KR101869629B1 - 분할되고, 갈바니 전기적으로 절연된 활성 구조를 가지는 마이크로 기계식 부품, 그리고 그와 같은 부품을 작동하기 위한 방법 - Google Patents

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Abstract

마이크로 기계식 부품은 기판과 상기 기판에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역과 제2 영역을 가지는 활성 구조를 포함하고, 여기에서 제1 영역과 제2 영역은 전기적으로 전도성이고 제1 축을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역에 의하여 서로 전기적으로 절연된다. 상기 부품을 작동하기 위한 방법에서, 서로 다른 전위가 제1 영역과 제2 영역에 적용되는데, 여기에서 활성 구조의 움직임에 의하여 유발되는 전하 또는 정전 용량의 변화가 감지될 수 있다.

Description

분할되고, 갈바니 전기적으로 절연된 활성 구조를 가지는 마이크로 기계식 부품, 그리고 그와 같은 부품을 작동하기 위한 방법{MICROMECHANICAL COMPONENT HAVING A SPLIT, GALVANICALLY ISOLATED ACTIVE STRUCTURE, AND METHOD FOR OPERATING SUCH A COMPONENT}
본 발명은 일 부품에 관하며, 특히, 분할되고 갈바니 전기적으로 절연된 활성 구조를 가지는 마이크로 기계식, 마이크로 전자기계식(micro-electromechanical, MEMS), 또는 더 정확하게는 마이크로 광학전자기계식(micro-opto-electro-mechanical, MOEMS) 부품에 관한다.
마이크로 전자기계식 부품(MEMS) 또는 더 정확하게는 마이크로 광학 전자기계식 부품(MOEMS)은 종종 활성 구조를 포함한다. 이 연결에서, 특히, 이동형 구조 또는 마찬가지로 이동형이며 광학적인 부품(예를 들어, 이동형 거울)을 포함하는 구조는 “활성 구조”에 의해 이해되어야 한다. “활성 영역”이라는 용어는 상기 활성 구조가 놓인, 더 정확히는 움직이는, 상기 부품의 영역, 또는 부피를 나타낸다.
기계적 진동자의 기능, 즉 활성 구조의 움직임에 기반하고 있는 가속도계 또는 자이로스코프와 같은 마이크로 기계식 센서에서, 진동자의 구동과 진동자의 편향의 검출은 모두 활성 구조상의 가동 전극들과 상기 부품의 고정 전극들에 의해 구현될 수 있다. 기본적으로, 여기에는 두 가지 가능성이 있다:
직류 방식(DC 방식)에서는, 상기 가동 구조가 접지와 연결된다. 구동과 검출의 기능을 위하여 별개의 전극들이 사용되며, 여기에서 상기 구동 기능은 인가되는 전압의 구동력에 대한 2차 의존을 고려해야 한다. 상기 검출 기능은 직류 전압에 바이어스된 전극으로의 전하 전달의 측정에 기초하거나 검출 전극의 정전 용량의 측정에 기초한다. 첫 번째 경우에, 예를 들어 가속도계에서 일정한 가속에서 주어지는 제로 주파수일 때의 전하 표류에 의해 검출이 일어나지 않을 수 있고, 두 번째 경우에, 달성되어야 할 정확도를 감소시키는 파괴 정전 용량이 측정된다.
캐리어 주파수 방식에서, 가동 구조는 전하 증폭기의 입구에 위치하고, 따라서 가상 접지와 연결된다. 상기 전하 증폭기는 검출 신호를 제공한다. 구동과 검출을 위하여 동일한 전극들이 사용되는데, 여기에서 구동과 검출은, 예를 들어, 두 단계로의 시간 다중화를 통하여 개별적으로 실현된다. 직류 전압이 구동 단계에서 인가되고, 반면 캐리어 주파수를 가진 전압이 검출 단계에서 전극들에 인가된다. 가장 단순한 경우에서, 캐리어 주파수는 정의된 전압 점프를 포함할 수 있고 가동 전극으로의, 그리고는 전하 증폭기에 검출되는, 편향 의존성 전하 이동을 야기한다. 그렇게 함에 있어서, 구동과 검출 사이의 파괴적인 상호작용이 나타날 수 있다. 예를 들어, 두 개의 진동자를 보유한 자이로스코프나 센서와 같은, 다수의 자유도를 가진 센서에 있어서, 각각의 검출 신호들의 분리를 가능하게 하기 위하여 복잡한 시간 다중화 방식을 사용하는 것이 필요할 수 있다.
US 2010/134860 A1에서는 제1 전극 그룹을 포함하는 고정 전극과, 전압이 인가되면 고정 전극에 대하여 움직이고 제1 전극 그룹과는 반대되게 위치하는 제2 전극 그룹을 포함하는 이동 전극을 포함하는 마이크로 전자기계식 시스템을 개시하고 있다. 또한, 제1 전극 그룹의 적어도 하나의 전극과 제2전극 그룹의 적어도 하나의 전극은 저항을 통하여 연결된다.
US 6 078 016 A은 제1 제어 전극을 가지는 고정부와 가동체를 가지는 가동부를 포함하는 반도체 가속 스위치를 개시한다. 제1 제어 전극과 가동체에 배치된 전극 사이에 전압을 인가하는 것으로, 가동체는 정전 인력을 통하여 시작 위치에서 유지된다. 상기 스위치에 충분히 높은 가속이 작용한다면 가동체는 움직인다. 기록되어야 하는 가속도의 임계값과 가속도계 스위치의 추가적인 특성들은 손쉽게 설정된다.
US 2010/117166 A1은 부품을 제조하는 방법, 특히 마이크로 기계식의, 마이크로 전자기계식의, 또는 마이크로 광학전자기계식의 부품을 제조하는 방법 및 층 구조에 내장되는 능동 구조를 가지는 그러한 부품에 대해 개시한다. 기판과 절연층을 추가적으로 포함하는 제1 층 조합으로부터의 커버 층에서 제1, 제2의 상이한 에칭 깊이로서 제1 및 제2 함몰을 에칭하는 것으로 전도성 경로 브릿지가 형성된다. 더 깊은 함몰이 전도성 경로 브릿지를 절연하기 위하여 사용되는 반면, 더 얕은 함몰은 능동 구조를 위한 공간을 제공하고, 이로 인하여 상기 공간은 전도성 경로 브릿지에 의하여 가교된다.
US 6 067 858 A은 기판의 표면에 평행한 축 주위의 회전을 측정하기에 적합한 마이크로 자이로스코프를 개시한다. 전극 핑거 쌍 사이의 전압 차이는 직교 오차를 줄이기 위하여 사용될 수 있다. 상기 마이크로 자이로스코프는 진동 구조 및 높은 종횡비를 가지는 연동 전극을 포함한다.
US 6 291 875 B1은, 그것의 적어도 일부가 기판의 잔여부분과 측면으로 연결되는, 기계적 구조를 정의하기 위하여 에칭되는 기판을 포함하는 장치를 개시한다. 기계적 구조가 기판에 체결되는 지점에서의 전기적 절연은 충진된 절연 트렌치에 의하여 제공된다. 충진된 트렌치는 또한 구조 요소의 기계적 체결이 요구되는 지점에서 서로 구조 요소들을 전기적으로 절연할 수 있다. 마이크로 전자기계식 장치의 성능은 1) 기계적 요소의 수직 및 수평 치수 사이의 높은 종횡비, 2) 그 위에 기계적 요소들도 또한 배치되는, 동일한 기판에의 전자 장치의 통합, 3) 기계적 요소와 스위치들 간의 우수한 전기적 절연에 의하여 향상된다.
그러므로, 본 발명의 목적은 가능한 구동과 검출 방법의 전술한 단점들을 제거하는 마이크로 기계식 부품과 그러한 부품을 작동하기 위한 방법을 제공하는 것이다. 이에 더하여, 본 발명의 목적은, 상기 부품의 동작 주파수에서 구동과 검출을 위하여 자체 혼합 기능(self-mixing function)이 실현될 수 있는 부품과 방법을 각각 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 주제에 의하여 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속항에서 찾을 수 있다.
본 발명에 따른 부품과, 그러한 부품을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 상기에서 설명된 실시예들은 구동 및 검출 기능의 완전한 분리를 가능하게 한다. 구동을 위한 전극 및 검출을 위한 전극 각각을 가지는 비혼합 구성과 구동 및 검출을 위한 다수의 전극을 가지는 자체 혼합 구성 모두가 실현될 수 있다.
또한 활성 구조의 전극에 직류 전압을 인가할 때, 구동을 위하여 선형의 인장력 함수가 실현될 수 있는데, 여기에서 유해한 정전 용량은 활성 구조의 편향을 검출하는 데에 있어서 효과가 없으며, 또한 이로 인하여 검출의 높은 정확도가 달성될 수 있다. 만약 다수의 진동자, 즉 서로와의 관계에서 움직일 수 있게 지지되는 다수의 구조로 이루어지는 활성 구조가 사용되는 경우, 구동 및 검출의 기능은 서로 간 완전히 분리될 수 있으며, 이에 따라 시간 다중이 요구되지 않는다. 또한, 동작 주파수 ω0에서 동작하는 자이로스코프에서, 구동을 위하여서는 구동 전압의 낮은 대역폭을, 그리고 검출을 위하여서는 전하 증폭기를 사용하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 부품과 방법의 실시예들은 도면에 기초하여, 유사한 요소에 대하여는 동일한 참조 번호를 지정하여, 다음의 내용에서 더욱 상세하게 설명된다. 게다가, 반대로 언급되지 않는 한, 나타내어진 실시예의 요소들은 임의적으로 서로 조합될 수 있다.
도 1A는 일 실시예에 따른 부품을 단면으로 보여준다.
도 1B는 도 1A로부터의 부품의 구조층의 상면도를 보여준다.
도 2는 활성 구조와 상기 부품의 제1 실시예의 관련 고정 전극들을 상면도로 보여준다.
도 3은 본 발명에 따른 부품의 제1 실시예의 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 도식적으로 나타낸다.
도 4는 제1 실시예의 전극들의 예시적인 실시예를 침지된 빗살 전극(comb electrode)으로서 보여준다.
도 5는 본 발명에 따른 부품의 제2 실시예의 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 도식적으로 나타낸다.
도 6은 본 발명에 따른 부품의 제3 실시예의 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 도식적으로 나타낸다.
도 7는 본 발명에 따른 부품의 제4 실시예의 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 도식적으로 나타낸다.
도 1은 일 실시예에 따른, 본 발명에 따른 부품(1)의 단면도를 보여준다. 부품(1)은 제1 기판(11), 제1 절연층(12), 구조층(13), 제2 절연층(14)와 제2 기판(15)을 포함한다. 또한, 부품(1)은 제1 커버층(16), 구조층(13)에 적용된 접촉면(17), 접촉면(17)에 연결된 접촉(18)과 제2 커버층(19)을 보유할 수 있다.
“기판”이라는 용어는, 예를 들어, 실리콘 웨이퍼나 유리판과 같은 하나의 물질 만으로 이루어진 구조를 표현하지만, 그러나 또한 다수의 층들과 물질들의 합성물을 포함할 수 있는 구조도 표현한다. 따라서, 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)은 전부가 전기적으로 전도성일 수 있으며 일부 영역에서만 전기적으로 전도성일 수 있고 또는 하나의 전기적으로 절연된 물질 또는 다수의 전기적으로 절연된 물질로 구성될 수 있다. 제1 기판(11)이 하나의 전기적으로 절연된 물질로 구성되는 경우, 제1 절연층(12)은 존재하지 않을 수 있다. 이와 비슷하게, 제2 기판(15)이 하나의 전기적으로 절연된 물질로 구성된다면, 제2 절연층(14)은 생략될 수 있다.
또한 “구조층”이라는 용어는, 예를 들어, 실리콘 층과 같은 하나의 물질만으로 구성된 구조를 표현하지만, 그러나 또한, 구조층(13) 중 적어도 하나의 영역이 전기적으로 전도성이라면, 다수의 층들과 물질들로 만들어지는 합성물을 포함할 수 있는 구조도 표현한다. 구조층(13)의 전기적으로 전도성인 영역은 구조층(13)의 소정 영역에 전위의 인가나 판독을 가능하게 한다. 바람직하게는 구조층(13)은 완전히 전기적으로 전도성이다.
구조층(13)과는 대면하지 않도록 제2 기판(15)의 표면 상에 배치된 제1 커버층(16)과 구조층(13)과는 대면하지 않도록 제1 기판(11)의 표면 상에 배치된 제2 커버층(19)은 예를 들어 금속과 같은 동일한 물질로 또는 상이한 물질들로 구성될 수 있다. 그들은 외부 전기장 또는 습기와 같은 다른 환경적 영향으로부터 부품(1)의 활성 영역을 보호하는 역할을 할 수 있다. 또한, 그들은 각각 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 상에 정의된 전위를 제공하는 역할을 할 수 있다. 그러나 제1 커버층(16)과 제2 커버층(19)은 선택적 요소이다.
제1 접촉면(17)은 전도성 물질로 구성되며 구조층(13)의 특정 영역상에 전위를 제공하거나 판독(검출)하는 역할을 한다. 접촉면(17)은 도 1A에서 도시된 것과 같이 와이어(18)에 의하여 접촉될 수 있지만, 전기적 접촉을 만들어 내기 위한 다른 방법도 또한 가능하다.
구조층(13)에서, 활성 영역(21) 내에서 적어도 일 방향으로 움직일 수 있는 활성 구조(20)가 형성된다. 활성 영역(21)은 예를 들어, 구조층(13)을 향하는 제1 기판(11)의 표면에 형성된 제1 오목부(recess)(111)와 구조층(13)을 향하는 제2 기판(15)의 표면에 형성된 제2 오목부(151)에 의하여 실현된다. 활성 구조(20)는 각각 전기적으로 전도성인, 그리고 제1 축을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결된 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 적어도 포함한다. 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연된다. 절연 영역(24)는 구조층(13)의 전체 깊이를 가로질러 연장하는데, 즉 구조층(13)의 제1 표면(131)로부터 연속적으로 구조층(13)의 제2 표면(132)까지 연장한다. 제1 표면(131)은 제1 기판(11)을 향하고, 반면 제2 표면(132)은 제2 기판(15)을 향한다. 절연 영역(24)은 예를 들어, 어느 절연 재료에 의해 실현될 수 있고, (상면도와 단면도 모두에서) 임의적으로 배치될 수 있으며 임의적 형태를 가질 수 있다. 이것은 절연 영역(24)가 예를 들어, 상면도에서 직선으로 또는 곡선으로 전개할 수 있으며, 단면도에서 직선으로 또는 제1 표면(131)과 제2 표면(132)에 수직하게, 또는 상기 표면들에 대하여 소정의 각도로, 구부러지게 전개할 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 구조층(13)의 제1 영역(22)과 제2 영역(23)의 완전한 전기적 절연만 담보된다면 절연 영역(24)의 폭은 단면도 상에서 변할 수 있다.
도 1A로부터의 부품(1)의 구조층의 상면도가 도 1B에 도시되고, 여기에서 도 1A에 도시된 절단면은 A-A선에 의하여 특징지어진다. 도 1B에 도시된 바와 같이, 절단면 A-A는 X 축에 대응하는, 부품(1)의 제1 축을 따라 연장한다. 구조층(13)뿐만 아니라 그 아래에 놓이는 제1 기판(11)과 제1 절연층(12)의 영역들도 도 1B에 도시되어 있다. 활성 구조(20)는 구조층(13)의 접촉 영역(27, 28)에 스프링(25, 26)에 의하여 연결되는데, 여기에서 접촉 영역(27, 28)은 제1 기판(11)에 견고하게 접속되고, 또한 제2 기판(15)의 적어도 영역들에서 견고하게 접속된다. 활성 구조(20)의 제1 영역(22)은 제1 스프링(25)을 통하여 구조층(13)의 제1 접촉 영역(27)과 연결되고, 반면 활성 구조(20)의 제2 영역(23)은 제2 스프링(26)을 통하여 구조층(13)의 제2 접촉 영역(28)과 연결된다. 제1 스프링(25)과 제2 스프링(26)은 적어도 제1 축을 따라, 즉 X 방향으로의 활성 구조(20)의 움직임을 허용하지만, 그러나 반면, 또한 3차원 공간에서 제2 축 및/또는 제3축을 따라, 예를 들어 Y 방향이나 Z 방향으로의 활성 구조(20)의 움직임도 가능하다. 상기 각각의 축은 서로에게 각각 수직일 수 있지만, 또한 서로에게 다른 각도를 가질 수도 있다. 게다가, 상기 부품(1)은 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 견고하게 연결되는, 그리고 여자(excitation), 판독(readout) 또는 재설정(resetting) 전극으로서 제공되는 추가의 전극(31, 32, 33, 34)을 가진다. 그들은 부품(1)의 활성 영역(21)으로 돌출되도록, 또한 다음 문단에서 보다 상세히 설명되는 활성 구조(20)의 특정 영역과 정전용량을 형성하도록 배치된다.
도 2는 상기 부품의 제1 실시예의 활성 구조와 그와 대응하는 고정 전극들을 상면도로 나타내는데, 여기에서, 더 나은 이해를 위하여, 도 1B에서 도시된 것처럼 제1 스프링(25)과 제2 스프링(26)은 물론 제1 접촉 영역(27)과 제2 접촉 영역(28)이 활성 구조(20)와 더불어 도시된다. 그러나, 활성 구조(20)와 그와 연결되는 구조층(13)의 영역들의 도시는 도 1B에서의 도시된 것과 대하여 90도 회전되었다. 본 발명에 따른 부품의 제1 실시예에 따르면, 활성 구조(20)는 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되는 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 포함한다. 또한 활성 구조(20)는 제1 전극(221), 제2 전극(222), 제3 전극(231), 및 제4 전극(232)을 포함한다. 제1 전극(221)은 제1 영역(22)에 배치되고, 그것으로부터 외측으로 제2 축, 즉 Y 축을 따라 제1 방향으로 연장한다. 제2 전극(222)은 또한 제1 영역(22)에 배치되지만, 그것으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 연장한다. 제2 방향은 제1 방향과 반대로 전개한다. 제2 축, 즉 Y 축은 제1 축, 즉 X 축에 수직이다. 제3 전극(231)과 제4 전극(232)는 제2 영역(23)에 배치되고, 여기에서 제3 전극은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제4 전극은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 연장한다.
제1 실시예에 따르면, 부품(1)은 추가적으로 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)에 견고하게 연결되는, 그리고 그것으로부터 외측으로, 제2 축을 따라 제2 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장하는 제5 전극(41)을 포함하고, 여기에서 제5 전극(41)은 제1 전극(221)과 제 3전극(231) 사이에 배치된다. 또한, 부품(1)은 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)에 견고하게 연결되는, 그리고 그것으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장하는, 그리고 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 제6 전극(51)을 포함할 수 있다. 따라서, 제5 전극(41)과 제6 전극(51)은 도 1B에 도시된 전극(32) 또는 전극(33)의 일부 범위에 부합하고, 여기에서 상기 전극들은 도 1B에서 도시된 실시예와 비교하여 상이하게 설계되고 배치된다.
도 3은 전극 배열로서 도 2에 도시된 구조는 물론, 본 발명에 따른 부품의, 그리고 그러한 부품을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제1 실시예의 전극들의 전기적 점유를 도식적으로 보여준다. 따라서, 활성 구조(20)뿐만 아니라 제5 전극(41)과 제6 전극(51)이 도 3에 도시되는데, 여기에서 활성 구조(20)는 오로지 제1 전극(221)과 제2 전극(222), 제3 전극(231), 그리고 제4 전극(232)뿐만 아니라 절연 영역(24)에 의하여 도시된다. 활성 구조는 활성 구조, 즉 제1 내지 제4 전극(221 내지 232)이 제1 축을 따라, 즉 화살표에 의하여 나타내어진 X 축을 따라 움직일 수 있도록, 도 2에 도시되었듯이 기계적 스프링 방식으로 움직일 수 있게 지지된다. 도 2에 도시된, 전기적으로 전도성인 스프링(25, 26)과 연관된 접촉 영역(27, 28)에 의하여 전극(221 내지 232)에 정의된 전위가 인가될 수 있다.
부품(1)을 작동하기 위한 방법의 제1 실시예에서, 직류 전압인 제1 전압(U0)이 제1 전극(221)과 제2 전극(222)에, 즉 제1 영역(22)에 인가된다. 음의 제1 전압(즉 -U0)이 제3 전극(231)과 제4 전극(232)에, 즉 제2 영역(23)에 인가된다. 따라서, 제1 전극(221)과 제5 전극(41)은 제1 부분 정전 용량(C1)을 형성하고, 반면 제3 전극(231)과 제5 전극(41)은 제2 부분 정전 용량(C2)을 형성한다. 상기 부분 정전 용량(C1, C2)은 제5 전극에 그에 따라 아래와 같은 전하를 유도한다:
Q = C1·U0 - C2·U0 = (C1-C2)·U0 (1).
제5 전극(41)은 연상 증폭기(61) 및 피드백 정전 용량(62)을 포함하는 전하 증폭기(60)와 연결된다. 전하 증폭기(60)는 제5 전극(41)에 유도된 전하(Q)를 제1 출구(70)에서 접속될 수 있는 전압으로 변환한다. 따라서 제5 전극(41)은, 이러한 편향이 측정될 수 있도록, 활성 구조(20)의 편향에 대한 척도인 상기 차분(C1-C2)에 비례하는 전하(Q)를 판독하는 것으로서, 판독 전극으로서 기능한다.
제2 전압(U1)은 제6 전극(51)을 통하여 인가될 수 있는데, 여기에서 그 전압(U1)은 구동 또는 더 정확하게는 재설정 전압이다. 제2 전압(U1)은, 예를 들어 가속도계에서는 직류 전압일 수 있으며, 또는, 예를 들어 자이로스코프에서는 교류 전압일 수 있다. 제2 전압(U1)의 도움으로, 재설정 힘(F)이 활성 구조(20)에 발휘될 수 있는데, 여기에서 재설정 힘(F)은 제1 전압(U0)과 제2 전압(U1)에 비례한다. 재설정 힘(F)는 다음과 같이 계산된다:
F = (U1-U0)2 - (U1+U0)2 = 4·U1·U0 (2).
제1 전압(U0)이 공식 (1)에 따른 판독 과정에서 또한 공식 (2)에 따른 재설정 과정에서 모두 발생할 수 있으므로, 제1 전압(U0)의 도움으로 변조가 구동 측에서 수행될 수 있으며 복조가 판독 측에서 수행될 수 있다.
만약, 상기 정전 용량이 X 방향으로의 편향에 선형 함수가 되도록, 앞서 설명한 부품에서 침지된 빗살 전극이 제1 내지 제6 전극(221, 222, 231, 232, 41, 51)으로써 사용된다면 추가적인 편향 의존 힘은 나타나지 않는다. 전극들의 그러한 실시예가 도 4에 예시로서 도시되어 있다. 개별의 전극들은 각각의 전극이 X 방향을 따라 연장하는 하나 이상의 부분 구조들을 포함한 채로 각각 빗살 구조로 형성된다. 예를 들어, 제1 전극(221)은 부분 구조(221a, 221b, 221c, 221d)를 포함하고, 제5 전극(41)도 부분 구조(41a, 41b, 41c, 41d)를 포함한다. 제1 전극(221)의 상기 부분 구조는 그 부분 구조들이 X 축을 따라 겹치도록, 제5 전극(41)의 상기 부분 구조 속으로 침지한다. 만약 상기 부품의 활성 구조가 X 축을 따라 움직인다면, 제1 전극(221)의 부분 구조와 제5 전극(41)의 부분 구조와의 중첩의 길이가 변화하도록 제1 전극(221)의 부분 구조는 또한 X 축을 따라 움직인다. 이는 제5 전극(41)에 대하여 제3 전극(231)에도, 뿐만 아니라 제6 전극(51)에 대하여 제2 전극(222)과 제4 전극(232)에도 동일하게 적용된다. 비록 모든 전극에 대하여 네 개의 부분 구조가 각각 도시되었으나 이 전극들은 그와는 다른 개수의 부분 전극을 포함할 수도 있으며 그리고/또는 개별 전극의 부분 구조의 개수가 서로 다를 수도 있다.
그러나, 어느 하나가 도 3에 도시된 것과 같이 평행의, 근접한 전극들을 가진 커패시터를 가진 경우, 편향 정전 용량 함수에서 2차 항이 나타나는데, 그에 의하여 편향에 의존적인 힘이 음의 스프링 상수의 형태로 나타난다. 이 음의 정전 스프링은 도 2에 도시된 기계적인 제1 및 제2 스프링(25, 26)과 더불어 작용한다. 이 효과는 관련 커패시터의 전극들 사이의 전압의 가중 제곱의 합에 본질적으로 비례한다. 그 가중치는 각각의 개별 커패시터의 구조(geometry)에 의존한다. 만약 모델이 동일하다면, 전술한 예시에서의 구동 측에 유도된 스프링 상수는 아래에 비례한다:
K = (U1-U0)2 + (U1+U0)2 = 2U1 2 + 2U0 2 (3).
이 효과는 활성 구조(20)의 공진 주파수의 동조를 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 음의 스프링 상수 K가 항상 제2 전압(U1)에 의존하고 있으므로, 또한 그러므로 오로지 재설정 힘과 함께 설정될 수 있고 그것으로부터 분리할 수 없으므로, 이 효과는 또한 바람직하지 않을 수도 있다.
도 5는 부정적인 효과가 제거될 수 있는, 본 발명에 따른 부품과 그러한 부품을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 제2 실시예에 따른 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 도식적으로 보여준다.
도 5에 도시된 제2 실시예는 도 3에 도시된 본 발명에 따른 부품의 제1 실시예와는 그 부품이 추가적으로 제7 전극(52)과 제8 전극(53)을 포함한다는 점에서 다르다. 제7 전극(52) 및 제8 전극(53)은 각각 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)에 각각 견고하게 연결되고, 그것으로부터 외측으로, 제2 축을 따라 제1 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장한다. 이는 제7 전극(52) 및 제8 전극(53)이 제6 전극(51)과 같은 방향으로 연장한다는 것을 의미한다. 제7 전극은 제2 전극(222)이 제6 전극(51)과 제7 전극(52) 사이에 배치되도록 배치되고, 반면 제8 전극(53)은 제4 전극(232)이 제6 전극(51)과 제8 전극(53) 사이에 배치되도록 배치된다.
제2 실시예의 부품을 작동하기 위한 실시예에 따르면, 활성 구조(20)가 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)에 움직일 수 있게 연결하여 주는 제1 스프링(25)과 제2 스프링(26)의 스프링 상수의 보상의 역할을 하는 제3 전압(U2)이 제7 전극과 제8 전극(52, 53)에 인가된다. 상기 부품에 설정될 수 있는, 따라서 미리 설정되는 값인, 구동 측에 유도된 재설정 힘(F) 및 스프링 상수(K)는 아래와 같이 계산될 수 있다:
F = 4·(U1-U2)·U0 (4).
K = 4·U0 2 + 2U1 2 + 2U2 2 (5).
따라서, 아래와 같이 적용되는 파라미터 α와 β가 도입될 수 있다:
α = U1 - U2 (6).
β = U1 + U2 (7).
만약 공식 (6)과 (7)을 각각 공식 (4)와 (5)에 각각 넣는다면 다음을 얻을 수 있다:
F = 4·α·U0 (8).
K = 4·U0 2 + α2 + β2 (9).
따라서, 활성 구조(20)의 움직임을 감지하기 위해, 또는 인가된 구동력과 재설정 힘을 각각, 그리고 스프링 상수를 제어하기 위해, 즉 제2 전압(U1) 및 제3 전압(U2)를 제어하기 위해, 제공되는 신호 처리는 다음의 방정식을 푸는 것이다:
Figure 112016082803721-pct00001

이 신호 처리는 도 5에서 개략적으로 도시된 제어 유닛(80)에 의하여 실현될 수 있다. 재설정 힘(F)과 스프링 상수(K)를 위해 정해질 값들이 어느 제어기나 또는 상기 부품을 포함하는 시스템의 또 다른 제어 유닛에 의하여 제어 유닛(80)에 제공된다. 또한, 상기 계산의 수행을 위하여 제1 전압(U0)이 제어 유닛(80)을 위해 준비된다. 제어 유닛(80)은 공식 (10)과 (11)에 따라 파라미터 α와 β를 계산하기 위한 제1 유닛(81), 공식 (12)에 따라 제2 전압(U1)을 계산하기 위한 제2 유닛(82), 그리고 공식 (13)에 따라 제3 전압(U2)을 계산하기 위한 제3 유닛(83)을 포함한다. 제6 전극에 인가되는 제2 전압(U1)은 제2 유닛(82)에 의해 계산되는 값 또는 그와 대응하는 신호에 따라 설정된다. 제7 전극(52)과 제8 전극(53)에 인가되는 제3 전압(U2)은 제3 유닛(83)에 의해 계산되는 값 또는 그와 대응하는 신호에 따라 설정된다. 따라서, 제2 전압(U1)과 제3 전압(U2)을 제어하기 위한 제어 회로가 실현될 수 있다.
부품을 작동하기 위한 방법의 앞서 도시되고 설명된 실시예들은 활성 구조(20)의 전극들에 직류 전압이 인가되었다는 점을 특징으로 한다. 그러나, 종래 기술에서 이미 설명된 바와 같이, 활성 구조에 교류 전압도 또한 인가될 수 있으며, 그로써 자체 혼합의 구동과 판독 기능이 실현될 수 있다. “자체 혼합”은 동작 주파수 ω0(공진 주파수)에서 동작하는 자이로스코프에 있어서, 구동 전극에 직류 전압을 인가하는 것으로 재설정 힘이 동작 주파수 ω0에서 얻어질 수 있는 반면, 예를 들어 검출을 위하여, 동작 주파수 ω0에서의 편향이 직류 전압 값을 판독 전극에 또는 전하 증폭기에 공급한다는 것을 의미한다.
본 발명에 따른 부품과 그러한 부품을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제3 실시예에 따른 전극들의 전극 배열과 전기적 점유를 개략적으로 보여주는 도 6을 참조하여 이러한 방법이 설명된다. 제1 전압 U0 · cos(ω0 · t)가 제1 전극(221)과 제2 전극(222)에, 즉 활성 구조(20)의 제1 영역(22)에 인가되는 반면, 시간 지연된 제2 전압 U0 · sin(ω0 · t)가 제3 전극(231)과 제4 전극(232)에, 즉 활성 구조(20)의 제2 영역(23)에 인가된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 부품(1)은 모두 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는, 그리고 또한 도 3과 도 4와 관련하여 설명된 제5 전극(41)과 같이 연장하는 첫 번째 제5 전극(411)과 두 번째 제5 전극(412)를 보유한다. 이것은 다음을 의미한다: 첫 번째 제5 전극(411)과 두 번째 제5 전극(412)은 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 견고하게 연결되고, 그것으로부터 외측으로 제2 축, 즉 Y 축을 따라 제2 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장한다.
또한, 부품(1)은 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 모두 각각 연결되는, 또한 그것으로부터 외측으로 제2 축, 즉 Y 축을 따라 제2 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장하는 제9 전극(42)과 제10 전극(43)을 보유한다. 제9 전극(42)은 제1 전극(221)이 첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42) 사이에 배치되도록 위치하고, 반면 제10 전극(43)은 제3 전극(231)이 두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43) 사이에 배치되도록 위치한다.
부품(1)은 추가적으로, 제1 신호 처리 유닛(71)과 제2 신호 처리 유닛(72)을 포함한다. 첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42)은 이 두 전극 간의 전하 차이를 측정하는, 또한 전하(QR) 또는 그에 대응하는 전압을 제1 출구(73)에 제공하는 제1 신호 처리 유닛(71)과 연결된다. 두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43)은 역시 이 두 전극 간의 전하 차이를 측정하는, 또한 전하(QI) 또는 그에 대응하는 전압을 제2 출구(74)에 제공하는 제2 신호 처리 유닛(72)과 연결된다.
부품(1)은 추가적으로, 모두 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는, 그리고 또한 도 3과 도 4와 관련하여 설명된 제6 전극(51)과 같이 연장하는 첫 번째 제6 전극(511)과 두 번째 제6 전극(512)을 보유한다. 이것은 첫 번째 제6 전극(511)과 두 번째 제6 전극(512)이 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 견고하게 연결되고, 그것으로부터 외측으로 제2 축, 즉 Y 축을 따라 제1 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장한다는 것을 의미한다. 또한 부품(1)은 도 4를 참조하여 이미 설명된 바와 같이, 제7 전극(52)과 제8 전극(53)을 보유한다. 따라서, 제2 전극(222)은 첫 번째 제6 전극(511)과 제7 전극(52) 사이에 배치되고, 반면 제4 전극(232)은 두 번째 제6 전극(512)과 제8 전극(53) 사이에 배치된다.
상기 부품을 작동하기 위한 방법의 세 번째 실시예에 따르면, 제3 전압 UR이 제7 전극(52)에 인가되는 반면, 음의 제3 전압 -UR이 첫 번째 제6 전극(511)에 인가된다.
제4 전압 UI가 두 번째 제6 전극(512)에 인가되는 반면, 음의 제4 전압 -UI가 제8 전극(53)에 인가된다.
제3 전압 UR과 제4 전압 UI는 직류 전압이고, 그러나 그 극성은 저주파수로 주기적으로 반전될 수 있다.
따라서, 활성 구조(20)에 작용하는 힘은 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure 112016082803721-pct00002
판독 전하 QR과 QI는 다음과 같다:
Figure 112016082803721-pct00003
부분 정전 용량의 차이(C2-C1)에서 비롯되는 정전 용량의 차이(△C)는 활성 구조(20)의 편향의 척도이다.
따라서, 정상(normal) 성분과 직교(quadrature) 성분 모두가 구동 측과 판독 측 모두에서 올바르게 처리될 수 있다.
ω=0일 때 전하 증폭기의 표류를 보상하기 위하여, 활성 구조(20)에 인가된 제1 전압 U0 · cos(ω0 · t)의 극성과 제2 전압 U0 · sin(ω0 · t)의 극성은 물론, 구동 전극에 인가된 제3 전압 UR과 제4 전압 UI는 저주파수에서 주기적으로 반전될 수 있다. 이러한 경우, 판독 전하들(QR과 QI)은 동일한 주기로 복조된다.
도 7에서는, 본 발명에 따른 부품의, 그리고 그 부품을 작동시키기 위한 본 발명에 따른 방법의 제4 실시예에 따른 또 다른 자체 혼합 변형의 전극들의 전극 배치와 전기적 점유를 개략적으로 도시한다. 상기 부품은 앞서 도시된 실시예들의 경우에서 그랬던 것처럼, 제1 축(X 축)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되지만, 전기적으로는 서로 절연되는, 활성 구조의 두 개의 전기적 전도성 영역을 가질 뿐 아니라, 네 개의 그러한 영역을 가진다.
도 7에서 도시된 바와 같이, 활성 구조(20)는 따라서 제1 전극(221)과 제2 전극(222)을 가지는 제1 영역(22)과 제3 전극(231)과 제4 전극(232)을 가지는 제2 영역(23), 제5 전극(251)과 제6 전극(252)을 가지는 제3 영역(250)은 물론 제7 전극(261)과 제8 전극(262)을 가지는 제4 영역(260)을 포함한다. 상기 개별 영역들(22, 23, 250, 260)은 각각 전기적으로 전도성이며, 제1 축을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결된다. 그러나 그들은 절연 영역들(24a, 24b, 24c)에 의하여 서로 전기적으로 절연된다. 특히 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 제1 절연 영역(24a)에 의하여 서로 절연되고, 제2 영역(23)과 제3 영역(250)은 제2 절연 영역(24b)에 의하여 서로 절연되며, 제3 영역(250)과 제4 영역(260)은 제3 절연 영역(24c)에 의하여 절연된다. 상기 절연 영역들(24a, 24b, 24c)과 관련하여서는, 도 1A를 참조하여 이미 언급된 것들이 적용된다.
제1 전극(221)은 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축, 즉 Y 축을 따라 제1 방향으로 연장하지만, 반면 제2 전극(222)은 그것으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향과는 반대로 진행하는 제2 방향으로 연장한다. 제3 전극(231)과 제4 전극(232)은 제2 영역(23)에 배치되는데, 여기에서 제3 전극은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제4 전극은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 연장한다. 제5 전극(251)과 제6 전극(252)은 제3 영역(250)에 배치되고, 여기에서 제5 전극은 제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제6 전극은 제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 연장한다. 제7 전극(261)과 제8 전극(262)은 제4 영역(260)에 배치되고, 여기에서 제7 전극은 제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제8 전극은 제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 연장한다.
제4 실시예에 따라, 상기 부품은 추가적으로 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 견고하게 연결되는, 또한 그것으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제2 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장하는 제9 전극(44)과 제10 전극(45)을 포함하는데, 여기에서 제9 전극(44)은 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되고, 제10 전극(45)은 제5 전극(251)과 제7 전극(261) 사이에 배치된다. 또한, 부품은 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)과 견고하게 연결되는, 또한 그것으로부터 외측으로 제2 축을 따라 제 1 방향으로 활성 영역(21)을 향하여 연장하는 제11 전극(54)과 제12 전극(55)을 포함하는데, 여기에서 제11 전극(54)은 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되고, 제12 전극(55)은 제6 전극(252)과 제8 전극(262) 사이에 배치된다.
활성 구조, 즉 제1 내지 제8 전극(221 내지 262)은 제1 축, 즉 화살표에 의하여 나타내어진 X 축을 따라 움직일 수 있다.
부품을 작동시키기 위한 방법의 제4 실시예에서, 제1 전압 U0 · cos(ω0 · t)가 제1 전극(221)과 제2 전극(222)에, 즉 제1 영역(22)에 인가된다. 음의 제1 전압, 즉 -U0 · cos(ω0 · t)가 제3 전극(231)과 제4 전극(232)에, 즉 제2 영역(23)에 인가된다. 따라서, 제1 전극(221)과 제9 전극(44)은 제1 부분 정전 용량(C1)을 형성하고, 반면 제3 전극(231)과 제9 전극(44)은 제2 부분 정전 용량(C2)을 형성한다. 상기 부분 정전 용량(C1, C2)은 제9 전극(44)에, 단순한 전하 증폭기(60a)의 도움으로 증폭될 수 있는, 또한 제1 출구(73)에서 전압으로서 판독되는, 전하 QR을 유도한다.
시간 지연된 제2 전압 U0 · sin(ω0 · t)가 제5 전극(251)과 제6 전극(252)에, 즉 제3 영역(250)에 인가된다. 음의 제2 전압, 즉 -U0 · sin(ω0 · t)가 제7 전극(261)과 제8 전극(262)에 즉, 제4 영역(260)에 인가된다. 따라서, 제5 전극(251)과 제10 전극(45)은 제3 부분 정전 용량(C3)을 형성하고, 반면 제7 전극(271)과 제10 전극(45)은 제4 부분 정전 용량(C4)을 형성한다. 상기 부분 정전 용량(C3, C4)은 제10 전극(45)에, 또 다른 단순한 전하 증폭기(60b)의 도움으로 증폭될 수 있는, 또한 제2 출구(74)에서 전압으로서 판독되는, 전하 QI를 유도한다.
제3 전압 UR이 제11 전극(54)을 통하여 인가될 수 있으며, 반면 제4 전압 UI가 제12 전극(55)에 인가될 수 있다. 제3 전압 UR과 제4 전압 UI는 직류 전압이고, 그러나 그 극성은 저주파수로 주기적으로 반전될 수 있다.
따라서 활성 구조(20)에 작용하는 재설정 힘(F)은 또한 공식(14)에 따라서 계산될 수 있다. 그러나 도 6에서 도시한 제3 실시예와는 반대로, 전하(QR, QI)를 판독하기 위하여 오직 단순한 전하 증폭기(60a, 60b)가 필요할 뿐이다.
본 발명에 따른 부품과, 그러한 부품을 작동하기 위한 본 발명에 따른 방법의 상기에서 설명된 실시예들은 구동 및 검출 기능의 완전한 분리를 가능하게 한다. 구동을 위한 전극 및 검출을 위한 전극 각각을 가지는 비혼합 구성과 구동 및 검출을 위한 다수의 전극을 가지는 자체 혼합 구성 모두가 실현될 수 있다. 게다가, 활성 구조(20)가 제1 기판(11) 및/또는 제2 기판(15)에 연결되게 하여주는, 스프링(25, 26)의 음의 스프링 상수는 활성 구조(20)의 공진 주파수의 동조를 위하여 사용될 수 있다. 그러나 음의 스프링 상수의 효과를 제거하는 것도 역시 가능하다.
활성 구조(20)의 전극에 직류 전압을 인가할 때, 구동을 위하여 선형의 인장력 함수가 실현될 수 있는데, 여기에서 유해한 정전 용량은 활성 구조(20)의 편향을 검출하는 데에 있어서 효과가 없으며, 또한 이로 인하여 검출의 높은 정확도가 달성될 수 있다. 만약 다수의 진동자, 즉 서로와의 관계에서 움직일 수 있게 지지되는 다수의 구조로 이루어지는 활성 구조가 사용되는 경우, 구동 및 검출의 기능은 서로 간 완전히 분리될 수 있으며, 이에 따라 시간 다중이 요구되지 않는다. 또한, 동작 주파수 ω0에서 동작하는 자이로스코프에서, 구동을 위하여서는 구동 전압의 낮은 대역폭을, 그리고 검출을 위하여서는 전하 증폭기를 사용하는 것이 가능하다.
11: 제1 기판 15: 제2 기판
20: 활성 구조 21: 활성 영역
22: 제1 영역 23: 제2 영역
24: 절연 영역 25: 제1 스프링
26: 제2 스프링 41: 제5 전극
51: 제6 전극 221: 제1 전극
222: 제2 전극 231: 제3 전극
232: 제4 전극

Claims (27)

  1. 기판(11, 15);
    상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 가지는 활성 구조(20); 여기에서 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며,
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221);과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222); 여기에서 제2 축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231);과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극(232);
    제1 전압(U0)을 제1 영역(22)에 인가하는 수단; 여기에서 제1 전압(U0)은 직류 전압이며,
    음의 제1 전압(-U0)을 제2 영역(23)에 인가하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  2. 기판(11, 15);
    상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 가지는 활성 구조(20); 여기에서 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되며,
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221);과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222); 여기에서 제2 축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231);과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극(232);
    제1 전압(U0·cos(ω0t))을 제1 영역(22)에 인가하는 수단; 여기에서 제1 전압(U0)은 교류 전압이며,
    제1 전압(U0·cos(ω0t))과 동일하지만 시간이 지연된 제2 전압(U0·sin(ω0t))을 제2 영역(23)에 인가하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  3. 기판(11, 15);
    상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 가지는 활성 구조(20); 여기에서 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되고, 여기에서 활성 구조(20)는 추가적으로 제3 영역(250)과 제4 영역(260)을 가지고, 여기에서 제3 영역(250)과 제4 영역(260)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 제1 영역(22)과 제2 영역(23)에 견고하게 물리적으로 연결되며, 여기에서 제1 영역(22)은 제2 영역(23)으로부터 제1 절연 영역(24a)에 의하여 절연되고, 제3 영역(250)은 제2 영역(23)으로부터는 제2 절연 영역(24b)에 의하여 절연되며, 제4 영역(260)으로부터는 제3 절연 영역(24c)에 의하여 절연되며,
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221);과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222); 여기에서 제2 축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231);과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극(232);
    제1 전압(U0·cos(ω0t))을 제1 영역(22)에 인가하는 수단; 여기에서 제1 전압(U0)은 교류 전압이며,
    음의 제1 전압(-U0·cos(ω0t))을 제2 영역(23)에 인가하는 수단;
    제1 전압(U0·cos(ω0t))과 동일하지만 시간이 지연된 제2 전압(U0·sin(ω0t))을 제3 영역(250)에 인가하는 수단; 및
    음의 제2 전압(-U0·sin(ω0t))을 제4 영역(260)에 인가하는 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  4. 제1항에 있어서,
    기판(11, 15)에 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는 제5 전극(41);을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  5. 제4항에 있어서,
    제5 전극(41)은 전하 증폭기(60)와 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  6. 제1항에 있어서,
    기판(11, 15)에 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 제6 전극(51);을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  7. 제6항에 있어서,
    제7 전극(52); 및
    제8 전극(53);을 추가적으로 포함하고,
    여기에서, 제7 전극(52)과 제8 전극(53)은 기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며,
    제7 전극(52)과 제8 전극(53)은 제2 전극(222)이 제6 전극(51)과 제7 전극(52) 사이에 배치되도록, 또한 제4 전극(232)이 제6 전극(51)과 제8 전극(53) 사이에 배치되도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  8. 제7항에 있어서,
    제6 전극(51), 제7 전극(52) 및 제8 전극(53)과 연결되고, 제1 영역(22)에 인가되는 제1 전압(U0)을 기초로, 미리 설정되는 재설정 힘(F)과 미리 설정되는 스프링 상수(K), 제6 전극(51)에 인가되는 제2 전압(U1)을 제어하기 위한, 또한 제7 전극(52)과 제8 전극(53)에 인가되는 제3 전압(U2)을 제어하기 위한 신호를 계산할 수 있는 제어 유닛(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  9. 제7항에 있어서,
    첫 번째 제6 전극(511)과 두 번째 제6 전극(512)이 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되고,
    여기에서, 제2 전극(222)은 첫 번째 제6 전극(511)과 제7 전극(52) 사이에 배치되고, 제4 전극(232)은 두 번째 제6 전극(512)과 제8 전극(53) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  10. 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    첫 번째 제5 전극(411)과 두 번째 제5 전극(412)이 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되고,
    마이크로 기계식 부품(1)은 제9 전극(42)과 제10 전극(43)을 추가적으로 포함하며,
    여기에서, 제9 전극(42)과 제10 전극(43)은, 기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며, 제1 전극(221)이 첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42) 사이에 배치되도록, 또한 제3 전극(231)이 두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43) 사이에 배치되도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  11. 제10항에 있어서,
    첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42)은 제1 신호 처리 유닛(71)과 연결되고,
    두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43)은 제2 신호 처리 유닛(72)과 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  12. 제3항에 있어서,
    제3 전극(231)은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제4 전극(232)은 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하고,
    제5 전극(251)은 제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제6 전극(252)은 제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하고,
    제7 전극(261)은 제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하고, 제8 전극(262)은 제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  13. 제12항에 있어서,
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는 제9 전극(44);
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제5 전극(251)과 제7 전극(261) 사이에 배치되는 제10 전극(45);
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 제11 전극(54);
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제6 전극(252)과 제8 전극(262) 사이에 배치되는 제12 전극(55);을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  14. 제13항에 있어서,
    제9 전극(44) 및 제10 전극(45)은 각각 연관된 전하 증폭기(60a, 60b)와 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 기계식 부품(1).
  15. 기판(11, 15) 및 상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 가지며, 여기에서 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되는, 활성 구조(20)를 포함하는 마이크로 기계식 부품(1)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    제1 전압(U0)을 제1 영역(22)에 인가하는 단계; 여기에서 제1 전압(U0)은 직류 전압이며,
    음의 제1 전압(-U0)을 제2 영역(23)에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221)과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222); 여기에서 제 2축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231)과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극; 및
    기판(11, 15)에 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는 제5 전극(41);을 추가적으로 포함하고,
    마이크로 기계식 부품(1)을 작동하기 위한 방법은 제5 전극(41)에 생성되는 전하(q)의 측정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 전하의 측정을 위하여 제5 전극과 연결되는 전하 증폭기(60)가 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    기판(11, 15)에 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 제6 전극(51);을 추가적으로 포함하며,
    제1 전압(U0)에 그리고 제2 전압(U1)에 비례하는 힘을 활성 구조(20)에 발휘하는 제2 전압(U1)이 제6 전극(51)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    제7 전극(52) 및 제8 전극(53)을 추가적으로 포함하고,
    여기에서, 제7 전극(52)과 제8 전극(53)은 기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며,
    제7 전극(52)과 제8 전극(53)은 제2 전극(222)이 제6 전극(51)과 제7 전극(52) 사이에 배치되도록, 또한 제4 전극(232)이 제6 전극(51)과 제8 전극(53) 사이에 배치되도록, 배치되고,
    활성 구조(20)가 기판(11, 15)에 움직일 수 있게 연결하여 주는 스프링(25, 26)의 스프링 상수의 보상 역할을 하는 제3 전압(U2)이 제7 전극(52)과 제8 전극(53)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    제2 전압(U1)과 제3 전압(U2)은 제어 회로에 의하여 제어되고, 여기에서 제어회로는, 제1 전압(U0)을 기초로, 미리 설정되는 재설정 힘(F)과 미리 설정되는 스프링 상수(K), 제2 전압(U1)과 제3 전압(U2)을 제어하기 위한 신호를 계산하는 제어 유닛(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 기판(11, 15) 및 상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 적어도 제1 영역(22)과 제2 영역(23)을 가지며, 여기에서 제1 영역(22)과 제2 영역(23)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24)에 의하여 서로 전기적으로 절연되는, 활성 구조(20)를 포함하는 마이크로 기계식 부품(1)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    제1 전압(U0·cos(ω0t))을 제1 영역(22)에 인가하는 단계; 여기에서 제1 전압(U0)은 교류 전압이며,
    제1 전압(U0·cos(ω0t))과 동일하지만 시간이 지연된 제2 전압(U0·sin(ω0t))을 제2 영역(23)에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221)과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222), 여기에서 제 2축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231)과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극(232),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며, 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는 첫 번째 제5 전극(411)과 두 번째 제5 전극(412),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며, 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 첫 번째 제6 전극(511)과 두 번째 제6 전극(512),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며, 제2 전극(222)이 첫 번째 제6 전극(511)과 제7 전극(52) 사이에 배치되도록, 또한 제4 전극(232)이 두 번째 제6 전극(512)과 제8 전극(53) 사이에 배치되도록, 배치되는 제7 전극(52)과 제8 전극(53),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고, 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며, 제1 전극(221)이 첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42) 사이에 배치되도록, 또한 제3 전극(231)이 두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43) 사이에 배치되도록, 배치되는 제9 전극(42)과 제10 전극(43)을 추가적으로 포함하고,
    직류 전압인 제3 전압(UR)이 제7 전극(52)에 인가되고,
    음의 제3 전압(-UR)이 첫 번째 제6 전극(511)에 인가되며,
    직류 전압인 제4 전압(UI)이 두 번째 제6 전극(512)에 인가되고,
    음의 제4 전압(-UI)이 제8 전극(53)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    첫 번째 제5 전극(411)과 제9 전극(42)은 제1 신호 처리 유닛(71)과 연결되고,
    두 번째 제5 전극(412)과 제10 전극(43)은 제2 신호 처리 유닛(72)과 연결되는데,
    여기에서, 제1 신호 처리 유닛(71)과 제2 신호 처리 유닛(72)에서는 활성 구조(20)의 편향의 척도인 전하 차이(△Q)가 각각 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 기판(11, 15) 및 상기 기판(11, 15)에 대하여 적어도 하나의 방향으로 편향될 수 있으며, 제1 영역(22), 제2 영역(23), 제3 영역(250) 및 제4 영역(260)을 가지며, 여기에서 제1 영역(22), 제2 영역(23), 제3 영역(250) 및 제4 영역(260)은 전기적으로 전도성이고 제1 축(x)을 따라 서로 견고하게 물리적으로 연결되며, 절연 영역(24a, 24b, 24c)에 의하여 서로 각각 전기적으로 절연되는, 활성 구조(20)를 포함하는 마이크로 기계식 부품(1)을 작동하기 위한 방법에 있어서,
    제1 전압(U0·cos(ω0t))을 제1 영역(22)에 인가하는 단계; 여기에서 제1 전압(U0)은 교류 전압이며,
    음의 제1 전압(-U0·cos(ω0t))을 제2 영역(23)에 인가하는 단계;
    제1 전압(U0·cos(ω0t))과 동일하지만 시간이 지연된 제2 전압(U0·sin(ω0t))을 제3 영역(250)에 인가하는 단계; 및
    음의 제2 전압(-U0·sin(ω0t))을 제4 영역(260)에 인가하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제1 전극(221)과 제1 영역(22)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제2 전극(222), 여기에서 제 2축(y)은 제1 축(x)에 대하여 수직이며, 제2 방향은 제1 방향과 반대이고,
    제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제3 전극(231)과 제2 영역(23)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제4 전극(232),
    제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제5 전극(251), 제3 영역(250)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제6 전극(252),
    제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하는 제7 전극(261), 제4 영역(260)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하는 제8 전극(262),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제1 전극(221)과 제3 전극(231) 사이에 배치되는 제9 전극(44),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제2 방향으로 연장하며 제5 전극(251)과 제7 전극(261) 사이에 배치되는 제10 전극(45)을 추가적으로 포함하고,
    마이크로 기계식 부품(1)을 작동하기 위한 방법은 제9 전극(44)에 생성되는 제1 전하(QR)와 제10 전극(45)에 생성되는 제2 전하(QI)의 측정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    제1 전하(QR)는 제1 전하 증폭기(60a)에 의하여 측정되고,
    제2 전하(QI)는 제2 전하 증폭기(60b)에 의하여 측정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서,
    마이크로 기계식 부품(1)은
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제2 전극(222)과 제4 전극(232) 사이에 배치되는 제11 전극(54),
    기판(11, 15)과 견고하게 연결되고 기판(11, 15)으로부터 외측으로 제2 축(y)을 따라 제1 방향으로 연장하며 제6 전극(252)과 제8 전극(262) 사이에 배치되는 제12 전극(55)을 추가적으로 포함하고,
    직류 전압인 제3 전압(UR)이 제11 전극(54)에 인가되고,
    직류 전압인 제4 전압(UI)이 제12 전극(55)에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
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