專利名稱：振蕩器裝置的制作方法
技術領域：
本發明的實施例涉及振蕩器裝置。更具體地，涉及使用機電產生的正反饋信號的振蕩器裝置。
背景技術：
振蕩器需要諧振器被激發到振蕩中。對于沒有反饋的振蕩器，與振蕩器相關聯的損耗(阻尼)意味著需要在振蕩頻率上或在操作頻率的某倍數上的連續振蕩驅動信號來維持振蕩。然而，當利用恰當的放大和相位控制來反饋由振蕩器自身產生的振蕩信號以進一步激發振蕩器時，可以無需振蕩驅動信號而維持振蕩。
發明內容
根據本發明的多種但不一定是全部的實施例，提供了一種裝置，其包括第一電極和通過間隙與所述第一電極分隔的第二電極，所述間隙具有這樣的大小，所述大小促進跨所述間隙的電子轉移，其中所述第一電極是被安裝以進行相對于所述第二電極的振蕩運動的諧振器電極，所述振蕩運動導致所述第一電極和所述第二電極之間的所述間隙的大小隨時間可變；反饋電路，其被配置為將依賴于跨所述間隙的電子轉移的電子轉移信號作為反饋信號而進行傳遞；以及與所述第一電極相鄰的驅動電極，其被配置為從反饋電路接收反饋信號，所述反饋電路被配置為提供依賴于跨間隙的電子轉移的反饋信號。根據本發明的多種但不一定是全部的實施例，提供了一種裝置，其包括第一電極和第二電極，其被配置為使得所述第一和第二電極的第一相對運動改變所述第一和第二電極之間的間隙；用于傳遞依賴于跨所述間隙的電子轉移的電子轉移信號的部件；用于維持跨非導電間隙的電子轉移的概率依賴于跨所述間隙的距離的部件；以及用于依賴于電子轉移信號而改變所述第一電極移動經過的場的部件。根據本發明的多種但不一定是全部的實施例，提供了一種方法，其包括傳遞依賴于跨第一振蕩電極和第二電極之間的間隙的電子轉移的振蕩電子轉移電流；以及使用依賴于跨第三振蕩電極和第四電極之間的間隙的電子轉移的振蕩電子轉移電流來驅動所述第一振蕩電極。
為了更好地理解本發明的實施例的各種示例，現在將僅以示例的方式參考附圖， 在附圖中圖1示意性地圖示了包括單個振蕩器的裝置；圖2示意性地圖示了包括具有共享驅動電極的多個振蕩器的裝置；圖3示意性地圖示了包括具有相對的共享驅動電極的多個振蕩器的裝置；以及圖4示意性地圖示了包括多個振蕩器和控制電路的裝置，所述控制電路包括組合電路和路由電路。
具體實施例方式圖1至圖4示意性地圖示了裝置10，其包括第一電極11和通過間隙13與第一電極11分隔的第二電極12，間隙13具有這樣的大小，該大小促進跨間隙13的電子轉移14，其中第一電極11是被安裝以用于進行相對于第二電極12的振蕩運動15的諧振器電極，該振蕩運動導致第一電極11和第二電極12之間的間隙13的大小隨時間可變；反饋電路20，其被配置為將依賴于跨間隙13的電子轉移14的電子轉移信號(I) 作為反饋信號21而進行傳遞；以及與第一電極11相鄰的驅動電極30，其被配置為從反饋電路接收反饋信號21，該反饋電路被配置為提供依賴于跨間隙的電子轉移的反饋信號21。參考圖1，該示了包括單個振蕩器的裝置10。與第一電極11相鄰的驅動電極 30從反饋電路20(而不是與不同的振蕩器的不同的第一電極相關聯的不同的反饋電路)接收反饋信號21。裝置10包括第一諧振器電極11、通過間隙13與第一電極11分隔的第二電極12、 用于提供促進跨間隙13的電子轉移14的跨間隙13的偏置電壓的電能源2、被配置為將依賴于跨間隙13的電子轉移14的電子轉移信號(I)作為反饋信號21而進行傳遞的反饋電路20以及被配置為從反饋電路20接收反饋信號21的與第一電極11相鄰的驅動電極30。第一諧振器電極11被安裝以用于進行相對于第二電極12的振蕩運動。第一諧振器可以是機械振動元件。在所圖示的示例中，其為剛性懸臂。在其他實施中，第一諧振器可以使用基于物體的物理變形(諸如例如三維物體的表面變形或波或形狀變形)的其他振蕩系統。在所圖示的示例中，裝置10是納米機電系統(NEMS)，因為它的至少一個尺度在1 微米以下。例如，作為第一電極11操作的懸臂的寬度和高度的尺度小于1微米。在一些實施例中，寬度可以在10到500nm之間的范圍，而在其他實施例中，可以使用該范圍之外的寬度。在一些實施例中，長度可以在IOOnm到10微米之間的范圍，而在其他實施例中，可以使用該范圍之外的長度。懸臂的幾何形狀確定其諧振基頻。第一諧振器電極11例如可以是例如摻雜硅、金屬的納米線、或碳納米管或半導體納米線。可以例如使用自上而下和/或自下而上方法形成第一諧振器電極11。自上而下方法使用化學或物理工藝來去除材料以創建結構。自下而上方法通過對結構進行自組裝的物理和/或化學工藝來合成結構。在一些實施例中，不需要外部刺激來將第一諧振器電極11設置到振蕩運動中。與系統相關聯的熱能典型地足以將第一諧振器電極11設置到運動中，其中其運動的主分量與其基模相關聯。在其他實施例中，可以使用獨立的刺激來將第一諧振器電極11設置到振蕩運動中。第一電極11相對于第二電極12的振蕩運動15導致第一電極11和第二電極12 之間的間隙13的大小隨時間可變。間隙13的大小隨著第一諧振器電極11振蕩而改變。第一諧振器電極11和第二電極12之間的間隙13引入第一諧振器電極11和第二電極12之間的勢壘。該間隙可以包括真空或非導電介質。非導電介質是在其跨其傳導任何電子之前需要跨其建立顯著的電勢差的介質。對于小電勢差值而言在電勢差和電流之間不存在線性關系。非導電材料可以是液體。其可以例如是氣體或諸如空氣之類的氣體混合物或液體。電能源2被配置為提供跨間隙13的電勢差。在所圖示的示例中，電能源是提供基本恒定偏置的直流(DC)電壓的一個或多個電池單元。DC偏置控制AC電子轉移信號 (I)的幅度，并且因此允許控制振蕩器的轉移函數H(j ω0)，從而可以對于自維持振蕩滿足 Barldiausen 準則。BarWiausen 準則是 H(j coq)G(j ω。)= 1，其中 G(jcoQ)是反饋環路的增益而H(Jcotl)是在諧振頻率Coci的振蕩器的轉移函數。跨間隙13的電勢差和非導電的間隙13的組合導致電荷累計在第一電極11和第二電極12上。在所圖示的示例中，第一電極是陰極而第二電極是陽極。所施加的電勢差和間隙的大小被配置為提供至少在間隙隨著第一電極11的運動而變窄時促進跨間隙13的電子轉移14的電場。跨間隙13的電子轉移14的概率依賴于間隙的大小，因為它依賴于克服勢壘和從第一電極的材料釋放電子所需的電場。勢壘可以被視作電極材料的屬性，例如對于場發射的功函數。勢壘可以被視作間隙的屬性，例如量子力學隧道效應中的勢壘。反饋電路20被配置為將依賴于跨間隙13的電子轉移14的電子轉移信號(I)作為到驅動電極30的反饋信號21而進行傳遞。在本實施例中反饋電路20是“內部反饋”電路。這意味著反饋電路20包括具有與第一諧振器電極11的大小相同數量級的路徑長度的互連。也就是說，它是介觀的 (mesoscopic)。在該實施例中，互連不延伸到在不同的、宏觀的尺度的外部電路。然而，在其他實施例中，反饋電路可以是“外部反饋”電路。這意味著反饋電路20包括延伸到在不同的、宏觀的尺度的外部電路的互連。驅動電極30位于與第一諧振器電極11相鄰和接近，但不與第一諧振器電極11接觸。驅動電極30在第一諧振元件11和驅動電極30之間建立依賴于反饋信號21的電場。驅動電極30的表面面積及其與第一諧振器電極11的分隔被配置為使得在驅動電極30和第一諧振器電極11之間存在足夠的電容耦合。驅動電極30和第一諧振器電極11 之間的電容越大，則由驅動電極施加在第一諧振器電極11上的力越大。隨著第一諧振器電極11振蕩，其產生振蕩反饋信號21，該振蕩反饋信號21轉而產生在第一諧振器電極11上的振蕩力，從而創建無需外部地施加的振蕩驅動信號或外部相位或增益控制而自維持第一諧振器電極11的振蕩的正反饋系統。在主要由DC電勢源控制的反饋電路參數滿足Bariihausen準則時，實現自維持的振蕩。第一諧振器電極11的機械阻抗(懸臂的硬度)小，從而使得由驅動電極的電場提供的能量足以維持振蕩。第一諧振器電極11的機械阻抗(懸臂的硬度)還可以用于提供穩定。例如，懸臂的硬度與其位移的立方成比例而非線性地增加。圖2圖示了包括多個振蕩器的裝置10。每個振蕩器包括第一諧振器電極11、通過間隙13與第一電極11分隔的第二電極12、被配置為將依賴于跨間隙13的電子轉移14的電子轉移信號(I)作為反饋信號21進行傳遞的反饋電路20、以及驅動電極30。在該示例中，振蕩器共享用于提供促進跨間隙13的電子轉移14的跨間隙13的偏置電壓的共同電能源2。在該示例中，振蕩器共享被配置為從振蕩器的反饋電路20接收反饋信號21的、與振蕩器的第一電極11相鄰的共同驅動電極30。組合來自分離的振蕩器的反饋信號21，并且向共同驅動電極30提供所生成的反饋信號的組合疊加。這在各個振蕩器之間施加耦合，從而使得可以發生振蕩器之間的同步， 即不同振蕩器的第一諧振器電極11可以同相移動。所圖示的示例中的振蕩器的第一諧振器電極11從分離的納米線50形成，所述納米線中的每個通過安裝在襯底討上的夾具52而保持在懸臂布置中。共同驅動電極30和共同第二電極12也安裝在襯底M上。襯底M例如可以從藍寶石、玻璃或氧化硅形成。圖3圖示了包括與圖2中所圖示的類似的多個振蕩器的裝置。然而，該裝置不僅具有支撐共同驅動電極30的底部襯底54，它還具有支撐另一共同驅動電極30的頂部襯底 54。組合來自分離的振蕩器的反饋信號21，并且向相互同相的兩個相對的共同驅動電極30提供所生成的反饋信號的組合疊加。這在各個振蕩器之間施加耦合，從而使得可以發生振蕩器之間的同步。不同振蕩器的第一諧振器電極11中的一些第一諧振器電極可以同相移動(由兩個相對的驅動電極中的相同的驅動電極驅動)，并且其他的諧振器電極11可以反相移動(由兩個相對的驅動電極中的不同的驅動電極驅動)。每個振蕩器可以與陣列內的每個其他振蕩器同相或反相。即每個振蕩器占據兩個相位狀態中的一個。圖4示意性地圖示了包括多個振蕩器5(^5(^*503和控制電路的裝置10，所述控制電路包括組合電路6 和路由電路663。每個振蕩器50 包括第一諧振器電極Iln、通過間隙與第一電極Iln分隔的第二電極12n、被配置為將依賴于跨間隙的電子轉移的電子轉移信號(I)作為反饋信號21n進行傳遞的反饋電路20、以及被配置為從反饋電路接收反饋信號的與第一電極Iln相鄰的驅動電極 30n。多個反饋信號21210^213被提供為到第一組合電路6 的輸入。第一組合電路 6 創建其輸入中的所選擇的輸入的和，并且提供該和作為輸出信號64lt)在一些實施例中， 該和可以被選擇性地加權。多個反饋信號21i、212和213被提供為到第二組合電路622的輸入。第二組合電路 622創建其輸入中的所選擇的輸入的和，并且提供該和作為輸出信號642。在一些實施例中， 該和可以被選擇性地加權。多個反饋信號21i、212和213被提供為到第三組合電路623的輸入。第三組合電路 6 創建其輸入中的所選擇的輸入的和，并且提供該和作為輸出信號643。在一些實施例中， 該和可以被選擇性地加權。路由電路663接收多個輸出信號eUU^并且向第一振蕩器GO1的驅動電極 SO1選擇性地提供多個輸出信號64ρ642、643中的一個作為反饋信號64a、向第二振蕩器602的驅動電極302選擇性地提供多個輸出信號641、642、643中的一個作為反饋信號6415、并且向第三振蕩器603的驅動電極303選擇性地提供多個輸出信號64ρ642、643中的一個作為反饋信號64。。因此，有可能暫時或永久地配置裝置10，從而第一振蕩器6(^的驅動電極被配置為從第二振蕩器602的反饋電路接收反饋信號212。因此，有可能暫時或永久地配置裝置10，從而第一振蕩器6(^的驅動電極被配置為不從第一振蕩器GO1的反饋電路接收反饋信號21lt)還有可能向各個振蕩器60的多個驅動電極30提供相同的反饋信號64。該多個驅動電極30繼而作為共同驅動電極而操作。組合電路62i和路由電路663典型地被提供為不與振蕩器“芯片上”集成的外部電路。組合電路6 和路由電路66的大小尺度典型地是宏觀的，也就是說是比振蕩器60大得多的尺度。在附圖和以上描述中，組件可能被圖示和/或描述為連接。應當理解，可替代地， 組件可以操作地耦合，并且可以存在任何數目的中介元件或中介元件的任何組合(包括無中介元件)。以上段落中所描述的裝置10的應用包括但不限于模式識別、數據分類、射頻電子、信號處理、感測和編碼/解碼。雖然已經參考各種示例在以上段落中描述了本發明的實施例，但應當理解對所給出的示例可以進行修改而不從所請求保護的本發明的范圍偏離。以上描述中所描述的特征可以按照與明確描述的組合不同的組合來使用。雖然已經參考特定特征描述了功能，但這些功能可以由無論是否已描述的其他特征來執行。雖然已經參考特定實施例描述了特征，但這些特征也可以存在于無論是否已描述的其他實施例中。雖然在以上說明書中試圖對本發明的據信尤其重要的那些特征的關注，但應當理解，申請人對于上文提及和/或在附圖中示出的任何可專利特征或特征組合請求保護，而無論是否已對其特別強調。
權利要求
1.一種裝置，其包括諧振器電極和通過間隙與所述諧振器電極分隔的第二電極，所述間隙具有這樣的大小，所述大小被配置為促進跨所述間隙的電子轉移，其中所述諧振器電極被安裝以進行相對于所述第二電極的振蕩運動，所述振蕩運動導致所述諧振器電極和所述第二電極之間的所述間隙的大小隨時間可變；反饋電路，其被配置為將依賴于跨所述間隙的電子轉移的電子轉移信號作為反饋信號而進行傳遞；以及用于驅動所述諧振器電極的驅動電極，其被配置為從反饋電路接收反饋信號，所述反饋電路被配置為提供依賴于跨間隙的電子轉移的反饋信號。
2.如權利要求1所述的裝置，其進一步包括電能源，其用于提供用于建立跨所述間隙的電壓的恒定偏置電壓。
3.如權利要求1或2所述的裝置，其中所述反饋電路提供與所述諧振器電極處于相同的大小尺度的內部反饋。
4.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中所述諧振器電極是懸臂。
5.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中所述裝置是納米機電系統并且所述諧振器電極是納米結構。
6.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中所述驅動電極的大小和位置被設置為使得所述驅動電極和所述諧振器電極之間的電容使能所述諧振器電極的自維持振蕩運動。
7.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中，在使用中，跨間隙的電子轉移的概率依賴于所述間隙的大小，跨隨時間變化的間隙的電子轉移產生隨時間變化的反饋信號，并且被施加到所述驅動電極的隨時間變化的反饋信號提供所述諧振器電極移動經過的隨時間變化的場。
8.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其中與所述諧振器電極相鄰的所述驅動電極被配置為從所述反饋電路接收所述反饋信號。
9.如前述權利要求中的任一項所述的裝置，其包括多個振蕩器，其中每個振蕩器包括諧振器電極和通過間隙與所述諧振器電極分隔的第二電極，所述間隙具有這樣的大小，所述大小被配置為促進跨所述間隙的電子轉移，其中所述諧振器電極被安裝以進行相對于所述第二電極的振蕩運動，所述振蕩運動導致所述諧振器電極和所述第二電極之間的所述間隙的大小隨時間可變；反饋電路，其被配置為將依賴于跨所述間隙的電子轉移的電子轉移信號作為反饋信號而進行傳遞；以及用于驅動所述諧振器電極的至少一個驅動電極，其被配置為從反饋電路接收反饋信號，所述反饋電路被配置為提供依賴于跨間隙的電子轉移的反饋信號。
10.如權利要求9所述的裝置，其中共同驅動電極用于所述多個振蕩器中的一些或全部振蕩器。
11.如權利要求9或10所述的裝置，其中共同第二電極用于所述多個振蕩器中的一些或全部振蕩器。
12.如權利要求9、10或11所述的裝置，其中第一振蕩器的所述驅動電極被配置為從第二振蕩器的所述反饋電路接收反饋信號。
13.如權利要求12所述的裝置，其中所述第一振蕩器的所述驅動電極被配置為不從所述第一振蕩器的所述反饋電路接收反饋信號。
14.如權利要求9、10或11所述的裝置，其進一步包括控制機制，所述控制機制被配置為選擇哪些驅動電極從哪些振蕩器接收反饋信號。
15.如權利要求9、10或11所述的裝置，其進一步包括控制機制，所述控制機制被配置為選擇性地連接第一振蕩器的驅動電極以從多個振蕩器中的任何振蕩器接收所選擇的反饋信號。
16.如權利要求9、10或11所述的裝置，其進一步包括控制機制，所述控制機制被配置為組合所選擇的多個振蕩器的反饋信號以產生用于一個或多個驅動電極的組合的反饋信號。
17.一種裝置，其包括諧振器電極和第二電極，其被配置為使得所述諧振器電極和所述第二電極的第一相對運動改變所述諧振器電極和所述第二電極之間的間隙；用于傳遞依賴于跨所述間隙的電子轉移的電子轉移信號的部件；用于維持跨非導電間隙的電子轉移的概率依賴于跨所述間隙的距離的部件；以及用于依賴于電子轉移信號而改變所述諧振器電極移動經過的場的部件。
18.一種方法，其包括傳遞依賴于跨第一振蕩電極和第二電極之間的間隙的電子轉移的振蕩電子轉移電流； 以及使用依賴于跨第三振蕩電極和第四電極之間的間隙的電子轉移的振蕩電子轉移電流來驅動所述第一振蕩電極。
19.如權利要求18所述的方法，其中所述第一和第三電極是同一電極。
20.如權利要求18所述的方法，其中所述第一和第三電極是不同的電極。
全文摘要
一種振蕩器裝置，其包括諧振器電極(11)和通過間隙(13)與所述諧振器電極分隔的第二電極(12)，所述間隙(13)具有這樣的大小，所述大小促進跨所述間隙(13)的電子轉移(14)，其中所述諧振器電極(11)是被安裝以進行相對于所述第二電極(12)的振蕩運動(15)的諧振器電極，所述振蕩運動導致所述諧振器電極和所述第二電極之間的所述間隙的大小隨時間可變；反饋電路(20)，其被配置為將依賴于跨所述間隙(13)的電子轉移(14)的電子轉移信號作為反饋信號(21)而進行傳遞；以及與所述諧振器電極(11)相鄰的驅動電極(30)，其被配置為從反饋電路接收反饋信號(21)，所述反饋電路被配置為提供依賴于跨間隙的電子轉移的隨時間變化的反饋信號。
文檔編號H03B28/00GK102577100SQ201080040526
公開日2012年7月11日 申請日期2010年8月17日 優先權日2009年9月10日
發明者J·基維奧亞, R·懷特 申請人:諾基亞公司