具有电极和电介质的MEMS装置的制作方法

具有电极和电介质的mems装置
技术领域
1.本公开涉及一种具有电极和电介质的微机电系统(mems)装置。


背景技术：

2.目前，诸如移动电话、个人计算机、智能扬声器、助听器和真无线立体声(tws)耳机的消费电子设备以及其它主机设备通常包含一个或更多个小型麦克风、传感器和/或致动器。微纳制造技术的进步导致了具有越来越小的尺寸和不同形状因子的mems装置(诸如麦克风、传感器和致动器)的发展。增加电容式麦克风、传感器、致动器和mems装置中其它电容式元件的偏置电压会导致更高的输出和其它操作，但也会增加塌陷(collapse)的趋势并增加系统的机械刚度。


技术实现要素：

3.本公开提供一种微机电系统mems装置，所述mems装置包括：第一支撑层；第二支撑层；固体电介质，所述固体电介质被悬置在所述第一支撑层与所述第二支撑层之间，使得所述固体电介质相对于所述第一支撑层和所述第二支撑层移动，其中，所述固体电介质包括多个孔；第一多个电极，所述第一多个电极联接到所述第一支撑层和所述第二支撑层，所述第一多个电极延伸穿过所述多个孔的第一子集；第二多个电极，所述第二多个电极联接到所述第一支撑层，所述第二多个电极部分地延伸到所述多个孔的第二子集中；以及第三多个电极，所述第三多个电极联接到所述第二支撑层，所述第三多个电极部分地延伸到所述多个孔的第三子集中。
4.本公开还提供一种换能器组件，所述换能器组件包括：基座；盖，所述盖联接到所述基座，所述盖和所述基座限定了壳体；以及换能器，所述换能器被设置在所述壳体内的所述基座上，所述换能器包括：第一支撑层；第二支撑层；固体电介质，所述固体电介质被悬置在所述第一支撑层与所述第二支撑层之间，使得所述固体电介质相对于所述第一支撑层和所述第二支撑层移动，其中，所述固体电介质包括多个孔；第一多个电极，所述第一多个电极联接到所述第一支撑层和所述第二支撑层，所述第一多个电极延伸穿过所述多个孔的第一子集；第二多个电极，所述第二多个电极联接到所述第一支撑层，所述第二多个电极部分地延伸到所述多个孔的第二子集中；以及第三多个电极，所述第三多个电极联接到所述第二支撑层，所述第三多个电极部分地延伸到所述多个孔的第三子集中。
附图说明
5.为了描述可以获得本公开的优点和特征的方式，通过参考本公开的在附图中例示的具体实施方式来呈现对本公开的描述。这些附图仅描绘了本公开的示例实施方式并因此不被认为限制本公开的范围。为了清楚起见，附图可能已被简化并且不一定按比例绘制。
6.图1是根据可能的实施方式的mems装置的示例截面图；
7.图2是根据可能的实施方式的mems装置的示例等距(isometric)图；
8.图3是根据可能的实施方式的mems装置的示例截面图；
9.图4至图7是根据可能的实施方式的mems装置的示例等距图；
10.图8至图11是根据可能的实施方式的mems装置的示例截面图；
11.图12是根据可能的实施方式的传感器封装件的示例截面图；
12.图13是根据可能的实施方式的mems装置的应用的示例例示图；
13.图14至图15是根据可能的实施方式的mems装置的示例等距图；
14.图16是根据可能的实施方式的mems装置的示例等距图；
15.图17是根据可能的实施方式的电介质层的示例等距图；以及
16.图18是根据可能的实施方式的电介质层的示例等距图。
具体实施方式
17.实施方式可以提供一种具有电极和电介质的mems装置。根据可能的实施方式，mems装置可以包括第一支撑层、第二支撑层和悬置在第一支撑层与第二支撑层之间的固体电介质。固体电介质可以相对于第一支撑层和第二支撑层移动，并且可以包括多个孔。所述mems装置可以包括第一多个电极，所述第一多个电极联接到所述第一支撑层和所述第二支撑层并且延伸穿过所述多个孔的第一子集。所述mems装置可以包括第二多个电极，所述第二多个电极联接到所述第一支撑层并且部分地延伸到所述多个孔的第二子集中。所述mems装置可以包括第三多个电极，所述第三多个电极联接到所述第二支撑层并且部分地延伸到所述多个孔的第三子集中。
18.至少一些实施方式可以基于电介质致动器，其中，电介质放置在处于不同电势的电极之间。产生的静电力用于拉动电介质和电极，使得电介质尽可能多地覆盖电极，从而最大化它们之间的电容。该力与电容随位移和电压平方的变化成比例。
19.详细地说，当在相邻电极之间施加电压时，会产生静电力，其以更充分地使电介质和电极接合的方式拉动电介质和电极。电容器中的能量为e＝1/2cv2。将电介质移动到电极之间的间隙中会增加电容。静电力f＝δe/δz＝1/2δc/δz v2，其中，z是电介质和电极的接合方向。只要电介质末端不会太靠近导电电极的末端并且只要电极形状理想，电极之间的电容就会作为电介质位移的函数而线性变化。因此，无论电极之间的电介质的位置如何，产生的静电力都是恒定的。
20.在传统的平行板传感器中，静电力与板之间的间隙的平方成反比地变化。在mems装置(诸如麦克风)中，静电力会导致振膜作为位移的函数偏转并因此变硬。当电介质马达用作mems装置(诸如麦克风)中的传感器时，由马达产生的静电力会导致振膜弯曲并因此增加振膜的刚度。该附加刚度与施加电压的平方成比例。传感器的灵敏度也与施加电压成比例，因此增大施加电压以增加灵敏度与降低振膜的机械顺应性(即，增加刚度)之间存在冲突。至少一些实施方式可以提供双电介质电机，其可以使整体顺应性与施加的电压无关，至少与一阶(first order)无关。
21.传统的平行板mems麦克风中的一个问题是振膜在高冲击或声学负载下倾向于塌陷到背板上。由于振膜与背板的间隙变得不相等，所以双振膜单背板麦克风会变得非常不稳定。使用双电介质电机进行感测可以避免振膜的静电塌陷和静电硬化。一些实施方式可以使用两个对置的电介质电机来平衡它们之间的静电力。在一些实施方式中，这可以允许
大的偏置电压，其中存在很小或不存在净静电力或静电力梯度，其中位置施加在mems装置的电极与电介质之间。
22.图1是根据可能的实施方式的mems装置100的示例截面图。图2是根据可能的实施方式的mems装置200的示例等距图。图3是根据可能的实施方式的mems装置300的示例截面图。图4至图7是根据可能的实施方式的mems装置400、500、600和700的示例等距图。图8至图11是根据可能的实施方式的mems装置800、900、1000和1100的示例截面图。图12是根据可能的实施方式的传感器封装件1200的示例截面图。图13是根据可能的实施方式的mems装置400或任何其它公开的mems装置的应用的示例例示图1300。
23.通常，参考图1至图3，mems装置可以包括沿轴线160并平行于该轴线160纵向定向(orient)的第一电极110。第一电极110可以具有第一端111和第二端112。mems装置可以包括沿轴线160并平行于该轴线160纵向定向的第二电极120。第二电极120可以具有第一端121和第二端122。mems装置可以包括沿轴线160并平行于该轴线160纵向定向的第三电极130。第三电极130可以具有第一端131和第二端132。电极110、电极120和电极130可以是圆柱、板、立方体、棱柱、多面体或其它形状的电极。第一电极110的长度可以比第二电极120的长度长并且比第三电极130的长度长。mems装置包括散布在电极之间的电介质150。电介质150具有在平行于轴线160的方向上穿过电介质150的多个孔156(图1中未示出)。第一电极、第二电极和第三电极可以各自至少部分地位于多个孔156中的一个孔内。至少部分地位于孔内可以暗示电极的一部分位于孔内和/或电极位于孔的一部分中。根据可能的实施方式，至少第二电极和第三电极可以仅部分地位于孔156内，以便端部位于固体电介质150的外部。电极可以相对于彼此基本固定。例如，电极可以基本固定，同时允许由于弯曲和其它力引起的一些相对移动。电介质150和电极相对于彼此自由移动。
24.来自第一电压源v1的电压被施加在第一电极110与第二电极120之间，从而产生相对恒定的力f1。来自第二电压源v2的电压被施加在第一电极110与第三电极130之间，以产生相对恒定的力f2。力f1和力f2是相反的。如果结构相对对称并且电压源v1和v2的大小相等，则力f1和f2相等，因此在电介质与电极之间施加净零力。来自电压源v1和v2的电压的大小可以不相等，以补偿结构的不对称性或有意在电介质与电极之间产生非零净力。
25.mems装置可以是mems换能器。例如，mems装置可以是传感器或致动器。mems装置可以被机械地驱动，诸如用作差分传感器、麦克风、振动传感器或其它传感器。mems装置也可以被电驱动，诸如作为致动器或扬声器产生机械运动。
26.mems装置包括至少一个电介质150。参考图2，根据可能的实施方式，电介质150可以是可以包括多个孔156的固体电介质。出于方便的目的，孔156被例示为圆柱形，但是可以采用任何有用的形状。电介质150可以围绕第二电极120的第二端122和第三电极130的第一端131。第二电极120的第一端121和第三电极130的第二端132可以位于固体电介质150的外部。根据可能的实施方式，电介质150可以填充第一电极与第二电极120之间的距离的至少50％。该距离可以垂直于第一电极110的第一长度。例如，电介质150可以填充所述距离的至少75％、所述距离的至少80％、所述距离的至少80％至90％之间的距离。然而，电介质150可以填充距离的从1％到99％的任何量。电介质填充电极之间的间隙越多，每单位位移的电容变化越大，因此针对电极之间的给定偏压(voltage bias)产生的力越大。电介质与电极之间应保留一些最小间隙，其受制于制造约束，以便电介质和电极保持相对于彼此可移动。虽
然一些实施方式示出了具有孔156(诸如通道或通路)的固体电介质150，但是固体电介质150也可以采用其它形式，诸如一个或更多个区段或构件，如在其它实施方式中所示的。
27.电介质150相对于第一电极、第二电极和第三电极可以是可移动的。例如，由于电介质150的偶然屈曲、弯曲、碰撞和其它轻微移动，所以电介质150可以基本上并且有意地移动超出轻微移动。此外，当电介质150可以相对于第一电极、第二电极和第三电极平行于轴线160移动时，第一电极、第二电极和第三电极也可以相对于电介质150移动。因此，通过电极和电介质150可以相对于彼此移动，电极和/或电介质150可以或可以不相对于mems装置的其它元件、相对于地球和/或相对于任何其它参考点固定或可移动。
28.在第一电极110与第二电极120之间存在第一电容。在第一电极110与第三电极130之间存在第二电容。电极之间的电容可以是电介质150的函数。例如，当电介质150相对于电极在平行于轴线160的方向上移动时，第一电容和第二电容的值可以在相反方向上改变。例如，当电介质150移动并导致第一电容增加时，第二电容可以减小。电介质150上的相对于电极110、120和130的静电力可以相对于位移基本上不变。
29.第一电极110可以至少部分地设置在多个孔156中的第一孔内。第二电极120的第二端122可以设置在多个孔156中的第二孔内。第三电极130的第一端131可以设置在多个孔156中的第三孔内。第一孔、第二孔和第三孔可以是不同的孔。
30.电介质150可以包括第一表面151和第二表面152。第一表面151和第二表面152可以平行于垂直于轴线160的平面。第一电极110的第一端111和第二端112可以位于电介质150的外部。第一电极110的第二端112和第三电极130的第二端132可以延伸超出电介质150的第二表面152。第二电极120的第一端121可以延伸超出电介质150的第一表面151。第一电极110的第一端111也可以延伸超出电介质150的第一表面151。
31.在实施方式中，第一电极110可以是彼此电连接的多个第一导电引脚(pin)中的一个导电引脚。第二电极120可以是彼此电连接的多个第二导电引脚中的一个导电引脚。第三电极130可以是彼此电连接的多个第三导电引脚中的一个导电引脚。
32.参考图3，根据可能的实施方式，第一电极可以是多个第一电极110-x，第二电极可以是多个第二电极120-x，并且第三电极可以是多个第三电极130-x。多个第二电极120-x和多个第三电极130-x可以在多个第一电极110-x的任一侧交错。这可以允许更多的电容和电容随位移的变化的增加。也可以使用导电元件和电介质元件的其它构造，诸如条或环。多个第一电极110-x可以统称为第一多个电极。类似地，多个第二电极120-x可以统称为第二多个电极，并且多个第三电极130-x可以统称为第三多个电极。
33.参考容纳彼此连接的多个导电引脚的图4至图7，第一孔156、第二孔156和第三孔156可以分别是第一多个孔156、第二多个孔156和第三多个孔156。第一多个导电引脚可以在垂直于轴线160的平面中被布置成二维阵列。第二多个导电引脚和第三多个导电引脚可以在垂直于轴线160的平面中被布置成相应二维阵列并且散布在第一多个导电引脚之间。根据可能的实施方式，取决于实现方式，电介质150可以被认为是不导电的电场调制构件。
34.参考图4，mems装置可以包括联接至至少第一电极110-x的振膜170。振膜170可以具有垂直于轴线160的基本平坦的表面172。表面172可以是基本平坦的，因为表面172上可能存在缺陷，或者表面172可以略微弯曲或不平坦，同时仍然允许表面172以对振膜有用的方式操作。振膜170也可以具有夹层。
35.根据可能的实施方式，振膜170可以是联接至第一电极110-x和第三电极130-x的第一振膜。mems装置可以包括联接至第一电极110-x和第二电极120-x的第二振膜174。第二振膜174可以位于电介质150的与第一振膜170相反的一侧上。第二振膜174可以具有垂直于轴线160的基本平坦的表面176。第一振膜170和第二振膜174与电介质150间隔开，以允许连接至第一振膜和第二振膜的电极与电介质150之间的相对移动。可以在振膜170与振膜174之间建立并密封低压区，以降低结构的噪声和阻尼。第一电极110-x连接至第一振膜170和第二振膜174两者，并且防止振膜塌陷到电介质150上。此低压区可以基本上是诸如压力小于1托(torr)、小于300毫托或小于100毫托的真空。
36.振膜170和振膜174可以由电介质材料(诸如氮化硅)制成。电介质150可以是氮化硅。电极110-x、120-x和130-x可以是多晶硅。然而，可以使用其它材料。例如，振膜170、振膜174和电介质150中的一者或更多者可以是聚酰亚胺。作为另一示例，用于电极的导体可以是电镀金属。
37.参考图4，电介质150固定就位，电介质150的外围借助于间隔层182、184和186附接至基板180。振膜的外围也借助于间隔层182、184和186附接至基板180。与振膜172和振膜174相比，电介质150相对厚且硬，并且当振膜172和振膜174偏转时保持相对静止。振膜172和振膜174的偏转使电极110-x、120-x和130-x相对于电介质150移动。
38.图5示出了图4的mems装置的立体图，其被部分地构造，仅示出了第二振膜174、第一电极110-x和第二电极120-x。示例互连件114被示出为电连接电极110-x(例如，第一电极的引脚)，而示例互连件124被示出为电连接电极120-x(例如，第二电极的引脚)。
39.图6继续图4的mems装置的构造，其中添加了包含孔156的电介质150，其中第一电极和第二电极放置在孔156内。
40.图7继续图4的mems装置的构造，其中放置了第三电极130-x和电连接第三电极130-x(例如，第三电极130-x的引脚)的示例互连件134。该构造继续，其中添加了第一振膜170，并通过牺牲蚀刻去除了间隔层182、184和186的中心区域以形成图4的mems装置。
41.参考图8和图9，mems装置可以包括第四电极140。第四电极140可以具有第一端141和第二端142。电介质150可以围绕第一电极110的第一端111和第四电极140的第二端142。第一电极110的第二端112和第四电极的第一端141可以位于电介质150的外部。第四电极140可以或可以不电联接至第一电极110。参考图9，第四电极140可以与第一电极110同轴，诸如通过位于同一孔中。
42.参考图4，第二电极120-x可以与相应的第三电极130-x同轴。参考图9至图11，第二电极120-x可以与相应的第三电极130-x同轴。例如，第二电极和第三电极可以位于同一孔中。参考图10和图11，可选的电介质支撑层d可以存在于第二电极120与第三电极130之间。电介质支撑层d可以具有或可以不具有与第二电极120和第三电极130相同的截面面积。电介质d可以用于结构目的，同时考虑任何附加寄生电容。例如，如果振膜之间的腔室(cavity)处于真空下，则电介质d可以用于防止第二电极120与第三电极130之间的塌陷或接触。
43.参考图10，作为诸如在麦克风中使用的传感器的mems装置可以包括联接至第二电极120的第一电荷放大器194。第一电荷放大器194可以将第二电极120相对于第一电极110偏置到第一电势。mems装置可以包括联接至第三电极130的第二电荷放大器196。第二电荷
放大器196可以将第三电极130相对于第一电极110偏置到第二电势。第一电势可以基本上等于第二电势。第一电势也可以不同于第二电势。当电介质150相对于电极移动时，第一电荷放大器194和第二电荷放大器196可以产生互补输出。例如，q＝c*v，当使用电荷放大器时，v保持恒定。当c上升时，q可以上升，反之亦然。这会导致互补输出。
44.例如，根据可能的实施方式，一个电极(诸如电极110)可以是全长的，而另一电极可以被分段，诸如分段成电极120和电极130。第一电极110可以被偏置。使用电荷放大器194和196，驱动电极120和130可以通过反馈电容器两端的非常高值的电阻偏置到固定电势，即，接地。当电介质150沿基本上平行于第一电极、第二电极和第三电极的长度的轴线移动时，电荷放大器194和196可以产生互补输出。
45.参考图11，作为诸如在麦克风中使用的传感器的mems装置可以包括高输入阻抗电压放大器1000，该高输入阻抗电压放大器1000包括第一输入端1010和第二输入端1020。第一输入端1010可以联接至第二电极120，并且第二输入端1020可以联接至第三电极130。输入端1010和1020通过非常高值的电阻偏置到固定电势，即，接地。如上所述，q＝c*v。当使用高阻抗放大器时，由于没有电流，所以q可以保持恒定。当c上升时，v下降，反之亦然。这会导致互补输出。
46.参考图12，mems装置100或任何其它公开的mems装置可以是传感器封装件1200的一部分。传感器封装件1200可以包括壳体1111，该壳体1111可以包括基座1110和联接至基座1110的盖1105(诸如罐或任何其它盖)。第一电极110-x、第二电极120-x和第三电极130-x以及固体电介质150可以位于壳体1111内。例如，壳体1111可以在盖1105与基座1110之间包围mems装置。传感器封装件1100可以包括设置在基座1110上的外部装置接口1520。外部装置接口1520可以实现为表面安装接口或者可以包括被配置用于通过通孔安装在主机设备上的引线。
47.传感器封装件1200可以包括集成电路1530，诸如电联接至第一电极110、第二电极120和第三电极130的专用集成电路(asic)。集成电路1530也可以联接至外部装置接口1520的触点，诸如经由电引线1534和/或延伸穿过基座1110的引线。集成电路1530可以从mems装置100接收电信号(诸如经由电引线1532)，并且可以通过使用外部装置接口1520的触点诸如经由电引线1534和/或基座1110中的引线与主机设备进行通信。根据可能的实现方式，集成电路1530可以覆盖有保护涂层1526。
48.根据可能的实施方式，基座1110可以包括声端口1150。mems装置100可以声学联接至声端口1150。例如，声端口1150可以是基座1110中的孔，该孔允许声音通过基座到达mems装置100。所例示的实施方式可以被认为是底部端口实施方式，但是声端口1150可以位于换能器组件上的其它位置。例如，声端口1150也可以位于用于顶部端口换能器组件的盖1105上。声端口1150还可以位于传感器封装件1100的一侧，声端口1150可以位于传感器封装件1100上的任何其它地方，或者可以没有声端口1150，诸如针对mems管芯振动传感器或其它传感器。根据可能的实施方式，当mems装置100包括至少一个振膜170和/或174时，振膜170和/或174可以声学联接至声端口1150。根据其它实施方式，mems装置100可以不用在传感器封装件中，诸如当mems装置100是致动器时，如上所述。
49.参考图13，作为诸如在扬声器中使用的致动器的mems装置(诸如mems装置400或任何其它公开的mems装置)连接至放大器1310。放大器1310的输出端连接至mems装置的第一
电极110-x。第二电极120-x和第三电极130-x分别连接至电源轨v1和v2。放大器1310的输出响应于输入信号在v1和v2的电源轨值之间变化。当放大器输出为中轨(v1+v2)/2时，施加到电极并因此施加到振膜170和172的静电力是平衡的。当放大器输出接近电源轨中的一者时，施加到电极并因此施加到振膜的静电力在一个方向上达到最大值。当放大器输出接近相反的电源轨时，施加到电极并因此施加到振膜的静电力在另一方向上达到最大值。静电力中的每一者与施加电压的平方成比例。然而，净力与施加电压成线性关系，因此与放大器的输入成线性关系。
50.放大器1310可以是脉冲宽度调制(pwm)放大器或脉冲密度调制(pdm)放大器，其中其输出是数字的、在两个电源轨之间摆动。pwm放大器输出的平均值和pdm放大器输出的平均值是它们的输入的函数。数字放大器的输出被施加到第一电极110-x。第二电极120-x和第三电极130-x分别连接至电源轨v1和v2。这样产生的净力与数字放大器的输入成线性关系。振膜可以将它们的移动直接耦合至空气从而产生声音，或者它们可以通过辅助振膜来耦合它们的移动，以移动空气并因此产生声音。
51.根据可能的实施方式，mems装置可以包括固体电介质，该电介质可以具有第一外表面和与第一外表面相反的第二外表面。电介质可以具有多个通路(诸如孔)，所述多个通路中的各个通路可以具有位于第一外表面上的开口和位于第二外表面上的开口。mems装置可以是mems换能器。mems装置可以包括电极集。电介质和电极集相对于彼此可以是可移动的。
52.电极集可以包括第一电极，该第一电极部分地设置在多个通路中的第一通路内，使得第一电极的第一端延伸超出第一外表面并且第一电极的第二端延伸超出第二外表面。第一电极可以是彼此电连接的多个第一电极中的一个电极。
53.电极集可以包括第二电极，该第二电极部分地设置在多个通路中的第二通路内，使得第二电极的第一端延伸超出第一外表面并且第二电极的第二端在第二通路内。第二电极可以是彼此电连接的多个第二电极中的一个电极。
54.电极集可以包括第三电极，该第三电极部分地设置在多个通路中的第三通路内，使得第三电极的第一端在第三通路内并且第三电极的第二端延伸超出第二外表面。第三电极可以是彼此电连接的多个第三电极中的一个电极。第一电极、第二电极和第三电极可以相对于彼此固定。
55.根据另一可能的实施方式，设备可以包括电极集和电介质构件。电极集至少可以包括第一电极、第二电极和第三电极。电极集中的电极可以各自具有单独的高度，其中在各个高度的端部具有上表面和下表面。至少在电极集的第一电极与第二电极以及第一电极与第三电极之间存在电容。
56.电介质构件可以具有高度，在该高度的端部具有上表面和下表面。电介质构件可以具有穿过构件的洞，使得电介质构件围绕电极集并与电极集中的各个电极间隔开。电介质构件可以不与电极集中的任何电极机械接触。
57.电极集中的第一电极的上表面可以在电介质构件的上表面之上，并且电极集中的第一电极的下表面可以在电介质构件的下表面之下。电极集中的第二电极的上表面可以在电介质构件的上表面之上，并且第二电极的下表面可以在电介质构件的上表面与下表面之间。电极集中的第三电极的上表面可以在电介质构件的上表面与下表面之间，并且电极集
中的第三电极的下表面可以在电介质构件的下表面之下。
58.电极集中的电极的物理位置可以相对于彼此基本固定。可以允许电极集相对于电介质构件的位置的物理位置移动。
59.各个电极与其它电极的相对位置可以基本固定。一些电极可以固定，而允许其它电极移动。例如，可以将第一电极和电介质构件固定在一起，并且可以允许第二电极和第三电极相对于电介质构件移动。其它构造也是可能的。
60.电极集中的第一电极可以分成两个电独立的构件。第一构件可以具有上表面和第二下表面。第二构件可以具有第二上表面和下表面。第一电极的第一构件的上表面可以在电介质构件的上表面之上。第一电极的第一构件的第二下表面可以在电介质构件的上表面与下表面之间。第一电极的第二构件的第二上表面可以在电介质构件的上表面与下表面之间，并且第一电极的第二构件的下表面可以在电介质构件的下表面之下。
61.根据可能的实施方式，mems装置可以包括固体电介质，该固体电介质具有多个孔。mems装置可以包括第一多个电极，所述第一多个电极完全延伸穿过多个孔的第一子集。mems装置可以包括第二多个电极，所述第二多个电极部分地延伸到多个孔的第二子集中。第二子集可以不同于第一子集。mems装置可以包括第三多个电极，所述第三多个电极部分地延伸到多个孔的第三子集中。第三子集可以不同于第一子集。
62.根据上述实施方式的一个可能的实现方式，固体电介质可以包括第一侧和与第一侧相反的第二侧。多个孔可以从第一侧延伸到第二侧。第二多个电极可以从第一侧部分地延伸到第二子集中。第三多个电极可以从第二侧部分地延伸到第三子集中。第二子集可以与第三子集相同或不同。
63.转到图14至图16，mems装置1400可以包括第一支撑层1474和第二支撑层1470。各个支撑层1474和1470可以是单层或可以包括多个层。支撑层1474和1470可以具有用于安装电极的至少一个平坦平面，诸如表面1475。支撑层1474和1470可以由聚合物、氮化硅、陶瓷、绝缘体、绝缘体和导体的组合或可以支撑电极的任何其它材料制成。
64.mems装置1400可以包括悬置在第一支撑层1474与第二支撑层1470之间的固体电介质1450，使得固体电介质1450相对于支撑层1474和1470移动。“相对于
…
的移动”的概念被定义成超出以其它方式固定的结构的细微移动的有意移动。例如，固体电介质1450可以自由地悬置在第一支撑层1474与第二支撑层1470之间，使得相对于支撑层1474和1470移动。
65.根据实施方式，第一支撑层1474可以具有面向电介质1450的表面1475。第二支撑层1470可以具有面向电介质1450的表面(未示出)。电介质1450可以在与支撑层1470和1474的表面垂直的方向1632上移动，并且可以相对于与支撑层1470和1474的表面平行的方向1634固定。
66.根据实施方式，第一支撑层1474可以是第一板，第二支撑层1470可以是第二板，并且腔室1490可以被形成在第一板与第二板之间。第一板与第二板之间的腔室1490可以密封在比环境压力低的压力下。环境压力是装置1400上的周围介质的压力。例如，腔室1490可以是第一板与第二板之间的密封真空室。可以在第一支撑层1474与第二支撑层1470之间的腔室1490的内部区域内建立真空，以减小电介质1450在其移动时的粘性阻尼。
67.mems装置1400可以包括联接到第一支撑层1474和第二支撑层1470的第一多个电
极1410。电介质1450可以包括多个孔1500，并且第一多个电极1410可以延伸穿过多个孔1500的第一子集1510。mems装置1400可以包括联接到第一支撑层1474的第二多个电极1420。第二多个电极1420可以部分地延伸到多个孔1500的第二子集1520中。mems装置1400可以包括联接到第二支撑层1470的第三多个电极1430。第三多个电极1430可以部分地延伸到多个孔1500的第三子集1530中。电极1410、1420和1430可以是电镀金属、多晶硅或任何其它导电材料。
68.根据实施方式，多个孔1500的第二子集1520可以与第三子集1530相同。因此，第二多个电极1420中的各个电极可以在与第三多个电极1430中的各个电极相同的孔中，并且在孔的第二子集1530内，第二多个电极1420中的各个电极可以与第三多个电极1430中的各个电极同轴。根据另一实施方式，第二子集1520可以不同于第三子集1530，其将第二多个电极1420设置在与第三多个电极1430不同的孔中。
69.在一些实施方式中，固体电介质1450可以联接到固定部分1540，该固定部分1540被夹在第一间隔件1484与第一支撑层1474之间以及被夹在第二间隔件1486与第二支撑层1470之间，但是即使在这些实施方式中，固体电介质1450仍然可以被认为悬置在第一支撑层1474与第二支撑层1470之间。间隔件1484和1486可以为支撑层1474和1470以及电介质1450提供附加支撑。间隔件1484和1486可以由氧化硅、光阻材料(photoresist)、绝缘体、导体或任何其它层或多个层制成。在一些实施方式中，固体电介质1450和部分1540由单一材料制成，但是它们也可以由不同材料制成。
70.根据可能的实施方式，mems装置1400可以包括基板1480。第一支撑层1474和第二支撑层1470可以相对于基板1480固定。基板1480可以位于第一层1474的与固体电介质1450相反的一侧上。虽然第一层1474可以是绝缘体，但在第一层1474与基板1480之间也可以存在绝缘体层1482，以使第一电极1410和第二电极1420与基板1480绝缘。
71.电介质1450可以经由柔性支撑件1710联接到支撑层1474和1470。例如，电介质1450可联接到柔性支撑件1710，该柔性支撑件1710可以联接到固定部分1540，该固定部分1540可以联接到间隔件1484和1486，该间隔件1484和1486可以联接到相应支撑层1474和1470。
72.根据一些实施方式，mems装置1400可以是传感器(诸如，加速度计、振动传感器、骨传导麦克风或其它传感器)或可以是传感器的一部分。根据其它实施方式，mems装置1400可以是致动器(诸如，谐振器、振动器或其它致动器)或可以是致动器的一部分。
73.转到图16，mems装置1400可以包括部分地延伸到固体电介质1450与第一支撑层1474之间的间隙中的第一突出部1610。mems装置1400还可以包括部分地延伸到第二支撑层1470与固体电介质1450之间的间隙中的第二突出部1620。例如，突出部1610和1620可以是超程止挡件，并且可以被实现成可移动固体电介质1450与两个支撑层1474和1470之间的凸起。突出部1610和1620可以防止电介质1450静电粘附到支撑层。根据可能的实施方式，第一突出部1610可以被联接到电介质1450，并且第二突出部1620可以被联接到第二支撑层1470，但是突出部1610和1620也可以被附接到层1474和1470以及电介质1450的其它组合。
74.mems装置1400可以被结合到图1至图13中所描述的各种实施方式中。例如，根据可能的实施方式，mems装置可以包括图13中的放大器1310，其中，电极110-x、120-x和130-x可以对应于相应的电极1410、1420和1430，并且电介质150可以对应于电介质1450。如上所述，
放大器1310可以包括联接到第一电极的输出端。第二电极可以连接到电源轨v1。第三电极可以连接到电源轨v2。放大器1310可以使电极相对于彼此进行驱动，以使电介质在与电极穿过孔的方向平行的方向上移动，诸如用作致动器、谐振器、振动器或由放大器驱动的其它装置。这可以不同于上面的一些实施方式，其中，放大器1310驱动电极以使联接到电极的振膜移动。例如，放大器1310可以相对于第二电极和第三电极驱动第一电极。第一电极与第二电极之间的电压以及第一电极与第三电极之间的电压之和是恒定的，并且是电源轨之间的差。在电介质上产生的力与第一电极上的驱动电压成线性关系，并因此与放大器的输入成正比，或者在数字输出的情况下，该力与第一电极上的信号的平均值成线性关系。
75.根据实施方式，mems装置可以包括差分电压放大器，诸如图11的放大器1000，其中，电极110、120和130可以对应于相应的电极1410、1420和1430。放大器1000可以具有连接到第二多个电极和第三多个电极的输入端。放大器1000可以具有连接到第一多个电极的电压源。例如，mems装置可以用作传感器。
76.根据实施方式，mems装置可以包括壳体，诸如图12的壳体1111。壳体1111可以包括基座1110和联接到基座1110的盖1105。盖1105和基座1110可以限定壳体1111，第一电极、第二电极和第三电极以及固体电介质被设置在该壳体1111中。
77.根据实施方式，第一多个电极可以被布置成二维阵列，诸如图5至图7所示，其中，电极110-x、120-x和130-x可以对应于相应的电极1410、1420和1430，并且电介质150可以对应于电介质1450。第二多个电极和第三多个电极可以被布置成散布在第一多个电极之间的相应二维阵列。而且，第一多个电极可以比第二多个电极和第三多个电极长。另外，第一多个电极可以使用互连件114来连接，并且第二多个电极可以使用图5的互连件124来连接。第三多个电极可以使用图7的互连件134来连接。
78.图17是电介质层1700的示例等距视图，并且图18是根据不同实施方式的mems装置的电介质层1800的示例等距视图。层1700和层1800可以包括电介质1450、固定部分1540和孔1500。图17例示了联接在固体电介质1450与固定部分1540之间的可能的柔性支撑件1720。图18例示了联接在电介质1450与固定部分1540之间的多个弹簧1730形式的另一种可能的柔性支撑件。因此，多个弹簧1730可以经由固定部分1540联接在图14至图16的电介质1450与基板1480之间，其中，多个弹簧1730可以允许固体电介质相对于基板1480移动。例如，弹簧1730可以提供弹簧支撑件，该弹簧支撑件用于使得电介质1450平行于电极穿过孔1500的方向移动。弹簧1730可以诸如通过在孔1500的纵向轴线的竖直方向(诸如，上下方向)上是柔性的而建立顺应性，并且可以在从电介质1450的一侧到另一侧、垂直于孔1500的纵向轴线的水平方向(诸如，横向方向)上是刚性的。根据该实施方式，弹簧1730可以在结构上是对称的，使得释放张力而不引起电介质1450移动到一侧或另一侧。弹簧也可以采用其它形式和形状。
79.根据实施方式，换能器组件可以包括基座和联接到基座的盖。盖和基座可以限定壳体。换能器组件可以包括设置在壳体内的基座上的换能器。换能器可以包括第一支撑层和第二支撑层。换能器可以包括悬置在第一支撑层与第二支撑层之间的固体电介质，使得固体电介质相对于第一支撑层和第二支撑层移动。固体电介质可以包括多个孔。换能器可以包括联接到第一支撑层和第二支撑层的第一多个电极。第一多个电极可以延伸穿过多个孔的第一子集。换能器可以包括联接到第一支撑层的第二多个电极。第二多个电极可以部
分地延伸到多个孔的第二子集中。换能器可以包括联接到第二支撑层的第三多个电极。第三多个电极可以部分地延伸到多个孔的第三子集中。
80.根据实现方式，换能器可以包括基板。第一支撑层和第二支撑层可以相对于基板被固定。根据一个实现方式，第一支撑层可以是第一板。第二支撑层可以是第二板。真空室可以形成在第一板与第二板之间。
81.根据实现方式，换能器可以包括部分地延伸到第一支撑层与固体电介质之间的间隙中的第一突出部。换能器可以包括部分地延伸到第二支撑层与固体电介质之间的间隙中的第二突出部。
82.根据实现方式，第一支撑层可以具有面向电介质的表面。第二支撑层可以具有面向电介质的表面。电介质可以自由悬置并且可以相对于垂直于支撑层表面的方向移动。固体电介质可以相对于与支撑层的表面平行的方向被固定。
83.根据实现方式，换能器可以包括基板。第一支撑层和第二支撑层可以相对于基板被固定。换能器可以包括联接在固体电介质与基板之间的多个弹簧。多个弹簧可以允许固体电介质相对于基板移动。
84.至少一些实施方式可提供具有可移动的电介质元件和固定的电极的双对置(oppose)电介质结构。双对置电介质结构可以用于产生高灵敏度传感器(诸如，加速度计或其它传感器)或致动器(诸如，谐振器、振动器或其它致动器)。通过最小化电介质的粘性阻尼，围绕电介质的局部真空可以提供高信噪比。超程限制件(诸如突出部)可以提供坚固性。
85.虽然已利用本公开的特定实施方式描述了本公开，但是很明显，许多另选例、修改例和变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的。例如，在其它实施方式中可以互换、添加或替换实施方式的各种部件。此外，各个图中的所有元件对于所公开的实施方式的操作来说不是必需的。例如，通过简单地采用独立权利要求的元件，所公开的实施方式的领域的普通技术人员将能够做出并使用本公开的教导。因此，本文中阐述的本公开的实施方式旨在是例示性的而非限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下可以进行各种改变。
86.在本文献中，诸如“第一”、“第二”等相关用语可以单独用于将一个实体或动作与另一实体或动作区分开来，而不必要求或暗示这种实体或动作之间的任何实际的这种关系或顺序。随后是列表的短语“至少一者”、“选自
…
的组的至少一者”或“选自
…
至少一者”被限定为意味着列表中的元件中的一者、一些或全部，但不一定是全部。用语“包括(comprises)”、“包括(comprising)”、“包括(including)”或其任何其它变型旨在涵盖非排他性的包括，使得包括元件列表的过程、方法、物品或设备不仅包括那些元件，而且可以包括未明确列出或这种过程、方法、制品或设备固有的其它元件。以“一”、“一个”等开头的元件在没有更多约束的情况下不排除在包括该元件的过程、方法、物品或设备中存在附加相同元件。此外，用语“另一”被限定为至少第二或更多。如本文所使用的，用语“包括(including)”、“具有”等被限定为“包括(comprising)”。此外，背景部分不被承认为现有技术，其被编写为发明人在提交申请时对一些实施方式的上下文的自我理解，并且包括发明人自己对现有技术的任何问题和/或在发明人自己的工作中遇到的问题的认识。