(57)【要約】      （修正有）【課題】高効率で流体の体積流に影響を及ぼすことができ、および／または、高効率で体積流の影響を受けることができるＭＥＭＳトランスデューサおよびその製造方法を提供する。【解決手段】流体の体積流１２と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、キャビティ１６を備える基板１４と、キャビティ内で基板に接続され、横運動方向に沿って変形可能な変形可能要素を備える電気機械トランスデューサ１８とを含み、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と、流体の体積流とは因果関係にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の体積流（１２）と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサであって、キャビティ（１６）を備える基板（１４）と、前記キャビティ（１６）内で前記基板（１４）に接続され、横運動方向（２４）に沿って変形可能な変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）と、を含み、
前記横運動方向（２４）に沿った前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の変形と前記流体の前記体積流（１２）とが因果関係にあり、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形は、前記基板（１４）に対して面内の前記変形可能要素の湾曲である、ＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）は、圧力嵌めまたは形状嵌合の様式で前記基板（１４）に接続される、請求項１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３】
前記変形可能要素は、能動的な屈曲バーを含み、前記流体の前記体積流（１２）に接触するように構成されている、請求項１または２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、電気的駆動（１２９ａ）に応答して、前記キャビティ（１６）内の前記流体の運動を因果的に引き起こし、および／または、前記キャビティ（１６）内の流体の運動に応答して、電気的信号（１２９ｂ）を因果的に提供するように構成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５】
前記ＭＥＭＳトランスデューサは、前記基板（１４）に接続されており、各々が前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える第１の電気機械トランスデューサおよび第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ〜ｅ）を備え、前記要素は、前記横運動方向（２４）に沿って変形されるように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）および前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）は、第１の時間間隔の間は互いに向かって運動し、第２の時間間隔の間は互いから外方に運動するように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）との間のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）の容積は、前記第１の時間間隔と前記第２の時間間隔との間で可変である、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６】
前記ＭＥＭＳトランスデューサは、前記基板（１４）に接続されており、各々が前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える複数の電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）を備え、第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）との間に第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）が配置されており、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）との間に第２のサブキャビティ（３８ａ、３８ｂ）が配置されている、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７】
前記第１の電気機械トランスデューサ、前記第２の電気機械トランスデューサおよび前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｂ、１８ｃ）は、電気駆動（１２９ａ）に応答して前記キャビティ（１６）内の前記流体の運動を因果的に引き起こすように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサおよび前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）は、第１の周波数で前記第１のサブキャビティの容積を変化させるように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）および前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）は、第２の周波数で前記第２のサブキャビティの容積を変化させるように構成されている、請求項６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項８】
前記第１のサブキャビティおよび前記第２のサブキャビティは、互いに異なる共振周波数を含む、請求項６または７に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項９】
前記第１の電気機械トランスデューサおよび前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）は、第１の周波数で前記第１のサブキャビティの容積を変化させるように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）および前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）は、第２の周波数で前記第２のサブキャビティの容積を変化させるように構成されている、請求項８に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１０】
前記体積流（１２）および前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形は、前記第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）および前記第２のサブキャビティ（３８ａ、３８ｂ）の容積の変化と因果関係を有する、請求項６〜９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１１】
前記第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）と前記第２のサブキャビティ（３８ａ、３８ｂ）との間に配置され、前記前記第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）と前記第２のサブキャビティ（３８ａ、３８ｂ）との間の流体結合を少なくとも部分的に低減するように構成された壁構造（４９）を備える、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１２】
前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）および前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、それぞれ第１の端部および第２の端部を備えるバーアクチュエータ（３０）を含み、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）の前記バーアクチュエータ（３０）は、前記第１の端部および前記第２の端部において前記基板（１４）に接続されており、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）または前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記バーアクチュエータは、前記バーアクチュエータの中央領域において前記基板（１４）に接続されている、請求項６〜１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１３】
前記基板（１４）は、前記キャビティ（１６）の複数のサブキャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）に接続された複数の開口（２６）を備え、各キャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）の容積は、前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な少なくとも１つの要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の偏向状態の影響を受け、サブキャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）の隣接する２つの部分容積は、前記第１の時間間隔または前記第２の時間間隔中にサイズが相補的に増大または減少することができる、請求項６〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１４】
前記基板（１４）は、前記キャビティ（１６）の複数のサブキャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）に接続された複数の開口（２６）を備え、各キャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）の容積は、前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な少なくとも１つの要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の偏向状態の影響を受け、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形に基づいて、および、前記サブキャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）に基づいて得られる音圧レベルの値は、関数として表すことができる、それぞれの前記サブキャビティ（４２ａ〜ｂ、３８ａ〜ｃ）を出入りする前記体積流（１２）の周波数との接続を含む、請求項６〜１２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１５】
前記体積流（１２）の前記周波数は、前記流体内の圧力の周波数依存経過を表す、請求項１４に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１６】
前記基板（１４）の開口（２６）に隣接する第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）は、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）の前記バー構造（３０）と、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）の前記バー構造（３０）との間に配置される、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１７】
前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）および前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、各々第１の端部および第２の端部を備えるバーアクチュエータ（３０）を含み、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）の前記バーアクチュエータ（３０）は、前記第１の端部および前記第２の端部において前記基板（１４）に接続されており、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）または前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）の前記バーアクチュエータは、前記バーアクチュエータの中央領域において前記基板（１４）に接続されており、前記基板（１４）の開口（２６）に隣接する第１のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）が、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）の前記バー構造（３０）と、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）の前記バー構造（３０）との間に配置されている、請求項６〜１１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１８】
前記第１の電気機械トランスデューサの第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）、および、前記第２の電気機械トランスデューサの第２の変形可能要素は、前記基板（１４）に対して面内に湾曲するように構成されているバー構造（３０）を含む、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項１９】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、能動的に形成され、前記体積流と相互作用するように構成され、または、前記第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）に接続され、剛性であるように構成されているプレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）が、前記体積流と相互作用するように構成されている、請求項１〜１８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２０】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、各々が第２のサブキャビティ部分（９６ａ、９６ｂ）の容積にそれぞれ影響を及ぼすように構成されている、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）の軸方向（ｙ）において少なくとも間接的に接続された複数の変形可能要素（２２；  ２２ａ〜ｆ；  ３０；  ４０；  １５０；  １６０）を含む、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２１】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、電気的駆動（１２９ａ）に応答して、前記第１のサブキャビティ部分（９６ａ）および前記第２のサブキャビティ部分（９６ｂ）内の前記流体の運動を因果的に引き起こすように構成されており、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、互いに異なる周波数で前記第１のサブキャビティ部分（９６ａ）および前記第２のサブキャビティ部分（９６ｂ）の容積を変化させるように構成されている、請求項２０に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２２】
前記キャビティ（１６）の容積は、第１の層（３２ａ）、第２の層（３２ｂ）、ならびに第１の側部領域（５３ａ）および第２の側部領域（５３ｂ）によって影響され、前記第１の領域と前記第２の領域との間に配置され、前記第１の側部領域（５３ａ）および前記第２の側部領域（５３ｂ）は、前記第１の層（３２ａ）と前記第２の層（３２ｂ）との間に配置され、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、少なくとも１つの部分において前記第１の層（３２ａ）または前記第２の層（３２ｂ）に平行な運動を実行する（５５）ように構成されている、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２３】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）が前記第１の層（３２ａ）および前記第２の層（３２ｂ）に対して非接触に配置されており、または、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）と前記第１の層（３２ａ）または前記第２の層（３２ｂ）との間に低摩擦層が配置されている、請求項２２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２４】
前記ＭＥＭＳトランスデューサは、層スタックを含み、前記層スタックは、前記第１の層（３２ａ）と、中間層（３６）と、前記第１の層（３２ａ）と前記中間層（３６）との間に配置されている第１のスペーサ層（３４ｂ）と、前記第２の層（３２ｂ）と、前記中間層（３６）と前記第２の層（３２ｂ）との間に配置されている第２のスペーサ層（３４ｂ）とを備え、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記中間層（３６）に接続されている、請求項２２または２３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２５】
前記第１のスペーサ層および前記第２のスペーサ層（３４ａ、３４ｂ）は、それに沿って前記第１のスペーサ層および前記第２のスペーサ層（３４ａ、３４ｂ）が前記中間層（３６）に配置される方向（ｚ）に沿った寸法を有し、前記寸法は、少なくとも１ｎｍで最大１ｍｍの範囲、好ましくは少なくとも２０ｎｍで最大１００μｍの範囲、特に好ましくは少なくとも５０ｎｍで最大１μｍの範囲内の値を含む、請求項２４に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２６】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）が変形している間に、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）の第１の側部から第２の側部へ前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）を回流する流体流（５７）の延伸は、前記キャビティ（１６）内の前記体積流（１２）の延伸よりも小さい、請求項１〜２５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２７】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）を回流する前記流体流（５７）の前記延伸は、前記体積流（１２）の前記延伸を値１０で除算した延伸以下である、請求項２６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２８】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記横運動方向（２４）に沿って、および、反対方向に沿って変形されるように構成される、請求項１〜２７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項２９】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）が、バー構造（３０）を含み、前記基板に対して面内に湾曲するように構成されている、請求項１〜２８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３０】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）が電圧を印加することによって偏向可能である作動方向（５９，５９’）を含むバイモルフとして構成されている、請求項１〜２９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３１】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、この順に配置された第１のバーセグメント（３０ａ）、第２のバーセグメント（３０ｂ）および第３のバーセグメント（３０ｃ）であって、軸方向（ｙ）に沿って前記順序で配置されており、各々が反対向きの作動方向（５９ａ〜ｃ）を含む、バーセグメントを備える、請求項３０に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３２】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、第１の変形可能要素および第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を含み、前記第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の外側バーセグメント（３０ａ、３０ｃ）および前記第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の外側バーセグメント（３０ａ、３０ｃ）は、少なくとも間接的に互いに接続されている、請求項３１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３３】
前記変形可能要素は、互いに直列に接続された少なくとも３つのバーセグメント（３０ａ〜ｃ）を含み、少なくとも第１のバー要素、第２のバー要素および第３のバー要素（３０ａ、３０ｂ、３０ｃ）は、反対向きの作動方向（５９ａ〜ｃ）を含み、異なるバー長さを含む、請求項１〜３２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３４】
前記変形可能要素が２つの側部にクランプ締めされる、請求項３３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３５】
前記基板（１４）がアンカー要素（８４）を備え、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の軸延伸方向（ｙ）の中央領域（３０ｂ）において、前記アンカー要素（８４）に接続されており、または、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記アンカー要素（８４）を介して外側バーセグメント（３０ａ、３０ｃ）においてさらなる変形可能要素に接続されている、請求項１〜３４のいずれか一項に記載のＭＭＥＳトランスデューサ。
【請求項３６】
前記変形可能要素（２２；１５０）は第１の層（１１２）および第２の層（１１４）を備え、前記第１の層（１１２）と前記第２の層（１１４）との間にスペーサ（１１６ａ〜ｃ）が配置されており、前記第１の層（１１２）と前記第２の層（１１４）とは、前記スペーサ（１１６ａ〜ｃ）を介して接続されており、前記スペーサ（１１６ａ〜ｃ）は、前記第１の層（１１２）と前記第２の層（１１４）の経過（１２４）に対して斜めの傾斜方向に配置されており、前記第１の層（１１２）と前記第２の層（１１４）との間の引力（Ｆ）は、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の屈曲を引き起こす、請求項１〜３５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３７】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、バー構造を含み、前記バー構造は、第１の端部および第２の端部において固定的にクランプ締めされる、請求項１〜３６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３８】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）が、静電トランスデューサ、圧電トランスデューサ、電磁トランスデューサ、電気力学的トランスデューサ、熱機械トランスデューサまたは磁歪トランスデューサとして形成されている、請求項１〜３７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項３９】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、静電トランスデューサとして形成され、前記ＭＥＭＳトランスデューサは、前記変形可能要素（２２；１６０）の軸方向（９８）に沿って延伸する第１の電極（１２６）をさらに備え、前記変形可能要素（２２；１６０）は第２の電極（１２７）をさらに備え、前記第１の電極（１２６）と前記第２の電極（１２７）との間に電位を印加して、前記第１の電極（１２６）と前記第２の電極（１２７）との間に静電力（Ｆ）を発生させることができ、前記変形可能要素（２２；１６０）は、前記静電力（Ｆ）に基づいて前記横運動方向（２４）に沿って前記変形を実行するように構成されている、請求項３８に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４０】
前記体積流（１２）または前記電位に影響されない前記変形可能要素（２２；１６０）の状態において、前記変形可能要素（２２；１６０）と前記第１の電極（１２６）との間の距離は、前記変形可能要素（２２；１６０）の前記軸方向（９８）に沿って変化し、前記距離は、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）が前記基板（１４）への接続を含む領域における最小距離を含む、請求項３９に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４１】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）と、第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）と、プレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）とを備え、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記横運動方向（２４）に沿って変形されるように構成されており、前記第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）および前記第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記第１の変形可能要素および前記第２の変形可能要素の偏向可能端部（５２）が互いに面するように配置され、前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）は前記偏向可能な端部（５２）に接続され、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形と前記運動方向（２４）に沿った前記プレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）の動きとは因果関係にある、請求項１〜４０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４２】
前記運動方向（２４）に沿ってさらなるプレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）が配置され、前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）と前記さらなるプレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）との間に配置された容積（４２ａ）が、前記体積流（１２）に基づいて、または前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）の作動に基づいて変更される、請求項４１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４３】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、第１の変形可能要素および第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備え、前記第１の変形可能要素および前記第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記第１の変形可能要素および前記第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の軸延伸方向（ｙ）に沿って接続されており、前記第１の変形可能要素と前記第２の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）との間にばね要素（１０２）が配置されている、請求項１〜４２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４４】
前記ばね要素（１０２）は、前記横運動方向（２４）に沿って、前記横運動方向（２４）に垂直な方向よりも低い剛性を含む、請求項４３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４５】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）は、前記基板（１４）の横主延伸方向（ｘ）に対して斜めに配置されている、請求項１〜４４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４６】
前記基板（１４）は、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）が前記基板（１４）に接続される領域に隣接する基板ばね要素（７２ａ〜ｂ）を備える、請求項１〜４５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４７】
前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）を含み、前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）は、前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）のプレート表面が前記運動方向（２４）に沿って動くように、前記横運動方向（２４）に沿って動くように構成されている、請求項１〜４６のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４８】
前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）は、電位に接続することができる電極を備え、前記プレート要素（６２ａ〜６２ｃ）は、さらなる電極に対向する静電力（Ｆ）を生成するように構成されており、前記正電力（Ｆ）は、前記横運動方向（２４）に沿って前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の変形を引き起こし、または、前記プレート要素（６２；６２ａ〜６２ｃ）は、前記体積流（１２）に基づいて前記横運動方向（２４）に沿って前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形を引き起こすように構成されており、前記電位は、前記変形に基づいて影響され得る。請求項４７に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項４９】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）と前記プレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）との間にばね要素（６４ａ〜ｂ；６８）が配置されている、請求項４７または４８に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５０】
少なくとも１つのさらなる変形可能要素（４０ｂ〜ｃ）が、前記変形可能要素と前記プレート要素（６２；６２ａ〜ｂ）との間に配置されており、前記さらなる変形可能要素は、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）のアクチュエータ進行を増大させるように構成される、請求項４７〜４９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５１】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の、プレート要素（６２）から外方に面する側部状に配置されている、前記キャビティ（１６）の部分容積（３８ａ）が、前記プレート要素（６２）の方向において前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を通って延伸するような、開口（７８ａ）を備える、請求項４１〜５０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５２】
前記キャビティ（１６）は、前記体積流（１２）が、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形に基づいて、前記キャビティ（１６）からまたは前記キャビティ（１６）へと前記横運動方向（２４）に対して垂直に流れるように、前記横運動方向（２４）に対して垂直に配置されている、前記基板（１４）内の開口（２６）を備える、請求項１〜５１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５３】
前記開口（２６）は、前記ＭＥＭＳトランスデューサの外側から前記キャビティ（１６）に向かって減少する、軸方向（ｙ）に沿って可変の断面を含む、請求項５２に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５４】
前記開口（２６）は、前記ＭＥＭＳトランスデューサの外側から前記キャビティ（１６）に向かって減少する、軸方向（ｙ）に垂直な厚さ方向（ｚ）に沿った可変の断面を含む、請求項５２または５３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５５】
前記第１の変形可能要素および前記第２の変形可能要素が前記開口（２６）に隣接して配置されている、請求項５１〜５４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５６】
前記キャビティ（１６）は、前記基板（１４）内の開口（２６）を含み、前記体積流（１２）がバー要素（４４）を回流するように、前記開口（２６）の領域内に少なくとも１つの前記バー要素（４４）が形成される、請求項１〜５５のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５７】
前記ＭＥＭＳトランスデューサは、複数のバー要素（４４）を備え、隣接するバー要素（４４）は互いに、５μｍ未満の距離（８５）を含む、請求項５６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５８】
前記キャビティ（１６）は、前記基板（１４）内の開口（２６）を含み、前記開口（２６）の領域内にカバー（４３）が配置されている、請求項１〜５７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項５９】
前記キャビティ（１６）は、前記基板（１４）内の開口（２６）を含み、前記開口（２６）の領域内にバルブ構造（８５ａ〜ｆ）が配置されており、前記バルブ構造（８５ａ〜ｆ）は、前記キャビティ（１６）外および／または前記キャビティ（１６）内への少なくとも１つの方向に沿った前記体積流（１２）の前記開口の通過を減少させるように構成されている、請求項１〜５８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６０】
前記バルブ構造（８５ａ〜ｆ）が能動的に形成されている、請求項５９に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６１】
前記変形可能要素が能動的に形成され、前記バルブ構造（８５ａ〜ｆ）が前記変形可能要素と同じアクチュエータ原理に基づく、請求項６０に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６２】
前記流体流（１２）中に圧力パルスが発生するように前記バルブ構造（８５ａ〜ｆ）を駆動するように構成された制御デバイスを含む、請求項６０または６１に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６３】
前記キャビティ（１６）からの前記体積流（１２）の流出または前記キャビティ（１６）への前記体積流（１２）の流入を少なくとも部分的に阻止するように構成された膜要素（１０４）をさらに備え、前記体積流（１２）に基づいて前記膜要素（１０４）の偏向が生じ得る、請求項１〜６２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６４】
前記キャビティ（１６）は、前記基板（１４）内の開口（２６）を含み、前記開口（２６）の領域内に前記膜要素（１０４）が配置されている、請求項６３に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６５】
請求項１〜６４のいずれか一項に記載の少なくとも１つの第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０ｂ〜ｃ；８０’ｂ）を有するＭＥＭＳスタック（９０；１４０）内に配置される、請求項１〜５８のいずれか１項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６６】
前記ＭＥＭＳトランスデューサ（８０ａ、８０’ａ）および前記第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０ｂ〜ｃ；８０’ｂ）の前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）がともに駆動され得る、請求項６５に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６７】
前記ＭＥＭＳトランスデューサのキャップ表面（３２ｂ）が前記スタック（１４０）の外側を形成し、前記ＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ａ）は、前記第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ｂ）に面する側部から外方に面するように配置される前記キャップ表面（３２ｂ）内に開口（２６）を備え、前記ＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ａ）の前記体積流（１２）は、前記第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ｂ）の前記体積流（１２）に垂直または反対に前記キャビティ（１６）から流出するか、または前記キャビティ（１６）へと流入する、請求項６５または６６に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６８】
前記ＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ａ）の前記キャビティ（１６）と前記第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ｂ）の前記キャビティ（１６）とが互いに接続されている、請求項６５〜６７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項６９】
前記ＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ａ）の前記キャビティ（１６）および前記第２のＭＥＭＳトランスデューサ（８０’ｂ）の前記キャビティ（１６）は、互いに異なる共振周波数を含む、請求項６５〜６８のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７０】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、少なくとも１μｍで最大１００ｍｍ、好ましくは少なくとも１００μｍで最大１０ｍｍ、特に好ましくは少なくとも５００μｍで最大５ｍｍの範囲内の値を含む軸方向延伸（ｙ）を含む、請求項１〜６９のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７１】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、少なくとも０．１μｍで最大１０００μｍ、好ましくは少なくとも１μｍで最大１００μｍ、特に好ましくは少なくとも５μｍで最大３０μｍの範囲内の値を含む、前記横運動方向（２４）に沿った延伸を含む、請求項１〜７０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７２】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、前記横運動方向（２４）に垂直に配置されている方向（ｚ）に沿った延伸を含み、前記延伸は、少なくとも０．１μｍで最大１０００μｍ、好ましくは少なくとも１μｍで最大３００μｍ、特に好ましくは少なくとも１０μｍで最大１００μｍの範囲内の値を含む、請求項１〜７１のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７３】
少なくとも１つの変形可能なセンサ素子と、少なくとも１つの変形可能なアクチュエータ素子とを含む、請求項１〜７２のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７４】
流体の体積流（１２）と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサであって、キャビティ（１６）を含む基板（１４）と、前記キャビティ（１６）内で前記基板（１４）に接続され、横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）であり、横運動方向（２４）に沿った前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の変形と、前記流体の前記体積流（１２）とは因果関係にあり、前記横運動方向（２４）は、前記基板（１４）に対して面内に延伸している、電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）と、前記横運動方向（２４）に沿って変形されるように構成されている、前記基板（１４）に接続されており、各々が前記横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える第１の電気機械トランスデューサおよび第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ〜ｅ）であり、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）および前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）は、第１の時間間隔の間に互いに向かって運動し、第２の時間間隔の間に互いから外方に運動するように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）との間のサブキャビティ（４２ａ、４２ｂ）の容積は、前記第１の時間間隔および前記第２の時間間隔の間に可変である、第１の電気機械トランスデューサおよび第２の電気機械トランスデューサ（１８ｂ〜ｅ）とを備え、前記第１の電気機械トランスデューサの第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）、および、前記第２の電気機械トランスデューサの第２の変形可能要素はバー構造（３０）を含み、前記バー構造（３０）は、前記バー構造の軸方向（ｙ）に沿って湾曲するように構成されており、前記第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）は、能動的に形成され、前記体積流と相互作用するように構成されており、または、前記第１の変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）に接続されており、剛性であるように構成されているプレート要素（６２；６２ａ〜ｃ）が、前記体積流と相互作用するように構成されている、ＭＥＭＳトランスデューサ。
【請求項７５】
前記体積流（１２）が音響音波または超音波である、請求項１〜７４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）を有するＭＥＭＳスピーカ。
【請求項７６】
前記キャビティ（１６）は、前記基板（１４）内の第１の開口（２６）と第２の開口（２６）とを備え、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）は、前記流体に基づいて前記体積流（１２）を提供し、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）の作動に基づいて前記キャビティ（１６）の方向において前記第１の開口（２６）を通じて前記流体を搬送し、または、前記作動に基づいて前記キャビティ（１６）から外方への方向において前記第２の開口（２６）を通じて前記流体を搬送するように構成されている、請求項１〜７４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）を有するＭＥＭＳポンプ。
【請求項７７】
前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形に基づいて、前記電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）の端子において電気信号（１２９ｂ）を得ることができ、前記変形は前記体積流（１２）に基づいて生じ得る、請求項１〜７４のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）を有するＭＥＭＳマイクロフォン。
【請求項７８】
請求項１〜７７のいずれか一項に記載のＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）と、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形を駆動し、または、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形を検出するように構成された制御デバイス（１２８）とを備える、ＭＥＭＳシステム（１７０）。
【請求項７９】
前記ＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）は、複数の電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）を含み、前記制御デバイス（１２８；（１８ｃ、１８ｅ）は、第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と、隣接する第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）とが、第１の時間間隔の間に互いに向かって少なくとも局所的に運動するように、前記複数の電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）を駆動するように構成されており、前記制御デバイス（１２８；（１８ｃ、１８ｅ）は、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）と、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）に隣接して配置されている第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）とが、第２の時間間隔の間に互いに向かって運動するように、前記複数の電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜１８ｆ）を駆動するように構成されており、前記第１の電気機械トランスデューサ（１８ｂ、１８ｄ）は、前記第２の電気機械トランスデューサ（１８ｃ、１８ｅ）と前記第３の電気機械トランスデューサ（１８ａ、１８ｃ）との間に配置されている、請求項７８に記載のＭＥＭＳシステム。
【請求項８０】
前記ＭＥＭＳシステムは、少なくとも１つのさらなるＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）を含み、前記さらなるＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）の前記キャビティ（１６）は、前記ＭＥＭＳトランスデューサ（１０，２０，５０；８０，８０’；１００；１１０）の前記キャビティ（１６）の共振周波数とは異なる共振周波数を含み、前記制御デバイスは、前記ＭＥＭＳトランスデューサおよび前記さらなるＭＥＭＳトランスデューサの前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形を検出し、前記電気信号に基づいてフーリエ合成を計算するように構成される、請求項７８または７９に記載のＭＥＭＳシステム。
【請求項８１】
前記ＭＥＭＳシステムは、少なくとも１つのさらなるＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）を含み、前記さらなるＭＥＭＳトランスデューサ（１０；２０；５０；８０；８０’；１００；１１０）の前記キャビティ（１６）は、前記ＭＥＭＳトランスデューサ（１０，２０，５０；８０，８０’；１００；１１０）の前記キャビティ（１６）の共振周波数とは異なる共振周波数を含み、前記制御デバイスは、前記ＭＥＭＳトランスデューサおよび前記さらなるＭＥＭＳトランスデューサの前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形を、互いに異なる周波数で駆動するように構成される、請求項７８〜８０のいずれか一項に記載のＭＥＭＳシステム。
【請求項８２】
ＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法であって、キャビティ（１６）を備える基板（１４）を提供するステップと、前記基板（１４）において前記キャビティ（１６）内で、横運動方向（２４）に沿って変形可能な要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）を備える電気機械トランスデューサ（１８；１８ａ〜ｆ）を製造するステップとを含み、結果として、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の変形は、前記基板（１４）に対して面内の前記変形可能要素の湾曲であり、結果として、前記横運動方向（２４）に沿った前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）の前記変形と、流体の体積流（１２）とが因果関係にある、方法。
【請求項８３】
前記方法は、低摩擦層を配置するステップをさらに含み、前記低摩擦層が、前記変形可能要素（２２；２２ａ〜ｆ；３０；４０；１５０；１６０）と隣接する層（３２ａ〜ｂ）との間の領域内に配置されている、請求項８２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばＭＥＭＳスピーカ、ＭＥＭＳマイクロフォン、またはＭＥＭＳポンプなどの、流体の体積流と相互作用するためのＭＥＭＳトランスデューサに関する。さらに、本発明は、ＭＥＭＳトランスデューサの製造方法に関する。さらに、本発明は、ＭＥＭＳベースの電気音響トランスデューサに関する。
【背景技術】
【０００２】
小型化に加えて、ＭＥＭＳ技術（ＭＥＭＳ〜微小電気機械システム）の１つの焦点は、特に、中量および大量での構成要素の費用対効果の高い製造可能性についての見込みにある。電気音響ＭＥＭＳスピーカは、現在、それほど商品化されていない。わずかな例外を除いて、ＭＥＭＳスピーカは、選択される物理的動作原理によって準静的または共振的に偏向される膜からなる。偏向は、印加される電気信号（電流または電圧）に、線形的または非線形的に依存する。この信号は、膜の偏向の時間的変化に伝達される時間的変化を含む。膜の往復運動は、音の形態で、簡略化のためであって限定ではなく、空気であると仮定される周囲の流体に伝達される。
【０００３】
いくらかの場合には、膜の作動は一方向のみで起こる。復元力は、膜が偏向されたときの機械的ばね作用によって提供される。他の場合には、作動が両方向で行われ、それによって、膜が非常に低い剛性を有することができる。
【０００４】
膜の作動のために、静電、圧電、電磁気、電気力学的および磁歪動作原理の使用が記載される。例えば、これらの原理に基づくＭＥＭＳ音響トランスデューサの概要は、Ａｌｂａｃｈ，Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｓｖｅｎ：Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖｅ  Ｍｉｋｒｏａｋｔｏｒｅｎ  ｕｎｄ  ｄｅｒｅｎ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ａｌｓ  Ｍｉｋｒｏｌａｕｔｓｐｒｅｃｈｅｒ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｎｂｅｒｇ（２０１３）（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｓ  ｍｉｃｒｏ−ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ，ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｅｍｂｅｒｇ  （２０１３））に見出すことができる。
【０００５】
静電的に動作されるトランスデューサは、異なる電位に関与する２つの平面電極の間に生じる力に基づいている。最も単純な場合、この構成は平板キャパシタに対応し、平板の１つは可動に懸架されている。実際には、可動電極は、音響短絡を回避するために膜として具体化される。電圧を印加すると、膜は対電極の方向に座屈する。特定の実施形態では、膜は、いわゆるタッチモードで動作される。この場合、膜は、たとえばＲｏｂｅｒｔｓ，Ｒｏｂｅｒｔ  Ｃ．ｅｔ  ａｌ．：Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ  Ｄｒｉｖｅｎ  Ｔｏｕｃｈ−Ｍｏｄｅ  Ｐｏｌｙ−ＳｉＣ  Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ  ２００７  （２００７），ｐ．２８４−２８７．に記載されているように、短絡を回避するために薄い絶縁体層が被着された下部電極に接触する。この場合、接触面積は、印加される電圧の大きさによって決定され、したがって、この電圧の時間経過に従って時間的に変化する。このようにして生成され得る振動は、音を発生させるのに役立つ。従来の静電構造では、膜は原則として電極の方向に引き寄せられるのみであり得る。復元力は、膜の剛性によって少なくとも部分的に決定され得、聴覚音域内のより高い周波数も伝達できるように十分に高くなければならない。
【０００６】
他方、電圧が与えられると、膜の偏向は剛性が増大するにつれて減少し得る。この問題を回避するために、Ｋｉｍ，Ｈ．  ｅｔ  ａｌ．：Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｔｗｏ  Ｌａｒｇｅ−Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  Ａｃｔｕａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｉｎｇｌｅ／Ｄｕａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ  ２００５  （２００５），ｐ．８９−９２．に記載されているように、上部電極および下部電極によって駆動され、したがって両方向に偏向され得る非常に柔らかい膜による手法が開発された。合計で、このスピーカは、マイクロポンプと同様に、入口と出口とを含み、それ以外は閉じられているキャビティの内部に懸架された２つのこのような膜を使用する。
【０００７】
圧電式に動作するトランスデューサは逆圧電効果を使用する。印加された電圧は、固体中に機械的応力をもたらす。ＭＥＭＳ技術では、ＰＺＴ（チタン酸ジルコン酸鉛）、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）またはＺｎＯ（酸化亜鉛）のような材料が典型的に使用される。通常、これらの材料は機能層として膜上に被着され、機能層に印加される電圧に応じて膜が偏向され得るか、または振動するように励起されるように構成される。圧電機能層の欠点は、動作がヒステリシスなしに実行され得ないという事実である。さらに、セラミック機能層を組み込むことは複雑であり、ＣＭＯＳ互換性（ＣＭＯＳ＝相補型金属酸化膜半導体）の欠如に起因して、ＰＺＴおよびＺｎＯを使用する場合、厳密な汚染制御または別個のクリーンルーム領域においてしか可能でない。
【０００８】
電磁的に動作するトランスデューサは、軟磁性材料が運動磁場（勾配）に曝される力効果に基づいている。この原理を実現するには、軟磁性材料に加えて、磁場の局所勾配を電流によって時間的に制御することができる永久磁石およびコイルが必要である。例えば、軟磁性材料は膜に組み込まれる。他のすべての構成要素は、例えばＲｅｈｄｅｒ，Ｊ．；Ｒｏｍｂａｃｈ，Ｐ．；Ｈａｎｓｅｎ，Ｏ．：Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｆｌｕｘ  ｇｅｎｅｒａｔｏｒ  ｆｏｒ  ｂａｌａｎｃｅｄ  ｍｅｍｂｒａｎｅ  ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ．Ｉｎ：Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ９７（２００２），Ｎｒ．８，ｐ．６１−６７．に記載されているように、組み立て中に提供される。この構造はかさばり、複雑であり、多い量に関して有意な様式でスケーラブルではないと考えられる。
【０００９】
電気力学的に動作するトランスデューサは、ローレンツ力を使用する。この方法は巨視的なスピーカでは非常に普及しており、一部のＭＥＭＳスピーカでも使用されている。磁場が、永久磁石によって生成される。電流を流すコイルが磁場内に配置される。通常、コイルは金属層を堆積して構造化することによって膜に一体化され、組み立て中に外部構成要素として永久磁石が追加される。ＭＥＭＳ技術を使用してすべての構成要素を統合することに関する複雑さおよび限界は、電磁的に動作するトランスデューサの場合のように、同様に大きな欠点である。
【００１０】
磁歪動作式トランスデューサは、磁場が印加されたときの機能層の収縮または膨張に基づく。例えば、Ｖａｎａｄｉｕｍ  Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ（登録商標）は正の磁歪であり、すなわち磁場が印加されると膨張する。適切な構造では、この収縮を、膜振動を発生させるために使用することができる。Ａｌｂａｃｈ，Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｓｖｅｎ：Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖｅ  Ｍｉｋｒｏａｋｔｏｒｅｎ  ｕｎｄ  ｄｅｒｅｎ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ａｌｓ  Ｍｉｋｒｏｌａｕｔｓｐｒｅｃｈｅｒ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｎｂｅｒｇ（２０１３）（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｓ  ｍｉｃｒｏ−ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ，ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｅｍｂｅｒｇ  （２０１３））において、クロム接着層を介してＳｉＯ２（二酸化ケイ素）上に堆積されたＶａｎａｄｉｕｍ  Ｐｅｒｍｅｎｄｕｒ（Ｆｅ４９Ｃｏ４９Ｖ２）が磁歪機能層として使用される。外部磁場は、電気めっきされた銅によって実現される超小型平面コイルによって提供される。統合の複雑さおよび限界に関して、上記の両方の動作原理と同様の欠点が留意されなければならない。
【００１１】
振動するように励起され得る膜を使用するという共通の特徴を有する上記の古典的で最も広く使用される変形は、その後、古典的な膜の原理の特定の欠点に起因して調査されたある程度の改変によって補われている。
【００１２】
可撓性膜はまた、聴覚音域においてより高いモードを含む場合があり、したがって、音響品質（歪み係数）を減少させる寄生振動をもたらす可能性がある。Ａｌｂａｃｈ，Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｓｖｅｎ：Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖｅ  Ｍｉｋｒｏａｋｔｏｒｅｎ  ｕｎｄ  ｄｅｒｅｎ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ａｌｓ  Ｍｉｋｒｏｌａｕｔｓｐｒｅｃｈｅｒ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｎｂｅｒｇ（２０１３）（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｓ  ｍｉｃｒｏ−ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ，ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｅｍｂｅｒｇ  （２０１３））を参照されたい。したがって、この効果を回避または低減するために、はるかに高い剛性を有するプレートが使用される。このようなプレートは、音響短絡を回避することもできる非常に柔らかいサスペンションを介してチップに接続されている。Ｎｅｒｉ，Ｆ．；Ｄｉ  Ｆａｚｉｏ，Ｆ．；Ｃｒｅｓｃｅｎｚｉ，Ｒ．；Ｂａｌｕｃａｎｉ，Ｍ．：Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒ  ｔｏｐｏｌｏｇｙ．Ｉｎ：６１  ｓｔ  Ｃｏｎｆ．ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ  ａｎｄ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＥＣＴＣ，ＩＥＥＥ  ２０１１  （２０１１），ｐ．１２２１−１２２７．を参照されたい。
【００１３】
別の変形は、上述の磁歪トランスデューサと共に使用される区分化された膜を提供する。これは、機能層が２つの方向に収縮または膨張するという問題に対する特別なトポグラフィ的解決法に相当する。具体的には、この構造は、いくつかの偏向可能屈曲バーからなる。Ａｌｂａｃｈ，Ｔｈｏｒｓｔｅｎ  Ｓｖｅｎ：Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｋｔｉｖｅ  Ｍｉｋｒｏａｋｔｏｒｅｎ  ｕｎｄ  ｄｅｒｅｎ  Ａｎｗｅｎｄｕｎｇ  ａｌｓ  Ｍｉｋｒｏｌａｕｔｓｐｒｅｃｈｅｒ，Ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔａｔ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｎｂｅｒｇ（２０１３）（Ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｖｅ  ｍｉｃｒｏ−ａｃｔｕａｔｏｒｓ  ａｎｄ  ｔｈｅｉｒ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ａｓ  ｍｉｃｒｏ−ｌｏｕｄｓｐｅａｋｅｒｓ，ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｅｒｌａｎｇｅｎ−Ｎｕｒｅｍｂｅｒｇ  （２０１３））によれば、この構成は、３μｍ以下のバーの距離にわたって音響的に閉鎖されていると考えることができる。これに応じて共振周波数およびバー間の距離に関して個々のバーを寸法決めすることによって、比較的高い音響帯域幅を達成することができ、音響レベルの経過を振動周波数の関数として適合または最適化することができる。
【００１４】
Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｊ．Ｊ．，Ｇａｂｒｉｅｌ，Ｋ．Ｊ．：ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｎ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．２．ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ．Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｈ．Ｂａｌｔｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００５）．において、Ｎｅｕｍａｎｎ他は、単一の大きな膜の代わりに複数の小さな部分膜を使用する手法を追求しています。各部分膜は、準静的な偏向が聴覚音域内で生じ得るように十分に高い共振周波数を含む。特に、これはスピーカのデジタル動作を可能にする。
【００１５】
要約すると、統合に関して、既知の静電動作膜スピーカは、適度な駆動電圧を仮定すると、比較的小さな偏向を含むと結論付けることができる。例えば、Ｋｉｍ，Ｈ．ｅｔ  ａｌ．：Ｂｉ−ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  Ｍｉｃｒｏｓｐｅａｋｅｒ  ｗｉｔｈ  Ｔｗｏ  Ｌａｒｇｅ−Ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ  Ｆｌｅｘｉｂｌｅ  Ｍｅｍｂｒａｎｅｓ  Ａｃｔｕａｔｅｄ  ｂｙ  Ｓｉｎｇｌｅ／Ｄｕａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ，Ｓｅｎｓｏｒｓ，ＩＥＥＥ  ２００５（２００５），ｐ．８９−９２．によるＫｉｍ他の静電膜スピーカは、と参考として役立つであろう。２つの膜の各々は、２×２ｍｍ２の面積を含む。上部電極と下部電極は、それぞれ７．５μｍの距離をおいて取り付けられている。膜の幾何学的形状および偏向の増大に伴う膜剛性の増大に依存して、偏向は、典型的には、いわゆる引き込み効果に起因して電極距離の１／３〜１／２に制限される。より高い値の１／２を仮定すると、偏向は、それぞれ１つの方向および他の方向に７．５μｍ／２になる。変位された体積は、膜の最大偏向の半分の偏向を有する偏向された剛性プレートの体積に対応すると仮定することによって推定することができる。たとえば、次のようになる。
ΔＶ≒（２×２ｍｍ２）×５０％×（２×７．５μｍ）／２＝１５×１０〜３ｍｍ３    （式１）
または
ΔＶ／有効面積＝ΔＶ／Ａ＝ΔＶ／４ｍｍ２＝３．７５×１０〜３ｍｍ    （式２）
【００１６】
小型膜スピーカを製造する場合、周波数の関数としての音圧の平坦な経過を達成することが一般的な問題である。達成可能な音圧は、膜の放射インピーダンスおよび速度に比例する。巨視的スケールに関しては、膜の直径は音響波長に相当する。これに関しては、放射インピーダンスが周波数に比例するということが適用される。Ｎｅｕｍａｎｎ，Ｊ．Ｊ．，Ｇａｂｒｉｅｌ，Ｋ．Ｊ．：ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ，ｉｎ：Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｍｉｃｒｏ  ａｎｄ  Ｎａｎｏｓｙｓｔｅｍｓ，Ｖｏｌ．２．ＣＭＯＳ−ＭＥＭＳ．Ｅｄｉｔｅｄ  ｂｙ  Ｈ．Ｂａｌｔｅｓ  ｅｔ  ａｌ．，Ｗｉｌｅｙ−ＶＣＨ  Ｖｅｒｌａｇ，Ｗｅｉｎｈｅｉｍ（２００５）．を参照されたい。しばしば、高品質スピーカは、共振ｆ０が聴覚音域を下回るように設計されている（マルチウェイスピーカの場合、それぞれの共振周波数は対応する電気フィルタの下端周波数よりも低い）。したがって、ｆ＞＞ｆ０の場合、膜の速度は１／ｆに比例する。全体として、音圧ｐの周波数依存性について、式ｐ∝１がもたらされる。したがって、音圧曲線の完全に平坦な経過が、この（単純化された）考察をもたらす。
【００１７】
音源の／膜の直径が、生成されるべき音の波長よりもはるかに小さくなると、Ｌｅｒｃｈ  Ｒ．；Ｓｅｓｓｌｅｒ，Ｇ．；Ｗｏｌｆ，Ｄ．：Ｔｅｃｈｎｉｓｃｈｅ  Ａｋｕｓｔｉｋ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ  Ｖｅｒｌａｇ（２００９）．に記載されているように、放射インピーダンスに対して周波数からの二次依存性が仮定され得る。これは、ミリメートルの大きさの膜を有するＭＥＭＳスピーカに対して与えられる。上記のようにｆ＞＞ｆ０と仮定すると、音圧曲線の経過について依存性ｐ∝ｆがもたらされる。高い周波数に対して音圧が低すぎることによって、低い周波数が再現される。準静的動作では、膜速度はｆに比例する。したがって、その音圧経過について、依存性ｐαｆ３がもたらされ、これは低周波数についてさらに不利になる。
【００１８】
したがって、高度の効率を含む改善されたＭＥＭＳトランスデューサの概念が望ましい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
したがって、本発明の目的は、高効率で流体の体積流に影響を及ぼすことができ、および／または、高効率で体積流の影響を受けることができるＭＥＭＳトランスデューサおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。
【００２１】
本発明の核心思想は、横運動方向に沿って変形可能な要素によって、流体の体積流に効率的に影響を及ぼすことができるという事実、または、体積流が、そのような要素を特に効率的に偏向させることができるという事実によって、上記目的を解決することができることであると認識されるべきである。可能性として流体流の方向に垂直な横運動方向は、同時にチップ表面の寸法を小さくしながら、変形可能要素の広い領域が体積流と相互作用し得ることを可能にし、それによって、全体として、高い効率を有する効率的なＭＥＭＳトランスデューサデバイスが得られる。
【００２２】
一実施形態によれば、流体の体積流と相互作用するＭＥＭＳトランスデューサは、キャビティを備える基板と、基板に接続され、横運動方向に沿って変形可能な変形可能要素を備える電気機械トランスデューサとを含み、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と、流体の体積流とは因果関係にある。この実施形態の利点は、変形可能要素によって影響を受けるまたは変形可能要素に影響を及ぼす体積が、大部分は横運動方向に垂直な方向および／またはチップ表面に垂直な方向に形成され、一方で同時に、小さなチップ表面を得ることができることである。
【００２３】
さらなる実施形態によれば、ＭＥＭＳスピーカは、そのようなＭＥＭＳトランスデューサを備え、音響波または超音波を放出するように構成される。さらなる実施形態によれば、ＭＥＭＳポンプは、ＭＥＭＳトランスデューサを含み、それによって、流体を体積流に基づいて輸送することができる。さらなる実施形態によれば、ＭＥＭＳマイクロフォンは、横運動方向に沿って変形可能な変形可能要素を有するＭＥＭＳトランスデューサを含む。これらの実施形態の利点は、小さなチップ表面を利用して高い効率を得ることができることである。
【００２４】
さらなる実施形態によれば、ＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法は、キャビティを備える基板を提供するステップと、横運動方向に沿って変形可能な要素を備える電気機械トランスデューサを基板に接続するステップとを含む。横運動方向に沿った変形可能要素の変形と流体の体積流とは、因果関係にある。
【００２５】
さらなる有利な実施形態は、従属請求項の主題である。
【００２６】
本発明の好適な実施形態について、添付の図面を参照して後に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】一実施形態によるＭＥＭＳトランスデューサの概略斜視図である。
【図２ａ】一実施形態による複数の電気機械トランスデューサを含むＭＥＭＳトランスデューサの概略斜視図である。
【図２ｂ】一実施形態による図２ａのＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【図２ｃ】一実施形態による、電気機械トランスデューサが変形可能要素の変形状態を含む、図２ａのＭＥＭＳトランスデューサの概略斜視図である。
【図３】一実施形態によるバイモルフとして具体化された変形可能要素の概略斜視図である。
【図４ａ】一実施形態による３つのバイモルフ構造を備える変形可能要素の概略斜視図である。
【図４ｂ】一実施形態による、偏向状態にある図４ａによる変形可能要素の概略斜視図である。
【図４ｃ】一実施形態による互いに隣接して配置された２つの変形可能要素の配置の概略上面図である。
【図５】一実施形態による、電気機械トランスデューサが図２のＭＥＭＳトランスデューサと比較して異なる構成を含むＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【図６ａ】実施形態による、直線状に構成されたばね要素がプレート要素と変形可能要素との間に配置されている電気機械トランスデューサの概略上面図である。
【図６ｂ】一実施形態による、ばね要素が９０°未満の角度で変形可能要素の偏向可能端部から配置されている電気機械トランスデューサの概略上面図である。
【図６ｃ】一実施形態による、ばね要素が９０°を超える角度で配置されている電気機械トランスデューサの概略上面図である。
【図６ｄ】一実施形態による、基板が変形可能要素に隣接するばね要素を備える電気機械トランスデューサの概略上面図である。
【図６ｅ】一実施形態による、プレート要素が陥凹部を備える電気機械トランスデューサの概略上面図である。
【図７ａ】一実施形態によるプレート要素に接続された変形可能要素の概略上面図である。
【図７ｂ】一実施形態による、変形可能要素が基板の間に固定的にクランプ締めされている構成の概略上面図である。
【図７ｃ】一実施形態による、変形可能要素が中央領域に陥凹部を備える電気機械トランスデューサの構成の概略上面図である。
【図７ｄ】第１の変形可能要素と第２の変形可能要素とが互いに平行に配置されている電気機械トランスデューサの構成の概略上面図である。
【図８ａ】一実施形態による、変形可能要素が基板またはアンカー要素に交互に接続されたＭＥＭＳトランスデューサの概略斜視図である。
【図８ｂ】一実施形態による図８ａのＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【図８ｃ】一実施形態による偏向状態にある図８ａのＭＥＭＳトランスデューサの概略斜視図である。
【図８ｄ】一実施形態による偏向状態にある図８ｂのＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【図９】一実施形態による３つのＭＥＭＳトランスデューサを備えるスタックの概略斜視図である。
【図１０】一実施形態による、変形可能要素が基板の面の間に配置されているＭＥＭＳトランスデューサの断面の概略透視上面図である。
【図１１ａ】一実施形態による、電気機械トランスデューサが基板の横方向に対して斜めに配置されているＭＥＭＳトランスデューサの断面の概略上面図である。
【図１１ｂ】一実施形態によるポンプとして使用され得るＭＥＭＳトランスデューサの断面の概略上面図である。
【図１２ａ】例えば、ＭＥＭＳポンプとして使用され得る第１の状態のＭＥＭＳトランスデューサの断面の概略上面図である。
【図１２ｂ】第２の状態の図１２ａのＭＥＭＳトランスデューサを示す図である。
【図１３】一実施形態による、横延在方向に沿って接続された２つの変形可能要素の概略図である。
【図１４】一実施形態による、互いに接続され、相互層を含む２つのＭＥＭＳトランスデューサを含むスタックの概略図である。
【図１５】図１５は、一実施形態による接続要素を介して互いに離間して接続された２つの層を含む変形可能要素の概略側断面図である。
【図１６】一実施形態による電極に隣接して配置されている変形可能要素の概略上面図である。
【図１７】一実施形態によるＭＥＭＳシステムの概略ブロック回路図である。
【図１８】１つの面にクランプ締めされたバー要素を有する複数の電気機械トランスデューサを備える、一実施形態によるＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【図１９】２つの面にクランプ締めされたバー要素を有する複数の電気機械トランスデューサを備える、一実施形態によるＭＥＭＳトランスデューサの概略上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
本発明の実施形態が図面を参照して後で詳細に説明する前に、同一の、機能的に同一の、動作上同一の要素、物体および／または構造は、異なる図面に同一の参照番号で示されており、それによって、異なる実施形態におけるこれらの要素の説明は、交換可能であり、および／または相互に適用可能であることを指摘しておく。
【００２９】
続いて、ＭＥＭＳトランスデューサ（ＭＥＭＳ＝微小電気機械システム）を参照する。ＭＥＭＳトランスデューサは、印加される電気量（電流、電圧、電荷など）に基づいて機械的構成要素の変化を引き起こす１つまたは複数の電気的活性構成要素を含むことができる。例えば、この変化は、機械的構成要素の変形、加熱または緊張に関係し得る。代替的または付加的に、構成要素に対する機械的影響、例えば変形、加熱または緊張が、構成要素の電気端子において検知することができる電気信号または電気情報（電圧、電流、電荷など）をもたらすことができる。一部の材料または構成要素は相互関係を含み、これは効果が相互交換可能であることを意味する。例えば、圧電材料は、逆圧電効果（印加された電気信号に基づく変形）および圧電効果（変形に基づいて電荷を与える）を含むことができる。
【００３０】
後述する実施形態のいくつかは、電気機械トランスデューサの変形可能要素が流体の体積流と相互作用するように構成されているという事実に関する。例えば、相互作用には、流体の運動、変位、圧縮または減圧をもたらす電気駆動信号によって引き起こされる変形可能要素の変形が含まれ得る。代替的にまたは付加的に、流体の体積流は、変形可能要素を変形させることができ、それによって、流体に関する発生、特性（圧力、流速など）または任意の他の情報（例えば、温度）を、体積流と変形可能要素との間の相互作用に基づいて得ることができる。これは、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と流体の体積流とが、因果関係にあることを意味する。例えば、ＭＥＭＳは、シリコン技術を用いて製造することができる。電気機械トランスデューサは、変形可能要素と、電極および／または電気端子などのさらなる要素とを含むことができる。変形可能要素は、横運動方向に沿って（微視的に）変形するように構成することができ、すなわち、要素または領域は、横運動方向に沿って可動とすることができる。例えば、要素または領域は、バー構造のバー端部または中心領域であってもよい。微視的に見ると、横運動方向に沿った変形可能要素の変形時に、変形可能要素の変形は、横運動方向に対して垂直に起こり得る。次に説明する実施形態は微視的考察に関する。
【００３１】
実施形態は、それぞれのサイズに対して、可能な限り高い音レベル、高い感度、および／または流体の流速を生成することができるシリコン製の小型のスピーカ、マイクロフォンおよび／またはポンプを提供することができる。
【００３２】
本発明の実施形態は、特に聴覚音域における空気伝送音を生成するために使用されてもよい。したがって、実施形態は、スピーカ、特に補聴器、ヘッドホン、ヘッドセット、携帯電話などのための小型スピーカに関する。体積流と変形可能要素の変形との間の相互因果関係はまた、スピーカにおける適用を可能にする。したがって、実施形態は、電気音響トランスデューサに関する。
【００３３】
図１は、ＭＥＭＳトランスデューサ１０の概略斜視図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、流体の体積流１２と相互作用するように構成される。流体は気体（空気のような）および／または液体であってもよい。例えば、流体は、医療用溶液、薬物、技術的処理のための化学薬品などであってもよい。
【００３４】
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は基板１４を備える。基板１４は、任意の材料を含むことができる。例えば、基板１４は、木材、金属材料および／またはシリコン材料などの半導体材料を含むことができる。基板１４はキャビティ１６を含む。例えば、キャビティ１６は、基板１４の陥凹部または少なくとも部分的に囲まれた容積であると理解することができる。体積流１２の流体は、少なくともある領域内でキャビティ１６内に配置することができる。
【００３５】
ＭＥＭＳトランスデューサ１０は、電気機械トランスデューサ１８を含む。電気機械トランスデューサ１８は基板１４に接続されている。電気機械トランスデューサ１８は、横運動方向２４に沿って変形可能な変形可能要素２２を含む。例えば、電気機械トランスデューサ１８に電気信号を印加すると、横運動方向２４に沿って変形可能要素２２が変形し得る。代替的にまたは付加的に、変形可能要素２２に当たることによって、体積流１２は、体積流１２に基づく電気信号が電気機械トランスデューサ１８から得られるように、変形可能要素２２が変形を行うようにすることができる。すなわち、変形可能要素２２の変形と体積流１２とは、因果関係にある。例えば、電気機械トランスデューサ１８は、少なくとも１つ、例えば２つの圧電層を含むことができ、または、当該圧電層からなることができる。両方の層が、電圧によって変形することができる。電気機械トランスデューサは、電極などのさらなる要素を含むことができる。
【００３６】
基板１４は、体積流１２がそれを通じてＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲領域からキャビティ１６内におよび／またはキャビティ１６からＭＥＭＳトランスデューサ１０の周囲領域に到達することができる１つまたは複数の開口２６ａ〜ｄを含むことができる。変形時に変形可能要素２２が行う運動は、基板１４に対して面内であると理解することができる。体積流１２は、例えば、体積流１２のために開口２６ｃおよび２６ｄによって示されるように、少なくとも部分的に運動方向２４に対して垂直に、キャビティ１６を出入りすることができる。簡単に言えば、変形可能要素２２の面内での運動は、面外の体積流１２をもたらすことができ、その逆も可能である。これは、変形可能要素の横運動方向および／または湾曲が、基板に対して面内で生じ得ることを意味する。
【００３７】
開口２６ｃ、２６ｄは、基板１４における横運動方向２４に対して垂直に配置されている。横運動方向２４に沿った変形可能要素２２の変形によって、変形可能要素２２の少なくとも１つの領域が開口２６ａに向かって動くことができ、それによって、サブキャビティ２８のサイズが変形に基づいて小さくなる。これに基づいて、サブキャビティ２８内に位置する流体の圧力を増大させることができる。簡単に言えば、流体を圧縮することができる。これにより、流体がサブキャビティ２８および／またはキャビティ１６から流出することが可能になり得る。開口２６ｄおよび２６ｃを通して、体積流１２は横運動方向２４に対して垂直に得ることができる。
【００３８】
例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０の基部領域は、ｘ／ｙ平面内に配置されてもよい。ｘ方向および／またはｙ方向に垂直に配置されたｚ方向に沿った変形可能要素２２の空間および／または高次元におけるｚ方向に沿ったＭＥＭＳトランスデューサ１０の大きな寸法は、体積流１２の増大をもたらすことができ、一方で、ＭＥＭＳトランスデューサ１０の基部領域は変化しないままである。サブキャビティ２８のサイズが増大すると、サブキャビティ２８内の流体の負圧が生じ得、その結果、横運動方向２４に垂直な変形可能要素２２の変形に基づいて体積流がキャビティ２８および／または１６に流れる。
【００３９】
変形可能要素は、例えば、ｙ方向に沿って、少なくとも１μｍで最大１００ｍｍ、好ましくは少なくとも１００μｍで最大１０ｍｍ、特に好ましくは少なくとも５００μｍで最大５ｍｍの範囲の値を有する軸方向の延伸を含むことができる。変形可能要素２２は、例えば、横運動方向２４に沿って、少なくとも０．１μｍで最大１０００μｍ、好ましくは少なくとも１μｍで最大１００μｍ、特に好ましくは少なくとも５μｍで最大３０μｍの範囲の値を有する延伸を含むことができる。変形可能要素は、例えば、横運動に垂直に配置されている横方向に沿って、例えば、ｚ方向に沿って、少なくとも０．１μｍで最大１０００μｍ、好ましくは少なくとも１μｍで最大３００μｍ、特に好ましくは少なくとも１０μｍで最大１００μｍの範囲の値を有する延伸を含むことができる。
【００４０】
図２ａは、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆを含むＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆは、基板１４に接続され、図１に関連して説明したように、横運動方向２４に沿って変形可能な要素を各々含むことができる。
【００４１】
例えば、基板１４は、第１の層３２ａと、第１のスペーサ層３４ａと、中間層３６と、第２のスペーサ層３４ｂと、第２の層３２ｂとを下からこの順に備えている。さらなる実施形態によれば、１つまたは複数のさらなる層が、連続して配置された２つの層の間に配置されてもよい。さらなる実施形態によれば、層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６のうちの少なくとも１つは、多層方式で構成されている。
【００４２】
電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆは、体積流１２に基づいて、および／または駆動に基づいて、部分的に互いに向かって運動し、部分的に互いに外方に運動するように構成され、および／または駆動することができる。
【００４３】
例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは互いから外方に運動するように構成され、一方で、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは互いに向かって運動するように構成される。サブキャビティ３８ａ〜３８ｃは、電気機械トランスデューサ１８ａと１８ｂとの間、１８ｃと１８ｄとの間、および１８ｅと１８ｆとの間に配置され、サブキャビティ３８ａ〜３８ｃは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆの偏向に基づいてサイズが増大し得る。サブキャビティ４２ａおよび４２ｂは、電気機械トランスデューサ１８ｂと１８ｃとの間、および、１８ｄおよび１８ｅとの間にそれぞれ配置され、それらは運動または変形に基づいてサイズが同時に縮小し得る。その後の時間間隔において、電気機械トランスデューサおよび／または偏向可能要素の変形または運動は可逆的であり得、それによって、サブキャビティ３８ａ、３８ｂおよび３８ｃの体積は小さくなり、一方で、サブキャビティ４２ａおよび４２ｂの体積は大きくなる。
【００４４】
言い換えれば、構造化層３４ａ上に配置された下部キャップと中間層３６との間のスペーサとして使用され得る構造化層、すなわちスペーサ層３４ａは、１つの面上で（例えば、これに限定されるものではないが、下部面上で）チップを少なくとも部分的にまたは全体的に包囲している下部キャップ（第１の層３２ａ）上に配置され得る。そのスペーサとしての機能が全体的または部分的にスペーサ層３４ａの機能に対応し、同一または類似の形状を含むことができる構造化スペーサ層３４ｂを、構造化層３６上に配置することができる。ＭＥＭＳトランスデューサ２０またはそのキャビティは、上部キャップ、第２の層３２ｂによってｚ方向に沿って部分的または全体的に囲まれてもよい。図２ａは、キャビティの領域に配置された要素を示すことができるように、層３２ｂを部分的に分割した図として示している。電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃ、ならびに１８ｄおよび１８ｅは、それぞれ、中間層３６のｘ／ｙ平面内に対にして配置されてもよく、このような配置は、空間方向に沿って、例えばｘ方向に沿って数回繰り返されてもよい。
【００４５】
基板は、それぞれ、複数のサブキャビティ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂにそれぞれ接続された複数の開口２６を備えることができ、例えば、１つの開口２６が各々、１つのサブキャビティ３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂに接続され得る。各サブキャビティ３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの容積は、横運動方向２４に沿って変形可能な少なくとも１つの要素２２の偏向状態によって影響され得る。第１の時間間隔または第２の時間間隔の間、隣接する部分容積は、それぞれ、サイズを相補的に増減させることができる。簡単に言えば、サブキャビティ３８ａ〜ｃまたは４２ａ〜ｂの部分容積はサイズが小さくなり得、一方で、サブキャビティ４２ａ〜ｂおよび３８ａ〜ｃの隣接する部分容積はそれぞれサイズが大きくなる。
【００４６】
バー構造４４が、１つまたは複数の開口２６の領域に配置されてもよい。バー構造４４は、体積流１２が１つまたは２つの方向に通過することが可能であり、一方で、キャビティ内またはキャビティ外への粒子の進入または排出が低減または回避されるように配置することができる。例えば、層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の形状は、製造プロセス中に、層を選択的に除去および／または選択的に配置または成長させることによって、影響を受け得る。例えば、バー構造４４は、選択的エッチングプロセスに基づいて層３４ａ、３６および／または３４ｂから形成することができる。さらに、キャビティ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの形状は、製造プロセス中に影響を受け得る。例えば、１つまたはいくつかの層３２ａ、３２ｂ、３４ａ、３４ｂおよび／または３６の壁は、例えば、変形可能要素と基板１４との間の少なくともほぼ一定のおよび／または短い距離を可能にするために、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの変形可能要素の運動に適合させることができる。
【００４７】
カバー４３が、バー構造もしくはバー要素に隣接して、またはバー構造もしくはバー要素に配置されてもよい。カバー４３は、キャビティ１６に隣接して配置されてもよく、および／またはバー要素４４によってキャビティ１６から分離されてもよい。例えば、カバーは、メッシュ材料、発泡材料および／または紙材料を含むことができる。カバーは、バー構造間の距離よりも直径の小さい粒子の、キャビティ１６への進入またはキャビティ１６からの排出を可能にすることができる。代替的に、カバー４３はまた、バー要素４４を含まない開口２６に隣接して、または開口２６に配置されてもよい。
【００４８】
運動可能要素の自由端が、例えば湾曲した経路および／または円形の経路内で運動する場合、基板１４は、可動端が運動する領域に平行または類似の形状を含むことができる。
【００４９】
図２ｂは、図２ａのＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略上面図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆは、例えば、要素４６ａ〜４６ｃにおいて基板１４に圧力嵌めまたは形状嵌合で接続することができる。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの１つまたはいくつかの変形可能要素は、要素４６ａ〜ｃと一体的に形成されてもよい。要素４６ａ〜４６ｃは、層３６の平面内に配置されてもよく、または層３６の一部であってもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの変形可能要素２２の延伸は、例えば、ｚ方向に沿った層３４ａ、３６および３４ｂの延伸以下であり得る。これは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆの変形可能要素２２が層３２ａおよび／または３２ｂに対して非接触に配置され、運動可能であり得ることを意味する。代替的に、少なくとも１つの変形可能要素は、接触式に変形されてもよい。例えば、低摩擦層、すなわち低い摩擦係数を有する層を、少なくとも１つの変形可能要素と、層３２ａおよび／または３２ｂのような隣接する層との間に配置することができる。低摩擦層は、壁構造４９に関して説明したようなサブキャビティ間の流体分離を可能にすることができる。例えば、摩擦係数は、層３２ａおよび／もしくは３２ｂまたは層３４ａおよび／もしくは３４ｂの摩擦係数よりも１０％、２０％または５０％低くてもよい。変形可能要素２２と隣接する層との間の摩擦力は、変形可能要素２２の変形に必要な力よりも低くてもよい。例えば、アクチュエータによって提供される力は、摩擦力の低減に基づいてより低くてもよく、その結果、アクチュエータは、あまり強力ではないように具現化され得る。代替的にまたは付加的に、体積流１２に向かう変形可能要素２２の感度を高めることができる。
【００５０】
電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、例えばサブキャビティ４２ａ（チャンバ）の側壁を形成する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの可動要素２２は、形状嵌合で要素４６ａ〜４６ｃに固定することができる。変形可能要素２２の偏向可能な可動端部５２の間に、基板１４または基板１４の要素４８ａ〜４８ｄまでの距離を配置することができる。したがって、変形可能要素２２の端部５２は、自由に動くように構成されてもよい。ｙ方向に沿った延伸に比例したｘ方向に沿った延伸のような寸法比、単純に言うと、バー高さに対するバー幅の比率に起因して、１つまたはいくつかの変形可能要素２２は、特に横方向２４に沿ってより大きく偏向可能であり得る。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆがアクチュエータとして構成されている場合、これらのアクチュエータは、対応する信号が印加されるとき、すなわち、例えば、変形可能要素２２の端部５２が屈曲経路上を運動するように湾曲しているときに、偏向可能であり得る。この経路の経過にしたがって、要素４８ａ〜ｄの少なくとも１つは、変形可能要素２２が偏向されても、と端部５２との間の距離がほぼ一定および／または小さいままであるように構成することができる。
【００５１】
ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、少なくとも１つの壁構造４９を備えることができる。例えば、チャンバ４２ａ〜ｂに関して、アクチュエータ、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｅまたは変形可能要素の運動は、運動によってトリガされるチャンバ３８ａ〜ｃを充填する流体流に起因して、隣接するチャンバへの流体機械結合が発生し得るという事実をもたらし得る。流体機械結合に基づいて、サブキャビティ４２ａと３８ｂとの間に流体流５７が生じ得る。この直接的な結合または流体流５７を低減または回避するために、不動であるように具現化可能である１つまたはいくつかの分離壁（壁構造４９）を、隣接するチャンバ対３８ａおよび４２を分離するように配置することができる。壁構造は、例えば、層３４ａ、３６および３４ｂから連続的に形成された対応する位置にある要素として、簡単な方法で実現することができる。例えば、このような構造は、選択的エッチングプロセス中に配置されたままであり得る。さらに、壁構造４９は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の機械的安定性を増大させることができ、個々の層間の接合プロセスを単純化することができる。少なくとも１つの壁構造４９は、開口を備えることができ、または全体的に連続的に設計することができ、これによって、特に、共振曲線の幅を設定するために、または一般的に、アクチュエータチャンバシステムの動的特性を設定するために、チャンバ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂに流入／流出する流体に起因する減衰を選択的に変更することが可能になる。
【００５２】
図２ｂを図１とともに見ると、キャビティ１６ならびに／または複数のサブキャビティ３８ａ〜ｃおよび４２ａ〜ｂの容積は、層３２ａおよび３２ｂならびに基板１４の側部領域５３ａおよび５３ｂによって影響されるかまたは決定され得る。側部領域５３ａおよび５３ｂは、層３２ａと３２ｂの間に配置されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの変形可能要素は、少なくとも横運動方向２４の部分５５において、第１の層３２ａおよび／または３２ｂと平行に運動を行うように構成されてもよい。これは、変形可能要素が変形してもよく、または層３２ａと３２ｂとの間を運動してもよいことを意味する。
【００５３】
キャビティまたはサブキャビティの共振周波数は、容積の幾何学的形状、電気機械トランスデューサの駆動の周波数および／またはいくつかの変形可能要素の１つの機械的共振周波数の影響を受け得る。例えば、壁構造４９、低摩擦層の構成によって、または、いくつかのＭＥＭＳトランスデューサ内の構成に基づいて、少なくとも部分的に流体的に分離された（部分）キャビティは、異なる共振周波数を含むことができ、および／または、異なる周波数で、例えば制御デバイスを用いて駆動され得る。異なる駆動周波数および／または異なる共振周波数に基づいて、マルチウェイスピーカを得ることができる。例えば、キャビティの共振周波数は、空洞共振器またはヘルムホルツ共振器の分野で使用される。
【００５４】
図２ｃは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆが変形可能要素の変形状態を含む、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の概略斜視図を示す。例えば、変形可能要素は、最大偏向まで偏向される。図２ａの図と比較すると、変形可能要素（バー）の変形（屈曲）に基づいて、サブキャビティ４２ａの容積が減少している。例えば、層３４ａおよび３４ｂ（スペーサ）の厚さ（ｚ方向または厚さ方向に沿った寸法）が低い場合、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆが動いたときの、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆまたは変形可能要素を取り巻く周回流は、無視することができる。これは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆと基板、例えば要素４８との間の距離にも適用することができる。変形可能要素の変形に基づいて、図２ａおよび図２ｃのサブキャビティ４２ａの容積差に対応し得る流体の体積、例えば空気体積は、流体流（体積流）１２の形態で、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲領域に解放され得る。
【００５５】
第１のスペーサ層３４ａおよび第２のスペーサ層３４ｂがそれに沿って中間層３６に配置されるｚ方向に沿ったスペーサ層３４ａまたは３４ｂの寸法は、少なくとも１ｎｍで最大１ｍｍの範囲、好ましくは少なくとも２０ｎｍで最大１００μｍの範囲、特に好ましくは少なくとも５０ｎｍで最大１μｍの範囲内の値を含んでもよい。例えば、スペーサ層３４ａおよび３４ｂの寸法が、ｚ方向に沿った電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの寸法に比べて小さい場合、変形可能要素が変形されている間に第１の側から第２の側へ（例えば、正のｘ方向から負のｘ方向へ、またはその逆へ）電気機械的変換器１８ａ〜ｆを回流する流体流５７の範囲は、キャビティ内の体積流１２の範囲よりも小さくてもよい。
【００５６】
例えば、周回流または流体流５７は、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆが運動する領域におけるスペーサ層３４ａおよび／または３４ｂの少なくとも部分的な除去に基づいて生じ得る。簡単に言えば、電気機械トランスデューサと隣接する層との間の距離に基づいて可動要素の周りの流体流が生じ得る（流体損失）。流体流１２と比較して、これらは低くすることができる。例えば、それらの流体流は、体積流の規模を値１０、値１５、または値２０で除算した値より小さくすることができる。
【００５７】
電気機械トランスデューサは、対になって互いに向かって、または互いから外方に運動することができる。したがって、図２ｂの状態と比較して、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、例えば互いに対になって互いから外方に運動することができ、後続の時間間隔においては、対になって互いに向かって運動することができる。同時に、例えば、電気機械トランスデューサ１８ｂおよび１８ｃは、対になって互いに向かって、または互いから外方に運動することができる。トランスデューサが互いに隣接して配置されていない場合にも可能な一対の電気機械トランスデューサのこのような相補的な動きは、慣性力の完全な場合もある少なくとも部分的な補償をもたらし、それによって、振動の少ないまたはまったくない測度が、ＭＥＭＳトランスデューサで得られ、および／または、ＭＥＭＳトランスデューサから周囲の領域に伝達される。
【００５８】
言い換えれば、これまで説明したチャンバ手法の特定の特徴は、アクチュエータが対になって互いに向かって、および／または互いから外方に連続的に運動することであり得る。これは、（各チャンバ壁を制限する２つの能動的な屈曲アクチュエータを慎重に実現するとき）例えば、補聴器またはインイヤーヘッドホンとして使用されるときに邪魔になる振動がないことを意味する。
【００５９】
流体流１２は、例えば開口２６ａおよび／または２６ｂを通過することができる。開口２６ａおよび２６ｂは、同じ方法で構成されてもよく、または、それぞれ隣接するサブキャビティ３８ａおよび４２ａの幾何学的形状に適合されてもよい。例えば、開口２６ａは、軸方向（例えば、ｙ方向）に沿った可変断面、例えばｘ方向に沿った寸法を含むことができる。ｘ方向に沿った開口２６ｂの寸法は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の内部に向かう方向、すなわちキャビティまたはサブキャビティ４２ａに向かう方向に減少し得る。代替的にまたは付加的に、開口２６は、軸方向ｙに垂直なｚ方向（厚さ方向）などのさらなる方向に沿って可変寸法または可変断面を含むことができる。可変断面は、キャビティ１６に向かう方向においてＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から減少してもよい。先細りの断面、すなわち、開口２６の、１つまたは複数の方向ｘおよび／またはｚに沿ってキャビティ１６に向かう方向においてＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側から減少する寸法は、漏斗状開口として参照される場合がある。
【００６０】
漏斗状である可能性がある開口２６は、インピーダンスを整合させるためのデバイスとして使用することができる。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０をスピーカとして使用する場合、インピーダンス整合が有利であり得る。開口２６ｂの設計または幾何学的形状は、数センチメートルの寸法を有する巨視的スピーカと同様に実施することができる。開口２６ｂの形状は、漏斗の外面によって実際の音響放射を規定することを可能にすることができる。例えば、開口２６ｂは、構造化層３４ａ、３６および３４ｂ内に連続的に形成されてもよい。少なくとも１つのバー要素４４を含むバーグリッド５４は、バー要素４４間および／またはバー要素４４と隣接する基板との間の開口または間隙を備えることができる。間隙は、流体が間隙を通って流れることができるように形成されてもよい。
【００６１】
バーグリッド５４は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０のキャビティに入る粒子に対する保護を提供することができる。バーグリッド５４の開口の幅、すなわちバー要素４４間の距離は、流体流１２が所望の程度まで流れに対して影響を受けるかまたは影響を受けないように具体化することができる。例示的または理想的には、バー要素４４間の距離は、バーグリッドが多数の、またはさらにはすべての関連する粒子をフィルタリングすることができるように、ＭＥＭＳトランスデューサ２０内の最小スリット距離よりも小さくすることができる。例えば、スリット距離は、変形可能要素１８ａ〜ｃの、層３２ａまたは３２ｂまでの間の距離を表すことができる。例えば、バー要素４４の間の距離は、５μｍ、１μｍ、０．１μｍまたは０．０５μｍよりも小さくてもよい。
【００６２】
空間方向に沿ったバー要素４４の寸法は、バー要素４４が聴覚音域内、すなわち少なくとも１６Ｈｚで最大２２ＫＨｚの周波数範囲内のいかなる共鳴も含まないように実施することができる。バー要素４４は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の外側に、例えば、開口２６ａまたは２６ｂがｘ方向に沿って最大寸法を有する領域において配置されるように図示されているが、１つまたは複数のバー要素はまた、開口２６ａまたは２６ｂの異なる位置に、例えば開口２６ａおよび／または２６ｂの先細り領域内に、配置されてもよい。
【００６３】
サブキャビティ４２ａの容積は、変形可能要素の変形によって減少させることができる。同じ時間間隔の間に、チャンバ（サブキャビティ）３８ａの容積が増大することができる。サブキャビティ３８ａは、１つまたはいくつかのバー素子４４を含むバーグリッド５４および／または漏斗状開口２６ｂを介して、サブキャビティ４２と同じまたは類似の方法でＭＥＭＳトランスデューサ２０の周囲領域に接続されてもよい。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆは、互いに異なる周波数で駆動されるように構成されていてもよいし、または、互いに異なる共振周波数を含んでもよい。各サブキャビティの容積は、互いに異なる周波数で、または少なくとも部分的に同じ周波数で変化してもよい。
【００６４】
開口２６ａおよび開口２６ｂは、空間内で対向して配置されたＭＥＭＳトランスデューサ２０の壁面にまたは壁面内に配置されてもよい。例えば、流体流１２は、それぞれ、サブキャビティ４２ａおよび３８ａ、または複数のこのようなサブキャビティによって、開口２６ａまたは２６ｂを含むそれぞれの面に吐出または吸引されてもよい。これは、流体流１２が反対方向に生成され得ることを意味する。例えば、第１の時間間隔において、体積流１２は、開口２６ａから負のｙ方向に放出され、サブキャビティ３８ａ内に吸引され得る。第２の時間間隔では、これらの方向が逆になり得る。このようにして、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に沿った流れの短絡を防止または排除することができる。
【００６５】
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｆの変形可能要素（バー）は、外部から供給される信号に応じて湾曲するように構成することができる。
【００６６】
湾曲が生じる周波数は、体積流１２が生成され、および／または、振動し、したがって音声周波数に影響を及ぼすかまたはこれを決定する周波数であり得る。供給される信号によって決定される振動の振幅は（１つまたはいくつかの（共振）周波数で）体積流１２の振幅に影響を及ぼすかまたは決定し、したがって音レベルに影響を及ぼし得る。
【００６７】
また、少なくとも１つのチャンバ（キャビティまたはサブキャビティ）が感知要素として機能することができ、別のチャンバが作動要素として機能することができる。これは、ＭＥＭＳトランスデューサが、感知的に変形可能な少なくとも１つの要素と、作動的に変形可能な１つの要素とを含むことができることを意味する。バーの動きが検出され、評価される。このようにして、例えば、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂはアクチュエータとして駆動することができ、一方で、電気機械トランスデューサ１８ｃおよび／または１８ｄは流体中の検出用のセンサとして使用することができる。静電気（容量性）、圧電性またはピエゾ抵抗性センサ素子を、検出のために組み込むことができる。そのような要素は、マイクロフォンおよび／または圧力センサとして使用されてもよい。そのような一体型マイクロフォンおよび／またはそのような圧力センサはまた、スピーカチャンバ（アクチュエータ）、または超音波発生装置チャンバ、またはポンプチャンバの特性を調整および制御するために使用することもできる。このためには、対応する電子システムを駆動回路／制御回路として利用しなければならない。
【００６８】
続いて、電気機械トランスデューサおよび／またはアクチュエータについてさらなる実施形態を説明する。ＭＥＭＳトランスデューサ２０は、偏向されていない、または作動されていない状態で、偏向されていない変形可能要素を備えるように記載されているが、状態はまた、相互に交換可能であってもよい。これは、第１の非作動状態では、変形可能要素が変形または湾曲してもよく、駆動信号に基づいて、それほど強く湾曲していない、より強く湾曲しているまたは真っ直ぐである状態に変形してもよいことを意味する。
【００６９】
上記の論述では、電気信号が、例えば制御デバイスによってＭＥＭＳトランスデューサ２０に印加されることが説明されているが、体積流１２はまた、変形可能要素の変形をもたらし得、変形は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０における電気信号によって得ることができ、すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ２０はまた、センサとして構成することもできる。
【００７０】
続いて、変形可能要素の有利な変更携帯が参照される。１つまたはいくつかの電気機械トランスデューサは、後に説明する変形形態による変形可能要素を含むことができる。
【００７１】
図３は、バイモルフとして具体化された変形可能要素３０の概略斜視図を示す。変形可能要素３０は、第１の層５６と第２の層５８とを備え、これらは少なくとも定位置において、有利には全面にわたって、互いに固定接続されている。第１の層５６および第２の層５８は、機械的、物理的または化学的影響に基づいて様々な程度に、例えば、膨張または収縮するように変形されるように構成される。例えば、層５６および５８は、互いに異なる熱膨張係数を含むことができる。代替的にまたは付加的に、層５６または層５８は、対応する層に供給される電気信号に基づいて膨張または収縮するように構成されてもよい。例えば、この層はピエゾ材料を含むことができる。
【００７２】
層５６および５８の相互に異なる収縮または膨張は、作動方向５９または５９’に沿った変形可能要素３０の変形をもたらし得る。作動方向は、横運動方向２４と平行に配置されてもよい。作動方向は、正の電圧を印加することによって変形可能要素３０がそれに沿って偏向可能な方向であってもよい。
【００７３】
代替的にまたは付加的に、変形可能要素３０の交差収縮または交差膨張および／または層の１つの収縮または膨張に基づく、さらなる横運動方向２４’に沿って変形を使用することができる。これは、変形可能要素３０が、バー構造の軸方向（例えば、ｙ方向、または面内）に沿ってそのバー構造と共に湾曲するように構成され得ることを意味する。これは、往復運動、すなわち、横運動方向２４および反対の方向に沿って起こり得る。
【００７４】
言い換えれば、バイモルフは、２つの層からなるバーに対応することができる。例えば、これらの層は、互いに向かってある方向（例えば、垂直方向）に配置される。不動態層（例えば、層５６）は、活性層（例えば、層５８）に固定して接続することができる。適切な信号を印加することにより、活性層５８に機械的な張力を生成することができ、層５８の収縮または膨張がもたらされる。層５８の長さの変化の方向は、バイモルフが横方向に１つの（収縮）方向または他の（膨張）方向に曲がるように選択することができる。
【００７５】
図４ａは、図３に関連して説明したような、３つのバイモルフ構造３０ａ〜ｆを備える変形可能要素４０の概略斜視図を示す。ｘ、ｙ、およびｚ方向に沿った空間における変形可能要素４０の概略的な配置が、変形可能要素４０が例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０内または２０に配置されるように例示的に（ただし限定的ではない）示されている。変形可能な（部分）要素３０ａ〜ｃは、例えばｘ、ｙまたはｚ方向に沿って互いに異なる寸法を含むことができる。例えば、変形可能要素３０ａおよび３０ｃは、ｙ方向に沿って同じ延伸を含むことができる。例えば、変形可能要素３０ａ〜ｃの作動方向５９ａ〜ｃは、交互に配置されてもよく、または、例えば正／負／正のｘ方向の往復整列を含んでもよい。簡単に言えば、これは、変形可能要素３０ａおよび３０ｃが同じ長さを有するように理解され得る。変形可能要素３０ｂは、これとは異なる長さを有していてもよい。例えば、変形可能要素３０ｂの長さは、要素３０ａまたは３０ｃの同等の長さの２倍であってもよい。さらなる実施形態によれば、変形可能要素３０ａ〜３０ｃの間にさらなる要素、例えばばね要素を配置することもできる。
【００７６】
同じまたは同等の量が印加されたときに変形可能要素３０ａ〜ｃが偏向される方向（電圧の符号など）は、変形可能要素４０の長さに沿って交互になっていてもよい。これにより、交互に湾曲する経過が可能になる。変形可能要素４０は、３つの変形可能要素３０ａ〜ｃを含むように図示されているが、２つの変形可能要素または４つ以上の変形可能要素３０が配置されてもよい。
【００７７】
図４ｂは、偏向状態にある変形可能要素４０の概略斜視図を示す。例えば、層５８ａ〜５８ｃは、軸方向の進行（ｙ方向）に沿って複数の湾曲を生じるように収縮される。
【００７８】
換言すれば、図３に示す３つのバーは、それらの延伸方向に互いに隣接して配置されてもよい。これは、対応する信号上の第１のバーおよび第３のバー（３０ａおよび３０ｃ）が第１の方向の湾曲を含み、第２のバー（３０ｂ）が他の方向の湾曲を含むように行われ得る。このようにして、図４ａに示すように、信号のない伸張された形態に基づいて、図４ｂに示すように、対応する信号によってＳ字状に変形されたアクチュエータを得ることができる。信号を有するまたは有しない構成は、相互に交換可能である。したがって、変形可能要素３０は、例えば、印加される信号に基づいて、変形可能要素３０および／または４０の湾曲の減少または直線的な延伸をもたらす所定の変更またはバイアスを含むことができる。例えば、個々のバー３０ａ〜３０ｃの曲率は、符号は別として同一であり、第１のバー３０ａおよび第３のバー３０ｃのそれぞれの長さは、変形可能要素の全長の約４分の１に対応すると仮定することができ、中央バー３０ｂの長さは、変形可能要素４０の長さの約半分に対応する。
【００７９】
図４ｃは、サブキャビティ３８が変形可能要素の間に配置されるように、互いに隣接して配置された２つの側部にクランプ締めされた２つの変形可能要素４０ａおよび４０ｂの配置の概略上面図を示す。例えば、実線は、変形可能要素４０ａおよび４０ｂの作動状態を示し、一方で、点線は、非作動状態を示し、製造に起因して非作動状態は任意の形状をとることができるため、この変形可能要素のこの記述は、非作動状態が、相互に交換可能であってもよい。
【００８０】
変形可能要素４０ａおよび４０ｂは、非作動状態において湾曲を含むように形成されてもよい。さらに、変形可能要素４０ａおよび４０ｂは、作動中に反転する湾曲を行う３つのセグメント３０ａ〜１〜３０ｃ〜１および３０ａ〜２〜３０ｃ〜２からそれぞれ形成することができる。各セグメント、例えば中央セグメント３０ｂ〜ａまたは３０ｂ〜２はまた、２つ以上のセグメントから形成されてもよい。図４ａおよび図４ｂの図と比較して、セグメント３０ａ〜１，３０ｂ〜１および３０ｃ〜１は、互いに対しておよび他のすべてのセグメントに対して異なる長さを含むことができる。長さは、作動時に得られる所望の形状に適合可能であってもよい。Ｓ字型アクチュエータは、大きな平面充填率を達成することを可能にするだけでなく、２つの側部にクランプ締めすることもできるという大きな利点を有する。２つの側部でクランプ締めすることは、決して完全に避けることができない層の張力勾配に起因するバーの事前偏向を著しく減少させる。これにより、基板の下部および上部キャップまでの距離を非常に小さく保つことができ、に流れ／圧力損失が不均衡なほどに減少し、したがって、スピーカ、超音波トランスデューサ、マイクロフォンおよびポンプの効率が著しく向上するだけでなく、最初の段階で正しい動作が可能になり得る。さらなる実施形態によれば、変形可能要素４０のうちの１つだけが、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１０内に配置されてもよい。
【００８１】
図５は、一実施形態による、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃがＭＥＭＳトランスデューサ２０と比較して変化した構成を含むＭＥＭＳトランスデューサ５０の概略上面図を示す。電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは各々、それぞれ第１の変形可能要素２２ａおよび第２の変形可能要素および２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、ならびに２２ｅおよび２２ｆを含む。変形可能要素は、互いに対向して配置される。バー要素の偏向可能端部は、互いに向き合って配置される。変形可能要素２２ａ〜２２ｆが基板に接続される領域は、互いから外方に面して配置される。
【００８２】
電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃは各々、それぞれ第１の変形可能要素２２ａおよび第２の変形可能要素および２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄ、ならびに２２ｅおよび２２ｆに接続されているプレート要素６２ａ〜ｃを備える。それぞれのプレート要素６２ａ〜６２ｃは、それぞれの変形可能要素２２ａ〜ｆの偏向可能端部に接続することができる。
【００８３】
変形可能要素２２ａ〜ｆは、変形可能要素３０もしくは４０として全体的にもしくは部分的に具体化されてもよく、または異なる構成を備えてもよい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、２２ｃおよび２２ｄならびに２２ｅおよび２２ｆの異なる網掛けはそれぞれ、それぞれの変形可能要素の変形が互いに異なることを示している。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｃの変形可能要素は、変形可能要素２２ａ〜２２ｆのそれぞれの設計とは独立して、同じ空間方向に沿って偏向可能端部の偏向を行うように構成することができる。
【００８４】
例えば、図５に示す偏向していない状態から、駆動によって、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの偏向可能端部の偏向が正のｘ方向に沿って行われるようにすることができる。さらに、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄを駆動すると、それぞれの偏向可能端部の偏向が負のｘ方向に沿って行われるようにすることができる。これにより、駆動中にプレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに向かって運動することが可能になり、それによって、プレート要素の運動に基づいてサブキャビティ４２ａのサイズが縮小される。代替的にまたは付加的に、キャビティ４２ａ内の負圧が、プレート要素６２ａおよび６２ｂを互いに向かって運動させ、それによって、変形可能要素２２ａ〜ｄの変形が得られる。代替的または付加的に、１つまたはいくつかの変形可能要素２２ａ〜ｄが電気的に受動的であるように具体化されることも考えられる。例えば、プレート要素６２ａと６２ｂの電位に基づいて、プレート要素６２ａと６２ｂとの間に引力または反発力が得られ、プレート要素６２ａおよび６２ｂの運動、ひいては変形可能要素２２ａ〜ｄの変形ももたらされるように、１つまたは複数のプレート要素６２ａ〜６２ｃに電位を印加することができる。代替的にまたは付加的に、変形可能要素２２ｃ〜ｆならびに／またはプレート要素６２ｂおよび６２ｃは、変形可能要素２２ｃ〜ｆの変形およびサブキャビティ３８ａの容積の変化を得るために、同時に、または時間的にオフセットして駆動することができる。
【００８５】
言い換えれば、図５は、４つの屈曲バー２２ａ〜２２ｄおよび２２ｃ〜２ｆがそれぞれ、各チャンバ（キャビティ４２ａおよび３８ａ）の狭窄および／または膨張に使用される、図２ａ〜図２ｃに示された構成の変形形態を示している。これは、２つの屈曲バー（変形可能要素）にそれぞれ基づいて図２ａ〜２ｃに関連して説明される。図５は非作動状態を示す。この場合、作動状態と非作動状態とは相互に交換可能である。したがって、駆動可能な各変形可能要素は、信号が印加されていないときには一般に変形され、信号に応じて変形を変化させることができ、その一部は特別な事例においては伸張（非偏向）状態を達成している。
【００８６】
変形可能要素２２ａおよび２２ｂ、ならびに２２ｃおよび２２ｄのような、それぞれ垂直に（例えば、ｙ方向に沿って）対向する屈曲バーを各々、要素６４ａおよび６４ｂを含む屈曲可能な隆起部を介して互いに接続することができる。このようにして得られた隆起部の中央領域には、比較的剛性の延伸部である要素６６が配置され得る。それによって、剛性または可能な限り剛性であるように具体化されたプレート要素６２ｂが、同じに配置されてもよい。対応する信号が印加されると、プレート要素６２ａ〜６２ｃは、サブキャビティの容積を減少および／または増大させるために、平行に互いに向かって、または互いから外方に運動することができる。プレート要素の平行運動は、限定的な場合にサブキャビティ４２ａの容積がこの限定的な事例においてゼロになることを可能にすることができ、これは、プレート要素６２ａおよび６２ｂが互いに接触することを意味する。図２ａ〜ｃに関連して説明した構成と比較して、このような構成は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０の体積流よりも著しく大きい流体の体積流を提供することができる。サブキャビティ４２ａの容積が減少すると、サブキャビティ３８ｂの容積はそれに応じて、または少なくともこれに基づいて増大することができる。流体は、ＭＥＭＳトランスデューサ２０に関連して説明したように、開口２６ａ、２６ｂおよび／または２６ｃを介して供給されてもよい。要素６４ａおよび６４ｂは、ばね要素として参照される場合もある。
【００８７】
変形可能要素（屈曲バー）２２ａおよび２２ｂは、信号が印加されたときに、それらが右（正のｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。変形可能要素２２ａおよび２２ｂは、信号が印加されたときに、それらが左（（複数可）のｘ方向）に向かって湾曲するように設計されてもよい。両方のタイプのバー（変形可能要素の網掛け）は、図３または図４に関連して第１の信号を受けて湾曲し、第２の信号を受けて反対方向に湾曲するように構成することができる。この場合、バーの屈曲に起因する機械的復元力とは無関係に、チャンバ（サブキャビティ）を元のサイズに狭窄および伸長することができる。例えば、第１の信号および第２の信号は、正および負の電圧であってもよい。例えば、図３を考慮すると、層５６および５８はまた各々活性層であってもよく、または、層５８から外方に面する側において層５６にさらなる活性層が配置されてもよく、一方または他方の方向の偏向を得るために、２つの活性層は互いから別個に対処され得る。
【００８８】
２つの対向する変形可能要素、例えば、変形可能要素２２ｃおよび２２ｄと、これらに接続されたプレート要素６２ｂとの間の容積は、屈曲バーの運動または変形に応じて変化し得る。例えば、プレート要素６２は、剛性を有するように具体化されてもよい。改善された圧力補償を可能にするために、プレート要素６２ｂをそれぞれ変形可能要素２２ｃおよび２２ｄに接続する変形可能要素２２ｃおよび／もしくは２２ｄならびに／または接続要素６４および６６は、局所的な流路を提供するために局所的に薄くする、すなわち、厚さを低減することができる。例えば、これは、追加の構造化またはエッチングによって行われ得る。接続要素６４ａ、６４ｂ、および６６は、Ｔ字配列で配置されてもよい。接続要素６６は、要素６４ａおよび６４ｂと比較して高い剛性を含むことができる。変形可能要素２２ｃおよび２２ｄの変形の間、要素６４ａおよび６４ｂは、それぞれのプレート要素の直線運動を可能にするために、有利に変形され得る。
【００８９】
続いて、プレート要素６２ａおよび６２ｂがそれぞれ、対向する変形可能要素２２ａおよび２２ｂならびに２２ｃおよび２２ｄに接続されている図６ａ〜ｅに基づいて、有利な実施形態を説明する。
【００９０】
以下の説明は、各事例において同じ方法で設計された変形可能要素とプレート要素との接続を参照するが、異なる電気機械トランスデューサ、および／または、プレート要素に対する個々の変形可能要素の接続は、互いから別様に具体化されてもよい。以下に記載する詳細は、完全には有利ではないさらなる変形形態を説明し、それら自体で、または互いに組み合わせて、または他の有利な実施形態において実施されてもよい。
【００９１】
図６ａは、それぞれ板要素６２ａと６２ｂとの間、変形可能要素２２ａと２２ｂとの間、および２２ｃと２２ｄとの間に直線状に構成されたばね要素６８が配置されている構成の概略上面図を示す。ばね要素６８は、変形可能要素２２ａ〜ｄの材料もしくはプレート要素６２ａもしくは６２ｂの材料から形成されてもよく、および／またはこれらの要素の１つもしくは複数と一体的に形成されてもよい。例えば、ばね要素６８は、プレート要素６２ａまたは６２ｂに対して直角を含むことができる。
【００９２】
図６ｂは、ばね要素６８’が９０°未満、例えば３０°または４０°の角度αで、変形可能要素の可撓性端部から配置されている代替の構成を示す。これは、図６ａの構成と比較して、プレート要素６２ａにおける接触点の距離が増大していることを可能にし、これは、運動中のプレート要素６２ａの屈曲の低減をもたらし得る。
【００９３】
図６ｃは、ばね要素６２ａが９０°未満の角度αで配置される構成を示す。例えば、これは、図６ａに示される構成と比較した場合に、ばね要素６８の復元力の低下をもたらし得る。
【００９４】
図６ｄは、電気機械トランスデューサ１８ａがそれに隣接して配置されている基板１４の領域にばね要素７２ａまたは７２ｂが配置されるように、または、それぞれの変形可能要素が基板１４に接続されるように、図６ａの構成が偏向されている構成を示す。
【００９５】
例えば、ばね要素７２ａおよび／または７２ｂは、それぞれ基板１４の陥凹部（キャビティ）７４ａおよび７４ｂによって少なくとも部分的に決定されてもよい。例えば、これは、陥凹部７４ａ、７４ｂに起因して基板１４の剛性が局所的に低減可能であり、それによって、それぞればね要素７２ａ、７２ｂが形成されることを意味する。陥凹部７４ａおよび７４ｂは、それらが基板１４内の隣接する変形要素２２ａおよび２２ｃならびに２２ｂおよび２２ｄをそれぞれ越え延伸するように示されているが、陥凹部７４ａまたは７４ｂは単に、変形可能要素に隣接して、またはいくつかの変形可能な要素に隣接して配置されてもよい。代替的に、基板１４はまた、いくつかの陥凹部またはばね要素を備えていてもよい。
【００９６】
言い換えれば、図６ｄは、変形可能要素（バー）が固定された屈曲ばね（ばね要素７２ａおよび７２ｂ）の形態のさらなる構造が引張応力のさらなる低減をもたらすことができる構成を示す。例えば、図６ｅの構成に示され、陥凹部７６ａ〜ｄに関連して説明されているように、このような屈曲ばね要素を剛性プレートに一体化することもできる。バーの偏向の場合、これらの要素はＳ字状に変形され、剛性プレートに対する引張応力を減少させることができる。
【００９７】
図６ｅは、図６ｄに関連して説明した構成と比較して、プレート要素６２ａおよび６２ｂが、それぞれプレート要素６２ａおよび６２ｂがばね要素６８を介して変形可能要素に接続されている領域に隣接する陥凹部７６ａ〜ｄを備える、電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂの構成を示す。陥凹部７６ａ〜ｄと、変形可能要素から外方に面するそれぞれプレート要素６２ａおよび６２ｂの側部との間の距離は、この領域におけるそれぞれプレート要素６２ａおよび６２ｂの剛性に影響を及ぼし得る。陥凹部７６ａ〜ｄは、変形可能要素２２ａ〜ｄに作用する復元力を減少させることができる。
【００９８】
言い換えれば、図６ａ〜図６ｅは、可動要素または電気機械トランスデューサの設計の変形形態を示す。これらは、例としてまたは詳細には、図５に示す要素６４ａまたは６４ｂが補強材６６とばね要素６８に向かって合体している点で、図５に関連して説明した実施形態とは異なっている。図６ａによる構成は、図面の平面（ｘ／ｙ平面）に垂直な軸の周りのプレート要素６２ａまたは６２ｂの寄生傾斜と比較してより高い剛性を含むことができる。このことは、図６ｂおよび図６ｃによる構成にも同様に当てはまり得る。さらに、３つの構成すべてが、図５の構成と比較して、屈曲バーのより大きい偏向を可能にする。この場合、要素６４ａおよび／または６４ｂ（屈曲可能な隆起部）は、バーの偏向を受けて引張応力を受けることができ、この結果として、偏向が増大すると、変形可能要素のバー偏向に対する機械的抵抗が増大し得る。図６ａ〜図６ｃによる変形形態では、それぞれの接続するばね要素６８が、これらの要素の対応する設計により、著しく低い機械的抵抗を表し得る屈曲によって反応し得るため、２つの変形可能要素の機械的接続は、非常により滑らかな（剛性の低い）様式で具体化することができる。
【００９９】
図５に関連して説明した接続要素／ばね６８および／または要素／ばね６４ａ〜ｂは、湾曲形状または蛇行形状を有してもよい。これにより、好ましい方向への柔軟性を向上させることが可能になる。図６ｄおよび図６ｅに関連して説明されるような構成は、引張応力の減少を可能にし、それによって、変形可能要素の効果的な硬化をもたらす。図６ａ〜図６ｅにおいて説明される構成は、入力開口２６および出力開口２６を無視する。これらの開口が配置されている場合、開口が配置されている領域において、基板内の陥凹部および／またはばね要素を省略することができる。代替的にまたは付加的に、少なくとも１つの陥凹部によって得られるばね要素７２ａ、７２ｂおよび／またはプレート要素６２ａもしくは６２ｂのうちの１つ、複数または各々は、２つまたはいくつかの互いに分離され独立したばね要素に基づいて実現されてもよい。
【０１００】
続いて説明される図７ａ〜図７ｃは、例示的に、変形可能要素およびプレート要素の可能な構成を説明する。
【０１０１】
図７ａは、プレート要素６２に接続された変形可能要素４０を示す。例えば、プレート要素６２は、変形可能要素４０に直に配置されてもよい。
【０１０２】
図７ｂは、変形可能要素４０ａが基板１４の間に固定的にクランプ締めされ、横方向２４に沿って変形されるように構成された構成を示す。変形可能要素４０とプレート要素６２との間に、端部が接続され得る２つのさらなる変形可能要素４０ｂおよび４０ｃが配置されている。これらの接続に基づいて、変形可能要素４０ｂおよび４０ｃは、それぞれの変形可能要素４０ｂまたは４０ｃの隆起部が他の変形可能要素から外方を指すように、互いに向かって整列されてもよい。例えば、変形可能要素４０ａ〜４０ｃはともに駆動されてもよく、または、流体の体積流にともに反応してもよく、例えば、変形可能要素４０ａ〜４０ｃの相互駆動は、アクチュエータが動く大きさの増大、すなわち、プレート要素６２が偏向される経路のサイズの増大をもたらす。これは、少なくとも１つのさらなる変形可能要素が、変形可能要素とプレート要素との間に配置され得、さらなる変形可能要素は、変形可能要素とともに相互駆動を受けて変形要素のアクチュエータ運動を増大させるように構成される。
【０１０３】
図７ｃは、変形可能要素４０ａ〜ｃが、中央領域に陥凹部７０ａまたは７０ｂを備え、これによって、変形可能要素４０ｂと４０ｃとの間の容積８２の、さらなるサブキャビティ、例えば、サブキャビティ３８ａとの流体結合が可能になる、電気機械トランスデューサ１８の構成を示している。変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび／または４０ｃは、各々、陥凹部７８ａおよび７８ｂを提供するために、２つの部分で具体化されてもよい。代替的にまたは付加的に、陥凹部７８ａおよび７８ｂは、それぞれ、変形可能要素４０ａ、４０ｂおよび４０ｃのさらなる材料によって厚さ方向（ｚ方向）に沿って囲まれた陥凹部として具体化されてもよい。
【０１０４】
換言すれば、図７ａは、図４による作動されているＳ字型屈曲バーを有する構成を示し、屈曲バーへの接続部が剛性プレートの中心に配置されている。偏向を増大するために、屈曲アクチュエータが連続的に複数回（直列に）配置され得る。図７ｂおよび図７ｃは、直列に接続された３つのＳ字アクチュエータの配置を概略的に示す。さらなる実施形態によれば、２つのＳ字アクチュエータ（変形可能要素４０）または４つ以上のアクチュエータが直列に接続されてもよい。図７ａ〜図７ｃの変形可能要素の網掛けは、例えば、図４で選択された網掛けに一致するように示されている。異なる網掛けは、それぞれの部分の異なる湾曲方向を示すことができる。図７ｃは、Ｓ字型アクチュエータの中央に開口（陥凹部７８ａおよび７８ｂ）を備え、間隙（キャビティ８２）の改善された換気を可能にする構成を示す。
【０１０５】
図７ｄは、第１の変形可能要素４０ａと第２の変形可能要素４０ｂとがｙ方向に沿って平行に配置されている電気機械トランスデューサの構成を示す。これにより、プレート要素６２が偏向される力の効果を増大させることができる。変形可能要素の端部は、互いに接続されていてもよく、または、基板にともに配置されていてもよい。代替的に、２つまたはいくつかの変形可能要素４０ａおよび４０ｂは、異なる方向、例えばｚ方向（厚さ方向）に沿って平行に配置されてもよい。代替的にまたは付加的に、変形可能要素の直列接続および並列接続が組み合わされてもよい。
【０１０６】
大きな偏向または大きすぎる偏向を受けて、可動要素は別の可動要素または固定要素に衝突する可能性がある。これは固着をもたらす可能性がある。有利には、可動要素または固定要素にスペーサ要素（ボラード）を設けることができ、接触面積を著しく減少させることができ、したがって固着を低減するか、または回避することができる。いわゆるボラードの代わりに、ばね要素として構成された小さな構造を配置することができる。固着を回避することに加えて、２つの要素が当たる衝動を逆転することができ、これによってエネルギー損失を低減もしくは回避することができ、またはアクチュエータの動的性能を改善することができる。
【０１０７】
図８ａは、変形可能要素が基板、ならびに／または、基板に接続されている中間要素３６および／もしくはアンカー要素８４に交互に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示す。例えば、変形可能要素２２ａは、中間層３６の領域４６および４８の端部で基板に固定して接続され、変形可能要素４０に関連して例示的に説明したように、Ｓ字状の運動を実行するように構成される。隣接して配置された変形可能要素２２ｂは、アンカー要素８４に接続されている。アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域に配置され、スペーサ層３４ａまたは層３２ａにおいて変形可能要素に接続することができる。これは、基板がアンカー要素を含むことができることを意味する。
【０１０８】
変形可能要素２２ａまたは２２ｂの可動端に隣接して配置された中間層３６の側壁は、それぞれ変形可能要素２２ａおよび２２ｂの運動形状に基づいて成形されてもよい。
【０１０９】
図８ｂは、スペーサ層３４ｂおよび層３２ｂが例示的に示されていないＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示す。ＭＥＭＳ８０は、開口２６の領域にバー要素４４を含む。領域４８はばね要素７２ａ〜７２ｃを含むことができる。領域４８は、例示的に、中間層３６の上面図として示されている。
【０１１０】
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂおよび／または基板の層と一体的に成形されてもよい。しかし、図８に示すように、アンカー要素８４は、層３２ａおよび３２ｂを互いに接続するために、変形可能要素２２ｂを越えてｚ方向に沿って延伸することができる。これにより、層３２ａおよび３２ｂの振動感受性を低減することができる。代替的に、アンカー要素８４はまた、機械的変形可能要素２２ｂとは別の部品および／または別の材料から形成されてもよい。例えば、これに隣接して配置された変形可能要素２２ａは、領域４８または４６内の２つの側部上で、例えば、形状嵌合または圧力嵌めの様式で基板に固定的に接続される。
【０１１１】
例えば、バー要素４４の間の距離８５は、１μｍ未満、０．１μｍ未満または０．０５μｍ未満であってもよい。
【０１１２】
アンカー要素８４は、変形可能要素２２ｂの中央領域に配置されてもよい。例えば、中央領域は、変形可能要素の幾何学的中心を含むことができる。例えば、中央領域は、変形可能要素４０のバーセグメント３０ｂであってもよい。
【０１１３】
図８ｂは、偏向状態にあるＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略斜視図を示す。変形可能要素２２ｂの外側領域は、変形可能要素２２ａに向かう方向に運動していてもよく、一方で、変形可能要素２２ａの外端の位置は、本質的に変化しないままであってもよい。変形可能要素２２ａの中央領域は、変形可能要素２２ｂの方向に運動していてもよく、一方で、変形可能要素２２ｂの中央領域の位置は、アンカー要素８４に基づいて本質的に変化しないままであってもよい。
【０１１４】
図８ｄは、図８ｃに示すような、偏向状態にあるＭＥＭＳトランスデューサ８０の概略上面図を示す。図８ｂの図と比較すると、キャビティ４２の容積は減少しており、一方で、サブキャビティ３８の容積は増大している。ばね要素７２ａは、変形可能要素２２ａに入力される力の減少をもたらし得るが、ばね要素は配置されていなくてもよい。基板の開口２６に隣接する第１のサブキャビティ４２は、第１の電気機械トランスデューサのバー構造と第２の電気機械トランスデューサのバー構造との間、またはアクチュエータ２２ａと２２ｂとの間に配置することができる。
【０１１５】
換言すれば、図８ａおよび図８ｂは、ＭＥＭＳトランスデューサのチップ表面が非常に効率的に使用可能である変形形態の概略３Ｄ図または変形の上面図を示す。図２ａ〜図２ｃに関連して説明した基部構成と同様に、屈曲アクチュエータを専らまたは主に使用することができる、すなわち、追加の剛性プレート要素を省略することができる。図８ａに示すように、チャンバ４２は、２つの非偏向Ｓ字型アクチュエータ２２ａおよび２２ｂによって制限される。左側（マイナスｘ方向）を制限するＳ字アクチュエータ２２ａは、その両端が図中の上側または下側（すなわち、ｙ方向の正負）にある状態で、残りのデバイスに接続されていてもよい。右側を制限するＳアクチュエータ２２ｂは、ポスト（アンカー要素）８４に固定されてもよい。このＳ字型アクチュエータの両端は自由に動くことができる。ポスト８４は、上部キャップ３２ａおよび下部キャップ３２ｂにそれぞれ固定的に接続されてもよい。信号が印加されると、両方のアクチュエータはＳ字状に屈曲する。陥凹部の影響を受ける図８ａに示すばね要素７２ａは、引張応力を解放する役割を果たし得る。ばね要素は、図８ｂの紙面内で要素４８の横運動方向２４に沿って配置され、それによって、ばね要素７２ａが横運動方向２４に沿って固定的にクランプ締めされる。図８に例示的に示すように、ばね要素７２ａは、スペーサ層３４ａおよび３４ｂに基づくばね要素に対する固定接続を含み、クランプ締めすることもできる。代替的に、層３４ａおよび３４ｂは、ばね要素７２ａがスペーサ層３４ａおよび／または３４ｂと接触しないように構成することができ、したがってより高い可撓性を含むことができる。
【０１１６】
図８ｃおよび図８ｄに示すように、Ｓ字型アクチュエータ２２ａの膨らんだ湾曲は、Ｓ字型アクチュエータ２２ａの中心がＳ字型アクチュエータ２２ｂの中心にほぼ接するようにポスト８４に向かって運動させることができる。同時に、Ｓ字型アクチュエータ２２ｂの自由端は、Ｓ字型アクチュエータ２２ａの固定クランプに向かって運動しており、これにより、これらはまたほぼ接触する。２つのＳ字型アクチュエータの作動形状は、アクチュエータ４２の十分に偏向すると、チャンバ４２が実質的にまたはほぼ完全に閉じることができるように、ほぼ同じまたは同一であってもよい。したがって、チャンバ４２の元の容積は、体積流の生成のため、またはその検出のために全体的に使用され得る。チャンバ４２が容積を失うのと同じ程度に、チャンバ３８は容積を得ることができ、それによって、流れに影響を及ぼす要素を十分に寸法決めすると、動力学的効果によって生じるチャンバ３８と４２との間の圧力差が大きすぎてアクチュエータの動きに影響するということを回避することができる。要素４６および４８は、アクチュエータ２２ｂの自由端までの距離が、端部の偏向とは無関係に、小さくおよび／またはほぼ一定のままであり得るように具体化され得る。アクチュエータ２２ａの歪みを緩和するために、上述したように、屈曲ばね要素７２ａを配置することができる。
【０１１７】
上述の実施形態は、新たな流路に配置された別のアクチュエータを含むことができる。例えば、さらなるアクチュエータは、例えば電気機械トランスデューサ１８によって可能であり得るように、音を直接生成するようには機能しなくてもよく、流れ特性を可変に設定するために使用されてもよい。例えば、これを用いて、共振曲線の減衰およびひいては幅を、デバイス（ＭＥＭＳトランスデューサ）の動作中の要件に応じて、個々にかつ柔軟に各チャンバに対して適合させることができる。
【０１１８】
最初に述べた見積もりでは、従来技術による膜スピーカの有効面積当たりの体積変化（ΔＶ／Ａ）は３．７５μｍと推定された。以下に説明するように、これは、活性領域の推定値ΔＶ／Ａを得るために、マイクロ技術に適した寸法に基づいて、図８ａ〜図８ｃに示すＭＥＭＳトランスデューサについて再度推定することができる。このために、アクチュエータの幅（図８ａのｘ方向）は５μｍの値であると仮定することができる。ポスト８４の幅はまた、５μｍの値を含むことができる。チャンバ３８の側壁を形成するアクチュエータの距離については（例えば、図８ａおよび図８ｂの非偏向状態において）、１０μｍが想定され得る。チャンバ４２の側壁を形成するアクチュエータの距離については（図８ａおよび図８ｂの非偏向状態において）、１００μｍが想定され得る。活性領域のいくらの割合が体積流の生成に使用されるかを示すことができる平面ファイリングファクタＦｐは、Ｆｐ＝１００／（５＋１００＋５＋１０）＝８３％となる。
【０１１９】
ΔＶ／Ａは、ΔＶ／Ａ＝ＡｘＦｐｈ／Ａ＝Ｆｐｈとして表すことができる。
【０１２０】
上式において、ｈはチャンバの高さ（例えば、図８ａのｚ方向）を示すことができる。簡単に言えば、アクチュエータの高さのみをこのために想定することができる。スペーサ層３４ａおよび３４ｂの厚さは無視してもよい。膜スピーカの上述の３．７５μｍと比較すると、３．７５μｍ／Ｆｐ（すなわち、４．５μｍ）だけのアクチュエータの高さが、活性領域当たりの同じ体積流を提供するのにすでに十分であることが明らかになる。微小機械技術で容易に製造可能な約５０μｍのアクチュエータ厚さｈの場合、その値はすでに、ＭＥＭＳ膜スピーカの１０倍を超える高さであり得る。
【０１２１】
剛性プレートなしで実施されるＭＥＭＳトランスデューサ８０による実施形態では、機械的要素および機械的接続の数が著しく減少することに起因して、プレート要素、および、可能性として、変形可能要素とプレート要素との間のさらなる変形可能要素を備える変形形態よりも実質的に容易に寄生振動を処理または低減することができる。図７ｂおよび図７ｃに示されるような直列のアクチュエータの接続は、より大きなストロークまたはより大きな力を達成するのに役立ち得る。
【０１２２】
図９は、スタック９０の概略斜視図を示す。スタック９０は、スタック９０に対するさらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび８０ｃに接続され、スタック９０内に配置されたＭＥＭＳトランスデューサ８０ａを含む。ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａならびにさらなるＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃの電気機械トランスデューサは、ともに駆動することができる。これは、チップ表面が同じままである場合、生成または検出され得る体積流が増大することを意味する。スタック９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ａ、８０ｂおよび８０ｃを含むように記載されているが、代替的または付加的に、他のＭＥＭＳトランスデューサ１０，２０および／または５０が配置されてもよい。スタック９０は、３つのＭＥＭＳトランスデューサを含むように記載されているが、スタック９０は、２つ、４つ、５つ、６つまたはそれ以上のＭＥＭＳトランスデューサのような別の数のＭＥＭＳトランスデューサを含むこともできる。スタック９０内に配置されたＭＥＭＳトランスデューサまたは隣接するＭＥＭＳトランスデューサのキャビティまたはサブキャビティは、互いに接続されてもよい。例えば、キャビティまたはサブキャビティは、個々のＭＥＭＳトランスデューサの間の層の開口を介して接続することができる。
【０１２３】
換言すれば、シリコン技術に基づいて、ディスクまたはチップ（ＭＥＭＳトランスデューサ）は、例えば、この事例においては従来の膜スピーカとは対照的に、体積流のさらなる増大をもたらすことができるように、接合方法によって積層することができる。積層する前に個々のディスクまたはチップを薄くするための技術を使用する場合、スタックの高さを低く保つことができる。例えば、そのような技術は、エッチングプロセスおよび／または研削プロセスを含むことができる。
【０１２４】
互いに隣接して配置された層３２ａおよび／または３２ｂの層厚の減少は、これらの層の一方またはさらには両方が除去される程度まで実施することができる。代替的にまたは付加的に、特定の下部キャップまたは上部キャップ（それぞれ層３２ａおよび３２ｂ）が省略されるように、スタック高さを減少させるための製造プロセスが実行されてもよい。例えば、スタック９０は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０ｂおよび／または８０ｃが層３２ｂなしで具体化されるように形成することができる。
【０１２５】
図１０は、変形可能要素２２ａ〜ｄが基板１４の側部の間に配置されているＭＥＭＳトランスデューサ１００の断面の概略透視上面図を示す。変形可能要素２２ａおよび２２ｂは、アンカー要素８４ａを介して間接的に接続される。これは、変形可能要素２２ａおよび２２ｂｍａｘの端部が、可能性としてアンカー要素８４ａによって基板に固定的に接続され、したがって（固定的に）クランプ締めされることを意味する。これは、変形可能要素２２ａ〜ｄまたはさらなる実施形態による他の変形可能要素がバー構造を含み得ることを意味する。バー構造は、第１の端部および第２の端部に固定的にクランプ締めされてもよい。変形可能要素２２ａ〜２２ｄまたはバー構造の端部のクランプ締めは、変形可能要素の事前偏向を（例えば、層張力勾配に起因して）低減または著しく低減することを可能にする。このように、キャップとアクチュエータとの間のスリットを、より小さくすることができ、これは、いくつかの用途の効率において大きな利点を有する。
【０１２６】
例えば、変形可能要素２２ａ〜２２ｄは、それぞれ２つの側部に固定的にクランプ締めされる。固定クランプ締めは、それぞれ基板１４ならびに／またはアンカー要素８４ａおよび８４ｂにおける変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの配置または生成によって得ることができる。点線８８は変形可能要素２２ａ〜ｄの非偏向状態を示し、一方で、実線９２は偏向形状を示す。基板１４の形状または要素９４ａおよび９４ｂは、ｙ方向に沿った変形可能要素２２ａ〜ｄの位置決めを可能にすることができる。対になった電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃの位置は、要素９４ａおよび９４ｂに基づいて変位することができる。隣接しておよび／または対になって構成された電気機械トランスデューサ１８ａおよび１８ｂは、互いに反対に変形可能であり得る。
【０１２７】
変形可能要素２２ａ、および可能性として対向する変形可能要素２２ｃは、変形に基づいてサブキャビティ部分９６ａのサイズに影響を及ぼす、すなわち、増大または低減するように、または、体積流に基づいてサブキャビティ部分９６ａの変形を実行するように構成することができる。変形可能要素２２ｂ、および、可能性として反対に配置された変形可能要素２２ｄは、サブキャビティ部分９６ｂに影響を及ぼすように構成されてもよい。サブキャビティ部分９６ａおよび９６ｂは、例えばアンカー要素８４ａおよび８４ｂの領域において、互いに接続されてもよい。変形可能要素２２ａ〜２２ｄの変形は、変形可能要素２２ａおよび２２ｃ、ならびに２２ｂ、２２ｄがそれぞれ、互いに異なる周波数で変形される、すなわち、サブキャビティ部分９６ａ内の容積変化が、サブキャビティ部９６ｂの容積が変更される周波数とは異なる周波数で生じるように、得ることができる。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサがスピーカとして使用される場合、周波数が異なる容積変化に基づいてサブキャビティ部分において異なる周波数が得られ得る。ＭＥＭＳトランスデューサ１００がマイクロフォンとして使用される場合、サブキャビティ部分９６ａおよび９６ｂは、例えば、互いに異なる共振周波数を含むことができる。代替的に、ＭＥＭＳトランスデューサ１００が例えばさらなる周波数またはさらなる共振周波数を生成するように、さらなるサブキャビティ部分およびさらなる変形可能要素をｙ方向に沿って配置することができる。
【０１２８】
代替的に、変形可能要素２２ａおよび２２ｂまたは変形可能要素２２ｃおよび２２ｄはまた、互いに直接接続されてもよい。例えば、アンカー要素は、変形可能要素２２ａ〜２２ｄの変形に影響を及ぼすために、１つまたはいくつかの変形可能要素２２ａ〜２２ｄの中央領域に配置されてもよい。これは、変形可能要素２２ａおよび２２ｂが互いに直接接続され得ることを意味する。代替的に、変形可能要素２２ａと２２ｂとの間にばね要素または別の要素を配置することもできる。
【０１２９】
ＭＥＭＳトランスデューサ１００は、第１の時間間隔内で、開口２６から正のｙ方向に体積流１２が得られ、続いて、第２の時間間隔内で、開口２６から負のｙ方向に体積流１２が得られるように具体化することができる。
【０１３０】
換言すれば、図１０は、可能性として排他的に、Ｓ字型のアクチュエータが配置される構成を示す。原則を強調するために、Ｓ字型アクチュエータは、図面において、作動されている（実線９２）、および、作動されていない（点線８８）ものとして図示され得る。作動状態および非作動状態はまた、それに応じてこれを設計することによって交換可能であってもよい。Ｓ字型アクチュエータ（変形可能要素２２ａ〜ｄ）は各々、一方の端部（上側）およびもう一方の端部（下側）にクランプ締めされてもよい。このために、アンカー要素８４ａ〜ｂが使用されてもよい。アンカー要素８４ａ〜ｂは、層３４ａ、３６および３４ｂから形成されてもよく、層３２ａおよび／または３２ｂと接続されてもよい。Ｓ字型アクチュエータの自由端と要素９４ａまたは９４ｂとの間の距離は、この構成に基づいて省略されてもよい。これにより、周回流損失を少なくすることができる。ベース基板は、アクチュエータが当該ベース基板から製造され得るように処理することができ、ベース基板は層張力勾配を含むことができ、または、層張力勾配は、アクチュエータの製造中に導入されてもよい。これによって誘発される変形可能要素の偏向は、アンカー要素８４ａおよび／または８４ｂの構成に基づいて低減または防止することができる。特に、２つの側部上で変形可能要素を懸架することによって、層３２ａまたは３２ｂのうちの１つの方向における変形可能要素の偏向を低減または防止することができる。したがって、スペーサ層３４ａおよび／または３４ｂは、より薄くすることができ、これはまた、流れ損失の減少を引き起こすことができる。各チャンバ（サブキャビティ部分９６ａまたは９６ｂ）は、２つのＳ字型アクチュエータによって制限されてもよい。図１０の例では、２つのチャンバを直列に接続することができる。直列に接続されたチャンバの数は、音響特性、特にＳ字型アクチュエータまたはアクチュエータチャンバシステムの共振周波数を考慮に入れてチップ上に設けられた面積に基づいて選択することができ、１と大きな数、例えば４以上、６以上または１１以上との間で変化し得る。
【０１３１】
要素９４ａおよび９４ｂは、任意選択的に配置されてもよく、すなわち、ＭＥＭＳトランスデューサ１００はまた、これらの要素なしで具体化されてもよい。例えば、電気機械トランスデューサおよび／または変形可能要素の特別な設計または駆動に起因して、アクチュエータの対応する部分が偏向されない場合、要素９４ａまたは９４ｂによる基板１４からの間隔を省略することができる。マルチＳ字型アクチュエータ（波型アクチュエータ）が具体化されてもよい。特に、バー（変形可能要素）の共振周波数は長さが増すにつれて減少するため、これはこの構成に基づいて低い共振周波数を得ることを可能にする。
【０１３２】
図１１ａは、図１０の構成と比較して、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂが基板１４の横方向、例えばｘ方向に対して斜めに配置されたＭＥＭＳトランスデューサ１１０の断面の概略上面図を示す。ＭＥＭＳトランスデューサ１００と比較して同じｙ方向に沿って延伸することによって、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｂはより長い軸方向の延伸を含む。これにより、より大きなサブキャビティ部分９６ａおよび／もしくは９６ｂならびに／または直列に接続されたより多数のサブキャビティ部分もしくは変形可能要素を可能にすることができる。
【０１３３】
変形可能要素の外側バーセグメント３０ａは、アンカー要素８４を介してさらなる変形可能要素の外側バーセグメント３０ｃに間接的に接続されてもよい。代替的に、バーセグメント３０ａおよび３０ｃはまた、互いに直接接続されてもよい。
【０１３４】
言い換えれば、図１１ａは、図１０の議論と比較して、活性領域が４５°回転され、使用可能なチップ表面が可能性としてより大きい範囲まで使用可能であるさらなる実施形態を示す。漏斗状開口２６は、好ましくは、チップ端面に垂直に、すなわちｙ方向に沿って、これに対して正または負の方向に音を発することができるように設計することができる。
【０１３５】
上記の変形可能要素の各々はまた、複数の相互接続された変形可能要素として形成されてもよい。
【０１３６】
図１１ｂは、例えばポンプとして使用可能なＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の断面の概略上面図を示す。図１１ａのＭＥＭＳトランスデューサ１１０と比較して、サブキャビティ部分９６ａおよび９６ｂは、２つの開口２６ａおよび２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の周囲領域に接続されてもよい。サブキャビティ部分９６ａおよび９６ｂは、開口２６ａを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第１の側部９７ａに接続され、開口２６ｂを介してＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の第２の側部９７ｂに接続され得る。例えば、第１の側部９７ａと第２の側部９７ｂとは、互いに対向して配置されていてもよい。代替的に、側部９７ａおよび９７ｂはまた、互いに向かって一定の角度を含んでもよい。例えば、側部９７ａまたは９７ｂの一方は、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の側面を含んでもよく、他方の側部９７ｂまたは９７ａは、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の主面（例えば、上面または下面）を含んでもよい。
【０１３７】
変形可能要素２２ａ〜ｄの変形に基づいて、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’を通って第１の側部９７ａから第２の側部９７ｂへ、またはその逆に流体流を発生させることができる。例えば、変形可能要素２２ａおよび２２ｃは、第１の時間間隔内で変形されてもよく、サブキャビティ部分９６ａの容積が減少されてもよい。第２の時間間隔内で、サブキャビティ部分９６ｂの容積を減少されてもよい。容積の減少または増大の順序に基づいて、体積流１２の方向が影響を受け得る。代替的に、いくつかのサブキャビティ部分が連続して配置されてもよく、または、１つのサブキャビティ部分のみが配置されてもよい。
【０１３８】
簡単に言えば、ポンプの機能は、ＭＥＭＳトランスデューサを通る流れの原理に従って、スピーカと同様に往復するのではなく、体積流１２を発生させることによって得ることができる。ＭＥＭＳトランスデューサの入口側と出口側とは、互いに反対側に配置されてもよいが、代替的にまた、互いに対して一定の角度を含んでもよく、または同じ位置で互いに局所的もしくは流体的に離間されてもよい。サブキャビティ部分９６ａおよび９６ｂを含むキャビティは、基板内に開口２６ａおよび２６ｂを含むことができる。電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも１つは、流体に基づいて体積流１２を提供するように構成されてもよい。例えば、電気機械トランスデューサ１８ａまたは１８ｂの少なくとも１つは、電気機械トランスデューサの作動に基づいて第１の開口２６ａを通じてキャビティに向かって流体を搬送するように、または、作動に基づいて第２の開口２６ｂを通じてキャビティから外方に、もしくはその逆に流体を搬送するように構成することができる。
【０１３９】
ポンプ機能は、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’に関連して説明されているが、本明細書に記載された他の実施形態が、例えばキャビティ、サブキャビティまたは少なくともサブキャビティ部分の開口の配置を適合させることによってポンプまたはマイクロポンプとして使用されてもよい。
【０１４０】
変形可能要素２２ａおよび２２ｅを同時に偏向させると、変形または偏向に反作用する負圧（代替的に正圧）が、それらの間に位置決めされる容積をもたらすことができる。この容積は、圧力補償がこの容積内で可能になるように、例えば層３２ａおよび／または３２ｂ内に開口を含むことができる。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０’の効率的な動作が可能になる。
【０１４１】
図１２ａは、例えばＭＥＭＳポンプとして使用可能な第１の状態のＭＥＭＳトランスデューサ１２０の概略図を示す。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ１２０は、バー構造を備え、基板１４にクランプ締めされるか、または固定的にクランプ締めされる２つの変形可能要素２２ａおよび２２ｂを備える。代替的に、ＭＥＭＳトランスデューサ１２０はまた、変形可能要素を有して、または３つ以上の変形可能要素を有して具現化されてもよい。
【０１４２】
図１２ｂは、第２の状態のＭＥＭＳトランスデューサ１２０を示す。第１の状態から開始して、図１２ａに示すように、第２の状態は、少なくとも１つの変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの変形に基づいて得ることができる。第２の状態から開始して、第１の状態は、１つまたは複数の変形可能要素の復元に基づいて得ることができる。例えば、第１の状態と比較して、サブキャビティ３８は、第２の状態では変形可能要素２２ａと２２ｂとの間で拡大される。第１の状態から第２の状態への移行の間、負圧がサブキャビティ３８内に生じ得る。第２の状態から第１の状態への移行の間、負圧がサブキャビティ３８内に生じ得る。
【０１４３】
それぞれ変形可能要素２２ａおよび２２と基板１４との間には、それぞれサブキャビティ３８の容積と相補的に容積を減少および増大することができるサブキャビティ４２ａおよび４２ｂが配置されており、同じく、変形可能要素の変形に基づいて、サブキャビティ３８に対して相補的にそれぞれ正圧および負圧が得られ得る。
【０１４４】
バルブ構造８５ａ〜ｆが、それぞれの開口２６の領域に配置されてもよい。例えば、１つまたはいくつかのバルブ構造８５ａ〜８５ｆが基板１４の材料から形成されてもよい。バルブ構造は、基板１４の１つまたはいくつかの層と一体的に形成されてもよく、例えばエッチングプロセスによって生成されてもよい。
【０１４５】
バルブ構造は、少なくとも１つの方向に沿って開口２６を通る体積流１２の通過を禁止する、すなわち、減少させる、または妨げるように構成することができる。例えば、バルブ構造８５ｂ、８５ｄおよび８５ｆは、それぞれのサブキャビティからの流体の排出を低減または妨げるように構成することができる。代替的にまたは付加的に、バルブ構造８５ｂ、８５ｄおよび８５ｆは、それぞれのサブキャビティへの流体の進入を低減または妨げるように構成することができる。１つまたはいくつかのバルブ構造８５ａ〜８５ｆは、受動的であるように、例えば１つの側部にクランプ締めされた屈曲バー構造として、または舌構造として構成されてもよい。代替的または付加的に、１つまたはいくつかのバルブ構造８５ａ〜８５ｆは、能動的であるように、例えば、電気機械トランスデューサまたは変形可能要素として構成されてもよい。簡単に言えば、バルブ構造８５ａ〜ｆは、ＭＥＭＳトランスデューサの他のアクチュエータ（電気機械トランスデューサ）のように作動させることができる。
【０１４６】
例えば、バルブ構造８５ｄは、サブキャビティ３８内の負圧に基づいて体積流１２をサブキャビティ３８に流入させるように構成されてもよく、一方で、バルブ構造８５ｃは同時に、サブキャビティ３８への体積流１２の流入を低減または妨げる。図１２ｂに示すように、サブキャビティ３８内に正圧が生じる場合、バルブ構造８５ｃは、体積流１２が正圧に基づいてサブキャビティ３８から流出することを可能にするように構成されてもよく、一方で、弁構造８５ｄは同時に、サブキャビティ３８からの体積流１２の排出を低減または妨げる。
【０１４７】
バルブ構造８５ａ、８５ｂ、ならびに８５ｅおよび８５ｆの機能はそれぞれ、サブキャビティ４２ａおよび４２ｂのそれぞれに関して同じであっても同等であってもよい。バルブ構造８５ａ〜ｆはチェックバルブとして参照されル場合もあり、例えば体積流１２の好ましい方向の適合を可能にすることができる。
【０１４８】
ＭＥＭＳトランスデューサは、例えば、体積流が、第１の状態と第２の状態との間の遷移が行われる異なる時間間隔中に、同じ方向（位置ｙ方向）に沿ってサブキャビティ３８，４２ａおよび４２ｂから流出するように記載されているが、体積流が別の方向、例えば負のｙ方向に沿って少なくとも１つのサブキャビティ３８，４２ａまたは４２ｂから流出するように、バルブ構造を配置することもできる。
【０１４９】
ＭＥＭＳトランスデューサは、バルブ構造８５ａ〜ｆが各開口２６に配置されるように記載されているが、代替的に、バルブ構造は、開口に配置されなくてもよく、または、いくつかの開口２６にのみ配置されてもよい。
【０１５０】
バルブ構造はチェックバルブとしての機能のために受動的であるように構成されてもよいが、バルブ構造はまた、能動的に形成されてもよく、これは、それらのバルブ構造が駆動され得、駆動に基づいてアクチュエータの意味でバルブの開状態または閉状態をもたらすことができることを意味する。特に、各々がサブキャビティに関連する２つのバルブ構造８５ａおよび８５ｂ、８５ｃおよび８５ｄまたは８５ｅおよび８５ｆは、圧力パルスが、例えば、ＭＥＭＳトランスデューサに接続された制御手段によって流体流１２中に生じるように駆動され得る。例えば、電気機械トランスデューサ１８の作動は、サブキャビティ４２ａ、４２ｂの内部の流体中に正または負の圧力が生じ、その後にのみバルブ構造８５ａ〜ｆの開放が駆動されるように行われてもよい。
【０１５１】
言い換えれば、このような圧力パルスでは、短い圧力パルスによって低周波音波の近似再生を達成することもできる。これは、直列に連続して配置された、いくつかのチャンバによって、ほぼ連続的に行うことができる。同様に、これは、隣同士に並列に配置されたチャンバでも可能である。図１２ａは、各チャンバが、能動的であるように形成することができる、上側および下側のそれぞれのバルブを設けられている、非作動状態の例を示している。各バルブは個別に開閉することができる。また、部分的な開閉も考えられる。バルブバーは、可動側壁、すなわち変形可能要素と同じように設計または動作されてもよい。したがって、それらは、同じまたは同様のアクチュエータの原理に基づくことができる。この場合、バルブ屈曲バーはまた、両方向に運動可能であるように、または、（運動に必要な非常に小さなスリットに加えて）流体流を受けて（屈曲アクチュエータバルブによって加えられる対応する反力によって）開口を閉じるように構成されてもよい。この構造によって、各チャンバに対して個別に、方向または正／負の圧力に対して流体流を制御するための完全な柔軟性が与えられる。流体流の方向が明確である場合、バルブバーのストッパを使用することもできる（「チェックバルブ」）。
【０１５２】
さらに言い換えれば、２つの外側チャンバ（サブキャビティ４２ａおよび４２ｂ）が圧縮されている間に、中央のチャンバ（サブキャビティ３８）は、暗い色で示された２つのアクチュエータ（変形可能要素２２ａおよび２２ｂ）によって第１の状態において膨張されてもよい。チェックバルブ８５ｄを介して第１のチャンバには、下方領域の流体が充填される。後者は、流体をチェックバルブ８５ａまたは８５ｅを介して上方領域に押し込む。第２の状態では、中央チャンバが圧縮される。流体は上方領域に押し込まれる。外側チャンバは、下方領域からの流体を充填される。
【０１５３】
図１３は、変形可能要素２２ａおよび／または２２ｂの横延伸方向９８に沿って接続された第１の変形可能要素２２ａおよび第２の変形可能要素２２ｂの概略図を示す。ばね要素１０２が、変形可能要素２２ａと変形可能要素２２ｂとの間に配置される。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂにおいて機械的に誘導される復元力を低減させることができる。例えば、ばね要素１０２は、方向９８に垂直に配置された方向９８’において低い剛性を含むことができ、空間内で方向９８および９８’に垂直に配置され得る方向９８’’に沿って高い剛性を含むことができる。例えば、変形可能要素２２ａおよび２２ｂならびにばね要素１０２は、ＭＥＭＳトランスデューサ１１０内の変形可能要素２２ａとして配置されてもよい。
【０１５４】
言い換えれば、適切なばね要素１０２は、アクチュエータのクランプ締め位置で２つの側部において、または、例えば、クランプ締め位置の間の領域内で中央にクランプ締めされたＳ字型アクチュエータ２２ａ〜２２ｄの引っ張り解放のために配置することができる。例えば、ばね要素１０２は、アクチュエータの中心に挿入され、所望の方向（９８’）に特に可撓性であり、２つの方向（９８および９８’’）において剛性であり、すなわち、高いまたはより高い剛性を含む。ばね要素１０２は、変形可能要素２２ａおよび２２ｂの偏向可能端部の間に配置されてもよい。ばね要素１０２は、横運動方向２４に沿って、横運動方向２４に垂直な方向よりも低い剛性を有することができる。
【０１５５】
図１４は、相互に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよびＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂを含み、ＭＥＭＳトランスデューサ８０と比較して相互層３２を備えるスタック１４０の概略図を示し、これは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０の層３２ａまたは３２ｂが除去されていることを意味する。
【０１５６】
さらに、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａは、層３２ｂ内に開口２６を備え、これは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０と比較して、体積流１２の放出方向または体積流１２の貫入方向が垂直に傾斜していることを意味する。これは、ＭＥＭＳトランスデューサのキャップ表面がスタックの外側を形成することができることを意味し、ＭＥＭＳトランスデューサは、第２のＭＥＭＳトランスデューサに面する側部から外方に面するように配置されるキャップ表面内に開口を備えることができる。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの体積流１２は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂの体積流に垂直または反対のキャビティに入り込むか、またはキャビティから出る。
【０１５７】
膜要素１０４を、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａに配置することができる。膜要素１０４は、キャビティから膜要素１０４を通る体積流１２の流出、または、体積流１２のキャビティ１６への流入が、少なくとも部分的に防止されるように配置され得る。キャビティは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの外側に配置され、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと膜要素１０４との間に配置される領域まで延伸することができる。膜要素１０４の偏向は、体積流１２に基づいて引き起こされ得る。例えば、膜要素１０４は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａにあるフレーム構造１０６によって配置することができる。フレーム構造１０６は、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａのある面、例えば、層３２ｂの主面に配置されてもよい。
【０１５８】
代替的に、９０°とは異なる角度による傾きを具現化してもよい。ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ｂは、体積流１２がスタック１４０の２つの側部にあるキャビティに流入するかまたはキャビティから出ることができるように、層３２ｂにおけるまたは層３２ｂ内の開口を備えることができ、側部は互いに対向して配置される。
【０１５９】
代替的にまたは付加的に、スタック１４０は、さらなるまたは異なるＭＥＭＳトランスデューサ、たとえばＭＥＭＳトランスデューサ２０または８０を備えてもよい。例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ２０が、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａと８０’ｂとの間に配置されてもよい。これにより、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａの対応する方向に垂直な方向に沿った、キャビティの内外への体積流１２の流入または流出が可能になる。
【０１６０】
換言すると、音出口開口２６はまた、チップ側面ではなく、下部キャップ３２ａおよび／または上部キャップ３２ｂ内に取り付けられてもよい。図１４は、対応する簡略図を示す。上部キャップ３２ｂ内の開口２６を認識することができる。同様の開口が下部キャップ３２ａに配置され得るが、斜視図に基づいて認識されない場合がある。層３２はまた、開口を備えることができ、これは、ＭＥＭＳトランスデューサ８０’ａおよび８０’ｂのキャビティ、サブキャビティおよび／またはサブキャビティ部分が互いに接続され得ることを意味する。互いの上に（ｚ方向に沿って）垂直に延在するチャンバは、層３２内の開口を介して互いに接続することができる。
【０１６１】
減衰を適合するように、特に粒子からの保護として構成することができる１つまたは複数のバー要素（グリッドリッジ）４４を含むグリッドもまた、図１４に記載の変形形態において容易に実現することができる。例えば、上部キャップ３２ｂおよび下部キャップ３２ａの開口２６は、ウェット化学エッチングまたはドライ化学エッチングプロセスによって構成することができる。エッチングの前に、開口のエッチングと比較して適切に高い選択性を含む、付加的に施与される薄層内に、所望のグリッドを構造化することができる。開口２６をエッチングするために、グリッドリッジ４４のアンダーエッチングが行われ得るように、ここで、適切に高い等方性または側方アンダーエッチングを有するエッチング方法を選択することができる。例えば、グリッドはシリコン酸化物層または窒化物層内に製造することができ、キャップは深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）によってその後構造化することができるシリコンから製造することができる。このプロセスは、マイクロメートルの範囲のアンダーエッチが達成可能となるように適合させることができる。代替的に、例えば、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）および／または水酸化カリウム（ＫＯＨ）または硝酸（ＨＮＡ）によるウェット化学エッチングを行うことができる。
【０１６２】
したがって、下部キャップ３２ａおよび上部キャップ３２ｂの開口を漏斗状に設計すると、音出口領域はチップ面積のより大きい割合を含むことができ、可能性として、ＭＥＭＳトランスデューサ８０のような、側面に出口を備えるＭＥＭＳトランスデューサと比較して、より大きく設計することができる。音響特性および減衰に関して、この選択肢はより広い設計範囲を提供する。キャップ３２ａおよび３２ｂ内音出口開口と、キャップ表面３２ａと３２ｂとの間の側面にある音出口開口の組み合わせが、さらなる実施形態の特徴である。高度に一体化されたシステムの好ましい変形形態は、音を上方に放出するためにキャップ３２ｂ内に開口を取り付けること、および、デバイスを単純に、例えばプリント回路基板状に施与することを可能にするために、圧力補償開口を取り付けることを含むことができる。
【０１６３】
一般に、音入口開口および／または音響出口開口２６は、音響特性および／または減衰特性が選択的に適合され得るように設計され得る。原理的には、下部層３２ａおよび／または上部層３２ｂもまた振動することができる。これらの要素の振動は、それぞれ介在する層３４ａおよび３４ｂならびに３６の適切な追加の接続要素によって、例えばアンカー要素８４によって、抑制または低減することができる。抑制または低減は、聴覚音から離れた周波数領域で振動を変位させることを含むことができる。代替的にまたは付加的に、層３２ａおよび／または３２ｂの振動は、音響放出を最適化するために選択的に実施されてもよく、層内の選択的な接続も用いられてもよく、さらに、層３２ａおよび３２ｂの剛性または音響特性が、対応する構造化（連続的な開口または止まり穴）によって適合されてもよい。
【０１６４】
さらに、上部キャップ３２ｂ上に膜を施与することが可能であり、これはその後、チャンバの体積流１２による振動に励起される。これは、点線１０４によって概略的に示されている。単純な事例において、上部キャップ３２ｂ上にスペーサ１０６をフレームの形態で配置することができ、ここにおいて、膜１０４が配置または伸張される。このような膜１０４の製造は、既知の微小機械プロセスを用いて行うことができる。代替的に、膜１０４はまた、キャビティもしくはサブキャビティの内部に配置されてもよく、および／または、開口２６の１つまたは一部のみを覆ってもよい。
【０１６５】
ＭＥＭＳトランスデューサ（例えば、ＭＥＭＳスピーカデバイス）の上述の実施形態のいくつかについては、例えば、一部の、いくつかのまたは他のチャンバから独立して、サブキャビティまたはサブキャビティ部分内の部分体積流を生成することができるチャンバがあることが適用され得る。チャンバは、横方向および／または縦方向（横方向、例えば、図１０および１１参照）（垂直方向、例えば図１４参照）に接続されたサブチャンバからなるように実現されてもよく、一方で、実施形態は、それらの組み合わせをも示している。そのような接続されたサブチャンバ（例えば、サブキャビティ部分９４ａおよび９４ｂ）は、他のチャンバから独立しているかまたはそれに依存する部分体積流を生成するために使用されてもよい。チャンバ（サブキャビティ）が互いに独立して体積流を発生させることができる事例は、モノチャンバとして参照される場合がある。いくつかのサブチャンバ（サブキャビティ部分）に基づいて体積流を生成することができるチャンバは、複合チャンバとして参照される場合がある。
【０１６６】
上述の実施形態は、両方のタイプのチャンバを任意の方法で組み合わせることができるように変更され得る。したがって、モノチャンバのみまたは複合チャンバのみが配置される実施形態が可能である。代替的に、両方のチャンバタイプが配置される実施形態が実現されてもよい。
【０１６７】
換言すれば、モノチャンバのみを使用する場合、全てのアクチュエータチャンバシステムの共振周波数は同一であってもよく、または、異なるように設計されてもよい。このようにして、例えば、音声放出において特定の周波数領域を、対応するモノチャンバの数を増大することによって強調することができる。特に、例えばグリッド開口、または一般的には音出口開口および／もしくは流路の寸法を定めることにより、共振周波数の対応する分布および減衰を介した共振曲線の幅によって、周波数経過（周波数の関数としての音圧レベル）の設計を達成することができる。とりわけ、周波数経過を平滑化することは、これに不可欠な役割を果たす。
【０１６８】
空間内の体積の延伸、電気機械トランスデューサの幾何学的形状および／または電気機械トランスデューサが動作する周波数に基づいて、サブキャビティおよび／またはサブキャビティ部分は異なる周波数の体積流を放出し、および／または、体積流の特定の周波数の検出に対して最適化され得る。
【０１６９】
さらなる実施形態では、モノチャンバのみが使用される。音出口開口は、側部にのみ配置することができる。３つのチップ／ディスク（ＭＥＭＳトランスデューサ）を互いの上に積層することができる。上部チップは、第１の（例えば、高い）周波数範囲での音声放出のために最適化することができる。第２の、例えば中央のＭＥＭＳトランスデューサは、第２の周波数領域（例えば、中間周波数）に適合させることができる。第３のＭＥＭＳトランスデューサは、例えば低周波数用の第３の周波数領域に適合させることができる。これにより、３ウェイスピーカを得ることができる。３つのチャネル（３つのＭＥＭＳトランスデューサ）からなる構成はまた、高周波数用の第１の数Ｎ１のチャンバ、中間周波数用の第２の数Ｎ２のチャンバ、および低周波数用の第３の数Ｎ３を横方向に使用することによってチップ内で生じることもできる。この原理は、Ｎウェイシステムのために、横方向に、および積層することによって縦方向にも容易に拡張可能である。さらなる実施形態では、Ｎウェイシステムは、周波数がＮ＊ｆ１である対応する高調波のフーリエ合成によって音が生成されるように設計され、ｆ１は最低周波数を表す。
【０１７０】
これは、スタックへの少なくとも１つのさらなるＭＥＭＳトランスデューサによってＭＥＭＳトランスデューサを配置することができることを意味し、スタックは、例えば、少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサを横方向（ｘ方向など）および／または厚さ方向（ｚ方向など）に沿って配置することによって得ることができる。代替的に、ＭＥＭＳトランスデューサはまた、互いから離間して配置されてもよい。ＭＥＭＳトランスデューサのキャビティおよび少なくとも１つのさらなる（第２の）ＭＥＭＳトランスデューサのキャビティは、互いに異なる共振周波数を含むことができる。
【０１７１】
作動操作において、すなわち、変形可能要素が能動的に変形されるとき、Ｎウェイスピーカを得ることができ、Ｎは、互いに異なる共振周波数を有するＭＥＭＳトランスデューサの数を表す。センサ動作では、例えば、異なるＭＥＭＳトランスデューサを用いて互いに異なる体積流の周波数範囲を検出することができる。例えば、これは、体積流のフーリエ合成を可能にする。例えば、制御デバイス１２８は、ＭＥＭＳトランスデューサおよびさらなるＭＥＭＳトランスデューサの１つまたは複数の電気機械トランスデューサの変形可能要素の形成を検出するように構成されてもよい。制御デバイスは、電気信号に基づいてフーリエ合成（フーリエ解析）を計算し、結果を出力するように構成されてもよい。
【０１７２】
モノチャンバを使用する上述の例はまた、複合チャンバを使用して実現されてもよく、複合チャンバの個々のサブチャンバは、同一の共振周波数を含む。
【０１７３】
複合チャンバを使用する場合、接続されたサブチャンバは、共鳴最大値の対応する位置に起因して異なる周波数もサポートすることができる。したがって、例えば、３つのサブチャンバが３ウェイシステムを表すことができる。例えば、後部サブチャンバ（軸方向延伸に沿った第１の部分）において低周波数で変調された空気流は付加的に、中間サブチャンバ（軸方向延伸に沿った第２の部分）において中間周波数変調を受け、チャンバの前部（軸方向延伸に沿った第３の部分）において高周波数変調を受ける。
【０１７４】
必要なストローク、すなわち、電気機械トランスデューサの偏向は、同じ音圧を発生させるために高周波数では低周波数よりも低くなり得る。したがって、高周波数に使用されるチャンバまたはサブチャンバは、チャンバを制限するより小さいチャンバ容積、またはアクチュエータ側壁のより短い距離で設計されてもよい。
【０１７５】
動作中、駆動によって同じ周波数のチャンバ間に位相シフトが挿入され得、それによって、波面が傾斜し、表面に対して垂直に出射しない（フェーズドアレイ）。
【０１７６】
上記および以下に示すすべての変形形態において、各チャンバは、空気が第１のチャンバに流入するとき、圧力補償のために空気が流入し、またはその逆が行われる、少なくとも１つの第２のチャンバによって取り囲まれている。特に、これらのチャンバの間に分離壁がない場合、アクチュエータはその運動を受けて一方のチャンバの容積を増大させ、他方のチャンバの容積を同時に減少させるか、またはその逆が行われるため、これは明らかである。
【０１７７】
例えば、補聴器やインイヤー型ヘッドホンのスピーカとして使用する場合、外気（すなわち、耳の外側の）は、スピーカによって動かされないことが多い。むしろ、耳道内の容積は、例えば膜の振動だけによって周期的に変化する。これは、図示されている変形形態ではチップの上側、チップの下側またはチップの側面に位置する対応する開口を閉じた状態に保つことによって、以下に例示および提示されるすべての変形形態で生じ得る。そのためには、これらの位置におけるバーグリッドの構造化は省略する必要がある。
【０１７８】
一般的に、またすべてのスピーカ応用分野では、バーグリッドは特定の場所で、または完全に閉じた膜で置き換えることができる。これにより、粒子感度が最大限に低減され、特に汚染されたまたは腐食性のガスおよび液体中での動作が可能になる。
【０１７９】
以下では、屈曲アクチュエータの設計および動作に関する方策が提示されており、これは、所望の周波数応答を可能な限り例示することを可能にすることを目的とする。
【０１８０】
屈曲アクチュエータを個々の要素に分割するいくつかの追加のばね要素を組み込むことによって、アクチュエータの実効剛性、ひいては共振周波数が低下し得る。例えば、屈曲アクチュエータを２つの要素に分割するために個々のばね要素が使用されている図１５を参照する。屈曲アクチュエータが、屈曲アクチュエータの通常の寸法（例えば、幅５μｍ、長さ２ｍｍ、材料はシリコン）でのそのような措置なしに、ｋＨｚ範囲の固有周波数を含むため、２つ以上の要素に分割することは、聴覚音の低周波範囲で共振周波数を達成するために重要である。代替的にまたは付加的に、追加の質量要素が、共振周波数を低減するために、屈曲アクチュエータ、または、場合によっては存在する剛性プレートにも選択的に設けられてもよい。このような要素は、層３６を構成するときに単に提供されてもよい。付加質量Δｍの動作モードは、高調波発振器のモデルを用いて説明することができる。
【０１８１】
剛性ｋのばねを介して懸架されている、振幅Ｆ０の力で洞状に励振される質量ｍの要素の振動振幅Ａ（ω）は、以下によって与えられる。
2020051428.tif 000003
【０１８２】
この場合、ωは励起の角周波数であり、ｃは減衰定数である。共振器が準静的範囲内で動作する場合、振幅は質量から独立している。ω＜＜ω０の場合、以下が適用される。
Ａ（ω）≒Ｆ０／ｋ                            （式４）
【０１８３】
このように、付加質量Δｍは、固有周波数ω０を最小値
ω０〜まで変化させるが、振動の振幅は変わらないままである。屈曲アクチュエータがその固有振動数の範囲内で動作されると、状況は異なって見える。ω≒ω０の場合、式３の根の第１の項は第２の項に関して無視され、以下が適用される。
Ａ（ω）≒Ｆ０／（ｃω０〜）                    （式５）
【０１８４】
ω０〜は発振器の質量の根に反比例するため、質量の増大は対応するω０〜の減少を引き起こし、ひいては振幅の増大を引き起こす。振幅の追加利得は、条件ｃω０〜＜ｋの下で生じる。上では、屈曲バーが、一方向あまたは他の方向に配置または信号に従って屈曲し得るように構造化される可能性が既に述べられている。したがって、復元力は、バーを屈曲する際の機械的ばね効果によって必ずしも引き上げられる必要はない。選択されたそのような屈曲バーの剛性が低くなればなるほど、結合され得る固定エネルギーでの偏向はより高くなる。
【０１８５】
すべての考慮事項が聴覚音域を参照しているが、超音波の生成のためのデバイスを実装することも考えられる。原理的には、アクチュエータの代わりにマイクロフォンとしてのデバイスを提供するために、位置センサ素子（例えば、ピエゾ抵抗、圧電、容量など）を有するバーを提供することも考えられる。
【０１８６】
シリコン技術におけるＭＥＭＳスピーカの製造の核心として、既知のウーハボンディング法および深掘り反応性イオンエッチングが使用され得る。アクチュエータの製造は、選択される動作モードに依存し、最初は隠されている。この部分は、モジュール式に以下の例示的な進行に組み込むことができる。以下の論述は、側部の空気流のための開口のみを有するデバイスを参照する。
【０１８７】
ベース材料としては、ＢＳＯＩ（接合シリコンオンインシュレータ）ディスクが使用される。ハンドルウェハは、ＭＥＭＳスピーカデバイスの下部キャップ３２ａを形成する。ＢＳＯＩディスクの埋め込み酸化物層は、後でスペーサ層３４ａとして機能することができる。ＢＳＯＩディスクの活性層は、層３６に対応することができる。ハンドルウェハは、５００〜７００μｍの厚さを有してもよく、必要に応じて、場合によってはプロセスの終わりに、さらに薄くすることができる。埋め込み酸化物層は５０ｎｍ〜１μｍの厚さを含むことができる。ＢＳＯＩディスクの活性層は、１〜３００μｍの厚さを含むことができる。例えば、層３６は深掘り反応性イオンエッチング（ＤＲＩＥ）を用いて構造化されることが好ましい。この構造化の後、埋め込み酸化物層（３４ａ）は、アクチュエータの運動領域において少なくとも局所的に除去されるか、または少なくとも薄くされる。これは、例えばＢＯＥ（干渉酸化物エッチング）を用いて湿式化学的に、または例えばガス状フッ化水素酸（ＨＦ）を用いて乾式化学的に行うことができる。アクチュエータの運動領域内のスペーサ層３４ａが少なくとも部分的に除去された後、低摩擦層を、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）によって堆積させることができ、これは、層３４ａとアクチュエータ（変形可能要素）との間のスリットを閉じるかまたは大きく低減する。代替的に、例えば米国特許第７，８０３，２８１号明細書に記載されているように、接合が行われない領域は、適切な層の堆積および構造化によりＢＳＯＩディスクを製造するためにディスクを接合する間に画定することができる。このような方法は、上部キャップおよび下部キャップに使用することができる。例えば、層３４ｂは反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を用いて構造化されることが好ましい。対応する図に示すように、層３６および３４ｂのすべての要素は、これらの２つの構造化によって製造される。これには、バー状グリッド構造も含まれる。
【０１８８】
上部キャップ（層３２ｂ）には、上述した低摩擦層の堆積を用いることもできる。例えば、接合前にキャップにこれを適用することができる。スペーサ層３４ｂは省略してもよい。例えば、材料を堆積させることによって低摩擦層を得ることができる。例えば、摩擦値は、層３２ａ、３４ａ、３４ｂまたは３２ｂの材料よりも１０％、２０％または５０％低くすることができる。
【０１８９】
対応するドーピングによって、層３６は、導電体として使用することもできる。とりわけ、アクチュエータが異なる周波数で励起される場合には、層３６の垂直方向の電気絶縁が有利である。これは、Ｓｃｈｅｎｋ，Ｈ．  ｅｔ  ａｌ．：Ａ  ｒｅｓｏｎａｎｔｌｙ  ｅｘｃｉｔｅｄ  ２Ｄ−ｍｉｃｒｏ−ｓｃａｎｎｉｎｇ−ｍｉｒｒｏｒ  ｗｉｔｈ  ｌａｒｇｅ  ｄｅｆｌｅｃｔｉｏｎ，Ｓｅｎｓｏｒｓ  ａｎｄ  Ａｃｔｕａｔｏｒｓ  Ａ  ８９（２００１），ｐ．１０４−１１１．に記載されているように、例えば、いわゆる充填トレンチによって得ることができる。電気絶縁のためにオープントレンチを使用することも可能性を示す。
【０１９０】
層は、５００〜７００μｍの典型的または可能な厚さを有し、例えば上部キャップ３２ｂを形成することができるシリコンディスクとして形成され得る第２のディスク上に被着され、構造化される。この層は、スペーサ層３４ｂに対応する。好ましくは、この層の厚さは埋め込み酸化物層に対応する。スペーサ層の材料としては、第２のディスクのＢＳＯＩディスクへの接合が後に実施されることを可能にするすべての材料が利用可能である。シリコン酸化物が、好ましくはシリコン上へのシリコン酸化物の直接接合のための熱酸化物の一例として挙げられる。また、直接接合にポリシリコンを用いてもよい。さらなる代替方法は、上部キャップ３２ｂの機能およびまたスペーサ層３４ｂの機能がディスクから形成されるように、第２のディスクに適切なくぼみをエッチングすることである。これらのくぼみは、ディスクがこれらの位置で適切な低摩擦層で覆われているときに、少なくともアクチュエータ運動の領域で回避することができ、それによって、アクチュエータ（可動要素）とキャップ（層３２ａおよび／または３２ｂ）との間の距離を省略することができる。したがって、構造化のための補助層（マスキング）に加えて、第２のディスク上のさらなる層を省略することができる。これにより、シリコン上へのシリコンの直接接合も可能である。
【０１９１】
直接接合に加えて、スペーサ層３４ｂがポリマー材料（例えば、ＢＣＢ）からなるように接着接合方法を使用することも可能である。さらに、Ａｕ〜Ｓｉ共晶接合法または陽極接合法（Ｎａイオンを含む層）も考えられるが、ＣＭＯＳ適合性が存在しないため、これらは好ましくない。
【０１９２】
２つのディスクが接合された後、製造のコアがディスク化合物内で完成する。電気配線およびコンタクト、ならびに場合によっては必要な電気絶縁構造の製造については説明していない。これらの要素は、先行技術の周知の標準的な方法、例えば、ＡｌＳｉＣｕのスパッタリングおよび構造化による伝導路の製造、酸化物の堆積および構造化による垂直絶縁、層３６を完全に貫通するオープンまたは充填絶縁トレンチによる側方絶縁によって与えることができる。
【０１９３】
側部に取り付けられた開口でデバイスを分離することは、特にバーグリッドの保護を必要とする。これは、例えば、４つの細い隆起部によってフレームの内部でデバイスをバーグリッドと接続することによって可能になる。この目的のために、下部キャップ３２ａおよび上部キャップ３２ｂならびに層３４ａ、３６および３６ｂはそれに応じて構造化されるべきである。ＴＭＡＨ、ＫＯＨおよびＤＲＩＥなどの異方性エッチング方法は、この構造化に特に適している。層３６のＤＲＩＥ構造化は、特にバーグリッドに沿った構造化のための好ましい変形形態である。隆起部は、ディスク化合物からデバイスを解放するために破壊される。例えば、これは機械的にまたはレーザ処理によって行うことができる。
【０１９４】
分離のために下部キャップ３２ａを構造化するのではなく、層３４ａ、３６，３４ｂ、および３２ｂだけを構造化することも考えられる。特に、層３６は、バーグリッドの垂直方向の経過を実現するためにＤＲＩＥによって構造化されてもよい。次いで、チップ表面から、下部キャップ３２ａで終端するトレンチが生じる。このトレンチは、この時点で、ポリマー材料（例えば、フォトレジスト）で充填され得る。ポリマーは、その後のソーイングおよび分離プロセス中の汚れに対する保護の役割を果たす。ソーイング後、デバイスをすすぎ、洗浄して、ソースラッジを除去する。次いで、ポリマーを適切な溶媒または酸素プラズマ中で除去する。
【０１９５】
側部開口の代わりに、上部および下部キャップの開口が使用される場合、図１６の文脈で既に説明したように、製造が費やされなければならない。分離のために、ソーイング工程またはレーザ切断が可能であるように、下部開口および上部開口が、例えばホイルによって保護されてもよい。代替的に、開口はまた、分離プロセスのためにポリマー材料、例えばフォトレジストによって閉じられ、その後、溶剤または酸素プラズマ中で再び除去されてもよい。
【０１９６】
デバイスの積層は、好ましくは、ディスク化合物中で接合方法によって実施される。電気接触は、それぞれの層３６内の電気接点（ボンドパッド）によって行われてもよく、または、ＴＳＶ（貫通シリコンバイア）を用いるときは、チップの底面上のいわゆるバンプをも介して行われてもよい。ＴＳＶはまた、積層された個々のチップを電気的に接続するために使用されてもよい。ＴＳＶおよびバンプはまた、積層されていないチップにも使用することができる。
【０１９７】
バーグリッド５４のより高い安定性を達成するために、スペーサ層３４ａおよび３４ｂは、バー隆起部の領域において構造化されないままであり得る。
【０１９８】
以下では、横方向屈曲アクチュエータを製造するための好ましい実施の変形形態について説明する。
【０１９９】
原理的には、屈曲バーの作動のために、周知の静電、圧電、熱機械または電気力学的動作原理を使用することができる。
【０２００】
能動的な屈曲バーのない上述のデバイスの変形のいくつかについても、単純な静電動作原理を実現することができる。ＭＥＭＳトランスデューサ５０は、剛性プレート要素６２ａおよび６２ｂが、電位差に起因して、屈曲ばねとして作用する要素６４が対応する機械的反力を含むまで、互いに向かって運動するキャパシタプレートとして具体化されるか、またはキャパシタプレートを含むように具体化することができる。
【０２０１】
代替的に、屈曲バーは、付加的に配置された固定対向電極を介して直接偏向されてもよい。力または偏向を増大させるための櫛形電極の使用もまた考えられる。
【０２０２】
別の静電原理は、一方の側部にクランプ締めされたバーの使用に基づいており、これは、クランプ点にある電極までの距離が非常に小さく、この電極距離はクランプ点から離れるにつれて増大する。この場合、クランプ点での距離はゼロであってもよい。屈曲バーと電極との間に電圧が印加される場合、電圧の強さとバーの剛性によって決定される屈曲バーの一部が電極に絡む。本明細書に記載された原理に関して、バーと電極との間の空間は、説明したようにその容積が変化し得るチャンバ４２を形成する。
【０２０３】
そのようなアクチュエータの基本原理は、例えば、文献に記載されている。Ｒｏｓａ，Ｍ．Ａ．ｅｔ  ａｌ．：Ａ  ｎｏｖｅｌ  ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ  ａｃｔｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  ＭＥＭＳ  ｂａｓｅｄ  ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｊ．Ｍｉｃｒｏｍｅｃｈ．Ｍｉｃｒｏｅｎｇ．（２００４），ｐ．４４６−４５１．では、例えば、垂直偏向アクチュエータが提示されている。電極距離の変化は、屈曲バーの製造中に層張力を選択的に挿入することによって実現される。本願の文脈に記載されたデバイスについて、この原理によるアクチュエータは、層３６をそれに応じて構造化することによって容易に実現することができる。層３６の既に必要な構造化に加えて、電極と屈曲バーとの間に絶縁層が施されるべきであり、これはマイクロシステム技術の既知の方法によって容易に実現される。屈曲バーは既に構造化に起因して所望の形状を得るため、層張力の挿入は必要ではない。本明細書に記載されている様式では、アクチュエータは横方向に偏向されてもよく、したがって、上述のデバイス原理に使用されてもよい。
【０２０４】
大量の集積およびスケーラビリティに関して、静電動作原理は、多数の利点を提供する。磁石またはコイルなどの外部構成要素は不要で、クリーンルーム、特にＣＭＯＳ対応のクリーンルームのための汚染の影響を受ける材料は不要である。しかし、以前に追求された膜アプローチはいくつかの欠点を含む。これには、聴覚音域全体を単一の振動膜またはプレートで十分にカバーすることができないことが含まれる。一方、１つもしくは複数の膜を準静的に動作させる手法は、偏向を犠牲にして、したがって達成可能な体積流または達成可能な音レベルを犠牲にして、共振ブーストの欠如に起因するこの問題を解決する。後者は、以下のように、例えば、インイヤー型ヘッドホンの固定音量に関連する［１１］。
2020051428.tif 000004
【０２０５】
ＳＰＬは「音圧レベル」を表し、Ｐ０は標準圧力であり、ΔＶはスピーカによる達成可能な音量変化であり、Ｐｒｅｆは聴取閾値の測定値を示す基準圧力であり、これは２０μＰａであり、Ｖ０はインイヤー型ヘッドホンまたは補聴器の場合の聴覚路の容積であり、約２ｃｍ３に相当する。
【０２０６】
したがって、ＭＥＭＳスピーカに関しては、チップ表面当たり、またはスピーカ全体の体積あたりの可能な最高の体積流を達成することが望ましい。電気力学的トランスデューサは、例えば、非常に高い膜偏向を達成することができ、したがって非常に高い体積流を達成することができる。しかしながら、必要な永久磁石に起因して、全体的な構造の体積が非常に大きい。携帯電話のスピーカでは、１次元でのスペースが急激に少なくなり、このアプローチは一般的に限定的であると考えられる。
【０２０７】
圧電屈曲アクチュエータは、基板上への圧電層の堆積を必要とする。例えば、圧電層は、図３の層５８に対応することができ、この層は、次に、例えばシリコンを含む層５６に対して横方向に配置されるか、または、層５６から構成される。このようなアクチュエータは、表面微細加工プロセスで製造することが可能である。
【０２０８】
例えばＫｕｍａｒ，Ｖ．；Ｓｈａｒｍａ，Ｎ．Ｎ．：Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎｄ  Ｖａｌｉｄａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｂａｓｅｄ  Ｕ  Ｓｈａｐｅｄ  ｔｈｅｒｍａｌ  Ｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ  ａｎｄ  Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ，Ｖｏｌ．２，Ｎｏ．１（２０１４），ｐ．８６−９１．に記載されているような、コールドアームおよびウォームアームの形態の横方向熱機械アクチュエータは、上述の層３６のＤＲＩＥ構造化において対応する幾何学的形状を考慮することによって容易に統合することができる。
【０２０９】
熱機械アクチュエータの別の変形形態は、電流によって加熱されるバイモルフの使用である。そのようなバイモルフを製造するために、例えば、すべての側壁も被覆することができるように、酸化物層を、層３６を構造化した後に適合させて堆積することができる。その後、酸化物層は、屈曲要素の１つの側壁を除くあらゆる場所で、マスキングおよびエッチングによって除去することができる。
【０２１０】
電気力学的動作原理の使用は、両側でクランプ締めされた屈曲バーに対して実施するのが容易である。電流がバーを通って流れるか、または別個に施与された導体構造を通って流れるとき、バーは磁場中で偏向をもたらす力にさらされる。電流の方向は、所望の偏向方向に応じて個々のバーに対して選択することができる。導体経路の任意選択の製造は、標準的な表面微細加工プロセスを用いて行われる。この場合、スペーサ層３４ｂの厚さを選択する際に、追加のトポグラフィを考慮する必要がある。
【０２１１】
屈曲アクチュエータの好ましい実施態様は、非常に小さい電極距離の使用に基づき、したがって、低電圧で機能し動作することができる横方向静電アクチュエータである。そのような横方向アクチュエータは、例えば、欧州特許出願公開第２  ２６４０５８号明細書に記載されている。この技術は、上述した屈曲アクチュエータおよびデバイス変形形態のすべてを製造することを可能にし、上述したデバイスの製造プロセスのコア部分にモジュール式に容易に組み込むことができる。
【０２１２】
以下では、側壁、すなわち変形可能要素の運動中の周回流損失が参照される。層流を仮定すると、周回流損失、例えば、図２ａのチャンバ４２ａからチャンバ３８ａへの体積流が、スペーサ層３４ａおよび３４ｂが層３６の厚さと比較して小さい場合、有用な体積流、すなわち、外向きまたは外側から内側へと貫通する体積流に比べて適切に低く保たれ得ることが、単純なモデルにおいて示され得る。同じことが、屈曲バーの可能な自由端における、側方制限構造までの距離にも当てはまる。後者は、両側にクランプ締めされた屈曲アクチュエータについては省略することができる。長方形のパイプを通る層流のモデルにおいてこの構成の周回流損失が計算される場合で、寸法が次のように仮定される場合、有用な体積流と関連して約３％の周回流に起因する損失が生じ得る：
屈曲アクチュエータ：長さ：１ｍｍ、高さ：３０μｍ、幅：１０μｍ
【０２１３】
チャンバ：外側に向かう流れ抵抗の計算のために、５０μｍの平均幅が仮定された。これは、屈曲アクチュエータの大きな偏向における流れ抵抗を過小評価する。
【０２１４】
スペーサ３４ａおよび３４ｂの層厚：各０．５μｍ
【０２１５】
仮定された寸法は、例としてのみ理解され、微小機械技術で容易に実現することができる。層流の仮定は、チューブの長さに対応するアクチュエータの幅が小さい（１０μｍ超）ため、不正確である可能性がある。しかし、この仮定は、乱流が発生すると流れ抵抗が増大するため、最悪の場合の仮定である。このような乱流を動機付けるために、層３６内の屈曲アクチュエータは、適切な横方向に構成された要素を備えることができる。周回流に渦を形成する構成が、適切と考えられる。代替的にまたは付加的に、チャンバに面するキャップ３２ａおよび３２ｂの表面を意識的に粗くすることによって、乱流の形成を促進することができる。
【０２１６】
図１５は、離間し、接続要素１１６を介して互いに接続された第１の層１１２および第２の層１１４を含む変形可能要素１５０の概略側断面図を示し、接続要素１１６ａ〜ｃは、層１１４および層１１２に対して９０°とは異なる角度を成して配置される。例えば、層１１２および１１４は電極を含むことができる。代替的に、電極は各々、層１１２および／または１１４に配置されてもよい。電位の印加に基づいて、反発力または引力が層１１２と１１４との間に生成され得る。引力または反発力は、要素１１６ａ〜ｃの変形をもたらし、それによって、クランプ締めされた端部１１８から外方に向く変形可能要素１４４の偏向可能端部１２２が、横運動方向２４に沿って偏向可能である。
【０２１７】
これは、変形可能要素１５０が、第１の層１１４と第２の層１１６とを含むことができ、スペーサ１１６ａ〜ｃが第１の層１１４と第２の層１１６との間に配置され得ることを意味する。スペーサ１１６ａ〜１１６ｃは、層１１２および１１４の経過に対して斜めの傾斜方向１２４に配置されてもよい。層１１２および１１４の間の引力は、変形可能要素１５０を屈曲させることができる。
【０２１８】
変形可能要素１５０は、傾斜方向に沿って平坦または単純に湾曲するように構成されてもよい。代替的に、変形可能要素、または層１１２および／もしくは１１４は、例えば鋸歯状パターンに従って互いに不連続に配置された少なくとも２つの部分を含むことができる。
【０２１９】
図１６は、電極１２６に隣接して配置されている変形可能要素１６０の概略上面図を示す。変形可能要素１６０は、さらなる電極１２７を含むことができ、またはさらなる電極１２７とすることができる。変形可能要素１６０の電極１２６とさらなる電極１２７との間に印加される電位に基づいて、静電力または電気力Ｆを生成することができる。静電的または電気力Ｆに基づいて、変形可能要素１６０の変形が引き起こされ得る。
【０２２０】
流速または電位、すなわち力Ｆの影響を受けない変形可能要素１６０の状態では、変形可能要素１６０と電極１２６との間の距離は、変形可能要素の軸延伸方向９８に沿って変化してもよい。機械的トランスデューサまたは変形可能要素１６０が基板１４への接続を含む領域において、距離は最小になり得る。これにより、変形可能要素１６０の変形の高い制御可能性が可能になる。代替的に、電極１２６と変形可能要素１６０との間の距離は、延伸方向９８に沿って任意に可変または一定であってもよい。
【０２２１】
実施形態によれば、電気機械トランスデューサは、静電トランスデューサ、圧電トランスデューサ、電磁トランスデューサ、電気力学的トランスデューサ、熱機械トランスデューサまたは磁歪トランスデューサとして構成することができる。
【０２２２】
発生し得る力に基づいて、変形可能要素の変形が引き起こされ得るか、または変形可能要素の変形が検出または調整され得る。
【０２２３】
図１７は、ＭＥＭＳデバイス８０の電気力学的トランスデューサを制御し、かつ／またはＭＥＭＳデバイス８０の電気力学的トランスデューサから電気信号を受信するように構成された制御デバイス１２８に接続されたＭＥＭＳトランスデューサ８０を備えるＭＥＭＳシステム１７０の概略ブロック回路図を示す。
【０２２４】
例えば、ＭＥＭＳトランスデューサ８０が複数の電気機械トランスデューサ１８を含む場合、制御デバイス１２８は、第１の電気機械トランスデューサと隣接する第２の電気機械トランスデューサとが、第１の時間間隔の間に少なくとも局所的に互いに向かって運動するように、複数の電気機械トランスデューサを駆動するように構成することができる。制御デバイス１２８は、第１の電気機械トランスデューサおよび第１の電気機械トランスデューサに隣接して配置された第３の電気機械トランスデューサが第２の間隔の間に互いに向かって運動するように、複数の電気機械トランスデューサを駆動するように構成されてもよく、第１の電気機械トランスデューサは、第２の電気機械トランスデューサと第３の電気機械トランスデューサとの間に配置されてもよい。例えば、これは、電気機械トランスデューサ１８ａ〜ｃであってもよく、電気機械トランスデューサ１８ｂが第１の電気機械トランスデューサであってもよい。
【０２２５】
代替的または付加的に、制御デバイス１２８は、変形可能要素の変形に基づいて電気信号を受信し、それを評価するように構成されてもよい。例えば、制御デバイス１２８は、変形の周波数または振幅を決定するように構成されてもよい。これは、システム１７０がセンサおよび／またはアクチュエータとして動作することができることを意味する。
【０２２６】
例えば、システム１７０は、ＭＥＭＳスピーカとして動作することができ、体積流１２は、音響音波または超音波であってもよい。
【０２２７】
代替的に、システム１７０は、ＭＥＭＳポンプとして具体化されてもよい。基板のキャビティは、基板１４内の第１の開口２６および第２の開口２６を含むことができる。電気機械トランスデューサ１８は、流体に基づいて体積流１２を提供するように構成されてもよい。電気機械トランスデューサは、電気機械トランスデューサ１８の作動に基づいて第１の開口２６を通じてキャビティに向かって流体を搬送するように、または、作動に基づいて第２の開口を通じてキャビティから外方に流体を搬送するように構成することができる。
【０２２８】
代替的に、システム１７０は、ＭＥＭＳマイクロフォンとして動作することができ、変形可能要素の変形に基づいて、電気機械トランスデューサ８０の端子または接続された別の電気機械トランスデューサの端子において電気信号を得ることができる。変形可能要素の変形は、体積流１２に基づいて引き起こされ得る。
【０２２９】
システム１７０は、制御デバイス１２８がＭＥＭＳトランスデューサ８０に接続されるように記載されているが、さらなるＭＥＭＳトランスデューサ、例えばＭＥＭＳトランスデューサ１０，２０，５０，１００または１１０が配置されてもよい。代替的にまたは付加的に、いくつかのＭＥＭＳトランスデューサを前述の実施形態に従って配置することもできる。代替的にまたは付加的に、ＭＥＭＳトランスデューサのスタック、例えばスタック９０または１４０が配置されてもよい。代替的または付加的に、少なくとも２つのＭＥＭＳトランスデューサを配置することができる。少なくとも第１のＭＥＭＳトランスデューサおよび第２のＭＥＭＳトランスデューサは、互いに異なる共振周波数を有するキャビティもしくはサブキャビティおよび／または電気機械トランスデューサ、例えば５００Ｈｚアクチュエータを有するチャンバ、２ｋＨｚアクチュエータを有するさらなるチャンバまたはさらなる（サブ）キャビティなど）を備えることができる。
【０２３０】
図１８は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ１８０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆは、第１のキャビティ１６ａ内で互いに隣接して横方向にオフセットして配置され、電気機械トランスデューサ１８ｇ〜１８ｉは、第２のキャビティ１６ｂ内で互いに隣接して横方向にオフセットして配置されている。キャビティ１６ａおよび１６ｂは、基板１４の図示されていない底面および／またはキャップ表面に開口を含むことができる。ＭＥＭＳトランスデューサ１８０は、個別の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉと、また、それぞれのキャビティ１６ａおよび１６ｂ内の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆまたは１８ｇ〜１８ｉとの両方に適用されるスピーカおよび／またはマイクロフォンとして使用されてもよい。スピーカおよび／またはマイクロフォンは、振動によって音波を放出または捕捉するように最適化されるように設計されてもよい。例えば、スピーカおよび／またはマイクロフォンは、身体の音によって情報を伝達または捕捉するために、人体に、理想的には骨の近くに配置することができる。この場合、好ましい変形形態は、すべてのアクチュエータが同じ方向に運動するものであり、これは、１つのチャンバが２つの可動壁を含む手法から独立していることを意味する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、一方の側部にクランプ締めされたバー要素を含む。
【０２３１】
言い換えれば、左側のチャンバであるキャビティ１６ａは、好ましくは同相で振動し、音を伝えるためにチップを振動させる側方または垂直方向に可動の屈曲アクチュエータを含む。右側のチャンバであるキャビティ１６ｂは、同じく好ましくは同位相で振動するが、それらの寸法（厚さ、長さまたは幅）により左チャンバとは異なる周波数領域を再現する、３つの横方向または垂直方向の屈曲アクチュエータを含む。
【０２３２】
図１９は、複数の電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉを含むＭＥＭＳトランスデューサ１９０の概略上面図を示し、電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｆは、互いに隣接して横方向にオフセットして配置され、それらの各々は、隣接するキャビティ１６ａ〜１６ｋまたはサブキャビティを互いから離間する。電気機械トランスデューサ１８ａ〜１８ｉは、２つの側部にクランプ締めされたバー要素を含む。
【０２３３】
図１８および１９の実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサ１８０が専ら一方の側部にクランプ締めされたバー要素のみを備え、ＭＥＭＳトランスデューサ１９０が専ら２つの側部にクランプ締めされたバー要素のみを含むように示されているが、実施形態は、各キャビティ１６ａおよび１６ｂごとに、同様の電気機械トランスデューサを互いに独立して配置することができ、または異なる電気機械トランスデューサをキャビティの内部に配置することができるように、互いに任意に組み合わされてもよい。
【０２３４】
言い換えれば、図１９は図１８と同じ原理を示しているが、図１９の場合は２つの側部でクランプ締めされた屈曲アクチュエータが使用される。
【０２３５】
さらなる実施形態は、ＭＥＭＳトランスデューサを製造する方法を参照する。この方法は、キャビティを含む基板を提供するステップを含む。さらに、この方法は、基板とともに、横運動方向に沿って変形可能な要素を含む電気機械トランスデューサを製造するステップを含む。製造するステップは、横運動方向に沿った変形可能要素の変形と、ＭＥＭＳトランスデューサから相互作用する体積流とが因果関係になるように実行される。例えば、電気機械トランスデューサを製造するステップは、基板から電気機械トランスデューサを形成することによって、例えば、エッチングプロセスおよび／または追加の層を堆積させるための堆積プロセスによって、行うことができる。
【０２３６】
上述の実施形態は、体積流が互いに向かって運動する２つの電気機械トランスデューサによって生成され得るという事実に関連しているが、体積流はまた、例えば基板のような剛性構造に対する電気機械トランスデューサの運動に基づいて、または、当該運動と因果関係にあるように得ることもできる。これは、サブキャビティまたはサブキャビティ部分の容積が個々の電気機械トランスデューサの影響を受け得ることを意味する。
【０２３７】
図１に関連して説明した構成と比較して、複数の湾曲を実行するように構成された、および／またはプレート要素に接続された変形可能要素を備える上述の実施形態は、大幅により大きい体積流を生成し、または、体積流に対してより敏感に反応するために使用することができる。
【０２３８】
実施形態は、特に、可能な限り平坦な周波数応答の最も頻繁に求められる事例を可能にするために、音圧の周波数依存経過を柔軟に調整可能にすることを可能にする。
【０２３９】
ＭＥＭＳトランスデューサのできるだけ少ないチャンバで周波数依存性の音圧曲線を設計するためには、振動可能な屈曲バーの品質が低い、すなわち屈曲バーが広い共振曲線を含むことが有利である。この目的のために、バーのクランプ締めは、バーの振動が減衰材料によってさらに減衰されるように具体化されてもよい。バーのクランプ締めは、好ましくは、非結晶材料から製造される。これは、シリコン酸化物、ＳＵ８などのポリマーまたは他のレジストを含む。バー振動の減衰はまた、電気的に得ることもできる。例えば、印加される電圧による静電アクチュエータまたは圧電アクチュエータの自由なバー振動の間に、静電容量の変化に起因して周期的な交流電流が流れる。電気抵抗が適切に与えられることによって、振動の減衰をもたらす電力損失が発生する。完全な電気発振回路（すなわち、一体型または外部コイルが付加的に設けられている）も可能である。減衰は、屈曲バーに追加の構造を実現することによっても得られ得、これは、チャンバを出入りして流れる際の流体に対する大きな流れ抵抗を表す。
【０２４０】
特に、低周波を生成または検出するために低共振周波数を表現するために、屈曲バーの質量を増大させることが有利であり得る。剛性を著しく増大させないためには、最大の振動振幅の領域に付加的な構造を取り付けることが好ましい。１つの側部にクランプ締めされたバーの場合、最良の位置、または最も大きな振動振幅の領域は、屈曲バーの端部である。２つの側部にクランプ締めされたバーの場合、これはバーの中心である。
【０２４１】
言い換えれば、本発明の発見は、はシリコンチップ内に形成され得るチャンバ、すなわちサブキャビティまたはサブキャビティ部分の圧縮または膨張によって、体積流が生成されるか、または検出され得るという事実に基づく。各チャンバには、例えば空気などの流体が流入または流出することができる入口または出口が設けられてもよい。チャンバは、固定されたキャップによって横運動方向に垂直な方向に沿って（例えば、上部および下部に）閉じられてもよい。各チャンバの側壁の少なくとも１つは可動または変形可能に構成され、このチャンバ内で容積が減少または増大するようにアクチュエータによって変位されてもよい。
【０２４２】
ＭＥＭＳトランスデューサの上述の実施形態は、明瞭化のために図面には示されていない電気接続、ボンドパッドなどを備えてもよい。
【０２４３】
上述の実施形態は、少なくとも２つのキャビティまたはサブキャビティの異なる共振周波数に基づいて得られ得るマルチウェイスピーカまたはＮウェイスピーカに関する。電気機械トランスデューサおよびキャビティまたはサブキャビティは、音圧レベル（ＳＰＬ）が少なくとも部分的に共振周波数の関数となるように、すなわち、いくつかのアクチュエータチャンバが異なる周波数経過を含むことができるように、互いにマッチングされてもよい（ＳＰＬ＝ｆ（周波数））。これは、変形可能要素の変形に基づいて、およびサブキャビティに基づいて得られる音圧レベルの値が、それぞれのサブキャビティから流れ出る、またはサブキャビティに流入する体積流の周波数への接続を含むことを意味する。接続は関数として表すことができ、関数は、例えば、線形であってもよく、例えば、ＳＰＬ＝ｘ＊周波数＋ｂであり、ｘおよびｂは変数である。代替的に、関数はまた非線形であってもよく、例えば二次関数、指数関数、根関数に基づく関数であってもよい。機能的接続は、異なるＭＥＭＳトランスデューサ内に配置された異なるサブキャビティまたはキャビティに容易に転移され得る。したがって、体積流の周波数は、流体内の圧力の周波数依存経過を表すことができる。
【０２４４】
ＭＥＭＳトランスデューサのシリコンチップは、それぞれの用途に適合した形状を含むように、ウェハレベルでの製造中に得られるディスクボンドから設計されてもよく、解放されてもよい。例えば、スピーカおよび補聴器またはインイヤー型ヘッドホンとしての用途では、チップは円形であるように、またはディスク上のシリコン領域の使用により適した六角形であるように設計することができる。
【０２４５】
いくつかの態様は、デバイスの文脈内で説明されているが、上記態様は、対応する方法の説明も表しているため、デバイスのブロックまたは構成要素は、対応する方法ステップまたは方法ステップの特徴として理解されるべきであることは理解されたい。それと同様に、方法ステップの文脈内でまたは方法ステップとして記載されている態様は、対応するデバイスの特徴の対応するブロックまたは詳細の記述をも表す。
【０２４６】
上述の実施形態は、本発明の原理の例示を表しているに過ぎない。当業者は、本明細書に記載された構成および詳細の変更および変形を諒解するであろうことは理解されたい。このため、本発明は、本明細書および実施形態の議論によってここに提示された特定の詳細ではなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定されることが意図されている。
【図１】
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【図２ａ】
2020051428.tif 000006
【図２ｂ】
2020051428.tif 000007
【図２ｃ】
2020051428.tif 000008
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
2020051428.tif 000012
【図５】
2020051428.tif 000013
【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図６ｅ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図７ｄ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９】
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【図１０】
2020051428.tif 000028
【図１１ａ】
2020051428.tif 000029
【図１１ｂ】
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【図１２ａ】
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【図１２ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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