CN102959356A - 微机械压电z轴陀螺仪 - Google Patents

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Abstract

本公开提供了用于制造和使用陀螺仪的系统、方法和装置，包括编码在计算机存储介质上的计算机程序。此类陀螺仪可包括中心锚、部署在该中心锚周围的感测框架、配置成用于将该感测框架连接至该中心锚的多个感测梁和部署在该感测框架周围且耦合至该感测框架的驱动框架。该陀螺仪可包括部署在该感测框架的相对侧上的多对驱动梁。该陀螺仪可包括驱动框架悬挂，其用于基本上将该驱动框架的驱动运动限制为沿第一轴的基本线性位移的驱动运动。该感测框架可与该驱动框架的驱动运动基本上解耦。此类器件可被包括在移动设备中，诸如移动显示器设备。

Description

微机械压电Z轴陀螺仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2010年4月30日提交的题为“MICROMACHINEDPIEZOELECTRIC X-AXIS GYROSCOPE（微机械压电X轴陀螺仪）”（代理人案卷号QUALP030P/101702P1）且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No.61/343,598的优先权。本申请还要求于2010年4月30日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRIC Z-AXIS GYROSCOPE（微机械压电Z轴陀螺仪）”（代理人案卷号QUALP031P/101703P1）且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No.61/343,599的优先权。本申请还要求于2010年4月30日提交的题为“STACKED LATERAL OVERLAP TRANSDUCER(SLOT)BASED 3-AXIS MEMS ACCELEROMETER（基于层叠式横向交迭换能器（SLOT）的3轴MEMS加速计）”（代理人案卷号QUALP032P/101704P1）且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No.61/343,601的优先权。本申请还要求于2010年4月30日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRICX-AXIS&Z-AXIS GYROSCOPE AND STACKED LATERAL OVERLAPTRANSDUCER(SLOT)BASED 3-AXIS MEMS ACCELEROMETER（微机械压电X轴及Z轴陀螺仪以及基于层叠式横向交迭换能器（SLOT）的3轴MEMS加速计）”（代理人案卷号QUALP034P/101704P2）且转让给本申请受让人的美国临时专利申请No.61/343,600的优先权。本公开还要求于2010年12月30日提交的题为“MICROMACHINED PIEZOELECTRIC Z-AXIS GYROSCOPE（微机械压电Z轴陀螺仪）”（代理人案卷号QUALP031/101703）且转让给本申请受让人的美国专利申请No.12/930,175的优先权。这些在先申请的公开内容被视为本公开的一部分并且通过援引纳入于此。
技术领域
本公开涉及机电系统，尤其涉及多轴陀螺仪和加速计。
相关技术描述
机电系统包括具有电气及机械元件、致动器、换能器、传感器、光学组件（例如，镜子）以及电子器件的设备。机电系统可以在各种规模上制造，包括但不限于微米级和纳米级。例如，微机电系统（MEMS）器件可包括具有范围从大约一微米到数百微米或以上的大小的结构。纳米机电系统（NEMS）器件可包括具有小于一微米的大小（包括，例如小于几百纳米的大小）的结构。机电元件可使用沉积、蚀刻、光刻和/或蚀刻掉基板和/或所沉积材料层的部分或添加层以形成电气及机电器件的其它微机械加工工艺来制作。
一种类型的机电系统器件被称为干涉测量（interferometric）调制器（IMOD）。如本文所使用的，术语干涉测量调制器或干涉测量光调制器是指使用光学干涉原理来选择性地吸收和/或反射光的器件。在一些实现中，干涉测量调制器可包括一对导电板，这对导电板中的一者或两者可以是完全或部分透明的和/或反射性的，且能够在施加恰适电信号时进行相对运动。在一实现中，一块板可包括沉积在基板上的静止层，而另一块板可包括与该静止层分离一气隙的反射膜。一块板相对于另一块板的位置可改变入射在该干涉测量调制器上的光的光学干涉。干涉测量调制器器件具有范围广泛的应用，且预期将用于改善现有产品以及创造新产品，尤其是具有显示能力的那些产品。
近来，对制造小型陀螺仪和加速计的兴趣在增长。例如，一些陀螺仪和/或加速计已被纳入移动设备（诸如移动显示设备）中。虽然此类陀螺仪和加速计在某些方面是令人满意的，但是将期望提供改善的小型陀螺仪和加速计。
概述
本公开的系统、方法和设备各自具有若干个创新性方面，其中并不由任何单个方面全权负责本文中所公开的期望属性。
本公开中所描述的主题内容的一个创新性方面可实现在陀螺仪中，该陀螺仪包括中心锚、部署在该中心锚周围的感测框架、配置成用于将该感测框架连接至该中心锚的多个感测梁和部署在该感测框架周围且耦合至该感测框架的驱动框架。该驱动框架可包括第一侧和第二侧。
该陀螺仪可包括部署在该感测框架的相对侧上的多个驱动梁。这些驱动梁可配置成基本上在该驱动框架的平面内在沿第一轴的第一方向上驱动该驱动框架的该第一侧。这些驱动梁可进一步配置成在沿第一轴的第二且相反方向上驱动该驱动框架的该第二侧。
该陀螺仪可包括驱动框架悬挂，其配置成基本上将该驱动框架的驱动运动限制为沿该第一轴的基本线性位移的驱动运动。该驱动框架悬挂可包括配置成用于将该感测框架耦合至该驱动框架的多个挠曲件。该驱动框架悬挂可包括多个挠曲件。该多个挠曲件中的每个挠曲件可配置成用于将一对驱动梁耦合至该驱动框架。
该陀螺仪还可包括感测框架悬挂，其配置成顺从于绕与该第一轴正交的第二轴的旋转。该感测框架悬挂可配置成抵抗沿该第一轴的运动。该感测框架悬挂可包括在该中心锚与该感测框架之间的多个槽。该感测框架可与该驱动框架的驱动运动基本上解耦。
该多个感测梁可包括从该中心锚的第一侧沿该第一轴延伸的第一对感测梁和从该中心锚的第二侧沿基本上垂直于该第一轴的第二轴延伸的第二对感测梁，该中心锚的该第二侧毗邻于该中心锚的该第一侧。该感测框架悬挂可包括槽，该槽沿该第一对感测梁中的第一感测梁延伸、沿该中心锚延伸至该第二对感测梁且沿该第二对感测梁中的第二感测梁延伸。
该多个驱动梁可包括位于该感测框架的相对侧上的多对驱动梁。这多对驱动梁可以沿基本上垂直于该第一轴的第二轴部署。这些驱动梁可配置成通过向每一对驱动梁施加反相电压来被致动。
该陀螺仪还可包括配置成调谐驱动框架运动的谐振频率的静电致动器阵列。该静电致动器阵列可配置成抑制从该驱动框架向该感测框架的正交耦合。
这些驱动梁和/或感测梁可包括压电层。该感测框架和/或驱动框架可至少部分地由电镀金属形成。该驱动框架可包括沿与该第一轴基本上垂直的轴形成的多个槽。
本文中还提供了制造陀螺仪的方法。一些此类方法可涉及在基板上沉积电极、形成中心锚、形成部署在该中心锚周围的感测框架以及形成多个感测梁。这些感测梁中的每一个感测梁可包括感测电极，诸如压电感测电极。这些感测梁可配置成用于将该感测框架连接至该中心锚。
一些此类方法可涉及形成驱动框架以及形成多个驱动梁。该驱动框架可部署在该感测框架周围且耦合至该感测框架。该驱动框架可包括第一侧和第二侧。该多个驱动梁可部署在该感测框架的相对侧上。这些驱动梁可配置成在该驱动框架的平面内在沿第一轴的第一方向上驱动该驱动框架的该第一侧。这些驱动梁可进一步配置成在沿该第一轴的第二且相反方向上驱动该驱动框架的该第二侧。
此类方法可涉及形成驱动框架悬挂和形成感测框架悬挂。该驱动框架悬挂可配置成基本上将该驱动框架的驱动运动限制为沿该第一轴的基本线性位移的驱动运动。该感测框架悬挂可顺从于绕与该第一轴正交的第二轴的旋转。该感测框架悬挂可配置成抵抗沿该第一轴的运动。
形成该多个感测梁可涉及沉积与这些电极接触的第一金属层、在第一金属层上沉积压电层、在该压电层上沉积第二金属层以及在第二金属层上电镀第三金属层。该方法可涉及在电镀之前将该基板分成多个子面板。
形成该中心锚的工艺可涉及蚀穿牺牲层以暴露第一金属层、在第一金属层上沉积氧化层、在该氧化层上形成晶种层以及在该晶种层上电镀第三金属层。形成该感测框架和驱动框架可涉及在驱动框架区域与感测框架区域之间蚀刻、在该驱动框架区域与感测框架区域之间沉积高纵横比光致抗蚀剂材料以及在该驱动框架区域和感测框架区域中电镀该第三金属层。
形成该感测框架和驱动框架还可涉及从该驱动框架区域与感测框架区域之间移除该高纵横比光致抗蚀剂材料、蚀刻以暴露部署在该驱动框架和感测框架下面的牺牲层以及移除该牺牲层以使该驱动框架和感测框架脱模。
在一些实现中，该装置还可包括显示器、处理器和存储器设备。该处理器可配置成与该显示器以及与该陀螺仪通信。该处理器可配置成处理图像数据和陀螺仪数据。该存储器设备可配置成与该处理器通信。该装置还可包括输入设备，其配置成接收输入数据并将输入数据传达给处理器。该装置还可包括驱动器电路，其配置成将至少一个信号发送给显示器。该装置还可包括控制器，其配置成将图像数据的至少一部分发送至该驱动器电路。该装置还可包括图像源模块，其配置成将图像数据发送至该处理器。该图像源模块可包括接收器、收发器和发射器中的至少一者。
本说明书中所描述的主题内容的一个或多个实现的详情在附图及以下描述中阐述。其它特征、方面和优点将从该描述、附图和权利要求书中变得明了。注意，以下附图的相对尺寸可能并非按比例绘制。
附图简述
依据37C.F.R.§1.84(a)(2)(iii)的声明：本专利或申请文件包含至少一副以彩色完成的附图。美国专利商标局将应请求和必要费用的支付而提供本专利或专利申请公开的带有彩色附图的副本。
图1示出描绘了干涉测量调制器（IMOD）显示设备的一系列像素中的两个毗邻像素的等轴视图的示例。
图2示出解说纳入了3×3干涉测量调制器显示器的电子设备的系统框图的示例。
图3示出解说图1的干涉测量调制器的可移动反射层位置相对于所施加电压的图示的示例。
图4示出解说在施加各种共用（common）电压和分段（segment）电压时干涉测量调制器的各种状态的表的示例。
图5A示出解说图2的3×3干涉测量调制器显示器中的一帧显示数据的图示的示例。
图5B示出可用于写图5A中所解说的该帧显示数据的共用信号和分段信号的时序图的示例。
图6A示出图1的干涉测量调制器显示器的局部横截面的示例。
图6B-6E示出干涉测量调制器的不同实现的横截面的示例。
图7示出解说干涉测量调制器的制造工艺的流程图的示例。
图8A-8E示出制作干涉测量调制器的方法中的各个阶段的横截面示意图解的示例。
图9A和9B示出单端音叉式陀螺仪的驱动模式和感测模式的示例。
图10A示出具有由附连至中心锚的驱动梁来悬挂的检验质量块的陀螺仪的示例。
图10B示出类似于图10A的陀螺仪实现、但在驱动电极之间具有间隙的陀螺仪实现的示例。
图11A示出陀螺仪实现（诸如图10A中所示的陀螺仪实现）的驱动模式的示例。
图11B示出正如图11A中所示地被驱动的陀螺仪实现的感测模式的示例。
图12示出其中驱动框架经由驱动梁附连至中心锚的驱动框架陀螺仪实现的示例。
图13A示出陀螺仪实现（诸如图12中所示的陀螺仪实现）的横截面的示例。
图13B示出图13A中所示的陀螺仪实现的放大的一对驱动梁的示例。
图14A示出陀螺仪实现（诸如图12中所示的陀螺仪实现）的驱动模式的示例。
图14B示出正如图14A中所示地被驱动的陀螺仪实现的感测模式的示例。
图15示出感测框架陀螺仪实现的示例。
图16A示出图15中所示的陀螺仪实现的驱动模式的示例。
图16B示出正如图16A中所示地被驱动的陀螺仪实现的感测模式的示例。
图17示出具有楔形感测梁的替换性感测框架陀螺仪实现的示例。
图18示出叠合在陀螺仪实现（诸如图17的陀螺仪实现）上的有限元分析的示例，其示出当工作于感测模式时楔形感测梁上基本均匀的应力。
图19示出陀螺仪实现（诸如图17的陀螺仪实现）的楔形感测梁上的应力水平相对于离中心的距离的标绘的示例。
图20A示出z轴陀螺仪实现的平面视图的示例。
图20B示出图20A中所示的z轴陀螺仪实现的驱动梁的放大视图的示例。
图21A示出z轴陀螺仪实现（诸如图20A中所描绘的z轴陀螺仪实现）的驱动模式的示例。
图21B示出如图20A中所描绘地被驱动的z轴陀螺仪实现的感测模式的示例。
图22示出来自z轴陀螺仪的楔形感测梁的一个实现的特写视图的示例。
图23示出可配置成施加校正性静电力以微调检验质量块的振动模态的电极阵列的示例。
图24示出用于测量面内加速度的加速计的示例。
图25示出用于测量面外加速度的加速计的示例的组件。
图26A示出用于测量面内加速度的加速计的示例的组件。
图26B示出图26A的加速计对沿第一轴的加速度的响应的示例。
图26C示出图26A的加速计对沿第二轴的加速度的响应的示例。
图26D示出用于测量面内和面外加速度的加速计的示例。
图27示出用于测量面外加速度的加速计的示例。
图28示出用于测量面内和面外加速度的替换性加速计实现的示例。
图29示出用于测量面内和面外加速度的另一替换性加速计实现的示例。
图30示出描绘由可用于形成加速计或陀螺仪的各种材料实现的相对灵敏度的图表。
图31A示出梳指状加速计的示例。
图31B示出描绘梳状驱动加速计和基于SLOT的加速计的性能的图表。
图32示出描绘具有各种深度的槽（包括贯穿槽）的基于SLOT的加速计的性能的图表。
图33示出给出涉及在移动设备中使用一个或多个陀螺仪或加速计的方法的各阶段的梗概的流程图的示例。
图34示出提供制造加速计的方法的概览的流程图的示例。
图35A至39B示出制造加速计的工艺中的各个框的横截面视图的示例。
图40A至40C示出在形成包括MEMS管芯和集成电路的器件的工艺中的各个框的横截面视图的示例。
图41示出提供制造陀螺仪和相关结构的工艺的概览的流程图的示例。
图42A至46B示出在图41中给出概略的工艺期间各个阶段的穿过基板、陀螺仪的一部分以及用于封装该陀螺仪并制作与该陀螺仪的电连接的结构的各部分的横截面视图的示例。
图47A和47B示出解说包括多个干涉测量调制器、陀螺仪和/或加速计的显示设备的系统框图的示例。
各个附图中相似的附图标记和命名指示相似要素。
详细描述
以下详细描述针对旨在用于描述创新性方面的某些实现。然而，本文的教示可用众多不同方式来应用。所描述的实现可在配置成显示图像的任何设备中实现，无论该图像是运动的（例如，视频）还是不动的（例如，静止图像），且无论其是文本的、图形的还是画面的。更具体而言，构想了这些实现可在各种各样的电子设备中实现或与各种各样的电子设备相关联，这些电子设备诸如但不限于：移动电话、具有因特网能力的多媒体蜂窝电话、移动电视接收机、无线设备、智能电话、蓝牙设备、个人数据助理（PDA）、无线电子邮件接收器、手持式或便携式计算机、上网本、笔记本、智能本、打印机、复印机、扫描仪、传真设备、GPS接收机/导航仪、相机、MP3播放器、摄录像机、游戏控制台、手表、钟表、计算器、电视监视器、平板显示器、电子阅读设备（例如，电子阅读器）、计算机监视器、汽车显示器（例如，里程表显示器等）、驾驶座舱控件和/或显示器、相机取景显示器（例如，车辆中的后视相机的显示器）、电子照片、电子告示牌或招牌、投影仪、建筑结构、微波炉、冰箱、立体音响系统、卡式录音机或播放器、DVD播放器、CD播放器、VCR、无线电、便携式存储器芯片、洗衣机、烘干机、洗衣机/烘干机、停车计时器、封装（例如，MEMS和非MEMS）、美学结构（例如，关于一件珠宝的图像的显示）以及各种各样的机电系统设备。本文中的教示还可用在非显示器应用中，诸如但不限于：电子交换设备、射频滤波器、传感器、加速计、陀螺仪、运动感测设备、磁力计、用于消费者电子设备的惯性组件、消费者电子产品的部件、可变电抗器、液晶设备、电泳设备、驱动方案、制造工艺以及电子测试装备。因此，这些教示无意被局限于只是在附图中描绘的实现，而是具有如本领域普通技术人员将容易明白的宽泛应用性。
本公开描述了各种类型的惯性传感器、可如何制造此类传感器以及可如何使用此类传感器。例如，本文描述的一些实现提供了具有低正交和偏离误差的x轴陀螺仪。该陀螺仪非常适合于制造在平板显示器玻璃上。一些此类实现包括检验质量块，其可在驱动模式中面内扭振（绕z轴）以及在感测模式中面外扭振。通过改变该陀螺仪在平面内的取向，其可用作y轴陀螺仪。另外，通过将该陀螺仪部署于正交的平面中，该陀螺仪可用作z轴陀螺仪。
然而，本文描述的一些实现提供了可制造和/或部署在与x轴陀螺仪和y轴陀螺仪相同的平面中的z轴陀螺仪。本文描述的各种z轴陀螺仪也可具有低正交和偏离误差。一些实现包括驱动检验质量块，其可被压电地驱动为进行基本线性的x方向的运动（面内）。该驱动检验质量块可机械地耦合至感测检验质量块，该感测检验质量块在存在绕z轴的角旋转的情况下扭振。该感测检验质量块的运动可在将该感测质量块连接至基板锚的梁上的压电薄膜中感生电荷。该电荷可以被电子地读出和处理。
这些检验质量块可由各种各样的材料制成，诸如厚电镀金属合金（例如，镍锰（Ni-Mn））、来自绝缘体上覆硅（SOI）晶片的器件层的单晶硅、玻璃、以及其它材料。该压电薄膜可以是氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、锆钛酸铅（PZT）或其它薄膜，或者是单晶材料，诸如石英、铌酸锂、钽酸锂及其它单晶材料。一些实现非常适合于制造在平板显示器玻璃上。
本文描述的各种实现提供了新颖的三轴加速计及其组件。此类三轴加速计具有适合用在消费者电子应用（诸如便携式导航设备和智能电话）中的大小、性能水平和成本。一些此类实现提供了基于电容性层叠式横向交迭换能器（SLOT）的三轴加速计。一些实现使用两个检验质量块来提供三轴感测，而其它实现使用仅一个检验质量块来提供三轴感测。可针对每个轴优化不同的挠曲型。
可实现本公开中所描述的主题内容的具体实现以达成以下潜在优点中的一项或更多项。例如，在一些此类实现中，x轴陀螺仪、z轴陀螺仪和/或基于SLOT的三轴加速计可共享在制造工艺期间沉积的诸层。组合此类工艺可使得能够将六个惯性感测轴单片地集成在单个基板（诸如单个玻璃基板）上。本文描述的许多实现可制造在大面积玻璃面板上。可用于在大面积玻璃面板上形成基于SLOT的三轴加速计的制造工艺与用于在电镀金属多轴MEMS陀螺仪（诸如本文描述的x轴、y轴和z轴陀螺仪）上制造压电氮化铝（AlN）（或其它压电材料）的工艺是兼容的。相应地，本文描述的一些实现涉及在同一玻璃基板上制造x轴陀螺仪、y轴陀螺仪、z轴陀螺仪以及基于SLOT的三轴加速计。
可应用所描述实现的合适MEMS器件的一个示例是反射式显示设备。反射式显示设备可纳入干涉测量调制器（IMOD）以使用光学干涉原理来选择性地吸收和/或反射入射到其上的光。IMOD可包括吸收体、可相对于该吸收体移动的反射体、以及限定在该吸收体与该反射体之间的光学谐振腔。该反射体可被移至两个或更多个不同位置，这可以改变光学谐振腔的大小并由此影响该干涉测量调制器的反射。IMOD的反射谱可创建相当广的谱带，这些谱带可跨可见波长移位以产生不同颜色。谱带的位置可通过改变光学谐振腔的厚度（即，通过改变反射体的位置）来调整。
图1示出描绘了干涉测量调制器（IMOD）显示设备的一系列像素中的两个毗邻像素的等轴视图的示例。该IMOD显示设备包括一个或多个干涉测量MEMS显示元件。在这些设备中，MEMS显示元件的像素可处于亮状态或暗状态。在亮（“松弛”、“打开”或“接通”）状态，显示元件反射所入射的可见光的很大部分（例如，去往用户）。相反，在暗（“致动”、“关闭”或“关断”）状态，显示元件几乎不反射所入射的可见光。在一些实现中，可颠倒接通和关断状态的光反射性质。MEMS像素可配置成主导性地在特定波长上发生反射，从而除了黑白以外还允许彩色显示。
IMOD显示设备可包括IMOD的行/列阵列。每个IMOD可包括一对反射层，即，可移动反射层和固定的部分反射（partially reflective）层，这些反射层定位在彼此相距可变且可控制的距离处以形成气隙（也称为光学间隙或腔）。可移动反射层可在至少两个位置之间移动。在第一位置（即，松弛位置），可移动反射层可定位在离该固定的部分反射层有相对较大距离处。在第二位置（即，致动位置），该可移动反射层可定位成更靠近该部分反射层。取决于可移动反射层的位置，从这两个层反射的入射光可相长地或相消地干涉，从而产生每个像素的总体上反射或非反射的状态。在一些实现中，IMOD在未致动时可处于反射状态，此时反射可见谱内的光，并且在未致动时可处于暗状态，此时反射在可见范围之外的光（例如，红外光）。然而，在一些其它实现中，IMOD可在未致动时处于暗状态，而在致动时处于反射状态。在一些实现中，所施加电压的引入可驱动像素改变状态。在一些其它实现中，所施加电荷可驱动像素改变状态。
图1中所描绘的像素阵列部分包括两个毗邻的干涉测量调制器12。在左侧（如图所示）的IMOD 12中，可移动反射层14图解为处于离光学堆栈16有预定距离的松弛位置，光学堆栈16包括部分反射层。跨左侧的IMOD 12施加的电压V0不足以引起对可移动反射层14的致动。在右侧的IMOD 12中，可移动反射层14图解为处于靠近或毗邻光学堆栈16的致动位置。跨右侧的IMOD 12施加的电压V偏置足以将可移动反射层14维持在致动位置。
在图1中，这些像素12的反射性质用指示入射在像素12上的光的箭头13、以及从左侧的IMOD 12反射的光的箭头15来一般化地解说。尽管未详细地解说，但本领域普通技术人员将理解，入射在像素12上的光13的绝大部分将透射穿过透明基板20去往光学堆栈16。入射在光学堆栈16上的光的一部分将透射穿过光学堆栈16的部分反射层，且一部分将被反射回去穿过透明基板20。光13透射穿过光学堆栈16的那部分将在可移动反射层14处朝向透明基板20反射回去（且穿过透明基板20）。从光学堆栈16的部分反射层反射的光与从可移动反射层14反射的光之间的干涉（相长的或相消的）将决定从IMOD12反射的光15的波长。
光学堆栈16可包括单层或若干层。该（些）层可包括电极层、部分反射且部分透射层以及透明介电层中的一者或多者。在一些实现中，光学堆栈16是导电的、部分透明且部分反射的，并且可以例如通过将上述层中的一者或多者沉积在透明基板20上来制造。电极层可由各种各样的材料形成，诸如各种金属，例如氧化铟锡（ITO）。部分反射层可由各种各样的部分反射的材料形成，诸如各种金属，例如铬（Cr）、半导体以及电介质。部分反射层可由一层或多层材料形成，且每一层可由单种材料或由材料组合形成。在一些实现中，光学堆栈16可包括单个半透明的金属或半导体厚层，其既用作光吸收体又用作导体，而（例如，IMOD的光学堆栈16或其它结构的）不同的、更导电的层或部分可用于在IMOD像素之间汇流信号。光学堆栈16还可包括覆盖一个或多个导电层或导电/吸收层的一个或多个绝缘或介电层。
在一些实现中，光学堆栈16的（诸）层可被图案化为平行条带，并且可如下文进一步描述地形成显示设备中的行电极。如本领域技术人员将理解的，术语“图案化”在本文中用于指掩模以及蚀刻工艺。在一些实现中，可将高导电且高反射的材料（诸如，铝（Al））用于可移动反射层14，且这些条带可形成显示设备中的列电极。可移动反射层14可形成为一个或数个沉积金属层的一系行平行条带（与光学堆栈16的行电极正交），以形成沉积在柱子18以及各个柱子18之间所沉积的居间牺牲材料顶上的列。当该牺牲材料被蚀刻掉时，便可在可移动反射层14与光学堆栈16之间形成限定的间隙19或即光学腔。在一些实现中，各个柱子18之间的间距可在1–1000um的数量级上，而间隙19可在<10,000埃
Figure BDA00002658923300121
的数量级上。
在一些实现中，IMOD的每个像素（无论处于致动状态还是松弛状态）实质上是由该固定反射层和移动反射层形成的电容器。在无电压被施加时，可移动反射层14保持在机械松弛状态，如由图1中左侧的IMOD 12所解说的，其中在可移动反射层14与光学堆栈16之间存在间隙19。然而，当将电位差（例如，电压）施加至所选行和列中的至少一者时，在对应像素处的该行电极和列电极的交叉处形成的电容器变为带电的，且静电力将这些电极拉向一起。若所施加电压超过阈值，则可移动反射层14可形变并且移动到靠近或靠倚光学堆栈16。光学堆栈16内的介电层（未示出）可防止短路并控制层14与层16之间的分隔距离，如图1中右侧的致动IMOD 12所解说的。不管所施加电位差的极性如何，行为都是相同的。虽然阵列中的一系列像素在一些实例中可被称为“行”或“列”，但本领域普通技术人员将容易理解，将一个方向称为“行”并将另一方向称为“列”是任意的。要重申的是，在一些取向中，行可被视为列，而列被视为行。此外，显示元件可均匀地排列成正交的行和列（“阵列”），或排列成非线性配置，例如关于彼此具有某些位置偏移（“马赛克”）。术语“阵列”和“马赛克”可以指任一种配置。因此，虽然将显示器称为包括“阵列”或“马赛克”，但在任何实例中，这些元件本身不一定要彼此正交地排列、或部署成均匀分布，而是可包括具有非对称形状以及不均匀分布的元件的布局。
图2示出解说纳入了3×3干涉测量调制器显示器的电子设备的系统框图的示例。该电子设备包括处理器21，其可配置成执行一个或多个软件模块。除了执行操作系统，处理器21还可配置成执行一个或多个软件应用，包括web浏览器、电话应用、电子邮件程序、或其它软件应用。
处理器21可配置成与阵列驱动器22通信。阵列驱动器22可包括例如向显示器阵列或面板30提供信号的行驱动器电路24和列驱动器电路26。图1中所解说的IMOD显示设备的横截面由图2中的线1-1示出。尽管图2为清晰起见解说了3×3的IMOD阵列，但显示器阵列30可包含很大数目的IMOD，并且可在行中具有与列中不同的数目的IMOD，以及反之。
图3示出解说图1的干涉测量调制器的可移动反射层位置相对于所施加电压的图示的示例。对于MEMS干涉测量调制器，行/列（即，共用/分段）写规程可利用这些器件的如图3中所解说的滞后性质。干涉测量调制器可能需要例如约10伏的电位差以使可移动反射层或镜从松弛状态改变为致动状态。当电压从该值减小时，可移动反射层随电压降回至例如10伏以下而维持其状态，然而，可移动反射层并不完全松弛，直至电压降至2伏以下。因此，如图3中所示，存在一电压范围（大约为3至7伏），在此电压范围中有该器件要么稳定于松弛状态要么稳定于致动状态的所施加电压窗口。该窗口在本文中称为“滞后窗”或“稳定态窗”。对于具有图3的滞后特性的显示阵列30，行/列写规程可被设计成每次寻址一行或多行，以使得在对给定行寻址期间，被寻址行中要被致动的像素暴露于约10伏的电压差，而要被松弛的像素暴露于接近0伏的电压差。在寻址之后，这些像素暴露于约5伏的稳态或偏置电压差，以使得它们保持在先前的闸选状态中。在该示例中，在被寻址之后，每个像素都经受落在约3-7伏的“稳定态窗”内的电位差。该滞后性质特征使得（例如图1中所解说的）像素设计能够在相同的所施加电压条件下保持稳定在要么致动要么松弛的事先存在的状态中。由于每个IMOD像素（无论是处于致动状态还是松弛状态）实质上是由固定反射层和移动反射层形成的电容器，因此该稳定状态在落在该滞后窗内的平稳电压下可得以保持，而基本上不消耗或损失功率。此外，若所施加电压电位保持基本上固定，则实质上很少或没有电流流入IMOD像素中。
在一些实现中，可根据对给定行中像素的状态所期望的改变（若有）通过沿该组列电极施加“分段（segment）”电压形式的数据信号来创建图像的帧。可轮流寻址该阵列的每一行，以使得每次写该帧的一行。为了将期望数据写到第一行中的像素，可在诸列电极上施加与该第一行中的像素的期望状态相对应的分段电压，并且可向第一行电极施加特定的“共用（common）”电压或信号形式的第一行脉冲。该组分段电压随后可被改变为对应于对第二行中像素的状态所期望的改变（若有），且可向第二行电极施加第二共用电压。在一些实现中，第一行中的像素不受沿诸列电极施加的分段电压改变的影响，而是保持于它们在第一共用电压行脉冲期间被设定的状态。可按顺序方式对整个行系列（或替换地对整个列系列）重复此过程以产生图像帧。通过以每秒某个期望数目的帧来不断地重复此过程，便可用新图像数据来刷新和/或更新这些帧。
跨每个像素施加的分段信号和共用信号的组合（即，跨每个像素的电位差）决定每个像素结果所得的状态。图4示出解说在施加各种共用电压和分段电压时干涉测量调制器各种状态的表的示例。如本领域普通技术人员将容易理解的，可将“分段”电压施加于列电极或行电极，并且可将“共用”电压施加于列电极或行电极中的另一者。
如图4中（以及图5B中所示的时序图中）所解说的，当沿共用线施加有释放电压VCREL时，沿该共用线的所有干涉测量调制器元件将被置于松弛状态，替换地称为释放状态或未致动状态，不管沿各分段线所施加的电压如何（即，高分段电压VSH和低分段电压VSL）。具体而言，当沿共用线施加有释放电压VCREL时，在沿该像素的对应分段线施加高分段电压VSH和低分段电压VSL这两种情况下，跨该调制器的电位电压（替换地称为像素电压）皆落在松弛窗（参见图3，也称为释放窗）内。
当在共用线上施加有保持电压时（诸如高保持电压VCHOLD_H或低保持电压VCHOLD_L），该干涉测量调制器的状态将保持恒定。例如，松弛的IMOD将保持在松弛位置，而致动的IMOD将保持在致动位置。保持电压可被选择成使得在沿对应的分段线施加高分段电压VSH和低分段电压VSL这两种情况下，像素电压皆将保持落在稳定态窗内。因此，分段电压摆幅（即，高分段电压VSH与低分段电压VSL之差）小于正稳定态窗或负稳定态窗任一者的宽度。
当在共用线上施加有寻址或即致动电压（诸如高寻址电压VCADD_H或低寻址电压VCADD_L）时，通过沿各自相应的分段线施加分段电压，就可选择性地将数据写到沿该线的各调制器。分段电压可被选择成使得致动是取决于所施加的分段电压。当沿共用线施加有寻址电压时，施加一个分段电压将结果得到落在稳定态窗内的像素电压，从而使该像素保持未致动。相反，施加另一个分段电压将结果得到超出该稳定态窗的像素电压，从而导致该像素的致动。引起致动的特定分段电压可取决于使用了哪个寻址电压而变化。在一些实现中，当沿共用线施加有高寻址电压VCADD_H时，施加高分段电压VSH可使调制器保持在其当前位置，而施加低分段电压VSL可引起该调制器的致动。作为推论，当施加有低寻址电压VCADD_L时，分段电压的效果可以是相反的，其中高分段电压VSH引起该调制器的致动，而低分段电压VSL对该调制器的状态无影响（即，保持稳定）。
在一些实现中，可使用总是产生相同极性的跨调制器电位差的保持电压、寻址电压和分段电压。在一些其它实现中，可使用使调制器的电位差的极性交变的信号。跨调制器极性的交变（即，写规程极性的交变）可减少或抑制在反复的单极性写操作之后可能发生的电荷累积。
图5A示出解说图2的3×3干涉测量调制器显示器中的一帧显示数据的图示的示例。图5B示出可用于写图5A中所解说的该帧显示数据的共用信号和分段信号的时序图的示例。可将这些信号施加于例如图2的3×3阵列，这将最终于线时间60e导致图5A中所解说的的显示布局。图5A中的致动调制器处于暗状态，即，其中所反射光的大体部分在可见谱之外，从而给例如观看者造成暗观感。在写图5A中所解说的帧之前，这些像素可处于任何状态，但图5B的时序图中所解说的写规程假设了在第一线时间60a之前，每个调制器皆已被释放且驻留在未致动状态中。
在第一线时间60a期间，在共用线1上施加有释放电压70；在共用线2上施加的电压始于高保持电压72且移向释放电压70；并且沿共用线3施加有低保持电压76。因此，沿共用线1的调制器（共用1,分段1）、（共用1,分段2）和（共用1,分段3）在第一线时间60a的历时里保持在松弛或即未致动状态，沿共用线2的调制器（2,1）、（2,2）和（2,3）将移至松弛状态，而沿共用线3的调制器（3,1）、（3,2）和（3,3）将保持在其先前状态中。参考图4，沿分段线1、2和3施加的分段电压将对诸干涉测量调制器的状态没有影响，这是因为在线时间60a期间，共用线1、2或3皆不暴露于引起致动的电压水平（即，VCREL-松弛和VCHOLD_L-稳定）。
在第二线时间60b期间，共用线1上的电压移至高保持电压72，并且由于没有寻址或即致动电压施加在共用线1上，因此沿共用线1的所有调制器皆保持在松弛状态中，不管所施加的分段电压如何。沿共用线2的诸调制器由于释放电压70的施加而保持在松弛状态中，而当沿共用线3的电压移至释放电压70时，沿共用线3的调制器（3,1）、（3,2）和（3,3）将松弛。
在第三线时间60c期间，通过在共用线1上施加高寻址电压74来寻址共用线1。由于在该寻址电压的施加期间沿分段线1和2施加了低分段电压64，因此跨调制器（1,1）和（1,2）的像素电压大于这些调制器的正稳定态窗的高端（即，电压差分超过了预定义阈值），并且调制器（1,1）和（1,2）被致动。相反，由于沿分段线3施加了高分段电压62，因此跨调制器（1,3）的像素电压小于调制器（1,1）和（1,2）的像素电压，并且保持在该调制器的正稳定态窗内；调制器（1,3）因此保持松弛。同样在线时间60c期间，沿共用线2的电压减小至低保持电压76，且沿共用线3的电压保持在释放电压70，从而使沿共用线2和3的调制器留在松弛位置。
在第四线时间60d期间，共用线1上的电压返回至高保持电压72，从而使沿共用线1的调制器留在其各自相应的被寻址状态中。共用线2上的电压减小至低寻址电压78。由于沿分段线2施加了高分段电压62，因此跨调制器（2,2）的像素电压低于该调制器的负稳定态窗的下端，从而导致调制器（2,2）致动。相反，由于沿分段线1和3施加了低分段电压64，因此调制器（2,1）和（2,3）保持在松弛位置。共用线3上的电压增大至高保持电压72，从而使沿共用线3的调制器留在松弛状态中。
最终，在第五线时间60e期间，共用线1上的电压保持在高保持电压72，且共用线2上的电压保持在低保持电压76，从而使沿共用线1和2的调制器留在其各自相应的被寻址状态中。共用线3上的电压增大至高寻址电压74以寻址沿共用线3的调制器。由于在分段线2和3上施加了低分段电压64，因此调制器（3,2）和（3,3）致动，而沿分段线1施加的高分段电压62使调制器（3,1）保持在松弛位置。因此，在第五线时间60e结束时，该3×3像素阵列处于图5A中所示的状态，且只要沿这些共用线施加有保持电压就将保持在该状态中，而不管在沿其它共用线（未示出）的调制器正被寻址时可能发生的分段电压变化如何。
在图5B的时序图中，给定的写规程（即，线时间60a-60e）可包括使用高保持和寻址电压或使用低保持和寻址电压。一旦针对给定的共用线已完成该写规程（且该共用电压被设为与致动电压具有相同极性的保持电压），该像素电压就保持在给定的稳定态窗内且不会穿越松弛窗，直至在该共用线上施加了释放电压。此外，由于每个调制器在被寻址之前作为该写规程的一部分被释放，因此可由调制器的致动时间而非释放时间来决定必需的线时间。具体地，在调制器的释放时间大于致动时间的实现中，释放电压的施加可长于单个线时间，如图5B中所描绘的。在一些其它实现中，沿共用线或分段线施加的电压可变化以计及不同调制器（诸如不同颜色的调制器）的致动电压和释放电压的差异。
根据上文阐述的原理来操作的干涉测量调制器的结构细节可以广泛地变化。例如，图6A-6E示出包括可移动反射层14及其支承结构的干涉测量调制器的不同实现的横截面的示例。图6A示出图1的干涉测量调制器显示器的局部横截面的示例，其中金属材料条带（即，可移动反射层14）沉积在从基板20正交延伸出的支承18上。在图6B中，每个IMOD的可移动反射层14为大致方形或矩形的形状，且在拐角处或拐角附近靠系带32附连至支承。在图6C中，可移动反射层14为大致方形或矩形的形状且悬挂于可形变层34，可形变层34可包括柔性金属。可形变层34可围绕可移动反射层14的周界直接或间接连接至基板20。这些连接在本文中称为支承柱。图6C中所示的实现具有源自可移动反射层14的光学功能与其机械功能（这由可形变层34实施）解耦的附加益处。这种解耦允许用于反射层14的结构设计和材料与用于可形变层34的结构设计和材料被彼此独立地优化。
图6D示出IMOD的另一示例，其中可移动反射层14包括反射子层14a。可移动反射层14支托在支承结构（诸如，支承柱18）上。支承柱18提供了可移动反射层14与下静止电极（即，所解说IMOD中的光学堆栈16的部分）的分离，从而使得（例如当可移动反射层14处在松弛位置时）在可移动反射层14与光学堆栈16之间形成间隙19。可移动反射层14还可包括导电层14c和支承层14b，导电层14c可配置成用作电极。在此示例中，导电层14c部署在支承层14b的在基板20远端的一侧上，而反射子层14a部署在支承层14b的在基板20近端的另一侧上。在一些实现中，反射子层14a可以是导电的并且可部署在支承层14b与光学堆栈16之间。支承层14b可包括一层或多层介电材料，例如氮氧化硅（SiON）或二氧化硅（SiO2）。在一些实现中，支承层14b可以是诸层的堆栈，诸如举例而言SiO2/SiON/SiO2三层堆栈。反射子层14a和导电层14c中的任一者或这两者可包括例如具有约0.5％Cu的Al合金或其它反射性金属材料。在介电支承层14b以上和以下采用导电层14a、14c可平衡应力并提供增强的导电性。在一些实现中，反射子层14a和导电层14c可由不同材料形成以用于各种各样的设计目的，诸如达成可移动反射层14内的特定应力分布。
如图6D中所解说的，一些实现还可包括黑色掩模结构23。黑色掩模结构23可形成于光学非活跃区域中（例如，在各像素之间或在柱子18下方）以吸收环境光或杂散光。黑色掩模结构23还可通过抑制光从显示器的非活跃部分反射或透射穿过显示器的非活跃部分来改善显示设备的光学性质，由此提高对比率。另外，黑色掩模结构23可以是导电的并且配置成用作电汇流层。在一些实现中，行电极可连接至黑色掩模结构23以减小所连接的行电极的电阻。黑色掩模结构23可使用各种各样的方法来形成，包括沉积和图案化技术。黑色掩模结构23可包括一层或多层。例如，在一些实现中，黑色掩模结构23包括用作光学吸收体的钼铬（MoCr）层、SiO2层、以及用作反射体和汇流层的铝合金，其厚度分别在约
Figure BDA00002658923300181
和
Figure BDA00002658923300182
的范围内。这一层或多层可使用各种各样的技术来图案化，包括光刻和干法蚀刻，包括例如用于MoCr及SiO2层的CF4和/或O2，以及用于铝合金层的Cl2和/或BCl3。在一些实现中，黑色掩模23可以是标准具（etalon）或干涉测量堆栈结构。在此类干涉测量堆栈黑色掩模结构23中，导电的吸收体可用于在每行或每列的光学堆栈16中的下静止电极之间传送或汇流信号。在一些实现中，分隔层35可用于将吸收体层16a与黑色掩模23中的导电层大体上电隔离。
图6E示出IMOD的另一示例，其中可移动反射层14是自支承的。不同于图6D，图6E的实现不包括支承柱18。作为代替，可移动反射层14在多个位置接触底下的光学堆栈16，且可移动反射层14的曲度提供足够的支承以使得在跨该干涉测量调制器的电压不足以引起致动时，可移动反射层14返回至图6E的未致动位置。出于清晰起见，可包含多个不同层的光学堆栈16在此处被示为包括光学吸收体16a和电介质16b。在一些实现中，光学吸收体16a既可用作固定电极又可用作部分反射层。
在诸实现中，诸如图6A–6E中所示的那些实现中，IMOD用作直视设备，其中是从透明基板20的前侧（即，与调制器所在的侧相对的那侧）来观看图像。在这些实现中，可对该设备的背部（即，该显示设备的在可移动反射层14后面的任何部分，包括例如图6C中所解说的可形变层34）进行配置和操作而不冲突或不利地影响该显示设备的图像质量，因为反射层14在光学上屏蔽了该设备的那些部分。例如，在一些实现中，在可移动反射层14后面可包括总线结构（未图解），这提供了将调制器的光学性质与该调制器的机电性质（诸如，电压寻址和由此类寻址所导致的移动）分离的能力。另外，图6A–6E的实现可简化处理（诸如，举例而言图案化）。
图7示出解说干涉测量调制器的制造工艺80的流程图的示例，并且图8A-8E示出此类制造工艺80的相应阶段的横截面示意图解的示例。在一些实现中，可实现制造工艺80加上图7中未示出的其它框以制造例如图1和6中所解说的一般类型的干涉测量调制器。参考图1、6和7，工艺80在框82处开始以在基板20上方形成光学堆栈16。图8A解说了在基板20上方形成的此类光学堆栈16。基板20可以是透明基板（诸如，玻璃或塑料），其可以是柔性的或是相对刚性且不易弯曲的，并且可能已经历了在先制备工艺（例如，清洗）以便于高效地形成光学堆栈16。如上文所讨论的，光学堆栈16可以是导电的、部分透明且部分反射的，并且可以是例如通过将具有期望性质的一层或多层沉积在透明基板20上来制造的。在图8A中，光学堆栈16包括具有子层16a和16b的多层结构，但在一些其它实现中可包括更多或更少的子层。在一些实现中，子层16a、16b中的一者可配置成具有光学吸收和导电性质两者，诸如组合式导体/吸收体子层16a。另外，子层16a、16b中的一者或多者可被图案化成平行条带，并且可形成显示设备中的行电极。此类图案化可通过掩模和蚀刻工艺或本领域已知的另一合适工艺来执行。在一些实现中，子层16a、16b中的一者可以是绝缘层或介电层，诸如沉积在一个或多个金属层（例如，一个或多个反射和/或导电层）上方的子层16b。另外，光学堆栈16可被图案化成形成显示器的诸行的个体且平行的条带。
工艺80在框84处继续以在光学堆栈16上方形成牺牲层25。牺牲层25稍后被移除（例如，在框90处）以形成腔19，且因此在图1中所解说的结果所得的干涉测量调制器12中未示出牺牲层25。图8B解说包括在光学堆栈16上方形成的牺牲层25的经部分制造的器件。在光学堆栈16上方形成牺牲层25可包括以所选厚度来沉积二氟化氙（XeF2）可蚀刻材料（诸如，钼（Mo）或非晶硅（Si）），该厚度被选择成在后续移除之后提供具有期望设计大小的间隙或腔19（也参见图1和8E）。沉积牺牲材料可使用诸如物理气相沉积（PVD，例如溅镀）、等离子体增强型化学气相沉积（PECVD）、热化学气相沉积（热CVD）、或旋涂等沉积技术来实施。
工艺80在框86处继续以形成支承结构（例如，图1、6和8C中所解说的柱子18）。形成柱子18可包括：图案化牺牲层25以形成支承结构孔，然后使用沉积方法（诸如PVD、PECVD、热CVD或旋涂）将材料（例如，聚合物或无机材料，例如氧化硅）沉积至该孔中以形成柱子18。在一些实现中，在牺牲层中形成的支承结构孔可延伸穿过牺牲层25和光学堆栈16两者到达底下的基板20，从而柱子18的下端接触基板20，如图6A中所解说的。替换地，如图8C中所描绘的，在牺牲层25中形成的孔可延伸穿过牺牲层25，但不穿过光学堆栈16。例如，图8E解说了支承柱18的下端与光学堆栈16的上表面接触。可通过在牺牲层25上方沉积支承结构材料层并将该支承结构材料的位于远离牺牲层25中的孔的部分图案化来形成柱子18或其它支承结构。这些支承结构可位于这些孔内（如图8C中所解说的），但是也可至少部分地延伸在牺牲层25的一部分上方。如上所述，对牺牲层25和/或支承柱18的图案化可通过图案化和蚀刻工艺来执行，但也可通过替换的蚀刻方法来执行。
工艺80在框88处继续以形成可移动反射层或膜，诸如图1、6和8D中所解说的可移动反射层14。可移动反射层14可通过采用一个或多个沉积工艺（例如，反射层（例如，铝、铝合金）沉积）连同一个或多个图案化、掩模和/或蚀刻工艺来形成。可移动反射层14可以是导电的，且被称为导电层。在一些实现中，可移动反射层14可包括如图8D中所示的多个子层14a、14b、14c。在一些实现中，这些子层中的一者或多者（诸如子层14a、14c）可包括为其光学性质所选择的高反射子层，且另一子层14b可包括为其机械性质所选择的机械子层。由于牺牲层25仍存在于在框88处形成的经部分制造的干涉测量调制器中，因此可移动反射层14在此阶段通常是不可移动的。包含牺牲层25的经部分制造的IMOD在本文也可称为“未脱模”IMOD。如上文结合图1所描述的，可移动反射层14可被图案化成形成显示器的诸列的个体且平行的条带。
工艺80在框90处继续以形成腔，例如图1、6和8E中所解说的腔19。腔19可通过将（在框84处沉积的）牺牲材料25暴露于蚀刻剂来形成。例如，可蚀刻的牺牲材料（诸如Mo或非晶Si）可通过干法化学蚀刻来移除，例如通过将牺牲层25暴露于气态或蒸气蚀刻剂（诸如，由固态XeF2得到的蒸气）长达能有效地移除期望量的材料（通常是相对于围绕腔19的结构选择性地移除）的一段时间来移除。也可使用可蚀刻牺牲材料和蚀刻方法的其它组合，例如，湿法蚀刻和/或等离子体蚀刻。由于在框90期间移除了牺牲层25，因此可移动反射层14在此阶段之后通常是可移动的。在移除牺牲材料25之后，结果所得的已完全或部分制造的IMOD在本文中可被称为“已脱模”IMOD。
微机械压电X轴和Y轴陀螺仪实现的描述
一些所公开的微机械压电陀螺仪结构提供了改善的机械感测元件，其克服了常规压电音叉式陀螺仪的一些与性能有关的限制。
现有技术陀螺仪
常规的压电陀螺仪利用单端音叉结构或双端音叉结构。图9A和9B示出单端音叉式陀螺仪的驱动模式和感测模式的示例。如图9A和9B中所示，单端音叉由用于驱动功能和感测功能两者的两个叉齿构成。在图9A和9B中，暗区域指示陀螺仪900的处于歇止中的部分，而亮区域指示陀螺仪900的处于运动中的部分。叉齿910a和910b以压电方式反相驱动，通常如图9A中所示地是面内的。响应于所施加的旋转，科里奥利（Coriolis）力使叉齿910a和910b面外地且在相反方向上振荡（参见图9B）。结果所得的感测模式振荡在陀螺仪900的压电材料上产生感测电荷，该压电材料可以是块状材料或沉积在陀螺仪900的结构材料上的压电层。
此类音叉系统的主要限制是用于感测拾取的叉齿910a和910b还经历驱动运动，该驱动运动的幅度可能比感测运动大几个数量级。因此，叉齿910a和910b的机械瑕疵和不对称可能导致感测信号中有显著程度的驱动干扰，这可引起正交和偏离误差。
此类音叉系统的另一缺点是低于工作频率的寄生谐振模式是不可避免的。同相平移模式通常低于反相操作模式且可能容易被振动所激发。
在双端音叉系统（未示出）中，将分别的叉齿用于驱动功能和感测功能。两个叉齿被反相驱动。在驱动叉齿上引发的科里奥利力激发常见的扭转感测模式，其进而引起感测叉齿上的振动。双端音叉减少了对感测叉齿的驱动干扰，但对于给定的器件大小而言效率降低。此外，在工作频率以下和以上出现许多不期望的寄生模式，甚至比在单端音叉中出现的寄生模式还要多。
压电X轴陀螺仪结构
本文所公开的一些微机械压电陀螺仪的架构包括检验质量块，其可在工作于驱动模式时面内扭振（绕z轴）以及在工作于感测模式时面外扭振（对于x轴陀螺仪是绕y轴，并且对于y轴陀螺仪是绕x轴）。
图10A示出具有由附连至中心锚的驱动梁来悬挂的检验质量块的陀螺仪1000的示例。此处，检验质量块1020由附连至中心锚1005的挠曲件1010a和1010b来悬挂。驱动电极1015a–d可被图案化在这些挠曲件的顶侧和/或底侧上。检验质量块1020、挠曲件1010a和1010b、以及中心锚1005可由各种各样的材料制成，诸如厚的电镀金属合金（例如镍合金，诸如Ni-Co或Ni-Mn）、单晶硅、多晶硅等。在此示例中，陀螺仪1000的总的x和y尺寸在数毫米或以下的数量级上。例如，在一些实现中，宽度可在0.25mm至1mm的范围内且长度可在1mm至4mm的范围内。厚度的范围可从不到一微米至五十微米或以上。
在该所解说的示例中，驱动电极1015a-d对称地布置在中心线1017a的每一侧上。在此示例中，中心线1017a与x轴相对应。此处，驱动电极1015包括部署在挠曲件1010a和1010b上的压电薄膜，从而允许挠曲件1010a和1010b用作驱动梁。该压电薄膜可以是氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、锆钛酸铅（PZT）或其它薄膜。在一些实现中，驱动电极1015（以及本文所描述的其它驱动电极）可包括部署在两个金属层之间的压电薄膜，这两个金属层用于提供跨该压电薄膜的电压。该压电薄膜可以是例如非导电的压电薄膜。提供跨这些金属层的电压可引起这些驱动电极的移动。替换地，该压电材料可以是单晶材料，诸如石英、铌酸锂、钽酸锂等。
在图10A中所描绘的实现中，感测电极1025a和1025b是沿中心线1017a形成的压电薄膜。在替换实现中，感测电极1025a和1025b可形成在检验质量块1020上。替换地，感测电极1025a和1025b可形成在挠曲件1010a和1010b上的与形成驱动电极1015的那侧相同的侧上但在驱动电极1015上面或下面的层中。在一些其它实现中，感测电极1025a和1025b可形成于挠曲件1010a和1010b的对侧上。在一些实现中，感测电极1025a和1025b（以及本文中所描述的其它感测电极）可包括部署在两个金属层之间的压电薄膜，这两个金属层用于提供跨该压电薄膜的电压。该压电薄膜可以是例如非导电的压电薄膜。这些感测电极的移动可造成跨这些金属层的电压改变。
图10B示出类似于图10A的陀螺仪实现、但在驱动电极之间具有间隙的陀螺仪实现的示例。在此示例中，陀螺仪1000a包括挠曲件1010c和1010d中的槽1012a和1012b。此处，槽1012a和1012b是关于中心线1017b对称的。包括槽1012a和1012b可使得挠曲件1010c和1010d相对更顺从于面内力。
当向驱动电极1015a–d施加反相信号时，在挠曲件1010a–d中产生弯曲力矩。例如，参考图10A，若向电极1015a施加正驱动电压并向电极1015b施加负驱动电压，则一个电极将膨胀且另一电极将收缩。将在挠曲件1010a中产生弯曲力矩。类似地，若向电极1015d施加正驱动电压并向电极1015c施加负驱动电压，则一个电极将膨胀且另一电极将收缩，并且将在挠曲件1010b中产生弯曲力矩。当在相反方向上致动挠曲件1010a和1010b时，就激发了扭转式面内驱动模式。感测电极1025a和1025b检测检验质量块1020响应于所施加的绕x轴的旋转而进行的面外扭转运动。类似地，部署在图10B的检验质量块1020上的感测电极1025c和1025d可用于检测所施加的绕x轴的角旋转。
在图11A和11B中，最暗区域指示陀螺仪1000的基本上处于歇止中的部分，而亮区域指示陀螺仪1000的处于运动中的部分。图11A示出一实现（诸如图10A中所示的实现）的驱动模式的示例。在图11A中，陀螺仪1000的1105a侧在箭头1110a指示的方向上被驱动，而同时陀螺仪1000的1105b侧在箭头1110b指示的方向上被驱动。当驱动电压的极性颠倒时，1105a侧和1105b侧在与所示方向相反的方向上被驱动。以此方式，就可在标称地等于驱动电压频率的频率以扭振模式驱动检验质量块1020。
图11B示出正如图11A中所示地被驱动的一实现的感测模式的示例。在存在所施加的绕x轴的旋转的情况下，可在检验质量块1020上引发绕y轴的净科里奥利力矩。如图11B中所示，该科里奥利力矩激发面外感测模式，其使1105a侧和1105b侧在相反方向上面外地弯曲。该感测运动可在如图10A和10B中所描绘的感测电极1025a–d上产生压电电荷。
诸如图10A和10B中所描绘的那些实现之类的实现可基本上消除常规音叉系统中固有的面内模式。一些此类实现可通过利用大的检验质量块1020来进一步增强性能。
驱动与感测解耦
在上文所描述的简单实现中，感测电极1025a–d可经历驱动运动。即使驱动运动的效应可以被共模抑制，但不对称和瑕疵也可导致将驱动运动耦合至感测信号路径中。在一些高性能应用中，结果所得的误差可能导致不够理想的性能。
为了减少感测时的驱动干扰，可通过利用框架结构来分离驱动梁和感测梁。下文描述用于将驱动模式与感测模式解耦的两个一般办法。下文所描述的陀螺仪可具有在数毫米或以下的数量级上的总长度和宽度。例如，一些实现具有在0.5mm至3mm的范围内的长度和在0.3mm至1.5mm的范围内的宽度，以及在约一微米到五十微米或以上之间的厚度。
驱动框架实现
一些驱动框架陀螺仪实现包括仅在驱动模式中振荡的驱动框架。该驱动框架可部署在中心锚与检验质量块之间。与图10A和10B中所示的实现相比，此类实现可更有效地将驱动运动与感测运动解耦。
图12示出其中驱动框架经由驱动梁附连至中心锚的驱动框架陀螺仪实现的示例：此处，陀螺仪1200的驱动框架1210围绕中心锚1205并经由驱动梁1215a-d附连至中心锚1205。在此示例中，槽1207将驱动框架1210与中心锚1205的绝大部分分离开。
检验质量块1220围绕驱动框架1210。检验质量块1220由感测梁1225a-d耦合至驱动框架1210。在此示例中，检验质量块1220仅在感测梁1225a–d的远离中心轴1218的远端1226处耦合至驱动框架1210，该中心轴1218在此示例中与y轴相对应。槽1217和1229将感测梁1225a–d的其它部分与检验质量块1220分离开。槽1217还将驱动框架1210与检验质量块1220分离开。
驱动梁1215a–d关于中心线1231对称地部署，中心线1231在此示例中与x轴相对应。为了产生驱动振荡，可使用差分驱动。在此类实现中，可用反相信号在一个方向上致动处在锚1205的一侧上的两个驱动梁，并且可在相反方向上致动处在锚1205的另一侧上的另两个梁，以产生绕z轴的净旋转。此处，在向驱动梁1215b和1215c的驱动电极施加正电压的同时向驱动梁1215a和1215d的驱动电极（未示出）施加负电压。
在此示例中，驱动和感测电极包括在图13A和13B中可以更清楚地看到的压电薄膜。图13A示出陀螺仪实现（诸如图12中所示的陀螺仪实现）的横截面的示例。在陀螺仪1200的此视图中，可以清楚地看到感测梁1225a的压电感测电极1305a和感测梁1225b的压电感测电极1305b。也可看到感测梁1225c和1225d各自的压电感测电极1305c和1305d。图13B示出图13A中所示的陀螺仪实现的放大的一对驱动梁的示例。在图13B中，可看到分别在驱动梁1215a和1215b上的压电驱动电极1305e和1305f。如下文参考图41及其后诸图所详细讨论的，在一些实现中，单个层可被沉积和图案化以形成电极1305a-f的压电薄膜。
虽然本文中所描述的压电驱动和感测电极往往图解成在陀螺仪驱动和感测框架、检验质量块等的顶上，但此类图解主要是出于清晰的目的而做出的。在替换实现中，此类驱动和感测电极可定位于这些驱动和感测框架、检验质量块等的“下方”（比这些驱动和感测框架、检验质量块等更靠近基板）。如下文参考图41至46B所描述的，在形成驱动框架、感测框架、检验质量块等之前形成驱动和感测电极可能是有利的。此类制造方法可产生其中驱动和感测电极部署在驱动框架、感测框架、检验质量块等下方的陀螺仪。
图14A示出陀螺仪实现（诸如图12中所示的陀螺仪实现）的驱动模式的示例。在图14A和14B中，陀螺仪1200的冷色部分正发生的运动相对少于暖色部分：陀螺仪1200的蓝色部分基本上处于歇止，而红色和橙色部分正发生的运动比陀螺仪1200的其它部分多。此处，驱动梁1215正经由差分压电驱动来被驱动，如上文所描述的。
驱动梁1215相对顺从于面内运动，这允许陀螺仪1200绕z轴旋转。可使驱动梁1215在所有其它方向上相对刚性，由此将驱动框架基本上约束为仅在驱动模式（即，x-y平面）中旋转。此处，例如，驱动梁1215沿x轴是相对刚性的，以抑制不期望的振荡模式。例如，槽1207的平行于中心线1218的部分造成沿驱动框架1210的y轴的穿孔。在无额外刚性的情况下，这些穿孔将倾向于形成沿y轴的顺从铰链，从而允许驱动框架1210绕该铰链弯曲。
图14B示出正如图14A中所示地被驱动的陀螺仪实现的感测模式的示例。在感测模式中，检验质量块1220绕y轴振荡，这在感测梁1225a–d上引发应力。此处，在检验质量块的1220b侧正在向下移动的同时，检验质量块的1220a侧正在向上移动。该面外感测运动使感测梁1225a–d面外地弯曲并且导致由对应的感测电极1305a-d产生压电电荷。在图14B的示例中所描绘的时刻，感测梁1225c和1225d向下弯曲，而感测梁1225a和1225b向上弯曲。因此，感测梁1225c和1225d的上表面膨胀，而感测梁1225a和1225b的上表面收缩。当驱动运动是在相反方向上时，感测梁1225c和1225d向上弯曲，而感测梁1225a和1225b向下弯曲。此类实现可提供差分检测机制，其中传感器输出是感测梁1225a和1225b的电极之和减去感测梁1225c和1225d的电极之和，或反之，这取决于取向。
在陀螺仪1200的此配置中，检验质量块1220的感测运动与驱动框架1210基本上解耦。将驱动运动与感测运动解耦有助于保持感测电极更安静，这部分地是由于感测电极不经受大振幅驱动运动。在一些此类实现中，感测梁因驱动运动而承受的负荷可以是仅为轴向的。
在图12至14B中所描绘的配置中，感测梁1225a-d在x-y平面中基本上是矩形的。然而，在替换实现中，感测梁1225a-d具有其它形状。在一些此类实现中，感测梁1225a-d是楔形，例如如图17中所示的。
感测框架实现
本文中所描述的各种感测框架陀螺仪实现包括在感测模式中振荡、但在驱动模式中基本上静止的感测框架。图15示出感测框架陀螺仪实现的示例。感测框架1510可经由驱动梁1515a–d连接至检验质量块1530。此处，驱动梁1515a–d将感测框架1510的中心部分1510a连接至检验质量块1530。中心部分1510a部署在一对锚1505a和1505b之间。此处，由槽1522将锚1505a和1505b与中心部分1510a分离开。
陀螺仪1500以经由感测梁1520a–d连接至锚1505a和1505b的感测框架1510为特征。在此示例中，感测框架1510包括诸楔形部分1512，其中每个楔形部分1512在靠近锚1505a或1505b之一的第一端1513处较宽且在远离锚1505a或1505b的第二端1514处较窄。每个感测梁1520a–d从锚1505a或1505b之一延伸至其中一个第二端1514。此处，感测梁1520a–d仅在第二端1514连接至感测框架1510。由槽1522将感测梁1520a–d与诸第一端1513分离开。
由槽1524将检验质量块1530与感测梁1520分离开并与感测框架1510分离开。此外，由槽1517将检验质量块1530与感测框架1510分离开。相应地，感测框架1510是与检验质量块1530的驱动运动基本上解耦的。
图16A示出图15中所示的陀螺仪实现的驱动模式的示例。在图16A中，检验质量块1530关于感测框架1510的位移被夸大以更清楚地看到其相对运动。陀螺仪1500的深蓝色部分基本上处于歇止，而红色和橙色部分正发生的运动比陀螺仪1500的其它部分多。此处，以均匀的深蓝色阴影示出感测框架1510，从而指示感测框架1510基本上不运动。检验质量块1530的位移随着离锚1505的距离增加而增大，如由从浅蓝色至红色的色彩进展所指示的。
感测框架1510不仅由驱动梁1515而且还由链接梁1525来耦合至检验质量块1530。驱动梁1515和链接梁1525顺从于面内形变且允许检验质量块1530在驱动模式中关于感测框架进行面内旋转。然而，感测框架1510是与检验质量块1530的驱动运动基本上解耦的。
图16B示出正如图16A中所示地被驱动的陀螺仪实现的感测模式的示例。在感测模式操作期间，检验质量块1530和感测框架1510可一起面外扭振。在图16B中所描绘的时刻，检验质量块1530的一端1605正向上弯曲且检验质量块1530的一端1610正向下弯曲。此处，链接梁1525关于面外力是刚性的。因此，链接梁1525增加了检验质量块1530的感测运动向感测框架1510的传递。
楔形感测梁
可通过改善感测梁上的应力均匀性来提高压电陀螺仪系统的电气灵敏度。对于矩形感测梁的一些实现而言，该感测梁上的最大弯曲应力处在锚连接处，且随着离锚的距离而线性地减小。该配置可导致感测电极处的总压电电荷减少。
通过使用楔形感测梁型面，弯曲应力的减小可通过由于逐渐减小的梁宽度所引起的应力增加来补偿。因此，可达成沿感测梁的均匀的应力分布，且可使遍及该感测电极所产生的电荷最大化。
图17示出具有楔形感测梁的替换性感测框架陀螺仪实现的示例。陀螺仪1700的许多特征类似于陀螺仪1500的相应特征。例如，驱动梁1715将感测框架1710的中心部分连接至检验质量块1730。感测梁1720a–d从锚1705a和1705b延伸至感测框架1710的远离锚1705a和1705b的远端1714。
由槽1724将检验质量块1730与感测梁1720a-d分离开。此外，由槽1717将检验质量块1730与感测框架1710的绝大部分分离开。如同陀螺仪1500的感测框架1510，感测框架1710是与检验质量块1730的驱动运动基本上解耦的。
然而，在图17中所示的示例中，将楔形感测梁设计纳入该解耦式的感测框架实现中。在陀螺仪1700中，感测梁1720a–d具有随着离锚1705a和1705b的距离增加而减小的宽度。例如，楔形感测梁1720c包括附连至锚1705b的较宽端1722和附连至感测框架1710的较窄端1723。
当根据有限元分析（FEA）来建模在感测运动期间感测梁上的应力时，可观察到楔形感测梁设计的一些实现提供沿该感测梁的更均匀的应力。图18示出叠合在陀螺仪实现（诸如图17的陀螺仪实现）上的有限元分析的示例，其示出当工作于感测模式时在楔形感测梁上基本均匀的应力。楔形感测梁1720a和1720c上基本均匀的浅阴影指示基本均匀的压缩，而楔形感测梁1720b和1720d上基本均匀的深阴影指示基本均匀的张力。
图19示出陀螺仪实现（诸如图17的陀螺仪实现）的楔形感测梁上的应力水平相对于离中心（y轴）的距离的标绘的示例。在图19中，关于沿x轴的距离来标绘出沿感测梁1720c和1720d的应力。从图19可观察到，应力水平在该实现中保持相对恒定且基本上不随着沿每个感测梁的位置而降低。区域1905对应于楔形感测梁1720d的基本均匀的张力，而区域1910对应于楔形感测梁1720c的基本均匀的压缩。在最优楔角的情况下，可达成跨每个感测梁1720a–d基本恒定的应力水平。该最优楔角将根据陀螺仪设计而变化并且可通过反复的FEA建模来确定。该最优楔角将对应于区域1905和1910中“最平坦”或即变化最小的曲线。
虽然本文已在感测框架陀螺仪实现的上下文中示出了楔形感测梁，但在其它实现中也可使用楔形感测梁来提高灵敏度。例如，楔形感测梁可用于驱动框架陀螺仪实现中，诸如上文参考例如图15所描述的那些驱动框架陀螺仪实现。
除了楔形感测梁1720之外，在陀螺仪1500与陀螺仪1700之间还存在一些额外差异。再次参考图17，可观察到，链接梁1725是迂回型挠曲件且连接至感测框架1710的远端部分，比在陀螺仪1500中相对更远离y轴。这是在陀螺仪1500的配置之上在耦合检验质量块1730的感测运动方面稍微的改进，这是由于力是更远离y轴、更靠近检验质量块1730的感测运动的最大振幅点地施加的。将所施加力移到更靠近翼形感测框架1710的末梢就把相对更多的力从检验质量块1730传递给感测框架1710。
此外，在陀螺仪1700中，槽1726（其将锚1705a和1705b与感测框架1710分离开）的诸部分基本上平行于槽1717（其将感测框架1710与检验质量块1730分离开）的相应部分。此修改可有助于在感测框架1710的相应部分中提供充分的刚性。
微机械压电Z轴陀螺仪实现的描述
本文中所描述的一些实现提供具有低正交和偏离误差的z轴陀螺仪。一些实现包括驱动检验质量块，其被压电地驱动为进行基本线性的x方向运动（面内）。驱动检验质量块可机械地耦合至感测检验质量块，感测检验质量块在存在绕z轴的角旋转的情况下扭振。感测检验质量块的运动可在部署在将感测质量块连接至基板锚的感测梁上面或下面的压电薄膜中感生电荷。所感生电荷可引起压电感测电极的电压改变，该电压改变可被电子地记录和处理。
这些检验质量块可由各种各样的材料制成，诸如厚的电镀金属合金（例如镍合金，诸如Ni-Co、Ni-Mn等）、来自SOI晶片的器件层的单晶硅、玻璃和其它材料。该压电薄膜可以是氮化铝（AlN）、氧化锌（ZnO）、锆钛酸铅（PZT）或其它薄膜，或是单晶材料，诸如石英、铌酸锂、钽酸锂和其它单晶材料。一些实现非常适合于制造在平板显示器玻璃上。
一些实现还涉及使用静电致动器阵列来调谐驱动运动的机械模态以抑制向感测框架中的正交耦合。例如，在一些实现中，静电致动器包括梳指状电极阵列以微调检验质量块的面内运动和/或基板与检验质量块之间的静电间隙以抑制不期望的纵向运动，如下文参考图23更全面地描述的。
Z轴陀螺仪架构
图20A示出z轴陀螺仪2000实现的平面视图的示例。陀螺仪2000包括部署在中心锚2005周围的感测框架2010。感测框架2010经由感测梁2020a–d连接至中心锚2005。
驱动框架2030部署在感测框架2010周围且连接至感测框架2010。在此示例中，驱动梁2015a–d压电地驱动该驱动框架2030进行基本线性的x方向运动（面内）。此处，驱动框架2030由驱动框架部分2030a和2030b构成。可通过向每一对毗邻驱动梁施加反相电压（例如向驱动梁2015a施加正电压并向驱动梁2015b施加负电压）来致动驱动框架2030。
图20B示出图20A中所示的z轴陀螺仪实现的驱动梁2015c和2015d的放大视图的示例。在此放大视图中，可以更清楚地看到驱动梁2015c和2015d。驱动梁2015c和2015d由部署在槽2035c内的挠曲件2045b接合至驱动框架部分2030b。电极2050a和2050b（其每一者包括压电薄膜）分别部署在驱动梁2015c和2015d上。在此示例中，在向电极2050a施加负电压的同时向电极2050b施加正电压。所施加的电压导致向驱动梁2015d施加压应力且向驱动梁2015c施加张应力。由压电材料引发的相对的轴向应变造成使驱动框架部分2030b在正x方向上移动的净力矩。
图21A示出z轴陀螺仪实现（诸如图20A中所描绘的z轴陀螺仪实现）的驱动模式的示例。在图21A和21B中，位移被夸大以便易于查看。在图21A中，驱动框架部分2030b已在正x方向上移动且驱动框架部分2030a已在负x方向上移动。然而，驱动运动与感测框架2010基本上解耦。因此，感测框架2010并不沿x轴平移。作为替代，感测框架2010在不存在绕z轴的旋转的情况下基本上保持静止。
间隙2035a–e和部署在其中的挠曲件的功能性在图21A中是明了的。间隙2035a–e基本上平行于y轴。基本上沿y轴延伸的间隙2035b已张开。横跨间隙2035b并连接驱动框架部分2030a和2030b的挠曲件2047a和2047b也已张开。沿间隙2035d和2035e延伸的挠曲件2040a和2040b顺从于面内弯曲并且允许感测框架2030在驱动框架部分2030a和2030b被驱动时保持在基本上相同的位置。类似地，沿间隙2035a和2035b延伸的挠曲件2045a和2045b也允许感测框架2010在驱动框架2030被驱动时保持在基本上相同的位置。
图21B示出如图21A中所描绘地被驱动的z轴陀螺仪实现的感测模式的示例。感测梁2020顺从于绕z轴的旋转。相应地，感测框架2010可在存在角旋转的情况下扭振。感测框架2010的这些扭转感测运动可在部署于感测梁2020上的压电薄膜中引发应变并感生电荷。从图21B可观察到，挠曲件2047a和2047b也可因感测框架2010的感测运动而形变。然而，挠曲件2040a、2040b、2045a和2045b基本上不形变。
在本文中所公开的z轴陀螺仪实现中，驱动框架和感测框架可设计成具有机械正交振动模式。如图21A中所示，在一些实现中，驱动悬挂可将驱动运动限制于沿x轴的基本线性位移的驱动运动。
相反，感测框架悬挂可顺从于绕z轴的扭转式旋转，但对于x或y方向上的平移运动可能是相当刚性的。可使连接驱动框架2030和感测框架2010的挠曲件顺从于x方向（正交）力，但对y方向的科里奥利耦合扭转力是相当刚性的。此类配置可显著减小从驱动运动至感测运动的驱动运动正交耦合。
此外，在一些实现中，陀螺仪差分驱动框架的元件可机械地耦合以减少寄生谐振的数量以及将对称模式和非对称模式的频率分离开。因此，这些实现抵抗由正交引发的寄生谐振。
感测梁优化
可通过改善感测梁上的应力均匀性来提高压电陀螺仪系统的电气灵敏度。对于具有均匀矩形横截面的感测梁，该感测梁上的弯曲应力在锚连接处为最大值且作为离锚的距离的函数线性地减小。这结果导致感测电极上不够理想的积分压电电荷以及因此结果导致不够理想的电压。
图22示出来自z轴陀螺仪的楔形感测梁的一个实现的特写视图的示例。如图22中所示，通过利用楔形感测梁型面，可达成沿感测梁2020c和2020d基本均匀的应力分布。相应地，在感测电极上产生的总电荷可得以增强。
在平板显示器玻璃上的制造
本文中所公开的一些x轴、y轴和z轴陀螺仪非常适合于制造在大面积平板显示器玻璃上。在使用电镀金属合金检验质量块和溅镀压电AlN薄膜的一些实现中，加工可在400℃以下发生。电镀金属检验质量块可具有高质量密度（与硅相比）且不存在深反应离子蚀刻（DRIE）侧壁斜坡，DRIE侧壁斜坡对于基于硅的静电设计是常见的且引起正交性。下文参考图41及其后诸图来描述一些制造工艺的细节。
在一些实现中，玻璃既可用作基板又可用作封装，从而导致组件成本降低。z轴陀螺仪可与数个其它传感器和致动器（诸如加速计、x轴和/或y轴陀螺仪、磁力计、话筒、压力传感器、谐振器、致动器和/或其它器件）集成在一起。
利用静电致动器进行的正交调谐
本文中所描述的一些实现涉及使用静电致动器阵列来积极地微调驱动和/或感测框架的机械模态以抑制正交和偏离误差。驱动框架至感测框架的耦合中不想要的变位可能引起正交性。
图23示出可配置成施加校正静电力以微调检验质量块的振动模态的电极阵列的示例。图23描绘了检验质量块2305，其可以是陀螺仪或加速计检验质量块。检验质量块2305的期望运动是面内的，如图所示。然而，检验质量块2305的振动模式可能具有面外分量。此类面外分量的一个示例——小的纵向的不期望变位（示为检验质量块2305的虚线轮廓）在图23中示为叠合在主要的面内平移驱动模式上。电极阵列2310可配置成用于向检验质量块2305施加静电校正力。通过控制电极阵列2310以积极地施加抵消检验质量块2305的运动的不期望纵向分量的静电力，可减小耦合至感测框架的引发正交性的加速度。
该概念也可应用于数种其它实现。例如，静电致动器可由梳指构成，这些梳指配置成施加静电力以抵消掉不期望的y方向运动。
加速计实现的描述
本文描述的各种实现提供了新颖的三轴加速计及其组件。此类三轴加速计具有适合用在广泛的消费者电子应用（诸如便携式导航设备和智能电话）中的大小、性能水平和成本。一些此类实现提供了基于电容性层叠式横向交迭换能器（SLOT）的三轴加速计。一些实现使用两个检验质量块来提供三轴感测，而其它实现使用仅一个检验质量块来提供三轴感测。可针对每个轴优化不同的挠曲型。
加速计的实现可制造在大面积基板（诸如大面积玻璃面板）上。如下文详细描述的，用于在大面积基板上形成基于SLOT的三轴加速计的制造工艺可以与用于在大面积基板上制造陀螺仪的工艺兼容。组合此类工艺可使得能够将六个惯性感测轴单片地集成在单个玻璃基板上。
对于x-y轴面内感测，一些实现提供导电检验质量块和在牺牲间隙任一侧上的图案化电极。所施加的面内加速度使该检验质量块横向平移，这减少了第一电极与检验质量块之间的交迭并增加了第二电极与该检验质量块之间的交迭。面内弯曲挠曲件可为悬挂着的检验质量块提供结构性支承。
对于z轴面外感测，可通过使检验质量块一侧的质量比该检验质量块另一侧相对更大（或更小）来形成枢轴的任一侧上的力矩不平衡。例如，可通过将检验质量块的一侧穿孔和/或通过形成在任一侧上具有不同宽度和/或长度的检验质量块来形成枢轴的任一侧上的力矩不平衡。在一些实现中，负z加速度使检验质量块顺时针旋转，这增大了第一电极与该检验质量块之间的间隙并且减小了第二电极与该检验质量块之间的间隙。该z轴加速计可包括扭转挠曲件。在一些实现中，可使用一个或两个检验质量块来达成三轴感测。下文描述一些示例。
图24示出用于测量面内加速度的加速计的示例。加速计2400包括在基板2401上形成的电极2405a和2405b。电极2405a和2405b可由任何方便的导电材料（诸如，金属）形成。加速计2400包括导电检验质量块2410，由间隙2415将其与电极2405a和2405b分离开。间隙2415可例如在数微米（例如，0.5或2微米）的数量级上，或者可显著更小或显著更大。
导电检验质量块2410包括槽2420。在此示例中，当加速计2400处于歇止时，槽2420的边缘2425悬挂于电极2405a和2405b上方。取决于实现，槽2420可延伸以部分地穿进或完全地穿过导电检验质量块2410。具有不同槽深度的各种导电检验质量块2410的电容在图32中示出，其在下文描述。具有加速计2400的一般配置的加速计在本文中可称为基于层叠式横向交迭换能器（SLOT）的加速计。
正x加速度使导电检验质量块2410横向平移，这使槽2420的位置移位。槽2420定位在电极2405a上方的部分变多，这导致较多空气和较少导电材料位于电极2405a附近。这使电极2405a处的电容减小ΔC。相反，槽2420定位在电极2405b上方的部分变少，这导致较少空气和较多导电材料位于电极2405b附近。这使电极2405b处的电容增加ΔC。由导电检验质量块2410的平移引起的交迭变化产生了与2ΔC成比例的相应的面内加速度差分输出信号。
图25示出用于测量面外加速度的加速计的示例。在此示例中，加速计2500包括由支承2515和扭转挠曲件2525附连至基板2401的导电检验质量块2510。支承2515和扭转挠曲件2525形成枢轴2530。可例如通过将导电检验质量块2510的一侧穿孔、通过使导电检验质量块2510在支承2515的任一侧上具有不同宽度和/或长度、或者通过其组合来在支承2515的任一侧上形成力矩不平衡。也可通过使制作导电检验质量块2510的一侧的材料比用于形成导电检验质量块2510的另一侧的材料的密度相对更大或更小来形成力矩不平衡。然而，此类实现制造起来可能相对更复杂。在此示例中，已通过在2510b侧中制作穿孔2520来形成力矩不平衡。
负z加速度使导电检验质量块2510顺时针旋转，这增大了电极2405c与该导电检验质量块2510之间的间隙并且减小了电极2405d与该导电检验质量块2510之间的间隙。这使电极2405c处的电容减小ΔC并使电极2405d处的电容增大ΔC。结果产生了与2ΔC成比例的相应的面外加速度输出信号。
图26A示出用于测量面内加速度的加速计的示例。加速计2400a可具有在几毫米的数量级上的总的x和y尺寸。在一些实现中，加速计2400a可具有小于一毫米的x和y尺寸。
在此示例中，加速计2400a包括部署在内框架2610a周围的导电检验质量块2410a。导电检验质量块2410a包括基本上沿第一轴（其在此示例中为x轴）延伸的槽2420a。导电检验质量块2410a还包括基本上沿第二轴（其在此示例中为y轴）延伸的槽2420b。如下文更详细地描述的，导电检验质量块2410a被约束为基本上沿x轴、y轴、或者x与y轴的组合来移动。
内框架2610a包括基本静止部分2612a，其经由锚2605连接至基板。锚2605部署在图26A中所描绘的平面下方。此处，静止部分2612a还包括一对应力隔离狭缝2625，其在此示例中基本上沿y轴延伸。应力隔离狭缝2625可使加速度测量对薄膜、基板和/或封装中的应力减敏。内框架2610a还包括可移动部分2614a。挠曲件2615a将可移动部分2614a连接至导电检验质量块2410a。挠曲件2620a将可移动部分2614a连接至静止部分2612a。这些挠曲件可以是折叠式挠曲件，这可增加弯曲顺从性。在一些实施例中，这些挠曲件可以是迂回型挠曲件。在此示例中，内框架2610a包括多个槽2420a。如图26A中所示，可在检验质量块2410a中形成附加槽2420a。
图26B示出图26A的加速计对沿第一轴的加速度的响应的示例。此处，加速计2400a的导电检验质量块2410a正沿x轴移动。槽2420b沿x轴移位，这导致将由相应电极2405检测到的电容变化，如上文参考图24所描述的。电极2405部署在图26B中所解说的平面底下的基板2401（未示出）上。加速计2400a、基板2401和电极2405之间的特殊关系在图28中解说且在下文描述。挠曲件2615a（其在图26B中是形变的）允许导电检验质量块2410a沿x轴移动，而同时内框架2610a保持基本上静止。在此实现中，挠曲件2620a基本上不形变。与槽2420a相关联的电容在检验质量块的x平移下基本不变。
图26C示出图26A的加速计对沿第二轴的加速度的响应的示例。此处，导电检验质量块2410a和内框架2610a的可移动部分2614a正沿y轴移动。槽2420a沿y轴移位，这导致将由相应电极2405检测到的电容变化，如上文所描述的。挠曲件2620a（其在图26C中是形变的）允许可移动部分2614a随着导电检验质量块2410a沿y轴移动。在此实现中，挠曲件2615a基本上不形变。与槽2420b相关联的电容在检验质量块2410a和可移动部分2614a的y平移下基本上不变。
图26D示出用于测量面内和面外加速度的加速计的示例。在此示例中，加速计2400b包括具有延伸2670的导电检验质量块2410b。延伸2670导致导电检验质量块2410b的在有延伸2670的那侧上的部分的质量大于导电检验质量块2410b的在有锚2605的另一侧上的部分。延伸2670的额外质量形成了上文参考图25所描述的类型的力矩不平衡，从而允许加速计2400b对沿z轴的加速度敏感。
在加速计2400b与先前附图中所描述的加速计2400a之间存在其它差异。在图26D中所描绘的实现中，内框架2610b的静止部分2612b相对小于在例如图26A中所描绘的实现中的内框架2610a的静止部分2612a。此配置允许槽2420a占据内框架2610b的相对更多的面积，这可导致测量沿y轴的加速度有更高灵敏度。此外，在图26D中所描绘的实现中，挠曲件2615b和2620b是迂回型挠曲件。
图27示出用于测量面外加速度的加速计的示例。z轴加速计2500a配置成根据上文参考图25所描述的加速计2500的一般原理进行操作。此处，导电检验质量块2510由锚2515a和一对扭转挠曲件2525a附连至基板2401（未示出），锚2515a和这对扭转挠曲件2525a形成枢轴2530a。已通过使导电检验质量块2510的2510b侧相对小于另一侧2510a来在枢轴2530a的任一侧上形成力矩不平衡。
电极2405c和2405d在加速计2500a下面的平面中部署在基板2401上，如图25和28中所示。在此示例中，电极2405c被插进到离导电检验质量块2510的2510b侧的边缘达距离2710。沿z轴的加速度导致导电检验质量块2510绕y轴且绕枢轴2530a旋转，如上文参考图25所描述的。例如，沿z轴的加速度使导电检验质量块2510的2510a侧在负z方向（朝向电极2405d）上旋转且使2510b侧在正z方向（远离电极2405c）上旋转。导电检验质量块2510绕枢轴2530a的此旋转使电极2405c处的电容减小ΔC并且使电极2405d处的电容增加ΔC，如上文参考图25所描述的。结果产生了与2ΔC成比例的相应的面外加速度输出信号。电极2405c和2405d处的电容变化可取决于各种因素，诸如电极2405c和2405d的大小、沿z轴的加速度幅度等。在一些实现中，电极2405c和2405d处的电容变化可在数毫微微法拉的范围内。
图28示出用于测量面内和面外加速度的替换性加速计实现的示例。在此示例中，三轴加速计2800将z轴加速计2500a（图27）与x-y轴加速计2400a（图26AC）相组合。在一些实现中，加速计2800可具有在几毫米或以下数量级上的长度2805和宽度2810。例如，长度2805可在0.5至5mm的范围内，而宽度可在0.25至3mm的范围内。
电极2405c–f部署在基板2401的与将制造加速计2500a和加速计2600a的区域紧邻的区域。电极2405c和2405d可配置成测量加速计2500a对z轴加速度的响应。电极2405e可配置成检测加速计2600a的沿x轴的加速度，而电极2405f可配置成检测加速计2600a的沿y轴的加速度。
图29示出用于测量面内和面外加速度的另一替换性加速计实现的示例。在此示例中，加速计2400c包括部署在解耦框架2910内的导电检验质量块2410c。挠曲件2615c将导电检验质量块2410c连接至解耦框架2910且允许导电检验质量块2410c沿x轴平移。部署在毗邻的基板（未示出）上的电极可根据由一个或多个槽2420b的移动所引起的电容变化来检测沿x轴的加速度。
解耦框架2910可部署在锚定框架2915内。挠曲件2620c将解耦框架2910连接至锚定框架2915且允许解耦框架2910和导电检验质量块2410c沿y轴移动。部署在毗邻基板（未示出）上的电极可根据由一个或多个槽2420a的移动所引起的电容变化来检测沿y轴的加速度。
枢轴2515b可将锚定框架2915连接至基板2401（图29中未示出）。已通过将加速计2600c的绝大部分制造在枢轴2515b的一侧上来形成力矩不平衡。沿z轴的加速度使加速计2600c朝向或远离基板2401上的电极2405g地旋转。此旋转使电极2405g处的电容增大或减小ΔC，如上文参考图25和27所描述的。由于该旋转，结果产生了与ΔC成比例的相应的面外加速度输出信号。应力隔离狭缝2720a可有助于使加速度测量对薄膜、基板和/或封装中的应力减敏。
一些加速计实现以电镀挡块为特征，这些电镀挡块对检验质量块和/或挠曲件的运动设置了边界以保护检验质量块和毗邻结构以避免潜在破坏性的超程和静摩擦。例如，参考图28，可在基板2401上围绕加速计2400a的周界制造柱子，以限制加速计2400a的x和/或y位移。可在加速计2500a下方形成类似结构，以防止加速计2500a接触电极2405c、电极2405d或基板2101。此类实现由此提高了可靠性和耐冲击性。这些特征可在用于制造检验质量块和挠曲件的相同光刻和电镀工艺期间制造。
图30示出描绘由可用于形成加速计或陀螺仪的各种材料实现的相对灵敏度的图表。图表3000中所指示的相对灵敏度是基于具有相同拓扑但不同材料的传感器的理论比较，并且被归一化到由硅制成的传感器的灵敏度。曲线3005指示，使用电镀镍合金作为结构材料可产生比对具有相同设计的器件使用硅作为结构材料（假定两个器件的尺寸相同）大近似三倍的灵敏度。图表3000的数据点是基于对检验质量块和挠曲件使用相同材料的假定。波速被定义为(杨氏模量/质量密度)的平方根。对于给定惯性力，低杨氏模量提供大位移，而对于给定加速度，高质量密度提供大惯性力。
图31A示出梳指状加速计的示例。梳指状加速计也称为交指式电容器加速计或梳状驱动加速计。梳指状加速计3100包括部件3102a和3102b，其上分别部署有电极“指（finger）”3105a和3105b。在此示例中，部件3102a是被约束为基本上沿x轴移动的可移动部件。当部件3102a朝静止部件3102b移动时，指3105a与3105b之间的交迭增加。相应地，部件3102a在正x方向上的运动导致指3105a与3105b之间的电容增加。
图31B是描绘梳状驱动加速计和基于SLOT的加速计的性能的图表。可在图31B中观察到改变牺牲间隙高度和检验质量块厚度对基于电容性SLOT的加速计和基于梳指的加速计的灵敏度的相对影响。曲线3115对应于插图3155的基于梳指的加速计，而曲线3120对应于插图3160的基于梳指的加速计。插图3155和3160描绘了基于梳指的加速计的横截面视图，其中这些指被示为位于基板上方。插图3155和3160还示出了指3105a和3105b的尺寸和间距的示例。曲线3125对应于插图3165的基于SLOT的加速计，以及曲线3130对应于插图3170的基于SLOT的加速计。
所得图表3110指示所公开的SLOT换能器拓扑不需要高纵横比结构特征就能达成高灵敏度。此外，随着特征大小的增大，基于SLOT的加速计实现获得赶超梳状驱动器件的效率。横轴上所指示的最小横向特征大小在梳指类型加速计的情况下指的是指宽度和间距，并且在基于SLOT的加速计的情况下指的是槽宽度。纵轴上的具体比例因子是指加速计响应于检验质量块的100nm横向平移每单位面积的电容变化。对于相对较大的最小横向特征大小（这里是指最小横向特征大小大于6微米），基于SLOT的加速计的两个示例皆提供比梳指状加速计更大的每单位面积电容变化。具有1微米间隙的基于SLOT的加速计对于所有所描绘的最小横向特征大小均提供较大的每单位面积电容变化。
图32示出描绘具有各种深度的槽（包括其中槽完全延伸穿过检验质量块的贯穿槽）的基于SLOT的加速计的性能的图表。曲线3205、3210、3215和3220对应于插图3250，该插图中检验质量块包括盲槽，其中该槽延伸以部分地穿进检验质量块中。曲线3205、3210、3215和3220对应于此类盲槽的渐增的深度。曲线3225对应于插图3260，其中检验质量块包括贯穿槽。
如图32中所解说的，可通过用盲槽取代检验质量块中的贯穿槽来增强一些基于SLOT的面内加速计的性能。用并未完全延伸穿过检验质量块的槽取代完全延伸穿过检验质量块的槽可减小所需电镀纵横比（槽的高宽比）。对于给定的传感器面积，增大检验质量块面密度可提高灵敏度。因此，对于给定的面积，具有相对较浅的槽也可提高加速计灵敏度。根据仿真已经确定，若充气沟槽的深度是检验质量块与底下的电极之间的间隙深度的至少两倍，则实质上不损失灵敏度（ΔC/Δx）。灵敏度随着可任选的沟槽填充电介质的介电常数增大而减小。
图33示出给出涉及在移动设备中使用一个或多个陀螺仪或加速计的方法3300的各阶段的梗概的流程图的示例。一些此类移动设备的组件在下文参考图47A和47B来描述。这些移动设备可包括显示器、配置成与该显示器通信的处理器、以及配置成与该处理器通信的存储器设备。处理器可配置成处理图像数据。
然而，处理器（和/或另一此类组件或设备）还可配置成用于与一个或多个加速计和/或陀螺仪通信。处理器可配置成处理和分析陀螺仪数据和/或加速计数据。在一些实现中，移动设备可包括加速计和陀螺仪，这些加速计和陀螺仪合而提供惯性传感器，该惯性传感器响应于与六个自由度（包括三个线性自由度和三个旋转自由度）相对应的移动。
在框3301中，处理器可控制显示器进行正常的显示操作。当检测到角旋转或线性加速度时（框3305），可将陀螺仪数据和/或加速计数据提供给处理器（框3310）。在框3315中，处理器确定是否对该陀螺仪数据和/或加速计数据作出响应。例如，处理器可决定，除非陀螺仪数据和/或加速计数据指示角旋转或线性加速度大于预定加速度阈值水平，否则将不做出响应。若陀螺仪数据和/或加速计数据并未指示大于预定阈值的值，则处理器可根据用于正常显示操作的规程来控制显示器，例如，如上文参考图2至5B所描述的。
然而，若陀螺仪数据和/或加速计数据的确指示大于该预定阈值的值（或者若处理器根据另一准则确定需要响应），则处理器将至少部分地根据该陀螺仪数据和/或加速计数据来控制显示器（框3320）。例如，处理器可根据加速计数据来控制显示器的状态。处理器可配置成确定加速计数据是否指示例如移动设备已掉落或正掉落。处理器可进一步配置成在加速计数据指示显示器已掉落或正掉落时控制显示器的状态以防止或减轻损坏。
若加速计数据指示移动设备已掉落，则处理器还可将此类加速计数据保存在存储器中。处理器还可配置成在加速计数据指示移动设备已掉落时保存与该加速计数据相关联的时间数据。例如，移动设备还可包括网络接口。处理器可配置成经由该网络接口从时间服务器获得该时间数据。替换地，移动设备可包括内部时钟。
替换地或附加地，处理器可配置成根据加速计和/或陀螺仪数据来控制游戏的显示。例如，加速计和/或陀螺仪数据可源自于用户在玩游戏期间与该移动设备的交互。用户的交互可以例如响应于正在显示器上呈现的游戏图像。
替换地或附加地，处理器可配置成根据陀螺仪或加速计数据来控制显示器的取向。处理器例如可确定用户已将移动设备旋转至新的设备取向，并且可根据该新的设备取向来控制显示器。当移动设备的不同部分正面向上时，处理器可决定所显示图像应根据该移动设备的旋转或方向而重新取向。
处理器随后可确定过程3300是否将继续（框3325）。例如，处理器可确定用户是否已将该设备断电、该设备是否由于已有预定时长没有用户输入而应当进入“睡眠模式”、等等。若过程3300的确继续，则过程3300随后可返回至框3301。否则，该过程将结束（框3330）。
现在将参考图34至40C描述用于制造加速计和相关装置的工艺的示例。图34示出提供制造加速计的方法的概览的流程图的示例。图35A至39B示出在制造工艺期间各个阶段的穿过基板、加速计的一部分以及用于封装该加速计并作出与该加速计的电连接的结构的各部分的横截面的示例。图40A至40C示出在形成包括MEMS管芯和集成电路的器件的工艺中的各个框的示例横截面视图。
参考图34，将描述方法3400的一些操作。方法3400的工艺流程允许在例如有能力在大面积基板（诸如，大面积玻璃面板）上构建MEMS器件（或类似器件）的设施厂处执行第一组操作。此类设施厂可以是例如具有在1100mm×1300mm基板上制造器件的能力的第5代“制造厂（fab）”或具有在1500mm×1850mm基板上制造器件的能力的第6代制造厂。
相应地，在框3401中，在大面积基板（其在此示例中是大面积玻璃基板）上形成穿通（pass-through）金属化和加速计电极。在框3405中，在该大面积基板上形成加速计的多个特征以及相关结构。在一些实现中，可在单个大面积基板上形成几十万个或以上的此类器件的特征。在一些实现中，加速计和陀螺仪可具有在一侧上小于约1mm至在一侧上约3mm或以上的管芯大小。相关结构可包括例如电极、电焊盘、用于包封的结构（诸如，密封环结构）等。下文将参考图35A至38D描述此类工艺的示例。
在图34的框3410中，对该经部分制造的加速计和其它器件进行针对后续电镀工艺的制备。如下文参考图38A所描述的，框3410可涉及沉积晶种层（诸如，镍、镍合金、铜、或铬/金）以及形成高纵横比光刻材料厚层以供后续电镀。
根据方法3400，这些加速计和其它结构仅部分地制造在大面积玻璃基板上。这种部分制造的一个原因是当前只有少数能加工甚至第4代或第5代基板大小的电镀设施厂。然而，存在许多能处置诸如第2代基板（350mm×450mm）等较小基板的电镀设施厂。因此，在框3415中，将其上已部分制造加速计和其它结构的大面积玻璃基板划分成子面板以进行电镀工艺。
在框3420中，执行电镀工艺。下文参考图38B来描述这些工艺。在一些实现中，电镀工艺可涉及沉积每个加速计的检验质量块、框架、锚和其它结构的金属的绝大部分。该高纵横比光刻材料随后可被移除，并且牺牲材料可被移除以使每个加速计的检验质量块和框架脱模（框3425）。这些操作的示例在下文参考图38C和38D来描述。
框3430涉及可任选的加速计包封（encapsulation）、以及切单（singulation）（例如，通过划片（dicing））和其它工艺。在一些实现中，方法3400可涉及将集成电路附连至经包封加速计、形成与另一基板的电连接、模制和切单。这些工艺在下文参考图39A至40C来描述。
现在参考图35A，将更详细地描述制造加速计的工艺。图35A描绘了穿过大面积基板3505（其在此示例中是玻璃基板）的一小部分（例如，在几毫米的数量级上）的横截面。在此阶段，已在大面积基板3505上沉积了金属化层3510，诸如铬（Cr）/金（Au）层。可代替Cr和/或Au使用其它导电材料，诸如铝（Al）、钛（Ti）、钽（Ta）、氮化钽（TaN）、铂（Pt）、银（Ag）、镍（Ni）、掺杂硅或TiW中的一者或多者。
金属化层3510随后可被图案化和蚀刻，例如，如图35B中所示的。在此示例中，金属化层3510的中心部分已被图案化和蚀刻以形成电极区域3510b，其将形成加速计的部分。加速计和/或其它器件可例如被密封在形成于金属化区域3510a之间的腔内。金属化区域3510a可形成从此类封装内部至该封装外部的“穿通”电连接。金属化区域3510a还可允许在这些器件与该封装外部的其它器件之间作出电连接。
图35C描绘在金属化层3510上方沉积的介电层3515。介电层3515（其可以是SiO2SiON、Si3N4或另一合适的电介质）随后可被图案化和蚀刻以形成穿过介电层3515至金属化区域3510a的开口3605a、3605b、3605c和3605d（参见图36A）。
在图36B中所描绘的阶段，已将金属化层3610沉积在介电层3515上并沉积到开口3605a、3605b、3605c和3605d中。金属化层3610可由任何恰适的导电材料形成，诸如Cr、Au、Al、Ti、Ta、TaN、Pt、Ag、Ni、掺杂硅或TiW。
金属化层3610随后被图案化和蚀刻，如图36C中所示。结果，引线区域3615a和3615b暴露在介电层3515的表面之上且被配置成用于实现与金属化区域3510a的电连通性。类似地，加速计基区3625a和3625b（其在一些实现中可以是锚区）也留在介电层3515的表面之上且被配置成用于实现与金属化区域3510a的电连通性。密封环区域3620a和3620b也可位于介电层3515的表面之上，但不电连接至金属化区域3510a。在图36D中所示的阶段，已从电极区域3510b移除了介电层3515。
图37A解说一阶段，该阶段之后已沉积了牺牲层3705。在该示例中，牺牲层3705由MoCr形成，但也可将其它材料（诸如Cu）用于牺牲层3705。图37B解说该工艺在牺牲层3705已被图案化和蚀刻之后的阶段。在该阶段，暴露引线区域3615a和3615b、密封环区域3620a和3620b、以及加速计基区3625a和3625b。牺牲层3705的一部分留在电极区域3510b上方。
随后对该经部分制造的加速计和相关结构进行针对电镀的制备。在一些实现中，可在电镀工艺之前沉积电镀晶种层，如上文所描述的。该晶种层可以例如通过溅镀工艺来形成，并且可由镍、镍合金（诸如，镍铁、镍钴或镍锰）、铜、或铬/金形成。如图38A中所示，在随后将不在其上电镀金属的区域上方形成高纵横比光刻材料3805（诸如，光致抗蚀剂）厚层。高纵横比光刻材料3805可通过光掩模而选择性地暴露且被显影以形成模子，该模子将界定随后在电镀工艺期间通过该模子电镀起来的金属结构的形状。根据一些实现，高纵横比光刻材料3805层是数十微米厚，例如10至50微米厚或以上。在其它实现中，取决于例如加速计的期望配置，高纵横比光刻材料3805层可以更厚或更薄。高纵横比光刻材料3805可以是各种市售高纵横比光刻材料中的任一种，诸如由Micro-Chem提供的KMPR光致抗蚀剂或由DuPont
Figure BDA00002658923300432
提供的MTFTMWBR2050光致抗蚀剂。
高纵横比光刻材料3805厚层可形成在引线区域3615a和3615b、密封环区域3620a和3620b上方，以及形成在仍留着的牺牲层3705部分的选定区域上方。这些选定区域是牺牲层3705的将不被电镀的区域。间隙3810暴露加速计基区3625a和3625b、以及牺牲层3705上方的其它区域。
可在电镀工艺之前将其上已部分地形成上述结构的大面积基板划分成较小的子面板。在该示例中，将大面积玻璃基板划线并断开，但可以用任何恰适方式（诸如，通过锯切或划片）来划分该大面积玻璃面板。
图38B描绘已在由高纵横比光刻材料3805形成的结构之间的区域中电镀了厚金属层3815之后的该装置。在一些实现中，厚金属层3815可以是数十微米厚，例如5至50微米厚。在其它实现中，取决于例如加速计的期望配置，厚金属层3815可以更厚或更薄。在该示例中，厚金属层3815由镍合金形成，但在其它实现中，厚金属层3815可由电镀镍、无电镀镍、CoFe、基于Fe的合金、NiW、NiRe、PdNi、PdCo或其它电镀材料形成。在一些实现中，可在厚金属层3815上沉积薄金层，主要用于抗腐蚀。
图38C描绘厚金属层3815的沉积和高纵横比光刻材料3805的移除。移除高纵横比光刻材料3805暴露了引线区域3615a和3615b、密封环区域3620a和3620b、以及暴露牺牲层3705的选定区域。牺牲层3705随后可被蚀刻，例如针对钼或钼铬（molychrome）牺牲层使用XeF2或针对铜牺牲层使用铜蚀刻剂通过湿法蚀刻工艺或等离子体蚀刻工艺来蚀刻，以使加速计3850的可移动区域3840脱模（参见图38D）。例如，可通过使用过氧化氢与乙酸的组合物、或通过使用印刷电路板行业中常用的氨铜（ammoniacal Cu）蚀刻剂来完成对Cu的湿法蚀刻以选择性地蚀刻Cu而不蚀刻镍合金、Cr或Au。可移动区域3840可包括例如检验质量块和/或框架，诸如上文所描述的检验质量块和/或框架。在加速计3850的操作期间，间隙3860的运动可引发由电极3510b检测到的电容变化。
图39A解说根据一个示例的后续包封工艺的结果。此处，已将盖子3905附连至密封环区域3620a和3620b以包封加速计3850。在一些实现中，盖子3905可以是玻璃盖、金属盖等。盖子3905可以是在另一基板上形成的多个盖子之一。在该示例中，该盖子包括可在加速计3850周围形成包围的多个盖部3905a。在该示例中，盖部3905a由盖区3905b连接。可例如通过焊接或共晶接合工艺、或者通过黏合剂（诸如，环氧树脂）将盖部3905a附连至密封环区域3620a和3620b。在一些实现中，盖部3905a可完全围绕加速计3850，而在其它实现中，盖部3905a可仅部分地围绕加速计3850。在该示例中，引线区域3615a和3615b留在由盖子3905包围的区域之外，从而允许方便地电连接至加速计3850。
在一些实现中，可移除盖子3905的各部分。例如，可移除盖区3905b的至少一部分（例如通过划片工艺）以允许更方便地访问引线区域3615a和3615b（参见图39B）。如期望，也可减小结果所得的经包封加速计3910的厚度。在该示例中，使用化学-机械整平（CMP）工艺来使基板3505变薄。在一些实现中，可使经包封加速计3910变薄至小于1mm的总厚度，以及更具体地为0.7mm或更薄。结果所得的经包封加速计3910可（例如通过划片）来被切单。
图40A描绘通过将经包封加速计3910与集成电路4005相组合并将这两个器件均附连至另一基板4015（其在该示例中是印刷电路板）来形成的装置。在该解说中，通过焊接工艺（见焊料层4010）将集成电路4005附连至经包封加速计3910。类似地，通过焊接工艺（见焊料层4020）将经包封加速计3910附连至基板4015。替换地，可通过黏合剂（诸如，环氧树脂）将集成电路4005附连至加速计3910。
图40B描绘线接合4025，其用于作出集成电路4005与经包封加速计3910之间的电连接、以及经包封加速计3910与基板4015之间的电连接。在替换实现中，经包封加速计3910可包括穿过基板3905的通孔，其配置成通过表面安装来形成电连接。
在图40C中所描绘的阶段，集成电路4005和经包封加速计3910已用保护材料4030进行了包封，该保护材料4030可以是介电材料（诸如聚合物）、注模材料（诸如液晶聚合物（LCP）、SiO2或SiON）。在该示例中，基板4015包括配置成用于安装到印刷电路板或其它装置上的电连接器4035。因此，结果所得的封装4040配置成用于实现表面安装技术。
现在将参考图41至46B描述用于制造陀螺仪和相关装置的工艺的示例。图41示出提供用于制造陀螺仪和相关结构的工艺的概览的流程图的示例。图42A至46B示出在图41中给出梗概的工艺期间各个阶段的穿过基板、陀螺仪的一部分以及用于封装该陀螺仪并作出与该陀螺仪的电连接的结构的各部分的横截面的示例。
参考图41，将描述方法4100的一些操作。方法4100的工艺流程允许在有能力在大面积基板（诸如，大面积玻璃面板）上构建MEMS和类似器件的设施厂处执行第一组操作。此类设施厂可以是例如第5代制造厂或第6代制造厂。相应地，在框4105中，在大面积基板上形成大量陀螺仪特征和相关结构。例如，可在大面积基板上制造几十万或更多此类结构。这些相关结构可包括例如电极、电焊盘、用于包封的结构（诸如，密封环结构）等。下文将参考图42A至44B描述此类工艺的示例。
在图41的框4110中，对该经部分制造的陀螺仪和其它器件进行针对后续电镀工艺的制备。如下文参考图44B和44C所描述的，框4110可涉及电镀晶种层沉积和高纵横比光刻材料（诸如，光致抗蚀剂）厚层的形成。
根据方法4100，陀螺仪和其它结构仅部分地制造在大面积玻璃基板上。这种部分制造的一个原因是当前只有少数能加工第4代或第5代基板大小的电镀设施厂。然而，存在许多能处置较小基板（诸如第2代基板）的电镀设施厂。因此，在框4115中，将其上已部分制造了陀螺仪和其它结构的大面积玻璃基板划分成子面板以用于电镀规程。
在框4120中，将执行电镀工艺。下文参考图45A来描述这些工艺。在一些实现中，电镀工艺可涉及沉积每个陀螺仪的检验质量块、框架和其它结构的金属的绝大部分。该高纵横比光刻材料随后可被移除，并且牺牲材料可被移除以使每个陀螺仪的检验质量块和框架脱模（框4125）。这些操作的示例在下文参考图45B和46A来描述。
框4130可涉及陀螺仪包封、以及切单（例如，通过划片）和其它工艺。下文参考图46B来描述这些工艺。
图42A描绘了穿过大面积基板4200（其在该示例中是玻璃基板）的横截面。大面积玻璃基板4200上沉积有金属化层4205，其在该示例中是Cr/Au层。可代替铬和/或金使用其它导电材料，诸如Al、TiW、Pt、Ag、Ni、镍与Co、Fe或Mn的合金（nickel alloys in Co,Fe or Mn）、Ti/Au、Ta/Au或掺杂硅。金属化层4205可被图案化和蚀刻，例如，如图42A中所示的。金属化层4205可用于形成从密封环内部至密封环外部的“穿通”电连接。陀螺仪和/或其它器件可例如被密封在封装内部的腔内。金属化层4205允许在这些器件与该封装外部的其它器件之间作出电连接。
图42B描绘沉积在金属化层4205上方的介电层4215，诸如SiO2、SiON或其它介电材料。介电层4215随后可被蚀刻以形成穿过介电层4215至金属化层4205的开口4220a、4220b和4220c。
图42C解说一阶段，该阶段之后已沉积了牺牲层4225。在该示例中，牺牲层4225由MoCr形成，但可将其它材料（诸如，铜或者沉积的非晶或多晶硅）用于牺牲层4225。图42D解说在牺牲层4225已被图案化和蚀刻之后留下的牺牲层4225区域。
图43A解说一阶段，在该阶段之后已在牺牲层4225上沉积了介电层4305。此外，介电层4305已被图案化和蚀刻。在图43B中，金属化层4310然后被沉积、图案化和蚀刻。在该示例中，金属化层4310与锚区域4315中的金属化层4205接触。
在图43C中示出已沉积、图案化和蚀刻的压电薄膜4320的示例。在该示例中，压电薄膜4320由氮化铝形成，但可使用其它压电材料，诸如ZnO或锆钛酸铅（PZT）。在图43D中，金属化层4325被沉积、图案化和蚀刻。此处，金属化层4325形成电极4330的顶层，取决于实现，该电极可以是压电驱动电极或压电感测电极。
图44A示出已沉积、图案化和蚀刻的介电层4405的示例。在该阶段期间，介电层4405已从图44A中所示的绝大部分区域被移除，其中锚区域4315和毗邻于电极4330的区域除外。
在该阶段，可对该经部分制造的陀螺仪组件和相关结构进行针对一个或多个电镀工艺的制备。图44B示出可在电镀工艺之前沉积的电镀晶种层4405（诸如，镍、镍合金、铜、或铬/金）的示例。如图44C中所描绘的，在沉积了电镀晶种层4405之后，可在检验质量块区域4415与框架区域4420之间形成高纵横比光刻材料4410厚层（诸如，厚光致抗蚀剂）。根据一些实现，高纵横比光刻材料4410层是几十微米厚，例如40至50微米厚。在其它实现中，取决于例如陀螺仪的期望配置，高纵横比光刻材料4410层可以更厚或更薄。高纵横比光刻材料4410可以是各种市售高纵横比光刻材料中的任一种，诸如由Micro-Chem提供的KMPR
Figure BDA00002658923300471
光致抗蚀剂或由DuPont
Figure BDA00002658923300472
提供的MTFTM WBR2050光致抗蚀剂。也可在框架区域4420与密封环区域4425之间、以及在密封环区域4425与电焊盘区域4430之间形成高纵横比光刻材料4410厚层。高纵横比光刻材料4410可用合适的光掩模来暴露并被显影以界定随后形成的电镀金属结构的形状。
如上所述，可在电镀工艺之前将其上已部分地形成上述结构的大面积基板划分成较小的子面板。在该示例中，将大面积玻璃基板划线并断开，但可以用任何恰适方式（诸如，通过划片）来划分该大面积玻璃基板。
如图45A中所示，可在高纵横比光刻材料4410之间的区域中电镀厚金属层4505。在此示例中，厚金属层4505由镍合金形成，但在其它实现中，厚金属层4505可由镍或其它电镀金属合金（诸如钴铁、镍-钨、钯-镍或钯-钴）形成。此处，在厚金属层4505上沉积薄金层4510，主要用于抵挡对厚金属层4505的腐蚀。也可通过电镀工艺来形成金层4510。
如图45B中所描绘的，在已沉积这些金属层之后，可从已沉积厚金属层4505的区域之间移除高纵横比光刻材料4410。移除高纵横比光刻材料4410暴露晶种层4405的部分，这些部分随后可被蚀刻掉以暴露牺牲材料4225。图46A描绘例如通过湿法蚀刻工艺或等离子体蚀刻工艺来蚀刻掉牺牲材料4225，以使检验质量块4605和框架4610脱模。
图46B解说根据一个示例的包封工艺的结果。此处，已将盖子4615附连至密封环4620以包封陀螺仪4625。在一些实现中，盖子4615可以是玻璃盖、金属盖等。例如，可通过焊接工艺或通过黏合剂（诸如，环氧树脂）将盖子4615附连至密封环4620。电焊盘4630留在由盖子4615包封的区域之外，从而允许经由金属化层4205方便地电连接至陀螺仪4625。
由制造工艺的此示例所产生的陀螺仪4625可例如对应于图12中所示且在上文描述的驱动框架x轴陀螺仪1200。陀螺仪4625的锚4635可对应于图12中所示的中心锚1205。电极4330可对应于图12中所示的驱动电极1215。检验质量块4605可对应于图12的驱动框架1210，而框架4610可对应于图12的检验质量块1220。
作为另一示例，陀螺仪4625可对应于图20A及其后诸图中所示的z轴陀螺仪2000。陀螺仪4625的锚4635可对应于图20A及其后诸图中所示的中心锚2005。电极4330可对应于感测电极2020a-d之一。检验质量块4605可对应于图20A的感测框架2010，而框架4610可对应于图20A的驱动框架2030。
尽管已分开描述了制造陀螺仪和加速计的工艺，但是若期望，可在同一大面积基板上形成大量的这两种类型的器件。例如，可通过使用这些用于制造陀螺仪的工艺的子集来形成本文中所描述的加速计。例如，本文中所描述的加速计不需要压电驱动电极或压电感测电极。相应地，当制造此类加速计时，不需要压电层。若正在同一大面积基板上制造加速计和陀螺仪，则可在正沉积、图案化和蚀刻压电层时将（诸）加速计部分用掩模遮蔽掉。
在一些实现中，对于本文中所描述的陀螺仪和加速计的制造可使用不同厚度的牺牲材料。例如，在一些实现中，加速计电极与检验质量块之间的间隙可能大于检验质量块与陀螺仪的金属化层之间的间隙。在使用铜作为牺牲材料的一些实现中，可通过仅在正制造加速计的那些区域中的铜晶种层上电镀铜来产生此牺牲层厚度差。
在一些陀螺仪实现中，陀螺仪可被包封在真空中，而加速计不需要被包封在真空中。在一些实现中，在经包封加速计中具有气体实际上可能是有益的，因为其提供阻尼。因此，在一些实现中，当在大面积基板上制造陀螺仪和加速计两者时，可使用两种不同的包封工艺。一种包封工艺可基本上在真空中执行，而另一种包封工艺将不在真空中执行。在其它实现中，可基本上在真空中执行单个包封工艺。可在此工艺期间使经包封加速计保持部分敞开，以使得气体随后可进入经包封加速计的封装。若期望，可在后续工艺期间将加速计的封装完全封闭（例如，用焊料）。
图47A和47B示出解说包括多个干涉测量调制器的显示设备40的系统框图的示例。显示设备40可以是例如蜂窝或移动电话。然而，显示设备40的相同组件或其稍有变动的变体也解说诸如电视、电子阅读器和便携式媒体播放器等各种类型的显示设备。
显示设备40包括外壳41、显示器30、天线43、扬声器45、输入设备48、以及话筒46。外壳41可由各种各样的制造工艺（包括注模和真空成形）中的任何制造工艺来形成。另外，外壳41可由各种各样的材料中的任何材料制成，包括但不限于：塑料、金属、玻璃、橡胶、和陶瓷、或其组合。外壳41可包括可拆卸部分（未示出），其可与具有不同颜色、或包含不同徽标、图片或符号的其它可拆卸部分互换。
显示器30可以是各种各样的显示器中的任何显示器，包括双稳态显示器或模拟显示器，如本文中所描述的。显示器30也可配置成包括平板显示器（诸如，等离子体、EL、OLED、STN LCD或TFT LCD）、或非平板显示器（诸如，CRT或其它电子管设备）。另外，显示器30可包括干涉测量调制器显示器，如本文中所描述的。
在图47B中示意性地解说显示设备40的组件。显示设备40包括外壳41，并且可包括至少部分地封闭于其中的附加组件。例如，显示设备40包括网络接口27，该网络接口27包括耦合至收发器47的天线43。收发器47连接至处理器21，该处理器21连接至调理硬件52。调理硬件52可配置成调理信号（例如，对信号滤波）。调理硬件52连接至扬声器45和话筒46。处理器21还连接至输入设备48和驱动器控制器29。驱动器控制器29耦合至帧缓冲器28并且耦合至阵列驱动器22，该阵列驱动器22进而耦合至显示器阵列30。电源50可如该特定显示设备40设计所要求地向所有组件供电。
网络接口27包括天线43和收发器47，从而显示设备40可经由网络与一个或多个设备通信。网络接口27也可具有一些处理能力以减轻例如对处理器21的数据处理要求。天线43可发射和接收信号。在一些实现中，天线43根据IEEE 16.11标准（包括IEEE 16.11(a)、(b)或(g)）或IEEE 802.11标准（包括IEEE802.11a、b、g或n）来发射和接收RF信号。在一些其它实现中，天线43根据蓝牙标准来发射和接收RF信号。在蜂窝电话的情形中，天线43设计成接收码分多址（CDMA）、频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、全球移动通信系统（GSM）、GSM/通用分组无线电服务（GPRS）、增强型数据GSM环境（EDGE）、地面集群无线电（TETRA）、宽带CDMA（W-CDMA）、演进数据优化（EV-DO）、1xEV-DO、EV-DO修订版A、EV-DO修订版B、高速分组接入（HSPA）、高速下行链路分组接入（HSDPA）、高速上行链路分组接入（HSUPA）、演进高速分组接入（HSPA+）、长期演进（LTE）、AMPS、或用于在无线网络（诸如，利用3G或4G技术的系统）内通信的其它已知信号。收发器47可预处理从天线43接收的信号，以使得这些信号可由处理器21接收并进一步操纵。收发器47也可处理从处理器21接收的信号，以使得可从显示设备40经由天线43发射这些信号。处理器21可配置成例如经由网络接口27从时间服务器接收时间数据。
在一些实现中，收发器47可由接收器代替。另外，网络接口27可由图像源代替，该图像源可存储或生成要发送给处理器21的图像数据。处理器21可控制显示设备40的整体操作。处理器21接收数据（诸如来自网络接口27或图像源的经压缩图像数据），并将该数据处理成原始图像数据或处理成容易被处理成原始图像数据的格式。处理器21可将经处理数据发送给驱动器控制器29或发送给帧缓冲器28以进行存储。原始数据通常是指标识图像内每个位置处的图像特性的信息。例如，此类图像特性可包括色彩、饱和度和灰度级。
处理器21可包括微控制器、CPU、或用于控制显示设备40的操作的逻辑单元。调理硬件52可包括用于将信号传送至扬声器45以及用于从话筒46接收信号的放大器和滤波器。调理硬件52可以是显示设备40内的分立组件，或者可被纳入在处理器21或其它组件内。
在一些实现中，显示设备40可包括一个或多个陀螺仪和/或加速计75。此类陀螺仪和/或加速计75可以例如是基本上如本文中所描述的且可根据本文中所描述的工艺来制作。陀螺仪和/或加速计75可配置成用于与处理器21通信，以将陀螺仪数据或加速计数据提供给处理器21。相应地，显示设备40可以能够执行上述方法中与陀螺仪数据和/或加速计数据的使用相关的一些方法。此外，可将此类数据存储在显示设备40的存储器中。
驱动器控制器29可直接从处理器21或者可从帧缓冲器28取由处理器21生成的原始图像数据，并且可适当地重新格式化该原始图像数据以用于向阵列驱动器22的高速传输。在一些实现中，驱动器控制器29可将原始图像数据重新格式化成具有类光栅格式的数据流，以使得其具有适合跨显示器阵列30进行扫描的时间次序。然后，驱动器控制器29将经格式化的信息发送至阵列驱动器22。虽然驱动器控制器29（诸如，LCD控制器）往往作为自立的集成电路（IC）来与系统处理器21相关联，但此类控制器可用许多方式来实现。例如，控制器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、或完全与阵列驱动器22硬件地集成在一起。
阵列驱动器22可从驱动器控制器29接收经格式化的信息并且可将视频数据重新格式化成一组并行波形，这些波形被每秒许多次地施加至来自显示器的x-y像素矩阵的数百条且有时是数千条（或更多）引线。
在一些实现中，驱动器控制器29、阵列驱动器22、以及显示器阵列30适用于本文中所描述的任何类型的显示器。例如，驱动器控制器29可以是常规显示器控制器或双稳态显示器控制器（例如，IMOD控制器）。另外，阵列驱动器22可以是常规驱动器或双稳态显示器驱动器（例如，IMOD显示器驱动器）。此外，显示器阵列30可以是常规显示器阵列或双稳态显示器阵列（例如，包括IMOD阵列的显示器）。在一些实现中，驱动器控制器29可与阵列驱动器22集成在一起。此类实现在诸如蜂窝电话、手表和其它小面积显示器等高度集成系统中是常见的。
在一些实现中，输入设备48可配置成允许例如用户控制显示设备40的操作。输入设备48可包括按键板（诸如，QWERTY键盘或电话按键板）、按钮、开关、摇杆、触敏屏幕、或压敏或热敏膜。话筒46可配置成作为显示设备40的输入设备。在一些实现中，可使用通过话筒46的语音命令来控制显示设备40的操作。
电源50可包括本领域公知的各种各样的能量储存设备。例如，电源50可以是可再充电电池，诸如镍镉电池或锂离子电池。电源50也可以是可再生能源、电容器或太阳能电池，包括塑料太阳能电池或太阳能电池涂料。电源50也可配置成从墙上插座接收功率。
在一些实现中，控制可编程性驻留在驱动器控制器29中，驱动器控制器29可位于电子显示器系统中的若干个地方。在一些其它实现中，控制可编程性驻留在阵列驱动器22中。上述优化可以用任何数目的硬件和/或软件组件并在各种配置中实现。
结合本文中所公开的实现来描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。硬件与软件的这种可互换性已以功能性的形式作了一般化描述,并在上文描述的各种解说性组件、框、模块、电路、和过程中作了解说。此类功能性是以硬件还是软件来实现取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。
用于实现结合本文中所公开的方面描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理装置可用通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。在一些实现中，特定过程和方法可由专门针对给定功能的电路系统来执行。
在一个或多个方面，所描述的功能可以用硬件、数字电子电路系统、计算机软件、固件（包括本说明书中所公开的结构及其结构等效物）或其任何组合来实现。本说明书中所描述的主题内容的实现也可实现为一个或多个计算机程序，即，编码在计算机存储介质上以供数据处理装置执行或用于控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。
结合本文中所公开的实现来描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块、电路和算法过程可实现为电子硬件、计算机软件、或这两者的组合。硬件与软件的这种可互换性已以其功能性的形式作了一般化描述，并在上文描述的各种解说性组件、框、模块、电路、和过程中作了解说。此类功能性是以硬件还是软件来实现取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。
用于实现结合本文中所公开的方面描述的各种解说性逻辑、逻辑块、模块和电路的硬件和数据处理装置可用通用单芯片或多芯片处理器、数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）、现场可编程门阵列（FPGA）或其他可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本文中描述的功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，或者是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。处理器还可以被实现为计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或更多个微处理器、或任何其他此类配置。在一些实现中，特定过程和方法可由专门针对给定功能的电路系统来执行。
在一个或多个方面，所描述的功能可以用硬件、数字电子电路系统、计算机软件、固件（包括本说明书中所公开的结构及其结构等效物）或其任何组合来实现。本说明书中所描述的主题内容的实现也可实现为一个或多个计算机程序，即，编码在计算机存储介质上以供数据处理装置执行或用于控制数据处理装置的操作的计算机程序指令的一个或多个模块。
如果在软件中实现，则各功能可以作为一条或更多条指令或代码存储在计算机可读介质上或藉其进行传送。本文中所公开的方法或算法的过程可在可驻留在计算机可读介质上的处理器可执行软件模块中实现。计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质两者，其包括可被赋予使计算机程序从一地向另一地转移的能力的任何介质。存储介质可以是可被计算机访问的任何可用介质。作为示例而非限定，此类计算机可读介质可包括RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁存储设备、或能被用来存储指令或数据结构形式的期望程序代码且能被计算机访问的任何其它介质。任何连接也可被正当地称为计算机可读介质。如本文中所使用的盘和碟包括压缩碟（CD）、激光碟、光碟、数字通用碟（DVD）、软盘和蓝光碟，其中盘（disk）往往以磁的方式再现数据而碟（disc）利用激光以光学方式再现数据。以上组合也应被包括在计算机可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可作为代码和指令之一或者代码和指令的任何组合或集合而驻留在可被纳入计算机程序产品中的机器可读介质和计算机可读介质上。
对本公开中描述的实现的各种改动对于本领域技术人员可能是明显的，并且本文中所定义的普适原理可应用于其他实现而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实现，而是应被授予与权利要求书、本文中所公开的原理和新颖性特征一致的最广义的范围。本文中专门使用词语“示例性”来表示“用作示例、实例或解说”。本文中描述为“示例性”的任何实现不必然被解释为优于或胜过其他实现。另外，本领域普通技术人员将容易领会，术语“上”和“下/低”有时是为了便于描述附图而使用的，且指示与取向正确的页面上的附图取向相对应的相对位置，且可能并不反映如所实现的IMOD（或任何其它器件）的正当取向。
本说明书中在分开实现的上下文中描述的某些特征也可组合地实现在单个实现中。相反，在单个实现的上下文中描述的各种特征也可分开地或以任何合适的子组合实现在多个实现中。此外，虽然诸特征在上文可能被描述为以某些组合的方式起作用且甚至最初是如此要求保护的，但来自所要求保护的组合的一个或多个特征在一些情形中可从该组合被切除，且所要求保护的组合可以针对子组合、或子组合的变体。
类似地，虽然在附图中以特定次序描绘了诸操作，但这不应当被理解为要求此类操作以所示的特定次序或按顺序次序来执行、或要执行所有所解说的操作才能达成期望的结果。此外，附图可能以流程图的形式示意性地描绘一个或多个示例过程。然而，未描绘的其它操作可被纳入示意性地解说的示例过程中。例如，可在任何所解说操作之前、之后、同时或之间执行一个或多个附加操作。在某些环境中，多任务处理和并行处理可能是有利的。此外，上文所描述的实现中的各种系统组件的分开不应被理解为在所有实现中都要求此类分开，并且应当理解，所描述的程序组件和系统一般可以一起整合在单个软件产品中或封装成多个软件产品。另外，其它实现也落在所附权利要求书的范围内。在一些情形中，权利要求中叙述的动作可按不同次序来执行并且仍达成期望的结果。

Claims (25)

1.一种陀螺仪，包括：
中心锚；
感测框架，其部署在所述中心锚周围；
多个感测梁，其配置成用于将所述感测框架连接至所述中心锚；
驱动框架，其部署在所述感测框架周围且耦合至所述感测框架，所述驱动框架包括第一侧和第二侧；
多个驱动梁，其部署在所述感测框架的相对侧上，所述驱动梁配置成基本上在所述驱动框架的平面内在沿第一轴的第一方向上驱动所述驱动框架的所述第一侧，所述驱动梁进一步配置成在沿所述第一轴的第二且相反方向上驱动所述驱动框架的所述第二侧；
驱动框架悬挂，其配置成基本上将所述驱动框架的驱动运动限制为沿所述第一轴的基本线性位移的驱动运动；以及
感测框架悬挂，其配置成顺从于绕与所述第一轴正交的第二轴的旋转，所述感测框架悬挂配置成抵抗沿所述第一轴的平移运动。
2.如权利要求1所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测框架是与所述驱动框架的驱动运动基本上解耦的。
3.如权利要求1或权利要求2所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动框架悬挂包括配置成用于将所述感测框架耦合至所述驱动框架的多个挠曲件。
4.如权利要求1至3中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测框架悬挂包括在所述中心锚与所述感测框架之间的多个槽。
5.如权利要求1至4中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述多个感测梁包括从所述中心锚的第一侧沿所述第一轴延伸的第一对感测梁和从所述中心锚的第二侧沿基本上垂直于所述第一轴的第二轴延伸的第二对感测梁，所述中心锚的所述第二侧毗邻于所述中心锚的所述第一侧。
6.如权利要求1至5中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述多个驱动梁包括在所述感测框架的相对侧上的多对驱动梁。
7.如权利要求1至6中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，进一步包括配置成调谐驱动框架运动的谐振频率的静电致动器阵列。
8.如权利要求1至7中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动框架包括沿与所述第一轴基本上垂直的轴形成的多个槽。
9.如权利要求1至8中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动梁和所述感测梁包括压电层。
10.如权利要求1至9中任一项所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测框架和所述驱动框架中的至少一者是至少部分地由电镀金属形成的。
11.如权利要求5所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测框架悬挂包括槽，所述槽：
沿所述第一对感测梁中的第一感测梁延伸；
沿所述中心锚延伸至所述第二对感测梁；并且
沿所述第二对感测梁中的第二感测梁延伸。
12.如权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，所述多对驱动梁沿基本上垂直于所述第一轴的第二轴部署。
13.如权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动梁配置成通过向每一对驱动梁施加反相电压来被致动。
14.如权利要求6所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动框架悬挂包括多个挠曲件，所述多个挠曲件中的每个挠曲件配置成用于将一对驱动梁耦合至所述驱动框架。
15.如权利要求7所述的陀螺仪，其特征在于，所述静电致动器阵列配置成抑制从所述驱动框架向所述感测框架的正交耦合。
16.一种陀螺仪，包括：
中心锚装置；
感测框架装置，其部署在所述中心锚装置周围；
感测梁装置，其用于检测所述陀螺仪的感测运动并且用于将所述感测框架装置连接至所述中心锚装置；
驱动框架装置，其部署在所述感测框架装置周围且耦合至所述感测框架装置，所述驱动框架装置包括第一侧和第二侧；
驱动装置，其用于在所述驱动框架装置的平面内在沿第一轴的第一方向上驱动所述驱动框架的所述第一侧以及用于在沿所述第一轴的第二且相反方向上驱动所述驱动框架的第二侧；
驱动框架悬挂装置，其用于基本上将所述驱动框架装置的驱动运动限制为沿所述第一轴的基本线性位移的驱动运动；以及
感测框架悬挂装置，其用于允许绕与所述第一轴正交的第二轴旋转以及用于抵抗沿所述第一轴的平移运动。
17.如权利要求16所述的陀螺仪，其特征在于，所述驱动装置部署在所述感测框架装置的相对侧上。
18.如权利要求16或权利要求17所述的陀螺仪，其特征在于，所述感测框架装置是与所述驱动框架装置的驱动运动基本上解耦的。
19.一种制造陀螺仪的方法，所述方法包括：
在基板上沉积电极；
形成中心锚；
形成部署在所述中心锚周围的感测框架；
形成多个感测梁，所述感测梁中的每一个感测梁包括压电感测电极，所述感测梁配置成用于将所述感测框架连接至所述中心锚；
形成部署在所述感测框架周围且耦合至所述感测框架的驱动框架，所述驱动框架包括第一侧和第二侧；
形成部署在所述感测框架的相对侧上的多个驱动梁，所述驱动梁配置成在所述驱动框架的平面内在沿第一轴的第一方向上驱动所述驱动框架的所述第一侧，所述驱动梁进一步配置成在沿所述第一轴的第二且相反方向上驱动所述驱动框架的所述第二侧；
形成驱动框架悬挂，其配置成基本上将所述驱动框架的驱动运动限制为沿所述第一轴的基本线性位移的驱动运动；以及
形成感测框架悬挂，其配置成顺从于绕与所述第一轴正交的第二轴的旋转。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，形成所述多个感测梁包括以下步骤：
沉积与所述电极接触的第一金属层；
在所述第一金属层上沉积压电层；
在所述压电层上沉积第二金属层；以及
在所述第二金属层上电镀第三金属层。
21.如权利要求19或权利要求20所述的方法，其特征在于，进一步包括形成所述感测框架悬挂以抵抗沿所述第一轴的运动。
22.如权利要求19至21中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述中心锚的工艺包括：
蚀穿牺牲层以暴露所述第一金属层；
在所述第一金属层上沉积氧化层；
在所述氧化层上形成晶种层；以及
在所述晶种层上电镀所述第三金属层。
23.如权利要求19至22中任一项所述的方法，其特征在于，形成所述感测框架和形成所述驱动框架包括：
在驱动框架区域与感测框架区域之间蚀刻；
在所述驱动框架区域与所述感测框架区域之间沉积高纵横比光致抗蚀剂材料；以及
在所述驱动框架区域和所述感测框架区域中电镀所述第三金属层。
24.如权利要求19至23中任一项所述的方法，其特征在于，进一步包括在所述电镀之前将所述基板分成多个子面板。
25.如权利要求23所述的方法，其特征在于，形成所述感测框架和形成所述驱动框架还包括：
从所述驱动框架区域与所述感测框架区域之间移除所述高纵横比光致抗蚀剂材料；
蚀刻以暴露部署在所述驱动框架和所述感测框架下面的牺牲层；以及
移除所述牺牲层以使所述驱动框架和所述感测框架脱模。
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