)或其它薄膜，或是單晶材料，諸如石英、鈮酸鋰、鉭酸鋰和其它單晶材料。一些實現非常適合于制造在平板顯示器玻璃上。一些實現還涉及使用靜電致動器陣列來調諧驅動運動的機械模態以抑制向感測框架中的正交耦合。例如，在一些實現中，靜電致動器包括梳指狀電極陣列以微調檢驗質量塊的面內運動和/或基板與檢驗質量塊之間的靜電間隙以抑制不期望的縱向運動，如下文參考圖23更全面地描述的。Z軸陀螺儀架構圖20A示出z軸陀螺儀2000實現的平面視圖的示例。陀螺儀2000包括部署在中心錨2005周圍的感測框架2010。感測框架2010經由感測梁2020a - d連接至中心錨2005。驅動框架2030部署在感測框架2010周圍且連接至感測框架2010。在此示例中，驅動梁2015a - d壓電地驅動該驅動框架2030進行基本線性的x方向運動(面內)。此處，驅動框架2030由驅動框架部分2030a和2030b構成。可通過向每一對毗鄰驅動梁施加反 相電壓(例如向驅動梁2015a施加正電壓并向驅動梁2015b施加負電壓)來致動驅動框架2030。圖20B示出圖20A中所示的z軸陀螺儀實現的驅動梁2015c和2015d的放大視圖的示例。在此放大視圖中，可以更清楚地看到驅動梁2015c和2015d。驅動梁2015c和2015d由部署在槽2035c內的撓曲件2045b接合至驅動框架部分2030b。電極2050a和2050b(其每一者包括壓電薄膜)分別部署在驅動梁2015c和2015d上。在此示例中，在向電極2050a施加負電壓的同時向電極2050b施加正電壓。所施加的電壓導致向驅動梁2015d施加壓應力且向驅動梁2015c施加張應力。由壓電材料引發的相對的軸向應變造成使驅動框架部分2030b在正X方向上移動的凈力矩。圖21A示出z軸陀螺儀實現(諸如圖20A中所描繪的z軸陀螺儀實現)的驅動模式的示例。在圖21A和21B中，位移被夸大以便易于查看。在圖21A中，驅動框架部分2030b已在正X方向上移動且驅動框架部分2030a已在負X方向上移動。然而，驅動運動與感測框架2010基本上解耦。因此，感測框架2010并不沿X軸平移。作為替代，感測框架2010在不存在繞z軸的旋轉的情況下基本上保持靜止。間隙2035a-e和部署在其中的撓曲件的功能性在圖21A中是明了的。間隙2035a - e基本上平行于y軸。基本上沿y軸延伸的間隙2035b已張開。橫跨間隙2035b并連接驅動框架部分2030a和2030b的撓曲件2047a和2047b也已張開。沿間隙2035d和2035e延伸的撓曲件2040a和2040b順從于面內彎曲并且允許感測框架2030在驅動框架部分2030a和2030b被驅動時保持在基本上相同的位置。類似地，沿間隙2035a和2035b延伸的撓曲件2045a和2045b也允許感測框架2010在驅動框架2030被驅動時保持在基本上相同的位置。圖21B示出如圖21A中所描繪地被驅動的z軸陀螺儀實現的感測模式的示例。感測梁2020順從于繞z軸的旋轉。相應地，感測框架2010可在存在角旋轉的情況下扭振。感測框架2010的這些扭轉感測運動可在部署于感測梁2020上的壓電薄膜中引發應變并感生電荷。從圖2IB可觀察到，撓曲件2047a和2047b也可因感測框架2010的感測運動而形變。然而，撓曲件2040a、2040b、2045a和2045b基本上不形變。在本文中所公開的z軸陀螺儀實現中，驅動框架和感測框架可設計成具有機械正交振動模式。如圖21A中所示，在一些實現中，驅動懸掛可將驅動運動限制于沿X軸的基本線性位移的驅動運動。相反，感測框架懸掛可順從于繞Z軸的扭轉式旋轉，但對于X或y方向上的平移運動可能是相當剛性的。可使連接驅動框架2030和感測框架2010的撓曲件順從于X方向(正交)力，但對y方向的科里奧利耦合扭轉力是相當剛性的。此類配置可顯著減小從驅動運動至感測運動的驅動運動正交耦合。此外，在一些實現中，陀螺儀差分驅動框架的元件可機械地耦合以減少寄生諧振的數量以及將對稱模式和非對稱模式的頻率分離開。因此，這些實現抵抗由正交引發的寄生諧振。感測梁優化 可通過改善感測梁上的應力均勻性來提高壓電陀螺儀系統的電氣靈敏度。對于具有均勻矩形橫截面的感測梁，該感測梁上的彎曲應力在錨連接處為最大值且作為離錨的距離的函數線性地減小。這結果導致感測電極上不夠理想的積分壓電電荷以及因此結果導致不夠理想的電壓。圖22示出來自z軸陀螺儀的楔形感測梁的一個實現的特寫視圖的示例。如圖22中所示，通過利用楔形感測梁型面，可達成沿感測梁2020c和2020d基本均勻的應力分布。相應地，在感測電極上產生的總電荷可得以增強。在平板顯示器玻璃上的制造本文中所公開的一些X軸、y軸和z軸陀螺儀非常適合于制造在大面積平板顯示器玻璃上。在使用電鍍金屬合金檢驗質量塊和濺鍍壓電AlN薄膜的一些實現中，加工可在400°C以下發生。電鍍金屬檢驗質量塊可具有高質量密度(與硅相比)且不存在深反應離子蝕刻(DRIE)側壁斜坡，DRIE側壁斜坡對于基于硅的靜電設計是常見的且引起正交性。下文參考圖41及其后諸圖來描述一些制造工藝的細節。在一些實現中，玻璃既可用作基板又可用作封裝，從而導致組件成本降低。z軸陀螺儀可與數個其它傳感器和致動器(諸如加速計、X軸和/或I軸陀螺儀、磁力計、話筒、壓力傳感器、諧振器、致動器和/或其它器件)集成在一起。利用靜電致動器進行的正交調諧本文中所描述的一些實現涉及使用靜電致動器陣列來積極地微調驅動和/或感測框架的機械模態以抑制正交和偏離誤差。驅動框架至感測框架的耦合中不想要的變位可能引起正交性。圖23示出可配置成施加校正靜電力以微調檢驗質量塊的振動模態的電極陣列的示例。圖23描繪了檢驗質量塊2305，其可以是陀螺儀或加速計檢驗質量塊。檢驗質量塊2305的期望運動是面內的，如圖所示。然而，檢驗質量塊2305的振動模式可能具有面外分量。此類面外分量的一個示例——小的縱向的不期望變位(示為檢驗質量塊2305的虛線輪廓)在圖23中示為疊合在主要的面內平移驅動模式上。電極陣列2310可配置成用于向檢驗質量塊2305施加靜電校正力。通過控制電極陣列2310以積極地施加抵消檢驗質量塊2305的運動的不期望縱向分量的靜電力，可減小耦合至感測框架的引發正交性的加速度。該概念也可應用于數種其它實現。例如，靜電致動器可由梳指構成，這些梳指配置成施加靜電力以抵消掉不期望的y方向運動。加速計實現的描述
本文描述的各種實現提供了新穎的三軸加速計及其組件。此類三軸加速計具有適合用在廣泛的消費者電子應用(諸如便攜式導航設備和智能電話)中的大小、性能水平和成本。一些此類實現提供了基于電容性層疊式橫向交迭換能器(SLOT)的三軸加速計。一些實現使用兩個檢驗質量塊來提供三軸感測，而其它實現使用僅一個檢驗質量塊來提供三軸感測。可針對每個軸優化不同的撓曲型。加速計的實現可制造在大面積基板(諸如大面積玻璃面板)上。如下文詳細描述的，用于在大面積基板上形成基于SLOT的三軸加速計的制造工藝可以與用于在大面積基板上制造陀螺儀的工藝兼容。組合此類工藝可使得能夠將六個慣性感測軸單片地集成在單個玻璃基板上。對于x-y軸面內感測，一些實現提供導電檢驗質量塊和在犧牲間隙任一側上的圖案化電極。所施加的面內加速度使該檢驗質量塊橫向平移，這減少了第一電極與檢驗質量塊之間的交迭并增加了第二電極與該檢驗質量塊之間的交迭。面內彎曲撓曲件可為懸掛著的檢驗質量塊提供結構性支承。
對于z軸面外感測，可通過使檢驗質量塊一側的質量比該檢驗質量塊另一側相對更大(或更小)來形成樞軸的任一側上的力矩不平衡。例如，可通過將檢驗質量塊的一側穿孔和/或通過形成在任一側上具有不同寬度和/或長度的檢驗質量塊來形成樞軸的任一側上的力矩不平衡。在一些實現中，負z加速度使檢驗質量塊順時針旋轉，這增大了第一電極與該檢驗質量塊之間的間隙并且減小了第二電極與該檢驗質量塊之間的間隙。該z軸加速計可包括扭轉撓曲件。在一些實現中，可使用一個或兩個檢驗質量塊來達成三軸感測。下文描述一些不例。圖24示出用于測量面內加速度的加速計的示例。加速計2400包括在基板2401上形成的電極2405a和2405b。電極2405a和2405b可由任何方便的導電材料(諸如，金屬)形成。加速計2400包括導電檢驗質量塊2410，由間隙2415將其與電極2405a和2405b分離開。間隙2415可例如在數微米(例如，0.5或2微米)的數量級上，或者可顯著更小或顯
著更大。導電檢驗質量塊2410包括槽2420。在此示例中，當加速計2400處于歇止時，槽2420的邊緣2425懸掛于電極2405a和2405b上方。取決于實現，槽2420可延伸以部分地穿進或完全地穿過導電檢驗質量塊2410。具有不同槽深度的各種導電檢驗質量塊2410的電容在圖32中示出，其在下文描述。具有加速計2400的一般配置的加速計在本文中可稱為基于層疊式橫向交迭換能器(SLOT)的加速計。正X加速度使導電檢驗質量塊2410橫向平移，這使槽2420的位置移位。槽2420定位在電極2405a上方的部分變多,這導致較多空氣和較少導電材料位于電極2405a附近。這使電極2405a處的電容減小AC。相反，槽2420定位在電極2405b上方的部分變少，這導致較少空氣和較多導電材料位于電極2405b附近。這使電極2405b處的電容增加AC。由導電檢驗質量塊2410的平移引起的交迭變化產生了與2 AC成比例的相應的面內加速度差分輸出信號。圖25示出用于測量面外加速度的加速計的示例。在此示例中，加速計2500包括由支承2515和扭轉撓曲件2525附連至基板2401的導電檢驗質量塊2510。支承2515和扭轉撓曲件2525形成樞軸2530。可例如通過將導電檢驗質量塊2510的一側穿孔、通過使導電檢驗質量塊2510在支承2515的任一側上具有不同寬度和/或長度、或者通過其組合來在支承2515的任一側上形成力矩不平衡。也可通過使制作導電檢驗質量塊2510的一側的材料比用于形成導電檢驗質量塊2510的另一側的材料的密度相對更大或更小來形成力矩不平衡。然而，此類實現制造起來可能相對更復雜。在此示例中，已通過在2510b側中制作穿孔2520來形成力矩不平衡。負z加速度使導電檢驗質量塊2510順時針旋轉，這增大了電極2405c與該導電檢驗質量塊2510之間的間隙并且減小了電極2405d與該導電檢驗質量塊2510之間的間隙。這使電極2405c處的電容減小八(并使電極2405(1處的電容增大AC。結果產生了與2AC成比例的相應的面外加速度輸出信號。圖26A示出用于測量面內加速度的加速計的示例。加速計2400a可具有在幾毫米的數量級上的總的X和y尺寸。在一些實現中，加速計2400a可具有小于一毫米的X和y尺寸。·
在此示例中，加速計2400a包括部署在內框架2610a周圍的導電檢驗質量塊2410a。導電檢驗質量塊2410a包括基本上沿第一軸(其在此示例中為x軸)延伸的槽2420a。導電檢驗質量塊2410a還包括基本上沿第二軸(其在此示例中為I軸)延伸的槽2420b。如下文更詳細地描述的，導電檢驗質量塊2410a被約束為基本上沿X軸、y軸、或者X與y軸的組合來移動。內框架2610a包括基本靜止部分2612a，其經由錨2605連接至基板。錨2605部署在圖26A中所描繪的平面下方。此處，靜止部分2612a還包括一對應力隔離狹縫2625，其在此示例中基本上沿I軸延伸。應力隔離狹縫2625可使加速度測量對薄膜、基板和/或封裝中的應力減敏。內框架2610a還包括可移動部分2614a。撓曲件2615a將可移動部分2614a連接至導電檢驗質量塊2410a。撓曲件2620a將可移動部分2614a連接至靜止部分2612a。這些撓曲件可以是折疊式撓曲件，這可增加彎曲順從性。在一些實施例中，這些撓曲件可以是迂回型撓曲件。在此示例中，內框架2610a包括多個槽2420a。如圖26A中所示，可在檢驗質量塊2410a中形成附加槽2420a。圖26B示出圖26A的加速計對沿第一軸的加速度的響應的示例。此處，加速計2400a的導電檢驗質量塊2410a正沿x軸移動。槽2420b沿x軸移位，這導致將由相應電極2405檢測到的電容變化，如上文參考圖24所描述的。電極2405部署在圖26B中所解說的平面底下的基板2401 (未示出)上。加速計2400a、基板2401和電極2405之間的特殊關系在圖28中解說且在下文描述。撓曲件2615a (其在圖26B中是形變的)允許導電檢驗質量塊2410a沿X軸移動，而同時內框架2610a保持基本上靜止。在此實現中，撓曲件2620a基本上不形變。與槽2420a相關聯的電容在檢驗質量塊的X平移下基本不變。圖26C示出圖26A的加速計對沿第二軸的加速度的響應的示例。此處，導電檢驗質量塊2410a和內框架2610a的可移動部分2614a正沿y軸移動。槽2420a沿y軸移位，這導致將由相應電極2405檢測到的電容變化，如上文所描述的。撓曲件2620a(其在圖26C中是形變的)允許可移動部分2614a隨著導電檢驗質量塊2410a沿y軸移動。在此實現中，撓曲件2615a基本上不形變。與槽2420b相關聯的電容在檢驗質量塊2410a和可移動部分2614a的y平移下基本上不變。圖26D示出用于測量面內和面外加速度的加速計的示例。在此示例中，加速計2400b包括具有延伸2670的導電檢驗質量塊2410b。延伸2670導致導電檢驗質量塊2410b的在有延伸2670的那側上的部分的質量大于導電檢驗質量塊2410b的在有錨2605的另一側上的部分。延伸2670的額外質量形成了上文參考圖25所描述的類型的力矩不平衡，從而允許加速計2400b對沿z軸的加速度敏感。在加速計2400b與先前附圖中所描述的加速計2400a之間存在其它差異。在圖26D中所描繪的實現中，內框架2610b的靜止部分2612b相對小于在例如圖26A中所描繪的實現中的內框架2610a的靜止部分2612a。此配置允許槽2420a占據內框架2610b的相對更多的面積，這可導致測量沿y軸的加速度有更高靈敏度。此外，在圖26D中所描繪的實現中，撓曲件2615b和2620b是迂回型撓曲件。 圖27示出用于測量面外加速度的加速計的示例。z軸加速計2500a配置成根據上文參考圖25所描述的加速計2500的一般原理進行操作。此處，導電檢驗質量塊2510由錨2515a和一對扭轉撓曲件2525a附連至基板2401 (未示出)，錨2515a和這對扭轉撓曲件2525a形成樞軸2530a。已通過使導電檢驗質量塊2510的2510b側相對小于另一側2510a來在樞軸2530a的任一側上形成力矩不平衡。電極2405c和2405d在加速計2500a下面的平面中部署在基板2401上，如圖25和28中所示。在此示例中，電極2405c被插進到離導電檢驗質量塊2510的2510b側的邊緣達距離2710。沿z軸的加速度導致導電檢驗質量塊2510繞y軸且繞樞軸2530a旋轉，如上文參考圖25所描述的。例如，沿z軸的加速度使導電檢驗質量塊2510的2510a側在負z方向(朝向電極2405d)上旋轉且使2510b側在正z方向(遠離電極2405c)上旋轉。導電檢驗質量塊2510繞樞軸2530a的此旋轉使電極2405c處的電容減小A C并且使電極2405d處的電容增加A C，如上文參考圖25所描述的。結果產生了與2 AC成比例的相應的面外加速度輸出信號。電極2405c和2405d處的電容變化可取決于各種因素，諸如電極2405c和2405d的大小、沿z軸的加速度幅度等。在一些實現中，電極2405c和2405d處的電容變化可在數毫微微法拉的范圍內。圖28示出用于測量面內和面外加速度的替換性加速計實現的示例。在此示例中，三軸加速計2800將z軸加速計2500a (圖27)與x-y軸加速計2400a (圖26AC)相組合。在一些實現中，加速計2800可具有在幾毫米或以下數量級上的長度2805和寬度2810。例如，長度2805可在0. 5至5mm的范圍內，而寬度可在0. 25至3mm的范圍內。電極2405c - f部署在基板2401的與將制造加速計2500a和加速計2600a的區域緊鄰的區域。電極2405c和2405d可配置成測量加速計2500a對z軸加速度的響應。電極2405e可配置成檢測加速計2600a的沿x軸的加速度，而電極2405f可配置成檢測加速計2600a的沿y軸的加速度。圖29示出用于測量面內和面外加速度的另一替換性加速計實現的示例。在此示例中，加速計2400c包括部署在解耦框架2910內的導電檢驗質量塊2410c。撓曲件2615c將導電檢驗質量塊2410c連接至解耦框架2910且允許導電檢驗質量塊2410c沿x軸平移。部署在毗鄰的基板(未示出)上的電極可根據由一個或多個槽2420b的移動所引起的電容變化來檢測沿X軸的加速度。解耦框架2910可部署在錨定框架2915內。撓曲件2620c將解耦框架2910連接至錨定框架2915且允許解耦框架2910和導電檢驗質量塊2410c沿y軸移動。部署在毗鄰基板(未示出)上的電極可根據由一個或多個槽2420a的移動所引起的電容變化來檢測沿y軸的加速度。樞軸2515b可將錨定框架2915連接至基板2401 (圖29中未示出)。已通過將加速計2600c的絕大部分制造在樞軸2515b的一側上來形成力矩不平衡。沿z軸的加速度使加速計2600c朝向或遠離基板2401上的電極2405g地旋轉。此旋轉使電極2405g處的電容增大或減小Λ C，如上文參考圖25和27所描述的。由于該旋轉，結果產生了與Λ C成比例的相應的面外加速度輸出信號。應力隔離狹縫2720a可有助于使加速度測量對薄膜、基板和/或封裝中的應力減敏。一些加速計實現以電鍍擋塊為特征，這些電鍍擋塊對檢驗質量塊和/或撓曲件的 運動設置了邊界以保護檢驗質量塊和毗鄰結構以避免潛在破壞性的超程和靜摩擦。例如，參考圖28，可在基板2401上圍繞加速計2400a的周界制造柱子，以限制加速計2400a的x和/或y位移。可在加速計2500a下方形成類似結構，以防止加速計2500a接觸電極2405c、電極2405d或基板2101。此類實現由此提高了可靠性和耐沖擊性。這些特征可在用于制造檢驗質量塊和撓曲件的相同光刻和電鍍工藝期間制造。圖30示出描繪由可用于形成加速計或陀螺儀的各種材料實現的相對靈敏度的圖表。圖表3000中所指示的相對靈敏度是基于具有相同拓撲但不同材料的傳感器的理論比較，并且被歸一化到由硅制成的傳感器的靈敏度。曲線3005指示，使用電鍍鎳合金作為結構材料可產生比對具有相同設計的器件使用硅作為結構材料(假定兩個器件的尺寸相同)大近似三倍的靈敏度。圖表3000的數據點是基于對檢驗質量塊和撓曲件使用相同材料的假定。波速被定義為(楊氏模量/質量密度)的平方根。對于給定慣性力，低楊氏模量提供大位移，而對于給定加速度，高質量密度提供大慣性力。圖31A示出梳指狀加速計的示例。梳指狀加速計也稱為交指式電容器加速計或梳狀驅動加速計。梳指狀加速計3100包括部件3102a和3102b，其上分別部署有電極“指(finger)” 3105a和3105b。在此示例中，部件3102a是被約束為基本上沿x軸移動的可移動部件。當部件3102a朝靜止部件3102b移動時，指3105a與3105b之間的交迭增加。相應地，部件3102a在正X方向上的運動導致指3105a與3105b之間的電容增加。圖31B是描繪梳狀驅動加速計和基于SLOT的加速計的性能的圖表。可在圖31B中觀察到改變犧牲間隙高度和檢驗質量塊厚度對基于電容性SLOT的加速計和基于梳指的加速計的靈敏度的相對影響。曲線3115對應于插圖3155的基于梳指的加速計，而曲線3120對應于插圖3160的基于梳指的加速計。插圖3155和3160描繪了基于梳指的加速計的橫截面視圖，其中這些指被示為位于基板上方。插圖3155和3160還示出了指3105a和3105b的尺寸和間距的示例。曲線3125對應于插圖3165的基于SLOT的加速計，以及曲線3130對應于插圖3170的基于SLOT的加速計。所得圖表3110指示所公開的SLOT換能器拓撲不需要高縱橫比結構特征就能達成高靈敏度。此外，隨著特征大小的增大，基于SLOT的加速計實現獲得趕超梳狀驅動器件的效率。橫軸上所指示的最小橫向特征大小在梳指類型加速計的情況下指的是指寬度和間距，并且在基于SLOT的加速計的情況下指的是槽寬度。縱軸上的具體比例因子是指加速計響應于檢驗質量塊的IOOnm橫向平移每單位面積的電容變化。對于相對較大的最小橫向特征大小(這里是指最小橫向特征大小大于6微米)，基于SLOT的加速計的兩個示例皆提供比梳指狀加速計更大的每單位面積電容變化。具有I微米間隙的基于SLOT的加速計對于所有所描繪的最小橫向特征大小均提供較大的每單位面積電容變化。圖32示出描繪具有各種深度的槽(包括其中槽完全延伸穿過檢驗質量塊的貫穿槽)的基于SLOT的加速計的性能的圖表。曲線3205、3210、3215和3220對應于插圖3250，該插圖中檢驗質量塊包括盲槽，其中該槽延伸以部分地穿進檢驗質量塊中。曲線3205、3210、3215和3220對應于此類盲槽的漸增的深度。曲線3225對應于插圖3260，其中檢驗質量塊包括貫穿槽。如圖32中所解說的，可通過用盲槽取代檢驗質量塊中的貫穿槽來增強一些基于SLOT的面內加速計的性能。用并未完全延伸穿過檢驗質量塊的槽取代完全延伸穿過檢驗質量塊的槽可減小所需電鍍縱橫比(槽的高寬比)。對于給定的傳感器面積，增大檢驗質量塊面密度可提高靈敏度。因此，對于給定的面積，具有相對較淺的槽也可提高加速計靈敏度。根據仿真已經確定，若充氣溝槽的深度是檢驗質量塊與底下的電極之間的間隙深度的至少兩倍，則實質上不損失靈敏度(△ C/ △ X)。靈敏度隨著可任選的溝槽填充電介質的介電常數 增大而減小。圖33示出給出涉及在移動設備中使用一個或多個陀螺儀或加速計的方法3300的各階段的梗概的流程圖的示例。一些此類移動設備的組件在下文參考圖47A和47B來描述。這些移動設備可包括顯示器、配置成與該顯示器通信的處理器、以及配置成與該處理器通信的存儲器設備。處理器可配置成處理圖像數據。然而，處理器(和/或另一此類組件或設備)還可配置成用于與一個或多個加速計和/或陀螺儀通信。處理器可配置成處理和分析陀螺儀數據和/或加速計數據。在一些實現中，移動設備可包括加速計和陀螺儀，這些加速計和陀螺儀合而提供慣性傳感器，該慣性傳感器響應于與六個自由度(包括三個線性自由度和三個旋轉自由度)相對應的移動。在框3301中，處理器可控制顯示器進行正常的顯示操作。當檢測到角旋轉或線性加速度時(框3305)，可將陀螺儀數據和/或加速計數據提供給處理器(框3310)。在框3315中，處理器確定是否對該陀螺儀數據和/或加速計數據作出響應。例如，處理器可決定，除非陀螺儀數據和/或加速計數據指示角旋轉或線性加速度大于預定加速度閾值水平，否則將不做出響應。若陀螺儀數據和/或加速計數據并未指示大于預定閾值的值，則處理器可根據用于正常顯示操作的規程來控制顯示器，例如，如上文參考圖2至5B所描述的。然而，若陀螺儀數據和/或加速計數據的確指示大于該預定閾值的值(或者若處理器根據另一準則確定需要響應)，則處理器將至少部分地根據該陀螺儀數據和/或加速計數據來控制顯示器(框3320)。例如，處理器可根據加速計數據來控制顯示器的狀態。處理器可配置成確定加速計數據是否指示例如移動設備已掉落或正掉落。處理器可進一步配置成在加速計數據指示顯示器已掉落或正掉落時控制顯示器的狀態以防止或減輕損壞。若加速計數據指示移動設備已掉落，則處理器還可將此類加速計數據保存在存儲器中。處理器還可配置成在加速計數據指示移動設備已掉落時保存與該加速計數據相關聯的時間數據。例如，移動設備還可包括網絡接口。處理器可配置成經由該網絡接口從時間服務器獲得該時間數據。替換地，移動設備可包括內部時鐘。替換地或附加地，處理器可配置成根據加速計和/或陀螺儀數據來控制游戲的顯示。例如，加速計和/或陀螺儀數據可源自于用戶在玩游戲期間與該移動設備的交互。用戶的交互可以例如響應于正在顯示器上呈現的游戲圖像。替換地或附加地，處理器可配置成根據陀螺儀或加速計數據來控制顯示器的取向。處理器例如可確定用戶已將移動設備旋轉至新的設備取向，并且可根據該新的設備取向來控制顯示器。當移動設備的不同部分正面向上時，處理器可決定所顯示圖像應根據該移動設備的旋轉或方向而重新取向。處理器隨后可確定過程3300是否將繼續(框3325)。例如，處理器可確定用戶是否已將該設備斷電、該設備是否由于已有預定時長沒有用戶輸入而應當進入“睡眠模式”、等等。若過程3300的確繼續，則過程3300隨后可返回至框3301。否則，該過程將結束(框3330)。現在將參考圖34至40C描述用于制造加速計和相關裝置的工藝的示例。圖34示 出提供制造加速計的方法的概覽的流程圖的示例。圖35A至39B示出在制造工藝期間各個階段的穿過基板、加速計的一部分以及用于封裝該加速計并作出與該加速計的電連接的結構的各部分的橫截面的示例。圖40A至40C示出在形成包括MEMS管芯和集成電路的器件的工藝中的各個框的示例橫截面視圖。參考圖34，將描述方法3400的一些操作。方法3400的工藝流程允許在例如有能力在大面積基板(諸如，大面積玻璃面板)上構建MEMS器件(或類似器件)的設施廠處執行第一組操作。此類設施廠可以是例如具有在1100_X 1300mm基板上制造器件的能力的第5代“制造廠(fab)”或具有在1500mmX 1850mm基板上制造器件的能力的第6代制造廠。相應地，在框3401中，在大面積基板(其在此示例中是大面積玻璃基板)上形成穿通(pass-through)金屬化和加速計電極。在框3405中，在該大面積基板上形成加速計的多個特征以及相關結構。在一些實現中，可在單個大面積基板上形成幾十萬個或以上的此類器件的特征。在一些實現中，加速計和陀螺儀可具有在一側上小于約Imm至在一側上約3_或以上的管芯大小。相關結構可包括例如電極、電焊盤、用于包封的結構(諸如，密封環結構)等。下文將參考圖35A至38D描述此類工藝的示例。在圖34的框3410中，對該經部分制造的加速計和其它器件進行針對后續電鍍工藝的制備。如下文參考圖38A所描述的，框3410可涉及沉積晶種層(諸如，鎳、鎳合金、銅、或鉻/金)以及形成高縱橫比光刻材料厚層以供后續電鍍。根據方法3400，這些加速計和其它結構僅部分地制造在大面積玻璃基板上。這種部分制造的一個原因是當前只有少數能加工甚至第4代或第5代基板大小的電鍍設施廠。然而，存在許多能處置諸如第2代基板(350mmX450mm)等較小基板的電鍍設施廠。因此，在框3415中，將其上已部分制造加速計和其它結構的大面積玻璃基板劃分成子面板以進行電鍍工藝。在框3420中，執行電鍍工藝。下文參考圖38B來描述這些工藝。在一些實現中，電鍍工藝可涉及沉積每個加速計的檢驗質量塊、框架、錨和其它結構的金屬的絕大部分。該高縱橫比光刻材料隨后可被移除，并且犧牲材料可被移除以使每個加速計的檢驗質量塊和框架脫模(框3425)。這些操作的示例在下文參考圖38C和38D來描述。框3430涉及可任選的加速計包封(encapsulation)、以及切單(singulation)(例如，通過劃片(dicing))和其它工藝。在一些實現中，方法3400可涉及將集成電路附連至經包封加速計、形成與另一基板的電連接、模制和切單。這些工藝在下文參考圖39A至40C來描述。現在參考圖35A，將更詳細地描述制造加速計的工藝。圖35A描繪了穿過大面積基板3505 (其在此示例中是玻璃基板)的一小部分(例如，在幾毫米的數量級上)的橫截面。在此階段，已在大面積基板3505上沉積了金屬化層3510，諸如鉻(Cr) /金(Au)層。可代替Cr和/或Au使用其它導電材料，諸如鋁(Al)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、鉬(Pt)、銀(Ag)、鎳(Ni)、摻雜硅或TiW中的一者或多者。金屬化層3510隨后可被圖案化和蝕刻，例如，如圖35B中所示的。在此示例中，金屬化層3510的中心部分已被圖案化和蝕刻以形成電極區域3510b，其將形成加速計的部分。加速計和/或其它器件可例如被密封在形成于金屬化區域3510a之間的腔內。金屬化區域3510a可形成從此類封裝內部至該封裝外部的“穿通”電連接。金屬化區域3510a還可允許在這些器件與該封裝外部的其它器件之間作出電連接。
圖35C描繪在金屬化層3510上方沉積的介電層3515。介電層3515 (其可以是SiO2SiON^Si3N4或另一合適的電介質)隨后可被圖案化和蝕刻以形成穿過介電層3515至金屬化區域 3510a 的開口 3605a,3605b,3605c 和 3605d (參見圖 36A)。在圖36B中所描繪的階段，已將金屬化層3610沉積在介電層3515上并沉積到開口 3605a、3605b、3605c和3605d中。金屬化層3610可由任何恰適的導電材料形成，諸如Cr、Au、Al、Ti、Ta、TaN、Pt、Ag、Ni、摻雜硅或 Tiff0金屬化層3610隨后被圖案化和蝕刻，如圖36C中所示。結果，引線區域3615a和3615b暴露在介電層3515的表面之上且被配置成用于實現與金屬化區域3510a的電連通性。類似地，加速計基區3625a和3625b (其在一些實現中可以是錨區)也留在介電層3515的表面之上且被配置成用于實現與金屬化區域3510a的電連通性。密封環區域3620a和3620b也可位于介電層3515的表面之上，但不電連接至金屬化區域3510a。在圖36D中所示的階段，已從電極區域3510b移除了介電層3515。圖37A解說一階段，該階段之后已沉積了犧牲層3705。在該示例中，犧牲層3705由MoCr形成，但也可將其它材料(諸如Cu)用于犧牲層3705。圖37B解說該工藝在犧牲層3705已被圖案化和蝕刻之后的階段。在該階段，暴露引線區域3615a和3615b、密封環區域3620a和3620b、以及加速計基區3625a和3625b。犧牲層3705的一部分留在電極區域3510b上方。隨后對該經部分制造的加速計和相關結構進行針對電鍍的制備。在一些實現中，可在電鍍工藝之前沉積電鍍晶種層，如上文所描述的。該晶種層可以例如通過濺鍍工藝來形成，并且可由鎳、鎳合金(諸如，鎳鐵、鎳鈷或鎳猛)、銅、或鉻/金形成。如圖38A中所示，在隨后將不在其上電鍍金屬的區域上方形成高縱橫比光刻材料3805 (諸如，光致抗蝕劑)厚層。高縱橫比光刻材料3805可通過光掩模而選擇性地暴露且被顯影以形成模子，該模子將界定隨后在電鍍工藝期間通過該模子電鍍起來的金屬結構的形狀。根據一些實現，高縱橫比光刻材料3805層是數十微米厚，例如10至50微米厚或以上。在其它實現中，取決于例如加速計的期望配置，高縱橫比光刻材料3805層可以更厚或更薄。高縱橫比光刻材料3805可以是各種市售高縱橫比光刻材料中的任一種，諸如由Micro-Chem提供的KMPR ； 光致抗蝕劑或由DuPont 提供的MTF WBR2050光致抗蝕劑。高縱橫比光刻材料3805厚層可形成在引線區域3615a和3615b、密封環區域3620a和3620b上方，以及形成在仍留著的犧牲層3705部分的選定區域上方。這些選定區域是犧牲層3705的將不被電鍍的區域。間隙3810暴露加速計基區3625a和3625b、以及犧牲層3705上方的其它區域。可在電鍍工藝之前將其上已部分地形成上述結構的大面積基板劃分成較小的子面板。在該示例中，將大面積玻璃基板劃線并斷開，但可以用任何恰適方式(諸如，通過鋸切或劃片)來劃分該大面積玻璃面板。圖38B描繪已在由高縱橫比光刻材料3805形成的結構之間的區域中電鍍了厚金屬層3815之后的該裝置。在一些實現中，厚金屬層3815可以是數十微米厚，例如5至50微米厚。在其它實現中，取決于例如加速計的期望配置，厚金屬層3815可以更厚或更薄。在該不例中，厚金屬層3815由鎳合金形成,但在其它實現中，厚金屬層3815可由電鍍鎳、無電鍍鎳、CoFe、基于Fe的合金、Niff, NiRe, PdNi, PdCo或其它電鍍材料形成。在一些實現中，可在厚金屬層3815上沉積薄金層，主要用于抗腐蝕。 圖38C描繪厚金屬層3815的沉積和高縱橫比光刻材料3805的移除。移除高縱橫比光刻材料3805暴露了引線區域3615a和3615b、密封環區域3620a和3620b、以及暴露犧牲層3705的選定區域。犧牲層3705隨后可被蝕刻，例如針對鑰或鑰鉻(molychrome)犧牲層使用XeF2或針對銅犧牲層使用銅蝕刻劑通過濕法蝕刻工藝或等離子體蝕刻工藝來蝕刻，以使加速計3850的可移動區域3840脫模(參見圖38D)。例如，可通過使用過氧化氫與乙酸的組合物、或通過使用印刷電路板行業中常用的氨銅(ammoniacal Cu)蝕刻劑來完成對Cu的濕法蝕刻以選擇性地蝕刻Cu而不蝕刻鎳合金、Cr或Au。可移動區域3840可包括例如檢驗質量塊和/或框架，諸如上文所描述的檢驗質量塊和/或框架。在加速計3850的操作期間，間隙3860的運動可引發由電極3510b檢測到的電容變化。圖39A解說根據一個示例的后續包封工藝的結果。此處，已將蓋子3905附連至密封環區域3620a和3620b以包封加速計3850。在一些實現中，蓋子3905可以是玻璃蓋、金屬蓋等。蓋子3905可以是在另一基板上形成的多個蓋子之一。在該示例中，該蓋子包括可在加速計3850周圍形成包圍的多個蓋部3905a。在該示例中，蓋部3905a由蓋區3905b連接。可例如通過焊接或共晶接合工藝、或者通過黏合劑(諸如，環氧樹脂)將蓋部3905a附連至密封環區域3620a和3620b。在一些實現中，蓋部3905a可完全圍繞加速計3850，而在其它實現中，蓋部3905a可僅部分地圍繞加速計3850。在該示例中，引線區域3615a和3615b留在由蓋子3905包圍的區域之外，從而允許方便地電連接至加速計3850。在一些實現中，可移除蓋子3905的各部分。例如，可移除蓋區3905b的至少一部分(例如通過劃片工藝)以允許更方便地訪問引線區域3615a和3615b (參見圖39B)。如期望，也可減小結果所得的經包封加速計3910的厚度。在該示例中，使用化學-機械整平(CMP)工藝來使基板3505變薄。在一些實現中，可使經包封加速計3910變薄至小于Imm的總厚度，以及更具體地為0. 7mm或更薄。結果所得的經包封加速計3910可(例如通過劃片)來被切單。圖40A描繪通過將經包封加速計3910與集成電路4005相組合并將這兩個器件均附連至另一基板4015 (其在該示例中是印刷電路板)來形成的裝置。在該解說中，通過焊接工藝(見焊料層4010)將集成電路4005附連至經包封加速計3910。類似地，通過焊接工藝(見焊料層4020)將經包封加速計3910附連至基板4015。替換地，可通過黏合劑(諸如，環氧樹脂)將集成電路4005附連至加速計3910。圖40B描繪線接合4025，其用于作出集成電路4005與經包封加速計3910之間的電連接、以及經包封加速計3910與基板4015之間的電連接。在替換實現中，經包封加速計3910可包括穿過基板3905的通孔，其配置成通過表面安裝來形成電連接。在圖40C中所描繪的階段，集成電路4005和經包封加速計3910已用保護材料4030進行了包封，該保護材料4030可以是介電材料(諸如聚合物)、注模材料(諸如液晶聚合物(LCP)、Si02或SiON)。在該示例中，基板4015包括配置成用于安裝到印刷電路板或其它裝置上的電連接器4035。因此，結果所得的封裝4040配置成用于實現表面安裝技術。現在將參考圖41至46B描述用于制造陀螺儀和相關裝 置的工藝的示例。圖41示出提供用于制造陀螺儀和相關結構的工藝的概覽的流程圖的示例。圖42A至46B示出在圖41中給出梗概的工藝期間各個階段的穿過基板、陀螺儀的一部分以及用于封裝該陀螺儀并作出與該陀螺儀的電連接的結構的各部分的橫截面的示例。參考圖41，將描述方法4100的一些操作。方法4100的工藝流程允許在有能力在大面積基板(諸如，大面積玻璃面板)上構建MEMS和類似器件的設施廠處執行第一組操作。此類設施廠可以是例如第5代制造廠或第6代制造廠。相應地，在框4105中，在大面積基板上形成大量陀螺儀特征和相關結構。例如，可在大面積基板上制造幾十萬或更多此類結構。這些相關結構可包括例如電極、電焊盤、用于包封的結構(諸如，密封環結構)等。下文將參考圖42A至44B描述此類工藝的示例。在圖41的框4110中，對該經部分制造的陀螺儀和其它器件進行針對后續電鍍工藝的制備。如下文參考圖44B和44C所描述的，框4110可涉及電鍍晶種層沉積和高縱橫比光刻材料(諸如，光致抗蝕劑)厚層的形成。根據方法4100，陀螺儀和其它結構僅部分地制造在大面積玻璃基板上。這種部分制造的一個原因是當前只有少數能加工第4代或第5代基板大小的電鍍設施廠。然而，存在許多能處置較小基板(諸如第2代基板)的電鍍設施廠。因此，在框4115中，將其上已部分制造了陀螺儀和其它結構的大面積玻璃基板劃分成子面板以用于電鍍規程。在框4120中，將執行電鍍工藝。下文參考圖45A來描述這些工藝。在一些實現中，電鍍工藝可涉及沉積每個陀螺儀的檢驗質量塊、框架和其它結構的金屬的絕大部分。該高縱橫比光刻材料隨后可被移除，并且犧牲材料可被移除以使每個陀螺儀的檢驗質量塊和框架脫模(框4125)。這些操作的示例在下文參考圖45B和46A來描述。框4130可涉及陀螺儀包封、以及切單(例如，通過劃片)和其它工藝。下文參考圖46B來描述這些工藝。圖42A描繪了穿過大面積基板4200 (其在該示例中是玻璃基板)的橫截面。大面積玻璃基板4200上沉積有金屬化層4205，其在該示例中是Cr/Au層。可代替鉻和/或金使用其它導電材料，諸如Al、TiW、Pt、Ag、Ni、鎳與Co、Fe或Mn的合金(nickel alloys inCo1Fe or Mn)、Ti/Au、Ta/Au或摻雜硅。金屬化層4205可被圖案化和蝕刻，例如，如圖42A中所示的。金屬化層4205可用于形成從密封環內部至密封環外部的“穿通”電連接。陀螺儀和/或其它器件可例如被密封在封裝內部的腔內。金屬化層4205允許在這些器件與該封裝外部的其它器件之間作出電連接。圖42B描繪沉積在金屬化層4205上方的介電層4215，諸如SiO2、SiON或其它介電材料。介電層4215隨后可被蝕刻以形成穿過介電層4215至金屬化層4205的開口 4220a、4220b 和 4220c。圖42C解說一階段，該階段之后已沉積了犧牲層4225。在該示例中，犧牲層4225由MoCr形成，但可將其它材料(諸如，銅或者沉積的非晶或多晶硅)用于犧牲層4225。圖42D解說在犧牲層4225已被圖案化和蝕刻之后留下的犧牲層4225區域。圖43A解說一階段，在該階段之后已在犧牲層4225上沉積了介電層4305。此外，介電層4305已被圖案化和蝕刻。在圖43B中，金屬化層4310然后被沉積、圖案化和蝕刻。在該示例中，金屬化層4310與錨區域4315中的金屬化層4205接觸。在圖43C中示出已沉積、圖案化和蝕刻的壓電薄膜4320的示例。在該示例中，壓電薄膜4320由氮化鋁形成，但可使用其它壓電材料，諸如ZnO或鋯鈦酸鉛(PZT)。在圖43D中，金屬化層4325被沉積、圖案化和蝕刻。此處，金屬化層4325形成電極4330的頂層,取 決于實現，該電極可以是壓電驅動電極或壓電感測電極。圖44A示出已沉積、圖案化和蝕刻的介電層4405的示例。在該階段期間，介電層4405已從圖44A中所示的絕大部分區域被移除，其中錨區域4315和毗鄰于電極4330的區域除外。在該階段，可對該經部分制造的陀螺儀組件和相關結構進行針對一個或多個電鍍工藝的制備。圖44B示出可在電鍍工藝之前沉積的電鍍晶種層4405(諸如，鎳、鎳合金、銅、或鉻/金)的示例。如圖44C中所描繪的，在沉積了電鍍晶種層4405之后，可在檢驗質量塊區域4415與框架區域4420之間形成高縱橫比光刻材料4410厚層(諸如，厚光致抗蝕劑)。根據一些實現，高縱橫比光刻材料4410層是幾十微米厚，例如40至50微米厚。在其它實現中，取決于例如陀螺儀的期望配置，高縱橫比光刻材料4410層可以更厚或更薄。高縱橫比光刻材料4410可以是各種市售高縱橫比光刻材料中的任一種,諸如由Micro-Chem提供的KMPR 光致抗蝕劑或由DuPont 提供的MTF WBR2050光致抗蝕劑。也可在框架區域4420與密封環區域4425之間、以及在密封環區域4425與電焊盤區域4430之間形成高縱橫比光刻材料4410厚層。高縱橫比光刻材料4410可用合適的光掩模來暴露并被顯影以界定隨后形成的電鍍金屬結構的形狀。如上所述，可在電鍍工藝之前將其上已部分地形成上述結構的大面積基板劃分成較小的子面板。在該示例中，將大面積玻璃基板劃線并斷開，但可以用任何恰適方式(諸如，通過劃片)來劃分該大面積玻璃基板。如圖45A中所示，可在高縱橫比光刻材料4410之間的區域中電鍍厚金屬層4505。在此示例中，厚金屬層4505由鎳合金形成，但在其它實現中，厚金屬層4505可由鎳或其它電鍍金屬合金(諸如鈷鐵、鎳-鎢、鈀-鎳或鈀-鈷)形成。此處，在厚金屬層4505上沉積薄金層4510，主要用于抵擋對厚金屬層4505的腐蝕。也可通過電鍍工藝來形成金層4510。如圖45B中所描繪的，在已沉積這些金屬層之后，可從已沉積厚金屬層4505的區域之間移除高縱橫比光刻材料4410。移除高縱橫比光刻材料4410暴露晶種層4405的部分，這些部分隨后可被蝕刻掉以暴露犧牲材料4225。圖46A描繪例如通過濕法蝕刻工藝或等離子體蝕刻工藝來蝕刻掉犧牲材料4225，以使檢驗質量塊4605和框架4610脫模。圖46B解說根據一個示例的包封工藝的結果。此處，已將蓋子4615附連至密封環4620以包封陀螺儀4625。在一些實現中，蓋子4615可以是玻璃蓋、金屬蓋等。例如，可通過焊接工藝或通過黏合劑(諸如，環氧樹脂)將蓋子4615附連至密封環4620。電焊盤4630留在由蓋子4615包封的區域之外，從而允許經由金屬化層4205方便地電連接至陀螺儀4625。由制造工藝的此示例所產生的陀螺儀4625可例如對應于圖12中所示且在上文描述的驅動框架X軸陀螺儀1200。陀螺儀4625的錨4635可對應于圖12中所示的中心錨1205。電極4330可對應于圖12中所示的驅動電極1215。檢驗質量塊4605可對應于圖12的驅動框架1210，而框架4610可對應于圖12的檢驗質量塊1220。作為另一示例，陀螺儀4625可對應于圖20A及其后諸圖中所示的z軸陀螺儀2000。陀螺儀4625的錨4635可對應于圖20A及其后諸圖中所示的中心錨2005。電極4330可對應于感測電極2020a-d之一。檢驗質量塊4605可對應于圖20A的感測框架2010，而框架4610可對應于圖20A的驅動框架2030。盡管已分開描述了制造陀螺儀和加速計的工藝，但是若期望，可在同一大面積基板上形成大量的這兩種類型的器件。例如，可通過使用這些用于制造陀螺儀的工藝的子集·來形成本文中所描述的加速計。例如，本文中所描述的加速計不需要壓電驅動電極或壓電感測電極。相應地，當制造此類加速計時，不需要壓電層。若正在同一大面積基板上制造加速計和陀螺儀，則可在正沉積、圖案化和蝕刻壓電層時將(諸)加速計部分用掩模遮蔽掉。在一些實現中，對于本文中所描述的陀螺儀和加速計的制造可使用不同厚度的犧牲材料。例如，在一些實現中，加速計電極與檢驗質量塊之間的間隙可能大于檢驗質量塊與陀螺儀的金屬化層之間的間隙。在使用銅作為犧牲材料的一些實現中，可通過僅在正制造加速計的那些區域中的銅晶種層上電鍍銅來產生此犧牲層厚度差。在一些陀螺儀實現中，陀螺儀可被包封在真空中，而加速計不需要被包封在真空中。在一些實現中，在經包封加速計中具有氣體實際上可能是有益的，因為其提供阻尼。因此，在一些實現中，當在大面積基板上制造陀螺儀和加速計兩者時，可使用兩種不同的包封工藝。一種包封工藝可基本上在真空中執行，而另一種包封工藝將不在真空中執行。在其它實現中，可基本上在真空中執行單個包封工藝。可在此工藝期間使經包封加速計保持部分敞開，以使得氣體隨后可進入經包封加速計的封裝。若期望，可在后續工藝期間將加速計的封裝完全封閉(例如，用焊料)。圖47A和47B示出解說包括多個干涉測量調制器的顯示設備40的系統框圖的示例。顯示設備40可以是例如蜂窩或移動電話。然而，顯示設備40的相同組件或其稍有變動的變體也解說諸如電視、電子閱讀器和便攜式媒體播放器等各種類型的顯示設備。顯示設備40包括外殼41、顯示器30、天線43、揚聲器45、輸入設備48、以及話筒46。外殼41可由各種各樣的制造工藝(包括注模和真空成形)中的任何制造工藝來形成。另外，外殼41可由各種各樣的材料中的任何材料制成，包括但不限于塑料、金屬、玻璃、橡膠、和陶瓷、或其組合。外殼41可包括可拆卸部分(未示出)，其可與具有不同顏色、或包含不同徽標、圖片或符號的其它可拆卸部分互換。顯示器30可以是各種各樣的顯示器中的任何顯示器，包括雙穩態顯示器或模擬顯示器，如本文中所描述的。顯示器30也可配置成包括平板顯示器(諸如，等離子體、EL、0LED、STN IXD或TFT IXD)、或非平板顯示器(諸如，CRT或其它電子管設備)。另外，顯示器30可包括干涉測量調制器顯示器，如本文中所描述的。在圖47B中示意性地解說顯示設備40的組件。顯示設備40包括外殼41，并且可包括至少部分地封閉于其中的附加組件。例如，顯示設備40包括網絡接口 27，該網絡接口27包括耦合至收發器47的天線43。收發器47連接至處理器21，該處理器21連接至調理硬件52。調理硬件52可配置成調理信號(例如，對信號濾波)。調理硬件52連接至揚聲器45和話筒46。處理器21還連接至輸入設備48和驅動器控制器29。驅動器控制器29耦合至幀緩沖器28并且耦合至陣列驅動器22，該陣列驅動器22進而耦合至顯示器陣列30。電源50可如該特定顯示設備40設計所要求地向所有組件供電。網絡接口 27包括天線43和收發器47，從而顯示設備40可經由網絡與一個或多個設備通信。網絡接口 27也可具有一些處理能力以減輕例如對處理器21的數據處理要求。天線43可發射和接收信號。在一些實現中，天線43根據IEEE 16. 11標準(包括IEEE16. 11(a)、(b)或(g))或 IEEE 802. 11 標準(包括 IEEE802. lla、b、g 或 n)來發射和接收 RF信號。在一些其它實現中，天線43根據藍牙標準來發射和接收RF信號。在蜂窩電話的情形中，天線43設計成接收碼分多址(CDMA)、頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、全球移動通信系統(GSM)、GSM/通用分組無線電服務(GPRS)、增強型數據GSM環境(EDGE)、地面集群無
線電(TETRA )、寬帶 CDMA (W-CDMA )、演進數據優化(EV-DO )、IxEV-DO、EV-DO 修訂版 A、EV-DO修訂版B、高速分組接入(HSPA)、高速下行鏈路分組接入(HSDPA)、高速上行鏈路分組接入(HSUPA)、演進高速分組接入(HSPA+)、長期演進(LTE)、AMPS、或用于在無線網絡(諸如，利用3G或4G技術的系統)內通信的其它已知信號。收發器47可預處理從天線43接收的信號，以使得這些信號可由處理器21接收并進一步操縱。收發器47也可處理從處理器21接收的信號，以使得可從顯示設備40經由天線43發射這些信號。處理器21可配置成例如經由網絡接口 27從時間服務器接收時間數據。在一些實現中，收發器47可由接收器代替。另外，網絡接口 27可由圖像源代替，該圖像源可存儲或生成要發送給處理器21的圖像數據。處理器21可控制顯示設備40的整體操作。處理器21接收數據(諸如來自網絡接口 27或圖像源的經壓縮圖像數據)，并將該數據處理成原始圖像數據或處理成容易被處理成原始圖像數據的格式。處理器21可將經處理數據發送給驅動器控制器29或發送給幀緩沖器28以進行存儲。原始數據通常是指標識圖像內每個位置處的圖像特性的信息。例如，此類圖像特性可包括色彩、飽和度和灰度級。處理器21可包括微控制器、CPU、或用于控制顯示設備40的操作的邏輯單元。調理硬件52可包括用于將信號傳送至揚聲器45以及用于從話筒46接收信號的放大器和濾波器。調理硬件52可以是顯示設備40內的分立組件，或者可被納入在處理器21或其它組件內。在一些實現中，顯示設備40可包括一個或多個陀螺儀和/或加速計75。此類陀螺儀和/或加速計75可以例如是基本上如本文中所描述的且可根據本文中所描述的工藝來制作。陀螺儀和/或加速計75可配置成用于與處理器21通信，以將陀螺儀數據或加速計數據提供給處理器21。相應地，顯示設備40可以能夠執行上述方法中與陀螺儀數據和/或加速計數據的使用相關的一些方法。此外，可將此類數據存儲在顯示設備40的存儲器中。驅動器控制器29可直接從處理器21或者可從幀緩沖器28取由處理器21生成的原始圖像數據，并且可適當地重新格式化該原始圖像數據以用于向陣列驅動器22的高速傳輸。在一些實現中，驅動器控制器29可將原始圖像數據重新格式化成具有類光柵格式的數據流，以使得其具有適合跨顯示器陣列30進行掃描的時間次序。然后，驅動器控制器29將經格式化的信息發送至陣列驅動器22。雖然驅動器控制器29 (諸如，IXD控制器)往往作為自立的集成電路(IC)來與系統處理器21相關聯，但此類控制器可用許多方式來實現。例如，控制器可作為硬件嵌入在處理器21中、作為軟件嵌入在處理器21中、或完全與陣列驅動器22硬件地集成在一起。陣列驅動器22可從驅動器控制器29接收經格式化的信息并且可將視頻數據重新格式化成一組并行波形，這些波形被每秒許多次地施加至來自顯示器的χ-y像素矩陣的數百條且有時是數千條(或更多)引線。在一些實現中，驅動器控制器29、陣列驅動器22、以及顯示器陣列30適用于本文中所描述的任何類型的顯示器。例如，驅動器控制器29可以是常規顯示器控制器或雙穩態顯示器控制器(例如，IMOD控制器)。另外，陣列驅動器22可以是常規驅動器或雙穩態顯示器驅動器(例如，IMOD顯示器驅動器)。此外，顯示器陣列30可以是常規顯示器陣列或雙穩態顯示器陣列(例如，包括IMOD陣列的顯示器)。在一些實現中，驅動器控制器29可與陣列 驅動器22集成在一起。此類實現在諸如蜂窩電話、手表和其它小面積顯示器等高度集成系統中是常見的。在一些實現中，輸入設備48可配置成允許例如用戶控制顯示設備40的操作。輸入設備48可包括按鍵板(諸如，QWERTY鍵盤或電話按鍵板)、按鈕、開關、搖桿、觸敏屏幕、或壓敏或熱敏膜。話筒46可配置成作為顯示設備40的輸入設備。在一些實現中，可使用通過話筒46的語音命令來控制顯示設備40的操作。電源50可包括本領域公知的各種各樣的能量儲存設備。例如，電源50可以是可再充電電池，諸如鎳鎘電池或鋰離子電池。電源50也可以是可再生能源、電容器或太陽能電池，包括塑料太陽能電池或太陽能電池涂料。電源50也可配置成從墻上插座接收功率。在一些實現中，控制可編程性駐留在驅動器控制器29中，驅動器控制器29可位于電子顯示器系統中的若干個地方。在一些其它實現中，控制可編程性駐留在陣列驅動器22中。上述優化可以用任何數目的硬件和/或軟件組件并在各種配置中實現。結合本文中所公開的實現來描述的各種解說性邏輯、邏輯塊、模塊、電路和算法過程可實現為電子硬件、計算機軟件、或這兩者的組合。硬件與軟件的這種可互換性已以功能性的形式作了一般化描述，并在上文描述的各種解說性組件、框、模塊、電路、和過程中作了解說。此類功能性是以硬件還是軟件來實現取決于具體應用和加諸于整體系統的設計約束。用于實現結合本文中所公開的方面描述的各種解說性邏輯、邏輯塊、模塊和電路的硬件和數據處理裝置可用通用單芯片或多芯片處理器、數字信號處理器(DSP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設計成執行本文中描述的功能的任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，或者是任何常規的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器還可以被實現為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協作的一個或更多個微處理器、或任何其他此類配置。在一些實現中，特定過程和方法可由專門針對給定功能的電路系統來執行。在一個或多個方面，所描述的功能可以用硬件、數字電子電路系統、計算機軟件、固件(包括本說明書中所公開的結構及其結構等效物)或其任何組合來實現。本說明書中所描述的主題內容的實現也可實現為一個或多個計算機程序，即，編碼在計算機存儲介質上以供數據處理裝置執行或用于控制數據處理裝置的操作的計算機程序指令的一個或多個模塊。結合本文中所公開的實現來描述的各種解說性邏輯、邏輯塊、模塊、電路和算法過程可實現為電子硬件、計算機軟件、或這兩者的組合。硬件與軟件的這種可互換性已以其功能性的形式作了一般化描述，并在上文描述的各種解說性組件、框、模塊、電路、和過程中作了解說。此類功能性是以硬件還是軟件來實現取決于具體應用和加諸于整體系統的設計約束。用于實現結合本文中所公開的方面描述的各種解說性邏輯、邏輯塊、模塊和電路的硬件和數據處理裝置可用通用單芯片或多芯片處理器、數字信號處理器(D SP)、專用集成電路(ASIC)、現場可編程門陣列(FPGA)或其他可編程邏輯器件、分立的門或晶體管邏輯、分立的硬件組件、或其設計成執行本文中描述的功能的任何組合來實現或執行。通用處理器可以是微處理器，或者是任何常規的處理器、控制器、微控制器、或狀態機。處理器還可以被實現為計算設備的組合，例如DSP與微處理器的組合、多個微處理器、與DSP核心協作的一個或更多個微處理器、或任何其他此類配置。在一些實現中，特定過程和方法可由專門針對給定功能的電路系統來執行。在一個或多個方面，所描述的功能可以用硬件、數字電子電路系統、計算機軟件、固件(包括本說明書中所公開的結構及其結構等效物)或其任何組合來實現。本說明書中所描述的主題內容的實現也可實現為一個或多個計算機程序，即，編碼在計算機存儲介質上以供數據處理裝置執行或用于控制數據處理裝置的操作的計算機程序指令的一個或多個模塊。如果在軟件中實現，則各功能可以作為一條或更多條指令或代碼存儲在計算機可讀介質上或藉其進行傳送。本文中所公開的方法或算法的過程可在可駐留在計算機可讀介質上的處理器可執行軟件模塊中實現。計算機可讀介質包括計算機存儲介質和通信介質兩者，其包括可被賦予使計算機程序從一地向另一地轉移的能力的任何介質。存儲介質可以是可被計算機訪問的任何可用介質。作為示例而非限定，此類計算機可讀介質可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盤存儲、磁盤存儲或其它磁存儲設備、或能被用來存儲指令或數據結構形式的期望程序代碼且能被計算機訪問的任何其它介質。任何連接也可被正當地稱為計算機可讀介質。如本文中所使用的盤和碟包括壓縮碟(CD)、激光碟、光碟、數字通用碟(DVD)、軟盤和藍光碟，其中盤(disk)往往以磁的方式再現數據而碟(disc)利用激光以光學方式再現數據。以上組合也應被包括在計算機可讀介質的范圍內。另外，方法或算法的操作可作為代碼和指令之一或者代碼和指令的任何組合或集合而駐留在可被納入計算機程序產品中的機器可讀介質和計算機可讀介質上。對本公開中描述的實現的各種改動對于本領域技術人員可能是明顯的，并且本文中所定義的普適原理可應用于其他實現而不會脫離本公開的精神或范圍。由此，本公開并非旨在被限定于本文中示出的實現，而是應被授予與權利要求書、本文中所公開的原理和新穎性特征一致的最廣義的范圍。本文中專門使用詞語“示例性”來表示“用作示例、實例或解說”。本文中描述為“示例性”的任何實現不必然被解釋為優于或勝過其他實現。另外，本領域普通技術人員將容易領會，術語“上”和“下/低”有時是為了便于描述附圖而使用的，且指示與取向正確的頁面上的附圖取向相對應的相對位置，且可能并不反映如所實現的IMOD (或任何其它器件)的正當取向。本說明書中在分開實現的上下文中描述的某些特征也可組合地實現在單個實現中。相反，在單個實現的上下文中描述的各種特征也可分開地或以任何合適的子組合實現在多個實現中。此外，雖然諸特征在上文可能被描述為以某些組合的方式起作用且甚至最初是如此要求保護的，但來自所要求保護的組合的一個或多個特征在一些情形中可從該組合被切除，且所要求保護的組合可以針對子組合、或子組合的變體。類似地，雖然在附圖中以特定次序描繪了諸操作，但這不應當被理解為要求此類操作以所示的特定次序或按順序次序來執行、或要執行所有所解說的操作才能達成期望的結果。此外，附圖可能以流程圖的形式示意性地描繪一個或多個示例過程。然而，未描繪的其它操作可被納入示意性地解說的示例過程中。例如，可在任何所解說操作之前、之后、同時或之間執行一個或多個附加操作。在某些環境中，多任務處理和并行處理可能是有利的。此外，上文所描述的實現中的各種系統組件的分開不應被理解為在所有實現中都要求此類分開，并且應當理解，所描述的程序組件和系統一般可以一起整合在單個軟件產品中或封裝成多個軟件產品。另外，其它實現也落在所附權利要求書的范圍內。在一些情形中，權利 要求中敘述的動作可按不同次序來執行并且仍達成期望的結果。
權利要求
1.ー種陀螺儀，包括 中心錨； 感測框架，其部署在所述中心錨周圍； 多個感測梁，其配置成用于將所述感測框架連接至所述中心錨； 驅動框架，其部署在所述感測框架周圍且耦合至所述感測框架，所述驅動框架包括第ー側和第二側； 多個驅動梁，其部署在所述感測框架的相對側上，所述驅動梁配置成基本上在所述驅動框架的平面內在沿第一軸的第一方向上驅動所述驅動框架的所述第一側，所述驅動梁進一歩配置成在沿所述第一軸的第二且相反方向上驅動所述驅動框架的所述第二側； 驅動框架懸掛，其配置成基本上將所述驅動框架的驅動運動限制為沿所述第一軸的基本線性位移的驅動運動；以及 感測框架懸掛，其配置成順從于繞與所述第一軸正交的第二軸的旋轉，所述感測框架懸掛配置成抵抗沿所述第一軸的平移運動。
2.如權利要求I所述的陀螺儀，其特征在于，所述感測框架是與所述驅動框架的驅動運動基本上解I禹的。
3.如權利要求I或權利要求2所述的陀螺儀，其特征在干，所述驅動框架懸掛包括配置成用于將所述感測框架耦合至所述驅動框架的多個撓曲件。
4.如權利要求I至3中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述感測框架懸掛包括在所述中心錨與所述感測框架之間的多個槽。
5.如權利要求I至4中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述多個感測梁包括從所述中心錨的第一側沿所述第一軸延伸的第一對感測梁和從所述中心錨的第二側沿基本上垂直于所述第一軸的第二軸延伸的第二對感測梁，所述中心錨的所述第二側毗鄰于所述中心錨的所述第一側。
6.如權利要求I至5中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述多個驅動梁包括在所述感測框架的相對側上的多對驅動梁。
7.如權利要求I至6中任一項所述的陀螺儀，其特征在干，進ー步包括配置成調諧驅動框架運動的諧振頻率的靜電致動器陣列。
8.如權利要求I至7中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述驅動框架包括沿與所述第一軸基本上垂直的軸形成的多個槽。
9.如權利要求I至8中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述驅動梁和所述感測梁包括壓電層。
10.如權利要求I至9中任一項所述的陀螺儀，其特征在于，所述感測框架和所述驅動框架中的至少ー者是至少部分地由電鍍金屬形成的。
11.如權利要求5所述的陀螺儀，其特征在于，所述感測框架懸掛包括槽，所述槽 沿所述第一對感測梁中的第一感測梁延伸； 沿所述中心錨延伸至所述第二對感測梁；并且 沿所述第二對感測梁中的第二感測梁延伸。
12.如權利要求6所述的陀螺儀，其特征在于，所述多對驅動梁沿基本上垂直于所述第ー軸的第二軸部署。
13.如權利要求6所述的陀螺儀，其特征在于，所述驅動梁配置成通過向每一對驅動梁施加反相電壓來被致動。
14.如權利要求6所述的陀螺儀，其特征在于，所述驅動框架懸掛包括多個撓曲件，所述多個撓曲件中的每個撓曲件配置成用于將ー對驅動梁耦合至所述驅動框架。
15.如權利要求7所述的陀螺儀，其特征在于，所述靜電致動器陣列配置成抑制從所述驅動框架向所述感測框架的正交耦合。
16.ー種陀螺儀，包括 中心錨裝置； 感測框架裝置，其部署在所述中心錨裝置周圍； 感測梁裝置，其用于檢測所述陀螺儀的感測運動并且用于將所述感測框架裝置連接至所述中心錨裝置； 驅動框架裝置，其部署在所述感測框架裝置周圍且耦合至所述感測框架裝置，所述驅動框架裝置包括第一側和第二側； 驅動裝置，其用于在所述驅動框架裝置的平面內在沿第一軸的第一方向上驅動所述驅動框架的所述第一側以及用于在沿所述第一軸的第二且相反方向上驅動所述驅動框架的第二側； 驅動框架懸掛裝置，其用于基本上將所述驅動框架裝置的驅動運動限制為沿所述第一軸的基本線性位移的驅動運動；以及 感測框架懸掛裝置，其用于允許繞與所述第一軸正交的第二軸旋轉以及用于抵抗沿所述第一軸的平移運動。
17.如權利要求16所述的陀螺儀，其特征在于，所述驅動裝置部署在所述感測框架裝置的相對側上。
18.如權利要求16或權利要求17所述的陀螺儀，其特征在于，所述感測框架裝置是與所述驅動框架裝置的驅動運動基本上解耦的。
19.一種制造陀螺儀的方法，所述方法包括 在基板上沉積電極； 形成中心錨； 形成部署在所述中心錨周圍的感測框架； 形成多個感測梁，所述感測梁中的每ー個感測梁包括壓電感測電極，所述感測梁配置成用于將所述感測框架連接至所述中心錨； 形成部署在所述感測框架周圍且耦合至所述感測框架的驅動框架，所述驅動框架包括第一側和第二側； 形成部署在所述感測框架的相對側上的多個驅動梁，所述驅動梁配置成在所述驅動框架的平面內在沿第一軸的第一方向上驅動所述驅動框架的所述第一側，所述驅動梁進ー步配置成在沿所述第一軸的第二且相反方向上驅動所述驅動框架的所述第二側； 形成驅動框架懸掛，其配置成基本上將所述驅動框架的驅動運動限制為沿所述第一軸的基本線性位移的驅動運動；以及 形成感測框架懸掛，其配置成順從于繞與所述第一軸正交的第二軸的旋轉。
20.如權利要求19所述的方法，其特征在于，形成所述多個感測梁包括以下步驟沉積與所述電極接觸的第一金屬層； 在所述第一金屬層上沉積壓電層； 在所述壓電層上沉積第二金屬層；以及 在所述第二金屬層上電鍍第三金屬層。
21.如權利要求19或權利要求20所述的方法，其特征在干，進ー步包括形成所述感測框架懸掛以抵抗沿所述第一軸的運動。
22.如權利要求19至21中任一項所述的方法，其特征在于，形成所述中心錨的エ藝包括 蝕穿犧牲層以暴露所述第一金屬層； 在所述第一金屬層上沉積氧化層； 在所述氧化層上形成晶種層；以及 在所述晶種層上電鍍所述第三金屬層。
23.如權利要求19至22中任一項所述的方法，其特征在于，形成所述感測框架和形成所述驅動框架包括 在驅動框架區域與感測框架區域之間蝕刻； 在所述驅動框架區域與所述感測框架區域之間沉積高縱橫比光致抗蝕劑材料；以及 在所述驅動框架區域和所述感測框架區域中電鍍所述第三金屬層。
24.如權利要求19至23中任一項所述的方法，其特征在干，進ー步包括在所述電鍍之前將所述基板分成多個子面板。
25.如權利要求23所述的方法，其特征在干，形成所述感測框架和形成所述驅動框架還包括 從所述驅動框架區域與所述感測框架區域之間移除所述高縱橫比光致抗蝕劑材料； 蝕刻以暴露部署在所述驅動框架和所述感測框架下面的犧牲層；以及 移除所述犧牲層以使所述驅動框架和所述感測框架脫摸。
全文摘要
本公開提供了用于制造和使用陀螺儀的系統、方法和裝置，包括編碼在計算機存儲介質上的計算機程序。此類陀螺儀可包括中心錨、部署在該中心錨周圍的感測框架、配置成用于將該感測框架連接至該中心錨的多個感測梁和部署在該感測框架周圍且耦合至該感測框架的驅動框架。該陀螺儀可包括部署在該感測框架的相對側上的多對驅動梁。該陀螺儀可包括驅動框架懸掛，其用于基本上將該驅動框架的驅動運動限制為沿第一軸的基本線性位移的驅動運動。該感測框架可與該驅動框架的驅動運動基本上解耦。此類器件可被包括在移動設備中，諸如移動顯示器設備。
文檔編號G01P15/18GK102959356SQ201180031788
公開日2013年3月6日 申請日期2011年4月18日 優先權日2010年4月30日
發明者C·阿卡, R·V·夏諾伊, J·P·布萊克, K·E·彼得森, S·K·加納帕斯, P·J·史蒂芬諾 申請人:高通Mems科技公司