DE102022204443A1 - Mechanische Systeme mit angepasster Linearität - Google Patents

Mechanische Systeme mit angepasster Linearität Download PDF

Info

Publication number
DE102022204443A1
DE102022204443A1 DE102022204443.6A DE102022204443A DE102022204443A1 DE 102022204443 A1 DE102022204443 A1 DE 102022204443A1 DE 102022204443 A DE102022204443 A DE 102022204443A DE 102022204443 A1 DE102022204443 A1 DE 102022204443A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
bending
mechanical system
mechanical
transducer
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022204443.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Shashank SHASHANK
Sergiu Langa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Original Assignee
Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV filed Critical Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority to DE102022204443.6A priority Critical patent/DE102022204443A1/de
Publication of DE102022204443A1 publication Critical patent/DE102022204443A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
    • B81B3/0064—Constitution or structural means for improving or controlling the physical properties of a device
    • B81B3/0067—Mechanical properties
    • B81B3/0072—For controlling internal stress or strain in moving or flexible elements, e.g. stress compensating layers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0612—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using polymers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G7/00—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for
    • F03G7/06—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like
    • F03G7/061—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element
    • F03G7/0613—Mechanical-power-producing mechanisms, not otherwise provided for or using energy sources not otherwise provided for using expansion or contraction of bodies due to heating, cooling, moistening, drying or the like characterised by the actuating element using layers of different materials joined together, e.g. bimetals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H10N30/2043—Cantilevers, i.e. having one fixed end connected at their free ends, e.g. parallelogram type
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/20—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators
    • H10N30/204—Piezoelectric or electrostrictive devices with electrical input and mechanical output, e.g. functioning as actuators or vibrators using bending displacement, e.g. unimorph, bimorph or multimorph cantilever or membrane benders
    • H10N30/2041—Beam type
    • H10N30/2042—Cantilevers, i.e. having one fixed end
    • H10N30/2044—Cantilevers, i.e. having one fixed end having multiple segments mechanically connected in series, e.g. zig-zag type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
    • B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/01—Suspended structures, i.e. structures allowing a movement
    • B81B2203/0127—Diaphragms, i.e. structures separating two media that can control the passage from one medium to another; Membranes, i.e. diaphragms with filtering function

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Abstract

Ein mechanisches System weist eine Biegewandlerstruktur auf, die konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal und/oder zum Bereitstellen eines elektrischen Signals ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft, die die Biegung verursacht, wobei eine strukturelle Steifheit der Biegewandlerstruktur für einen ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgt. Das mechanische System weist eine Anpassungsstruktur auf, die durch mechanische Kopplung mechanisch an die Biegewandlerstruktur gekoppelt ist, um gemeinsam mit der Biegung eine Anpassungsverformung bereitzustellen. Eine strukturelle Steifheit der Anpassungsstruktur sorgt für einen zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu der Biegung auf der Basis der mechanischen Kopplung bei der Verformung.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf mechanische Systeme, die einen Biegewandler enthalten und eine Anpassungsstruktur enthalten, die einen Beitrag zu der Biegung des Biegewandlers bereitstellt, um beispielsweise das Biegeverhalten des Biegewandlers anzupassen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf eine Modulation der Antwort von Biegewandlersystemen auf der Basis einer Gestaltung von elementaren Zellen.
  • Ein bekanntes Konzept zur Entgegenwirkung einer Nichtlinearität in einer Antwort eines Wandlersystems, das eine nichtlineare mechanische Versteifung verwendet, ist durch den Stand der Technik und durch Veröffentlichungen (1-5) bekannt. Jedoch sind die meisten dieser Lösungen stark gestaltungsspezifisch mit einem eingeschränkten Anwendungsumfang und eingeschränkten Leistungsniveaus. Beispielsweise leiden die Biegewandlersysteme, die auf eine nichtlineare Versteifung durch Kontaktbildung und Kontaktevolution verlassen, z. B. Reißverschlussaktoren (Zipping-Aktoren) basierend auf elektrostatischer Betätigung, für gewöhnlich unter einer Bewegungshysterese aufgrund von Kontaktbildung und -bruch [4, 6-9], Instabilitäten durch elektrostatische Anziehung (bzw. Pull-in) [4, 6-8], Haftreibungsprobleme, abrupte Antwortänderung [6, 8, 10], notwendige Gestaltung auf der Basis von komplizierter Eigenspannungstechnik [7], Anforderungen für dedizierte externe Strukturen [1, 2, 3, 5, 11], usw.
  • In den meisten der Reißverschlusskonfigurationen wird eine gerichtete Ablenkung oder Bewegung eines bestimmten strukturellen Bereichs anstelle einer Biegekrümmung der gesamten Zell- / Komponentengeometrie verwendet. Eine simultane Modulation/Linearisierung von unterschiedlichen Systemantworten (Biegekrümmung, Biegemoment, bereitstellbare Kraft, Kapazitätsänderung, Bewegungsauflösung, Frequenzantwort, usw.) mit einem Betätigungssignal in solchen Konfigurationen ist schwierig (meistens werden in einer bestimmten Gestaltung lediglich eine oder mehr als zwei Antworten moduliert). Außerdem zeigen elektrostatische Reißverschlussaktoren eine Anziehinstabilität, die eine Steuerung derselben zu einer Herausforderung macht [12].
  • Somit besteht ein Bedarf nach zuverlässigen und stabilen mechanischen Systemen.
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, zuverlässige und stabile mechanische Systeme bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gelöst.
  • Eine Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass das Verhalten einer Biegewandlerstruktur angepasst werden kann, d. h. in Bezug auf eine Erhöhung oder Verringerung einer Linearität durch eine mechanische Kopplung der Biegewandlerstruktur an einer Anpassungsstruktur, die für eine Verformung zusammen mit der Biegung der Biegewandlerstruktur sorgt, wobei die Verformung der Anpassungsstruktur Kräfte zur Folge hat, die auf die Biegewandlerstruktur wirken und dadurch das Biegeverhalten anzupassen. Durch die Verwendung solch einer Anpassungsstruktur kann das Verhalten der Biegestruktur auf eine gewünschte Eigenschaft abgestimmt werden.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist ein mechanisches System eine Biegewandlerstruktur auf, die konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal und/oder zum Bereitstellen eines elektrischen Signals ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft, die die Biegung verursacht, wobei eine strukturelle Steifheit der Biegewandlerstruktur für einen ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgt. Das mechanische System weist eine Anpassungsstruktur auf, die durch eine mechanische Kopplung mechanisch an die Biegewandlerstruktur gekoppelt ist, um eine Anpassungsverformung zusammen mit der Biegung bereitzustellen. Eine strukturelle Steifheit der Anpassungsstruktur sorgt für einen zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu der Biegung auf der Basis der mechanischen Kopplung bei Verformung. Die Kombination des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags ermöglicht eine präzise Gestaltung und eine zuverlässige und stabile Struktur.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung weist ein mechanisches System eine Biegewandlerstruktur auf, die konfiguriert ist zum nichtlinearen Verformen auf der Basis einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal und/oder für ein nichtlineares Bereitstellen eines elektrischen Signals ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft, die die Biegung verursacht. Das mechanische System weist eine Anpassungsstruktur auf, die mechanisch mit der Biegewandlerstruktur gekoppelt ist, wobei die Biegung und eine Verformung der Anpassungsstruktur in kausaler Korrelation stehen, wobei die Verformungsanpassungsstruktur für eine nichtlineare Kraft für die Biegewandlerstruktur sorgt, die die Größenordnung einer Nichtlinearität in der Gesamtantwort reduziert. Auf der Basis der mechanischen Implementierung kann eine Linearisierung erhalten werden, was jedoch nicht notwendig ist. Auf der Basis von Federkonfigurationen kann eine gewünschte Erhöhung einer Nichtlinearität in Teilen des Antwortregimes erhalten werden. Dennoch kann dies im Vergleich zu Systemen ohne Feder auch zu einer Reduzierung einer Nichtlinearität in der Gesamtantwort führen.
  • Weitere Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein Verfahren zum Produzieren und/oder Steuern eines mechanischen Systems.
  • Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen definiert.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, bei denen:
    • 1a zeigt eine schematische Seitenansicht eines Biegewandlersystems, das eine Anpassungsstruktur außerhalb eines aktiven Bereichs eines Biegewandlers aufweist, die konfiguriert ist zum Kontaktieren des aktiven Bereichs des Biegewandlers, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 1b zeigt eine schematische Seitenansicht eines Biegewandlersystems, das eine Anpassungsstruktur außerhalb eines aktiven Bereichs eines Biegewandlers aufweist, die konfiguriert ist zum Nichtkontaktieren des aktiven Bereichs des Biegewandlers, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
    • 1c zeigt eine schematische Seitenansicht eines Biegewandlersystems, das eine Anpassungsstruktur in einem Volumen eines aktiven Bereichs eines Biegewandlers aufweist, die konfiguriert ist zum Kontaktieren des aktiven Bereichs des Biegewandlers, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 1d zeigt eine schematische Seitenansicht eines Biegewandlersystems, das eine Anpassungsstruktur in einem Volumen eines aktiven Bereichs eines Biegewandlers aufweist, die konfiguriert ist zum Nichtkontaktieren des aktiven Bereichs des Biegewandlers, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein mechanisches System gemäß einem Ausführungsbeispiel, das zwei Biegeelemente als Teil der Biegewandlerstruktur aufweist, gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 2b-e zeigen unterschiedliche Konfigurationen von mechanischen Systemen gemäß Ausführungsbeispielen, eine Mehrzahl von Zellen gemäß 2a in unterschiedlichen Konfigurationen gemäß Ausführungsbeispielen;
    • 2f-g zeigen unterschiedliche Modifizierungen des mechanischen Systems aus 2a gemäß Ausführungsbeispielen;
    • 3a-d zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die zumindest einen Teil der Anpassungsstruktur als eine Schicht auf einem Biegeelement der Biegewandlerstruktur aufweisen;
    • 3f-g zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die eine Anpassungsstruktur aufweisen, die zumindest einen Teil einer Nut/Feder-Struktur aufweist;
    • 4a-b zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die eine unterschiedliche Steifheit unterschiedlicher Biegeelementabschnitte der Biegewandlerstruktur aufweisen;
    • 5a-b zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die gekantete Biegeelemente der Biegestruktur aufweisen;
    • 6a zeigt eine schematische Ansicht einer Doppelkuppel-Konfiguration eines mechanischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
    • 6b-e zeigen schematische Diagramme von Biegeverhalten des mechanischen Systems aus 6a;
    • 7a-d zeigen schematische Ansichten von Biegewandlersystemen gemäß Ausführungsbeispielen, bei denen die Anpassungsstruktur außerhalb eines Volumens des aktiven Bereichs des Biegewandlers angeordnet ist;
    • 8a-b zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die eine Anpassungsstruktur aufweisen, die eine nichtlineare Feder aufweist;
    • 8c zeigt ein schematisches Diagramm eines Biegeverhaltens des mechanischen Systems aus 8b;
    • 8d zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine Anpassungsstruktur aufweist, die eine mehrschichtige nichtlineare Feder aufweist;
    • 8e-g zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, bei denen die Anpassungsstruktur auf zwei äußeren Seiten der Biegewandlerstruktur angeordnet ist;
    • 9a-c zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die zumindest zwei Biegewandlerstrukturen aufweisen; und
    • 10a-c zeigen schematische Ansichten mechanischer Systeme gemäß Ausführungsbeispielen, die unterschiedliche Betätigungsprinzipien implementieren.
  • Gleiche oder äquivalente Elemente oder Elemente mit gleicher oder äquivalenter Funktionalität sind in der folgenden Beschreibung mit gleichen oder äquivalenten Bezugszeichen versehen, auch wenn sie in unterschiedlichen Figuren auftreten.
  • In der folgenden Beschreibung ist eine Mehrzahl von Details dargelegt, um eine umfassendere Erläuterung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Jedoch ist es Fachleuten ersichtlich, dass Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung ohne diese spezifischen Details ausgeführt werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Vorrichtungen in Blockdiagrammform anstatt im Detail gezeigt, um eine Verschleierung von Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung zu vermeiden. Zusätzlich dazu können Merkmale der im Folgenden beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden, sofern dies nicht spezifisch anders angegeben ist.
  • Im Folgenden werden mechanische Systeme beschrieben. Ein Teil der im Folgenden dargelegten Offenbarung bezieht sich auf mikromechanische Systeme (MMS), und insbesondere auf mikroelektromechanische Systeme (MEMS) und nanoelektromechanische Systeme (NEMS). Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf Mikromaschinen beschränkt. Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Beeinflussung des Biegeverhaltens einer Biegewandlerstruktur, die ein nichtlineares Auslenkungsverhalten aufweist, mit einer anderen Struktur, die mechanisch mit der Wandlerstruktur gekoppelt ist, um das Biegeverhalten durch das Einführen zusätzlicher Kräfte anzupassen. Solch ein Einfluss kann für mikromechanische Systeme sowie für mikromechanische Systeme oder im Allgemeinen für mechanische Systeme implementiert werden.
  • Einige der im Folgenden dargelegten Figuren beziehen sich auf Biegewandler, die dazu konfiguriert sind, planar in Bezug auf einen Stapel von Schichten auszulenken, was insbesondere im technischen Gebiet von MEMS veranschaulicht wird. Jedoch sind die hierin dargelegten Ausführungsbeispiele nicht auf eine planare Auslenkung beschränkt. Auf der Basis einer frei auswählbaren Konfiguration einer Klemmung und/oder Wölbungsrichtung kann jede Richtung, z. B. planar oder außerplanar, realisiert werden.
  • Typische Abmessungen (nicht notwendigerweise die Grenzen) von hierin dargelegten Strukturen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele sind:
    1. A. MEMS-/NEMS-Bereich:
      1. 1. Isolator / dielektrische Schichten: Breite: 10 nm - 10 µm (Höhe und Länge sind normalerweise gleich wie die Biegezellenabmessungen)
      2. 2. Elektrodenabmessungen: Breite: 10 nm - 100 µm (Höhe und Länge sind normalerweise gleich wie die Biegezellenabmessungen)
      3. 3. Abmessungen von Luftzwischenräumen: Breite: 10 nm - 100 µm (Höhe und Länge sind normalerweise gleich wie die Biegezellenabmessungen)
      4. 4. Zellabmessungen: Länge: 10 nm - 10 mm; Breite: 50 nm - 500 µm; Höhe: 10 nm-10 mm, Länge ist normalerweise gleich wie die Biegezellenabmessungen;
    2. B. Makroebene: alle Abmessungen können von wenigen mm bis mehrere cm reichen.
  • Spannungsbereiche:
    1. A. MEMS/NEMS: 0 - 500 V
    2. B: Gestaltungen auf Makroebene: 0 - 10.000 V (normalerweise bis elektrischer Durchschlag von verwendetem Isolator / Luftzwischenraum erreicht wird)
  • Materialien:
  • A. Mögliche Materialien für MEMS/NEMS (die genannten sind hauptsächlich CMOSkompatibel, dies ist jedoch keine notwendige Bedingung):
    1. 1. Elektroden: hochdotierte Halbleiter (Si, GaAs, usw.), Metalle (Aluminium (Al), Wolfram (W), TiAl, usw.), leitfähige Polymere / Polymere beschichtet mit Metall (bei Produktion basierend auf Additivherstellung), kunststoffbasierte Materialien, piezoelektrische Keramiken, usw.
    2. 2. Dielektrikum: Al2O3, SiO2, Si3N4, Polymere (bei Produktion basierend auf Additivherstellung), usw.
  • B. Mögliche Materialien für Makroebene:
    1. 1. Elektroden: alle Metalle/Leiter (Stahl, Al, usw.) oder leitfähige Polymere / Polymere beschichtet mit Metall (bei Produktion basierend auf Additivherstellung)
    2. 2. Dielektrikum: Al2O3, SiO2, Si3N4, Polymere (bei Produktion basierend auf Additivherstellung), Keramiken, usw.
  • Mögliche Produktionsprozesse (jedoch nicht die einzigen):
  • A. MEMS/NEMS:
    1. 1. Planare Biegestrukturen: standardmäßige Mengenmikrobearbeitungsprozesse für einzelne kristalline Wafer (z. B. SOI-Wafer-DRIE, ALD, chemische Nassätzung über TMAH, usw.), hochauflösende Additivherstellung mit Drucken von leitfähigem Material / Metallbeschichtung von Polymeren zusammen mit konformen Abscheidungsprozessen für dielektrisches Material (z. B. ALD).
    2. 2. Außerplanare Biegestrukturen: Oberflächenmikrobearbeitungsprozesse, Kristallines-Silizium-Wafer-Bonding von zwei Schichten und Strukturieren derselben durch DRIE und anisotrope TMAH-Ätzprozesse, hochauflösende Additivherstellung mit Drucken von leitfähigem Material / Metallbeschichtung von Polymeren zusammen mit konformen Abscheidungsprozessen für dielektrisches Material (z. B. ALD).
  • B. Makroskala:
    1. 1. Additivherstellungsprozesse (mit Drucken von leitfähigem Material / Metallbeschichtung von Polymeren)
    2. 2. Hochpräzise mechanische Herstellungsprozesse wie Spritzgießen, hochpräzise maschinelle Bearbeitung wie CNC, usw.
  • Ein Biegewandlersystem kann als mechanisches System oder zumindest als Teil davon verstanden werden. Solche hierin beschriebenen Systeme können einen aktiven Bereich aufweisen, der einen elektrostatischen Zwischenraum und potenzialführende Elektroden, z. B. für NED, und/oder potenzialführende Elektroden für Aktoren, wie Piezokonfigurationen und thermische Konfigurationen aufweist oder dadurch definiert wird. Es ist zu beachten, dass hierin beschriebene Anpassungsstrukturen weiterhin Teil der gesamten Zelle (= gesamte Biegewandlerstruktur) sein können, da sie im Vergleich zu Fällen, wenn sie nicht vorhanden sind (obwohl sie dennoch inaktive Teile einer Zelle sind, da sie möglicherweise keine Potenzialdifferenz in Bezug auf einen aktiven Bereich aufweisen und hauptsächlich als Lasten oder Systeme für mechanische Rückkopplung beitragen) immer einen kausalen direkten/indirekten Einfluss auf die Zellantwort bei Biegung haben werden. Die Anpassungsstruktur kann somit als Teil einer Zelle angesehen werden, unabhängig davon, ob sie innerhalb oder außerhalb des aktiven Bereichs angeordnet ist oder sich dort befindet.
  • Hierin dargelegte Ausführungsbeispiele beziehen sich für gewöhnlich auf eine mechanische Kopplung einer Biegewandlerstruktur mit einer Anpassungsstruktur. Die Ausführungsbeispiele können sich voneinander auf der Basis mehrerer Kriterien unterscheiden. Darunter besteht die Aufnahme der Anpassungsstruktur in ein Volumen der Biegewandlerstruktur, beispielsweise ob die Anpassungsstruktur „in“ dem Volumen der Biegewandlerstruktur ist oder nicht. Ein weiteres Kriterium besteht darin, ob die Anpassungsstruktur dazu angepasst ist, für eine Kontaktbildung, z. B. Reißverschluss (bzw. Zipping) mit einer anderen Struktur, etwa der Biegewandlerstruktur, zu sorgen oder nicht, oder alternativ dazu, ob eine Kopplungsfläche sich verändert oder nicht. Das Letztere ermöglicht eine hochflexible Anpassung des mechanischen Systems im Hinblick auf sein Verhalten. Im Einzelnen kann eine Linearität oder eine Nichtlinearität des mechanischen Gesamtsystems auch auf der Basis davon beeinflusst werden, ob es eine (Änderung einer) Kontaktbildung aufweist oder nicht.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Biegewandlerstruktur. Die mechanische Kopplung der Anpassungsstruktur kann sich zumindest bei einigen Ausführungsbeispielen auf eine Kopplung der Anpassungsstruktur an zwei unzusammenhängende Bereiche der Biegewandlerstruktur beziehen, etwa an beide Enden derselben. In solch einem Fall kann die Anpassungsstruktur als eine Art von paralleler Verbindung mit der Biegewandlerstruktur wirken, anstatt einen zusätzlichen Tragepunkt oder eine Verbindung mit einem Substrat oder dergleichen bereitzustellen.
  • Die Erfindung befasst sich mit Biegewandlerkonfigurationen, die als Aktor, Sensor oder beides arbeiten können und ihr Anwendungsbereich liegt hauptsächlich im Bereich von mikroelektromechanischen Systemen (MEMS), ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Erfindung bezieht sich auf alle Biegebetätigungsprinzipien, wie etwa elektrostatisch, piezoelektrisch, elektrothermisch, elektroaktive Polymeraktoren (z. B. dielektrische Elastomeraktoren (DEAs, Dielectric Elastomer Actuators)), usw. und gebräuchlich verwendete Erfassungsmechanismen, wie etwa kapazitive Erfassung, piezoresistive Erfassung, piezoelektrische Erfassung, usw.
  • Bei zahlreichen Biegewandlersystemen, z. B. bei elektrostatische Biegewandlern [13], weisen die Antworten wie etwa Biegekrümmung, Biegemoment, zuführbare Kraft, Kapazitätsänderung, usw. eine nichtlineare Beziehung mit dem angelegten Wandlersignal und/oder einer Lastbedingung auf. Dies führt oft zu einer komplexen Ansteuerung, Auslesung und/oder Steuerung für derartige Systeme. Die Erfindung präsentiert Konzepte zum Modulieren der Antwort des Biegesystems mit dem Wandlersignal und/oder einer Lastbedingung, um die Größenordnung der Nichtlinearität aufzuheben oder zu reduzieren. Dies wird hauptsächlich mittels einer Änderung der mechanischen Steifheit (linear/nichtlinear) der elementaren Biegezellen und/oder der Geometrie der Elektroden, mit dem angelegten Wandlersignal und/oder der Lastbedingung erreicht. Bei den vorgestellten Konfigurationen gibt es auch inhärente Möglichkeiten eines Erfassungsmechanismus mit Linearität oder reduzierter Größenordnung einer Nichtlinearität. Somit kann die Antwortmodulation effektiv verwendet werden, um die erforderlichen Ansteuerungs-, Erfassungs- und/oder Steuersysteme zu vereinfachen. Außerdem kann die vorliegende Erfindung auch für Biegewandlersysteme verwendet werden, die die erzeugte Antwort über die Änderung einer Biegezellensteifheit und/oder einer Geometrie der Elektroden für eine bestimmte Anwendungsanforderung modulieren muss, z. B. eine Reduzierung der erzeugten bereitstellbaren Ist-Kraft in einem spezifischen Bereich eines angelegten Wandlersignals für elektrothermische Biegewandler, die für eine Erzeugung hoher Kräfte für kleine Spannungsänderungen bekannt sind, für eine bessere und gesteuerte Handhabbarkeit empfindlicher biologischer Proben.
  • Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, dass die erforderliche Antwortmodulation direkt aus der Konfiguration der elementaren Zellen des Biegewandlers stammt und somit einen hohen Freiheitsgrad bei der Gestaltung und Leistung des Biegewandlers bereitstellt. Außerdem kann die Fläche/das Volumen, die bzw. das erforderlich ist zum Implementieren des Systems, effizienter optimiert werden, während erforderliche Leistungsniveaus erzielt werden, insbesondere im Vergleich zu Konfigurationen, die extern dedizierte Lastmechanismen verwenden, um eine Systemantwort zu modulieren [1, 11].
  • Somit kann die Erfindung dazu verwendet werden, alle Schemata / Mechanismen von Biegewandlern optimieren, was eine Modulation einer Systemantwort und/oder eine Linearisierung in Bezug auf ein angelegtes Wandlersignal (Betätigungs- und/oder Auslesesignal) und/oder eine Lastbedingung erfordert. Ferner sind die dargelegten grundlegenden Konzepte, um eine Antwortmodulation auf elementarer Ebene zu erhalten, in der Erfindung nicht nur auf Biegekonfiguration beschränkt, sondern können auch auf andere Wandlersysteme erweitert werden, insbesondere dort, wo die Systemantwort auf der Basis einer Änderung der mechanischen Steifheit (linear/nichtlinear) und/oder Verformung von Elektroden zu modulieren ist, was aus der Gestaltung der grundlegenden Elementzellen stammt.
  • Da die Erfindung auf die grundlegende elementare Ebene des Wandlers anwendbar ist, kann sie in zahlreichen Anwendungen und Vorrichtungen eingesetzt werden, wie etwa in MEMS-Mikropositioniersystemen, in MEMS-Pumpen, in optischen MEMS-Schaltern, in MEMS-Kapazitätsdioden, MEMS-Energiesammlern, usw.
  • Die Erfindung bezieht sich im Einzelnen auf elektrostatische Biegeaktoren wie etwa nanoskopische elektrostatische Antriebe (NED, Nanoscopic Electrostatic Drive), die im Patent WO 2012/095185 A1 beschrieben sind [14].
  • Die in dieser Erfindung dargelegten unterschiedlichen Gestaltungskonfigurationen stellen die Möglichkeiten einer Lösung der obigen Probleme bereit. Für die elektrostatischen Konfigurationen mit dem kontaktbasierten Betrieb in dieser Erfindung kann die Kontaktbildung mit/ohne Nutzung eines Anzieheffekts (bzw. Pull-in-Effekts) erzielt werden. Für Konfigurationen ohne die Nutzung eines Anzieheffekts können die Anzieh-basierten Gestaltungsherausforderungen und zugehörigen Nichtlinearitäten in der Gestaltung vermieden werden, und ein langsamer und reibungsloser Übergang in den Bereich der Antwortmodulation/- linearisierung kann erhalten werden. Wenn jedoch ein abrupter Übergang in den Kontaktbereich zur Antwortmodulation/-linearisierung erforderlich ist und ein schneller Kontaktbruch benötigt wird, um Wahrscheinlichkeiten permanenter Haftreibung zu reduzieren, kann auch ein Anzieheffekt verwendet werden. In den Konfigurationen auf der Basis einer Biegefeder (mit/ohne Rückkopplung zu den Zellelektroden) kann eine nichtlineare Versteifung in einer Biegezelle auch ohne Kontaktbildung erzielt werden, womit es somit keine Probleme hinsichtlich Reibungshaftung, kontaktbasierter Bewegungshysterese, usw. gibt. Außerdem weist eine Frequenzantwort in derartigen Konfigurationen keine plötzlichen Störungen aufgrund einer Kontaktbildung auf.
  • Die Erfindung kann dazu verwendet werden, eine Nichtlinearität zu reduzieren und/oder einen Effekt einer Bewegungshysterese (insbesondere bei Konfigurationen mit mechanischer Rückkopplung zu Zellelektroden) in DEAs und auch Piezoaktoren zu modulieren. Sie kann außerdem dazu verwendet werden, die bereitgestellte Kraft zu reduzieren und/oder eine Bewegungsauflösung für Biegesysteme auf der Basis elektrothermischer Aktoren zu erhöhen (wenn dies für bestimmte Anwendungen erforderlich ist).
  • WO 2020 078541 A1 : In diesem Dokument wurden spezifische Biegezellkonfigurationen Steuerung auf der Basis einer Steuerung mit spezialisierten Antriebssignalen implementiert, um eine Linearität in elektrostatischen Biegeaktorzellen zu erzielen (die für gewöhnlich eine stark nichtlineare Antwort aufweisen [13, 14]). Die Linearisierung wird unter Verwendung einer bestimmten Zellgeometrie und eines Betriebes derselben in einem bestimmten Bereich einer Aktorantwort erzielt. Eine spezielle Konfiguration von Antriebssignalen mit einer sehr spezifischen Konfiguration mit drei oder mehr Elektroden ist erforderlich (für die vorliegende Erfindung nicht notwendigerweise erforderlich). Der nutzbare Bereich für Linearisierung und Antwort ist im Vergleich zur vorliegenden Erfindung stärker eingeschränkt. Außerdem werden erzielte Kräfte im Vergleich zu kontaktbasierten Konfigurationen, die in dieser Erfindung vorgestellt sind, geringer sein und somit können in der vorliegenden Erfindung höhere Biegekrümmungen und Auslenkungen erzielt werden.
  • Patent US 7,679,261 B2 : In diesem Dokument wird eine Schwenkkonfiguration zusammen mit einer Reißverschlussbetätigung verwendet, um mehrere Bewegungsgrade zu erzeugen. Das System erfordert eine spezielle Konfiguration und stellt keine Reduzierung einer Nichtlinearität einer Systemantwort sicher. Die vorliegende Erfindung verwendet einen sehr unterschiedlichen Ansatz, um einer Nichtlinearität entgegenzuwirken, und erfordert die darin besprochene spezifische Konfiguration nicht.
  • US 2021/061648 A1 : In diesem Dokument wird eine elektrodynamische Levitation verwendet, um einem Anzieheffekt und einer Nichtlinearität elektrostatischer Wandler entgegenzuwirken. Jedoch benötigt das System eine sehr spezialisierte Gestaltungskonfiguration (somit besteht ein beschränkter Gestaltungsfreiraum) und ein kompliziertes Steuerschema mit sehr hohen Ansteuerspannungen. Die vorliegende Erfindung benutzt einen sehr unterschiedlichen Ansatz, um einer Nichtlinearität entgegenzuwirken, und erfordert kein kompliziertes Ansteuerschema.
  • US 10,693,393 B2 und US 2019/036463 A1 : In diesen Dokumenten wird eine Tri-Elektroden-Konfiguration mit einem spezifischen Ansteuerschema verwendet, um einem Anzieheffekt entgegenzuwirken und eine reduzierte Nichtlinearität bei abgesenkten Antriebsspannungen aufzuweisen. Die vorliegende Erfindung verwendet einen sehr unterschiedlichen Ansatz, um einer Nichtlinearität entgegenzuwirken, und erfordert kein solches Ansteuerungsschema, während die abgesenkten Ansteuerspannungsbedingungen auch erfüllt werden können, wenn dies erforderlich ist. Die in dieser Erfindung dargelegten Konfigurationen weisen auch einen höheren Grad an Gestaltungsfreiraum auf.
  • Die Antworten des Biegeaktors, etwa die Biegekrümmung, Spitzenauslenkung, bereitstellbare Ist-Kraft, Biegemoment, erzeugte Kraft, strukturelle Steifheit (lokalisiert oder insgesamt), Frequenzantwort (mechanisch und/oder elektrisch, z. B. strukturelle Verhärtung und/oder Enthärtung mit mechanischen Bewegungen höherer Frequenz, Änderung der Grenzfrequenz des elektrischen Betätigungssignals aufgrund von Kapazitätsänderung, usw.), usw. können auf der Basis der geometrischen Gestaltung und der Elektrodenkonfigurationen in den einzelnen Elementen des Biegeaktors (als „Biegezellen“ bezeichnet) bei angelegtem Betätigungssignal moduliert werden. Die Antwortmodulation wird hauptsächlich durch eine lineare/nichtlineare Versteifung auf elementarer Zellebene unter Verwendung einer kausalen Biegung der Elektroden auf der Basis von Kontaktbildung und/oder einem internen Biegesystem erzielt.
  • Die in dieser Erfindung dargelegten Konfigurationen können allgemein in folgende Grundvarianten unterteilt werden:
    1. 1. Strukturelle Versteifung (linear/nichtlinear) mit Zellbiegung auf der Basis von Kontaktbildung und ihrer Evolution in der Zellgeometrie:
      1. a. Kontaktformation und -evolution zwischen Elektroden in dem elektrostatischen Zwischenraum auf der Basis eines Materials eines elektrischen Isolators / dielektrischen Materials (z. B. Al2O3, SiO2, usw.).
      2. b. Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Zwischenraums (elektrischer Isolator nicht notwendigerweise erforderlich).
    2. 2. Strukturelle Versteifung (linear/nichtlinear) mit Zellbiegung auf der Basis einer Federkonfiguration in der Zellgeometrie;
      1. a. Biegefederkonfigurationen in der Zellgeometrie ohne Rückkopplungsschleife zu der Verformung der Biegeelektroden.
      2. b. Biegefederkonfigurationen in der Zellgeometrie mit direkter/indirekter Rückkopplungsschleife zu der Verformung der Biegeelektroden.
  • Die Kombination der unterschiedlichen Grundvarianten zur Bildung verschiedener Zellkonfigurationen je nach Anforderungen an die Systemantwort ist immer möglich.
  • Die Kontaktbildung und ihre Evolutionen in der Zellgeometrie mit dem angelegten Signal kann in dem elektrostatischen Zwischenraum zwischen den Zellelektroden oder außerhalb desselben stattfinden. Die Position der anfänglichen Kontaktformbildung und der Evolution der Kontakte bei Betätigung hängt von der Geometrie und Topografie von Elektroden, Materialeigenschaften der Elektroden, der Isolierschicht in dem elektrostatischen Zwischenraum, anlegbarer Maximalspannung (Isolatordicke, die erforderlich ist, um der Spannung in dem elektrostatischen Zwischenraum zu widerstehen), usw. ab. Auf der Basis der unterschiedlichen gestaltbaren Faktoren kann somit die Antwort des Biegeaktors bei angelegter Spannung je nach Anforderung gestaltet und moduliert werden.
  • Das interne Biegesystem kann mit/ohne direkter Verbindung zu der Geometrie der verformenden Elektroden sein, um eine direkte/oder indirekte Wirkung auf die Elektrodenverformung aufzuweisen. Somit ist auch ein Rückkopplungsschleifensystem möglich, um die Verformungen der Elektroden auf der Basis von mechanischen Verformungen und Kräften anzupassen, die in der Zellgeometrie bei angelegtem Wandlungssignal erzeugt werden. Für Biegeaktorzellen mit elektrostatischen/elektroaktiven Polymeren (z. B. DEAs) kann das Biegesystem mit direkter/indirekter struktureller Rückkopplungsschleife zu den Elektroden verwendet werden zum Verformen, neben der geometrischen Form der Elektroden, der lokalen/allgemeinen Form des elektrostatischen Zwischenraumes beim Biegen, und somit außerdem die die in diesen Zwischenräumen erzeugten elektrostatischen Kräfte beeinflussen. Dies kann dazu verwendet werden, die Rückkopplungsschleife noch zu erweitern. Für piezoelektrische Biegeaktorzellen wird die strukturelle Rückkopplungsschleife zu piezoelektrischen Schichten ihre mechanische Ist-Verformung und eine Beanspruchung in den Schichten beeinflussen, was effektiv auch die Ist-Kräfte beeinflussen wird, die bei angelegter Spannung darin erzeugt werden.
  • Einer der Hauptvorteile der Erfindung besteht darin, dass die Antwortmodulation direkt aus der Zellgeometrie selbst erhalten werden kann, womit die Verwendung externer Federmechanismen [2, 3], externer Mechanismen für nichtlineare Last, Gelenktes-Ende-Bedingungen [1], usw. vermieden werden, und somit die Gesamtsystemfläche effektiv reduziert wird, da die Aktoren ohne weiteres in Reihe und parallel auf der Basis der Zellgeometrie gestapelt werden können.
  • Außerdem können im Fall von Konfigurationen elektrostatischer Biegeaktoren auf der Basis von Kontaktbildung größere Kräfte erzielt werden, als bei herkömmlichen, die lediglich auf der Basis von Luftzwischenräumen ohne Kontaktbildung zwischen Elektroden verwendet werden (z. B. herkömmliche NEDs [13, 14, 15]). Aufgrund der Verwendung einer Kontaktbildung auf der Basis eines dielektrischen Materials dazwischen können viel größere elektrostatische Kräfte (∝ εr,g2) erzeugt werden, da ein Zwischenraum (g) im Vergleich zu typischen Mindestwerten von 1/3-tel eines Luftzwischenraums drastisch reduziert werden (um eine Anziehung zwischen Elektroden herkömmlicher NEDs zu vermeiden), und eine höhere effektive relative Permittivität (εr) kann in dem elektrostatischen Zwischenraum bei Kontakt auf der Basis eines Materials mit hoher dielektrischer Konstante erzielt werden.
  • In den Konfigurationen der vorliegenden Erfindung kann das dielektrische Material konform auf die Elektroden oder als losgelöste Schichten zwischen die Elektroden (unter Verwendung spezieller Produktionsverfahren) aufgebracht werden, so dass die Vorauslenkung bei Freigabe in den Zellen aufgrund von Eigenspannung vernachlässigbar ist. Dieser auf dielektrischer Abscheidung basierende Ansatz kann dazu verwendet werden, den effektiven elektrostatischen Luftzwischenraum zwischen den Elektroden zu reduzieren, im Vergleich zur Produktionsauflösungsbegrenzung, d. h. wo direkt produzierte elektrostatische Luftzwischenräume nicht über eine bestimmte Abmessungsgrenze hinweg reduziert werden können, etwa planare NED-Zellen auf der Basis von DRIE-Ätzung, wo eine Mindestgrabenbreite durch ein bestimmtes Aspektverhältnis im Bezug zur Tiefe begrenzt ist. Dies ermöglicht es weiterhin, die erzeugten Maximalkräfte durch das Erzielen eines schmaleren effektiven elektrostatischen Luftzwischenraumes zwischen Elektroden als im Hinblick auf Produktionsbegrenzungen zu erhöhen, wodurch die Systemfläche und/oder der Spannungspegel, die bzw. der erforderlich ist, um erforderliche Kraft-und Verschiebungsniveaus zu erzielen, reduziert werden. Ein weiterer wesentlicher Vorteil besteht darin, dass außerdem die Betätigung bei Spannungen ermöglicht wird, die höher als die Anziehspannung (laterale und/oder vertikale Anziehung) der Elektroden der elektrostatischen Biegeaktoren im Gegensatz zu herkömmlichen NEDs sind. Dies ermöglicht es, jegliche Verluste im Hinblick auf die Zielfunktionalität aufgrund von Variationen, die durch Produktion, Lastbedingungen, usw. eingebracht werden, durch das einfache Anpassen der angelegten Spannung zu kompensieren.
  • Außerdem sind die Hauptvorteile der dargelegten Konfigurationen auf der Basis von Kontaktbildung (um eine Änderung einer Biegezellsteifheit zu erzielen) in Bezug auf herkömmliche Reißverschlussaktoren [1-8, 10-12] wie folgt:
    1. 1. Eine Kontaktbildung in einer einzelnen Zelle wird verwendet, um eine Biegeverformung einer gesamten Zellgeometrie zu erzielen, statt einer fortlaufenden Reißverschlussfunktion eines Aktors (was für gewöhnlich eine stationäre Elektrode und eine Reißverschluss-/Biege-Elektrode verwendet), zur Antwortmodulation bei angelegtem Signal. Somit können viele Zellen, mit mehreren Elektroden und Luftzwischenräumen, in Reihe und/oder parallel verwendet werden, um erforderliche Antwortparameter, wie etwa Auslenkung, Kraft, usw., bei einer geringeren effektiven Kontaktfläche im Vergleich zu herkömmlichen Reißverschlussaktoren zu erzielen. Dies reduziert die Wahrscheinlichkeit einer Reibungshaftung und Bewegungshysterese während der Lösung der Reißverschlussverbindung, da die Kontaktbildungsfläche erheblich reduziert sein kann, während ähnliche oder bessere Leistungsparameter erzielt werden.
    2. 2. Biegeverformung auf der Basis limitierter Kontaktpunkte (oder bei einigen Konfigurationen sogar nur ein einzelner Kontaktpunkt) kann außerdem anstatt der kontinuierlichen kontaktbasierten Reißverschlussfunktion wie bei herkömmlichen Reißverschlussaktoren verwendet werden. Außer dem ersten Kontaktpunkt sind die weiteren Direktkontaktpunkte nicht dafür erforderlich, dass das Prinzip funktioniert, in den äußeren Ecken einer Biegezelle ist es sogar möglich, keine Kontaktposition aufzuweisen, während eine Modulation / Linearisierung aufgrund einer Biegung der gesamten Zellgeometrie erzielt wird. Dies reduziert Wahrscheinlichkeiten einer Reibungshaftung und Bewegungshysterese während der Lösung der Reißverschlussverbindung weiter und verbessert somit die Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit der Leistung des Systems erheblich.
    3. 3. Im Vergleich zur herkömmlichen elektrostatischen Reißverschlussaktoren ist eine elektrostatische Anziehung nicht erforderlich für eine erste Kontaktbildung oder ihre Evolution, womit ein reibungsloser Übergang in einen Kontaktbereich erhalten werden kann, ohne abrupte Bewegungen der Systemantwort während eines Überganges in einen Bereich einer Modulation / Linearisierung bei angelegtem Signal, und wobei außerdem anziehungsbezogene Instabilitäten zur Kontaktbildung vermieden werden. Falls ein plötzlicher Übergang erforderlich ist, um beispielsweise die Änderung in einem Bereich einer Modulation / Linearisierung zu kennzeichnen oder den Kontakt während eines Prozesses zur Lösung der Reißverschlussverbindung stark zu unterbrechen, um Haftreibungswahrscheinlichkeiten weiter zu reduzieren, kann ein Anziehungseffekt in den vorliegenden Konfigurationen auch je nach Anforderung verwendet werden.
  • Für Konfigurationen auf der Basis von Kontaktbildung könnten die möglichen Probleme, die aufgrund von Haftreibung zwischen den Elektroden auftreten, durch die Erhöhung der Rauigkeit der Kontaktoberflächen (z. B. Seitenwandwellungen aus DRIE-Ätzung), Strukturierung von Kontaktoberflächen und/oder Verwendung von Antihaftreibungsbeschichtung dazwischen, z. B. mit ALD (Atomlagenabscheidung) abgeschiedene konforme FDTS-(Perfluordecyltrichlorsilan)-Einschichtbeschichtungen, reduziert werden.
  • Die dielektrische Aufladung elektrischer Isolierungen kann in den vorliegenden Konfigurationen aufgrund eines eingeschränkten Volumens an dielektrischem Material und einer entsprechenden Schnittstellenverwendung, reduzierten Bereichen zur effektiven Kontaktbildung (insbesondere für isolierungskontaktbasierte Konfigurationen), schwebende Elektroden (zum Laden und/oder Entladen von dielektrischen Bereichen zur Antwortregulierung), usw. auch reduziert und/oder reguliert werden. Dies hilft weiter dabei, eine Systemantwortreproduzierbarkeit zu erhöhen und eine Haftreibungswahrscheinlichkeit aufgrund einer dielektrischen Aufladung zwischen den Kontaktoberflächen zu reduzieren.
  • Die Linearisierung/Modulation der Biegezellenantwort kann auch unter Verwendung eines Erfassungssignals ausgelesen werden, und aufgrund einer Reduzierung einer erfassten Nichtlinearität der Antwort kann das erforderliche Erfassungssystem auch vereinfacht werden. Die Erfassung kann auf der Basis von inhärenten Antwortänderungen wie etwa einer Kapazitätsänderung zwischen den Biegeelektroden (z. B. Kapazitätsänderung in dem elektrostatischen Zwischenraum kann auch linearisiert werden oder auf eine Linearität niedrigerer Größenordnung moduliert werden, zusammen mit der Krümmung der Zelle bei Zellbiegung), eine strukturelle Verformung und/oder Beanspruchung in Elektroden (was z. B. eine Widerstandsänderung auf der Basis eines Piezowiderstands verursacht (Material wie etwa kristallines Silizium), oder eine Spannung aufgrund des piezoelektrischen Effekts erzeugt), usw. stattfinden.
  • 1a zeigt eine schematische Seitenansicht eines mechanischen Systems 101, z. B. ein Biegewandlersystem, gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das mechanische System weist eine Biegewandlerstruktur auf, die konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung, z. B. entlang einer Biegerichtung 14. Die Biegerichtung 14 ist gemäß einem nicht einschränkenden kartesischen Koordinatensystem entlang einer z-Richtung, die im Sinne eines MEMS planar oder außerplanar sein kann. Ohne die hierin beschriebenen Beispiele einzuschränken, kann eine x/y-Richtung bei Bezugnahme auf ein MEMS als planare Richtung bezeichnet werden, während eine Richtung entlang der z-Koordinate als außerplanare Biegung oder Bewegung bezeichnet werden kann.
  • Die Biegewandlerstruktur kann als Aktor konfiguriert sein, um sich ansprechend auf ein elektrischen Signal 16 zu biegen. Das kann beispielsweise elektrostatische und/oder elektrodynamische Aktoren sowie kapazitive Aktoren oder piezoelektrische Aktoren umfassen. Jedoch kann die mit dem elektrischen Signal 16 bereitgestellte Energie auch beispielsweise in andere Arten von Energie umgewandelt werden, z. B. thermische Energie, Magnetkräfte oder dergleichen.
  • Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Biegewandlerstruktur wirksam sein zum Bereitstellen des elektrischen Signals 16 ansprechend auf eine angewendete Kraft F, wobei die Kraft F die Biegung verursacht. Das heißt, die Biegewandlerstruktur kann auch als Sensor arbeiten. Beide Funktionsweisen können auf Entweder/Oder-Weise ausgeführt werden, d. h. die Biegewandlerstruktur kann ein Sensor oder ein Aktor sein. Jedoch kann auch eine kombinierte Funktionsweise möglich sein, wenn die Biegewandlerstruktur beispielsweise sequenziell während eines ersten Zeitraums als Sensor betrieben wird und während eines unzusammenhängenden zweiten Zeitraums als Aktor verwendet wird. Eine weitere Art der Verwendung beider Mechanismen, eine Funktionsweise als Sensor und eine Funktionsweise als Aktor, kann beispielsweise vorliegen, wenn die Biegewandlerstruktur durch Bereitstellen des elektrischen Signals 16, beispielsweise durch die Verwendung einer Steuereinheit und/oder eines Verstärkers oder dergleichen, und durch Auswerten des elektrischen Signals 16 (oder eines anderen Signals) im Hinblick auf eine Überlagerung oder Modulation, die durch die Kraft F verursacht wird, betrieben oder gesteuert wird, die Funktionsweise als Sensor und die Funktionsweise als Aktor können also gleichzeitig ausgeführt werden.
  • Die Biegewandlerstruktur 12 kann eine strukturelle Steifheit aufweisen, die auf einem Material und einer Geometrie der Biegewandlerstruktur basieren kann. Die strukturelle Steifheit S1 der Biegewandlerstruktur kann für einen nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgen, das heißt auf der Basis einer sich ändernden Auslenkung der Biegewandlerstruktur kann eine zusätzliche Kraft F für einen erhöhten oder verringerten Auslenkungsbetrag sorgen und/oder das Auslenkungsverhalten kann im Hinblick auf eine lineare Amplitude des elektrischen Signals 16 nicht linear sein.
  • Das mechanische System 101 weist eine Anpassungsstruktur 18 auf, die durch die Verwendung einer mechanischen Kopplung mechanisch an die Biegewandlerstruktur 12 gekoppelt ist. Das heißt, die Anpassungsstruktur 18 ist mechanisch mit der Biegewandlerstruktur 12 verbunden. Die Anpassungsstruktur 18 ist dazu konfiguriert, zusammen mit der Biegung der Biegewandlerstruktur eine Anpassungsverformung bereitzustellen. Das heißt, die Kraft F und/oder das elektrische Signal 16 verursacht eine Biegung des Biegewandlers 12 und dadurch die Verformung der Anpassungsstruktur 18. Eine mechanische Steifheit S2 der Anpassungsstruktur 12 sorgt für einen weiteren nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung der Wandlerstruktur auf der Basis der mechanischen Kopplung. Beispielsweise kann die Anpassungsstruktur 18 einen Teil der Kraft F oder der durch elektrische Signale 16 erzeugten Kraft absorbieren oder aufbrauchen. Durch das nichtlineare Verhalten der mechanischen Steifheit S2 kann das Verhalten, das durch die mechanische Steifheit S1 der Biegewandlerstruktur 12 verursacht wird, beeinflusst werden, um eine Gesamtlinearität im Vergleich zu dem nichtlinearen Beitrag der Steifheit S1 zu erhöhen. Jedoch kann es wünschenswert sein, die Nichtlinearität zu erhöhen, was ohne spezifische Einschränkung möglich ist, indem eine jeweilige mechanische Steifheit S2 bzw. ein Verhalten davon ausgewählt wird. Dies kann erreicht werden, indem ein geeignetes Material und/oder eine geeignete Geometrie ausgewählt wird. Sowohl die Biegewandlerstruktur 12 als auch die Anpassungsstruktur 18 können zur Verformung konfiguriert sein. Das heißt, ein bestimmter Betrag an Elastizität kann in beiden enthalten sein, sowohl in der Biegewandlerstruktur 12 als auch in der Anpassungsstruktur 18. Im Hinblick auf eine MEMS-Struktur können halbleiterbasierte Materialien und/oder dielektrische Materialien oder Metall-enthaltene Materialen geeignet sein. Im Hinblick auf mikromechanische Systeme können neben einem Metallmaterial oder anderen dielektrischen oder leitfähigen Materialien andere Arten von Material verwendet werden, etwa Holz, Plastik oder dergleichen.
  • Bei dem in 1 dargelegten Beispiel ist die Anpassungsstruktur 18 dazu angepasst, einen mechanischen Kontakt an einer Kontaktfläche 22a und an einer Kontaktfläche 22b der Biegewandlerstruktur zu bilden, d. h. die Kontaktbegrenzungen werden eingesetzt, um für einen mechanischen Kontakt zu sorgen. Eine Kraft, die durch den Kontakt zwischen den Kontaktflächen 22a und 22b erzeugt wird, kann sich während der Kontaktbildung und im Hinblick auf eine Erhöhung oder Verringerung einer Amplitude entlang der Biegerichtung veränderlich oder nicht konstant sein. Beispielsweise kann eine Größe einer Kontaktfläche, in der sich die Kontaktflächen 22a und 22b kontaktieren, zunehmen oder abnehmen.
  • 1b zeigt eine schematische Seitenansicht eines mechanischen Systems 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei dem die Anpassungsstruktur 18 dazu angepasst ist, für den zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu sorgen, ohne dass über die mechanische Kopplung oder andere unveränderliche oder gleichbleibende Verbindungen hinaus ein zusätzlicher Kontakt zu der Biegewandlerstruktur 12 gebildet wird. Während der Kontakt in den Kontaktflächen 22a und 22b des mechanischen Systems 101 solch ein variierbarer oder veränderlicher Kontakt ist, ist das mechanische System 102 ohne solche Kontaktflächen implementiert.
  • 1c zeigt eine schematische Seitenansicht eines mechanischen Systems 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu den mechanischen Systemen 101 und 102, die die Anpassungsstruktur 18 außerhalb eines Volumens 24 aufweisen, das von den äußeren Seiten der Biegewandlerstruktur 12 umschlossen ist, weist das mechanische System 103 eine Konfiguration auf, in der die Anpassungsstruktur 18 in dem Volumen 24 angeordnet ist. Dies kann so verstanden werden, dass die Anpassungsstruktur außerhalb eines aktiven Bereichs des Biegewandlers angeordnet ist. Bei dem in 1c bereitgestellten Beispiel kann die Anpassungsstruktur 12 zwischen Biegeelementen 261 und 262 eingeklemmt sein, die möglicherweise an Enden derselben aneinander befestigt sind, wobei optionale Verbindungen dazwischen nicht ausgeschlossen sind. Beispielsweise können das Biegeelement 261 und 262 aktive Elemente wie etwa Elektroden, thermoaktive Elemente, piezoelektrische Elemente oder dergleichen sein. Dies kann es ermöglichen, Paare von Kontaktflächen 22a und 22b, 22c und 22d zu erhalten, von denen, zum Beispiel in einem Szenario wie dem veranschaulichten, kein Kontakt gebildet wird, oder, auf der Basis einer Auslenkung der Biegewandlerstruktur entlang einer positiven oder negativen Biegerichtung 14, lediglich eine des Paares von Kontaktflächen 22a und 22b einerseits oder 22c und 22d andererseits für einen mechanischen Kontakt sorgt. Anstelle einer Ausführung des mechanischen Kontakts in einem der Paare von Kontaktflächen 22a/22b oder 22c/22d kann es möglich sein, einen Kontakt in beiden Paaren gleichzeitig zu bilden, z. B. auf der Basis einer ausreichenden Biegeamplitude.
  • 1d zeigt eine schematische Seitenansicht eines mechanischen Systems 104 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das mit dem mechanischen System 103 vergleichbar ist, während die Anpassungsstruktur 18 angepasst ist, zumindest während eines Normalbetriebs, für keine zusätzlichen Kontaktflächen außer der mechanischen Kopplung zu sorgen, die beispielsweise durch eine Klemmung 281 und/oder 282 an Enden von Abschnitten oder den gesamten Biegeelementen 261 und 262 implementiert werden kann.
  • Die Ausführungsbeispiele gemäß 1a-d können unterschiedlichen Gruppen von Strukturen zugeordnet sein. Während die mechanischen Systeme 101 und 103 für temporäre zusätzliche Kontakte in den Kontaktflächen 22a, 22b oder optional 22c und 22d sorgen, sind die mechanischen Systeme 102 und 104 ohne solche Kontaktbildungen gebildet. Dies schließt zeitlich gleichbleibende mechanische Kopplungen nicht aus.
  • Eine weitere Gruppierung kann so aussehen, dass die Anpassungsstruktur 18 außerhalb des Volumens 24 oder innerhalb des Volumens 24 angeordnet ist.
  • 2a zeigt eine schematische Draufsicht auf ein mechanisches System 201 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die kartesischen Koordinaten x, y und z sind als nicht einschränkendes Beispiel dargestellt. Gemäß der veranschaulichten Konfiguration ist die Biegerichtung 14 planar. Wie aus der Struktur des mechanischen Systems 102 ersichtlich ist, kann die Struktur im Raum gedreht werden, was auch die Biegerichtung 14 dreht.
  • Biegeelemente 261 und 262 können einen im Wesentlichen parallelen Verlauf aufweisen. In einem unbetätigten Zustand oder einem Referenzzustand einer Sensorimplementierung können die Biegeelemente 261 und 262, die möglicherweise als Biegebalken gebildet sind, beispielsweise jeweils gekrümmte Formen aufweisen, die parallel zueinander sind. Als unbetätigten Zustand kann ein Referenzzustand ohne Anwendung eines elektrischen Signals 16 in einer Aktorkonfiguration oder eine Kraft F in einer Sensorkonfiguration verstanden werden. Der unbetätigte Zustand kann dennoch eine Vorauslenkung der Biegewandlerstruktur 12 zulassen.
  • Eine neutrale Achse 271 des Biegeelements 261 verläuft im Wesentlichen parallel zu einer neutralen Achse 272 des Biegeelements 262. Auf der Basis einer jeweiligen Konfiguration verlaufen auch die Oberflächen 261A und 262B im Wesentlichen parallel zueinander, genauso wie die äußeren Oberflächen 261 B und 262A, als nicht einschränkendes Beispiel.
  • Wie in 2a gezeigt ist, kann die Biegewandlerstruktur 12 zumindest zwei Biegeelemente 261 und 262 aufweisen, die mechanisch parallel zueinander gekoppelt sind, und einen Zwischenraum 38 mit einem benachbarten Biegeelement der Biegewandlerstruktur bilden. In dem Zwischenraum 38 kann beispielsweise die Anpassungsstruktur 18 angeordnet sein, zumindest zum Teil, um die Zwischenräume in Zwischenräume 381 und 382 zu trennen.
  • Klemmungen 281 und 282 befestigen die Biegeelemente 261 und 262 aneinander und sorgen für einen Abstand dazwischen, z. B. als Abstandshalterelement. Die Klemmungen 281 und 282 können durch ein einzelnes einstückiges Element gebildet sein, können jedoch auch durch mehrere Elemente gebildet sein, wie in 2a gezeigt ist. Beispielsweise kann die Klemmung 281 Abstandselemente 28a1 und 28b1 aufweisen, die Teil der Biegeelemente 261 bzw. 262 sind. Beispielsweise kann das Abstandselement 28a1 einstückig mit dem Biegeelement 261 gebildet sein, und das Abstandselement 28b1 kann einstückig mit dem Biegeelement 262 gebildet sein. Dies kann eine einfache Herstellung ermöglichen, insbesondere im Fall, dass die Biegeelemente 261 und 262 leitfähig sind, so dass ein leitfähiges Abstandselement 28a1 und 28b1 es ermöglichen kann, für einen elektrischen Kontakt sorgen kann, um beispielsweises mit einem Betriebspotenzial, das durch GND und +V gezeigt ist, kontaktiert zu werden, was es ermöglichen kann, eine Betriebsspannung, z. B. auf der Basis eines elektrischen Signals 16, zwischen den Biegeelementen 261 und 262 anzulegen, die zu einer Anziehungskraft zwischen den Biegeelementen 261 und 262 und dadurch zu Bewegungskomponenten 341 und 342 der Biegeelemente 261 und 262 zueinander führen kann.
  • Die Anpassungsstruktur 18 kann ein dielektrisches Material aufweisen und kann konfiguriert sein zum Kontaktieren zumindest zweier Elemente der Biegewandlerstruktur 12 und zum Isolieren derselben auf der Basis der Biegung, z. B. die Biegeelemente 261 und 262. Vorzugsweise ist ein Isolator 361 zwischen den leitfähigen Abstandselementen 28a1 und 28b1 angeordnet. Entsprechend ist es bevorzugt, einen Isolator 362 zwischen den Abstandselementen 28a2 und 28b2 anzuordnen, um Kurzschlüsse zwischen den jeweiligen Abstandselementen zu vermeiden. Gemäß einem anderen Beispiel können jedoch zumindest die Abstandselemente 28a2 und 28b2 durch die Verwendung eines dielektrischen Materials implementiert sein, was es ermöglicht, den Isolator 362 zu vermeiden. Wenn das mechanische System 201 als Schichtstruktur erzeugt wird, ist es dennoch möglich, den Isolator 361/362 ohne komplizierte zusätzliche Schritte als eine Schicht des Systems bereitzustellen.
  • Einer der Vorteile, der durch die Anpassungsstruktur 18 als separate Schicht in dem elektrostatischen Luftzwischenraum bereitgestellt wird, z. B. statt direkt auf den Elektroden 261 und/oder 262 produziert zu werden, besteht darin, dass die Flächen mit Schnittstellen von Leiter/Metall zu Dielektrikum/Isolatormaterial erheblich reduziert sind. Solche Schnittstellen, insbesondere in typischen Materialsystem und Produktionsprozessen im Bereich MEMS und nanoelektromechanischer Systeme, NEMS, sind aus der Literatur als gute Ladungsfängerstellen bekannt, die den dielektrischen Aufladungseffekt und somit die Haftreibungswahrscheinlichkeiten zwischen Kontaktoberflächen erhöhen können, insbesondere bei häufiger kontaktbasierter Betätigung. Die Reduzierung dieser Schnittstellen kann dabei helfen, die Hysterese der Systemantwort zu reduzieren, sowie um eine bessere funktionelle Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit der Systemantwort aufzuweisen.
  • Da die dielektrische Schicht in dem Zellzwischenraum alleinstehend ist, kann die Eigenbeanspruchung insgesamt in den Dünnfilmstrukturen der Zelle aufgrund der Produktion, insbesondere für den MEMS- und NEMS-Bereich, erheblich niedriger sein als im Vergleich zu Fällen, in denen dielektrische Schichten auf den Elektroden sind, insbesondere für eine ungleichförmige (z. B. 3b) Konfiguration, aufgrund einer reduzierten Fläche der Schnittstellen zwischen zwei oder mehr unterschiedlichen Arten von Materialsystemen (Leiter/Metall zu Dielektrikum/Isolatormaterial). Dies kann die Gestaltung erleichtern, da komplexere Technik zur Kompensation von Eigenbeanspruchung nicht erforderlich ist und Zellen eine vernachlässigbare Vorauslenkung nach Freigabe von Strukturen während der Produktion aufweisen.
  • Andererseits kann die Produktion solcher alleinstehenden dielektrischen Schichten als Struktur 18, insbesondere im MEMS- und NEMS-Bereich an den Mindestauflösungsgrenzen des Produktionsprozesses (d. h. bei kleinsten elektrostatischen Luftzwischenräumen, die für die tiefstmöglichen Betätigungsspannungen produziert werden können), einhergehen mit einer vergleichsweise erhöhten Komplexität, und es ist schwierig, ihre Abmessungen in der Praxis angemessen während der Produktion bei solchen Auflösungsgrenzen zu steuern.
  • Außerdem kann es schwierig sein, für eine gegebene Gestaltung eine strukturelle Integrität und eine ausreichende Robustheit alleinstehender Dielektrikum/Isolator-Schichten 18 bei geringerer Dicke aufrechtzuerhalten, insbesondere an den Auflösungsgrenzen der Produktionsprozesse im MEMS- und NEMS-Bereich. Somit kann eine Mindestdicke der Struktur 18 angewendet werden, um die Form einer dünnen alleinstehenden dielektrischen Schicht, insbesondere um kontaktbasierten hohen elektrostatischen Druckkräften mehrere Male während des Betriebs zu widerstehen, ohne mechanischen und/oder elektrischen Ausfall aufrechtzuerhalten. Dies kann die Mindestdicke der Struktur 18 begrenzen, die verwendet werden kann, auch wenn eine Grenze einer elektrischen Durchschlagspannung nicht für die dielektrische Schicht bei der erforderlichen Betriebsspannung erreicht wurde. Dies kann wiederum die Abwärtsskalierung des Systems auf verwendbare Mindestluftzwischenräume beschränken, und somit eine höhere Spannung zur Betätigung im Vergleich zu Fällen erfordern, in denen dielektrische Schichten direkt auf den Elektroden sind (z. B. 3a-c, usw.), wobei in diesem Fall die Mindestdicke der dielektrischen Schicht auf der Elektrode lediglich durch die Grenze des elektrischen Durchschlages bei der erforderlichen Betriebsspannung begrenzt ist (da die erforderliche strukturelle Integrität und Robustheit von den Elektroden kommt, auf denen eine dielektrische Schicht produziert ist).
  • Die Anpassungsstruktur 18 kann zwischen den Biegeelementen 261 und 262 eingeklemmt sein, wie für die mechanischen Systeme 103 und 104 veranschaulicht ist. Die Anpassungsstruktur 18 kann einstückig mit den Isolatoren 361 und/oder 363 gebildet sein. Eine Isoliereigenschaft der Anpassungsstruktur 18 kann vorteilhaft sein, ist jedoch in einem Fall optional, in dem die Biegeelemente 261 und/oder 262 elektrisch isoliert sind, wenn dieselben beispielsweise eine darauf angeordnete Isolierschicht aufweisen und/oder wenn dieselben nicht-elektrisch betrieben werden, z. B. thermisch.
  • Auf der Basis einer Betätigung unter Verwendung des elektrischen Signals 16 und/oder ansprechend auf die Kraft F können die Zwischenräume 381 und 382 ihre Ausdehnung ändern. Beispielsweise können die Zwischenräume 381 und 382 zumindest in einem Bereich der Kontaktflächen 22a/22b zwischen dem Biegeelement 261 und der Anpassungsstruktur 18 und/oder zwischen der Anpassungsstruktur 18 und dem Biegeelement 262 in den Kontaktflächen 22c und 22d kleiner werden.
  • Ausgehend von einem Scheitel des Verlaufs, beispielsweise eine Position, an der die Ebene A-A' angeordnet ist, können sich die Kontaktflächen 22a-d entlang von Kontaktevolutionsrichtungen 441 und 442 vergrößern. Eine Vergrößerung der Kontaktfläche kann eine Vergrößerung des mechanischen Widerstands ermöglichen, der von der Anpassungsstruktur 18 durch den Mechanische-Steifheit-Beitrag derselben bereitgestellt wird, um Nichtlinearitäten in der möglichen elektrostatischen Betätigung der Biegeelemente 261 und 262 entgegenzuwirken.
  • Das mechanische System 201 kann als einzelner Aktor/Sensor verwendet werden, kann jedoch auch in Verbindung mit anderen mechanischen Systemen verwendet werden, beispielsweise als eine Menge davon. Mit anderen Worten zeigt 2a eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer Isolatorschicht 18 zwischen den Elektroden, anstelle des elektrostatischen Luftzwischenraums 381/382, in einer Draufsicht einer planaren Biegung bzw. einer Seitenansicht zur außerplanaren Biegung.
  • Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration kann sich auf einen elektrostatischen Biegeaktor (NED) zur Antwortmodulation auf der Basis von Kontaktbildung zwischen den Elektroden (261, 262) in dem elektrostatischen Zwischenraum über eine losgelöste Dielektrikum/Isolator-Schicht (18) beziehen, die mit einer Zellgeometrie an den Abstandhalterbereichen (28) durch elektrische Isolierungen (361, 362) der Elektroden verbunden ist. Wenn eine Potenzialdifferenz an die Elektroden angelegt wird, biegt sich die Zelle in der Richtung 14 (auf der Basis des NED-Prinzips) entlang der neutralen Faser der Zellgeometrie. Die größte Bewegung in den Elektroden 261, 262 wird in der Mitte der Zelle (AA-Ebene) entlang der Richtungen 341 bzw. 342 stattfinden. Über eine bestimmte Spannung (nicht notwendigerweise eine Anziehungsspannung der Zellgeometrie) hinaus, auf der Basis von Zellgestaltungsparametern wie etwa der Elektrodendicke, -länge, Zelltopografiewinkel, usw., werden die Elektroden in Kontakt mit der dielektrischen Schicht (18) treten, was eine erste Kontaktbildung zur Folge hat und was somit den Übergang in einen Bereich einer modulierten Antwort startet.
  • Nach der ersten Kontaktbildung wird die Kontaktevolution entlang der Zelllänge in den Richtungen 5a bzw. 5b stattfinden und somit eine erhöhte Steifheit der Zellgeometrie, insbesondere in der Zellbiegerichtung, zur Folge haben, was der Nichtlinearität der Zellantwort bei angelegtem Betätigungsspannungssignal entgegenwirkt. Die Zellsymmetrie (entlang der AA-Ebene) hilft bei einer einfacheren Gestaltung und Steuerung des Aktors, ist jedoch nicht zwingend erforderlich, damit das Prinzip funktioniert. Die Geometrie kann über die Verwendung unterschiedlicher Produktionsprozesse, wie etwa Mengenmikrobearbeitung, Oberflächenmikrobearbeitung, 3D-Drucken, usw., oder über ihre Kombinationen sowohl planar als auch außerplanar realisiert werden.
  • 2b zeigt die schematische Draufsicht eines mechanischen Systems 2001, das eine Mehrzahl von Zellen 201 gemäß 2a aufweist. Die Zellen 201 sind in Reihe eine entlang der anderen angeordnet und an der jeweiligen Klemmung 282 einer vorherigen Zelle verbunden. Dadurch kann im Vergleich zu einer einzelnen Zelle eine Amplitude einer Auslenkung entlang der Biegerichtung 14 an einem nicht-geklemmten Ende 46 erhöht werden. 2c zeigt eine schematische Draufsicht eines mechanischen Systems 2002 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei eine zweite Hälfte 842 von Zellen 201 beispielsweise um 180 Grad gedreht ist. Während beispielsweise alle der Zellen des mechanischen Systems 201 eine Wölbung entlang der +y-Richtung aufweisen können, ist die Hälfte 481 der Zellen des mechanischen Systems 2002 dementsprechend angeordnet und die zweite Hälfte 482 weist Wölbungen entlang der -y-Richtung auf. Im Vergleich zu dem mechanischen System 2001 kann somit eine sogenannte s-Konfiguration erhalten werden, die es ermöglicht, zumindest teilweise eine Drehung des Endes 46 und zumindest teilweise eine geradlinige Bewegung des Endes 46 zu vermeiden. Die Gruppen oder Hälften 481 und 482 können auch umgekehrt angeordnet sein und/oder Zellen mit einer Wölbung entlang der +y-Richtung und entlang der -y-Richtung können abwechselnd angeordnet sein. Ferner kann eine beliebige Sequenz oder Art der Gruppierung ausgeführt werden.
  • 2d zeigt eine schematische Draufsicht eines mechanischen Systems 2003, das eine zweifach-geklemmte Konfiguration aufweist, d. h. beide Enden der Kette von Zellen sind geklemmt. Dies kann es ermöglichen, eine Auslenkung des mechanischen Systems 2003 entlang der Biegerichtung 14 stärker an einer Mitte oder einem Zentrum des mechanischen Systems 2003 zu erhalten.
  • 2e zeigt eine schematische Draufsicht auf ein weiteres mechanisches System 2004 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Ausgehend von einer Mitte 48 des mechanischen Systems 2004 bzw. dem auslenkbaren Teil desselben ist vorzugsweise eine symmetrische Anzahl von beispielsweise zwei Zellen 201 in einer derartigen Ausrichtung angeordnet, dass die Wölbung entlang der y-Richtung auftritt, und dann folgt darauf eine vorzugsweise symmetrische Anzahl von Zellen 201, die eine alternative Wölbung entlang der +y-Richtung aufweisen. Die Anzahl von Zellen, die die Richtung der Wölbung entlang der +y-Richtung und entlang der-y-Richtung aufweisen, kann gleich sein. Ausführungsbeispiele sorgen auch für Strukturen, bei denen, ausgehend von der Mitte 48, die Zellen asymmetrisch im Hinblick auf eine Anzahl von Zellen und/oder im Hinblick auf die Struktur von Zellen und/oder im Hinblick auf die Ausrichtung davon angeordnet sind.
  • Obwohl die mechanischen Systeme 2001 bis 2004 dahingehend veranschaulicht sind, dass sie acht Zellen aufweisen, kann die Anzahl davon unterschiedlich sein, beispielsweise zumindest 2, zumindest 3, zumindest 4, zumindest 8, oder sogar höher. Mechanische Systeme gemäß Ausführungsbeispielen können unterschiedliche Implementierungen von einzelnen Zellen derselben aufweisen, wobei diese Zellen ähnlich oder unterschiedlich implementiert sind. Das heißt, jedes hierin beschriebene mechanische System kann einzeln oder in Kombination mit zumindest einer Zelle oder einer höheren Anzahl von Zellen verwendet werden, wobei die Zellen von derselben Art oder vom selben Ausführungsbeispiel oder von einer unterschiedlichen Art oder einem unterschiedlichen Ausführungsbeispiel sind. Gleiche oder unterschiedliche Konfigurationen können auf beliebige Weise oder mit jedem Konzept kombiniert werden.
  • Mit anderen Worten zeigen 2b bis 2e beispielhafte Biegebalkenkonfigurationen. 2b zeigt eine klemmfreie Konfiguration, 2c zeigt eine klemmfreie S-Konfiguration, 2d zeigt eine zweifach-geklemmte Konfiguration, und 2e zeigt eine zweifach-geklemmte S-Konfiguration, jeweils in Draufsicht für eine planare Biegung oder in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. 2b-2e zeigen grundlegende Biegeaktorbalkenkonfigurationen für die beispielhafte Zelle, die in 2a dargestellt wird: (i) klemmfreie Konfiguration: alle Zellen biegen sich in derselben Richtung, was eine Biegebewegung in einer Richtung 14 des freien Endes des Balkens zur Folge hat; (ii) klemmfreie S-Konfiguration: Zellen einer Gruppe 481 und Zellen einer Gruppe 482 biegen sich in entgegengesetzten Richtungen, um bei Betätigung eine S-Konfiguration zu bilden, um eine Drehung des freien Endes des Balkens zu vermeiden und eine geradlinige Bewegung in der Richtung 14 zu ermöglichen; (iii) zweifach-geklemmte Konfiguration: alle Zellen biegen sich in derselben Richtung, was eine Bewegung in der Richtung 14 des Balkenzentrums zur Folge hat; (iv) zweifach-geklemmte S-Konfiguration: Zellen, die sich entlang +y biegen, und Zellen, die sich entlang -y biegen, biegen sich in entgegengesetzte Richtung, um bei Betätigung eine S-Konfiguration auf jeder Seite der Mitte des Balkens zu bilden, um eine geradlinige Bewegung in der Richtung 14 zu erzielen.
  • 2f zeigt eine schematische Draufsicht eines mechanischen Systems 202, das im Vergleich zu dem mechanischen System 201 eine mehrschichtige Anpassungsstruktur aufweist, bei der eine Mehrzahl von Schichten 181 und 182, optional zusätzliche Schichten, einen jeweiligen Zwischenraum 383 zwischen benachbarten Schichten 181 und 182 aufweist, wobei der Zwischenraum 383 in einem ausgelenkten Zustand der Biegewandlerstruktur 12 teilweise geschlossen ist. Die Anpassungsstruktur 18 kann eine Schichtstruktur aufweisen, die planar zwischen dem ersten Biegeelement 261 und dem zweiten Biegeelement 262 angeordnet ist. Die unterschiedlichen Schichten 181 und 182 können einen fortlaufenden Zwischenraum dazwischen aufweisen oder können einen unterbrochenen Zwischenraum aufweisen, beispielsweise wenn sie miteinander an diskreten Positionen kontaktiert werden.
  • Mit anderen Worten zeigt 2f eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit mehreren Isolatorschichten zwischen den Elektroden in dem elektrostatischen Luftzwischenraum für Möglichkeiten der Bildung mehrerer Kontakte in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist mehrere losgelöste Dielektrikum/Isolator-Schichten (181, 182) zwischen den Elektroden (261, 262) in den elektrostatischen Luftzwischenräumen (381-383) für Möglichkeiten der Bildung mehrerer Kontakte bei Betätigung auf. In Abhängigkeit von der Steifheit (Dicke, Elastizitätsmodul, usw.) der dielektrischen Schichten in der Biegerichtung und der Positionierung der separaten Isolatorschichten in Bezug auf eine neutrale Faser der Zellgeometrie (d. h. wie weit sich die dielektrische Schicht in Bezug auf die Elektroden ausdehnen oder zusammenziehen wird) können je nach Anforderung unterschiedliche Konfiguration zur Kontaktbildung und -evolution erzielt werden. Eine Kontaktbildung und -evolution nur zwischen den Isolatorschichten 181 und 182 ist auch durch ihre Bewegung in den Richtungen 34a3 und 34b3 mit einer Kontaktevolution in den Richtungen 44a3 und 44b3 möglich. Dies hilft dabei, die Wahrscheinlichkeiten der dielektrischen Aufladung zu reduzieren, da Elektroden mit einem Potenzial nicht in Kontakt mit den Oberflächen der dielektrischen Schicht zur nichtlinearen Versteifung einer Zelle über eine Kontaktbildung bei Betätigung sein werden. Alternativ dazu kann eine Kontaktbildung aller Elektroden (261, 262) und der dielektrischen Schichten (181, 182) insgesamt mit Kontaktevolution in den Zellbiegerichtungen (44) erzielt werden, um eine höhere Zellsteifheit bei angelegtem Spannungssignal zusammen mit höheren bereitstellbaren elektrostatischen Kräften zu erhalten.
  • Die Konfiguration aus 2f sorgt für Vorteile, z. B. im Vergleich zu 2a, da sogar mit derselben Zelle unterschiedliche lineare Regime mit unterschiedlichen Neigungen auf der Basis eines Auftretens unterschiedlicher Regime zur Kontaktbildung und -ausbreitung und ihrer Überlagerung nur durch die Erhöhung der Betätigungsspannung erhalten werden können. Die Abmessung von Elektroden, dielektrischen Schichten und Luftzwischenräumen kann in derselben Größenordnung wie bei 2a liegen, jedoch muss entsprechend die Gesamtsteifheit der Zelle reduziert werden oder die Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 2f denselben Biegebereich wie in 2a zu erhalten, da das Vorhandensein mehrerer Schichten und Luftzwischenräume den Gesamtzwischenraum zwischen den Elektroden 261 und 262 erhöht (insbesondere bei den Produktionsauflösungsgrenzen des verwendeten Produktionsprozesses), was die elektrostatischen Gesamtkräfte reduzieren wird (was durch das Reduzierung der Zellbiegesteifheit insgesamt oder durch Erhöhung der Betätigungsspannung kompensiert werden kann). Die Zellbiegesteifheit kann für gewöhnlich durch die Verwendung dünnerer und/oder längerer Elektrode/Dielektrikum-Schichten mit höheren Kuppelwinkeln reduziert werden.
  • 2g zeigt eine schematische Draufsicht auf ein mechanisches System 203 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei die Anpassungsstruktur 18 einen veränderlichen Abstand zu zumindest einem Biegeelement 261 und/oder 262 der Biegewandlerstruktur 12 aufweist, beispielsweise bei einem Vergleich des mechanischen Systems 203 mit dem mechanischen System 201, kann eine Schicht 52 der Anpassungsstruktur 18 eine oder mehrere Erhebungen 541, 542 auf einer oder beiden Seiten der Schicht 52 aufweisen, wobei eine Position einer Erhebung 541 und/oder 542 symmetrisch oder asymmetrisch im Hinblick auf die Seite, die auf das Biegeelement 261 zeigt, und die Seite, die auf das Biegeelement 262 zeigt, und/oder entlang der Verlaufsrichtung x sein kann. Das heißt, eine Anzahl von Erhebungen 54i, 542 auf einer ersten Seite 52A und auf einer zweiten, gegenüberliegenden Seite 52B der Schicht 52 kann gleich oder unterschiedlich sein, eine Höhe der Erhebungen 541 und 542 kann auf der Basis der Gestaltungskriterien gleich oder unterschiedlich sein. Durch die Erhöhungen 541 und 542 kann ein veränderlicher Abstand der Anpassungsstruktur zu zumindest einem der Biegeelemente 261 und 262 entlang einer Axialrichtung davon erhalten werden.
  • Die Erhöhungen 541 und/oder 542 können aus einem selben Material wie die Schicht 52 oder aus einem unterschiedlichen Material bestehen. Das Bilden der Schicht 52 und der Erhöhungen 541, 542 aus einem selben, möglicherweise dielektrischen Material kann eine einfache Herstellung ermöglichen. Die Erhöhungen 541 und 542 können es ermöglichen, Haftreibungseffekte zu reduzieren, indem die Fläche, an der ein Kontakt gebildet wird, reduziert wird. Aus einem anderen Blickwinkel kann die Kontaktfläche 22a/22b einerseits und/oder 22c/22d andererseits getrennt oder strukturiert sein.
  • 2g zeigt somit eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer strukturierten Isolatorschicht in einem elektrostatischen Luftzwischenraum zwischen den Elektroden, um Kontaktpunkte bei Betätigung zu reduzieren, in einer Draufsicht zur planaren Biegung bzw. einer Seitenansicht zur außerplanaren Biegung.
  • Mit anderen Worten weist die beispielhafte Basiszellenkonfiguration eine strukturierte Dielektrikum/Isolator-Schicht 52 in dem elektrostatischen Luftzwischenraum zwischen den Elektroden auf, um eine effektive Kontaktfläche zwischen der dielektrischen Schicht 52 und den Elektroden 261 und 262 bei Kontaktbildung und -evolution in den Richtungen 441, 442 bei Betätigung zu reduzieren.
  • Ein Hauptvorteil der Konfiguration gemäß 2g, beispielsweise im Vergleich zu 2a oder 2f, kann darin liegen, dass eine niedrige Anzahl von Kontaktpunkten vorhanden ist, die die Haftreibungswahrscheinlichkeiten und auch die dielektrische Aufladung der dielektrischen Schichten aufgrund des sich wandelnden Kontakts mit den Elektroden stark reduzieren kann. Die Konfiguration aus 2g kann eine Reduktion einer Nichtlinearität einer Zellantwort nur durch einen anfänglichen Kontakt auf der AA'-Ebene und ein Ausdehnen von Elektroden in der Biegerichtung erreichen. Um dies zu erreichen, ist eine fortlaufende Kontaktverbreitung nicht erforderlich, und andere strukturierte Bereiche sind nicht zwingend zur Reduzierung einer Nichtlinearität der Antwort erforderlich. Die anderen Kontaktstellen (541 und/oder 542) können zur besseren Führung und zur höheren Steifheitszunahme verwendet werden, wenn eine Kontaktbildung an denselben auftritt, während eine höhere elektrostatische Kraft aufgrund einer höheren effektiven relativen Permittivität erzeugt wird.
  • Alternativ können die zwei Elektroden 261 und 262 auch strukturiert sein (in einer Nut/Feder-Konfiguration), um einen reduzierten Kontaktbereich für eine einfachere Produktion aufzuweisen. Die elektrische Schicht und die Elektroden können sogar gleichzeitig mit Nut/Feder versehen sein oder zu Oberflächen mit einer höheren Rauigkeit gefertigt werden (z. B. unter Verwendung von DRIE-Ätzungsprozessen von kristallinem Silizium, um tiefe Wellungen auf Seitenwänden von Si-Elektroden und Si-Gräben zu erzeugen, die mit dem konformen dielektrischen Material, beispielsweise Al2O3, unter Verwendung eines Prozesses zur Atomlagenabscheidung, ALD, gefüllt werden, um die Form des Grabens anzunehmen und bei Freigabe eine hohe Oberflächenrauigkeit aufzuweisen).
  • Die Abmessung der Elektroden, dielektrischen Schichten und Luftzwischenräume kann in derselben Größenanordnung wie bei 2a liegen, jedoch muss entsprechend die Gesamtsteifheit der Zelle reduziert werden oder eine Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 2g denselben Biegebereich wie bei 2a zu erhalten, da das Vorhandensein von strukturierten dielektrischen Schichten und Luftzwischenräumen den Gesamtzwischenraum zwischen Elektroden 261 und 262 erhöhen wird (insbesondere an den Produktionsauflösungsgrenzen des verwendeten Produktionsprozesses, was die elektrostatischen Gesamtkräfte reduzieren wird), was durch die Reduzierung der Gesamtbiegesteifheit der Zelle oder die Erhöhung der Betätigungsspannung kompensiert werden kann). Die Zellbiegesteifheit kann für gewöhnlich durch die Verwendung dünnerer und/oder längerer Elektrode/Dielektrikum-Schichten mit höheren Kuppelwinkeln verwendet werden.
  • 3a zeigt eine schematische Draufsicht oder Seitenansicht eines mechanischen Systems 301, das, beispielsweise im Vergleich zu dem mechanischen System 202, Schichten 181 bis 184 der Anpassungsstruktur 18 aufweist, um die Biegeelemente 261 und/oder 262 auf beiden Seiten abzudecken, was beispielsweise eine Anzahl von vier Schichten zur Folge haben kann. Das heißt, statt einer Mehrzahl von Zwischenräumen, wie sie das mechanische System 202 aufweist, kann ein einzelner Zwischenraum 38 erhalten werden.
  • Mit anderen Worten zeigt 3a eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer Dielektrikum/Isolator-Schicht auf allen Seiten der Elektroden als Draufsicht für eine planare Biegung bzw. Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine Dielektrikum/Isolator-Schicht auf allen Seiten der Elektroden für eine hohe dielektrische Konstante in einem elektrostatischen Zwischenraum (für höhere Kräfte) und für eine vollständige und sichere elektrische Isolation auf (auch mit einer benachbarten äußeren Balkenelektrode). Außerdem ist die Eigenbeanspruchung bei solch einer Konfiguration inhärent niedriger, insbesondere im Fall einer homogenen dielektrischen Schicht, die über konforme Abscheidungsprozesse wie etwa Atomlagenabscheidung (ALD) erzielt werden kann. Für ein System mit einer kompakten Stapelung der Biegezellenbalken (2b-e) auf parallele Weise kann eine Kontaktbildung mit äußeren Elektroden von Zellen von benachbarten Balken auch unter Verwendung einer Zellgeometrie, wie sie in 3a gezeigt ist, hergestellt werden (über die äußerste Isolationsschicht auf Elektroden), um die Steifheit des gesamten Stapels der Aktorbalken (neben der Kontaktbildung und -evolution in dem elektrostatischen Zwischenraum der Zelle) zu modulieren.
  • Die Struktur gemäß 3a sorgt neben den bereits erwähnten, z. B. im Vergleich zu 2a oder 2f, für weitere Vorteile.
  • Beispielsweise sorgt sie für eine einfache und besser steuerbare Produktion dielektrischer Schichten (181-4) mit einer erforderlichen Dicke auf den Elektroden, insbesondere unter Verwendung von standardmäßigen MEMS- und NEMS-Produktionsprozessen und -materialen. Auf der Basis von konformen Abscheidungsprozessen wie etwa ALD können die dielektrischen Schichten auch abgeschieden werden, um viel geringere Luftzwischenräume als die Produktionsauflösungsgrenzen zu erhalten, indem die Zellgeometrie nach der Produktion beschichtet wird, um niedrigere Betätigungsspannungen aufzuweisen.
  • Ferner ist die Grenze der strukturellen Integrität kein einschränkender Faktor der erforderlichen minimalen Dicke der dielektrischen Schicht, die einzige Hauptgrenze ist die elektrische Durchschlaggrenze bei der maximalen Betriebsspannung.
  • Jedoch sind Flächen mit Schnittstellen von Leiter/Metall zu Dielektrikum/Isolatormaterial signifikant mehr, was zu einer höheren Aufladungswirkung und zu zunehmenden Reibungshaftungswahrscheinlichkeiten zwischen Kontaktoberflächen führen kann. Für höhere Aufladungseffekte, die zu Reibungshaftungsproblemen führen, welche durch Gestaltungsverfahren, wie etwa steifere Elektroden mit elektrostatischen Anzieh- und/oder Abstoß-Effekten (Pull-in bzw. Pull-out) zur Kontaktbildung bzw. ihrer einfacheren Öffnung lösbar sind, können konforme Antihaftreibungsbeschichtungen, wie etwa eine ALD-aufgebrachte FDTS-(Perfluordecyltrichlorsilan)-Schicht verwendet werden, oder das System kann über Amplituden-modulierte elektrische Wechselstromsignale bei viel höherer Frequenz als der maximalen mechanischen Antwortfrequenz einer Zelle betrieben werden, um die Zellen schnell elektrisch zu entladen und jegliche Aufladungseffekte zu reduzieren.
  • 3b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 302, bei dem im Vergleich zu dem mechanischen System 301 lediglich die inneren Anpassungsstrukturschichten 181 und 182 angeordnet sind, als nicht einschränkendes Beispiel. Der zweite nichtlineare Mechanische-Steifheit-Beitrag kann somit im Vergleich zu dem mechanischen System 301 unterschiedlich sein. Jedoch kann die elektrische Isolierung dennoch erhalten werden.
  • Mit anderen Worten zeigt 3b eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer Isolatorschicht auf Elektroden nur auf der Seite des elektrostatischen Zwischenraums zwischen den Elektroden, um eine dielektrische Aufladung zu reduzieren, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine Isolatorschicht auf Elektroden lediglich auf der Seite der elektrostatischen Zwischenräume zwischen den Elektroden auf, um Wahrscheinlichkeiten einer möglichen dielektrischen Aufladung und zugeordnete Haftreibungswahrscheinlichkeiten zu reduzieren, während eine hohe dielektrische Konstante in dem elektrostatischen Zwischenraum (für höhere Kräfte) und eine erforderliche elektrische Isolierung beibehalten werden.
  • Im Vergleich zu den Strukturen aus 2a, 2f und/oder 3a können Vorteile der Struktur gemäß 3b, neben den bereits erwähnten, darin liegen, dass die Struktur eine Zwischenkompromisskonfiguration zwischen 2a und 3a ist - die weniger Aufladung, Haftreibung und Schnittstellen im Vergleich zu 3a aufweist, während dieselbe weiterhin die mechanische strukturelle Integrität von dielektrischen Schichten aufweist, die von den Elektroden kommt, im Gegensatz zu 2a. Dieselbe wird jedoch aufgrund eines Nichtvorhandenseins von entgegenwirkenden Eigenbeanspruchungen von umgekehrten Schnittstellen eine höherer Gesamteigenbeanspruchung als 2a und 3 aufweisen,.
  • 3c zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 303, das ausgehend von dem mechanischen System 302 lediglich eine der Anpassungsstrukturen 181 und 182 aufweist, beispielsweise die Anpassungsstruktur 181. Das kann die dielektrische Aufladung weiter verringern und dennoch für eine Isolierung zwischen den Elektroden 261 und 162 sorgen. Der zweite nichtlineare Steifheitsbeitrag kann vorteilhafterweise auf eines der Biegeelemente 261 und 162 angewendet werden, wodurch ein weiterer Freiheitsgrad bereitgestellt wird. Im Vergleich zu dem mechanischen System 201, bei dem die Anpassungsstruktur 18 symmetrisch zwischen den Biegeelementen 261 und 262 ist, können unterschiedliche Abstände im Hinblick auf die Biegeelemente 261 und 262 implementiert werden, wobei einer der Abstände möglicherweise auf null reduziert wird, wie für das mechanische System 303 gezeigt ist.
  • Mit anderen Worten zeigt 3c eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer Isolatorschicht lediglich auf einer Elektrode auf der Seite des elektrostatischen Zwischenraums zwischen den Elektroden, um eine dielektrische Ladung zu reduzieren, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine Isolatorschicht lediglich auf einer Elektrode auf der Seite des elektrostatischen Zwischenraums zwischen den Elektroden auf, um Wahrscheinlichkeiten einer potenziellen dielektrischen Aufladung und zugehörige Haftreibungswahrscheinlichkeiten weiter zu reduzieren, während eine hohe dielektrische Konstante in dem elektrostatischen Zwischenraum (für höhere Kräfte) und eine erforderliche elektrostatische Isolierung ermöglicht werden.
  • Anstelle einer Anwendung einer einzelnen Anpassungsstruktur 181 auf dem Biegeelement 261 kann die Schicht auch auf der äußeren Seite davon und/oder auf der inneren oder äu-ßeren Seite des Biegeelements 262 aufgetragen werden.
  • Im Vergleich zu 3b kann die Struktur aus 3c vorteilhafterweise für weniger Schnittstellenflächen und somit weniger Aufladung sorgen sowie für eine für gewöhnlich niedrigere Gesamteigenbeanspruchung in der Zelle für gleiche Gestaltungsparameter (da eine Eigenbeanspruchung von Schnittstellen für gewöhnlich dominanter ist). Ferner kann eine noch bessere strukturelle Integrität und Robustheit der dielektrischen Schicht für niedrigere Dickenwerte erhalten werden, insbesondere an den Auflösungsgrenzen der Produktionsprozesse im MEMS- und NEMS-Bereich, im Vergleich zu 3b, da für das Erhalten desselben Niveaus der elektrischen Durchschlaggrenze (was die maximal anlegbare Spannung bestimmt) die Dicke der dielektrischen Schicht auf einer Elektrode aus 3c die Gesamtsumme der Dicke auf jeder Elektrode aus 3b sein sollte.
  • Aufgrund der erhöhten erforderlichen Dicke der dielektrischen Schicht auf einer Elektrode wäre andererseits die lokale Eigenbeanspruchung auf dieser spezifischen Elektrode aufgrund der höheren Dicke der dielektrischen Schicht höher. Somit könnte eine lokale Bearbeitung zur Kompensation von Eigenbeanspruchung für diese Elektrode für bestimmte Gestaltungen erforderlich sein. Wenn herkömmliche konforme, jedoch langsame Abscheidungsprozesse wie ALD verwendet werden, um die dielektrische Schicht abzuscheiden, wird dies außerdem die Abscheidungszeit um das Zweifache verlängern, um dasselbe Niveau an Dielektrikumdicke auf einer Seite der Elektrode zu erreichen.
  • 3d zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 304 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem eine einzelne Anpassungsstrukturschicht aufgebracht ist, so wie für das mechanische System 303 beschrieben, wobei die einzelne Schicht derart strukturiert ist, dass sie eine unterbrochene Struktur bildet, die zwischen dem ersten Biegeelement 261 und dem zweiten Biegeelement 262 angeordnet ist.
  • Im Vergleich zu dem mechanischen System 303 ermöglicht eine Strukturierung der Anpassungsschicht 181, die, als nicht einschränkendes Beispiel, in dem mechanischen System 304 bei dem Biegeelement 262 angeordnet ist, die Implementierung eines definierten Verhaltens des nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags einerseits und eine weiter reduzierte dielektrische Aufladung andererseits gemeinsam mit einem niedrigen Reibungshaftungsrisiko. Die Anpassungselemente 561, 562, ..., die durch Strukturieren der Anpassungsstruktur 18 erhalten werden, können auf einem einzelnen Biegeelement 262 und/oder zumindest in Teilen an einer gegenüberliegenden Seite, z. B. das Biegeelement 261, angeordnet sein.
  • Mit anderen Worten zeigt 3d eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit strukturierter Isolatorschicht lediglich auf einer Elektrode auf der Seite des elektrostatischen Zwischenraums zwischen den Elektroden, um eine dielektrische Aufladung und Kontaktpunkte bei Betätigung zu reduzieren, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine strukturierte Isolatorschicht lediglich auf einer Elektrode auf der Seite des elektrostatischen Zwischenraums zwischen den Elektroden auf, um eine dielektrische Aufladung und Haftreibungswahrscheinlichkeiten durch das Reduzieren des erforderlichen dielektrischen Materials und der Kontaktpunkte bei Betätigung weiter zu reduzieren.
  • Im Vergleich zu 3c kann die Struktur aus 3d vorteilhafterweise für weniger Schnittstellenflächen und an dielektrischem Grundmaterial sorgen, somit für weniger Aufladung. Außerdem kann sie auch für eine reduzierte Anzahl von Kontaktpunkten mit der anderen potenziellen Elektrode sorgen. Somit gibt es insgesamt eine signifikante Reduzierung der Haftreibungswahrscheinlichkeiten. Außerdem kann eine niedrigere Gesamteigenbeanspruchung in der Zelle für gleiche Gestaltungsparameter aufgrund unterbrochener Schnittstellen und reduzierter Menge an Grundmaterial erhalten werden.
  • Aufgrund der strukturierten dielektrischen Schicht, die dielektrische Inseln/Bereiche (561, 562) zur Folge hat, sind jedoch Wahrscheinlichkeiten einer Delaminierung zwischen der Elektrode und den dielektrischen Bereichen im Vergleich zu einer fortlaufenden dielektrischen Schicht höher, da während der Kontaktbildung und ihrer Verbreitung in jedem Zyklus alle Kontaktkräfte lokal direkt an der Basis jedes Bereichs konzentriert sein werden und von der lokalen Schnittstelle zwischen der Elektrode und dem dielektrischen Bereich ausgehalten werden müssen.
  • Für dieselbe Zellgestaltung werden die elektrostatischen Kräfte bei einer gegebenen Spannung reduziert sein, da die effektive relative Permittivität (im Vergleich zur fortlaufenden dielektrischen Schicht) in dem elektrostatischen Zwischenraum aufgrund einer reduzierten Menge an dielektrischem Material mit höherer relativer Permittivität als Luft gesenkt werden.
  • 3e zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 303 gemäß einem Ausführungsbeispiel, wobei in dem Zwischenraum 38 eine Nutstruktur mit einer oder mehreren Nuten 581 angeordnet ist und wobei eine Federstruktur mit einer oder mehreren Federn 62 angeordnet ist. Die Nutstruktur und die Federstruktur können einen mechanischen Kontakt in einem ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems 304 bilden und eine relative Bewegung der Federstruktur und der Nutstruktur relativ zueinander entlang der x-Richtung, die senkrecht zu der Biegerichtung 14 der Biegewandlerstruktur ist, vermeiden. Mit einer Zunahme der Biegung entlang der Biegerichtung 14 kann eine erhöhte Anzahl von Federn einen mechanischen Kontakt mit der gegenüberliegenden Nut bilden, was beispielsweise als eine diskrete Anzahl von Schritten von Beiträgen zu dem nichtlinearen Steifheitsverhalten verstanden werden kann.
  • Die Nutstruktur und/oder die Federstruktur kann beispielsweise durch die Anpassungsstruktur 18, z. B. die Anpassungselemente 56 des mechanischen Systems 304, gebildet sein, wobei die Nuten auch in einer fortlaufenden oder unterbrochenen Schicht implementiert sein können, etwa in der Schicht 181 oder 182 des mechanischen Systems 302.
  • Die Nutstruktur und/oder die Federstruktur kann aus einem Material eines der Biegeelemente, etwa des Biegeelements 261, gebildet sein. Federn 581 und/oder 582 können ein gleiches Material aufweisen und können einstückig mit dem Biegeelement 261 und 262 gebildet sein. Bei einer Implementierung, bei der die Biegeelemente 261 und 262 mit einem elektrischen Potenzial aufgeladen werden, ist vorzugsweise höchstens eine der Nutstruktur oder der Federstruktur durch das Elektrodenmaterial des Biegeelements 261 bzw. 262 gebildet, oder als Alternative oder zusätzlich dazu ist ein isolierendes Material dazwischen angeordnet.
  • Andererseits kann sowohl die Nutstruktur als auch die Federstruktur aus einer fortlaufenden oder unterbrochenen Schicht der Anpassungsstruktur gebildet sein, beispielsweise aus den Schichten 181 und 182 des mechanischen Systems 302.
  • Mit anderen Worten ist eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer strukturierten Isolatorschicht auf einer Elektrode und einer strukturierten gegenüberliegenden Elektrode für einen Biegeverriegelungsmechanismus zur besseren Kontaktverriegelung und zur Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und gleichzeitiger Reduzierung von einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung gezeigt. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine strukturierte Isolatorschicht auf einer Elektrode und eine strukturierte gegenüberliegende Elektrode für einen Biegeverriegelungsmechanismus zur besseren Kontaktverriegelung und zur Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und einer gleichzeitigen Reduzierung einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung auf.
  • Die Struktur aus 3e kann im Vergleich zu 3d für eine erhöhte Verschiebungsrobustheit sorgen, auch wenn dieselbe im Vergleich zu 3d einen größeren Zwischenraum zwischen den Zellelektroden benötigt, um die erforderlichen Strukturen in dem Zwischenraum zu produzieren. Somit muss die Gesamtsteifheit der Zelle reduziert werden oder die Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 3e denselben Biegebereich wie 3d zu erhalten. Im Vergleich zu 3d kann die Struktur aus 3e einfacher hergestellt werden.
  • 3f zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 306, das im Vergleich zu dem mechanischen System 303 zusätzliche Verbindungselemente 641, 642, ... aufweist, die einen weiteren Beitrag zu der zweiten nichtlinearen Steifheit ermöglichen. Die Verbindungselemente 64 können ein gleiches Material wie die Anpassungselemente 56 aufweisen, z. B. ein dielektrisches Material.
  • Mit anderen Worten zeigt 3f eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit strukturierten und verknüpften Isolatorschichtelementen auf einer Elektrode und einer strukturierten gegenüberliegenden Elektrode zur Biegeverriegelung für eine bessere Kontaktverriegelung und eine Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und zur simultanen Reduzierung von einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine strukturierte und verknüpfte Isolatorschicht auf einer Elektrode und eine strukturierte gegenüberliegende Elektrode für einen Biegeverriegelungsmechanismus zur besseren Kontaktverriegelung und Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und zur simultanen Reduzierung von einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung auf.
  • Im Vergleich zu 3e kann es die Struktur gemäß 3f ermöglichen, die Wahrscheinlichkeiten einer Delaminierung aufgrund einer mechanischen Verknüpfung der dielektrischen Schicht zu reduzieren, auch im Vergleich zu 3e und/oder 3d, da die Kontaktkräfte jetzt auch entlang der Zelllänge bis zu dem Randisolator 36 verteilt werden und durch Seitenverknüpfungselemente geteilt werden (während dieselben weiterhin eine reduzierte Fläche von Schnittstellen aufweisen), statt sich einfach lokal direkt an der Basis jedes Bereichs zu konzentrieren (wie in 3e und 3d). Dieser Effekt kann es jedoch bewirken, dass im Vergleich zu 3e ein größerer Zwischenraum zwischen den Zellelektroden erforderlich ist, um die erforderlichen Strukturen in dem Zwischenraum mit der Biegeschicht 64 zu produzieren, insbesondere bei den Mindestproduktionsauflösungsgrenzen der typischen MEMS- und NEMS-Produktionsprozesse. Somit muss die Gesamtsteifheit der Zelle reduziert werden oder eine Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 3e denselben Biegebereich wie bei 3d zu erhalten. Im Vergleich zu 3f kann die Struktur aus 3e einfacher hergestellt werden.
  • 3g zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 307 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Verbindungselemente 64 im Vergleich zu den Anpassungselementen 56 durch ein unterschiedliches Material gebildet sind, z. B. ein Material der Biegeelemente 261 und 262, z. B. ein leitfähiges Material. Da die Kontaktbildung bei dem vorliegenden Beispiel ausschließlich in dem Bereich der Nuten 58 und Federn 62 bereitgestellt ist, wird dennoch ein Risiko eines Kurzschlusses verhindert, während gleichzeitig eine niedrige Menge an dielektrischer Aufladung vorhanden ist. Optional kann in einem Bereich des Isolators 36, und 362 ein Material der Verbindungselemente 64, die von den Biegeelementen 261, 262 durch ein Isoliermaterial an der Klemmung 281 und 282 isoliert sind, angeordnet sein.
  • Mit anderen Worten zeigt 3g eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer strukturierten Isolatorschicht auf einer Elektrode, verknüpft mit schwebenden Elektroden, und einer strukturierten gegenüberliegenden Elektrode (Federstruktur) für einen Biegeverriegelungsmechanismus zur besseren Kontaktverriegelung und zur Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und einer simultanen Reduzierung von einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine strukturierte Isolatorschicht auf einer Elektrode auf, verknüpft mit Schwebeelektroden 64 verknüpft (die zur Aufladung und/oder Entladung der verbundenen Isolatorstrukturen zum Stabilisieren/Modulieren einer Systemantwort in oder nach/vor jedem Betriebszyklus verwendet werden können), und einer strukturierten gegenüberliegenden Elektrode für einen Biegeverriegelungsmechanismus zur besseren Kontaktverriegelung und zur Verbesserung einer effektiven Steifheitszunahme mit Kontaktverbreitung und zur gleichzeitigen Reduzierung von einer dielektrischen Aufladung und von Kontaktpunkten bei Betätigung auf.
  • Im Vergleich zu 3f kann die Struktur aus 3g vorteilhafterweise für ein besseres Verhalten sorgen, aufgrund einer mechanischen Verknüpfung dielektrischer Bereiche/Inseln über standardmäßiges Elektrodenmaterial, was für gewöhnlich bessere mechanische Eigenschaften wie etwa eine höhere Bruchfestigkeit, Elastizität, reduzierte Plastikverformung oder Kriechen, usw. im Vergleich zu standardmäßigen dielektrischen Materialen aufweist (im Vergleich zu 3f), insbesondere im MEMS- und NEMS-Bereich, und somit kann ein gut definiertes Verhalten erhalten werden.
  • Jedoch kann die Struktur aus 3g mechanische Verbindungen auf der Basis einer Schnittstelle von Elektrode/Dielektrikum zwischen Inseln-verknüpfenden Biegungen aufweisen (im Vergleich zu 3f, wo dasselbe dielektrische Material verwendet wird), und somit können Wahrscheinlichkeiten für eine Delaminierung höher sein (im Vergleich zu 3f), insbesondere bei den Mindestproduktionsauflösungsgrenzen der typischen MEMS- und NEMS-Produktionsprozesse. Außerdem wird die effektive relative Permittivität aufgrund von weniger dielektrischem Material niedriger sein. Somit muss die Gesamtsteifheit der Zelle reduziert werden oder eine Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 3g denselben Biegebereich wie in 3f zu erhalten, was eine Basis für einen Kompromiss ist. Im Vergleich zu 3g kann eine Produktion der Struktur gemäß 3f einfacher sein.
  • Die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele beziehen sich unter anderem auf eine mechanische Kopplung der Biegewandlerstruktur und der Anpassungsstruktur. Solche eine mechanische Kopplung kann eine feste Anordnung eines Elements an einem anderen beispielsweise durch die Verwendung der Steifheit eines Substrats 66 und/oder eines Isoliermaterials und/oder eines anderen Materials, das unterschiedliche Elemente aneinander anpasst, aufweisen. Die mechanische Kopplung zwischen der Anpassungsstruktur und der Biegewandlerstruktur kann angepasst werden zum Kombinieren des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags, um die Biegung der Biegewandlerstruktur auf der Basis einer Kombination des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags zu erhalten. In den in 2a bis 3g bereitgestellten Beispielen kann der erste nichtlineare Mechanische-Steifheit-Beitrag und/oder der zweite nichtlineare Mechanische-Steifheit-Beitrag auf einen mechanischen Kontakt zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element des mechanischen Systems basieren, beispielsweise zwischen der Biegewandlerstruktur und der Anpassungsstruktur. Andere Kontakte sind möglich und hierin beschrieben. Der mechanische Kontakt kann für eine veränderliche Größe mechanischer Kräfte, die auf die Biegewandlerstruktur und/oder die Anpassungsstruktur wirken, mit einer Erhöhung einer Biegeamplitude, beispielsweise entlang oder entgegengesetzt zu Richtung 14, sorgen.
  • Im Hinblick auf die hierin in Verbindung mit 2a bis 3g beschriebenen Ausführungsbeispiele kann ein mechanisches System dazu konfiguriert sein, den mechanischen Kontakt zwischen der Biegewandlerstruktur 12 und der Anpassungsstruktur 18 bereitzustellen, beispielsweise durch das Kontaktieren gegenüberliegender Kontaktflächen 22. Die Biegewandlerstruktur 12 und die Anpassungsstruktur 18 sind dazu angeordnet, eine Kontaktfläche miteinander bei einer Erhöhung der Biegung der Wandlerstruktur zu vergrößern, wobei die Kontaktfläche, die zwischen der Anpassungsstruktur und der Biegewandlerstruktur gebildet ist, siehe beispielsweise 2a, und/oder zwischen einem ersten Element der Anpassungsstruktur, das mit dem ersten Element der Biegewandlerstruktur verbunden ist, und einem zweiten Element der Anpassungsstruktur, das mit dem zweiten Element der Biegewandlerstruktur verbunden ist, wie beispielsweise in 3b gezeigt ist.
  • Wie in 2a bis 3g gezeigt ist, kann in einem nicht-ausgelenkten Zustand der Biegewandlerstruktur eine erste neutrale Achse des ersten Biegeelements 261 im Wesentlichen parallel zu einer zweiten neutralen Achse des zweiten Biegeelements 262 verlaufen, insbesondere in einem Fall, in dem beide Elemente eine ähnliche Form aufweisen und parallel zueinander verlaufen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Oberfläche des Biegeelements 261, die auf das Biegeelement 262 zeigt, im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Elements 262 sein, die auf das Biegeelement 261 zeigt.
  • Wie in 2a bis 3g gezeigt ist, kann die Anpassungsstruktur 18 teilweise oder vollständig zwischen einem ersten Abschnitt der Biegewandlerstruktur und einem zweiten Abschnitt der Biegewandlerstruktur angeordnet sein, die jeweils beispielsweise durch ein jeweiliges Biegeelement 261 und 262 gebildet sind. Die Anpassungsstruktur kann dazwischen entlang einer Biegerichtung der Biegewandlerstruktur angeordnet sein. Wie beispielsweise in 2a gezeigt ist, kann die Biegewandlerstruktur zumindest zwei Biegeelemente 261 und 262 aufweisen, die mechanisch parallel gekoppelt sind und einen Zwischenraum 38 oder mehrere Zwischenräume mit einem benachbarten Biegeelement der Biegewandlerstruktur oder der Anpassungsstruktur oder einem Teil davon bilden. Zumindest ein Teil der Anpassungsstruktur ist in dem Zwischenraum angeordnet und mechanisch parallel über den mechanischen Kontakt an die benachbarten Biegeelemente gekoppelt. Die Biegung der Biegewandlerstruktur entlang der Richtung 14 kann einen mechanischen Kontakt zwischen der Anpassungsstruktur 18 und zumindest einem der benachbarten Biegeelemente in dem Zwischenraum verursachen, entweder direkt mit dem Element oder mit einer Schicht, die daran angebracht ist. Wenn beispielsweise von dem mechanischen System 201 ausgegangen wird, kann ein mechanisches System gemäß Ausführungsbeispielen außerdem drei oder mehr Biegeelemente 26 aufweisen, die mechanisch parallel gekoppelt sind, um zumindest einen ersten Zwischenraum zwischen einem ersten Biegeelement und einem zweiten Biegeelement zu bilden und zumindest einen anderen Zwischenraum zwischen dem zweiten Biegeelement und einem dritten Biegeelement zu bilden. Beispielsweise kann das mechanische System 201 zumindest ein drittes Biegeelement 263 aufweisen, das beispielsweise dahingehend angeordnet ist, das Biegeelement 262 zwischen dem nicht-gezeigten Biegeelement und dem Biegeelement 261 einzuklemmen. Unterschiedliche Teile der Anpassungsstruktur können in den unterschiedlichen Zwischenräumen angeordnet sein, um unterschiedliche Kontakte zu bilden, entweder gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten.
  • 4a zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 401 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu anderen hierin beschriebenen mechanischen Systemen, beispielsweise dem mechanischen System 201 oder 301, können die Biegeelemente 261 und 262 unterschiedliche Formen und/oder unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Obwohl neutrale Achsen der Biegeelemente 261 und 262 bei dem Beispiel aus 4a nicht parallel verlaufen, verlaufen die Seiten 261 A und 262 B der Biegeelemente 261 und 262 in dem gezeigten unbetätigten Zustand im Wesentlichen parallel.
  • Ähnlich wie bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine Betätigung und/oder eine äußere Kraft F dazu führen, dass ein Kontakt in den Kontaktflächen 22a/22b zwischen den Anpassungsstrukturschichten 181 und 182 gebildet wird, der entlang der Richtungen 441 und 442 mit einer Zunahme der Auslenkung zunimmt.
  • Mit anderen Worten zeigt 4a eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit vollständig isolierten Elektroden und Elektroden mit geradem Boden zur Abwärtsbiegung entlang der Richtung 14 in eine Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Der Begriff Abwärtsbiegung bezieht sich auf eine Blickrichtung in 4a und ist nicht notwendigerweise mit einer Ausrichtung des mechanischen Systems 401 im Raum verknüpft. Es ist Fachleuten ersichtlich, dass sich Begriffe wie oben, unten, links, rechts, vorne, hinten oder dergleichen beim Drehen eines mechanischen Systems 40, oder anderer Ausführungsbeispiele willkürlich im Raum ändern können.
  • Trotz des Vorhandenseins eines planaren oder geraden Elements 262 kann die Biegerichtung 14 zumindest durch die Form oder Struktur des Biegeelements 261 beeinflusst werden. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist vollständig isolierte Elektroden und Elektroden mit geradem Boden zur Abwärtsbiegung auf. Eine Geometrie mit geraden Elektroden ist insbesondere nützlich zum Erzeugen außerplanarer S-Konfiguration-Biegebalken, da eine gewöhnliche Elektrode mit geradem Boden zur Erzeugung von Aufwärts- und Abwärtsbiegezellen in dem Zellbalken zur einfacheren Produktion genutzt werden kann. Außerdem reduziert die Nutzung abscheidungsbasierter konformer dielektrischer Schichten, die für eine isolationsbasierte Kontaktbildung (341 und 342) und ihre Evolution (441 und 442) in einem elektrostatischen Zwischenraum erforderlich sind, den erzielten effektiven Luftzwischenraum viel stärker als die typische Produktionsgrenze des physikalischen Luftzwischenraums. Dies erhöht die elektrostatischen Kräfte aufgrund einer Erhöhung der effektiven dielektrischen Konstante in dem elektrostatischen Zwischenraum erheblich. Es erhöht außerdem die elektrische Zuverlässigkeit des Systems gegenüber elektrischen Kurzschlüssen zwischen Elektroden gegen zufällige Kontaktbildungen. Die Seite der geraden Elektrode (planar und außerplanar) kann auch direkt verwendet werden, wenn dies für bestimmte Anwendungen erforderlich ist, beispielsweise die Anwendungen, die eine gut definierte Bildung von Umrandungen auf Basis einer geraden Wand wie etwa bei Mikropumpen, Mikroventilen, Mikrolautsprechern, usw. erfordern, um die Fluiddruckverteilung effektiv zu steuern.
  • 4a zeigt unter anderem ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gemäß dem das erfinderische Konzept nicht auf eine Geometrie von gekrümmten Elektroden / Kuppelelektroden schränkt ist. Andere bereitgestellte Vorteile sind beispielsweise, dass diese Art der Geometrie im Vergleich zu gekrümmten Elektroden / Kuppelelektroden einfacher auf Wafer-Ebene produziert werden kann, um ein außerplanares, z. B. abwärtiges, Biegesystem unter Verwendung von standardmäßigen MEMS-Produktionsprozessen auf Wafer-Ebene (z. B. Waferbonding und Strukturierung der Elektroden über Mengenmikrobearbeitungsprozesse) aufgrund der planaren Natur der Elektrodengeometrie zu erhalten. Aufgrund der Verwendung von Waferbonding und Mengenmikrobearbeitungsprozessen kann die Vorbeanspruchung in diesen Strukturen im Vergleich zu außerplanaren Konfigurationen, die durch Oberflächenmikrobearbeitung gebildet werden, welche Dünnfilmabscheidungen erfordern, wesentlich niedriger sein. Eine allgemeine Gestaltungseinschränkung (die jedoch nicht absolut ist) für ein effektives Biegeverhalten besteht darin, dass die lokale Elektrodendicke in Bereichen derart geringer ist, dass die Biegung in dieser bestimmten Richtung erleichtert wird.
  • 4b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 402 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das im Hinblick auf das mechanische System 401 als komplementär angesehen werden kann. Während das mechanische System 401 eine erhöhte Steifheit in einer Mitte des Biegeelements 261 entlang eines axialen Verlaufs aufweisen kann, kann ein Biegeelement 261 eine Verdünnung 68 in der Mitte aufweisen, wodurch die Struktur lokal geschwächt oder die mechanische Steifheit reduziert wird. Im Vergleich zu dem mechanischen System 401 ist die Biegerichtung 14 im Hinblick auf die Richtung umgekehrt. Während das Biegeelement 261 des mechanischen Systems 401 und 402 komplementäre Eigenschaften aufweisen können, ist das Biegeelement 262, als nicht einschränkendes Beispiel, auf beide Weisen planar, wobei auch eine nicht planare Implementierung für das mechanische System 401 und 402 ausgewählt und implementiert werden kann.
  • In beiden Konfigurationen kann die Biegewandlerstruktur zumindest zwei Biegeelemente 261 und 262 aufweisen, die an diskreten Positionen, beispielsweise den Klemmungen 281 und 282, aneinander befestigt sein können. Entlang einer Biegerichtung 14, entlang der die Biegewandlerstruktur 12 dazu konfiguriert ist, die Biegung bereitzustellen, unterscheidet sich eine Steifheit eines der Biegeelemente im Vergleich zu dem anderen Biegeelement.
  • Das heißt, eine lokale Steifheit kann von Abschnitt zu Abschnitt der Elektroden veränderlich sein, um eine Aufwärts- oder Abwärtsbiegung zu erzielen, während eine spezifische gewünschte Topologie einer planaren Elektrode auf einer Seite des Wandlerelements vorhanden ist.
  • Mit anderen Worten zeigt 4b eine beispielhafte Konfiguration mit vollständig isolierten Elektroden und Elektroden mit geradem Boden zur Aufwärtsbiegung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist vollständig isolierte Elektroden und eine Elektrode mit geradem Boden zur Aufwärtsbiegung auf. Die Zellenkonfiguration aus 4a kann gemeinsam mit dieser Konfiguration verwendet werden, um einen Biegebalken mit außerplanarer/planarer S-Konfiguration unter Verwendung einer gewöhnlichen Elektrode mit geradem Boden zu erzeugen.
  • 4b veranschaulicht ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, gemäß dem das Konzept nicht auf eine Geometrie von gekrümmten Elektroden / Kuppelelektroden beschränkt ist. Weitere erzielte Vorteile bestehen darin, dass diese Art von Geometrie einfacher auf Wafer-Ebene produziert werden kann (im Vergleich zu gekrümmten Elektroden / Kuppelelektroden), um ein außerplanares, z. B. aufwärtiges, Biegesystem unter Verwendung von standardmäßigen MEMS-Produktionsprozessen auf Wafer-Ebene (z. B. Waferbonding und Strukturierung der Elektroden über Mengenmikrobearbeitungsprozesse) aufgrund einer planaren Natur der Elektrodengeometrie zu erhalten. Aufgrund der Verwendung von Waferbonding und Mengenmikrobearbeitungsprozessen kann die Vorbeanspruchung in diesen Strukturen im Vergleich zu außerplanaren Konfigurationen, die durch Oberflächenmikrobearbeitung gebildet sind, welche eine Dünnfilmabscheidungen erfordert, wesentlich niedriger sein. Eine allgemeine Gestaltungseinschränkung (die jedoch nicht absolut ist) für ein effektives Biegeverhalten besteht darin, dass die lokale Elektrodendicke in Bereichen derart geringer ist, dass die Biegung in dieser bestimmten Richtung erleichtert wird.
  • Während andere Ausführungsbeispiele dahingehend beschrieben worden sind, dass sie in einem nicht ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems ein oder mehrere Biegeelemente mit einem gekrümmten Verlauf zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Biegeelements 261/262 aufweisen, um die Richtung 14 der Biegung zu definieren, ist es auch möglich, kantige Verläufe zu implementieren, wie beispielsweise in 5a gezeigt ist, welche eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 501 veranschaulicht. Auf symmetrische oder asymmetrische Weise sind gekrümmte, jedoch möglicherweise gerade Elemente der Biegeelemente 261 und 262 mit einem Winkel α dazwischen angeordnet, wobei der Winkel α beispielsweise einen Wert von weniger als 170° oder mehr als 190° beträgt. Beispielsweise im Vergleich zu dem mechanischen System 201 kann dies zu einer Kontaktbildung an zwei getrennten Flächen 22a/22b einerseits und 22c/22d andererseits führen, neben einer Mittelebene A-A', angegeben durch die Ebenen B-B' und C-C'. Dadurch kann der Betrag des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags angepasst werden, z. B. erhöht werden.
  • Es kann eine starke Abhängigkeit von α in Bezug auf den Abstand der Kontaktbildungsebenen B-B' und C-C' von der Symmetrieebene A-A' gesehen werden (sowie von dem Biegungseffekt / der Biegungskrümmung, die bei angelegter Spannung erzielt werden). Wenn beispielsweise α zunimmt (und andere Abmessungen fast konstant bleiben), können die B-B'- und C-C'-Ebenen näher zur A-A'-Ebene kommen (an einer Stelle werden sie fast überlappen, wie in 2a, wenn das System flach „genug“ wird, und der erste Kontakt wird fast an der A-A'-Symmetrieebene auftreten). Dies ist jedoch nur ein allgemeiner Fall und es kann Ausnahmen für unsymmetrische Gestaltungen oder extreme α-Werte geben.
  • Mit anderen Worten, um ein anderes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu zeigen, gemäß dem das Konzept nicht nur auf eine Geometrie von Kuppelelektroden / geraden Elektroden oder auf Bildungen von zentralisierte Einzelpunktkontakten und ihre Verbreitung beschränkt ist, zeigt 5a eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit vollständig isolierten Elektroden und mehreren nicht zentralisierten physischen Kontaktbildungsstellen und Verbreitung von Kontakten in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist vollständig isolierte Elektroden und mehrere nicht zentralisierte physische Kontaktbildungsstellen und eine Verbreitung von Kontakten auf. Obwohl sie für die vorliegende Geometrie symmetrisch sind (um die A-A'-Ebene), müssen die Kontaktbildungsstellen weder dafür symmetrisch sein, dass das Versteifungsprinzip funktioniert, um zu ermöglichen, dass eine Nichtlinearitätsgrößenordnung in den Antworten des Systems reduziert wird. Die Kontaktstellen und Verbreitung von Kontakten können unsymmetrisch auf der Basis einer Zeilgeometrie (z. B. unsymmetrische Zellgestaltung) verändert werden und/oder durch Verändern der Lastbedingungen (z. B. unsymmetrische Lastverteilung auf der Zellstruktur).
  • 5b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 502 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 501 werden die Erkenntnisse, die in Verbindung mit den mechanischen System 401 und 402 stehen, kombiniert, d. h. zumindest eines der Biegeelemente 261 und 262 kann eine veränderliche Steifheit und/oder eine veränderliche Dicke entlang des Axialverlaufs entlang der x-Richtung aufweisen.
  • Ein Hauptunterschied zwischen den Strukturen aus 5b und 5a kann darin bestehen, dass eine Bodenelektrodensteifheit erhöht werden kann, indem sie dicker gestaltet wird (Füllen eines leeren Dachs), als möglicher Weg, um die Kontaktbildungsebenen weiterhin zu der Viertellänge der Zelle zu verschieben (da dann für gewöhnlich die Regime höherer Steifheit viel schneller erreicht werden können), um die Kontaktverbreitungslängen auf beiden Seiten der Kontaktebene zu modulieren, um die Bereiche der linearen Regime je nach Anforderung abzustimmen.
  • Es ist zu beachten, dass eine Bodenelektrode mit Biegesystemen (wie in 8a durch Elemente 841 und 842 gezeigt ist) oder einem unterschiedlichen Dachwinkel α auch dazu verwendet werden kann, die Stelle der Ebene der Kontaktbildungen zu ändern.
  • Für einen gegebenen Luftzwischenraum kann die Erhöhung der Steifheit der Bodenelektrode jedoch durch eine entsprechende Reduzierung der Gesamtsteifheit der Zelle kompensiert werden, oder die Betätigungsspannung muss erhöht werden, um aus 5b denselben Biegebereich wie in 5a zu erhalten.
  • Mit anderen Worten zeigt 5b eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit vollständig isolierten Elektroden und mehreren nicht zentralisierten physischen Kontaktbildungsstellen und einer Verbreitung von Kontakten aufgrund einer Geometrie einer Bodenelektrode in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist vollständig isolierte Elektroden und mehrere nicht zentralisierte physische Kontaktbildungsstellen und eine Verbreitung von Kontakten auf, die im Vergleich zu 5a symmetrisch verschoben sind (C-C'- und B-B'-Ebenen), wobei die Zellgestaltung auf einer Bodenelektrodengeometrie der Zelle basiert.
  • 6a zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 601, das drei, optional eine höhere Anzahl, Biegeelemente 261, 262 und 263 als Komponenten der Biegewandlerstruktur aufweist. Zwischen benachbarten Biegeelementen 261 und 262 einerseits und 262 und 263 andererseits sind Anpassungsstrukturschichten 181 und 182 angeordnet, die für einen jeweiligen Kontaktbildungsbereich 221 und 222 mit einer Erhöhung einer Bewegung 3411 bis 3422 sorgen. Indem beispielsweise eine Anzahl von drei Elektroden vorhanden ist, können diese mit unterschiedlichen oder gruppierten Potenzialen verbunden werden, beispielsweise ein Referenzpotenzial GND an den Außenelektroden 261 und 263 und eine Potenzialdifferenz davon an einem inneren Element 262. Jede beliebige andere Konfiguration ist auch möglich. Dies kann gemeinsam oder selektiv gesteuerte Paare von Elektroden 26, und 262 einerseits und 262 und 263 andererseits ermöglichen. Die Paare von Elementen 261 und 262 einerseits und 262 und 263 andererseits können jeweils eine kuppelartige Struktur bilden, die zu einer zumindest zweikuppligen Struktur führt.
  • Obwohl die Biegeelemente 261, 262 und 263 dahingehend gezeigt sind, dass sie eine gekrümmte Form entlang der Axialrichtung x aufweisen, können sie auch alternativ oder in Kombination eine kantige Form aufweisen.
  • Mit anderen Worten zeigt 6 eine beispielhafte zweikupplige Basiszellenkonfiguration mit Isolatorschichten zwischen den Elektroden für beide elektrostatischen Luftzwischenräume 381/382 und 383/384 in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte zweikupplige Basiszellenkonfiguration weist Isolatorschichten zwischen den Elektroden für beide elektrostatischen Luftzwischenräume auf. Eine zweikupplige Zellgestaltung erlebt höhere Biegekrümmungen und zuführbare Kräfte für eine gegebene Spannung und Chipfläche in Bezug auf standardmäßige einkupplige Strukturen Luftzwischenräume mit der Form von zwei Kuppeln, die in einem kompakten Formfaktor verwendet werden. Mit der Verwendung von Kontaktbildungen und ihrer Evolution auf der Basis einer abgeschiedenen dielektrischen Schicht in den elektrostatischen Zwischenräumen können sogar noch höhere Biegekrümmungen und bereitstellbare Kräfte zusammen mit einer reduzierten Größenordnung einer Nichtlinearität in der Antwort des Systems erhalten werden.
  • Eine Struktur gemäß 6a sorgt für den Vorteil, dass zweikupplige Zellen im Hinblick auf ihre hohen Leistungen in der Praxis am besten in planaren NED-Strukturen für zahlreiche Bauelemente genutzt werden können.
  • 6b zeigt ein schematisches Diagramm mit einer normalisierten Spannung an der Abszisse und einer normalisierten Krümmung eines mechanischen Systems, beispielsweise das mechanischen System 601, an der Ordinate. Die Kurven 741 und 742 zeigen unterschiedliche Verhalten, wobei die Kurve 742 eine nichtlineare Antwort der Biegewandlerstruktur, d. h. gekoppelte Biegeelemente 261 und 262, ohne Bildung eines Kontakts mit der Anpassungsstruktur zeigt, was beispielsweise durch eine niedrige unzureichende Dicke der Isolierschicht in den Luftzwischenräumen erhalten werden kann. Im Vergleich dazu zeigt das Diagramm 741 eine erhöhte Dicke der Isolierschicht, die einen Kontakt zwischen der Anpassungsstruktur und der Biegewandlerstruktur ermöglicht. Es ist ersichtlich, dass ein linearisiertes Verhalten von Version 2 ausgehend von der ersten Kontaktbildung bei einer normalisierten Spannung von 0,8 höher ist, als im Vergleich zu 3, die das linearisierte Verhalten nach der ersten Kontaktbildung bei einer normalisierten Spannung von 0,5 zeigt.
  • Der Begriff „ausreichende“ Isolatordicke kann sich auf eine Dicke beziehen, die der Spannung, die über dieselbe in dem gesamten Betriebsbereich angelegt wird, ohne elektrischen Durchschlag bei Kontaktbildung und seiner Verteilung widerstehen kann.
  • Für eine gegebene Zellgestaltung kann eine Kontaktbildung immer bei einer bestimmten höheren Spannung (mit/ohne Anziehung) erzielt werden, bis die Isolatordicke eine Anwendung solch einer besonders hohen Spannung über dieselbe ohne elektrischen Durchschlag ermöglicht. Das Einzige, was sich ändert, ist die Stelle der Bildung des ersten Kontakts in Bezug auf die angelegte Spannung und die Länge des linearen Regimes. Falls eine Kontaktbildung bei niedrigeren Spannungen gewünscht ist, kann die Steifheit der Zellelektroden reduziert werden, um eine einfachere Bewegung der Elektroden hin zueinander bei niedrigerer Spannung zu ermöglichen, oder schmalere Zwischenräume zwischen den Elektroden können verwendet werden (für höhere elektrostatische Kräfte, um die Elektroden zueinander hinzuziehen, und für weniger Abstand, um den sich Elektroden bewegen müssen, bevor ein Kontakt mit der Isolationsschicht auftritt).
  • Die allgemeine optimale Dicke der Isolatorschicht kann an einer Stelle oder einem Toleranzbereich ein Mindestwert sein, der der maximal möglichen Betätigungsspannung des gesamten Regimes widerstehen kann, während sie außerdem die strukturelle Integrität und mechanische Robustheit aufweist, die erforderlich ist, um den hohen Druckkräften bei Kontaktbildung und -verbreitung ohne mechanischen Bruch (und somit möglichen elektrischen Durchschlag dadurch) zu widerstehen.
  • Für einen festen Zwischenraum zwischen den Elektroden (für gewöhnlich so klein wie möglich, am besten ist der Mindestwert an der Produktionsauflösungsgrenze) gilt außerdem, je dicker die elektrische Isolation sind, desto weniger müssen sich die Elektroden bewegen, um eine Kontaktbildung zu erreichen und in ein Linearisierungsregime überzugehen. Im Fall von dielektrischen Schichten gilt, dass die elektrostatischen Gesamtkräfte aufgrund einer Erhöhung der effektiven dielektrischen Konstante des elektrostatischen Zwischenraums zunehmen, wenn die Schicht dicker ist, was auch bei einer schnelleren Kontaktbildung für eine gegebene Spannung hilft. Somit kann die Isolatordicke verwendet werden, um die Kontaktbildung und das Ausmaß einer Kontaktverbreitung zu steuern, das vor dem Auftreten eines elektrischen Durchschlags darin erlaubt ist.
  • Zum Erhalten eines reibungslosen/abrupten Übergangs in ein lineares Regime: Normalerweise kann eine Dicke von Isolator/dielektrische Schicht von mehr als 2/3 eines Gesamtzwischenraums zwischen den Elektroden verwendet werden, um eine Kontaktbildung zu erhalten, bevor ein Anziehphänomen für einen reibungslosen Übergang in ein lineares Regime auftritt. Falls eine Anziehung aus oben erwähnten Gründen gewünscht ist, dann können größere Luftzwischenräume verwendet werden, wenn die Isolatordicke bereits bei der Grenze des elektrischen Durchbruchs oder der mechanischen strukturellen Integrität ist und für die erforderliche maximale Betriebsspannung nicht reduziert werden kann.
  • Es ist zu beachten, dass die Kontaktbildung und -verbreitung neben der Isolatordicke auch von einer lokalen Steifheit der Kontaktfläche bei Biegung (was von der Elektrodendicke, - länge, geometrischen Topologie, Topologiewinkel (falls vorhanden), usw. abhängt, und den Betätigungskräften abhängt, die bei dem Bereich der Kontaktbildung und -verbreitung erzeugt werden (was von der angelegten Spannung, dem elektrostatischen Luftzwischenraum, der effektiven dielektrischen Konstante, usw. abhängt).
  • Ein ähnliches Prinzip zum Kombinieren eines nichtlinearen Verhaltens kann in jedem anderen hierin beschriebenen mechanischen System implementiert werden. Das heißt, ein mechanisches System gemäß Ausführungsbeispielen kann eine Biegewandlerstruktur aufweisen, die konfiguriert ist zum nichtlinearen Verformen auf der Basis einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal und/oder zum nichtlinearen Bereitstellen eines elektrischen Signals ansprechend auf eine ausgeübte äußere Kraft, die die Biegung bewirkt. Das mechanische System weist eine Anpassungsstruktur auf, die mechanisch an die Biegewandlerstruktur gekoppelt ist, wobei die Biegung und eine Verformung der Anpassungsstruktur in kausaler Korrelation zueinander stehen, wobei die Verformung der Anpassungsstruktur für eine nichtlineare Kraft für die Biegewandlerstruktur sorgt, die die Größenordnung der Nichtlinearität in einer Gesamtantwort des mechanischen Systems reduziert, beispielsweise die Biegung linearisiert, d. h. eine lineare Feder zur Folge hat oder für eine gewünschte Nichtlinearität sorgt. Im Fall von Federkonfigurationen wird eine Linearisierung nicht notwendigerweise in jedem Fall für das komplette Antwortregime erhalten. Jedoch ist im Vergleich zu Systemen ohne Feder, d. h. federlose Systeme, eine Reduzierung einer Nichtlinearität in der Gesamtantwort vorhanden.
  • Mit anderen Worten zeigt 6b eine beispielhafte Zellbiegekrümmung im Vergleich zu einer Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus einer Finite-Element-Verfahren-(FEM)-Simulation identischer zweikuppliger Zellgeometrien mit ausreichenden (T2) / unzureichenden (T1) Dicken der Isolatorschicht in den Luftzwischenräumen, um eine Kontaktbildung / keine Kontaktbildung in dem Bereich der anlegbaren Spannung zu erhalten. Die beispielhafte Zellbiegekrümmung wird dann gegenüber der Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus FEM-Simulationen identischer zweikuppliger Zellgeometrien (selbe Zelle wie in 6a gezeigt) mit ausreichenden (T2) / unzureichenden (T1) Dicken von Dielektrikum/Isolator-Schicht in den identischen Luftzwischenräumen und einer Zellgeometrie gezeigt, um eine Kontaktbildung / keine Kontaktbildung in dem Bereich der anlegbaren Spannung zu erhalten. Es ist wichtig zu beachten, dass für den Großteil des Betriebsspannungsbereichs die erzielte Krümmung in dem Kontaktbildungsbereich aufgrund einer kontaktbasierten Funktionsweise durch eine ausreichend dicke dielektrische Schicht (T2) im Vergleich zu einem System ohne Kontaktbildung (T1) selbst bei linearisierter Antwort höher ist.
  • 6c zeigt ein schematisches Diagramm, das dem Diagramm aus 6b ähnelt, wobei eine zusätzliche Kurve 743 eine Version 2 der zweikuppligen Zellgeometrie aus 6b darstellt, wobei die Version, die aufgrund einer unzureichenden Dicke der Isolatorschicht keine Kontaktbildung ausführt, als Version 1 bezeichnet wird, und die Kurve 741, die eine hohe Linearität zeigt, als eine Version 3 dargestellt ist.
  • Mit anderen Worten zeigt 6c eine beispielhafte Zellbiegekrümmung im Vergleich zu einer Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus einer FEM-Simulation unterschiedlicher Versionen von zweikuppligen Zellen, um eine gestaltungsbasierte einstellbare Position einer ersten Kontaktbildung in dem Bereich der anlegbaren Spannung zu erhalten. Die beispielhafte Zellbiegekrümmung ist gegenüber der Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus FEM-Simulationen unterschiedlicher Versionen von zweikuppligen Zellen gezeigt, um eine gestaltungsbasierte einstellbare Position der ersten Kontaktbildung in dem Bereich der anlegbaren Spannung aufzuweisen. Version 1 und 3 gleichen den Zellgestaltungen T1 und T2 aus 6b, während Version 2 eine ähnliche Zellgestaltung wie Version 3 aufweist, jedoch mit größeren Luftzwischenräumen, um den ersten Kontaktbildungspunkt in Bezug auf die angelegte Spannung zu verschieben. Dieser beispielhafte Fall zeigt die hohe Flexibilität hinsichtlich der Gestaltungsmöglichkeiten der vorliegenden Konfigurationen dieser Erfindung zum leichten Abstimmen der Antwort des Systems.
  • 6d zeigt ein schematisches Diagramm mit der normalisierten Spannung an der Ordinate und der normalisierten Krümmung an der Abszisse, um das Verhalten eines produzierten Testmusters der zweikuppligen Zelle, wie beispielsweise in 6a gezeigt ist, im Hinblick auf eine Verformungshysterese zu veranschaulichen. Wie ersichtlich ist, besteht lediglich ein kleiner Unterschied zwischen einem Anlaufverhalten in einem positiven Zyklus, das in Kurve 781 gezeigt ist, und einem Ablaufverhalten in dem positiven Zyklus, das in Kurve 782 gezeigt ist, das heißt, dass eine kleine Hysterese vorhanden ist, was konform mit der in Kurve 783 veranschaulichten FEM-Simulation ist. Die Kurven 781, 782 und 783 beziehen sich beispielsweise auf Version 3 aus 6c.
  • Mit anderen Worten zeigt 6d eine beispielhafte Zellenbiegekrümmung im Vergleich zu einer Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus einer FEM-Simulation und experimentellen Messungen produzierter Testmuster einer zweikuppligen Zelle, welche eine vernachlässigbare Krümmungshysterese in einer Vorwärts- und Rückwärtsevolution eines Kontakts bei Spannungsanlauf und -ablauf demonstriert. Die beispielhafte Zellenbiegekrümmung ist gezeigt gegenüber der Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus einer FEM-Simulation und experimentellen Messungen eines produzierten Testmusters einer zweikuppligen Zelle (selbe Geometrie wie 6a, 6b-T2 und 6c, Version 3) gezeigt, wobei eine vernachlässigbare Biegungskrümmungshysterese in einer Vorwärts- und Rückwärtsevolution eines Kontakts mit Spannungsanlauf und -ablauf demonstriert wird. Die experimentellen Ergebnisse zeigen praktisch, dass die erwartete vernachlässigbare Bewegungshysterese (die für gewöhnlich aufgrund einer Haftreibung zwischen kontaktierenden Oberflächen oder Aufladungsproblemen während Zyklen der Reißverschlussfunktion und der Lösung der Reißverschlussfunktion auftritt), und veranschaulicht außerdem eine Reproduzierbarkeit und Verlässlichkeit einer Leistung der Systeme.
  • 6e zeigt ein schematisches Diagramm, der erneut die normalisierte Spannung an der Ordinate und die normalisierte Krümmung des mechanischen Systems 601, Kurven 781 und 782 aus 6d, zeigt. Mit anderen Worten zeigt 6e eine beispielhafte Zellenbiegekrümmung im Vergleich zu einer Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus experimentellen Messungen produzierter Testmuster einer zweikuppligen Zelle, welche eine vernachlässigbare Aufladungswirkung in aufeinanderfolgenden Anläufen positiver und negativer Spannungszyklen demonstriert. Die beispielhafte Zellenbiegekrümmung ist im Vergleich zu der Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf Maximalwerte) aus experimentellen Messungen produzierter Testmuster einer zweikuppligen Zelle gezeigt (selbe Geometrie wie 6a, 6b-T2 und 6c, Version 3), welche eine vernachlässigbare Aufladungswirkung in aufeinanderfolgenden Anläufen positiver und negativer Spannungszyklen demonstriert.
  • Während zumindest einige der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele die Anpassungsstruktur 18 dahingehend zeigen, dass diese zumindest teilweise oder sogar vollständig in dem Volumen 24, das durch die Biegewandlerstruktur definiert ist, angeordnet ist, ist solch eine Implementierung nicht erforderlich, wie beispielsweise in Verbindung mit 1a und 1b beschrieben ist.
  • 7a zeigt eine schematische Ansicht eines Biegewandlers oder eines mechanischen Systems 701 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem die Anpassungsstruktur 18 zumindest teilweise außerhalb des Volumens 24 bzw. eines aktiven Bereichs des Wandlers angeordnet ist. Beispielsweise kann die Anpassungsstruktur 18 eine oder mehrere Biegebalkenstrukturen 841, 842 derselben oder unterschiedlicher Dicke aufweisen, d. h. eine Erstreckung entlang der y-Richtung. Beide Enden davon sind mit der Biegewandlerstruktur 12 verbunden, was beispielsweise umfasst, dass die gemeinsamen Bereiche der Klemmung 281 und 282 vorhanden sind, wobei zumindest ein erstes Ende 861, das mit der Klemmung 281 verbunden ist oder Teil der Klemmung 281 ist, auch mit dem gemeinsamen Substrat 66 verbunden sein kann, ohne die Vorteile der vorliegenden Erfindung zu verlieren. Auch wenn das Ende 861 mit dem Substrat 66 kontaktiert wird, ist dies dennoch dahingehend zu verstehen, dass das Ende 861 mit der Biegewandlerstruktur 12, beispielsweise über das Substrat 66, verbunden wird. Die Anpassungsstruktur 18 ist konfiguriert zum Bereitstellen der Anpassungsbildung, z. B. Biegung, als eine Biegung der Biegebalkenstrukturen 841 und 842.
  • Wie bei anderen Ausführungsbeispielen für die Kontaktbildung zwischen der Anpassungsstruktur und der Biegewandlerstruktur beschrieben worden ist, kann die Kontaktbildung in dem mechanischen System 701 zwischen den Biegebalkenstrukturen 841 und 842 auf der Basis von Bewegungen 341 und 342 entlang einer selben Richtung (+y) erfolgen, um beispielsweise für die Kontaktbildung an der Ebene A-A' zu sorgen, was entlang von Kontaktevolutionsrichtungen 441 und 442 zunimmt. An einer Stelle einer Kontaktbildung in Kontaktflächen 22a/22b, beispielsweise Ebene A-A', können sich die Biegeelemente 261 und 262 aufeinander zu bewegen, wie durch die Richtung von Bewegungspfeilen 881 und 882 gezeigt ist. Die Biegeelemente 261 und 262 können beispielsweise für einen Kontakt dazwischen sorgen, dies ist jedoch nicht erforderlich. Ob ein Kontakt bereitgestellt wird oder nicht, kann zumindest teilweise von der Amplitude der Auslenkung entlang der Biegerichtung 14 und/oder einer Größe des Zwischenraums 38 abhängen, beispielsweise ein Abstand der Biegeelemente 261 und 262 entlang der +y-Richtung.
  • Es gilt als allgemeine Bedingung, dass 842 dünner als 841 sein sollte. Beispielsweise kann die äußerste Biegung 842, aufgrund ihrer am weitesten entfernten Position von einer neutralen Faser der Zelle (insbesondere im Vergleich zu 841), das maximale Druckbiegemoment erfahren, und somit wird ihre nach innen gerichtete Biegung stärker sein als im Vergleich zu 841, insbesondere, wenn sie eine niedrigere Biegesteifheit als 841 aufweist. Falls 842 dünner ist, wird sie eine viel niedrigere Steifheit hin zum Biegen aufweisen, und somit wird ihre nach innen gerichtete Biegung wesentlich stärker als die von 841 sein, und somit wird eine Kontaktbildung mit 841 auf zuverlässige und schnelle Weise bei Biegung erzielt (was wiederum zur Erhöhung einer Zellsteifheit auf nichtlineare Weise bei Biegung erforderlich ist).
  • Der Luftzwischenraum 92 wird zwei wichtige Punkte beeinflussen: 1) Je größer der Zwischenraum 92 ist, desto stärker erfährt 842 ein Druckbiegemoment in Bezug auf 841 (und somit die nach innen gerichtete Auslenkungsgröße für eine feste Biegesteifheit jeder Biegung/Beugung), andererseits gilt: 2) Je größer der Zwischenraum ist, desto mehr muss die Biegung 842 sich nach innen in Bezug auf 841 bewegen, um eine erste Kontaktbildung zu erhalten.
  • Für gewöhnlich ist der effektivste Fall einer Zellbiegung und Kontaktbildung dann, wenn beide Zwischenräume 92 und 38 so klein wie möglich sind (je nach verwendetem Herstellungsprozess) und ein Zwischenraum 92 kleiner ist als 38, so dass die Kontaktbildung bei niedrigeren Spannungen auftritt und höhere elektrostatische Kräfte, und somit ein höheres Biegemoment, bei niedrigeren angelegten Spannungen (für den Zwischenraum 38) erzeugt werden kann. Außerdem wird die nach innen gerichtete Auslenkung von 842 durch die Verwendung einer viel dünneren 842 mit einer längeren Länge im Vergleich zu 841 wesentlich erhöht, um eine schnellere und zuverlässige Kontaktbildung herzustellen. Dies zeigt sich auch in 7a.
  • Ein Zwischenraum 92, der zwischen den Biegeelementen 841 und 842 der Anpassungsstruktur 18 angeordnet ist, kann im Hinblick auf den Abstand zwischen den Biegebalken 841 und 842 entlang der +y-Richtung angepasst sein, um die Amplitude der Auslenkung zu bestimmen, die für den ersten Kontakt und somit für den Linearisierungseffekt sorgt. Während der Biegung der Biegewandlerstruktur 12 ist die Anpassungsstruktur 18 konfiguriert zum Bilden eines Kontakts zwischen den Biegebalkenstrukturen 841 und 842 in einer Kontaktfläche 22a/22b, die mit einer Erhöhung einer Biegeamplitude der Biegewandlerstruktur entlang der Biegerichtung zunimmt. Das Kontaktieren der Enden 861 und 862 mit der Klemmung und/oder mit dem Material eines Biegeelements 261 oder 262 kann es ermöglichen, dass die Biegebalkenelemente 841 und/oder 842 im Vergleich zu dem benachbarten Biegeelement 261, 262 auf einem gleichen Potenzial sind. Dies ist jedoch unproblematisch, da ein mechanischer Kontakt nicht zu Kurzschlüssen oder dergleichen führt.
  • Mit anderen Worten zeigt 7a eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit einer dedizierten Struktur zur Kontaktbildung und -evolution außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums und einer Vermeidung eines obligatorischen Isolator-basierten Kontakts für flexible Gestaltungsmöglichkeiten und einer weiteren Reduzierung von Reibungswahrscheinlichkeiten zwischen Kontaktoberflächen aufgrund jeglicher direkten Aufladung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist eine dedizierte Struktur zur Kontaktbildung und -evolution außerhalb des elektrostatischen Zwischenraums auf und vermeidet einen obligatorischen Isolator-basierten Kontakt für flexible Gestaltungsmöglichkeiten und einer weiteren Reduzierung von Haftreibungswahrscheinlichkeiten zwischen Kontaktoberflächen aufgrund einer Aufladung einer dielektrischen Schicht oder einer elektrostatischen Aufladung einer Kontaktoberfläche, da Kontaktoberflächen ohne jegliche dielektrische Schicht dazwischen bei derselben Spannung sein werden. Während der Biegung einer Zelle bei Betätigung biegen sich beide strukturellen Balken 841 und 842 nach innen (341 bzw. 342). Die nach innen gerichtete Bewegung von 842 (342) wird stärker sein als die von 841 (341), da 842 dahingehend gestaltet ist, eine viel niedrigere Steifheit (mit reduzierter Breite, längerer Länge, usw.) aufzuweisen als 841, und außerdem weiter von der neutralen Faser der Zellgeometrie im Vergleich zu 841 platziert ist, und im Vergleich zu 841 somit einer stärkeren Biegung in der Richtung 342 unterzogen wird. Dies hat eine Kontaktbildung bei einem erforderlichen Betätigungsspannungspegel aufgrund einer Zellbiegung zur Folge. Die Kontaktbildung und ihre Ausbreitung (441 und 442) bei Zellbetätigung und darauffolgender Zellbiegung hat eine Erhöhung der Gesamtzellsteifheit zur Folge, was dazu verwendet werden kann, der Nichtlinearität entgegenzuwirken, die aus den zunehmenden elektrostatischen Kräften bei angelegter Betätigungsspannung in dem elektrostatischen Zwischenraum 38 aufkommen. Die Kontaktoberflächen weisen in diesem Fall wesentlich reduzierte Wahrscheinlichkeiten einer Haftreibung auf, da die Kontaktoberflächen kein Dielektrikum zwischen denselben aufweisen und auch bei demselben Spannungspegel gehalten werden, womit Haftreibungswahrscheinlichkeiten aufgrund von einer dielektrischen Aufladung oder elektrostatischen Kräften, die aus jeglicher zurückgehaltenen Potenzialdifferenz stammen, negiert werden. Haftreibung aufgrund von Anhaftung zwischen den Kontaktoberflächen kann, falls erforderlich, durch die Verwendung strukturierter Oberflächen (ähnlich wie die Strukturierung, die in 3d, 3e, 3f oder 3g gezeigt ist) weiter reduziert werden, um die effektive Kontaktoberfläche zu begrenzen.
  • 7b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 702, das kürzere Biegebalken 841 und 842 im Vergleich zu dem mechanischen System 701 aufweist, was zu Versätzen 941 und/oder 942 führen kann, so dass die Anpassungsstruktur 18 die Biegewandlerstruktur 12 näher zu einer Mitte, beispielsweise näher zu der A-A'-Ebene, kontaktiert. Die Versätze 941 und 942 können unabhängig implementiert werden, das heißt lediglich einer oder beide Versätze können vorhanden sein und/oder die Versätze 941 und 942 können sich im Hinblick auf ihre Größe unterscheiden, was einen weiteren Freiheitsgrad im Hinblick auf die Normalisierung einer Kombination von Zellen 702, beispielsweise in Kombination mit anderen Zellen, ermöglichen kann.
  • Mit anderen Worten zeigt 7b eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit einer verschobenen Position der dedizierten Struktur zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums 38, um das Auftreten des ersten Kontakts und seiner Evolution mit der angelegten Betätigungsspannung zu ändern, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist eine verschobene Position der dedizierten Struktur (zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums) auf, um das Auftreten des ersten Kontakts und seine Evolution mit der angelegten Betätigungsspannung zu verschieben. Dies wird mit der Hilfe eines kumulativen Effekts der Positionsverschiebung der Biegebalken 841 und 842 in Bezug auf eine neutrale Faser der Zelle und einen direkten Einfluss auf die Biegung der Bodenelektrode bei der angelegten Spannung erzielt, da die Kontaktbildung und -verbreitung (441 und 442) auch die Biegeverformung der Bodenelektrode 1b bei angelegter Spannung einschränken werden, insbesondere an der höchsten Verformung der elektrostatischen Zwischenraums (38) auf der Ebene AA in der Richtung 882. Dies beeinflusst die Systemantwort hauptsächlich auf zwei Weisen, erstens aufgrund einer Erhöhung der Gesamtzellsteifheit bei Kontaktbildung und ihrer Verbreitung, und zweitens durch die Einschränkung der Erzeugung der elektrostatischen Kraft in dem Zwischenraum 38 durch die Einschränkung der lokalen Zwischenraumreduzierung, insbesondere aus der Richtung 882 an der AA'-Ebene, im Vergleich zu Fällen, wo es keine direkte Rückkopplung von mechanischer Kopplung mit einer Zellbiegung gibt, um die lokalisierte Verformung der Bodenelektrode, und somit des elektrostatischen Zwischenraums zu begrenzen, wie beispielsweise in 7a.
  • Es kann als ein Unterschied zwischen den Strukturen aus 7b und 7a kann angesehen werden, dass die Gesamtbiegesteifheit der Zelle aus 7b (im Vergleich zu 7a) stärker nichtlinear in Bezug auf eine angelegte Spannung zunehmen kann (vorausgesetzt, dass eine Kontaktbildung bei derselben Spannung wie in 7a auftritt, durch Reduzierung der Steifheit der kontaktierenden Beugungen), während außerdem die Reduzierungsrate des Zwischenraums der Elektroden bei höherer Spannung aufgrund einer mechanischen Rückkopplung zu der Bodenelektrode reduziert wird, so dass eine Zuwachsrate der erzeugten elektrostatischen Kräfte auch reduziert wird - somit kann durch das Verschieben der dedizierten Strukturposition nach innen für gewöhnlich die Regime mit höherer Steifheit erhalten werden, während eine Rate von erzeugten elektrostatischen Kräften auch eingeschränkt ist - dies hilft dabei, die Regime von Nichtlinearitäten reduzierter Größenordnung je nach Anforderung in derselben Zellfläche zu modulieren (im Vergleich zu 7a). Außerdem können Zellbalken im Vergleich zu 7a enger parallel gestapelt werden, womit eine optimale Flächenausnutzung und eine bessere Kompaktheit auf Systemebene bereitgestellt werden.
  • Im Hinblick auf die mechanischen Systeme 701 und 702 ist die Anzahl von zwei Biegebalken 841 und 842, die parallel gekoppelt sind, lediglich als Beispiel ausgewählt. Die Anzahl kann sich unterscheiden, beispielsweise mehr als zwei sein, beispielsweise 3, 4, 5 oder eine höhere Anzahl. Gemäß einem Ausführungsbeispiel kann die Anzahl an Biegeelementen auch 1 sein, wenn beispielsweise eine Federstruktur enthalten ist, wie in Verbindung mit 7c beschrieben ist, die eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 703 zeigt, wobei die Anpassungsstruktur 18 die Biegebalkenstrukturen 841 und 842 aufweist, die in Reihe angeordnet sind und eine dazwischen angeordnete Federstruktur 96 aufweisen. Die Federstruktur 96 kann dazu angepasst sein, einen Abstand zu der Biegewandlerstruktur 12 in einem nicht ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems lokal zu verringern, beispielsweise indem dieselbe lokal auf die Biegewandlerstruktur 12 zeigt. Beispielsweise kann die Federstruktur 12 zwei oder mehr gebogene verformbare Elemente 961, 962 aufweisen, die beispielsweise eine gekrümmte Form aufweisen. Die gekrümmten Formen können einander so kontaktieren, dass sie eine Spitze in dem Kontaktbereich bilden, wobei die Spitze in dem gezeigten Beispiel auf die Biegewandlerstruktur 12 zeigt.
  • Die Federstruktur 96 kann eine linearisierte Federeigenschaft aufweisen, beispielsweise durch das Implementieren einer doppelkurvigen Implementierung, die mit einer Reißverschlusskontaktfläche in dem Zwischenraum 92 gezeigt ist. Die Federstruktur 96 kann dazu konfiguriert sein, einen mechanischen Kontakt mit der Biegewandlerstruktur 12 zu bilden, beispielsweise indem die Amplitude der Auslenkung entlang der Biegerichtung 14 hoch genug ist. Aus dem gezeigten Zustand kann eine Auslenkung entlang der Biegerichtung 14 auf der Basis der mechanischen Kopplung mit der Anpassungsstruktur 18 aufgrund des Transportes von Kräften über die Biegebalken 841 und 842 zu einer Biegung von Federelementen 96, und 962 führen. Es ist zu beachten, dass die Elemente 841 und 84 vorteilhafterweise flexibel sind, damit das mechanische System 703 eine hohe Festigkeit aufweist, dass jedoch auch eine steife Struktur angeordnet sein kann, um Kräfte an die Federstruktur 96 zu transportieren. Das Biegen der Biegewandlerstruktur 12 entlang der Biegerichtung 14 kann Bewegungen 341 und 342 der Federelemente 961 hin zueinander verursachen, um die Fläche der Kontaktbildung 22 zu erhöhen. Gleichzeitig kann sich die Federstruktur, beispielsweise eine Spitze derselben, entlang einer Richtung 44 hin zu der Biegewandlerstruktur 12 bewegen, beispielsweise bis ein mechanischer Kontakt auftritt, wobei der mechanische Kontakt möglich ist, jedoch nicht notwendig ist.
  • Mit anderen Worten zeigt 7c eine beispielhafte Zellkonfiguration mit einer dedizierten Struktur zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums 38 mit einer geführten Kontaktbildung und einer Evolution zur schnelleren ersten Kontaktbildung mit der angelegten Betätigungsspannung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die Beispielhafte Zellkonfiguration weist eine dedizierte Struktur (zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums) mit einer geführten Kontaktbildung und -evolution zur schnelleren ersten Kontaktbildung bei der angelegten Betätigungsspannung auf. Die Führung in der Balkenstruktur (841/842) hilft bei einem reibungslosen und schnellen Übergang in eine Kontaktbildung (341 und 342) und eine Kontaktverteilung (44) in dem Zwischenraum 92. Auf der Basis der geführten Formkrümmung und -dicke 841/842 kann die Kontaktbildung und -verbreitung und ihre Auswirkung auf die Zellbiegungssteifheit reguliert werden.
  • Ein Vorteil der Struktur gemäß der 7c im Vergleich zu der 7a-b kann darin liegen, dass die Kontaktbildung durch die Elemente 961, 962 vorgeführt und schneller ist, um eine selbe Große an Biegeauslenkung wie in 7a-b zu erreichen. Außerdem wird die Rate eines Zuwachses einer Steifheit mit dem Biegen bei einer Kontaktverbreitung in Bezug auf 7a für ähnliche Dickenbeugungen für gewöhnlich höher sein.
  • 7d eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 704 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 703 ist ein weiterer Biegebalken 843 zwischen den Biegebalken 841, 842 angeordnet, wobei eine Federstruktur 96 auf der einen Seite und der Biegewandler 12 auf der anderen Seite ist. Dies kann äquivalent sein zu der Anordnung der Federstruktur 96 in dem Biegebalkenelement 842 des mechanischen Systems 702, möglicherweise in Verbindung mit der Erhöhung eines Abstands zwischen den Biegebalken 841 und 842 darin. Im Vergleich zum mechanischen System 703 kontaktiert die Federstruktur 96 möglicherweise die Biegewandlerstruktur 12 nicht, sondern das Biegebalkenelement 843, um für den zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu sorgen. Die Federstruktur 96 des mechanischen Systems 703 und 704 kann zwei Biegeelemente 961 und 962 aufweisen, die einander zugewandt sind und an einem Verbindungsbereich 98 miteinander verbunden sind. Die Federstruktur 96 ist konfiguriert zum Erhöhen einer Kontaktfläche zwischen den zwei Biegeelementen 961 und 962 mit einer Erhöhung der Biegung der Biegewanderstruktur 12, beispielsweise ausgehend von dem Verbindungsbereich 98.
  • Die Anpassungsstruktur 18, die die Federstruktur aufweist, kann mechanisch an der Biegewandlerstruktur 12 befestigt sein und an dem Substrat 66, das die Biegewandlerstruktur 12 trägt, getragen werden. Dies kann beispielsweise erreicht werden, wenn die Biegewandlerstruktur 96 in die Anpassungsstruktur 18, die die Biegewandlerstruktur 12 oder das Substrat 66 kontaktiert, aufgenommen wird, um mechanisch parallel mit der Biegewandlerstruktur 12 kontaktiert zu werden.
  • Mit anderen Worten zeigt 7d eine beispielhafte Zellkonfiguration mit einer dedizierten Struktur zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Zwischenraums 38 durch die Kontaktbildung und -evolution zur schnelleren ersten Kontaktbildung und mit mechanischer Biegekopplung zu einer Biegeelektrode, um eine schnellere Ausbreitung der Kontaktevolution einzuschränken und eine Größenordnung einer Nichtlinearität der Zellversteifung bei Betätigung zu erhöhen, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist eine dedizierte Struktur (zur Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Luftzwischenraums) mit einer geführten Kontaktbildung und -evolution zur schnelleren ersten Kontaktbildung und mit einer mechanischen Biegekopplung zu einer Biegeelektrode auf, um eine schnellere Ausbreitung der Kontaktevolution einzuschränken und eine Größenordnung einer Nichtlinearität einer Zellversteifung bei Betätigung zu erhöhen. Die Balkenstruktur 843 schränkt beim Biegen auf die Erzeugung der elektrostatischen Kraft in dem Zwischenraum 38 ein, indem die lokalen Zwischenraumreduzierung, insbesondere aus der Richtung 882 auf der A-A'-Ebene, aufgrund einer direkten Kopplung mit der Bodenelektrode 262 eingeschränkt wird. Im Vergleich zu 7c sorgt die Struktur gemäß 7d für eine vorteilhafte Einbindung einer mechanischen Rückkopplung.
  • 8 zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 801 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine unterschiedliche Implementierung einer Federstruktur 102 zeigt. Die Federstruktur 102 kann als Biegebalkenstruktur, die parallel an zumindest eine Biegebalkenstruktur 261 oder 262 der Biegewandlerstruktur 12 gekoppelt ist, implementiert werden. Bei den Beispielen des mechanischen Systems 801 kann die Biegebalkenstruktur, die durch eine Reihenverbindung unterschiedlicher Biegebalken 841, 842 und 843 gebildet ist, eine lokale Versteifung aufweisen, beispielsweise auf der Basis einer erhöhten Steifheit des Biegebalkenelements 842. Dadurch kann das Biegebalkenelement 842 im Vergleich zu den Biegebalkenelementen 841 und 843 steifer sein. Ein ähnliches oder komplementäres Verhalten kann erhalten werden, um eine lokale Schwächung an Stelle einer lokalen Versteifung zwischen den Enden 861 und 862 zu implementieren.
  • Die in dem Balkenelement 842 implementierte lokale Versteifung kann es ermöglichen, eine Kontaktbildung mit der Biegewandlerstruktur 12 zu vermeiden.
  • Mit anderen Worten zeigt 8a eine beispielhafte Basiszellkonfiguration mit einer nichtlinearen Federkonfiguration 102, die aus einem strukturellen Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie zur Erzeugung einer nichtlinearen Versteifung der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellkonfiguration weist eine nichtlineare Federkonfiguration 102 auf, die aus einem strukturellen Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution. Die Nichtlinearität der Federkonfiguration kann in der Biegerichtung durch unterschiedliche Gestaltungsparameter der Federkonfiguration reguliert werden, beispielsweise durch die Dicke und Länge der Abschnitte 841, 843 und 842. Diese Konfiguration ist insbesondere nützlich, wenn die Steifheit der Zelle ohne kontaktbasierte Funktionsweise erhöht werden muss, wenn beispielsweise keine Störung in der Frequenzantwort der Zelle erforderlich ist, die aufgrund einer plötzlicher Kontaktbildung oder ihrer Ausbreitung auftreten kann, während der Nichtlinearität der Antwort der Zelle bei Betätigung entgegengewirkt wird.
  • 8b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 802 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 801 weist eine Federstruktur 102' eine Mehrzahl von geschichteten Biegebalkenstrukturen oder eine geschichtete Anordnung von Biegebalkenstrukturen auf, wobei die Anordnung zwischen stützenden Biegebalken 841 bzw. 842 und der Biegewandlerstruktur kontaktiert ist.
  • Verbindungselemente 1041 bis 1045 können dazu angepasst sein, unterschiedliche Schichten der Biegebalkenelemente 841/842 einerseits und 843 andererseits zu verbinden und/oder Biegebalken mit der Biegewandlerstruktur zu verbinden. Die Verbindungselemente 1041 bis 1045 können flexibel oder steif sein. Ein Zwischenraum zwischen Biegebalkenelementen 841 und 842, der außerplanar durch das Biegebalkenelement 843 geschlossen ist, ermöglicht es, dass sich Ränder 1061 und 1062 der Biegebalkenelemente 841 und 842 diagonal oder geneigt entlang von Richtungen 1081 bzw. 1082 bewegen.
  • Mit anderen Worten zeigt 8b eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit einer nichtlinearen Federkonfiguration, die aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie mit einer mechanischen Biegekopplung zu Biegeelektroden zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in Zellen ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist eine nichtlineare Federkonfiguration 102', die aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie mit einer mechanischen Biegekopplung zur Biegeelektrode zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution auf. Die mechanische Kopplung (841 und 842) hat einen direkten Einfluss auf die Biegung der Bodenelektrode bei der angelegten Spannung und schränkt die Biegeverformung der Bodenelektrode 262 bei angelegter Betätigungsspannung ein, insbesondere an der höchsten Verformung des elektrostatischen Zwischenraums (38) an der Ebene A-A' in der Richtung 882. Dies beeinflusst die Systemantwort erneut hauptsächlich auf zwei Weisen, erstens aufgrund einer Erhöhung der Gesamtzellsteifheit beim Biegen der nichtlinearen Feder und zweitens durch die Einschränkung der Erzeugung der elektrostatischen Kraft in dem Zwischenraum 38 durch das Einschränken der lokalisierten Zwischenraumreduzierung, insbesondere aus der Richtung 882 auf der A-A'-Ebene, im Vergleich zu Fällen, wenn es keine direkte Mechanische-Kopplung-Rückkopplung mit Zellbiegung gibt, um die lokalisierte Verformung der Bodenelektrode und somit des elektrostatischen Zwischenraums einzuschränken, beispielsweise wie in 8a.
  • 8c zeigt ein schematisches Diagramm zum Vergleich von Kurven 1121 und 1122, wobei Biegekrümmungen über eine normalisierte Spannung an der Abszisse veranschaulicht und eine normalisierte Krümmung an der Ordinate des Diagramms veranschaulicht werden. Während die Kurve 1121 eine Gekoppelte-Biegung-Dicke T1 zeigt, die kleiner ist als eine Gekoppelte-Biegung-Dicke T2 in Kurve 1122, und sich auf das mechanische System 802 bezieht, ist ersichtlich, dass die stark nichtlineare Antwort der geringeren Dicke T1 in Kurve 1122 linearer wird, so dass es lineare Bereiche 1141 und 1142 gibt, in denen das Verhalten stark linear ist. Obwohl dies eine niedrigere Amplitude der Krümmung zur Folge hat, ist das Verhalten vorteilhafterweise linear.
  • Mit anderen Worten zeigt 8c eine Zellbiegekrümmung im Vergleich zu einer Betätigungsspannung, die in Bezug auf Maximalwerte normalisiert ist, aus FEM-Simulationen der in 8b gezeigten beispielhaften Zellenkonfigurationen mit identischen Zellen, jedoch mechanischen Biegekopplungen geringerer und höherer Dicken, um die Größenordnung einer Nichtlinearitätsantwort in einem erforderlichen Spannungsbereich zu ändern. Die Biegekopplungen beziehen sich beispielsweise auf Elemente 841 und 842. Die beispielhafte Zellbiegekrümmung ist gezeigt im Vergleich zu der Betätigungsspannung (normalisiert in Bezug auf die Maximalwerte) aus FEM-Simulationen einer in 8b gezeigten beispielhafte Zellenkonfiguration mit identischen Zellen, jedoch mechanischen Biegekopplungen (841 und 842) von gleichförmig geringeren (T1) und größeren Dicken (T2), um die Größenordnung einer Nichtlinearität der Antwort in einem erforderlichen Spannungsbereich zu ändern. Die mechanische Kopplung kann dahingehend gestaltet sein, unterschiedliche Dicken und aufeinandertreffende Stellen ihrer Teile aufzuweisen, um die Reduktion der Nichtlinearitätsgrößenordnung je nach Anforderung in einem bestimmten Bereich zu modulieren. Obwohl die erzielte Biegekrümmung im Fall einer reduzierten Nichtlinearität für diese Strukturen immer geringer ist (da es keine Dielektrikum/Isolator-basierte Kontaktbildung in dem verwendeten elektrostatischen Zwischenraum gibt), ist es wichtig, zu beachten, dass die Größenordnung der Nichtlinearität wesentlich reduziert werden kann, während kein Kontaktbasierter Betrieb vorhanden ist, d. h. ohne jegliche Möglichkeiten von Problemen von Haftreibung oder dielektrischer Aufladung, zusammen mit einer höheren Steifheit bei angelegtem Betätigungssignal.
  • 8d zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 804 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 802 ist eine Mehrzahl von Federstrukturen 102' angeordnet, beispielsweise drei Federstrukturen 102'1 bis 102'3. Diese können über eine Biegebalkenstruktur 841 verbunden sein, die eine gerade oder, wie gezeigt, eine gebogene Krümmung aufweisen kann. Dadurch, dass das Biegebalkenelement 841 die Federstrukturen 102'1 bis 102'3 als gekrümmte Struktur verbindet und trägt, möglicherweise im Wesentlichen parallel im Vergleich zu den Biegebalkenelementen 261 bis 262, können Bewegungen 1161, 1162 und 1163 beispielsweise von Basisabschnitten der Federelemente 102'1 bis 102'3 im Wesentlichen hin zu der Normale der Biegewandlerstruktur 12 gerichtet sein.
  • Eine Anzahl von Federelementen 102' kann 1, 2 oder 3 betragen, oder eine höhere Anzahl sein. Wie gezeigt ist, kann die Anpassungsstruktur 18 eine Federstruktur aufweisen, die mechanisch an der Biegewandlerstruktur 12 befestigt ist und durch eine Biegebalkenstruktur 841 getragen wird, die dazu angepasst ist, sich gemeinsam mit der Biegewandlerstruktur 12 zu biegen. Die Biegewandlerstruktur 12 kann wiederum ein leitfähiges Material aufweisen, so wie die Anpassungsstruktur 18. Die Materialien können gleich sein oder zumindest vergleichbar.
  • Mit anderen Worten zeigt 8d eine beispielhafte Zellenkonfiguration mit verteilter nichtlinearer Federkonfiguration, die aus einem strukturellem Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie mit einer mechanischen Biegekopplung zu Biegeelektroden zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in einer Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Zellenkonfiguration weist eine verteilte nichtlineare Federkonfiguration, die aus einem strukturellem Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie mit einer mechanischen Biegekopplung zu einer Biegeelektrode zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution auf. Aufgrund der verteilten Strukturen (842 - 844 und 841) kann die mechanische Rückkopplung mit der zunehmenden Biegeverformung je nach Anforderung übertragen werden (z. B. in den Richtungen 1161-1163), um den Rückkopplungseffekt auf die lokalisierte Verformung der Bodenelektrode, somit auf die lokalisierte Verformung des elektrostatischen Zwischenraums, zu erweitern, neben der Erhöhung der strukturellen Zellsteifheit. Die Geometrien der Verteilungsstrukturen können für eine gleichförmigere/ungleichförmigere Verteilung der mechanischen Rückkopplung je nach Anforderung geändert werden und/oder mit höheren Anzahlen verwendet werden.
  • Im Vergleich zu 8b sorgt die Struktur gemäß 8d für eine vorteilhafte Einbindung einer konformen Biegung mit einer Mechanische-Rückkopplung-Kopplung. Konforme Federn/Strukturen stellen den Vorteil bereit, dass die Zellbalken im Vergleich zu nicht-konformen Federkonfigurationen enger parallel gestapelt werden können, womit eine optimale Flächennutzung und eine bessere Kompaktheit auf Systemebene bereitgestellt werden.
  • 8e zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 805 gemäß einem Ausführungsbeispiel, das eine symmetrische Anordnung einer Anpassungsstruktur 18 außerhalb der Biegewandlerstruktur 12 aufweist. Ausgehend von dem Zwischenraum 38 als ein innerer Abschnitt des mechanischen Systems 805 ist eine sequenzielle Anordnung verdünnter Biegeelemente 841 und dickerer Elemente 842, die für eine lokale Versteifung sorgen, wie in Verbindung mit 8a beschrieben ist, entlang eines gekrümmten Verlaufs angeordnet, um beispielsweise im Wesentlichen konstante Zwischenräume 921 und 923 an einer Seite der Biegeelemente 261 und 262 gegenüberliegend zu dem Zwischenraum 38 aufzuweisen. Dies kann als sequenzielle Anordnung von Federelementen 102 entlang eines gekrümmten Verlaufs verstanden werden. Mit anderen Worten zeigt 8e eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer nichtlinearen Federkonfiguration, die konform in Bezug auf die Geometrie der Elektrode ist und aus einem strukturellen Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in einer Zelle ohne Kontaktbildung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration weist eine nichtlineare Federkonfiguration auf, die in Bezug auf die Geometrie der Elektrode konform ist und aus einem strukturellen Material der Elektrode/Zelle besteht, in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in einer Zelle ohne Kontaktbildung. Die Zellversteifung wird aufgrund einer höheren Dehnung/Biegung von Biegungen (841) in Bezug auf Elektroden erzielt, da diese die größte Biegung erfahren werden (sie sind am weitesten entfernt von der neutralen Faser der Zelle). Die konforme Form der Biegungen hilft dabei, die Zellfläche optimal zu nutzen, außerdem kann die parallele Zellbalkenstapelung kompakter ausgeführt werden. Es ist wichtig, zu beachten, dass immer eine Kontaktbildungsmöglichkeit zwischen den Biegungen (841) und Elektroden (261, 262) verwendet werden kann, um eine Zellsteifheit bei Betätigung weiter zu modulieren.
  • Im Vergleich zu der Struktur aus 8d kann eine Struktur gemäß 8e für den Vorteil einer besseren Formanpassungsfähigkeit und einer geringeren Flächennutzung zusammen mit der Möglichkeit einer engeren Stapelung sorgen (begleitet von einer Kontaktbildungsmöglichkeit, wie in Verbindung mit 8f beschrieben ist). Konforme Federn/Strukturen bieten den Vorteil, dass Zellbalken im Vergleich zu nichtkonformen Federkonfigurationen enger parallel gestapelt werden können, wodurch eine optimale Flächennutzung und eine bessere Kompaktheit auf Systemebene bereitgestellt werden.
  • 8f zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 806 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 805 können äußere Biegeelemente 841 und 842 beispielsweise eine fortlaufende oder konstante Dicke und/oder Steifheit aufweisen. An diskreten Stellen 1181 und 1182 können die Biegeelemente 841 und 842 der Anpassungsstruktur 18 mechanisch an den Biegebalkenelementen 261 bzw. 262 befestigt sein oder dieselben kontaktieren. Dies ermöglicht eine relative Biegung oder Bewegung 116 hin zu der Biegewandlerstruktur mit einer höchsten Amplitude zwischen den befestigten Stellen, z. B. an den Ebenen B-B' oder C-C'.
  • Die Biegewandlerstruktur 12 kann ein erstes und ein zweites Element 261 und 262 aufweisen, die parallel gekoppelt sind. Die Anpassungsstruktur 18 kann zumindest ein erstes Anpassungselement 841 und ein zweites Anpassungselement 841 oder 842 aufweisen, optional das andere gezeigte Element. Diese Anpassungselemente können parallel mechanisch an das Biegeelement 261 bzw. 262 gekoppelt sein, während dieselben Zwischenräume 921 und/oder 922 bilden. Das mechanische System 906 kann mit oder ohne Kontaktbildung an den Ebenen B-B' und/oder C-C' implementiert sein. Eine Kontaktbildung kann beispielsweise in den Zwischenräumen 921 und 922 verwendet werden, um die Änderung der Zellsteifheit bei Biegung (in Abhängigkeit von der Kontaktbildung zu erhöhen oder zu verringern), eine Verbreitung und ihren Effekt auf die Zunahme des elektrostatischen Zwischenraums 38 aufgrund der mechanischen Rückkopplung von der äußeren Struktur, die gegen die inneren Elektroden drückt, zu verändern. Aufgrund des mechanischen Drucks kann sich an einer Stelle der lokale Luftzwischenraum in dem elektrostatischen Zwischenraum 38 reduzieren, wodurch die Nichtlinearität erhöht wird, statt sie zu verringern, da die lokale Minimierung des Zwischenraums aufgrund des Kontakts nach einer bestimmten Zeitdauer stärker als die Zunahme der mechanischen Steifheit dominieren wird. Beispielsweise kann die Konfiguration in einem Normalbetrieb in einer alternativen Implementierung keine Kontaktbildung verwenden. In solch einer Konfiguration gibt es beispielsweise lediglich ausdehnbare konforme Federn, um eine Steifheit auf lineare oder nichtlineare Weise mit einer mechanischen Ausdehnung (äußerste/innerste Strukturen werden sich am meisten ausdehnen) aufgrund der Biegung zu erhöhen.
  • Der Betrieb ohne Kontaktbildung kann als ein Normalbetrieb verstanden werden, in dem die Konfiguration oder die mechanischen Elemente ohne Kontaktbildung (z. B. lediglich als ausdehnbare konforme Federn) zu verwenden sind, um eine Steifheit (linear/nichtlinear) bei mechanischer Ausdehnung (äußerste/innerste Strukturen werden sich am meisten ausdehnen) aufgrund einer Biegung zu erhöhen.
  • Konforme Federn/Strukturen bieten den Vorteil, dass Zellbalken im Vergleich zu nichtkonformen Federkonfigurationen enger parallel gestapelt werden können, wodurch eine optimale Flächenausnutzung und bessere Kompaktheit auf Systemebene bereitgestellt wird.
  • Jedoch kann auch eine Kontaktbildung in diesen Zwischenräumen verwendet werden, um die Änderung der Zellsteifheit bei Biegung zu verändern. Ob jedoch die Nichtlinearität der Antwort in einem bestimmten Betriebsbereich zunehmen oder abnehmen wird, hängt von der Kontaktbildung, -verbreitung und ihrem Effekt auf die Verringerung des elektrostatischen Zwischenraums 921 aufgrund einer mechanischen Rückkopplung von einer äußeren Struktur ab, die gegen die inneren Elektroden drückt. Aufgrund des mechanischen Drucks kann sich an einer Stelle der lokale Luftzwischenraum in dem Bereich des elektrostatischen Zwischenraums verkleinern, wodurch die Nichtlinearität erhöht wird, statt sie zu verringern, da die lokale Minimierung des Zwischenraums aufgrund des Kontakts nach einer bestimmten Zeitdauer mehr dominieren wird als die Zunahme der mechanischen Steifheit. Die Änderung der Gesamtantwort hängt stark von der geometrischen Gestaltung der Zelle (verwendete Luftzwischenräume, Dicke der Elektroden, Federgestaltung usw.), der angelegten Spannung, der lokalisierten Kontaktbildung, des lokalen Drucks und seines Effekts auf 921, usw. ab. Auf der Basis davon kann die Nichtlinearität der Antwort dahingehend abgestimmt werden, für einen bestimmten Bereich einer angelegten Spannung nach Kontaktbildung mehr oder weniger groß zu sein.
  • Falls die Gestaltungen einer konformen Federkonfiguration (z. B. 8f oder 8e) mit Gestaltungen von Kontaktbildungszellen (z. B. wie in 2a oder 6a gezeigt) zu kombinieren sind, dann kann alternativ dazu die Kontaktbildung in äußeren Federzwischenräumen dazu verwendet werden, eine erste Kontaktbildung in dem elektrostatischen Zwischenraum 921 schneller zu erzeugen (da der Druck auf die lokalen Luftzwischenräume dabei hilft, einen Kontakt früher zu erreichen), während eine höhere Gesamtzellsteifheit bei Biegung aufgrund einer Kontaktbildung und -verbreitung in der äußeren Feder und in einem inneren elektrostatischen Zwischenraum erzielt werden kann, wodurch eine noch schnellere und effektive Linearisierung sichergestellt wird. Jedoch kann der Vorteil der reduzierten Aufladung aus 8f zumindest teilweise verlorengehen.
  • Mit anderen Worten zeigt 8f eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit nichtlinearer Federkonfiguration konform in Bezug auf die Elektroden und mit direkter struktureller Verbindung mit Biegeelektroden und bestehend aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie, um eine nichtlineare Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung zu erzeugen, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration umfasst eine nichtlineare Federkonfiguration konform in Bezug auf die Elektroden und eine direkte strukturelle Verbindung mit Biegeelektroden und bestehend aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung. Die Zellversteifung wird hauptsächlich durch eine höhere Dehnung/Biegung von Biegungen (841, 842) in Bezug auf Elektroden erzielt, da sie die größte Biegung erfahren (sie sind am weitesten entfernt von der neutralen Phase der Zelle), und mit einem schnelleren Übergang in ein Regime einer nichtlinearen Biegesteifheit aufgrund einer strukturellen Verbindung mit Elektroden (1181, 1182), die als Quasiklemmung agieren können, im Vergleich zu Fällen ohne diese, z. B. 8e. Die konforme Form der Biegungen hilft dabei, die Zellfläche optimal zu nutzen, außerdem kann die parallele Stapelung der Zellbalken kompakter erfolgen. Es ist wichtig, zu beachten, dass immer eine Kontaktbildungsmöglichkeit zwischen den Biegestellen (841, 842) und Elektroden (261, 262) verwendet werden kann, um eine Zellsteifheit bei Betätigung weiter zu modulieren.
  • Im Vergleich zu der Struktur aus 8e sorgt die Struktur aus 8f für den Vorteil, dass für ähnliche Abmessungen eine höhere Zunahmerate der Steifheit bei Biegung erhalten werden kann und/oder Nichtlinearitätsregime reduzierter Größenordnung je nach Anforderung besser abgestimmt werden können (zusammen mit einer Möglichkeit von Kontaktbildung an mehreren Stellen sowie aufgrund einer strukturellen Verbindung mit Elektroden, wie in Verbindung mit 8f beschrieben ist).
  • 8g zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 807, das eine gestapelte Konfiguration von Biegeelementen 84 der Anpassungsstruktur 18 aufweist. Das heißt, mehrere Schichten von Biegeelementen können eine Anpassungsstruktur auf einer oder beiden Seiten der Biegewandlerstruktur 12 bilden. Obwohl mechanische Systeme 806 und 807 dahingehend gezeigt sind, Teile der Anpassungsstruktur auf beiden Seiten der Biegewandlerstruktur aufzuweisen, kann diese auch auf lediglich einer oder auf beiden Seiten angeordnet sein.
  • Auf der Basis eines erhöhten Biegebetrags gilt, je weiter außen die Elemente der Anpassungsstruktur angeordnet sind, desto weniger Steifheit können sie bei einem Ausführungsbeispiel bereitstellen, beispielsweise durch dünnere Implementierung derselben im Vergleich zu inneren Elementen, wie beispielsweise bei Vergleich der Balkenelemente 841 und 843 oder der Elemente 842 und 844 gezeigt ist.
  • Die mehreren Schichten können mit einem einzelnen diskreten Element an Stelle 1181 bzw. 1182 oder mit separaten Elementen verbunden werden. Ferner können zusätzliche Elemente entlang des Verlaufs der Biegeelemente 261 und 262 angeordnet sein.
  • Mit anderen Worten zeigt 8g eine beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit mehreren parallelen nichtlinearen Federkonfigurationen konform in Bezug auf die Geometrie der Elektroden und struktureller Verbindung mit Elektroden und bestehend aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung, jedoch ist eine Kontaktbildung auch möglich. Die Veranschaulichung aus 8g ist eine Draufsicht für eine planare Biegung oder eine Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die gezeigten unterschiedlichen Schichten für das mechanische System 807 können eine gleiche Konfiguration aufweisen, wie gezeigt ist, können jedoch auch unterschiedliche Konfigurationen implementieren. Beispielsweise kann die innere oder äußere oder auch eine zusätzliche Schicht eine Konfiguration gemäß 8e oder dergleichen aufweisen. Eine zusätzliche Anordnung von Federelementen ist auch möglich. Die beispielhafte Basiszellenkonfiguration umfasst mehrere parallele nichtlineare Federkonfigurationen konform in Bezug auf die Geometrie der Elektroden und eine strukturelle Verbindung mit Elektroden bestehend aus strukturellem Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie zur Erzeugung einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung. Die Zellversteifung wird hauptsächlich aufgrund einer höheren Dehnung/Biegung von Biegungen (841-844) in Bezug auf Elektroden erzielt, da sie die meiste Biegung erfahren (da sie am weitesten von der neutralen Faser der Zelle entfernt sind), und mit einem schnelleren Übergang in ein Regime einer nichtlinearen Biegesteifheit aufgrund einer strukturellen Verbindung mit den Elektroden (1181, 1182), die als Quasi-klemmung agieren können, im Vergleich zu Fällen ohne dieselben, beispielsweise in 8e. Die konforme Form der Biegestellen hilft dabei, die Zellfläche optimal auszunutzen, außerdem kann die parallele Stapelung der Zellbalken kompakter ausgeführt werden. Es ist wichtig, zu beachten, dass immer eine Kontaktbildungsmöglichkeit zwischen den Biegestellen (841-844) und/oder Elektroden (261, 262) verwendet werden kann, um die Zellsteifheit weiter zu modulieren. Unterschiedliche Möglichkeiten zur Kontaktbildung und -evolution in den Luftzwischenräumen 921, 922 (ohne Rückkopplung zu den Biegeelektroden) und/oder 923, 924 (mit Rückkopplung zu den Biegeelektroden), insbesondere an den Ebenen C-C' und/oder B-B', können basierend auf einer Biegestellengestaltung (Dicke, Länge, Topologie, usw.) eingerichtet werden.
  • Im Vergleich zu der Struktur aus 8f sorgt die Struktur aus 8g für den Vorteil, dass für ähnliche Abmessungen eine höhere Rate der Steifheitszunahme bei Biegung erhalten werden kann und/oder Nichtlinearitätsregime mit reduzierter Größenordnung besser je nach Anforderung abgestimmt werden können (zusammen mit mehreren Kontakten sowie aufgrund einer strukturellen Verbindung mit den Elektroden und mehreren Biegeschichten).
  • 9a zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 901 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Biegewandlerstruktur kann einen ersten Wandlerabschnitt 12a aufweisen, der beispielsweise Biegeelemente 2611 gemeinsam mit Biegeelementen 2612 aufweist, die beispielsweise wie für das mechanische System 801 beschrieben arbeiten. Ein zweiter Wandlerabschnitt 12b kann angeordnet sein, der beispielsweise Biegeelemente 2621 und 2622 aufweist, die entsprechend dem Wandlerabschnitt 12a arbeiten können. Der Wandlerabschnitt 12a und/oder der Wandlerabschnitt 12b können in Bezug aufeinander auf symmetrische oder asymmetrische Weise angeordnet sein.
  • Die Wandlerabschnitte 12a und 12b können durch die Verwendung elektrischer Signale 161 und 162 unabhängig gesteuert werden, indem ein Potenzial, das als V1 und V2 gekennzeichnet ist, gleichzeitig oder zu unterschiedlichen Zeitpunkten angelegt wird, wobei im Vergleich zu der Veranschaulichung aus 9a eine Zuordnung unterschiedlicher Elektrodenelemente 2611 bis 2622 zu einem Referenzpotenzial GND oder einem Steuerpotenzial umgeschaltet werden kann.
  • Im Vergleich zu dem mechanischen System 801 kann die Anpassungsstruktur 18 durch die Verwendung von Isolatoren 362, 363, 366 und 367 von inneren Elektroden 2612 und 2622 isoliert sein. Jedoch sind diese Elemente optional, können es jedoch ermöglichen, eine Auslenkung der Anpassungsstruktur 18 beispielsweise bei Verwendung piezoelektrischer Materialien als Biegeelement 842 oder Biegeelemente 841 oder 843 oder in unterschiedlichen Komponenten davon zu erfassen. Dies kann es ermöglichen, ein Auslesesignal 163 (Vread-out) zu erhalten. Das mechanische System 901 kombiniert zwei Modifizierungen. Einerseits kann die Biegewandlerstruktur 12 des mechanischen Systems 801 mit einem zweiten Abschnitt der erhaltenen Struktur, beispielsweise der Wandlerstruktur 12b, kombiniert werden, um für eine unterschiedliche, beispielsweise entgegengesetzte Biegerichtung 141 und 142 zu sorgen. Ferner kann eine Auslenkung in einem oder mehreren der Elemente der Anpassungsstruktur 18 durch die Verwendung eines jeweiligen elektrischen Signals 163 detektiert werden, was unter Verwendung geeigneter Materialien und durch das Isolieren möglicher verwendeter Elektroden von der Biegewandlerstruktur 12 beispielsweise auch in dem mechanischen System 801 implementiert sein kann.
  • Wie in 9a gezeigt ist, kann die Anpassungsstruktur 18 eine Biegewandlerstruktur aufweisen, die mechanisch parallel an den ersten Wandlerabschnitt 12a und zweiten Wandlerabschnitt 12b und zwischen beide Abschnitten 12a und 12b gekoppelt ist.
  • Optional kann die Biegewandlerstruktur der Anpassungsstruktur 18 eine lokale Versteifung 842 aufweisen, beispielsweise in einem mittleren Bereich der Biegewandlerstruktur.
  • Eine Auslenkung oder Biegung der Biegewandlerstruktur 18 kann beispielsweise erfasst werden, wenn kapazitive Bewegungen und/oder piezoelektrische Messungen oder andere Prinzipien verwendet werden.
  • Mit anderen Worten zeigt 9a eine beispielhafte Basiszellenbalkenkonfiguration mit identischen Elektroden zum Biegen in beiden Richtungen und nichtlinearen Federkonfigurationen bestehend aus dem Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration weist optional eine Konfiguration identischer Elektroden zur Biegung in beiden Richtungen und eine nichtlineare Federkonfiguration bestehend aus dem strukturellen Material der Elektrode/Zelle in der Zellgeometrie zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle ohne Kontaktbildung oder Kontaktevolution in dem elektrostatischen Zwischenraum auf. Für die Zellbiegung in Richtung 141 oder 142 wird ein entsprechender Zellenteil mit V1- oder V2-Betätigungssignalen betätigt. Während eine Seite betätigt wird, agiert die andere Seite der Zelle als passive Last, die auch dahingehend gestaltet sein kann, neben den Biegungen (841, 842, 843) eine nichtlineare Last in der Biegerichtung zu sein. Alternativ dazu kann der passive Zellenteil (für eine bestimmte Biegerichtung) auch teilweise betätigt werden, um aus diesem eine aktive Last zu machen, die zur weiteren Entgegenwirkung der Nichtlinearität in der Antwort der Zelle der Biegerichtung verwendet werden kann. Die Verformung in der Biegung (841, 842, 843), die elektrisch von den Elektroden der Zelle isoliert ist, kann für Erfassungszwecke unter Verwendung von Materialien in einem Biegebereich verwendet werden, die piezoresistive und/oder piezoelektrische Effekte zeigen. Die Biegungen können dahingehend gestellt sein, ein Erfassungssignal (Vread-out) zu erzeugen, das linear ist oder eine niedrigere Größenordnung einer Nichtlinearität bei angelegten Betätigungsspannungen (V1, V2) aufweist. Es ist wichtig, zu beachten, dass immer Möglichkeiten zur Isolator/Dielektrikum-basierten Kontaktbildung und -evolution zwischen den Zellelektroden (Biegeelemente2611-2622) in dem elektrostatischen Luftzwischenraum (381, 382) verwendet werden können, um eine Zellsteifheit bei Betätigung weiter zu modulieren, während außerdem höhere Betätigungskräfte erzielt werden.
  • 9b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 902 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem mechanischen System 901 weist die Anpassungsstruktur 18 zwei gegenüberliegende Biegebalkenelemente 841 und 842 auf, die dahingehend implementiert sind, ein leitfähiges Material aufzuweisen, um Elektroden zu bilden, zumindest in einem Teil der Biegeelemente 841 und 842. Um Kurzschlüsse zu vermeiden, kann ein Isolator 122 zumindest in einem mittleren Bereich der Anpassungsstruktur 18 zwischen den Biegebalkenelementen 841 und 842 angeordnet sein, beispielsweise in Bereichen, in denen ein mechanischer Kontakt bei Abwesenheit des Isolators 122 auftreten kann. Eine ähnliche Funktion wird durch die Verwendung von Isolatoren 363 und 363 in dem Bereich der Klemmungen 281 und 282 implementiert, wobei es vorteilhaft sein könnte, zumindest teilweise zwischen den Elektroden einen Zwischenraum 92 zu implementieren, um eine Auslenkung der Anpassungsstruktur 18 zu verbessern.
  • Die Anpassungsstruktur 18 kann eine Elektrodenstruktur aufweisen, die Elektroden 841 und 842 und ein Isoliermaterial 122 dazwischen aufweist. Die Elektrodenstruktur kann zumindest einen Teil der Biegebalkenstruktur der Anpassungsstruktur bilden, und die Anpassungsverformung kann zu einer Verformung der Elektrodenstruktur führen, wobei das mechanische System 902 angepasst sein kann zum Bereitstellen eines oder mehrerer elektrischer Signale entsprechend der Anpassungsverformung. Durch die Verwendung von zwei voneinander isolierten Elektroden kann solch ein Signal 163 eine Differenz zwischen dem Potenzial Vread-out und Vread-out_GND sein, die sich aufgrund der Auslenkung verändern kann.
  • Mit anderen Worten zeigt 9b eine beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration mit einer Konfiguration identischer Elektroden zum Biegen in beiden Richtungen 141 und 142 und nichtlineare Federkonfigurationen mit mehreren isolierten Biegestellen bestehend aus dem Material der Elektrode zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in einer Zelle zusammen mit einer Möglichkeit zur Rückkopplung durch kapazitive Erfassung, um eine Biegeverformung zur aktiven Steuerung einer Zellverformung zu schätzen, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration umfasst eine Konfiguration identischer Elektroden zum Biegen in beiden Richtungen und eine nichtlineare Federkonfiguration mit mehreren isolierten Biegestellen bestehend aus dem Material der Elektrode zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung in der Zelle zusammen mit einer Möglichkeit zur Rückkopplung durch kapazitive Erfassung, um eine Biegeverformung zur aktiven Steuerung der Zellverformung zu schätzen. Die Änderung der Kapazität zwischen den Biegungen 3n und 3o kann unter Verwendung der Auslesesignale Vread-out und Vread-out_GND detektiert werden. Die Biegestellen können dahingehend gestaltet sein, eine Kapazitätsänderung zu aufzuweisen, die linear ist oder eine niedrigere Größenordnung der Nichtlinearität bei angelegten Betätigungsspannungen (V1, V2) aufweist.
  • Beide Systeme 901 und 902 ermöglichen eine Regelung eines Aktors, der dazu konfiguriert ist, sich bei elektrischen Signalen 161 und/oder 162 auszulenken. Wie erwähnt ist, kann ein Messprinzip, das unter anderem eine Regelung ermöglicht, in einem anderen hierin beschriebenen System durch entsprechende Bereitstellung der Funktionalität, vorzugsweise in der Anpassungsstruktur 18, implementiert sein.
  • 9c zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 903, bei dem der Biegewandlerabschnitt 12b asymmetrisch im Vergleich zu dem Biegewandlerabschnitt 12a gebildet ist, was ein unterschiedliches Auslenkungsverhalten im Vergleich zu einer gleichen Amplitude von Signalen 161 und 162 ermöglicht, und somit einen zusätzlichen Freiheitsgrad. Ferner können durch die Bildung einer asymmetrischen Beziehung zwischen den Abständen 12a und 12b äußere Effekte wie etwa die Schwerkraft oder eine permanente Last berücksichtigt werden, beispielsweise im Hinblick auf eine gewünschte Referenzauslenkung.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen können die hierin beschriebenen Biegewandlerstrukturen konfiguriert sein zum Biegen ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal, wobei das mechanische System eine Steuereinheit 115 aufweist, die konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals. Dies kann es ermöglichen, zumindest Teile des mechanischen Systems als Aktor zu verwenden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das mechanische System derart implementiert sein, dass die Biegewandlerstruktur konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals ansprechend auf die ausgeübte äußere Kraft F, die die Biegung verursacht, und das mechanische System eine Ausleseschaltung 117 aufweist, die konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals. Die Steuereinheit 115 und/oder die Ausleseschaltung 117 kann Teil anderer hierin beschriebener mechanischer Systeme sein oder mit denselben verbunden sein. Die Steuereinheit 115 und die Ausleseschaltung 117 können Teil derselben Einheit sein, beispielsweise einer Steuereinheit oder dergleichen.
  • Mit anderen Worten ist in 9c eine bimorphe beispielhafte Basiszellenkonfiguration mit einer Konfiguration unterschiedlicher Elektroden zum Biegen in beiden Richtungen und einer Kompensation der Nichtlinearität in der jeweils anderen Antwort für eine bestimmte Biegerichtung für dieselbe angelegte Spannung zusammen mit einer nichtlinearen Federkonfiguration mit mehreren isolierten Biegungen bestehend aus dem Material der Elektrode zum Erzeugen einer nichtlinearen Versteifung der Zelle und einer Möglichkeit zur Rückkopplung durch kapazitiven Erfassung, um eine Biegestellenverformung zur aktiven Steuerung einer Zellverformung zu schätzen, in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung gezeigt.
  • 10a zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 1001, das eine Konfiguration aufweist, bei der die Biegewandlerstruktur 12 Biegeelemente 26', und 26'2 aufweist, die ein elektrothermisches Material aufweisen, das dazu konfiguriert sein kann, sich ansprechend auf das elektrische Signal 161 und/oder 162 auszudehnen oder zusammenzuziehen. Für solch einen Zweck können Klemmungen 281 und 282 auch ein leitfähiges Material aufweisen, um elektrische Ladungen zu dem elektrothermischen Material zu transportieren. Obwohl die Klemmung 282 dahingehend gezeigt ist, ein Referenz-GND-Potenzial aufzuweisen, ist zu beachten, dass dieses Potenzial auch eine Versorgungsspannung sein kann, d. h. das Signal 161 und/oder 162 für eine Basiszelle, die mit dem mechanischen System 1001 verbunden ist, wie beispielsweise in 2b-2e gezeigt ist.
  • Die Anpassungsstruktur kann Biegeelemente 841 und 842 aufweisen, die ein strukturelles Elektrodenmaterial aufweisen können, d. h. ein leitfähiges Material, etwa im Hinblick auf ein leitfähiges MEMS-Halbleitermaterial oder ein Metallmaterial. Ein Zwischenraum 38 kann eine relative Bewegung von Biegeelementen 26'1, und 26'2 im Hinblick aufeinander bei Biegung entlang der Biegerichtung 141 oder 142 ermöglichen. Ein strukturelles dielektrisches Isolatormaterial 36 kann für eine elektrische Isolierung und eine Wärmeisolierung sorgen.
  • Mit anderen Worten zeigt 10a eine beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration auf der Basis eines Aktorprinzips der elektrothermischen Biegung und vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution für Möglichkeiten der kapazitiven Erfassung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration basiert auf einem Aktorprinzip der elektrothermischen Biegung und auf vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution zur Möglichkeit kapazitiver Erfassung in dem elektrostatischen Zwischenraum 38. Die elektrothermischen Aktorelektroden 26'1, oder 26'2 können dahingehend betätigt werden, sich unter Verwendung entsprechender Betätigungsspannungen (V1, V2) in Richtungen 141 bzw. 142 zu biegen. Wenn beispielsweise V1 aktiviert ist (V2 ist aus), dehnt sich die Elektrode 26'1 (aufgrund einer Wärmeausdehnung) aus und, zur Kontaktbildung und -evolution, bewegt 841 sich in Richtung 341, während sich 842 in Richtung 342 (passive Zusammenziehung) (in den Richtungen 441 und 442) bewegt. Die Kapazitätsausleseelektroden (841, 842) treten in Kontakt und modulieren die Steifheit der gesamten Zelle, um die erzeugte verwendbare Ist-Kraft und Kapazitätsänderung (zur Erfassung) bei dem angelegten Betätigungsspannungssignal abzustimmen.
  • 10b zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 1002, das im Vergleich zu dem mechanischen System 1001 ein piezoelektrisches Material anstelle eines elektrothermischen Materials aufweist, um eine Aktor- und/oder Sensor-Funktion zu implementieren. Das heißt, die Biegeelemente 26''1 und 26''2 können zumindest in Teilen ein piezoelektrisches Material aufweisen. Das piezoelektrische Material kann vorzugsweise auf zwei gegenüberliegenden Seiten mit leitfähigen Schichten 124 abgedeckt sein, um die Spannung anzulegen, um die Zusammenziehung oder Ausdehnung des piezoelektrischen Materials zu aktivieren und/oder auszuwerten.
  • Mit anderen Worten zeigt 10b eine beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration auf der Basis eines Aktorprinzips der piezoelektrischen Biegung und vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution zur Möglichkeit kapazitiver Erfassung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration basiert auf dem Aktorprinzip piezoelektrischer Biegung und vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution zur Möglichkeit kapazitiver Erfassung in dem elektrostatischen Zwischenraum 38. Die piezoelektrischen Aktorelektroden (1241 bis 1244) können dahingehend betätigt werden, sich unter Verwendung entsprechender Betätigungsspannungen (V1, V2) in Richtungen 141 bzw. 142 zu biegen. Wenn beispielsweise V1 aktiviert ist (V2 ist aus), dehnt sich das piezoelektrische Material (26''1) (aufgrund des piezoelektrischen Effekts) aus, und, zur Kontaktbildung und -evolution, bewegt sich die Elektrode 841 in Richtung 341, während 842 sich (in den Richtungen 441 und 442) in Richtung 342 bewegt (passive Zusammenziehung). Die Kapazitätsausleseelektroden (841 und 842) treten in Kontakt und modulieren die Steifheit der Gesamtzelle dahingehend, die erzeugte verwendbare Ist-Kraft und Kapazitätsänderung (zur Erfassung) bei dem angelegten Betätigungsspannungssignal abzustimmen. Da es ein piezoelektrisches Betätigungssystem ist, können die piezoelektrischen Materialschichten 26''1 und/oder 26''2 dahingehend gestaltet sein, sich je nach Gestaltungsanforderungen auch zusammenzuziehen.
  • 10c zeigt eine schematische Ansicht eines mechanischen Systems 1003, das im Wesentlichen dem mechanischen System 1002 entsprechen kann, wobei anstelle eines piezoelektrischen Materials ein dielektrisches Elastomermaterial in den Biegeelementen 26'''1 und 26'''2 angeordnet ist.
  • Mit anderen Worten zeigt 10c eine beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration auf der Basis eines Aktorprinzips einer Biegung eines dielektrischen Elastomers und vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution zur Möglichkeit kapazitiver Erfassung in einer Draufsicht für eine planare Biegung bzw. in einer Seitenansicht für eine außerplanare Biegung. Die beispielhafte bimorphe Basiszellenkonfiguration basiert auf einem Aktorprinzip einer Biegung eines dielektrischen Elastomers und auf vollständig isolierten Elektroden zur Kontaktbildung und -evolution zur Möglichkeit kapazitiver Erfassung in dem elektrostatischen Zwischenraum 38. Die DEA-Elektroden (1241 bis 1244) können betätigt werden, um sich unter Verwendung entsprechender Betätigungsspannungen (V1, V2) in den Richtungen 141 bzw. 142 zu biegen. Wenn beispielsweise V1 aktiviert ist (V2 ist aus), dehnt sich das dielektrische Elastomermaterial (26'''1) aus (je nach Betätigungsprinzip des dielektrischen Elastomers) und, zur Kontaktbildung und -evolution (in Richtungen 441 und 442), bewegen sich die Elektroden 841 in Richtung 341, während 842 sich in Richtung 342 bewegt (passive Zusammenziehung). Die Kapazitätsausleseelektroden (841, 842) treten in Kontakt und modulieren die Steifheit der Gesamtzelle dahingehend, die erzeugte verwendbare Ist-Kraft und Kapazitätsänderung (zur Erfassung) bei dem angelegten Betätigungsspannungssignal abzustimmen.
  • Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele ermöglichen es, einen ersten nichtlinearen Beitrag einer Auslenkung, bereitgestellt durch die Biegewandlerstruktur, mit einem zweiten nichtlinearen Beitrag, bereitgestellt durch eine Auslenkung der Anpassungsstruktur, zu kombinieren. Die Kombination des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags kann implementiert werden, um im Vergleich zu dem ersten nichtlinearen Beitrag, wie beispielsweise in 6b, 6d und 6e in Kombination mit 6e gezeigt ist, für eine hohe Linearität zu sorgen.
  • Hierin beschriebene mechanische Systeme weisen die Biegewandlerstruktur auf, um eine elektrostatische Konfiguration, eine piezoelektrische Konfiguration, eine elektrothermische Konfiguration und/oder eine elektroaktive Polymerkonfiguration aufzuweisen. Wie aus 10a, 10b und 10c ableitbar ist, kann die Implementierung der Biegewandlerstruktur auf eine der hierin beschriebenen Konfigurationen auf jegliche Struktur des hierin beschriebenen mechanischen Systems angewendet werden. Das heißt, die mechanischen Systeme, die hierin in Verbindung mit einer elektrostatischen oder elektrodynamischen Konfiguration beschrieben sind, können ohne Schwierigkeiten mit anderen Konfigurationen von Aktor-/Sensor-Prinzipien implementiert werden. Hierin beschriebene elektrostatische Konfigurationen beziehen sich auf eine Kombination von Elektrodenstrukturen. Ob diese Strukturen dazu verwendet werden, auf elektrostatische oder elektrodynamische Weise angeregt zu werden, kann eine Frage der Ausführung sein.
  • Einige hierin beschriebene Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein mechanisches System, das ein mikromechanisches System, MMS, insbesondere ein MEMS ist. Wie hierin beschrieben ist, kann die Biegewandlerstruktur angepasst sein zum Bereitstellen der Biegung planar in Bezug auf eine Schichtanordnung oder außerplanar in Bezug auf eine Schichtanordnung.
  • Wie beispielsweise in 2b-2e gezeigt ist, kann ein hierin beschriebenes mechanisches System gemäß Ausführungsbeispielen mehrere Zellen aufweisen, die mechanisch in Reihe angeordnet sind, wobei jede Zelle gemäß hierin beschriebenen Ausführungsbeispielen konfiguriert ist. Zellen können dahingehend gebildet sein, gleich oder ähnlich zu sein, dies ist jedoch nicht erforderlich.
  • Das grundlegende Konzept zum Entgegenwirken einer Nichtlinearität in einer Wandlersystemantwort unter Verwendung einer nichtlinearen mechanischen Versteifung ist durch den Stand der Technik und die Veröffentlichungen [1-5] bekannt. Jedoch sind die meisten dieser Lösungen stark gestaltungsspezifisch mit einem eingeschränkten Anwendungsumfang und limitierten Leistungsniveau. Beispielsweise leiden die Biegewandlersysteme, die auf eine nichtlineare Versteifung durch Kontaktbildung und Kontaktevolution setzen, beispielsweise Reißverschlussaktoren auf der Basis elektrostatischer Betätigung, für gewöhnlich unter Bewegungshysterese aufgrund von Kontaktbildung und -bruch [4, 6-9], elektrostatischen Anziehungsinstabilitäten [4, 6-8], Haftreibungsproblemen, abrupter Antwortänderung [6, 8, 10], einer Gestaltung, die notwendigerweise auf komplizierter Eigenbeanspruchungsbearbeitung basiert [7], dedizierten Anforderungen an externe Strukturen [1-3, 5, 11], usw.
  • In den meisten der Reißverschluss-Konfigurationen wird eine direkte Spitzenauslenkung oder -bewegung eines bestimmten strukturellen Bereichs anstelle einer Biegekrümmung der gesamten Geometrie der Zelle/Komponente verwendet. Eine simultane Modulation/Linearisierung der unterschiedlichen Antworten des Systems (Biegekrümmung, Biegemoment, bereitstellbare Kraft, Kapazitätsänderung, Bewegungsauflösung, Frequenzantwort, usw.) bei Betätigungssignal in solchen Konfigurationen ist schwierig (meistens werden eine oder zwei Antworten in einer bestimmten Gestaltung moduliert). Außerdem zeigen elektrostatische Reißverschlussaktoren Anziehungsinstabilitäten, die die Steuerung derselben zu einer Herausforderung machen [12].
  • Einige Ausführungsbeispiele beziehen sich auf eine gewünschte kostengünstige Anwendung (ungefähr 20 Ansprüche). Die möglichen Anspruchspunkte lauten wie folgt:
    • • Ein Aktor- und/oder Sensor-Mechanismus mit Steifheitsmodulation auf der Basis einer elementaren Gestaltung bei angelegtem Betätigungssignal in der Richtung der Biegung/Bewegung, um einer Nichtlinearität in der Antwort der Zelle entgegenzuwirken und/oder zur linearen / nichtlinearen Last. Eine Biegung einer gesamten Zelle wird in Bezug auf die neutrale Faser der elementaren Zelle verwendet.
    • • Steifheitsmodulation über Kontaktbildung und ihre Evolution auf der Basis einer Isolator/Dielektrikum-Schicht in dem elektrostatischen Zwischenraum (für elektrostatischen Aktor/kapazitives Auslesen) mit Zellbiegung bei Betätigung.
    • • Isolationsschicht und/oder Elektrodenkonfigurationen in dem elektrostatischen Zwischenraum (zentriert, ALD-beschichtet, usw.) können dazu verwendet werden, das Auftreten von Kontaktbildung und ihre Evolution bei Betätigungssignal zu modulieren, bevor eine Kontaktierung einer gesamten reißverschlussfähigen Elektrodenlänge oder eine Durchschlagspannung der Isolatorschicht erreicht wird.
    • • Elementare Gestaltung auf Basis der Steifheit von Elektroden und/oder Isolator, um Kontaktbildung vor einer Anziehung von Elektroden für einen kontinuierlichen reibungslosen Übergang zu einer linearisierten Zellantwort oder einer Zellantwort mit Nichtlinearität einer reduzierten Größenordnung zu ermöglichen. Alternativ kann auch ein plötzlicher Übergang mit der Nutzung einer Anziehung hergestellt werden.
    • • Die kontaktbasierten Konzepte in elektrostatischen Zwischenräumen ermöglichen eine Betätigung und eine Bewegung über Anziehungsspannungen von Elektroden hinweg, eine Erhöhung einer erreichbaren Gesamtkrümmung (bei einer gegebenen Spannung aufgrund von einer höheren relativen Permittivität, insbesondere nützlich im Fall eines Mindestluftzwischenraums aufgrund einer Produktionsbeschränkung).
    • • Haftreibungseffekt kann mit Folgendem entgegengewirkt werden: erhöhte Oberflächenrauheit von Kontaktoberflächen (z. B. Wölbungen), strukturierte Elektrodenoberflächen (Kontaktstellen, usw.) zum Reduzieren einer effektiven Kontaktfläche, Strukturierung von Isolator/Dielektrikum-Material (minimiertes Volumen, minimierte Materialschnittstellen, usw.), um Kontaktfläche zu reduzieren, und zurückgehaltene elektrostatische Aufladungen, und/oder durch ALD-basierte Antihaftreibungsbeschichtung (z. B. FDTS).
    • • Versteifung einer Zelle bei Betätigung durch Verwendung von Federn / Biegesystemen - mit Kontaktbildung außerhalb des elektrostatischen Zwischenraums.
    • • Versteifung einer Zelle bei Betätigung durch Verwendung von Federn / Biegesystemen - ohne Kontaktbildung.
    • • Biegesystem in Zellgestaltung mit Rückkopplung einer Biegebewegung auf Basis mechanischer Kopplung zur Verformung von Elektroden - um Steifheit zu erhöhen sowie lokalisierte Reduzierung des elektrostatischen Zwischenraums einzuschränken, insbesondere an den Punkten höchster Elektrodenbiegung/-verformung.
    • • Versteifung auf der Basis von Komplementierung von Biegeabschnitt auf gegenüberliegender Seite in der Zelle (kann aktiv oder inaktiv auf der Basis der Gestaltung abgestimmt werden).
    • • Nutzung mehrerer Isolatorschichten in dem elektrostatischen Zwischenraum für kontaktbasierte Versteifungsfunktionsweisen mit unterschiedlichen Kontaktbildungsmöglichkeiten, z. B. Isolator-Isolator/Elektrode-Isolator-Elektrode, usw.
    • • Nutzung mehrerer beschichteter Zellelektroden mit Luftzwischenräumen für biege- und/oder kontaktbasierte Versteifungsmöglichkeiten.
    • • Das Konzept ist auch anwendbar auf unterschiedliche Zellgeometrien, Betätigungsprinzipien, und Kombinationen unterschiedlicher steifheitserhöhender Verfahren, die in der Erfindung dargelegt werden, sind möglich.
  • Obwohl einige Aspekte im Kontext einer Vorrichtung beschrieben worden sind, ist es ersichtlich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, wobei ein Block oder eine Vorrichtung einem Verfahrensschritt oder einem Merkmal eines Verfahrensschritts entsprechen. Analog dazu stellen Aspekte, die in dem Kontext eines Verfahrensschritts beschrieben worden sind, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Elements oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung bereit.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele sind lediglich veranschaulichend für die Prinzipien der vorliegenden Erfindung. Es ist ersichtlich, dass Modifizierungen und Variationen der Anordnungen und der Details, die hierin beschrieben sind, Fachleuten ersichtlich sind. Es ist ferner beabsichtigt, dass dieselben lediglich durch den Umfang der beigefügten Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Details, die mittels der Beschreibung und Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin dargelegt werden, einzuschränken sind.
  • Bibliographie
    • [1] B. Rivlin, S. Shmulevich, Inbar Hotzen und D. Elata, „A gap-closing electrostatic actuator with a linear extended range," 2013 Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII), S. 582-585, 2013.
    • [2] J. Li, „Electrostatic zipping actuators and their applications to MEMS," MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, 2004. Accessed: 14. Juni 2021. [Online]. Verfügbar: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/33678
    • [3] Jian Li, M. P. Brenner, J. H. Lang, A. H. Slocum und R. Struempler, „DRIE-fabricated curved-electrode zipping actuators with low pull-in voltage," in TRANSDUCERS '03. 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems. Digest of Technical Papers (Cat. No.03TH8664), 2003, 480-483 Ausgabe 1.
    • [4] R. Legtenberg, J. Gilbert, S. D. Senturia und M. Elwenspoek, „Electrostatic curved electrode actuators," Journal of Microelectromechanical Systems, Ausgabe 6, Nr. 3, S. 257-265, 1997, DOI: 10.1109/84.623115.
    • [5] X. Xiang, X. Dai, K. Wang, Z. Yang, Y. Sun und G. Ding, „A Customized Nonlinear Micro-Flexure for Extending the Stable Travel Range of MEMS Electrostatic Actuator," J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 28, Nr. 2, S. 199-208, 2019, DOI: 10.1109/JMEMS.2019.2894669.
    • [6] P. Gebbers, C. Grätzel, L. Maffli, C. Stamm und, H. Shea, „Zipping it up: DEAs independent of the elastomer's electric breakdown field," Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Ausgabe 8340, 61-, 2012, DOI: 10.1117/12.915020.
    • [7] J. Felder, E. Lee und D. L. DeVoe, „Large Vertical Displacement Electrostatic Zipper Microstage Actuators," J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 24, Nr. 4, S. 896-903, 2015, DOI: 10.1109/JMEMS.2014.2358294.
    • [8] L. Maffli, S. Rosset und H. R. Shea, „Zipping dielectric elastomer actuators: characterization, design and modeling," Smart Mater. Struct., Ausgabe 22, Nr. 10, p. 104013, 2013, DOI: 10.1088/0964-1726/22/10/104013.
    • [9] R. Horning, „PolyMEMS Actuator: A Polymer-Based Microelectromechanical (MEMS) Actuator with Macroscopic Action,“ Fort Belvoir, VA, 2002.
    • [10] S. H. Pu et al., „RF MEMS Zipping Varactor With High Quality Factor and Very Large Tuning Range," IEEE Electron Device Lett., Ausgabe 37, Nr. 10, S. 1340-1343, 2016, DOI: 10.1109/LED.2016.2600264.
    • [11] B. Rivlin and D. Elata, „Design of nonlinear springs for attaining a linear response in gap-closing electrostatic actuators," International Journal of Solids and Structures, Ausgabe 49, Nr. 26, S. 3816-3822, 2012, DOI: 10.1016/j.ijsolstr.2012.08.014.
    • [12] R. S. Diteesawat, A. Fishman, T. Helps, M. Taghavi und J. Rossiter, „Closed-Loop Control of Electro-Ribbon Actuators," Frontiers in Robotics and AI, Ausgabe 7, S. 144, 2020, DOI: 10.3389/frobt.2020.557624.
    • [13] H. Conrad et al., „A small-gap electrostatic micro-actuator for large deflections," Nature communications, Ausgabe 6, S. 10078, 2015, DOl: 10.1038/ncomms10078.
    • [14] H. Conrad, H. Schenk, C. Schirrmann, T. Sandner, F. Zimmmer und J. U. Schmidt, „MICROMECHANICAL COMPONENT,“ WO2012095185 (A1 ), WO WO2011 EP50483 20110114 , 19.7.2012.
    • [15] H. Schenk, B. Kaiser und L. Ehrig, „BENDING TRANSDUCER AS AN ACTUATOR, BENDING TRANSDUCER AS A SENSOR, BENDING TRANSDUCER SYSTEM,“ WO2020078541 (A1 ), WO WO2018 EP78298 20181016 , 23.4.2020.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2012/095185 A1 [0029]
    • WO 2020078541 A1 [0032, 0237]
    • US 7679261 B2 [0033]
    • US 2021061648 A1 [0034]
    • US 10693393 B2 [0035]
    • US 2019036463 A1 [0035]
    • WO 2012095185 A1 [0237]
    • EP 5048320110114 [0237]
    • EP 7829820181016 [0237]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • B. Rivlin, S. Shmulevich, Inbar Hotzen und D. Elata, „A gap-closing electrostatic actuator with a linear extended range,“ 2013 Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII), S. 582-585 [0237]
    • J. Li, „Electrostatic zipping actuators and their applications to MEMS,“ MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, 2004. Accessed: 14. Juni 2021. [Online]. Verfügbar: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/33678 [0237]
    • Jian Li, M. P. Brenner, J. H. Lang, A. H. Slocum und R. Struempler, „DRIE-fabricated curved-electrode zipping actuators with low pull-in voltage,“ in TRANSDUCERS '03. 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems. Digest of Technical Papers (Cat. No.03TH8664), 2003, 480-483 [0237]
    • R. Legtenberg, J. Gilbert, S. D. Senturia und M. Elwenspoek, „Electrostatic curved electrode actuators,“ Journal of Microelectromechanical Systems, Ausgabe 6, Nr. 3, S. 257-265 [0237]
    • X. Xiang, X. Dai, K. Wang, Z. Yang, Y. Sun und G. Ding, „A Customized Nonlinear Micro-Flexure for Extending the Stable Travel Range of MEMS Electrostatic Actuator,“ J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 28, Nr. 2, S. 199-208 [0237]
    • P. Gebbers, C. Grätzel, L. Maffli, C. Stamm und, H. Shea, „Zipping it up: DEAs independent of the elastomer's electric breakdown field,“ Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Ausgabe 8340 [0237]
    • J. Felder, E. Lee und D. L. DeVoe, „Large Vertical Displacement Electrostatic Zipper Microstage Actuators,“ J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 24, Nr. 4, S. 896-903 [0237]
    • L. Maffli, S. Rosset und H. R. Shea, „Zipping dielectric elastomer actuators: characterization, design and modeling,“ Smart Mater. Struct., Ausgabe 22, Nr. 10, p. 104013 [0237]
    • S. H. Pu et al., „RF MEMS Zipping Varactor With High Quality Factor and Very Large Tuning Range,“ IEEE Electron Device Lett., Ausgabe 37, Nr. 10, S. 1340-1343 [0237]
    • B. Rivlin and D. Elata, „Design of nonlinear springs for attaining a linear response in gap-closing electrostatic actuators,“ International Journal of Solids and Structures, Ausgabe 49, Nr. 26, S. 3816-3822 [0237]
    • R. S. Diteesawat, A. Fishman, T. Helps, M. Taghavi und J. Rossiter, „Closed-Loop Control of Electro-Ribbon Actuators,“ Frontiers in Robotics and AI, Ausgabe 7, S. 144 [0237]
    • H. Conrad et al., „A small-gap electrostatic micro-actuator for large deflections,“ Nature communications, Ausgabe 6, S. 10078 [0237]

Claims (43)

  1. Ein mechanisches System, das folgende Merkmale aufweist: eine Biegewandlerstruktur (12), die konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal (16) und/oder zum Bereitstellen eines elektrischen Signals (16) ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft (F), die die Biegung verursacht, wobei eine strukturelle Steifheit (52) der Biegewandlerstruktur (12) für einen ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgt; eine Anpassungsstruktur (18), die durch mechanische Kopplung mechanisch an die Biegewandlerstruktur (12) gekoppelt ist, um gemeinsam mit der Biegung eine Anpassungsverformung bereitzustellen, wobei eine strukturelle Steifheit (52) der Anpassungsstruktur (18) für einen zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu der Biegung auf der Basis der mechanischen Kopplung bei der Verformung sorgt.
  2. Das mechanische System gemäß Anspruch 1, wobei die mechanische Kopplung angepasst ist zum Kombinieren des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags, um die Biegung der Biegewandlerstruktur (12) auf der Basis einer Kombination des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags zu erhalten.
  3. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags auf einem mechanischen Kontakt zwischen einem ersten Element und einem zweiten Element des mechanischen Systems basiert, wobei der mechanische Kontakt für eine veränderliche Größe mechanischer Kräfte sorgt, die auf die Biegewandlerstruktur (12) und/oder die Anpassungsstruktur (18) bei einer Erhöhung einer Biegeamplitude wirken.
  4. Das mechanische System gemäß Anspruch 3, das dazu konfiguriert ist, den mechanischen Kontakt zwischen der Biegewandlerstruktur (12) und der Anpassungsstruktur (18) bereitzustellen, wobei die Biegewandlerstruktur (12) und die Anpassungsstruktur (18) so angeordnet sind, dass sie eine Kontaktfläche zwischen einander bei einer Zunahme der Biegung der Biegewandlerstruktur (12) vergrößern, wobei die Kontaktfläche zwischen einem aus Folgendem gebildet ist: • der Anpassungsstruktur (18) und der Biegewandlerstruktur; • einem ersten Element der Anpassungsstruktur (18), das mit dem ersten Element der Biegewandlerstruktur (12) verbunden ist; und einem zweiten Element der Anpassungsstruktur (18), das mit dem zweiten Element der Biegewandlerstruktur verbunden ist.
  5. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 4, wobei in einem nicht-ausgelenkten Zustand der Biegewandlerstruktur (12) eine erste neutrale Achse des ersten Biegeelements im Wesentlichen parallel zu einer zweiten neutralen Achse des zweiten Biegeelements ist; oder wobei in einem nicht-ausgelenkten Zustand des Biegewandlersystems eine erste Oberfläche des ersten Biegeelements, die auf das zweite Biegeelement zeigt, im Wesentlichen parallel zu einer zweiten Oberfläche des zweiten Biegeelements ist, die auf das erste Biegeelement zeigt.
  6. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine unterbrochene Struktur aufweist, die zwischen dem ersten Biegeelement und dem zweiten Biegeelement angeordnet ist.
  7. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Anpassungsstruktur (18) ein dielektrisches Material aufweist; wobei die Anpassungsstruktur konfiguriert ist zum Kontaktieren von zumindest zwei Elementen der Biegewandlerstruktur (12) und zum Isolieren derselben voneinander auf der Basis der Biegung.
  8. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine geschichtete Struktur aufweist, die planar zwischen dem ersten Biegeelement und dem zweiten Biegeelement angeordnet ist.
  9. Das mechanische System gemäß Anspruch 8, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Mehrzahl von Schichten aufweist, die einen Zwischenraum (383) zwischen benachbarten Schichten aufweisen, der in einem ausgelenkten Zustand der Biegewandlerstruktur (12) teilweise geschlossen ist.
  10. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9, wobei die Anpassungsstruktur (18) einen veränderlichen Abstand zu zumindest einem Biegeelement (261, 262) der Biegewandlerstruktur (12) aufweist.
  11. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 3 bis 10, wobei in einem Zwischenraum (38) zwischen dem einen Biegeelement (261) und einem zweiten Biegeelement (262) eine Nutstruktur (58) und eine gegenüberliegende Federstruktur (62) angeordnet sind; wobei die Nutstruktur und die Federstruktur einen mechanischen Kontakt in einem ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems bilden und eine relative Bewegung der Federstruktur (62) und der Nutstruktur relativ zueinander entlang einer Richtung senkrecht zu einer Biegerichtung (14) der Biegewandlerstruktur (12) verhindern.
  12. Das mechanische System gemäß Anspruch 11, wobei die Anpassungsstruktur (18) Verbindungselemente (64) zwischen benachbarten Nutstrukturen (58) aufweisen, die ein leitfähiges oder isolierendes Material aufweisen.
  13. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsstruktur (18) zumindest teilweise zwischen einem ersten Abschnitt der Biegewandlerstruktur (12) und einem zweiten Abschnitt der Biegewandlerstruktur (12) entlang einer Biegerichtung (14) der Biegewandlerstruktur angeordnet ist.
  14. Das mechanische System gemäß Anspruch 13, wobei die Biegewandlerstruktur (12) zumindest zwei Biegeelemente (261, 262) aufweist, die mechanisch parallel gekoppelt sind und einen Zwischenraum (38) mit einem benachbarten Biegeelement der Biegewandlerstruktur (12) bilden, wobei zumindest ein Teil der Anpassungsstruktur (18) in dem Zwischenraum (38) angeordnet ist und über den mechanischen Kontakt mechanisch parallel an die benachbarten Biegeelemente gekoppelt ist; wobei die Biegung der Biegewandlerstruktur einen mechanischen Kontakt zwischen der Anpassungsstruktur (18) und zumindest einem der benachbarten Biegeelemente in dem Zwischenraum verursacht.
  15. Das mechanische System gemäß Anspruch 14, das zumindest drei Biegeelemente aufweist, die mechanisch parallel gekoppelt sind, um zumindest einen ersten Zwischenraum zwischen einem ersten Biegeelement und einem zweiten Biegeelement zu bilden und einen zweiten Zwischenraum zwischen dem zweiten Biegeelement und einem dritten Biegeelement zu bilden; wobei ein erster Teil der Anpassungsstruktur (18) in dem ersten Zwischenraum angeordnet ist, um einen ersten Kontakt zu bilden, und ein zweiter Teil der Anpassungsstruktur (18) in dem zweiten Zwischenraum angeordnet ist, um einen zweiten Kontakt zu bilden.
  16. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biegewandlerstruktur (12) einen ersten Wandlerabschnitt und einen zweiten gegenüberliegenden Wandlerabschnitt aufweist, wobei der erste Wandlerabschnitt und der zweite Wandlerabschnitt in Bezug auf einen mittleren Bereich zwischen dem ersten Wandlerabschnitt und dem zweiten Wandlerabschnitt konvex gebildet sind, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Biegebalkenstruktur aufweist, die mechanisch parallel an den ersten Wandlerabschnitt und den zweiten Wandlerabschnitt gekoppelt ist und zwischen den ersten Wandlerabschnitt und den zweiten Wandlerabschnitt gekoppelt ist.
  17. Das mechanische System gemäß Anspruch 16, wobei die Biegebalkenstruktur der Anpassungsstruktur (18) eine lokale Versteifung in einem mittleren Bereich der Biegebalkenstruktur aufweist.
  18. Das mechanische System gemäß Anspruch 16 oder 17, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Elektrodenstruktur mit einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem Isoliermaterial dazwischen aufweist, wobei die Elektrodenstruktur zumindest einen Teil der Biegebalkenstruktur bildet; wobei die Anpassungsverformung zu einer Verformung der Elektrodenstruktur führt; wobei das mechanische System angepasst ist zum Bereitstellen eines elektrischen Signals (16) entsprechend der Anpassungsverformung.
  19. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei der erste Wandlerabschnitt (12a) und der zweite Wandlerabschnitt (12b) symmetrisch oder asymmetrisch in Bezug aufeinander angeordnet sind.
  20. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Anpassungsstruktur (18) zumindest teilweise außerhalb eines Volumens (24) angeordnet ist, das von äußeren Seiten der Biegewandlerstruktur (12) umschlossen ist.
  21. Das mechanische System gemäß Anspruch 20, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine erste Biegebalkenstruktur (841) und eine zweite benachbarte Biegebalkenstruktur (842) aufweist, wobei beide Enden (86) derselben mit der Biegewandlerstruktur verbunden sind; wobei die Anpassungsstruktur (18) konfiguriert ist zum Bereitstellen der Anpassungsbildung als eine Biegung der ersten Biegebalkenstruktur (841) und der zweiten Biegebalkenstruktur (842), wobei während der Biegung der Biegewandlerstruktur (12) die Anpassungsstruktur (18) konfiguriert ist zum Bilden eines Kontakts zwischen der ersten Biegebalkenstruktur (841) und der zweiten Biegebalkenstruktur (842) in einer Kontaktfläche (22), die mit einer Zunahme einer Biegeamplitude der Biegewandlerstruktur (12) zunimmt.
  22. Das mechanische System gemäß Anspruch 20 oder 21, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine erste Biegebalkenstruktur (841), eine zweite Biegebalkenstruktur, die in Reihe zu der ersten Biegebalkenstruktur (841) angeordnet ist, und eine Federstruktur aufweist, die zwischen der ersten Biegebalkenstruktur (841) und der zweiten Biegebalkenstruktur angeordnet ist, wobei die Federstruktur (96; 102) dazu angepasst ist, einen Abstand zu der Biegewandlerstruktur (12) in einem nicht-ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems lokal zu verringern; wobei die Federstruktur (96; 102) eine linearisierte Federeigenschaft aufweist und angeordnet ist, um einen mechanischen Kontakt zu der Biegewandlerstruktur (12) oder zu einer anderen Biegebalkenstruktur der Anpassungsstruktur (18) zu bilden, um für den zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu sorgen.
  23. Das mechanische System gemäß Anspruch 22, wobei die Federstruktur (96; 102) zwei Biegeelemente aufweist, die einander gegenüberliegen und an einem Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind; wobei die Federstruktur konfiguriert ist zum Vergrößern einer Kontaktfläche zwischen den zwei Biegeelementen mit einer Vergrößerung der Biegung der Biegewandlerstruktur (12).
  24. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Federstruktur (96; 102) aufweist, die mechanisch an der Biegewandlerstruktur (12) befestigt ist und an einem Substrat getragen wird, das die Biegewandlerstruktur (12) trägt.
  25. Das mechanische System gemäß Anspruch 24, wobei die Federstruktur (96; 102) eine Mehrzahl von geschichteten Biegebalkenstrukturen aufweist.
  26. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Federstruktur (96; 102) aufweist, die mechanisch an der Biegewandlerstruktur (12) befestigt ist und von einer Biegebalkenstruktur getragen wird, die sich gemeinsam mit der Biegewandlerstruktur (12) biegt.
  27. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 26, wobei die Biegewandlerstruktur ein leitfähiges Material aufweist, und wobei die Anpassungsstruktur (18) das leitfähige Material aufweist.
  28. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 20 bis 27, wobei die Anpassungsstruktur (18) eine Biegebalkenstruktur aufweist, die parallel an eine Biegebalkenstruktur der Biegewandlerstruktur (12) gekoppelt ist.
  29. Das mechanische System gemäß Anspruch 28, wobei die Biegebalkenstruktur zumindest eine lokale Versteifung oder eine lokale Schwächung zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Biegebalkenstruktur aufweist.
  30. Das mechanische System gemäß Anspruch 28 oder 29, wobei die Biegewandlerstruktur (12) ein erstes Biegeelement und ein zweites Biegeelement (262) aufweist, das parallel an das erste Biegeelement (261) gekoppelt ist; wobei die Anpassungsstruktur (18) zumindest ein erstes Anpassungselement (181), das mechanisch parallel mit dem ersten Biegeelement (181) verbunden ist, während ein erster Zwischenraum gebildet wird; und zumindest ein zweites Anpassungselement (182) aufweist, das mechanisch parallel mit dem zweiten Biegeelement verbunden ist, während ein zweiter Zwischenraum (922) gebildet wird.
  31. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche, wobei der zweite nichtlineare Beitrag zumindest teilweise dem ersten nichtlinearen Beitrag entgegenwirkt, wobei die Kombination des ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags und des zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrags im Vergleich zu dem ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag eine höhere Linearität aufweist.
  32. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biegewandlerstruktur (12) ein erstes Biegeelement (261) und ein zweites Biegeelement (262) aufweist, die an diskreten Positionen (118) aneinander befestigt sind, wobei sich entlang einer Biegerichtung (14), entlang der die Biegewandlerstruktur (12) dazu konfiguriert ist, die Biegung bereitzustellen, eine Steifheit des ersten Biegeelements (261) im Vergleich zu dem zweiten Biegeelement (262) unterscheidet.
  33. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem nicht-ausgelenkten Zustand des mechanischen Systems ein Biegeelement der Biegewandlerstruktur (12) einen gekrümmten oder kantigen Verlauf zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende des Biegeelements aufweist, um eine Richtung der Biegung zu definieren.
  34. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche, wobei die Biegewandlerstruktur (12) zumindest Folgendes aufweist: • eine elektrostatische oder elektrodynamische Konfiguration; • eine piezoelektrische Konfiguration; • eine elektrothermische Konfiguration; und/oder • eine elektroaktive Polymerkonfiguration.
  35. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biegewandlerstruktur (12) konfiguriert ist zum Biegen ansprechend auf das angelegte elektrische Signal (16); wobei das mechanische System eine Steuereinheit aufweist, die konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals (16).
  36. Das mechanische System gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Biegewandlerstruktur (12) konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals (16) ansprechend auf die angewendete äußere Kraft (F), die die Biegung verursacht; wobei das mechanische System eine Ausleseschaltung aufweist, die konfiguriert ist zum Bereitstellen des elektrischen Signals (16).
  37. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche, wobei das mechanische System ein mikromechanisches System ist.
  38. Das mechanische System gemäß einem der Ansprüche 1 bis 37, wobei die Biegewandlerstruktur (12) dazu angepasst ist, die Biegung in Bezug auf eine Schichtanordnung, die das mechanische System aufweist, planar bereitzustellen.
  39. Das mechanische System gemäß der Ansprüche 1 bis 37, wobei die Biegewandlerstruktur (12) dazu angepasst ist, die Biegung in Bezug auf eine Schichtanordnung, die das mechanische System aufweist, außerplanar bereitzustellen.
  40. Eine Mechanisches-System-Anordnung mit mehreren Zellen, die mechanisch in Reihe zueinander angeordnet sind, wobei jede Zelle gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche konfiguriert ist.
  41. Ein mechanisches System, das folgende Merkmale aufweist: eine Biegewandlerstruktur (12), die konfiguriert ist zum nichtlinearen Verformen auf der Basis einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal (16) und/oder zum nichtlinearen Bereitstellen eines elektrischen Signals (16) ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft (F), die die Biegung verursacht, eine Anpassungsstruktur (18), die mechanisch mit der Biegewandlerstruktur (12) gekoppelt ist; wobei die Biegung und eine Verformung der Anpassungsstruktur (18) in kausaler Korrelation stehen, wobei die Verformung der Anpassungsstruktur (18) für eine nichtlineare Kraft für die Biegewandlerstruktur (12) sorgt, die die Größenordnung einer Nichtlinearität in einer Gesamtantwort des mechanischen Systems reduziert.
  42. Verfahren zum Bereitstellen eines mechanischen Systems, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Biegewandlerstruktur (12) derart, dass dieselbe konfiguriert ist zum Bereitstellen einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal (16) und/oder zum Bereitstellen eines elektrischen Signals (16) ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft (F), die die Biegung verursacht, so dass eine strukturelle Steifheit (52) der Biegewandlerstruktur für einen ersten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag der Biegung sorgt; mechanisches Koppeln einer Anpassungsstruktur (18) auf mechanische Weise an die Biegewandlerstruktur (12), um eine Anpassungsverformung zusammen mit der Biegung bereitzustellen, so dass eine strukturelle Steifheit (52) der Anpassungsstruktur (18) für einen zweiten nichtlinearen Mechanische-Steifheit-Beitrag zu der Biegung auf der Basis der mechanischen Kopplung bei Verformung sorgt.
  43. Verfahren zum Bereitstellen eines mechanischen Systems, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Bereitstellen einer Biegewandlerstruktur (12) derart, dass dieselbe konfiguriert ist zum nichtlinearen Verformen auf der Basis einer Biegung ansprechend auf ein angelegtes elektrisches Signal (16) und/oder zum nichtlinearen Bereitstellen eines elektrischen Signals (16) ansprechend auf eine angewendete äußere Kraft (F), die die Biegung verursacht, mechanisches Koppeln einer Anpassungsstruktur (18) mit der Biegewandlerstruktur (12); so dass die Biegung und eine Verformung der Anpassungsstruktur (18) in kausaler Korrelation stehen, so dass die Verformung der Anpassungsstruktur (18) für eine nichtlineare Kraft für die Biegewandlerstruktur (12) sorgt, die die Größenordnung einer Nichtlinearität der Gesamtantwort des mechanischen Systems reduziert.
DE102022204443.6A 2022-05-05 2022-05-05 Mechanische Systeme mit angepasster Linearität Pending DE102022204443A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022204443.6A DE102022204443A1 (de) 2022-05-05 2022-05-05 Mechanische Systeme mit angepasster Linearität

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022204443.6A DE102022204443A1 (de) 2022-05-05 2022-05-05 Mechanische Systeme mit angepasster Linearität

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022204443A1 true DE102022204443A1 (de) 2023-11-09

Family

ID=88414157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022204443.6A Pending DE102022204443A1 (de) 2022-05-05 2022-05-05 Mechanische Systeme mit angepasster Linearität

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022204443A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7679261B2 (en) 2005-06-23 2010-03-16 Commissariat A L'energie Atomique Electrostatic actuator, device comprising such actuators, microsystem comprising such a device and method for making such an actuator
WO2012095185A1 (de) 2011-01-14 2012-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanisches bauelement
US20190036463A1 (en) 2017-06-02 2019-01-31 University Of Manitoba Electrostatic Actuator with Tri-Electrode Topology
WO2020078541A1 (de) 2018-10-16 2020-04-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Biegewandler als aktor, biegewandler als sensor, biegewandlersystem
US20210061648A1 (en) 2019-08-26 2021-03-04 The Research Foundation For The State University Of New York Electrodynamically levitated actuator

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7679261B2 (en) 2005-06-23 2010-03-16 Commissariat A L'energie Atomique Electrostatic actuator, device comprising such actuators, microsystem comprising such a device and method for making such an actuator
WO2012095185A1 (de) 2011-01-14 2012-07-19 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Mikromechanisches bauelement
US20190036463A1 (en) 2017-06-02 2019-01-31 University Of Manitoba Electrostatic Actuator with Tri-Electrode Topology
US10693393B2 (en) 2017-06-02 2020-06-23 University Of Manitoba Electrostatic actuator with tri-electrode topology
WO2020078541A1 (de) 2018-10-16 2020-04-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Biegewandler als aktor, biegewandler als sensor, biegewandlersystem
US20210061648A1 (en) 2019-08-26 2021-03-04 The Research Foundation For The State University Of New York Electrodynamically levitated actuator

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
B. Rivlin and D. Elata, „Design of nonlinear springs for attaining a linear response in gap-closing electrostatic actuators," International Journal of Solids and Structures, Ausgabe 49, Nr. 26, S. 3816-3822
B. Rivlin, S. Shmulevich, Inbar Hotzen und D. Elata, „A gap-closing electrostatic actuator with a linear extended range," 2013 Transducers & Eurosensors XXVII: The 17th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems (TRANSDUCERS & EUROSENSORS XXVII), S. 582-585
H. Conrad et al., „A small-gap electrostatic micro-actuator for large deflections," Nature communications, Ausgabe 6, S. 10078
J. Felder, E. Lee und D. L. DeVoe, „Large Vertical Displacement Electrostatic Zipper Microstage Actuators," J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 24, Nr. 4, S. 896-903
J. Li, „Electrostatic zipping actuators and their applications to MEMS," MASSACHUSETTS INSTITUTE OF TECHNOLOGY, 2004. Accessed: 14. Juni 2021. [Online]. Verfügbar: https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/33678
Jian Li, M. P. Brenner, J. H. Lang, A. H. Slocum und R. Struempler, „DRIE-fabricated curved-electrode zipping actuators with low pull-in voltage," in TRANSDUCERS '03. 12th International Conference on Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems. Digest of Technical Papers (Cat. No.03TH8664), 2003, 480-483
L. Maffli, S. Rosset und H. R. Shea, „Zipping dielectric elastomer actuators: characterization, design and modeling," Smart Mater. Struct., Ausgabe 22, Nr. 10, p. 104013
P. Gebbers, C. Grätzel, L. Maffli, C. Stamm und, H. Shea, „Zipping it up: DEAs independent of the elastomer's electric breakdown field," Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Ausgabe 8340
R. Legtenberg, J. Gilbert, S. D. Senturia und M. Elwenspoek, „Electrostatic curved electrode actuators," Journal of Microelectromechanical Systems, Ausgabe 6, Nr. 3, S. 257-265
R. S. Diteesawat, A. Fishman, T. Helps, M. Taghavi und J. Rossiter, „Closed-Loop Control of Electro-Ribbon Actuators," Frontiers in Robotics and AI, Ausgabe 7, S. 144
S. H. Pu et al., „RF MEMS Zipping Varactor With High Quality Factor and Very Large Tuning Range," IEEE Electron Device Lett., Ausgabe 37, Nr. 10, S. 1340-1343
X. Xiang, X. Dai, K. Wang, Z. Yang, Y. Sun und G. Ding, „A Customized Nonlinear Micro-Flexure for Extending the Stable Travel Range of MEMS Electrostatic Actuator," J. Microelectromech. Syst., Ausgabe 28, Nr. 2, S. 199-208

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008012825B4 (de) Mikromechanisches Bauelement mit verkippten Elektroden
US5206557A (en) Microelectromechanical transducer and fabrication method
US5563466A (en) Micro-actuator
DE102006055147B4 (de) Schallwandlerstruktur und Verfahren zur Herstellung einer Schallwandlerstruktur
EP2664058B1 (de) Mikromechanisches bauelement
US7420318B1 (en) Lateral piezoelectric microelectromechanical system (MEMS) actuation and sensing device
DE102015206774B4 (de) Mikromechanische Vorrichtung mit einem aktiv biegbaren Element
US7876026B2 (en) Large force and displacement piezoelectric MEMS lateral actuation
US7705514B2 (en) Bi-directional actuator utilizing both attractive and repulsive electrostatic forces
DE102019203914B3 (de) MEMS mit großer fluidisch wirksamer Oberfläche
KR20050057481A (ko) 형상화 활물질로 제조된 벤딩 액추에이터 및 센서와 이들의제조방법
WO2013152899A1 (de) Membrananordnung für einen mikro-elektromechanischen messumformer und verfahren zum herstellen einer membrananordnung
EP4255844A1 (de) Mems mit deckelantrieb und verfahren zum betreiben derselben
EP1019972B1 (de) Piezoelektrisches element
DE102015213756A1 (de) Mikromechanische Struktur und Verfahren zur Herstellung derselben
EP3592694A1 (de) Elektrostatischer mems-aktor und verfahren zum herstellen desselben
DE102010028111A1 (de) Mikromechanisches Element
WO2021032417A1 (de) Mems-bauteil, baugruppe mit dem mems-bauteil und verfahren zum betreiben des mems-bauteils
DE102022204443A1 (de) Mechanische Systeme mit angepasster Linearität
DE102010040243A1 (de) Piezobasierter Generator mit mechanischem Energiespeicher und direktmechanischer Breitbandanregung
WO1995034944A1 (en) Piezoelectric actuator device
DE102007058239A1 (de) Mikrospiegelvorrichtung und Herstellungsverfahren für eine entsprechende Mikrospiegelvorrichtung
DE102020214445B3 (de) Mems-aktor und verfahren zum steuern einesmems-aktors
EP2943988B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines multilagenelektrodensystems
DE102013105557B4 (de) Piezoelektrischer Aktor

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R016 Response to examination communication