CN101636344B - 微机电系统腔涂层及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供包含MEMS装置(例如干涉式调制器)的装置、方法及系统,所述MEMS装置包含其中一层涂布多个表面的腔。所述层是保形或非保形的。在一些实施例中,所述层通过原子层沉积(ALD)形成。所述层优选包含介电材料。在一些实施例中,所述MEMS装置还展现出改进的特性,例如移动电极之间的改进的电绝缘性、减少的静摩擦及/或改进的机械性质。
Description
技术领域
本申请案大体上涉及微机电系统(MEMS),且更确切地说,涉及MEMS腔内的涂层及用于形成所述微机电系统的方法。
背景技术
微机电系统(MEMS)包括微机械元件、激活器及电子设备。可使用沉积、蚀刻及/或其它蚀刻掉衬底及/或沉积材料层的部分或添加层以形成电及机电装置的微机械加工工艺来产生微机械元件。一种类型的MEMS装置被称为干涉式调制器。在本文中使用时,术语干涉式调制器或干涉光调制器意指使用光学干涉原理选择性地吸收及/或反射光的装置。在某些实施例中,干涉式调制器可包含一对导电板,其中的一者或二者可整体或部分地具有透明及/或反射性,且能够在施加适当电信号后发生相对运动。在特定实施例中,一个板可包含沉积在衬底上的固定层,且另一板可包含通过气隙与固定层分离的金属薄膜。如本文更详细描述,一个板相对于另一板的位置可改变入射在干涉式调制器上的光的光学干涉。所述装置具有广泛应用,且利用及/或修改这些类型装置的特性使得其特征可用以改进现有产品和产生尚未开发的新产品在此项技术中将是有利的。
发明内容
本发明提供包含MEMS装置(例如,干涉式调制器)的装置、方法及系统,所述MEMS装置包含腔,其中层涂布多个表面。所述层是保形或非保形的。在一些实施例中,所述层通过原子层沉积(ALD)而形成。所述层优选包含介电材料。在一些实施例中,所述MEMS装置还展现出改进的特性,例如移动电极之间的改进的电绝缘性、减少的静摩擦及/或改进的机械性质。
因此,一些实施例提供一种用于形成干涉式调制器的方法及/或一种通过所述方法形成的干涉式调制器,所述方法包含:在干涉式调制器中形成腔;及在形成所述腔之后在所述腔内形成光学介电层的至少一部分。所述腔由第一层及第二层界定,且所述第二层可相对于所述第一层移动。
在一些实施例中,形成所述光学介电层的至少一部分包含通过原子层沉积形成光学氧化物层的至少一部分。在一些实施例中,形成所述光学介电层的至少一部分包含形成Al2O3与SiO2中的至少一者。在一些实施例中,形成所述光学介电层的至少一部分包含形成多个子层。在一些实施例中,形成所述光学介电层的至少一部分包含在低于约350℃的温度下形成所述光学氧化物层的至少一部分。在一些实施例中,通过原子层沉积形成所述光学介电层的至少一部分包含在所述腔内形成光学氧化物材料的第一保形层。在一些实施例中,所述第一保形层的形成在界定腔的第一层的部分上的厚度大体上等于所述第一保形层的形成在界定腔的第二层的部分上的厚度。在一些实施例中,其中所述第一保形层的形成在界定腔的第一层的一部分上的厚度为从约到约在一些实施例中,通过原子层沉积形成所述光学介电层的至少一部分包含在所述第一层的至少一部分上形成光学氧化物材料的非保形层。
一些实施例进一步包含在形成所述腔之后在所述第二层的表面上形成光学介电材料的层,其中所述第二层的表面在所述腔外部。
在一些实施例中,界定所述腔的第一层包含介电材料。在一些实施例中,通过原子层沉积形成介电层的至少一部分包含密封所述介电材料中的至少一个针孔。在一些实施例中,包括介电层的所述至少一部分及所述介电材料的两层的光学介电系统的总厚度小于约100nm。
在一些实施例中,通过原子层沉积形成介电层的至少一部分包含在设置在所述第一层上的制造残留物上形成光学氧化物层的至少一部分。
一些实施例进一步包含通过包含以下操作的方法在形成所述光学介电层的至少一部分之前封装所述干涉式调制器:形成限定所述干涉式调制器的密封件,其中所述密封件包含至少一个开口;及将背板紧固到所述密封件,借此封装所述干涉式调制器。一些实施例进一步包含在形成光学介电层的至少一部分之后填充所述密封件中的所述至少一个开口。
其它实施例提供一种干涉式调制器,其包含:第一层,其包含部分反射器;反射层,其可相对于所述第一层移动;腔,其由所述第一层及所述反射层界定;及保形介电层,其形成在所述腔内在所述第一层及所述反射层上。
一些实施例进一步包含耦合到所述反射层的可变形层。
一些实施例进一步包含形成在所述第一层上的主要介电层。
其它实施例提供一种包含阵列干涉式调制器的显示器,所述阵列干涉式调制器包含:第一层,其包含部分反射器;反射层,其可相对于所述第一层移动;腔,其由所述第一层及所述反射层界定;及保形介电层,其形成在所述腔内在所述第一层及所述反射层上,所述显示器进一步包含:密封件,其限定所述干涉式调制器;及背板,其紧固到所述密封件。
其它实施例提供一种设备,其包含:显示器,其包含阵列干涉式调制器,所述阵列干涉式调制器包含:第一层,其包含部分反射器;反射层,其可相对于所述第一层移动;腔,其由所述第一层及所述反射层界定;及保形介电层,其形成在所述腔内在所述第一层及所述反射层上,所述显示器进一步包含:密封件,其限定所述干涉式调制器;及背板,其紧固到所述密封件;处理器,其经配置以与所述显示器通信,所述处理器经配置以处理图像数据;及存储器装置,其经配置以与所述处理器通信。
一些实施例进一步包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱动器电路。一些实施例进一步包含经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路的控制器。一些实施例进一步包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的图像源模块。在一些实施例中,所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。一些实施例进一步包含经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器的输入装置。
其它实施例提供一种干涉式调制器,其包含:用于部分地反射光的装置;用于激活所述干涉式调制器并反射光的可移动装置;及用于覆盖所述用于部分地反射光的装置及所述可移动装置的介电装置。
其它实施例提供一种微机电系统装置,其包含:衬底,其包含第一面;可变形层,其包含第一面及第二面;大小可变的腔,其包含由所述衬底的第一面及所述可变形层的第一面界定的相对面;所述可变形层中的多个开口;所述衬底的第一面上的多个位置,其与所述可变形层中的开口相对;及所述腔中的介电层,其形成在所述衬底的第一面及所述可变形层的第一面以及所述可变形层的第二面的至少一部分上。
在一些实施例中,所述介电层在所述衬底的第一面上的与所述可变形层中的开口相对的多个位置上比在所述衬底的第一面上的另一位置上厚。在一些实施例中,所述介电层大体上在所述腔内的所有表面上为保形的。
一些实施例进一步包含设置在所述腔中且紧固到所述可变形层的可移动导体,其中所述可移动导体包含靠近所述衬底的表面,且所述介电层的一部分形成在所述可移动导体的靠近所述衬底的表面上。
其它实施例提供一种用于制造微机电系统装置的方法及/或一种通过所述方法制造的微机电系统装置,所述方法包含:在第一电极上形成牺牲层;在所述牺牲层上形成可变形层;在所述可变形层中形成多个开口;经由所述可变形层中的所述多个开口中的至少一些开口移除所述牺牲层,借此在所述第一电极与所述可变形层之间形成腔;及在移除所述牺牲层之后通过原子层沉积在所述腔中沉积层。
在一些实施例中,通过原子层沉积在所述腔中沉积层包含沉积包含Al2O3与SiO2中的至少一者的层。在一些实施例中,通过原子层沉积在所述腔中沉积层包含沉积保形层。在一些实施例中,通过原子层沉积在所述腔中沉积层包含沉积非保形层。
其它实施例提供一种用于制造微机电系统装置的方法及/或一种通过所述方法制造的微机电系统装置,所述方法包含:在包含部分反射器的第一层上形成牺牲层;在所述牺牲层上形成可移动反射层;蚀刻掉所述牺牲层,借此形成包含由所述第一层及可移动镜面界定的相对侧的光学干涉腔;及通过原子层沉积在所述腔中沉积层。
在一些实施例中,蚀刻掉所述牺牲层包含使所述牺牲层与XeF2接触。
在一些实施例中,形成牺牲层包含形成包含钼、锗、非晶硅中的至少一者的层。在一些实施例中,形成牺牲层包含形成包含多个子层的层。
一些实施例进一步包含:在第一层上形成包含至少一个开口的密封件,所述密封件限定所述可移动反射层;及将背板紧固到所述密封件,其中所述形成密封件及紧固背板在于所述腔中沉积层之前执行。
其它实施例提供一种用于减少微机电系统装置中的静摩擦的方法及一种通过所述方法制造的微机电系统装置,所述方法包含:在微机电系统装置中在第一层与第二层之间界定腔,其中所述第二层可相对于所述第一层移动;及在界定所述腔之后通过原子层沉积在所述腔内形成静摩擦减少层。
其它实施例提供通过原子层沉积形成静摩擦减少层,其包含通过原子层沉积形成包含Al2O3与SiO2中的至少一者的静摩擦减少层。其它实施例提供通过原子层沉积形成静摩擦减少层,其包含通过原子层沉积形成保形层。
其它实施例提供一种用于减少微机电系统装置中的静摩擦的方法及一种通过所述方法制造的微机电系统装置,所述方法包含:为所述微机电系统装置在第一层与第二层之间界定腔,其中所述第二层可相对于所述第一层移动;及在界定所述腔之后通过原子层沉积在所述腔内形成层。
在一些实施例中,所述微机电系统装置是微机电系统装置的阵列中的元件。
一些实施例进一步包含在所述第二层中形成多个开口。
附图说明
图1是描绘干涉式调制器显示器的一个实施例的一部分的等角视图,其中第一干涉式调制器的可移动反射层处于松弛位置,且第二干涉式调制器的可移动反射层处于激活位置。
图2是说明并入有3×3干涉式调制器显示器的电子装置的一个实施例的系统框图。
图3是图1的干涉式调制器的一个示范性实施例的可移动镜面位置对所施加电压的图。
图4是可用以驱动干涉式调制器显示器的一组行电压及列电压的说明。
图5A说明图2的3×3干涉式调制器显示器中的显示数据的一个示范性帧。
图5B说明可用以写入图5A的帧的行信号及列信号的一个示范性时序图。
图6A及图6B是说明包含多个干涉式调制器的视觉显示装置的实施例的系统框图。
图7A是图1的装置的横截面。
图7B是干涉式调制器的替代实施例的横截面。
图7C是干涉式调制器的另一替代实施例的横截面。
图7D是干涉式调制器的又一替代实施例的横截面。
图7E是干涉式调制器的额外替代实施例的横截面。
图8A说明干涉式调制器的实施例的横截面,所述干涉式调制器包含形成在其腔中且在移动电极上的保形介电层。图8B到图8E说明用于制造图8A中所说明的干涉式调制器的方法的实施例的中间结构的横截面。
图9说明干涉式调制器的另一实施例的横截面,所述干涉式调制器包含形成在其腔中的保形介电层。
图10A说明干涉式调制器的实施例的俯视图,所述干涉式调制器包含形成在其腔中的非保形介电层。图10B说明图10B中所说明的干涉式调制器的横截面。图10C及图10D说明处于激活位置中的图10A及图10B中所说明的干涉式调制器的横截面。
图11是说明用于制造图8A、图9及图10A中所说明的干涉式调制器的实施例的方法的实施例的流程图。
图12A说明已封装干涉式调制器的实施例的横截面。图12B说明背板被移除的已封装干涉式调制器的实施例的俯视图。图12C说明密封件中具有开口的已封装干涉式调制器的实施例的俯视图。图12D到图12F说明密封件中的开口被填充的图12C的已封装干涉式调制器的实施例的俯视图。
具体实施方式
以下详细描述是针对本发明的某些特定实施例。然而,本发明可以许多不同方式实施。在此描述中参看图式,其中相同零件始终用相同数字表示。如从以下描述将容易明白,所述实施例可在任何经配置以显示图像(无论是运动图像(例如,视频)还是固定图像(例如,静态图像),且无论是文字图像还是图形图像)的装置中实施。更确切地说,预期所述实施例可在多种电子装置中实施或与其相关联,所述电子装置例如(但不限在)是移动电话、无线装置、个人数据助理(PDA)、手持式或便携式计算机、GPS接收器/导航仪、相机、MP3播放机、便携摄像机、游戏控制台、腕表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、计算机监视器、自动显示器(例如,里程计显示器等)、驾驶舱控制器及/或显示器、相机视野显示器(例如,车辆中的后视相机的显示器)、电子照片、电子展板或电子标志、投影仪、建筑结构、封装及美学结构(例如,一件珠宝上的图像显示)。与本文所述的MEMS装置结构类似的MEMS装置也可用于非显示器应用,例如用于电子开关装置。
本文所描述的实施例包括在移除牺牲材料之后通过原子层沉积(ALD)为MEMS腔加衬的方法。经沉积的材料可保形地涂布所有腔表面,充当光学介电层,或充当密封先前形成的电介质中的针孔的补充电介质,在任一情况下,均产生较薄电介质以获得给定绝缘品质。材料可经选择而展现出以下各项的组合:相对移动的电极之间的减少的静摩擦(stiction)、减少的表面电荷累积、改进的机械性质,及/或改进的电性质。在另一实施例中,ALD条件经选择以优先在靠近开口的区域中将非保形层沉积到腔中,借此减少接触面积,且因此减少在激活MEMS电极以使腔崩塌(collapse)时的静摩擦。可在组装MEMS衬底与背板之前或之后执行牺牲材料的移除及后续ALD涂布。
图1中说明一个包含干涉MEMS显示元件的干涉式调制器显示器实施例。在这些装置中,像素处于亮状态或暗状态。在亮(“接通”或“打开”)状态下,显示元件将大部分入射可见光反射到用户。当在暗(“断开”或“关闭”)状态下,显示元件将极少入射可见光反射到用户。“接通”及“断开”状态的光反射性质可视实施例而逆转。MEMS像素可经配置以主要在选定色彩下反射,从而允许除黑白外的彩色显示。
图1是描绘视觉显示器的一系列像素中的两个相邻像素的等角视图,其中每一像素包含一MEMS干涉式调制器。在一些实施例中,干涉式调制器显示器包含这些干涉式调制器的行/列阵列。每一干涉式调制器包括一对反射层,两者彼此相距可变且可控距离而定位以形成具有至少一个可变尺寸的光学共振间隙。在一个实施例中,所述反射层中的一者可在两个位置之间移动。在第一位置(本文称为松弛位置)处,可移动反射层定位在距固定部分反射层相对较大距离处。在第二位置(本文称为激活位置)处,可移动反射层定位在较紧密邻近于所述部分反射层处。从两个层反射的入射光视可移动反射层的位置而发生相长或相消干涉,从而为每一像素产生总体反射或非反射状态。
图1中的像素阵列的所描绘部分包括两个相邻干涉式调制器12a及12b。在左边的干涉式调制器12a中,可移动反射层14a被说明为位于距光学堆叠16a预定距离的松弛位置处,所述光学堆叠16a包括部分反射层。在右边的干涉式调制器12b中,可移动反射层14b被说明为位于邻近于光学堆叠16b的激活位置处。
如本文所参考,光学堆叠16a及16b(统称为光学堆叠16)通常包含若干融合层(fusedlayer),所述融合层可包括例如氧化铟锡(ITO)的电极层、例如铬的部分反射层及透明电介质。光学堆叠16因此是导电、部分透明且部分反射性的,且可(例如)通过在透明衬底20上沉积上述层中的一者或一者以上来制造。部分反射层可由例如各种金属、半导体及电介质的具有部分反射性的多种材料形成。部分反射层可由一层或一层以上材料形成,且所述层中的每一者可由单一材料或材料组合形成。
在一些实施例中,如以下进一步描述,光学堆叠16的层被图案化为平行条带,且可形成显示装置中的行电极。可将可移动反射层14a、14b形成为沉积在柱18的顶部上的沉积金属层(垂直于行电极16a、16b)及沉积在柱18之间的介入牺牲材料的一系列平行条带。当牺牲材料被蚀刻掉时,可移动反射层14a、14b由所界定的间隙19与光学堆叠16a、16b分离。例如铝的高度导电且反射的材料可用于反射层14,且这些条带可形成显示装置中的列电极。
在不施加电压的情况下,如由图1中的像素12a所说明,间隙19保持在可移动反射层14a与光学堆叠16a之间,其中可移动反射层14a处于机械松弛状态。然而,当将一电位差施加到选定行及列时,形成在对应像素处的行电极与列电极的相交处的电容器变得带电,且静电力将电极拉到一起。如果电压足够高,则可移动反射层14变形,且被迫抵靠着光学堆叠16。如由图1中的右边的像素12b所说明,光学堆叠16内的介电层(未在图1中说明)可防止短路并控制层14与16之间的分离距离。无论所施加的电位差的极性如何,所述行为不变。以此方式,可控制反射对非反射像素状态的行/列激活在许多方面类似于常规LCD及其它显示技术中所用的方法。
图2到图5B说明一种在显示器应用中使用干涉式调制器阵列的示范性过程及系统。
图2是说明可并入有本发明的方面的电子装置的一个实施例的系统框图。在所述示范性实施例中,电子装置包括处理器21,其可为任何通用单芯片或多芯片微处理器,例如ARM、PentiumPentiumPentiumPro、8051、Power或任何专用微处理器,例如数字信号处理器、微控制器或可编程门阵列。如此项技术中的常规,处理器21可经配置以执行一个或一个以上软件模块。除执行操作系统外,处理器可经配置以执行一个或一个以上软件应用程序,包括网络浏览器、电话应用程序、电子邮件程序或任何其它软件应用程序。
在一个实施例中,处理器21还经配置以与阵列驱动器22通信。在一个实施例中,阵列驱动器22包括将信号提供到显示器阵列或面板30的行驱动器电路24及列驱动器电路26。图1中所说明的阵列的横截面由图2中的线1-1展示。对于MEMS干涉式调制器,行/列激活协议可利用图3中所说明的这些装置的滞后性质。可能需要(例如)10伏特电位差来使可移动层从松弛状态变形为激活状态。然而,当电压从所述值减小时,可移动层随着电压降回到10伏特以下而维持其状态。在图3的示范性实施例中,可移动层直到电压降到2伏特以下才完全松弛。因此,在图3中所说明的实例中存在约3V到7V的所施加电压窗,装置在所述窗内稳定地处于松弛或激活状态。此窗在本文中称为“滞后窗”或“稳定窗”。对于具有图3的滞后特性的显示器阵列,可对行/列激活协议进行设计以使得在行选通期间,将选通的行中的待激活的像素暴露于约10伏特的电压差,且将待松弛的像素暴露于接近于零伏特的电压差。在选通之后,将像素暴露于约5伏特的稳态电压差,使得其保持在行选通将其置于的任何状态。在被写入之后,在此实例中每一像素在3到7伏特的“稳定窗”内见到一电位差。此特征使图1中所说明的像素设计在相同所施加电压条件下稳定在激活或松弛预存在状态。由于干涉式调制器的每一像素无论处于激活状态还是松弛状态基本上均为由固定及移动反射层形成的电容器,因而此稳定状态可在滞后窗内的电压下得以保持而几乎无功率耗散。如果所施加的电位是固定的,则基本上无电流流进像素中。
在典型应用中,可通过根据第一行中的所要激活像素集合来断言列电极集合而产生显示帧。接着将行脉冲施加到行1电极,从而激活对应于断言的列线的像素。接着将断言的列电极集合改变为对应于第二行中的所要激活像素集合。接着向行2电极施加一脉冲,从而根据所断言的列电极激活行2中的适当像素。行1像素不受行2脉冲影响,且保持在其在行1脉冲期间被设定的状态。可以顺序方式对整个行系列重复此过程以产生帧。通常,通过以每秒某一所要数目帧不断重复此过程而用新的显示数据刷新及/或更新帧。用以驱动像素阵列的行及列电极以产生显示帧的多种协议也是众所周知的,且可结合本发明而使用。
图4、图5A及图5B说明一种用以在图2的3×3阵列上产生显示帧的可能的激活协议。图4说明可用于展现出图3的滞后曲线的像素的可能的列及行电压电平集合。在图4实施例中,激活像素涉及将适当列设定为-Vbias,及将适当行设定为+ΔV,其可分别对应于-5伏特及+5伏特。通过将适当列设定为+Vbias且将适当行设定为相同+ΔV从而产生跨越像素的零伏特电位差来实现对像素的松弛。在行电压保持在零伏特的那些行中,无论列处于+Vbias还是-Vbias像素均稳定在其最初所处的任何状态。也如图4中所说明,将了解,可使用极性与上述电压的极性相反的电压,例如,激活像素可涉及将适当列设定为+Vbias及将适当行设定为-ΔV。在此实施例中,通过将适当列设定为-Vbias且将适当行设定为相同-ΔV从而产生跨越像素的零伏特电位差来实现对像素的释放。
图5B是展示施加到将产生图5A中所说明的显示布置(其中激活像素为非反射性的)的图2的3×3阵列的一系列行及列信号的时序图。在写入图5A中所说明的帧之前,所述像素可处于任何状态,且在此实例中,所有行处于0伏特,且所有列处于+5伏特。在这些所施加电压下,所有像素均稳定在其现有激活或松弛状态。
在图5A帧中,激活像素(1,1)、(1,2)、(2,2)、(3,2)及(3,3)。为实现此目的,在行1的“线时间”期间,将列1及2设定为-5伏特,且将列3设定为+5伏特。此不改变任何像素的状态,因为所有像素均保持在3到7伏特的稳定窗内。接着使用从0伏特升到5伏特又返回到零的脉冲对行1进行选通。此激活(1,1)及(1,2)像素并松弛(1,3)像素。阵列中的其它像素不受影响。为按需要设定行2,将列2设定为-5伏特且将列1及3设定为+5伏特。施加到行2的相同选通将接着激活像素(2,2)并松弛像素(2,1)及(2,3)。同样,阵列的其它像素不受影响。通过将列2及3设定为-5伏特且将列1设定为+5伏特而类似地设定行3。行3选通如图5A中所示对行3像素进行设定。在写入帧之后,行电位为零,且列电位可保持在+5或-5伏特,且显示器于是稳定在图5A的布置。将了解,相同程序可用于几十或几百行及列的阵列。也将了解,在上文概述的一般原理内,可广泛地改变用以执行行及列激活的电压的时序、顺序及电平,且以上实例仅为示范性的,且任何激活电压方法均可与本文所述的系统及方法一起使用。
图6A及图6B是说明显示装置40的实施例的系统框图。显示装置40可为(例如)蜂窝式或移动电话。然而,显示装置40的相同组件或其轻微变化也说明各种类型的显示装置,例如电视及便携式媒体播放器。
显示装置40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入装置48及麦克风46。外壳41一般由所属领域的技术人员众所周知的多种制造工艺(包括注射模制及真空成型)中的任一者形成。此外,外壳41可由多种材料(包括(但不限于)塑料、金属、玻璃、橡胶及陶瓷或其组合)中的任一者制成。在一个实施例中,外壳41包括可与具有不同色彩或含有不同标识、图片或符号的其它可移除部分互换的可移除部分(未图示)。
示范性显示装置40的显示器30可为多种显示器(包括如本文所述的双稳态显示器)中的任一者。在其它实施例中,显示器30包括如上所述的平板显示器(例如等离子、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD),或所属领域的技术人员众所周知的非平板显示器(例如CRT或其它管式装置)。然而,为描述本实施例的目的,显示器30包括如本文所述的干涉式调制器显示器。
图6B中示意地说明示范性显示装置40的一个实施例的组件。所说明的示范性显示装置40包括外壳41,且可包括至少部分封闭在所述外壳41中的额外组件。举例来说,在一个实施例中,示范性显示装置40包括一包括天线43的网络接口27,所述天线43耦合到收发器47。收发器47连接到处理器21,所述处理器21连接到调节硬件52。调节硬件52可经配置以调节信号(例如,对信号进行滤波)。调节硬件52连接到扬声器45及麦克风46。处理器21还连接到输入装置48及驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合到帧缓冲器28,且耦合到阵列驱动器22,所述阵列驱动器22又耦合到显示器阵列30。电源50向特定示范性显示装置40设计所需的所有组件提供电力。
网络接口27包括天线43及收发器47,以使得示范性显示装置40可经由网络与一个或一个以上装置通信。在一个实施例中,网络接口27还可具有一些处理能力以缓解对处理器21的要求。天线43是所属领域的技术人员已知的任何用以发射及接收信号的天线。在一个实施例中,天线根据IEEE 802.11标准(包括IEEE 802.11(a)、(b)或(g))来发射及接收RF信号。在另一实施例中,天线根据蓝牙标准来发射及接收RF信号。在蜂窝式电话的情况下,天线经设计以接收用以在无线蜂窝电话网络内进行通信的CDMA、GSM、AMPS或其它已知信号。收发器47对从天线43接收的信号进行预处理,使得所述信号可由处理器21接收并进一步操纵。收发器47还处理从处理器21接收的信号,使得所述信号可经由天线43而从示范性显示装置40发射。
在替代实施例中,收发器47可由接收器替代。在又一替代实施例中,网络接口27可由图像源替代,所述图像源可存储或产生待发送到处理器21的图像数据。举例来说,图像源可为含有图像数据的数字视频盘(DVD)或硬盘驱动器,或产生图像数据的软件模块。
处理器21通常控制示范性显示装置40的总体操作。处理器21从网络接口27或图像源接收数据(例如压缩图像数据),且将所述数据处理为原始图像数据或处理为容易处理为原始图像数据的格式。处理器21接着将经处理的数据发送到驱动器控制器29或帧缓冲器28以进行存储。原始数据通常意指识别图像内每一位置处的图像特性的信息。举例来说,所述图像特性可包括色彩、饱和度及灰度级。
在一个实施例中,处理器21包括微控制器、CPU或逻辑单元以控制示范性显示装置40的操作。调节硬件52通常包括用以将信号发射到扬声器45且用以从麦克风46接收信号的放大器及滤波器。调节硬件52可为示范性显示装置40内的离散组件,或可并入在处理器21或其它组件内。
驱动器控制器29直接从处理器21或从帧缓冲器28获得由处理器21产生的原始图像数据,且将原始图像数据适当重新格式化以供高速发射到阵列驱动器22。特定而言,驱动器控制器29将原始图像数据重新格式化为具有光栅状格式的数据流,使得所述数据流具有适合用以跨越显示器阵列30进行扫描的时间次序。接着,驱动器控制器29将经格式化的信息发送到阵列驱动器22。尽管驱动器控制器29(例如LCD控制器)常常作为独立集成电路(IC)与系统处理器21相关联,但所述控制器可以许多方式来实施。其可作为硬件嵌入在处理器21中,作为软件嵌入在处理器21中,或以硬件的形式与阵列驱动器22完全集成。
通常,阵列驱动器22从驱动器控制器29接收经格式化的信息,且将视频数据重新格式化为一组平行波形,所述波形每秒许多次地施加到来自显示器的x-y像素矩阵的数百且有时数千个引线。
在一个实施例中,驱动器控制器29、阵列驱动器22及显示器阵列30适用于本文所述的任何类型的显示器。举例来说,在一个实施例中,驱动器控制器29是常规显示控制器或双稳态显示控制器(例如,干涉式调制器控制器)。在另一实施例中,阵列驱动器22是常规驱动器或双稳态显示驱动器(例如,干涉式调制器显示器)。在一个实施例中,驱动器控制器29与阵列驱动器22集成。此实施例通用于例如蜂窝式电话、手表及其它小面积显示器的高度集成系统。在又一实施例中,显示器阵列30是典型显示器阵列或双稳态显示器阵列(例如,包括干涉式调制器阵列的显示器)。
输入装置48允许用户控制示范性显示装置40的操作。在一个实施例中,输入装置48包括小键盘,例如QWERTY键盘或电话小键盘、按钮、开关、触敏式屏幕或者压敏或热敏薄膜。在一个实施例中,麦克风46是用于示范性显示装置40的输入装置。当使用麦克风46来将数据输入到装置时,可由用户提供语音命令以控制示范性显示装置40的操作。
电源50可包括如此项技术中众所周知的多种能量存储装置。举例来说,在一个实施例中,电源50是可再充电电池,例如镍镉电池或锂离子电池。在另一实施例中,电源50是可再生能源、电容器或太阳能电池(包括塑料太阳能电池及太阳能电池涂料)。在另一实施例中,电源50经配置以从壁装插座接收电力。
如上所述,在一些实施例中,控制可编程性驻存在可位于电子显示系统中的若干位置处的驱动器控制器中。在一些实施例中,控制可编程性驻存在阵列驱动器22中。所属领域的技术人员将认识到,上述最佳化可以任何数目的硬件及/或软件组件且以各种配置来实施。
根据上述原理操作的干涉式调制器的结构的细节可广泛地改变。举例来说,图7A到图7E说明可移动反射层14及其支撑结构的五个不同实施例。图7A是图1的实施例的横截面,其中金属材料条带14沉积在垂直延伸的支撑件18上。在图7B中,可移动反射层14仅在拐角处在系栓32上附着到支撑件。在图7C中,可移动反射层14从可变形层34悬浮,所述可变形层34可包含柔性金属。可变形层34直接或间接地连接到在可变形层34的周边周围的衬底20。这些连接可采取连续壁及/或个别柱的形式。举例来说,平行轨条可支撑可变形层34材料的交叉行,因而界定轨条之间的沟槽及/或腔中的像素的列。每一腔内的额外支撑柱可用来加强可变形层34及防止在松弛位置中下陷。
图7D中所说明的实施例具有在上面搁置可变形层34的支撑柱插塞42。与在图7A到图7C中一样,可移动反射层14保持悬浮在腔上,但可变形层34并不通过填充可变形层34与光学堆叠16之间的孔而形成支撑柱。实情为,支撑柱由用以形成支撑柱插塞42的平坦化材料形成。图7E中所说明的实施例是基于图7D中所示的实施例,但也可适于与图7A到图7C中所说明的实施例中的任一者以及未展示的额外实施例一起起作用。在图7E中所示的实施例中,已使用额外金属层或其它导电材料来形成总线结构44。此允许沿干涉式调制器的背面来导引信号,从而消除原本可能必须形成在衬底20上的若干电极。
在例如图7A到图7E中所示的实施例的实施例中,干涉式调制器充当直观式装置,其中从透明衬底20的前侧观看图像,所述侧与在上面布置调制器的侧相对。在这些实施例中,反射层14光学上遮蔽干涉式调制器在反射层的与衬底20相对的侧上的部分,包括可变形层34。此允许所遮蔽区域在不对图像质量造成负面影响的情况下被配置并操作。此遮蔽允许图7E中的总线结构44提供将调制器的光学性质与调制器的机电性质(例如寻址及由所述寻址产生的移动)分离的能力。此可分离调制器架构允许用于调制器的机电方面及光学方面的结构设计及材料可彼此独立选择并起作用。此外,图7C到图7E中所示的实施例具有从使反射层14的光学性质与其机械性质分离得到的额外益处,所述机械性质由可变形层34实行。此允许用于反射层14的结构设计及材料相对于光学性质而最佳化,且允许用于可变形层34的结构设计及材料相对于所要机械性质而最佳化。
图8A说明类似于图7D中所说明的实施例的干涉式调制器800的实施例的侧面横截面图。所属领域的技术人员将理解,参考所说明的实施例描述的某些特征也可用于干涉式调制器的其它实施例,包括图7A到图7C及图7E中所说明的实施例,以及其它类型的MEMS装置。
干涉式调制器800包含衬底820,形成光学堆叠816的一部分的导电层816a及部分反射层或吸收体816b形成在衬底820上。在所说明的实施例中,经由衬底820观看图像,因此,衬底820优选对于所说明的光学装置及方位是透明的。可变形层834与光学堆叠816间隔开,从而在其间界定一间隙或腔819。在所说明的实施例中,维持间隙819的支撑结构包含在衬底820与可变形层834之间延伸的多个支撑柱插塞842,但在其它布置中,轨条、铆钉或其它结构可充当支撑物来将MEMS电极间隔开。可移动反射层或镜面814设置在腔819中且紧固到可变形层834。在所说明的实施例中,所述可移动反射层814包含导电材料且电耦合到可变形层。将理解,在其它MEMS实施例中,可移动电极无需是反射性的,且可由可变形层形成。
第一保形层860在界定腔819的组件(例如,部分反射层816b、支撑柱插塞842、可移动反射层814,及可变形层的内表面834a)上形成在腔819中。在一些优选实施例中,第一保形层860的厚度大体上是均匀的。
第二保形层862设置在可变形层的外表面834b上。在所说明的实施例中,第一保形层860及第二保形层862的厚度大体上相同且具有相同成分。在所说明的实施例中,第一保形层860及第二保形层862一起囊封可变形层834及可移动反射层814。如下文更详细论述,优选同时形成第一保形层860及第二保形层862。
在一些优选实施例中,第一保形层860是包含至少一种介电材料的介电层。第二保形层862包含相同材料。介电材料是此项技术中已知的任何合适材料。在装置800为干涉式调制器的情况下,介电材料优选对光的有关波长大体上透明。在一些优选实施例中,介电材料包含可使用原子层沉积(ALD)沉积的材料,例如,氧化物、氮化物及其组合。在一些实施例中,第一保形层860包含二氧化硅(SiO2、硅石)、氧化铝(Al2O3)或SiO2与Al2O3的组合。在一些实施例中,第一保形层860包含多种材料。举例来说,在一些实施例中,第一保形层860包含介电材料的多个子层,例如,层状结构。子层之间的界面是中断的或分级的。在下文更详细论述用于形成第一保形层860及第二保形层862及设计材料以获得特定功能性的方法。
在这些实施例中,第一保形层的形成在部分反射层816b上的部分860a及第一保形层的形成在可移动反射层814的下表面814a上的部分860b一起形成光学堆叠816的介电结构,其在激活位置中使移动电极814与固定电极816a/816b绝缘。在部分860a与860b的厚度大体上相同的实施例中,所得介电结构称为“对称的”,例如,称为“对称氧化物结构”。因此,在一些实施例中,第一保形层860的厚度为一类似、单层介电层(例如,图7D中所说明的光学堆叠16的介电层)的厚度的约一半。所属领域的技术人员将理解,第一保形层860的厚度视以下因素而定,所述因素包括:第一保形层860的成分、由干涉式调制器800所调制的光的波长、第一保形层860的所要机械性质,等等。在一些实施例中,第一保形层860的厚度不大于约100nm(约),优选从约到约更优选从约到约
与包含单个介电层的类似装置(例如,在图7D中所说明的实施例的光学堆叠16中)相比,介电第一保形层860的实施例提供第一保形层的分别形成在光学堆叠816与可移动层814上的部分860a与860b之间的减少的界面粘着性或静摩擦。
此项技术中称为“静摩擦”的状况通常可能会对MEMS装置(特别是干涉式调制器)的性能造成不利影响。参看图1中所说明的装置,静摩擦可使经激活的可移动层14b在存在将预期使可移动层14b返回到松弛位置的回复力的情况下保持与光学堆叠16b接触。静摩擦发生在将装置偏置于激活位置中的粘着力的总和大于将装置朝松弛位置偏置的回复力时。回复力包括激活的可移动层14b的机械张力。举例来说,在包括干涉式调制器的MEMS装置中,因为表面力或界面力随着减小的装置尺寸而变得相对较强且回复力随着减小的装置尺寸而变得相对较弱,因此,静摩擦随着减小的装置大小而变得更成问题。
相信粘着力起源于若干来源,包括,例如,毛细管力、范得瓦尔相互作用(van derWalls interaction)、化学键结及经俘获的电荷。在所有这些机制中,粘着力随着相对可移动组件(例如,可移动层14b与光学堆叠16b)之间的增加的接触面积而增加,且随着在激活状态中相对可移动组件之间的增加的间距而减少。
返回到图8中所说明的实施例,通常相信例如二氧化硅及/或氧化铝的亲水性材料的大接触面积会增加而非减少静摩擦。在不受任何理论限制的情况下,相信在干涉式调制器的一些实施例中,静摩擦至少部分是由留在腔中的制造工艺残留物引起。举例来说,在使用牺牲材料的释放蚀刻(release etch)形成腔的过程中,蚀刻工艺的非挥发性产物作为制造残留物留在腔中。举例来说,在使用XeF2蚀刻钼牺牲层的过程中,非挥发性产物可包括非挥发性含钼产物(例如,氟氧化钼(molybdenum oxide fluoride))、非挥发性不含钼产物(例如,来自牺牲层中的杂质)等等。制造残留物的其它来源包括蚀刻剂与非牺牲材料的反应、由释放蚀刻所暴露的非牺牲材料的反应、在相邻层的沉积及/或蚀刻过程中形成的副产物,及相邻层之间的反应产物。
ALD的实施例形成精确地遵循下伏层的轮廓的层。因此,在通过ALD形成第一保形层860的过程中,ALD不仅生长经暴露的衬底,而且生长设置在衬底上的任何制造残留物,借此均匀地毯覆腔的经暴露表面。在毯覆腔的过程中,第一保形层860覆盖这些制造残留物,借此消除制造残留物对静摩擦的作用。在一些实施例中,第一保形层860的成分经选择以减少第一保形层860的部分860a(形成在光学堆叠816上)与部分860b(形成在可移动反射器814上)之间的内聚力对静摩擦的作用,所述部分在装置800处于激活位置中时接触。
与包含单个介电层的类似装置(例如,图7D中所说明的实施例)相比,一些实施例还展现出光学堆叠816中减少的表面电荷累积。相信表面电荷在介电层中的陷阱中累积,特别是在介电层的表面处或附近累积。这些陷阱中的一些是固有的,例如在介电层的沉积期间形成。介电层中的固有陷阱的浓度视包括沉积方法及所沉积的特定介电材料的因素而定。其它陷阱是外在的,例如,因对介电层的损坏而形成或是制造残留物。
相信装置800的实施例会减少由固有及/或外在陷阱所引起的表面电荷累积。举例来说,在一些实施例中,固有陷阱的数目通过由原子层沉积(ALD)形成第一保形层860而减少(如下文更详细论述),此提供具有良好绝缘性质的高质量介电薄膜。用于ALD的合适介电材料的实例包括Al2O3、SiO2及其组合。如下文所论述,在一些实施例中,在释放蚀刻之后形成第一保形层860,此为制造干涉式调制器800的过程中的最后步骤之一。在这些实施例中,对第一保形层860的损坏得以减少,此是因为其是在接近制造工艺结束时形成,从而减少了外在陷阱的数目。
此外,如上文所论述,在一些实施例中,第一保形层860及第二保形层862囊封可变性层834。在一些实施例中,可变形层834的机械及/或电性质通过囊封第一保形层860及第二保形层862来修改。举例来说,在一些实施例中,可变形层834的结构完整性得到改进,特别是在第一保形层860及第二保形层862相对较厚的情况下,例如,至少约至少约至少约或至少约在这些实施例中的一些实施例中,经改进的机械完整性提供可变形层834的改进的电完整性。一些实施例进一步展现出在较宽温度范围上的可操作性。举例来说,在包含由包含介电材料的第一保形层860及第二保形层862囊封的金属可变形层834的实施例中,经囊封的可变形层834的有效热膨胀系数低于类似的未经囊封的可变形层的有效热膨胀系数。此较低热膨胀系数准许MEMS 800在较宽温度范围内的稳定操作。
图9中的侧面横截面图中说明干涉式调制器900的另一实施例。干涉式调制器900类似于图8A中所说明的实施例800以及图7D中所说明的实施例。所属领域的技术人员将理解,所述特征中的一些特征也可用于(例如)具有类似于图7A到7C及图7E中所说明的结构的结构的其它实施例。在所说明的实施例中,装置900包含衬底920,所述衬底920上形成有光学堆叠916,所述光学堆叠916包含导电层916a、部分反射层916b及主要介电层916c。与图8A的实施例中一样,光学堆叠916表示MEMS装置的下部固定电极。说明为包含多个支撑柱插塞942的支撑结构从光学堆叠916延伸且支撑可变形层934。光学堆叠916及可变形层934界定腔919,在所述腔919中设置有表示用于MEMS装置的可移动电极的可移动反射层914,所述可移动反射层914紧固到可变形层934。
第一保形层960在界定腔的表面(包括介电层916c、支撑柱插塞942、可变形层934的内表面及可移动反射层914的可接近表面)上形成在腔919内。第二保形层962形成在可变形层934的外表面上。在一些实施例中,第一保形层960及第二保形层962包含与图8A中所说明的实施例的第一保形层860及第二保形层862相同的材料。在一些优选实施例中,第一保形层960的厚度大体上均匀。在一些实施例中,第二保形层962的厚度与第一保形层960的厚度大体上相同。在第一保形层960及第二保形层962是通过ALD形成的实施例中,所述层的厚度为至少通过ALD沉积的单层的大致厚度(约3到)。更优选第一保形层960的厚度为至少约或至少约因为在此实施例中光学介电系统包含介电层916c以及两层第一保形层960,因此,这些层的厚度经选择以提供所要光学性质。理想地,由下文所描述的工艺所形成的层的质量准许光学介电系统的总厚度小于约100nm(),同时仍能够在操作期间使电极绝缘。
在第一保形层960包含介电材料的实施例中,第一保形层的形成在主要介电层916c上的部分960a、第一保形层的形成在可移动反射层914的下表面上的部分960b及介电层916c一起形成介电系统。如上文关于图8A中所说明的装置800的实施例所论述,在一些实施例中,介电系统的总厚度视以下因素而定:第一保形层960及介电层916c的成分、由干涉式调制器900所调制的光的波长、第一保形层960及介电层916c的所要机械性质等等。在一些实施例中,第一保形层960相对较薄,且大体上不影响介电系统的光学性质。在这些实施例中,介电系统的光学性质由介电层916c来控制。
在一些优选实施例中,第一保形层960充当静摩擦减少层(如上文所论述,例如,通过覆盖或密封制造残留物)。在一些实施例中,第一保形层且特别是部分960a通过遮盖、填充、覆盖及/或密封介电层916c中的缺陷来修复或增强介电层916c。缺陷常常在使用典型沉积技术(CVD、PVD)制造装置900的过程中形成在介电层916c中,且包括(例如)针孔、裂痕、麻点(divot)等等。在一些实施例中,缺陷形成在使介电层916c经受(例如)释放蚀刻过程中及/或来自热循环的机械应力的过程中。所述缺陷可影响装置900的电性质及/或机械性质,例如因为对下伏层的不当蚀刻。在一些情况下,缺陷可导致装置故障。第一保形层960密封针孔,借此准许使用更倾向于形成针孔的较薄介电层916c。如上文所论述,在一些实施例中,第一保形层960相对较薄。
图10A说明类似于图7D中所说明的实施例的干涉式调制器1000的阵列的部分俯视平面图。干涉式调制器1000包含可变形层1034、可移动反射层1014及支撑柱插塞1042。图10A中还说明形成在可变形层1034中的多个蚀刻孔1070。在一些实施例中,蚀刻孔1070准许在制造干涉式调制器1000的过程中气相蚀刻剂与牺牲材料之间接触。将理解,图8A及图9的实施例还形成在可变形层中具有类似蚀刻孔的MEMS装置的阵列的部分。蚀刻孔在图8A及图9中不可见,此是因为横截面是沿未与任何蚀刻孔相交的截而所截取,例如,类似于图10A的截面A-A。
图10B说明沿干涉式调制器1000的图10A的截面B-B所截取的侧面横截面。指示出上文所描述的可变形层1034、可移动反射层1014及蚀刻孔1070。干涉式调制器1000还包含衬底1020及形成在其上的光学堆叠1016,两者均在上文较详细地描述。腔1019是由光学堆叠1016及可变形层1034界定。
还指示出腔1019内的衬底或光学堆叠上的与蚀刻孔1070直接相对的位置1072。所述位置1072直接暴露于干涉式调制器外部的环境。每一这些位置1072的中心处是凸块1060,所述凸块1060在暴露于外部环境较多的区域(例如,较接近蚀刻孔1070)中较厚,且在暴露于外部环境较少的区域(例如,距蚀刻孔1070较远)中较薄。在所说明的实施例中,凸块1060彼此隔离,从而形成不连续的非保形层。在其它实施例中,凸块1060合并,从而在光学堆叠1016上形成具有非均匀厚度的大体上连续的非保形层。在其它实施例中,非保形层1060包含连续特征与隔离特征两者。在所得腔1019中,由非保形层1060及介电层1016c的任何暴露区域所界定的底部不与可移动反射层1014的下表面1014a平行。
在所说明的实施例中,可变形层1034及可移动反射层1014的暴露部分还包含具有岛状物1060的材料的层1062。在一些实施例中,凸块的材料还部分或完全设置在装置1000的其它部分上,例如,可移动反射层的下表面1014a及/或可变形层1034与可移动反射层1014之间的区域。
图11是参看图8A中所说明的实施例说明用于制造干涉式调制器的方法1100的实施例的流程图。所属领域的技术人员将理解,方法1100也适合于制造具有其它设计的干涉式调制器及MEMS装置,例如图9、图10A及图10B中所说明的实施例。下文所描述的实施例类似于图7A到图7E中所说明的实施例的制造所使用的方法,例如,如在第2004/0051929A1号美国专利公开案中所描述的方法。所属领域的技术人员将了解,下文所陈述的描述省略了此项技术中众所周知的某些细节,例如,掩蔽、图案化、蚀刻步骤等等。如所属领域的技术人员将显而易见,一些实施例中还使用额外结构(例如,蚀刻终止物、剥离层(lift-off layer)等等)。
在步骤1110中,制造未经释放的干涉式调制器。在一些实施例中,为了制造如图8A中所说明的干涉式调制器,在第一步骤中,将导电层816a、部分反射层816b、第一牺牲层880及反射层814连续沉积在衬底820上以提供图8B中所说明的结构。接下来,掩蔽并蚀刻反射层814以形成可移动反射层814(在其上形成有第二牺牲层882),且掩蔽并蚀刻所得结构以提供图8C中所说明的结构。在所说明的实施例中,蚀刻产生延伸到衬底820的开口842a及延伸到可移动反射层814的开口884。填充开口842a以形成支撑插塞柱842,且在所述支撑插塞柱842、第二牺牲层882及可移动反射层814的由开口884所暴露的部分上沉积可变形层834以提供图8D中所说明的结构。
在制造图9中所说明的实施例的过程中,除先前段落中所列出的工艺以外,在沉积第一牺牲层之前,在部分反射层916b上形成介电层916c。
在步骤1120中,使用一种或一种以上蚀刻化学物来蚀刻掉第一牺牲层880及第二牺牲层882从而形成腔819,借此释放可移动反射层814及可变形层834以提供图8E中所说明的结构。在步骤1120中对牺牲层的蚀刻在本文也称为“释放蚀刻”。
在优选实施例中,蚀刻剂为气相蚀刻剂,且蚀刻产物也处于气相中。举例来说,在一些优选实施例中,蚀刻剂为XeF2,其在环境温度下为具有适当蒸气压的固体(在25℃下约3.8托,0.5kPa)。蒸气相蚀刻剂经由蚀刻孔(例如,图10A及图10B中说明为1070的蚀刻孔)接触牺牲层。
所属领域的技术人员将理解,包含牺牲层的材料结合装置800的结构及/或非牺牲材料而被选择,使得牺牲材料在结构材料上被选择性地蚀刻。在使用XeF2作为释放蚀刻中的蚀刻剂的实施例中,牺牲材料包含以下各项中的至少一者:硅、锗、钛、锆、铪、钒、钽、铌、钼、钨及其混合物、合金及组合,优选为钼、钨、硅、锗或硅/钼。在一些实施例中,牺牲层包含有机化合物,例如,如光致抗蚀剂的聚合物。在一些实施例中,牺牲层包含单个层。在其它实施例中,牺牲层包含多个层。合适结构材料在此项技术中是已知的。在蚀刻剂包含XeF2的情况下,合适结构材料抵抗XeF2的蚀刻,且包括(例如)硅石、氧化铝、氧化物、氮化物、聚合物、铝、镍等等。在图8A中所说明的实施例中,部分反射层816a包含在释放蚀刻中被相当不良地蚀刻的材料,例如,蚀刻剂为XeF2的情况下的铬。
在步骤1130中,在图8A中所说明的实施例中,在腔819中形成第一保形层860。在优选实施例中,通过原子层沉积(ALD)来形成第一保形层860。ALD在装置800的所有暴露表面上沉积薄膜。因此,第一保形层860与第二保形层862两者在同一过程中形成中以提供图8A中所说明的结构。ALD的实施例准许沉积具有高光学及/或电质量的薄膜。
简而言之,通过ALD沉积或生长的材料的层或薄膜经由表面与至少第一前驱气体及第二反应气体的脉冲之间的连续反应而以一次形成材料的一个分子层的形式形成。所述第一前驱气体为ALD沉积的材料的第一元素的来源,且所述第二反应气体可为ALD沉积的材料的第二元素的来源,或可制备由先前脉冲所留下的表面以用于进一步反应。在典型工艺中,第一前驱气体的脉冲接触一包含官能团的表面,第一前驱气体与所述官能团反应(例如,化学吸附),借此形成包含第一元素的第一表面层。第一表面层相对于第一前驱气体具有自我钝化性(self-passivating)。因此,过量的第一前驱气体不与第一表面层反应(例如,化学吸附的层包括防止超过单层的进一步化学吸附的配位体),且因此所述反应具有自我限制性。接着通常净化过量的第一前驱气体。接着使第一表面层与第二反应气体的脉冲接触,第一表面层与第二反应气体反应以形成不会进一步与第二反应气体反应的第二表面层。因此,此步骤也具有自我限制性。接着通常净化过量的第二反应气体。然而,第二表面层与第一前驱气体反应。因此,依次使所述表面与第一前驱气体及第二反应气体接触准许用户沉积具有所要厚度的层。为了保持沉积自我限制于每一循环少于一单层,通过在脉冲之间对过量反应物及副产物进行瞬时脉冲及净化或其它移除来使反应物保持分离。
ALD的实施例准许对所沉积的层的厚度的精细控制,此是因为所述层生长小于或等于每一沉积循环中所沉积的材料的分子层的厚度。举例来说,Al2O3的单层为约3到厚,且在一些实施例中,在每一沉积循环中生长为约厚的子单层。ALD的实施例展现出所沉积的区域上的厚度的均匀性,例如,不大于约1%的变化。一些实施例展现出表面特征的100%的阶梯覆盖率(step coverage,SC)。所沉积的层的成分可通过不同反应物的周期性替代或添加而控制,从而准许制造分层及/或复合层。ALD的实施例在低温下执行,例如,约80到500℃,更典型地,约100到400℃,且常常在低于约350℃下执行。
如上文所论述,在装置800为干涉式调制器的实施例中,第一保形层的介电层860a及860b形成光学堆叠的介电结构。因此,在这些实施例中,第一保形层860包含具有合适光学性质(例如,大体上的透明性)的材料。因为介电材料的一些优选实施例为氧化物(例如,二氧化硅及/或氧化铝),因此光学堆叠的电介质也称为“光学氧化物”。可通过ALD形成的合适的光学氧化物在此项技术中是已知的,例如氧化物及/或氮化物,优选为二氧化硅、氧化铝或其组合。
用于通过ALD沉积氧化铝的合适条件在此项技术中是已知的,其包含使表面与铝源气体的脉冲随后与氧源气体的脉冲接触。在一些实施例中,使用三甲基铝(TMA)作为前驱气体且使用水(H2O)及臭氧(O3)中的至少一者作为反应气体而通过ALD沉积氧化铝。其它合适源气体在此项技术中是已知的。
在二氧化硅的ALD中,使表面与硅源气体的脉冲随后与氧源气体接触。源气体的合适组合包括三甲基硅烷与O3/O2;SiH2Cl2与O3;SiCl4与H2O2;及CH3OSi(NCO)3与H2O2。在其它实施例中使用此项技术中已知的用于通过ALD沉积SiO2的其它条件。
在一些实施例中,光学氧化物包含(例如)通过催化性ALD使用此项技术中已知的合适铝源气体及硅源气体(例如,三甲基铝(TMA)及三(第三丁氧基)硅烷醇)所沉积的保形SiO2/Al2O3层状体或多层结构。
在装置并非光学调制器(例如,为机电开关型MEMS装置或其它电容性MEMS装置)的实施例中,第一保形层无需是透明的。因此,可基于此项技术中已知的其它特性(例如,界面粘着性、介电常数(例如,高k或低k材料)、沉积的简易性等等)来选择第一保形层的成分。
如上文所论述,图8A中所说明的实施例包含对称氧化物结构,其具有在电极816(光学堆叠)及814(可移动反射层)上的相等厚度的介电层860a及860b。包含对称氧化物结构的装置的实施例展现出比不包含对称氧化物结构的类似装置(例如,图7D中所说明的实施例,其中介电层为形成在光学堆叠16上的单个层)小的偏移电压。“偏移电压”是装置的滞后曲线(例如,如图3中所说明)的实际中心与0V(其是理想装置的滞后曲线的中心)之间的差(或“偏移”)。在一些实施例中,驱动器(22,图2)补偿阵列中的干涉式调制器中的偏移。然而,在一些情况下,阵列中的所有干涉式调制器之间的补偿可能是不可能的。包含对称氧化物结构的干涉式调制器800的阵列的实施例展现出偏移电压的减少的变化,借此简化或减少了对补偿的需要。在一些优选实例中,偏移电压为约0V,其在电容性MEMS装置中有优势。
在装置800为光学调制器的一些实施例中,可移动反射层814的反射性由形成在其上的保形层部分860b减少约5%,所述值在许多应用中是可接受的。
此外,图8A到图8E的所说明的工艺流程比用于制造图7D中所说明的干涉式调制器的类似工艺更有效,所述干涉式调制器包含在光学堆叠16中的介电层16c,从而由于仅形成未经图案化的电介质860而节约至少一个掩蔽步骤。
如上文所论述,在图9中所说明的装置900的实施例中,第一保形层960比图8中所说明的装置的第一保形层860薄。在图8的装置中,第一保形层860充当唯一光学电介质。在图9的装置的一些实施例中,第一保形层960作为光学介电系统中的组件而补充介电层916c。
在其它实施例中,步骤1130中所形成的层并非保形层,例如,图10B中所说明的凸块或非保形层1060。在一些优选实施例中,通过ALD形成岛状物或层1060。在一些实施例中,(例如)通过限制装置1000与第一前驱气体及/或第二反应气体之间的接触而在实现保形性(饱和)之前中断ALD脉冲,借此通过利用耗尽效应而形成非保形层1060。举例来说,在凸块或层1060为Al2O3的一些实施例中,使装置1000与铝源气体接触,借此在外表面上的蚀刻孔1070附近在装置1000的表面1072上形成单层铝源气体。在移除过量铝源气体之后,接着使装置与氧源气体接触。氧源气体首先在最可由气体接近的表面处(例如,在可变形层1034及可移动反射层1014的暴露表面上)与铝源气体单层反应,借此形成Al2O3层1062。衬底或光学堆叠上的靠近蚀刻孔1070的位置1072也相对可接近,且因此,氧源气体与铝源单层之间的反应形成为非保形Al2O3层或凸块1060。氧源气体经控制以便(例如)通过净化及/或通过抽空来使与腔1019的其它区域内的铝源单层或子单层的反应得以减少及/或可忽略。在其它实施例中,铝源气体具有限制性。
在一些实施例中,执行“非理想”ALD,其中ALD反应展现出“软饱和”,借此提供层1060的所要几何形状。举例来说,在一些实施例中,铝源气体在一个表面上展现出“软饱和”,此意味着形成在表面上的单层起初并不均匀,但随时间而变得均匀。因此,在一些实施例中,在铝源气体单层实现均匀性之前,使铝源气体单层与氧源气体接触。所属领域的技术人员将理解,非理想ALD可用于沉积其它类型的层。举例来说,硅源气体在一些情况下也展现出软饱和。所属领域的技术人员还将理解,非理想ALD可应用于具有不同结构及/或几何形状的装置。
在图8A中所说明的实施例中,第二保形层834覆盖可变形层834。因为在所说明的实施例中可变形层834还载运电信号,因此在可变形层834上提供电接触衬垫,所述电接触衬垫可能也在步骤1130中由第二保形层覆盖。在一些实施例中,在步骤1130中在ALD之前掩蔽接触衬垫。接着暴露接触衬垫以(例如)通过剥离保护衬垫的掩模来获得到其的电耦合。合适的掩模在此项技术中是已知的,例如光致抗蚀剂。在一些实施例中,掩蔽整个可变形层834且移除整个第二保形层862。
在一些实施例中,第二保形层862(图8A)、层1062(图10B)且尤其层962(图9)非常薄从而使得常规接合工艺(例如,引线接合或焊料接合)突破所述层,从而足以准许接触衬垫与导线之间的电耦合。
在一些实施例中,使用任何合适蚀刻工艺来蚀刻第二保形层862的设置在接触衬垫上的至少一部分。用于SiO2与Al2O3两者的合适蚀刻剂为HF(干的(蒸气)或湿的(含水的))。其它合适蚀刻工艺包括干式蚀刻,例如,等离子蚀刻。掩蔽或不掩蔽第二保形层862。在优选实施例中,将蚀刻剂作为液体成分直接涂覆到接触衬垫上的第二保形层862,借此仅蚀刻第二保形层862的所要部分。在一些实施例中,通过浸渍或擦拭将液体蚀刻成分涂覆到第二保形层862。在一些实施例中,在封装装置800之后涂覆蚀刻剂,且当接触衬垫暴露在密封件外部时,由经密封的背板保护MEMS装置的阵列不受蚀刻剂的损害。
在步骤1140中,封装干涉式调制器(通常作为干涉式调制器的阵列中的元件)。图12A中的横截面中所说明的经封装的装置1200的实施例包含形成在衬底1220上的干涉式调制器1212的阵列1202。背板1204定位在阵列1202上方。限定阵列1202的密封件1206在衬底1220与背板1204之间延伸,其一起界定将阵列1202封闭在其中的体积1208。在一些实施例中,将干燥剂1290设置在体积1208中。图12B是背板移除的已封装装置1200的俯视图,其说明衬底1220、干涉式调制器1212的阵列1202及密封件1206的示范性布置。封装的实施例保护阵列1202不受物理损坏。在一些实施例中,封装形成密封或半密封的密封件,其防止外来物质或物体(例如,灰尘、水及/或水蒸气)进入。
背板1204的实施例是部分或完全不透明、半透明及/或透明的。在优选实施例中,背板1204包含不产生挥发性化合物或将其除气的材料。优选地,背板1204大体上不可渗透液态水及水蒸气。在一些实施例中,背板1204大体上不可渗透空气及/或其它气体。用于背板1204的合适材料包括(例如)金属、钢、不锈钢、黄铜、钛、镁、铝、聚合物树脂、环氧树脂、聚酰胺、聚烯、聚酯、聚砜、聚醚、聚碳酸酯、聚醚酰胺、聚苯乙烯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯酸酯、聚对二甲苯、陶瓷、玻璃、硅石、氧化铝及其掺合物、共聚物、合金、复合物及/或组合。合适的复合材料的实例包括可从威泰克斯系统公司(Vitex Systems,San Jose,CA)购得的复合薄膜。在一些实施例中,背板1204进一步包含加强物,例如纤维及/或织物,例如玻璃、金属、碳、硼、碳纳米管等等。
在一些实施例中,背板1204大体上是刚性或柔性的,例如箔或薄膜。在一些实施例中,在步骤1440中在组装封装结构之前及/或期间将背板1204变形成预定配置。所属领域的技术人员将理解,背板1204的厚度将视包括材料的性质及其形状的因素而定。在一些实施例中,背板的厚度为约0.1mm到约5mm,优选约0.2mm到约2mm。
在所说明的实施例中,密封件1206将背板1204紧固到衬底1220。在一些实施例中,密封件1206不会产生挥发性化合物或将其除气,所述挥发性化合物例如为烃、酸、胺等等。在一些实施例中,密封件1206部分地或大体上不可渗透液态水及/或水蒸气,从而形成密封或半密封的密封件。在优选实施例中,密封件1206包含与衬底1220及背板1204相容的一种或一种以上粘着剂。所述粘着剂是此项技术中已知的任何合适类型,通过任何合适方法涂覆及固化。在一些实施例中,粘着剂中的一者或一者以上是压敏性的。
密封件1206包含任何合适材料,例如,聚合物树脂、环氧树脂、聚酰胺、聚烯、聚酯、聚砜、聚苯乙烯、聚胺基甲酸酯、聚丙烯酸酯、氰基丙烯酸酯、丙烯酸环氧树脂、硅酮、橡胶、聚异丁烯、氯丁橡胶、聚异戊二烯、苯乙烯-丁二烯、聚对二甲苯、U.V.可固化粘着剂、辐射可固化粘着剂、光致抗蚀剂及其掺合物、共聚物、合金及/或复合物。
在一些实施例中,密封件小于约50μm厚,例如约10μm到约30μm厚。在一些实施例中,密封件为从约0.5mm到约5mm宽,例如从约1mm到约2mm。
在一些实施例中,如图11中所展示,在步骤1130中形成第一保形层860或960之后执行步骤1140中的封装。在其它实施例中,在步骤1120中的释放蚀刻之前且在形成ALD层之前执行封装步骤。相信在封装之后形成ALD层的过程中,所述层形成在在封装过程期间所形成的残留物(例如,在固化粘着性密封件的过程中所形成的残留物)上,借此减少源于这些残留物的静摩擦的分量。
在这些实施例中的一些实施例中,在两个阶段中形成密封件1206。第一阶段包含形成如图12C中所说明的包含一个或一个以上开口1206a的密封件1206。所述开口1206a准许气体或蒸气进入封装1200,且借此接触干涉式调制器1212,并且准许气体或蒸气离开封装1200。在一些实施例中,开口1206a还准许使封装的内部与外部之间压力相等。在一些实施例中,阵列1202包含未经释放的干涉式调制器(例如,如图8D中所说明),其在步骤1140中被封装,此后在步骤1120中执行释放蚀刻,其中蒸气相蚀刻剂接触干涉式调制器1212,且蒸气相蚀刻产物经由开口1206a被移除。类似地,在步骤1130中,处理气体经由开口1206a接近经释放的光学调制器,且经由其移除任何蒸气相副产物。所属领域的技术人员将理解,在一些实施例中,在步骤1120中的释放蚀刻之后且在步骤1130中形成第一保形层之前,在步骤1140中(例如)使用图12C中所说明的配置来封装阵列1202。
可通过此项技术中已知的任何方式来形成开口1206a。举例来说,在一些实施例中,密封件1206形成在衬底1220及/或背板1204上,此后以物理方式(例如,机械加工、研磨、磨蚀、喷砂、切割、钻孔、穿孔、融化、切除等)及/或以化学方式(例如,蚀刻、溶解、烧尽)移除密封件1206的一个或一个以上部分。在其它实施例中,开口1206a及密封件1206(例如)通过图案化而同时形成在衬底1220及/或背板1204上。在其它实施例中,密封件1206包含紧固到衬底1220及/或背板1204的预成型的组件,借此形成开口1206a。
在这些实施例中的一些实施例中,在干涉式调制器1212的制造完成之后(例如,在释放蚀刻及ALD涂布之后),使用与密封件1206相同或不同的材料在第二阶段中填充开口1206a。在一些实施例中,将填充剂1206b大体上设置在开口1206a中以提供图12D中所说明的结构。在其它实施例中,填充剂1206b密封开口1206a,但不填充开口1206a,例如如图12E中所说明,其中将填充剂1206b设置在密封件1206的周边的至少一部分周围。在其它实施例中,将填充剂1206b设置在密封件1206的周边的至少一部分周围,且至少部分地填充开口1206a,例如,如图12F中所说明。
通过任何合适方法来涂覆填充剂1206b。在一些实施例中,以未固化的状态涂覆填充剂1206b,且(例如)通过辐射、热固化、化学固化、UV辐射、电子束辐射、其组合等等来在原地对填充剂1206b进行固化。举例来说,在一些优选实施例中,填充剂1206b包含未固化的聚合物。优选以流体状态(例如,作为液体、凝胶、糊状物等等)涂覆所述未固化的聚合物。在其它实施例中,不对填充剂1206b进行固化。举例来说,在一些实施例中,填充剂包含热可收缩材料,例如热塑性塑料、聚烯烃、氟聚合物、聚氯乙烯(PVC)、氯丁橡胶、硅酮弹性体、氟聚合物弹性体(例如,)等等。
在不受任何理论限制的情况下,相信在MEMS装置(例如,干涉式调制器)的实施例中所观测到的静摩擦的至少一部分是由于制造工艺中形成或留下的残留物或其它污染物(例如,蚀刻残留物)而产生。相信这些残留物会增加移动零件之间的界面粘着性。举例来说,在图7D中所说明的实施例中,相信释放蚀刻在腔19中且特别是在可移动反射层14与光学堆叠16之间留下蚀刻残留物,因此导致这些组件之间的静摩擦。相比之下,在图8A到图8E中所说明的实施例中,释放蚀刻1120提供图8E中所说明的经释放的装置800。诱发静摩擦的残留物可能留在可移动反射层的下表面814a及/或部分反射层816b上。在步骤1130中,整个腔819(包括任何蚀刻残留物)由第一保形层860覆盖,借此消除了其对静摩擦的作用。
相信在图9中所说明的装置以类似机制来提供减少的静摩擦。也相信类似机制在图10B中所说明的包含大体上连续的非保形层1060的装置中起作用。
另一相信在图10B中所说明的装置1000中起作用的机制是非保形层及/或凸块1060减少介电层1016c与可移动反射层1014之间的接触面积,借此减少静摩擦。相信不平坦或非平行表面展现出减少的静摩擦。图10C说明处于激活位置中的装置1000,其中可移动反射层的边缘1014b接触非保形层1060,且可移动反射层1014大体上不接触介电层1016c。所得腔1019与图10B中所说明的实施例的腔1019相比较小。在图10D中所说明的实施例中,可移动反射层1014在边缘1014b处接触非保形层及/或凸块1060。在所说明的实施例中,可移动反射层1014弯曲,借此使可移动反射层的中央部分1014c与介电层1016c接触。在所说明的位置中,可移动反射层1014类似于在张力下的板片弹簧。如此,回复力倾向于将可移动反射层1014推进回到其平坦配置,例如如图10C中所说明,借此抵销可移动反射层的中央部分1014c与介电层1016c之间的任何粘着力。
所属领域的技术人员将理解,上文所描述的设备及制造工艺的改变是可能的,例如添加及/或移除组件及/或步骤,及/或改变其顺序。此外,本文所描述的方法、结构及系统可用于制造其它电子装置,包括其它类型的MEMS装置(例如,其它类型的光学调制器)。
此外,虽然以上详细描述已展示、描述且指出了本发明在应用于各种实施例时的新颖特征,但将理解,所属领域的技术人员可在不背离本发明的精神的情况下对所说明的装置或工艺进行各种形式及细节上的省略、替代及改变。将认识到,可用不提供本文陈述的所有特征及益处的形式体现本发明,此是因为一些特征可与其它特征分离地使用或实践。
Claims (35)
1.一种用于形成光学干涉式调制器的方法,所述方法包含:
在光学干涉式调制器中形成腔,其中
由主要介电层及第二层界定所述腔,且
所述第二层具有反射性且可相对于所述主要介电层移动;以及
在形成所述腔之后通过原子层沉积(ALD)在所述腔内形成补充介电层作为光学介电层的一部分,所述光学介电层包含位于光学堆叠上的所述主要介电层和位于所述光学堆叠和所述第二层二者上的所述补充介电层,其中所述补充介电层在所述腔内的所述主要介电层及所述第二层中的每一者上具有至少的厚度,且其中所
述光学介电层的总厚度视所述补充介电层及所述主要介电层的厚度而定。
2.根据权利要求1所述的方法,其中形成所述补充介电层包含形成光学氧化物层的至少一部分。
3.根据权利要求2所述的方法,其中形成所述补充介电层包含形成Al2O3与SiO2中的至少一者。
4.根据权利要求2所述的方法,其中形成所述补充介电层包含形成多个子层。
5.根据权利要求2所述的方法,其中形成所述补充介电层包含在低于350℃的温度下形成所述光学氧化物层的至少一部分。
6.根据权利要求1所述的方法,其中通过ALD形成所述补充介电层包含在所述腔内形成光学氧化物材料的第一保形层。
7.根据权利要求6所述的方法,其中所述第一保形层的形成在界定所述腔的所述主要介电层的一部分上的厚度大体上等于所述第一保形层的形成在界定所述腔的所述第二层的一部分上的厚度。
9.根据权利要求1所述的方法,其进一步包含在形成所述腔之后在所述第二层的表面上形成光学介电材料的层,其中所述第二层的所述表面在所述腔外部。
10.根据权利要求1所述的方法,其中通过ALD形成所述补充介电层包含密封所述主要介电层中的至少一个针孔。
11.根据权利要求1所述的方法,其中包括所述补充介电层及所述主要介电层的所述光学介电层的总厚度小于100nm。
12.根据权利要求1所述的方法,其中通过ALD形成所述补充介电层包含在设置在所述主要介电层上的制造残留物上形成光学氧化物层的至少一部分。
13.根据权利要求1所述的方法,其进一步包含通过包含以下操作的方法在形成所述补充介电层之前封装所述干涉式调制器:
形成限定所述干涉式调制器的密封件,其中所述密封件包含至少一个开口;以及
将背板紧固到所述密封件,借此封装所述光学干涉式调制器。
14.根据权利要求13所述的方法,其进一步包含在形成所述补充介电层之后填充所述密封件中的所述至少一个开口。
15.一种通过根据权利要求1所述的方法形成的光学干涉式调制器。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述光学干涉式调制器是微机电系统装置的阵列的元件。
17.根据权利要求16所述的方法,其进一步包含在所述第二层中形成多个开口。
18.一种通过根据权利要求16所述的方法制造的微机电系统装置。
19.一种干涉式调制器,其包含:
主要介电层;
反射层,其可相对于所述主要介电层移动;
腔,其由所述主要介电层及所述反射层界定;以及
所述腔内的作为光学介电层的一部分的补充介电层,所述光学介电层包含位于光学堆叠上的所述主要介电层和位于所述光学堆叠和所述反射层二者上的所述补充介电层,其中所述补充介电层在所述腔内的所述主要介电层及所述反射层中的每一者上具有至少的厚度,且其中所述光学介电层的总厚度视所述补充介电层及所述主要介电层的厚度而定。
20.根据权利要求19所述的干涉式调制器,其进一步包含耦合到所述反射层的可变形层。
21.根据权利要求19所述的干涉式调制器,其中所述补充介电层的至少一部分包含SiO2与Al2O3中的至少一者。
23.一种显示器,其包含根据权利要求19所述的干涉式调制器的阵列,其进一步包含:
密封件,其限定所述干涉式调制器;以及
背板,其紧固到所述密封件。
24.一种设备,其包含:
显示器,其包含根据权利要求23所述的干涉式调制器的阵列;
处理器,其经配置以与所述显示器通信,所述处理器经配置以处理图像数据;以及
存储器装置,其经配置以与所述处理器通信。
25.根据权利要求24所述的设备,其进一步包含经配置以将至少一个信号发送到所述显示器的驱动器电路。
26.根据权利要求25所述的设备,其进一步包含经配置以将所述图像数据的至少一部分发送到所述驱动器电路的控制器。
27.根据权利要求24所述的设备,其进一步包含经配置以将所述图像数据发送到所述处理器的图像源模块。
28.根据权利要求27所述的设备,其中所述图像源模块包含接收器、收发器及发射器中的至少一者。
29.根据权利要求24所述的设备,其进一步包含经配置以接收输入数据并将所述输入数据传送到所述处理器的输入装置。
30.一种用于制造干涉式调制器的方法,其包含:
在包含部分反射器的第一层上形成牺牲层;
在所述牺牲层上形成可移动反射层;
蚀刻掉所述牺牲层,借此形成包含由所述第一层及所述可移动反射层界定的相对侧的光学干涉腔;以及
通过原子层沉积在所述腔中沉积介电层,其中所述介电层与所述部分反射器及所述可移动反射层的至少一部分直接接触。
31.根据权利要求30所述的方法,其中蚀刻掉所述牺牲层包含使所述牺牲层与XeF2接触。
32.根据权利要求30所述的方法,其中形成牺牲层包含形成包含钼、锗、非晶硅中的至少一者的层。
33.根据权利要求30所述的方法,其中形成牺牲层包含形成包含多个子层的层。
34.根据权利要求30所述的方法,其进一步包含:
在所述第一层上形成包含至少一个开口的密封件,其限定所述可移动反射层;以及
将背板紧固到所述密封件,
其中在于所述腔中沉积所述介电层之前执行形成所述密封件及紧固所述背板。
35.一种通过根据权利要求30所述的方法制造的干涉式调制器。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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Effective date of registration: 20161026 Address after: American California Patentee after: NUJIRA LTD. Address before: American California Patentee before: Qualcomm MEMS Technology Corp. |
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Granted publication date: 20130821 Termination date: 20180307 |
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