大范圍連續驅動的微機電器件及其驅動方法

專利名稱：大范圍連續驅動的微機電器件及其驅動方法
技術領域：
本發明與微機電器件和系統有關，尤其是與一種可大范圍連續驅動的微機電器件和系統有關。
背景技術：
目前很多種微機電器件如調制器，馬達，齒輪組，加速計，振動檢測器，可變電容，揚聲器，麥克風等的靜電控制依賴于在固定電極和可動電極之間直接加一電壓來完成。當直接給固定電極和可動電極之間加一電壓時，由于間隙變小，在電壓不變的情況下電極上的電荷會不斷地增加，因而產生的靜電力與電極間的間隙的平方成反比。當電極間的間隙小于一臨界值時，可動電極將被拉向固定電極。這通常被稱為靜電不穩現象。最大而不至于被拉向固定電極的可動電極的位移只有初始間隙的三分之一。因此，這樣的微機電器件的可動電極的可動范圍比較小。微機電器件的這一固有的靜電不穩性嚴重時甚至可能導致器件的失效。
在微機電調制器方面，因其低制造成本和高性能在信息顯示和處理方面具有廣闊應用前景。如前所述，微機電調制器通常在固定電極和可動電極之間加一偏壓而被驅動。調制器的透過、反射或衍射光的光強由于可動電極的變動而受到調制，或調制器的反射光隨可動鏡的轉動而被偏折。雖然微機電調制器可在這一有限的范圍內以模擬方式工作。但調制器并不可靠，因為外界振動可使可動電極移動超過這一臨界位置，使得作用于可動電極上的靜電力大于彈性回復力，從而導致可動電極被拉向固定電極而導致調制器的失效。
為避免這一靜電不穩性，通常微機電調制器以數字模式工作，即可動電極在兩個或多個穩定態之間切換。第一個以數字模式工作的商業化的微機電調制器為美國德克薩斯儀器公司開發的數字微反射鏡器件(DMD)。但DMD在顯示方面只能用于投影顯示而不能用于直接觀看的平面顯示。美國硅光機器公司(Silicon Light Machines Inc.)開發了一種可形變光刪光調制器。這種光調制器同樣以數字模式工作且只能用于投影顯示。美國Iridigm Display Corp.公司開發了以一種基于法布里-珀羅光學干涉原理的微機電調制器為像元的直接觀看的平面顯示。但這樣的調制器同樣以數字模式工作。以數字模式工作的調制器的灰度值是以脈寬調制或空間分振方法來實現。以數字模式工作的調制器的缺點是要求調制器的響應快，尺寸小，數量多，數據傳送速率高。這大大地提高了器件的制造成本。
在固定和可動電極之間直接加電壓的另外缺點是只可產生使兩電極相吸的靜電力。當兩電極粘在一起時很難用加電壓的手段使兩電極分開。有時要求微機電器件的可動元件可作兩方向的移動。
美國Aura Co.公司發明了一種以模擬方式工作的基于壓電驅動的薄膜微鏡調制器。由于這種調制器使用壓電材料來驅動微鏡并以模擬方式控制灰度，壓電材料的遲滯效應造成較大的問題。在大批量沉積良好的壓電薄膜時也存在一定的困難。這無疑增加器件的制造成本。壓電薄膜微鏡調制器還有微鏡轉動角度小，驅動電壓大等缺點。

發明內容
鑒于上述微機電器件的問題和缺點，本發明公開一種大范圍連續驅動微機電器件的可動元件的方法。微機電器件包括上中下三電極，其中，上電極固定于下電極之上，中間電極位于上下電極之間，中間電極在靜電力的作用下可動。器件的驅動方法為首先，相對于上下電極在中間電極上加一充電電壓，給中間電極充上一定數量的電荷，充電時，上下電極之間可加一電壓，這一電壓的取值一般以使得中間電極上的凈靜電力小于或等于中間電極的彈性回復力。然后，將已充上電的中間電極與電壓源斷開，并在上下電極之間加上偏壓以驅動中間電極到預定位置。
另一種大范圍驅動微機電器件的方法為首先，在上下電極之間加一充電電壓。然后，將上或下電極與電壓源斷開。再將與電壓源斷開的上或下電極與中間電極接通，使得電荷得以向中間電極轉移。中間電極由于被充上電荷而被驅動。另外，在中間電極被充上電荷之后將中間電極與相連的上或下電極斷開，并在上下電極之間加一偏壓。通過選擇這一偏壓的極性和幅值，可使作用于中間電極的靜電力既可朝向上電極也可朝向下電極。
再一種大范圍驅動微機電器件的方法為利用一包含一浮動電極的充電器件給微機電器件的中間電極充電。充電器件包含第一和第二電極。浮動電極位于充電器件的第一和第二電極之間。浮動電極被厚度在幾到幾十納米的兩介質層分別與上述充電器件的第一和第二電極相隔開，這兩介質層的厚度不一樣。浮動電極與微機電器件的中間電極相聯。先在充電器件的第一和第二電極之間加一充電電壓以給中間電極充電。然后在微機電器件的上下電極之間加一偏壓，或將微機電器件的上下電極其中之一接地。這樣可在微機電器件的中間電極上產生靜電力。這里所說的充電器件可以是半導體可擦寫只讀存儲器。
本發明的大范圍連續驅動微機電器件的方法可應用于微馬達，微齒輪組等的可動元件的懸浮，及加速計，振動檢測器，可變電容，揚聲器，麥克風等。
本發明的大范圍連續驅動微機電器件的可動電極的方法還可應用于微機電調制器的驅動。這一微機電器件包括一帶有一下電極的下元件，可動元件，可動中間電極，帶有上電極的上元件。上元件固定于下元件之上。中間電極以一定初始間隙位于上下電極之間。可動元件由可形變支承物支承，并與中間電極相連，使得作用于中間電極的靜電力可使可動元件移動。可動元件可構成一法布里-珀羅光學腔的一腔壁，或包括一微反射鏡，或包括一由多個長條梁組成的衍射光柵。當可動元件在靜電力的驅動下做連續移動或轉動時，入射到調制器的光線的強度可被連續調制，或光線可被連續偏折。
用這樣的微機電調制器作為像素可作成一顯示面板。


圖1a，1b，1c，和1d圖示本發明微機電器件的驅動方法。
圖2是一本發明微機電調制器的典型實施例的透示圖。
圖3是一本發明微機電調制器的另一典型實施例的透示圖。
圖4是一本發明微機電調制器的另一典型實施例的透示圖。
圖5是一本發明微機電調制器的另一典型實施例的透示圖。
圖6是一本發明微機電調制器的另一典型實施例的透示圖。
圖7是一本發明微機電調制器的另一典型實施例的透示圖。
圖8圖示本發明微機電調制器陣列的驅動方案。
圖9圖示本發明微機電調制器陣列的另一驅動方案。
圖10圖示本發明微機電調制器陣列的另一驅動方案。
圖11圖示本發明微機電調制器陣列的另一驅動方案。
具體實施例方式
由于直接給固定電極和可動電極之間加電壓會導致靜電不穩的問題。產生這一問題的根本原因是當電極間的間隙變小時可動電極上的電荷會不斷地增加。本發明的解決方法是采用一由上中下三電極組成的電極組。上下電極以一固定的間隙隔開。中間電極位于上下電極之間并可動。微機電器件的驅動方法如圖1a，1b，1c和1d所示。上電極7可接一共同電壓，但為方便說明起鑒傾向于接一共同地線。
如圖1a所示，微機電器件的驅動方法如下首先，在下電極3上加一偏壓Vb1，合上開關15在中間電極5上加一充電電壓Vd，給中間電極5充上一定數量的電荷Q0。當3和5間的初始間隙d1等于5和7間的初始間隙d2時，充電時上下電極之間的偏壓Vb1傾向為零；當上下初始間隙不等時，充電時上下電極給中間電極產生的靜電力分別為ε*A*Vd2/(2d22)和ε*A*(Vd-Vb1)2/(2d12)，下電極3上的偏壓Vb1的取值以使得作用于中間電極上的凈靜電力|ε*A*Vd2/(2d22)-ε*A*(Vd-Vb1)2/(2d12)|小于或等于中間電極的彈性回復力。這樣，充電時中間電極將不會移動。然而，對中間電極5的充電也可通過將充電電壓Vd加于上下電極其中之一和中間電極之間來完成，在這種情況下，選取充電電壓Vd使得充電時中間電極不被吸向相應的電極。然后，斷開開關15將已充上電的中間電極5絕緣開，并在上下電極之間加上偏壓Vb以驅動可動電極到預定位置。作用于中間電極5上的靜電力由下面式子表達F＝Vb*Q0/D+Q02*(x0+x)/(2D*ε*A) (1)如圖1b所示，微機電器件的另一驅動方法如下首先，合上開關15將充電電壓Vd加于下電極3上，等充電過程完成之后將開關15斷開使得下電極3與電壓源斷開，并將開關16合上使電極3與中間電極5相接通，使得電極3上的電荷Q0得以轉移到中間電極5上，然后，將開關16斷開使中間電極5絕緣開。由于上電極7接地，作用于中間電極5上的靜電力為F＝Q02/(2*ε*A)(2)若再在下電極3上加一偏壓Vb，則作用于中間電極5上的靜電力由式子(1)表達。其中，D為上下電極3和7之間的固定不變的間隙，A是電極3，5和7的有效面積，ε為電極間介質的介電常數，x0為中間電極5的初始位置到上下電極之間的中點的距離即為(d1-d2)/2，x為中間電極5相對于初始位置的移動距離。
由表達式(1)可看出，可動電極的機械特性如等效彈性系數和共振頻率等可通過控制電荷Q0而被改變。一般可設定式子(1)中的靜電力項Q02*x/(2D*ε*A)小于中間電極的彈性回復力。當重新對中間電極充電時，如中間電極與上下電極的初始間隙相等，因x0為零，可先將偏壓Vb設為零；如上下初始間隙不等，可先設定偏壓Vb使得式子(1)中的靜電力項Vb*Q0/D+Q02*x0/(2D*ε*A)為零，或者將中間電極上的剩余電荷釋放掉。這樣，當重新對中間電極充電時中間電極可回到初始位置。中間電極上的剩余電荷的釋放可通過給上中下三電極加零電壓來完成。在圖1b中，當給下電極3重新充電時，如中間電極5上有剩余電荷，傾向于先將中間電極5與下電極3接通并給下電極3加零電壓而將剩余電荷去除掉。然而，這一步驟并不是必須的。
由表達式(1)給出的靜電力F與中間電極的移動距離x成正比。而表達式(2)給出的靜電力與中間電極的移動距離x無關。這和以往在電極間直接加電壓產生的靜電力與電極間的間隙成平方反比不一樣。本發明微機電器件所產生的靜電力不會導致以往微機電器件所產生的固有的靜電不穩性問題。所以，中間電極5可在電極3和7的整個間隙間移動。而以往微機電器件的可動電極的可移動距離只有初始間隙的三分之一，超過這一距離可動電極就會被拉到固定電極上。由于這一靜電不穩性，以往微機電器件工作于兩種狀態，即數字模式。本發明的優點是微機電器件的可動元件可在較大范圍內連續移動，即以模擬模式工作，而不會產生靜電不穩問題。本發明的微機電器件還有如下優點(1)在靜電力的作用下，中間電極既可朝上電極也可朝下電極移動；(2)如果由于外界振動，可動元件偏離原來的位置，可動元件仍能重新回到原來的位置；(3)微機電器件沒有遲滯效應。
如圖1c和1d所示，給微機電器件中間電極的充電還可以通過一包含一浮動電極17的充電器件18來實現。充電器件包含第一和第二電極，浮動電極17位于充電器件18的第一和第二電極之間并分別被一薄和厚介質層隔開。薄介質層的厚度足夠薄，以致在充電器件的第一和第二電極之間加足夠高的電壓時電荷可通過遂道效應穿過介質而到達浮動電極。薄介質層的厚度一般在幾到十幾納米，厚介質層的厚度一般為十幾到幾十納米。當在充電器件的第一和第二電極之間加低電壓或不加電壓時，由于電場強度不夠而浮動電極上的電荷不能或很少穿透介質層而瀉漏掉。浮動電極上的電荷可保持很長一段時間，甚至長達十年。浮動電極17與微機電器件的中間電極5相聯接，從而給中間電極5充電。這里所說的充電器件也可為半導體可擦寫存儲器(EPROM)。如圖1c所示，用這種方法給中間電極5充以Q0的電荷，而將上電極7接地，電極3懸浮。中間電極所受的靜電力由上面的表達式(2)給出。或者如圖1d所示，中間電極5位于上下3和7兩電極之間，先給中間電極5充以Q0的電荷，然后再在上下電極3和7之間加一偏壓Vb，中間電極5所受的靜電力由上面的表達式(1)給出。這樣的靜電力是雙向的，取決于中間電極上電荷的極性和電場的方向。
中間電極被充上電荷的這一微機電器件可用作振動檢測器，加速計和麥克風等。當外界震動引起中間電極的震動時，帶有電荷的中間電極會誘導上下電極上的電荷的變化。這會產生一交流信號。交流信號的幅值和頻率與震動的幅值和頻率相關。
本發明的微機電器件的可動元件的驅動方法可用于微馬達和微齒輪組。微馬達的轉動定子和微齒輪組為可動元件，這些可動元件包含中間電極，在中間電極的上下分別有上下電極。微馬達的轉動定子和微齒輪組可被產生的靜電力所懸浮。
本發明的微機電器件的驅動方法還可應用于微機電調制器。如圖2-7所示為微機電調制器的幾個典型實施例。這一調制器1包括一帶有一下電極3的下元件2，可動元件4，中間電極5，帶有上電極7的上元件6。上元件6由支承物9和/或10支承開于下元件2之上。中間電極5置于下電極3和上電極7之間。可動元件4由可形變支承物8支承，并與中間電極5相連，使得作用于中間電極5的靜電力可使可動元件4移動。可形變支承物8由支承物9支承下元件2之上并與其相連。在圖3-7中，為方便看清下面的元件，元件6或13畫成透明的。可動元件4也可為懸臂梁，可形變膜等結構。
參考圖2，下元件2的上表面與可動元件4的下表面構成一發布里-珀羅光學干涉腔。通過移動可動元件4改變光學腔的光學間隙20，從而改變調制器1的反射或透過率。光線可從上元件6方入射。但更傾向于下元件2是一透明基底，此時光線從下元件2方入射為佳。構成發布里-珀羅光學干涉腔的兩表面鍍有光學膜以增強調制器1的調制襯度。調制器1的其它表面鍍有防反射膜。
如圖3所示為另一實施例。上元件6可為一基片，這一基片和下元件2可以是透明的。基片6的下表面和可動元件4的上表面構成一發布里-珀羅光學干涉腔。調制器1的反射或透過率可通過改變光學間隙20而改變。構成發布里-珀羅光學干涉腔的兩表面鍍有光學膜以增強調制器1的調制襯度。調制器1的其它表面鍍有防反射膜。
如圖4所示為另一實施例。調制器1包括四組由上中下電極組成的電極組。可動元件4的四邊各有一組電極。圖4中，電極符號3和5右邊的字母a，b，c，d代表不同電極組的相應電極。在靜電力的作用下，可動元件4既可象活塞一樣上下移動又可圍繞兩相互垂直的軸轉動。可動元件4與下元件2形成一發布里-珀羅光學干涉腔，當可動元件4作上下移動時，調制器1的反射或透過率由于光學間隙20的改變而改變。可動元件4也可作轉動并具有一反射表面，從表面反射的光線可隨可動元件4的轉動而被偏折。
如圖5所示為另一實施例。上元件6為一透明基片。調制器1的可動元件4包括一衍射光珊12。衍射光珊由以一定周期相隔的長條梁組成。衍射光珊12的下表面與下元件2的上表面形成一光學間隙20。衍射光的強度隨光學間隙20的改變而被調制。行成光學間隙20的兩表面鍍有光學膜，使這兩表面有一定的反射率。控制這兩表面的反射率可優化調制器1的調制襯度。衍射光的色彩由衍射光珊的周期決定。
如圖6所示為另一實施例。調制器1的可動元件4通過支承物14支承于可形變支承物8之上，并安置于上下元件2和6之間。在可形變支承物8的兩邊各有一組有上中下電極組成的電極組。傾向于上元件6為一透明基片，可動元件4的上表面為一反射表面，光線從上元件6方入射并在可動元件4表面被反射。反射的光線隨可動元件4的轉動而被偏折。可動元件4的上表面以上的其它元件的表面鍍有防反射膜。
如圖7所示為另一實施例。調制器1包括一微反射鏡13。這一微反射鏡13由支承物14支承于可動元件4之上。在可形變支承物8的兩邊各有一組由上中下電極組成的電極組。微反射鏡13隨可動元件4的偏轉而偏轉，從而偏折從微反射鏡13上反射的光線。
用本發明的微機電調制器陣列可做成一種顯示面板。由于微機電調制器以模擬模式工作，顯示面板像素的灰度值或色彩可通過連續改變調制器光學腔間隙或轉動微反射鏡來實現。比起以往的調制器，本發明的調制器的尺寸可作得大些，數量可少些。
顯示面板的驅動方案如圖8、9、10和11所示。圖中所示為一2×2調制器陣列構成的顯示面板的驅動。每一調制器1有一組電極組。對于轉動微反射鏡的調制器，每一調制器在轉軸兩邊各有一組電極組。兩組電極組的驅動方法一樣，只是兩組電極組的中間電極上的靜電力的方向相反。所有調制器的上電極7可接一共同的電壓，但為方便說明起鑒，上電極7接一共同的地線。
圖8中，每一調制器有一尋址場效應三極管30。一行的三極管的柵電極通過一柵線31和一柵驅動器35相連。三極管的漏電極和調制器的中間電極5相連。一列的三極管的源電極通過一列線33和列驅動器34相連。一行的調制器的下電極3通過一行偏壓線32與一偏壓驅動器36相連。第一偏壓Vb1通過一行偏壓線32由偏壓驅動器36加到一行調制器的下電極上。當中間電極與上下電極的初始間隙相等時，第一偏壓Vb1取值傾向為零；當上下初始間隙不等時，第一偏壓Vb1的取值以使得這一行調制器的中間電極在充電時所受的凈靜電力最小化。中間電極5通過柵驅動器35激活一行的三極管而被尋址，由圖像數據決定的充電電壓由列驅動器34加到被尋址的中間電極5上。中間電極5被充電后，這一行的三極管被解除激活。然后，一第二偏壓Vb由偏壓驅動器36加到這一行的調制器的下電極3上。顯示面板的調制器一行一行地被驅動。如中間電極與上下電極的初始間隙相等，在顯示面板的某一行調制器被再次刷新之前，偏壓驅動器36給這一行調制器的下電極3加零偏壓，這樣，這一行調制器的中間電極5可回到初始位置。
如圖9所示，每一調制器有兩個尋址場效應三極管30和40。三極管30用于尋址中間電極5，而三極管40用于尋址下電極3。一行的三極管30的柵電極通過第一柵線31與第一柵驅動器35相連。三極管30的漏電極和調制器的中間電極5相連。一列的三極管30的源電極通過第一列線33與充電驅動器34相連。一行的三極管40的柵電極通過第二柵線38與第二柵驅動器37相連。三極管40的漏電極與調制器的下電極3相連。一列的三極管40的源電極通過第二列線39與偏壓驅動器36相連。顯示面板的驅動步驟如下(1)通過用第二柵驅動器37激活這一行的三極管40而尋址下電極，并由偏壓驅動器36將第一偏壓Vb1加于這一下電極3上。當中間電極與上下電極的初始間隙相等時，第一偏壓Vb1取值傾向為零；當上下初始間隙不等時，第一偏壓Vb1的取值以使得中間電極在充電時所受的凈靜電力小于或等于中間電極的彈性回復力。通過用第一柵驅動器35激活這一行的三極管30而尋址中間電極5，并由充電驅動器34將充電電壓Vd加于這一中間電極5上。(2)當這一行調制器的中間電極5被充以等量的電荷后，這一行的三極管30被解除激活。然后，通過用第二柵驅動器37激活這一行的三極管40而尋址下電極3，并由偏壓驅動器36將由圖像數據決定的第二偏壓Vb加于這一下電極3上。顯示面板的調制器一行一行地被驅動。中間電極以數幀時間間隔被重新充電以保持中間電極上的電荷不低于某一數值。一般可設定式子(1)中的靜電力項Q02*x/(2D*ε*A)小于或等于中間電極的彈性回復力。當重新對中間電極充電時，如中間電極與上下電極的初始間隙相等，可先將偏壓Vb變為零；如上下初始間隙不等，可先將偏壓Vb變為前次充電時所加的偏壓Vb1。這樣當重新對中間電極充電時中間電極可回到初始位置。減少充電次數可節省能耗。而加到下電極代表圖像數據的第二偏壓Vb每幀被刷新一次。
如圖10所示，顯示面板的每一調制器有兩個場效應三極管30和40。三極管30用于尋址下電極3，而三極管40用于控制中間電極5與下電極3的通斷。一行的三極管30的柵電極通過第一柵線31與第一柵驅動器35相連。三極管30的漏電極和調制器的下電極3相連。一列的三極管30的源電極通過一列線33與充電驅動器34相連。一行的三極管40的柵電極通過第二柵線38與第二柵驅動器37相連。三極管40的漏電極與調制器的中間電極5相連。三極管40的源電極與調制器的下電極3相連。顯示面板的的驅動步驟如下(1)通過用第一柵驅動器35激活一行的三極管30而尋址下電極3，并由充電驅動器34將充電電壓Vd加于下電極3上。等充電過程完成之后，這一行的三極管30被解除激活。(2)通過用第二柵驅動器37激活這一行的三極管40，使下電極3與中間電極5相接通，使得下電極3上的電荷得以轉移到中間電極5上，然后，將這一行的三極管40解除激活。由于上電極7接地，調制器的中間電極5被驅動。此時，調制器的中間電極5上的靜電力由表達式(2)給出。充電電壓Vd由圖像數據和中間電極上的剩余電荷決定。為避免剩余電荷的影響，重新充電前可先將中間電極上的剩余電荷釋放掉。剩余電荷的去除可通過將中間電極5與下電極3接通并給下電極3加零電壓來完成。也可通過用第一柵驅動器35激活這一行的三極管30而再次尋址下電極3，并用充電驅動器34將一偏壓Vb加于下電極3上而驅動調制器的中間電極5，而此時，調制器的中間電極5上的靜電力由表達式(1)給出。在這種情況下，中間電極5被充上固定的電荷，偏壓Vb由圖像數據決定。
圖11中，每一調制器1有一尋址場效應三極管30。一行的三極管的柵電極通過一柵線31和一柵驅動器35相連。三極管的漏電極和調制器的下電極3相連。一列的三極管的源電極通過一列線33和列驅動器36相連。每一調制器的中間電極5與充電器件18的浮動電極相連接。先在顯示面板的所有的充電器件18的第一和第二電極之間加一足夠高的充電電壓Vd，以便給所有調制器的中間電極5充以同樣多的電荷。一旦中間電極5被充上電荷后，將充電器件的第一和第二電極懸空。這些電荷可保持很長時間，甚至可長達十年。然后將由圖像數據決定的偏壓加于每一調制器的下電極3上。下電極3上的偏壓每幀被刷新一次。若中間電極5上的電荷由于瀉漏而低于一定的域值時，可用上述方法給中間電極5重新充電。上述的充電器件18可由一半導體可擦寫只讀存儲器(EPROM)來代替，充電時還須給半導體可擦寫只讀存儲器的漏電極加一電壓，圖中沒有畫出。
本發明的調制器的應用還包括掃描器，條形碼讀取器，打印機，光通信的光開關，衰減器，慮光器，波分復用器等。顯示面板可應用于直接觀看平面顯示，投影顯示，背投電視等。本發明不僅僅限于所描述的典型實施例。對于熟練的技術人員來說，在本權利要求的范圍內，很容易作些變動。
權利要求
1.一種大范圍連續驅動微機電器件的方法，其特征在于包括如下步驟(a)提供一微機電器件，其中，微機電器件提供至少一組包括上中下三電極的電極組，其中，上述上電極以一定間隙固定于上述下電極之上，上述中間電極以一定初始間隙位于上述上下電極之間，上述中間電極可移動；(b)給上述中間電極充以一定數量的電荷；(c)把上述中間電極絕緣開；(d)給至少上述上下電極其中之一加一第一偏壓，其中，所述的微機電器件由于中間電極被所產生的靜電力所驅動而驅動。
2.如權利要求1所述的驅動微機電器件的方法，其特征在于上述充電步驟(b)通過給上述中間電極加一充電電壓來實現，在上述步驟(d)中，上述第一偏壓加于上述上下電極之間。
3.如權利要求2所述的驅動微機電器件的方法，其特征在于在上述充電步驟(b)時，在上述上下電極之間加一第二偏壓，上述第二偏壓的選擇以使得在充電過程中作用于上述中間電極上的凈靜電力小于或等于上述中間電極的彈性回復力。
4.如權利要求1所述的驅動微機電器件的方法，其特征在于上述充電步驟(b)包括如下步驟(e)在上述上下電極之間加一充電電壓；(f)將上述上下電極其中之一絕緣開；(g)把在上述步驟(f)中被絕緣開的上或下電極與上述中間電極相連，使得電荷得以轉移到中間電極上。
5.如權利要求4所述的驅動微機電器件的方法，其特征在于還包括如下步驟在上述步驟(g)之后將上述中間電極與相連的上述上或下電極斷開，其中，在上述步驟(d)中，上述第一偏壓加于上述上下電極之間。
6.一種可大范圍連續驅動的微機電器件，其特征在于它包括至少一微機電結構和一驅動所述微機電結構的電子手段，其中，所述微機電結構包括(a)至少一位于一下元件上的下電極；(b)至少一位于一上元件上的上電極；(c)一可動元件；(d)至少一可動中間電極；其中，上述上元件以一定的間隙固定于上述下元件之上，上述中間電極以一定初始間隙位于上述上下電極之間，上述中間電極與上述可動元件相連，使得當用上述電子手段在上述中間電極上施加靜電力時上述可動元件可隨上述中間電極移動。
7.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段給所述微機電結構提供至少一充電電壓和一第一偏壓，其中，上述充電電壓加于上述中間電極以給上述中間電極充以一定數量的電荷，待充電完畢后，將上述中間電極絕緣開，然后在上述上下電極之間加上上述第一偏壓。
8.如權利要求7所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段還給所述微機電結構提供一第二偏壓，其中，在對上述中間電極充電時，將上述第二偏壓加于上述上下電極之間，上述第二偏壓的選擇以使得在充電過程中作用于上述中間電極上的凈靜電力小于或等于上述中間電極的彈性回復力。
9.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段給所述微機電結構提供至少一充電電壓，其中，上述充電電壓加于上述上下電極之間，待充電完畢后，將上述上下電極其中之一絕緣開，并將這一被絕緣開的電極與上述中間電極相連，使得電荷得以轉移到上述中間電極上。
10.如權利要求9所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段給所述微機電結構還提供一偏壓，其中，待上述中間電極充上電荷后，將上述中間電極與與其相連的上述上或下電極斷開，并將上述偏壓加于上述上下電極之間。
11.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段給所述微機電結構提供至少一充電電壓和一偏壓，所述微機電結構還包括至少一有一浮動電極的充電器件，其中，上述充電器件包括至少第一和第二電極，上述浮動電極位于上述第一和第二電極之間并與上述中間電極相連，上述浮動電極被厚度在幾到幾十納米的兩介質層分別與上述第一和第二電極相隔開，上述充電電壓加于上述第一和第二電極之間以給上述浮動電極充電，待充電完畢后，至少給上述上下電極其中之一加上上述偏壓。
12.如權利要求11所述的微機電器件，其特征在于上述充電器件為半導體可擦寫只讀存儲器。
13.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述微機電結構的中間電極被一薄介質層覆蓋。
14.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述可動元件由至少一可形變支承物支承開于上述下元件之上，其中，至少上述可動元件和上述可形變支承物其中之一包含至少一導電部分，這一導電部分起著上述中間電極的作用。
15.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于所述微機電結構包括一由上述可動元件和上述上下元件其中之一構成的光學腔，其中，所述的微機電結構的透過率或反射率可通過改變上述光學腔的間隙而改變。
16.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述微機電結構的可動元件包括一反射表面，其中，上述可動元件可轉動，使得從上述反射表面反射的光線可被偏折。
17.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于所述微機電結構還包括一微反射鏡，其中，上述微反射鏡通過一支承物安置于上述可動元件上方，上述微反射鏡可隨上述可動元件的轉動而轉動，使得從上述微反射鏡反射的光線可被偏折。
18.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于上述微機電結構的可動元件包括一衍射光珊，其中，上述衍射光珊和上述上下元件其中之一構成一光學腔，使得被衍射光珊衍射的光線強度可通過改變上述光學腔的間隙而改變。
19.如權利要求6所述的微機電器件，其特征在于它包括一上述微機電結構陣列。
20.如權利要求19所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段包括一尋址矩陣，上述尋址矩陣的每一單元包括至少一晶體管以尋址每一上述微機電結構的電極當中至少中間電極。
21.如權利要求20所述的微機電器件，其特征在于上述電子手段包括一尋址矩陣，上述尋址矩陣的每一單元包括第一和第二晶體管，上述第一晶體管用于尋址每一上述微機電結構的中間電極而上述第二晶體管用于尋址每一上述微機電結構的上下電極其中之一。
22.如權利要求9所述的微機電器件，其特征在于它包括一上述微機電結構陣列，其中，上述電子手段包括一尋址矩陣，上述尋址矩陣的每一單元包括第一和第二晶體管，上述第一晶體管用于尋址每一上述微機電結構的上下電極其中之一而上述第二晶體管用于控制每一上述微機電結構的中間電極與可被上述第一晶體管尋址的上或下電極的通斷。
23.如權利要求11所述的微機電器件，其特征在于它包括一上述微機電結構陣列，其中，上述電子手段包括一尋址矩陣，上述尋址矩陣的每一單元包括一晶體管，上述晶體管用于尋址每一上述微機電結構的上下電極其中之一。
全文摘要
本發明公開一種大范圍連續驅動的微機電器件和系統及其驅動方法。微機電器件包括一含有下電極的下元件，可動元件，可動中間電極，一含有上電極的上元件。上元件固定于下元件之上。可動中間電極位于上下電極之間并與它們相隔一定間隔。可動元件與中間電極相連，使得可動元件可隨中間電極的移動而移動。微機電器件的可動中間電極由于被充上電荷而被驅動，因而可避免以往微機電器件固有的靜電不穩的問題。
文檔編號H04R17/00GK1769159SQ20041006769
公開日2006年5月10日 申請日期2004年10月26日 優先權日2004年10月26日
發明者吳章華 申請人:吳章華