CN101283285A - 微电子机械磁力计 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种包含基板(125)和MEM装置(105)的设备。MEM包含梳状电容器(110)和物理连接至梳状电容器的一个电极的磁性元件(117)。磁性元件能够以改变梳状电容器的电容量的方式移动所述一个电极。所述设备还包含至少一个将磁性元件物理连接至基板的弹簧(130)。
Description
技术领域
本发明通常涉及测量磁场的装置，以及使用和制造此类装置的方法。
背景技术
磁场测量有许多应用，例如导航、安全设施内的金属探测以及石油和矿物勘探。对于在大范围上检测磁场微小变化的低价低功率设备有着长期存在的需求。现有设备在一个或多个这些所需特征方面有所不足。
例如，某些微电子机械(MEM)磁力计只能测量小强度范围的磁场变化。因此，可能需要各调节到不同磁场范围的多个磁力计才能覆盖所需的范围。此外，一些磁力计只能非线性地响应磁场强度的变化。因此，使用这些磁力计需要进行大量复杂的校准。在其它实例中，磁力计的部件在响应磁场变化而移动时可能会变形，由此改变磁力计本身的物理或电气响应。在又一些其它情况下，磁力计的制造复杂而成本高昂。
相似地，像磁通门磁力仪或探测线圈等其它磁力计需要大尺寸电气线圈以达到高敏感度。在测量时，它们还需要较大电流通过线圈，由此导致大量功率消耗。
如超导量子干涉装置等的其它磁力计是非常敏感的磁力计，但需要极低的温度才能工作。
发明内容
为了解决一个或多个上述的缺点，本发明的一个实施例是一种设备。该设备包含基板和MEM装置。MEM装置包含梳状电容器(combcapacitor)和物理连接至梳状电容器的一个电极的磁性元件。磁性元件能够以改变梳状电容器的电容量(capacitance)的方式移动该一个电极。该设备还包含将磁性元件物理连接至基板的至少一个弹簧。
另一实施例是一种使用方法。该方法包括将上述设备置于磁场中，并且改变磁场使得磁性元件以改变梳状电容器的电容量的方式移动一个电极。
又一实施例包含一种制造方法。该方法包括蚀刻基板以同时形成前述的MEM装置和弹簧。该方法还包括将磁性元件物理连接至梳状电容器的一个电极，磁性元件配置为移动该一个电极以改变梳状电容器的电容量。
附图说明
参照附图阅读以下详细说明可以了解各种实施例。各种部件可能未按比例绘制并且可能被任意增大或减小以方便讨论。现在结合附图参照以下说明，其中：
图1A、1B和1C是具有不同MEM装置的设备的示范实施例的平面图；
图2是设备的另一示范实施例的平面图；
图3-5是设备的示范实施例在选定使用阶段的平面图；
图6是显示制造设备的示范方法中的选定步骤的流程图；以及
图7-12是设备的示范实施例在选定制造阶段的剖面图。
具体实施方式
各种实施例使用具有梳状电容器的MEM装置以方便磁场强度和方向的测量。本文中使用的术语梳状电容器定义为一种具有至少两个电极的结构，其中每个电极具有从电极相对表面伸出的多个大致平行的梳齿(finger)。配置两个电极使得一个电极的梳齿与另一电极的梳齿相互交叉(interdigitate)。美国专利号6,667,823、5,963,367、6,122,961、6,713,367和6,925,710中提供了示范梳状电容器设计，通过引用将其完整地结合到本文中。
图1A、1B和1C是具有不同MEM装置105、106、107的设备100的示范实施例的平面图。转到图1A，设备100包含MEM装置105。MEM装置105包括梳状电容器110、一个或多个弹簧元件130、中心(hub)122以及磁性元件115。磁性元件115能够以改变梳状电容器110的电容量的方式移动梳状电容器110的一个电极117。本文中使用的术语MEM装置是指具有尺寸约为几微米(如至少约1至2微米)的至少一个部件的结构。例如，在一些优选实施例中，一个电极117具有宽度120为三至六微米的梳齿。
梳状电容器110包括第一和第二电极117、140。可移动电极117具有与梳状电容器110的固定电极140的固定梳齿135交错接合的梳齿133。电极117可以在开口157中移动。固定梳齿133从对立于可移动电极117的表面144的固定电极140的固定表面142伸出。因此，每个电极117、140具有一组导电梳齿133、135，在物理上与另一电极117、140的梳齿133、135交错接合。一个或多个弹簧元件130将中心部122弹性地(flexibly)连接到基板125。一个或多个弹簧130可比如连接到基板125的锚定件132。一个或多个弹簧130的实例包括棒杆(bar)，一个或多个蛇形弹簧和弹簧元件的另外组合。磁性元件115固定到中心部122，中心部122又刚性地连接至梳状电容器110的一个电极117。MEM装置105可以位于基板125的一个面附近，如基板125的开口127。
磁性元件115的移动可以导致中心部122例如在图1A所示视图的平面中被移位，这是由于一个或多个弹簧元件130提供给基板125的弹性连接移动。此移动可以通过测量由电极117的移动而引起的梳状电容器110的电容量变化来测量。
设备100可以结合其它特征来改进设备的稳定性、敏感性和准确性。例如，设备100可以将多个上述部件结合到MEM装置中，并且在一些情况下，这些部件以对称的方式配置。图1B和1C中显示了实例，其提供显示备选MEM装置106、107的设备100的平面图。相似的参考编号用于表示与图1A中显示的相似元件。如图1B所示，对于MEM装置106的一些优选实施例，弹簧130和梳状电容器110对称地位于磁性元件115的相对侧。
对于图1C中表示的设备100，弹簧元件130配置为便于可移动元件117的旋转运动。例如，两个弹簧元件130在中心部122周围对称地配置。在此类实施例中，由于一个或多个弹簧元件130提供给基板125的弹性连接，中心部122可以绕轴124旋转123。
本领域的技术人员知道如何使一个或多个弹簧元件130具有所需的劲度(stiffness)以使能进行上述移置和旋转。旋转的轴124可以接近垂直于基板125的表面。由于磁性元件115基本刚性地固定到中心部122，中心部122的旋转123与磁性元件115的相应旋转123相关联。磁性元件115和中心部122的旋转123移动电极117以增加或减少梳齿135、133的交错接合量，由此改变梳状电容器110的电容量。
继续参照图1A-1C，在MEM装置105、106、107中，磁性元件115受到由本地作用的磁场H和一个或多个弹簧元件130引起的力。磁性元件115具有磁矩M以使得作用的磁场H施加转矩T，其中在磁性元件115上TM＝MxH。响应磁场H，磁性元件115将移动以试图使其磁矩M与磁场H的方向对准。一个或多个弹簧元件130施加转矩TS趋向于导致磁性元件115例如在MEM装置107中旋转。在一个或多个弹簧元件130是Hookian的实施例中，对于旋转角度Θ的较小值，转矩可由-KΘ近似表达。这里，K是一个或多个弹簧元件130的弹性劲度矩阵(elastic stiffness matrix)。平衡地，磁矩和弹性转矩互相取消，使得MxH约等于+KΘ。因此，作用场H值的变化导致磁性元件115的旋转角度值Θ的变化。旋转角度值Θ的变化导致梳齿133、135的交错接合量，并且由此改变梳状电容器110的电容量。导致交错接合的梳齿之间的重叠区域增大的旋转也将增大梳状电容器110的电容量。导致交错接合的梳齿之间的重叠区域减小的旋转也将减小梳状电容器110的电容量。
通常，梳状电容器110的电容量近似线性地取决于交错接合的梳齿133、135之间的重叠量。因此，磁性元件115的旋转角度Θ的变化可能与电容110的电容量中的变化近似线性相关。
在一些优选实施例中，MEM装置105、106、107配置为检测磁场H中的变化。通过感测磁场H的变化，设备100可以用作金属探测器或磁力计。
如上所述，梳状电容器110的电容量可能线性地取决于交错接合量，更具体地说，线性地取决于电极117、140的相邻梳齿133、135之间的重叠区域。线性依赖性便于确定由磁性元件115导致的电极117的移动与电容量变化之间的关系。
邻近的交错接合的梳齿133、135之间的间隙145最好在电极117移动期间保持不变。如图1C中所示，梳齿133、135可以为弧形以帮助在一个电极117旋转时保持不变的间隙145。配置为保持不变的间隙145的梳状电容器110的使用和传统MEM磁力计中使用的一些电容形成相反，在那些电容中电容量通过调整电容的电极之间的间隙大小来改变。这并不是有利的，因为电容量的变化非线性地取决于电极之间的间隙的变化。非线性是所不希望的，因为需要复杂的校准来确定磁性元件的移动与电容量变化之间的关系。
如图1A-1C所示，为了测量电容量，经由电源150施加AC电压(ACV)到一个电极，如可移动电极117。例如，ACV可以施加到锚定件132，而锚定件132经由弹簧130和中心部122耦合至电极117。在ACV施加到一个电极时，电容110上的电荷会按施加的电压成比例改变。这导致交流电(AC)流入或流出电容110。AC与电容110的容量(capacity)成比例。可以使用耦合至其它电极如固定电极140的运算放大器152来测量AC。在一些实施例中，AC范围介于约0至2毫微安之间。
在如图1C所示的MEM装置107的实施例中，由磁性元件115移动的电极117可以旋转至少约1度的旋转角度Θ。在其它实施例中，旋转角度Θ可以为至少约10度。在又一些实施例中，旋转角度Θ可以为至少约90度。这与某些传统MEM磁力计形成对比，那些传统磁力计的电容部件配置为在小得多的范围内旋转(例如不到1度并且有时不到0.1度)。电容110的实施例的相对较大的旋转角度提供了较大的电容量范围。这可以用于增大由设备100测量的磁场H的动态范围和灵敏度。
在一些优选实施例中，响应磁性元件115的移动的旋转角度Θ的范围介于约0至180度之间。在其它实施例中，旋转角度Θ介于约0至5度之间，在其它情况下介于约1至5度之间。
可移动电极117经过的旋转角度Θ可以通过提供机械制动器160来限制。例如，如图1C所示，制动器160可以位于电极117的末端162处。基板125可以配置为提供开口165以在其中包含制动器160，由此限制电极117的旋转角度Θ。制动器160可以阻止电极117的梳齿133接触固定面142。这在接触可能导致短路以使得设备100无法工作的情况下是所希望的。可以添加更多的制动器来限制其它方向上的移动，如侧移(lateral displacement)。
同样如图1A-1C中所示，电源150可以配置为施加DC电压(DCV)到梳状电容器110的电极117、140之一。例如，电源150可以包含配置为施加DCV到固定电极140的驱动电路172。在设备100的一些实施例中，DCV介于约0至20伏之间，在其它情况下介于约0至5伏之间。DCV可以配置为将移动电极117吸引向固定电极140。
如图1C中所示，梳状电容器110可以还包括具有从第二固定面184伸出的第二固定梳齿182的第二固定电极180。DCV可以配置为将可移动电极117吸引向一个或另一个固定电极140、180。例如，DCV可以朝向固定电极140并远离第二固定电极180而旋转可移动电极117。
同样如图1C中所示，第二固定面184相对于移动的那个电极117的第二面186，并且梳齿188可以从第二面186伸出。梳齿188与第二固定梳齿182交错接合。梳齿133、188的数量相等并且对称地配置在可移动电极117周围是有利的。在此例子中，在电极117向固定电极140、180之一移动时，交错接合的梳齿的第一133、135和第二182、188对之间的重叠量将相等并且相对。梳状电容器110可以具有初始重叠，这样对立梳(opposite combs)将产生相同并且相反的重叠变化。在此例子中，在电极117向固定电极140、180之一移动时，第一133、135和第二182、188对交错接合的梳齿之间的重叠量变化将相等并且相反。
如果电极117向第一固定电极140移动，则第一对交错接合的梳齿133、135之间的重叠量会增大。因此，第一对交错接合的梳齿133、135之间的电容量会增大。同时，电极117将移离第二固定电极180。因此，第二对交错接合的梳齿182、188之间的重叠量会减少，导致这两个梳齿之间的电容量减小。可以对比第一对交错接合的梳齿133、135和第二对交错接合的梳齿182、188之间的电容量差别，以确定磁性元件115的移动。这能够消除执行梳状电容器110的参考校准的需要。
施加的DCV可用于测量因磁场H造成的磁性元件115的移动量。为了方便此测量，电源150可以配置为施加DCV以在磁性元件115上产生转矩，该转矩与磁场H对磁性元件115造成的转矩方向相反。DCV可以调整以使得可移动电极117返回其原始位置，即由磁性元件115移动之前的它的位置。在此类情况下，梳状电容器的电容量也返回其原始值，因为电极117的移动恢复了交错接合的梳齿133、135之间的原始重叠量。确定用于此目的的适当DCV的一种方法是调整DCV直至AC返回其原始值。
第一133、135和第二182、188对交错接合的梳齿之间的重叠变化导致的电容量变化可以通过相加或平均它们来进行处理(manipulate)，从而可以提高旋转角度Θ的测量准确性。此外，相加或平均对称配置的电容110的电容量可以补偿由电容器移动如侧移造成的所不希望的电容量变化。因此，相比使用具有单对交错接合的梳齿的梳状电容器，可以更准确地确定磁场H的强度和方向。
在电源150用于施加DCV的实施例中，第一133、135和第二182、188对交错接合的梳齿之间的电容量变化可以加在一起。在一些情况下，例如，调节施加的DCV直至变化的电容量总和等于零。
图2中说明了设备的又一实施例。图2使用相同的参考标号来说明图1A-1C中显示的类似结构。为了简洁起见，只显示MEM装置105和设备200的其它部件之间的选定电气连接。以上所述以及图1A-1C中所示的设备的各种实施例的任何一个均可结合到图2中所示的设备200中。
如图2中所示，MEM装置105包含将磁性元件115物理连接至基板125的多个弹簧130。使用多个弹簧130有利地稳定了MEM装置105，由此使其更防震。此外，在MEM装置105响应作用的或变化的磁场H期间，使用多个弹簧130更好地阻止了装置部件以不希望的尺度偏转。如图2所示，优选地，弹簧130对称地设置在中心位置的磁性元件115和圆形中心部122的周围。如图2中所示，弹簧130的每一个可以是弯曲或蛇形弹簧。本领域的技术人员知道如何调节弹簧130的束(beam)202的数量、束长度204、束宽度206或其它物理属性，以将其劲度增大或减小到所需数值。例如，在一些优选实施例中，每个弹簧130包含一个至五个束202，每个束202具有约100微米(micron)至1毫米的长度204，以及约2至10微米(micrometer)的宽度206。
同样如图2中所示，MEM装置205可以包含多个梳状电容器110。类似于弹簧130，梳状电容器110对称地置于中央设置的磁性元件115和中心部122周围是有利的。例如，多个梳状电容器110的每个可移动电极117可以通过中心部122物理连接至磁性元件115。如图2中所示，可以有八个对称配置的梳状电容器110。但是，在备选实施例中，至少有四个对称配置的梳状电容器110。具有四个或更多对称配置的梳状电容器的MEM装置205是有利的，因为这允许对设备200的移动部件的所不希望的侧移和旋转进行补偿。
在磁性元件115移动以响应作用或变化的磁场H时，电极117以改变各个梳状电容器110的电容量的方式移动。多个梳状电容器110的电容量变化可以通过例如相加或平均来进行处理，以提供对磁场H的强度或方向的更准确的测量。例如，通过取平均，可以最小化由MEM装置中的不利移动如中心部122或可移动电极117的侧移所导致的电容量变化。
同样如图2中所示，梳状电容器110还包含第二固定电极180。如图所示，选定的固定电极180物理连接至基板125的环225。环225围绕着磁性元件115。连接至环225便于固定电极180的共同电耦合。
本发明的另一方面是一种使用方法。图3-6是示范设备300在各个使用阶段的平面图。图3-6使用相同的参考编号来说明图1A-1C中显示的类似结构。但是，以上所述以及图1A-1C和2中所示的设备的各种实施例的任何一个均可用于该方法中。
如图3所示，设备300包含具有梳状电容器110和物理连接至梳状电容器110的一个电极117的磁性元件115的MEM装置205。设备300包含基板125和一个或多个弹簧130，弹簧130将磁性元件物理连接至基板125。
图3显示将设备300置于磁场H中之后的设备300。磁场H的源305可以是行星磁场或来自永久磁体、临时磁体或电磁体的磁场。在一些情况下，例如在源305是地球磁场H时，场的强度介于约3x10-4高斯至6x10-4高斯之间。
现在参照图4，同时继续参照图3，显示的是变更磁场H之后的设备300。磁场变化可以是强度变化，方向变化或两者。在一些情况下，变化对应于约百分之1至10的磁场H的强度变化。在其它情况下，磁场H的变化可以使用约1x10-6高斯或更好的精度来测量。磁场H的变化可能是临时的，例如由于接近设备300的包含金属的物体310的移动。例如，在包含金属的物体310靠近设备100通过时，地球磁场被扭曲(distorted)，这以导致设备300感测的磁场H变化的方式进行。在一些情况下，包含金属的物体310与设备300隔开介于约1cm至1km的距离315。在其它情况下，包含金属的物体310与设备300隔开少于1cm的距离315。或者，磁场的变化可能是由于源305本身的磁性性质变化。
如上所述，磁场H的变化导致磁性元件115以变更梳状电容器110的电容量的方式移动其电极117。对于图4中所示的设备300的实施例，变化的磁场H导致磁性元件115顺时针旋转。旋转导致电极117向固定电极140移动，造成电容量增大。当然，在其它情况下，磁场H的变化可能导致磁性元件逆时针旋转，造成电容量减小。
所述方法的优选实施例还包括确定磁场H中变化的的强度或方向。在一些优选实施例中，此确定基于梳状电容器的变化的电容量的测量。如上所述，电容量变化可以通过测量经过梳状电容器110的电流变化来确定。
在所述方法的一些优选实施例中，希望使用变化的电容量来估算电极117的旋转角度Θ。而旋转角度Θ又可以与磁场H的强度或方向变化相关。
对于如图1-6中提供的设备实施例，旋转角度Θ是指沿电极117的长轴的尺度320的角度变化(图3)，电极117的长轴穿过中心部122的轴124的。图4显示磁场H变化之前320和之后405的尺度。如上所述，一个电极117的旋转角度Θ与梳状电容器110的交错接合的梳齿133、135之间的重叠量线性有关。因此，梳状电容器110的电容量变化可能线性相关于电极117的旋转角度Θ。上述线性关系便于将电容量变化与磁场H变化造成的磁性元件115的移动相关联。
在一些情况下，将磁性元件115连接到基板125的弹簧130对抗(oppose)电极117的移动。例如，弹簧130可以配置为对抗磁性元件115的旋转，从而对抗电极117的旋转。在磁场H中的变化足够大以导致磁性元件115移动电极117达到MEM装置105的特定配置所允许的最大旋转角度Θ的情况中，这可能是所希望的。
转到图5，在所述方法的一些优选实施例中，跨梳状电容器110施加DCV以使得DCV在磁性元件115和弹簧130上产生转矩。DCV可以被调节，以使得转矩对抗电极117的移动，例如通过对抗电极的旋转。如图5所示，施加的DCV可以调整以将磁性元件115返回其移动之前的原始位置。在一些情况下，旋转角度Θ线性相关于将磁性元件115返回其原始位置所需的施加电压的平方(DCV2)。
本领域的技术人员将理解如何通过考虑如磁性元件115的磁矩、弹簧130的劲度、电极117的旋转角度Θ以及施加的DCV等参数的值来估计磁场H的强度和方向。一种确定磁场H的备选方法包括测量MEM装置的共振频率的偏移，如Bolle et al.，Nature 399：43-46，1999中所述，其通过引用完整地结合到本文中。此外，本领域的技术人员应该理解如何组合两个或更多设备300以测量磁场H的不同矢量分量。
本发明的另一实施例是制造方法。图6是显示制造本发明设备的示范方法中的选定步骤的流程图。
在步骤610中提供基板。所述基板能够包含用于高压电子器件中的基板，如平面绝缘硅晶片。本领域的技术人员应该熟悉可用于提供适当的支撑框架或支撑结构的其它类型的基板或多层基板。
在步骤620中，在例如基板正面上形成传统的光刻胶层(photoresistlayer)，并且在步骤630中，使用传统的光刻工序曝光并去除部分光刻胶层。曝光部分的光刻胶层限定了类似图1-5中任一所示的MEM装置的平面图的布局。
在步骤640中，蚀刻基板，将剩余的部分光刻胶用作掩膜(mask)以同时形成MEM装置部件，例如梳状电容器和物理连接至梳状电容器的弹簧。最好在此相同蚀刻步骤中形成MEM装置的优选实施例的其它部件。可以使用任何传统的蚀刻剂和蚀刻工艺来完成步骤640。在所述方法的一些优选实施例中，蚀刻包括深层离子蚀刻(DRIE)。特别地，使用给蚀刻结构提供垂直侧壁的DRIE工艺是有利的。适合的DRIE工艺的实例，Bosch工艺(Bosch process)在美国专利号5,501,893中提供，通过引用完整地结合到本文中。
在基板包含SOI晶片的情况下，在步骤642中，蚀刻基板可以包括蚀刻硅上层直至下到氧化物层并且使用氧化物层作为蚀刻停止层(etch stop)。在一些情况下，蚀刻基板还可以包括步骤644中的背面蚀刻(backside etch)。例如，在基板包含SOI晶片时，可以进行背面蚀刻以去除部分下硅层，如处理硅晶片(handle silicon wafer)。
在又一些情况下，所述工艺还包括释放表面MEM装置部件的步骤646，例如从基板释放梳状电容器。再次考虑基板包含SOI晶片并且梳状电容器通过蚀刻部分上硅层形成的情况。在步骤646中，梳状电容器可以通过将部分构造的设备暴露于氢氟酸浴而从基板释放。梳状电容器下面的部分氧化物层会溶解，由此从基板释放梳状电容器的底面。同样的工艺可用于从基板释放MEM装置的其它部件。
在步骤650中，设备的部件(如MEM装置部件)电连接至电源。例如，梳状电容器的固定电极可以通过传统的引线压焊(wire bonding)、倒装焊接(flip-chip bonding)或其它传统工艺连接至电源以实现机电连接。
在步骤660中，磁性元件物理连接至MEM装置，如梳状电容器的可移动电极。如以上图1A-1C中所述，磁性元件配置为移动一个电极以改变梳状电容器的电容量。在一些优选实施例中，磁性元件固定到连接可移动电极的中心。在一些情况下，磁性元件通过胶粘方式固定到中心部。在其它情况下，磁性元件通过电镀到中心固定。磁性元件可由任何能够具有磁矩的材料组成。在一些实施例中，磁性元件是硬磁。优选的成份包括钐钴(SmCo)或汝铁硼(NdFeB)。
为了进一步说明图6所述工艺中的特定步骤，图7-12提供了示范设备700的在选定制造阶段的剖面图。图7、9和11中所示的剖面图对应于类似图1A中所示的设备的观察线7-7。图8和10中所示的剖面图对应于类似图1A中所示的设备的观察线8-8。图7-11使用相同的参考编号来说明图1A中显示的类似结构。以上所述以及图1-5中所示的设备的各种实施例的任何一个均可结合到图7-12中所示的设备700中并且按照本文中所述制造。
继续参照图6，图7显示完成步骤610、620、630以提供基板125以及沉积并且曝光光刻胶以形成MEM装置105的布局之后的部分构造的设备700。
图7还显示在完成按照步骤642蚀刻基板125以形成MEM装置105部件的步骤640的部分之后的设备700。以上在图6的步骤640中所述的任何工艺可用于完成基板蚀刻。图7显示在执行步骤642中所述的正面蚀刻以形成梳状电容器110之后的设备。沿观察线7-7不可见的梳状电容器110的其它部件，如交错接合的梳齿和固定电极通过蚀刻基板形成，类似于移动电极117所示的。
在所示的实施例中，基板125是SOI晶片，包含硅顶层710、氧化物中间层720以及硅底层730。在一些优选实施例中，SOI基板125包含厚度740约为35至45微米的顶层710、厚度750约为1至2微米的中间层720以及厚度760约为500至1000微米的底层730。因此，在一些实施例中，可移动电极117、中心部122及弹簧130的厚度与顶层710的厚度740大致相同。
转到图8，同时继续参照图6-7，显示的是处于图7中所示制造工艺中相同点的部分构造的设备700。所示的是基板125(在此例中为顶层710)的正面蚀刻以形成物理连接至梳状电容器110的弹簧130之后的设备。如图8中部分完成的设备700所示，弹簧130物理连接至中心部122和锚定件132，并且中心部122物理连接至梳状电容器110的可移动电极117。因此，弹簧130物理连接至梳状电容器110。在所述方法的优选实施例中，如图7-8所示，梳状电容器110、中心部122、弹簧130、锚定件132以及其它MEM装置105部件通过顶层710的正面蚀刻而同时形成，使用中间层720作为蚀刻停止层。
在继续参照图6-8，图9和10中显示的是在根据步骤644执行基板125的背面蚀刻之后的部分构造的设备700。图9-10还显示了在去除光刻胶之后的部分构造的设备700。背面蚀刻去除了配置为移动的MEM装置105的那些部件下面的硅底层730的一部分。例如，如图9-10所示，在移动电极117、中心部122及弹簧130下面去除了硅底层730。
继续参照图7-8，图11显示了在从基板125的氧化物层720释放梳状电容器110的表面1110之后的类似于图7的剖面图。图12显示了在根据步骤646从基板125的氧化物层720释放弹簧130的表面1210之后的类似于图8的剖面图。图11和12均显示了在从氧化物层720释放之后的中心部122的表面1120。以上在图6的步骤646中所述的任何工艺均可用于释放表面1110、1120、1210。
继续参照图7-10，图11还显示了在根据步骤660将磁性元件115物理连接至MEM装置105之后的类似于图7的剖面图。对于图11所示的实施例，磁性元件115通过到中心部122的附接连接到可移动电极117。图12还显示了在将磁性元件115附接至中心部122之后的类似于图8的剖面图。磁性元件115可以粘到中心部122。。当然，可以使用以上在图6的步骤660中所述的其它方法附接磁性元件115。
虽然已经详细描述了本发明，但本领域的技术人员应该理解，只要没有背离本发明的范围，他们可以进行各种更改、替换和修改。
Claims (10)
1.一种设备，包括：
基板；
MEM装置，包括梳状电容器和物理连接至所述梳状电容器的一个电极的磁性元件，所述磁性元件能够以改变所述梳状电容器的电容量的方式移动所述一个电极；以及
将所述磁性元件物理连接至所述基板的至少一个弹簧。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述磁性元件配置为旋转，所述旋转导致所述一个电极的所述移动。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述至少一个弹簧固定所述磁性元件，以使得所述磁性元件的旋转能够改变所述梳状电容器的梳齿的交错接合量。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述梳状电容器包括固定电极，所述固定电极具有从相对于所述一个电极的面的固定面伸出的固定梳齿，所述一个电极具有与所述固定梳齿交错接合的梳齿。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述梳状电容器还包含第二固定电极，所述第二固定电极具有从相对于所述一个电极的第二面的第二固定面伸出的第二固定梳齿，所述第二面具有与所述第二固定梳齿交错接合的梳齿。
6.一种使用方法，包括：
将设备置于磁场中，其中所述设备包括MEM装置，所述MEM装置具有梳状电容器、物理连接至所述梳状电容器的一个电极的磁性元件；和将所述磁性元件物理连接至所述设备的基板的至少一个弹簧；以及
改变所述磁场，由此导致所述磁性元件以改变所述梳状电容器的电容量的方式移动所述一个电极。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述改变磁场导致所述磁性元件旋转，所述旋转导致所述一个电极的所述移动。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，将所述磁性元件物理连接至所述MEMS装置的基板的至少一个弹簧对抗所述一个电极的所述移动。
9.如权利要求6所述的方法，其特征在于，跨所述梳状电容器施加电压，使得所述电压在所述磁性元件上产生转矩。
10.一种制造方法，包括：
蚀刻基板，以同时形成梳状电容器以及物理连接至所述梳状电容器的弹簧；以及
将磁性元件物理连接至所述梳状电容器的一个电极，所述磁性元件配置为移动所述一个电极以改变所述梳状电容器的电容量。
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