MEMS器件、包括MEMS器件的组件，以及操作MEMS器件的方法与流程

mems器件、包括mems器件的组件，以及操作mems器件的方法
技术领域
1.本公开涉及微机电系统(mems)器件。具体地，实施例涉及mems器件、包括mems器件的组件、以及操作mems器件的方法。


背景技术：

2.mems器件可以用许多方式与环境中的气体或液体相互作用。例如，mems器件可用于激发环境中的气体振动。例如，此类mems器件可用于扬声器。mems器件还可以用于识别环境中的气体的振动。例如，此类mems器件可用于麦克风。
3.例如，文献us 2018/194615 a1和us 2018/290883 a1提出了施加势能而可偏转的互锁结构，以将力引入隔膜中，使得隔膜经历偏转。梳状驱动结构布置在隔膜周围。梳状驱动结构被设计为主动致动器，其移出平面以引起隔膜振动。
4.在文献de 102017206766 a1中提出了由微机械致动器驱动的被动元件的平面内移动。在这种情况下，可偏转元件连接至在相对侧的周围基底。相应的可自由移动的端部经由弹性元件或刚性元件连接至板，并且因此可将力传递至板。至少两个这样的板被布置为彼此相对并且横向地封闭穿过基底中的开口连接至周围环境的腔。这样的缺点是，板不适合于足够大的体积。
5.在文献de 102008049647 a1中提出了一种经受移动微镜而在平面中移动的梳状结构。梳指状驱动部件柔性地连接至可移动功能元件。功能元件因此可通过驱动部件变形。可替代地，功能元件的变形可被测量。电极的移动发生在平面中。这样的缺点是偏转需要高电容。
6.文献de 102017220412 a1进一步提出了一种由以梳状方式布置的电极所形成的传感器。此处，第一电极连接至地，并且第二电极连接至周围基底。电极在未偏转的状态下重叠小于35％，但优选小于25％。电极的移动在平面外。
7.期望有一种mems元件，该mems元件允许mems元件的有效面积的增大，以与周围流体(环境流体)相互作用。此外，用于与环境流体相互作用的移动应该是在平面内的，即平面内的。
8.考虑到这一点，一个任务是提供用于与环境流体相互作用的改进的mems结构。


技术实现要素：

9.根据本发明，该任务通过根据独立权利要求的一种mems器件、一种包括该mems器件的组件、以及用于操作该mems器件的方法来解决。在从属权利要求、以下描述以及附图中描述了本发明的其他方面以及进一步的实施例。
10.第一实施例涉及mems器件，mems器件包括层堆叠，该层堆叠具有形成在第一层与第三层之间的至少一个第二层。在第二层中形成腔。该mems器件进一步包括在该腔内横向间隔布置的两个横向可偏转元件。两个横向可偏转元件中的每一个包括连接至该腔的侧壁的对应端部。另外，该mems器件包括连接元件，该连接元件被连接至两个横向可偏转元件，
以便耦合两个横向可偏转元件的移动。多个第一指状物在腔的侧壁上、离散地间隔布置在两个横向可偏转元件之间。进一步地，多个第二指状物在连接元件上、离散地间隔布置在两个横向可偏转元件之间。多个第二指状物与多个第一指状物交错。进一步地，在两个可横向偏转元件变形时，多个第二指状物相对于多个第一指状物横向可移位，使得多个第一指状物和多个第二指状物在腔内限定多个体积可变的子腔。多个子腔中的每一个经由相应的开口与mems器件的环境流体接触。在多个子腔中的相邻子腔的情况下，相邻子腔中的一个子腔的相应开口形成在第一层、第二层和第三层中与相邻子腔中的另一个子腔的开口不同的层中。
11.进一步地，第二实施例涉及一种包括如本文描述的多个mems器件的组件。此外，该组件包括控制电路，该控制电路被配置成用于向多个mems器件的至少一部分的横向可偏转元件提供至少第一势能，以便使相应横向可偏转元件作为致动器运行以影响环境流体。替代地或附加地，该组件包括测量电路，该测量电路被配置成用于测量多个mems器件的至少一部分的相应横向可偏转元件的第二势能，以便使相应横向可偏转元件作为用于环境流体的传感器运行。
12.第三实施例涉及如本文描述的操作mems器件的第一方法。该方法包括：在第一时间间隔期间，通过施加势能以增大相邻子腔中的一个子腔的体积并且减小相邻子腔中的另一个子腔的体积，使两个可横向偏转元件在第一方向上横向变形，以影响环境流体。进一步地，该方法包括：在第二时间间隔期间，通过施加势能以增大相邻子腔中的一个子腔的体积并且减小相邻子腔中的另一个子腔的体积，使两个可横向偏转元件在相反的第二方向上横向变形，以影响环境流体。
13.进一步地，第四实施例涉及操作本文描述的mems器件的第二方法，其中，多个第二指状物相对于多个第一指状物横向可移位，以根据环境流体、通过两个可横向移位元件的横向变形来调整相邻子腔的体积。该方法包括：通过两个横向可偏转元件在由于多个第二指状物的移位所施加的外力而横向变形的情况下，输出相应势能。
14.在第一指状物与第二指状物之间形成的子腔提供用于与环境流体相互作用的大面积。在上下文中，mems器件可用于影响环境流体(即，作为致动器)和测量环境流体(即，作为传感器)两者。mems器件的可用区域因此可以用于与环境流体高度相互作用。此外，第一指状物和第二指状物的梳状布置仅允许相对小的(不需要的)电容负载发生。
附图说明
15.在下文中将仅通过举例并参照附图来描述装置和/或方法的一些示例，在附图中
16.图1示出了mems器件的第一实施例的俯视图；
17.图2示出了穿过mems器件的第一实施例的截面；
18.图3示出了mems器件的第二实施例的俯视图；
19.图4至图6示出了第一指状物与第二指状物的几何比值的实施例；
20.图7示出了mems器件的第三实施例的俯视图；
21.图8示出了mems器件的第四实施例的俯视图；
22.图9示出了mems器件的第五实施例的俯视图；
23.图10和图11示出了第六mems器件的移动的实施例示例；
24.图12示出了mems器件的第七实施例的俯视图；
25.图13示出了具有多个mems部件的组件的实施例；
26.图14至图17示出了组件内的mems部件的布置的实施例；
27.图18示出了操作mems器件的方法的第一实施例的流程图；以及
28.图19示出了用于操作mems器件的方法的第二实施例的流程图。
具体实施方式
29.现在参考附图更详细地描述了不同示例，其中示出了一些示例。在附图中，线、层和/或区域的厚度可能为了清晰而被放大。
30.因此，尽管各种修改和替代形式的进一步的示例是合适的，但是一些具体示例在附图中示出并且在下文中详细描述。然而，此详细描述不将进一步的示例限于所描述的特定形式。其他示例可以覆盖落入保护范围内的任何修改、对应和替换。贯穿附图的描述，相同或相似的附图标记指代相同或相似的元件，当相互比较时，元件可以是相同的或者以修改的形式实施，同时提供相同或相似的功能。
31.应理解，当元件被描述为“连接”或“耦接”至另一个元件时，元件可直接连接或耦接，或通过一个或多个中间元件来连接或耦接。当使用“或”组合两个元件a和b时，这应理解为公开了所有可能的组合，即，仅a、仅b以及a和b，除非另有明确或隐含定义。相同组合的替代措辞是“a和b中的至少一个”或“a和/或b”。加以必要的变通，这同样适用于两个以上元件的组合。
32.本文用于描述具体示例的术语不旨在限制进一步的实例。如果使用单数形式，例如，“一个(ein)、一种(eine)”和“该(der)、该(die)、该(das)”，并且仅单个元件的使用既不明确地也不隐含地被定义为强制性的，进一步的示例还可以使用复数元件来实现相同的功能。如果功能在下面被描述为使用多个元件来实现，进一步的示例可以使用单个元件或处理实体来实现相同的功能。还应当理解，术语“包括(umfasst)”、“包括(umfassend)”、“具有(aufweist)”和/或“具有(aufweisend)”在使用时，指定指定特征、整体、步骤、操作、过程、元件、部件和/或它们的组的存在，但不排除一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、过程、元件、部件和/或它们的组的存在或添加。
33.除非另外定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)在示例所属的领域中具有通常的含义。
34.图1示出了第一mems器件100的俯视图。具体地，图1示出了构造mems器件100的层堆叠110的第二层112的俯视图。在图2中可以看到层堆叠110的结构，图2示出了mems器件100沿着图1中显示的截面线a-a的剖视图。
35.从图2中可以看出，层堆叠110至少包括第一层111、第二层112和第三层113。第二层112形成在第一层111和第三层113之间。腔114形成在第二层112中，mems器件100的其他元件设置在该腔114中。因此，第二层112还可以被理解为介质层。
36.第一层111用作第二层112的底层。第三层113用作第二层112的覆盖层。第一层111和第三层113沿着层堆叠110的厚度方向界定腔114。
37.层111至层113可以包括导电材料，诸如掺杂的半导体材料(例如，掺杂的硅)或金属材料等。导电层的逐层布置实现简单的设计或结构化，因为有源元件(例如，电极)以及无
2016/202790 a2和de 10215/206774 a1中，其内容由此并入本文。横向ned(l-ned)在向第一电极层和第二电极层施加第一电压信号时横向变形。此外，当由于施加外力而横向变形时，l-ned在第一电极层和第二电极层产生第二电压信号。因此，根据一些实施例，横向可偏转元件120、130可以是ned。
44.如从进一步的实施例中明显的，横向可偏转元件120、130的形状不限于图1所示的凹形弯曲形状。原理上，横向可偏转元件120、130的形状可以是任意的(例如，梁状、屋顶状等)。
45.连接元件140被连接至两个横向可偏转元件120、130，以便耦合这两个横向可偏转元件120、130的移动。在图1所示的mems器件100中，连接元件140连接至两个横向可偏转元件120、130的自由端部122、132。连接元件140经由柔性元件141或柔性元件142连接至两个横向可偏转元件120、130中的每一个。柔性元件141或柔性元件142具有比连接元件140以及两个横向可偏转元件120、130更低的刚度。以此方式，横向可偏转元件120、130非刚性地连接至连接元件140，这样使得当横向可偏转元件120、130变形时产生的张力可以被最小化。柔性元件141、142分别可以被认为是弹性元件，因为它们具有比连接元件140以及两个横向可偏转元件120、130更低的刚度。根据一些实施例，可省略柔性元件141、142。
46.多个第一指状物150-1，......，150-6在腔114的侧壁115上、在两个横向可偏转元件120、130之间离散地间隔排列。进一步的，多个第二指状物160-1，......，160-5在连接元件140上、在两个横向可偏转元件120、130之间彼此离散地间隔开。应注意，图1中的第一指状物和第二指状物的数量完全是任意选择的，以解释mems器件100的功能。原理上，可选择任意多个第一指状物和第二指状物。例如，第一指状物的数量可以在1和50之间，尤其是10或20。第二指状物的数量可以例如在2和51之间，特别是11或21。
47.多个第一指状物150-1，......，150-6之间的相应横向距离以及多个第二指状物160-1，......，160-5之间的相应横向距离例如在0与100μm之间(即，100μm或小于100μm)，特别是10μm或15μm。
48.根据实施例，多个第一指状物150-1，......，150-6、多个第二指状物160-1，......，160-5以及两个横向可偏转元件120、130的延伸(即，高度)可以分别沿着第二层112(或层堆叠110)的厚度方向在10μm与750μm之间。
49.根据实施例，多个第一指状物150-1，......，150-6的延伸和/或多个第二指状物160-1，......，160-5沿着第二层112的厚度方向的延伸与两个横向可偏转元件120、130沿着第二层的厚度方向的延伸的比值在10％与100％之间。换言之：横向可偏转元件120、130的高度分别与多个第一指状物150-1，......，150-6中的一个的高度和多个第二指状物160-1，......，160-5中的一个的高度之比在10％与100％之间。
50.多个第二指状物160-1，......，160-5与多个第一指状物150-1，......，150-6互锁。多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第一指状物150-1，......，150-6沿着其纵向范围重叠至少65％、85％或95％。进一步的，多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第一指状物150-1，......，150-6沿着第二层112(或层堆叠110)的厚度方向重叠至少80％、90％或99％。
51.多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第一指状物150-1，......，150-6因此在腔114内形成子腔116-1，......，116-10。横向地，子腔116-1，......，116-10由腔114
的侧壁115、连接元件115界定，并且每个子腔由多个第一指状物150-1，......，150-6中的一个和多个第二指状件160-1，......，160-5中的一个界定。在竖直方向上，即，沿着层堆叠110的厚度方向，子腔116-1，......，116-10由第一层111(作为底层)和第三层113(作为顶层)界定。
52.当两个横向可偏转元件120、130发生变形时(在变形过程中)，多个第二指状物160-1，......，160-5相对于多个第一指状物150-1，......，150-6可横向移位(即，沿着垂直于多个第二指状物160-1，......，160-5的纵向延伸的空间方向)。多个第二指状物160-1，......，160-5中的一个第二指状物与多个第一指状物150-1，......，150-6中的一个相邻第一指状物之间的横向距离因此是可变的，使得可以经由多个第二指状物160-1，......，160-5的横向移动改变子腔116-1，......，116-10的体积。因此，多个第一指状物150-1，......，150-6和多个第二指状物160-1，......，160-5在腔114内限定多个体积可变的子腔116-1，......，116-10。
53.多个子腔116-1，......，116-10中的每个子腔经由相应的开口170-1，......，170-5或180-1，......，180-5与围绕mems器件100的环境流体(例如，气体或液体)接触。在多个子腔116-1，......，116-10中的相邻子腔的情况下，相邻子腔中的一个子腔的开口形成在层堆叠110的、与相邻子腔中的另一个子腔的开口不同的层中。在图1中示出的mems器件中，子腔116-1的开口170-1形成在第一层111或第三层113中(子腔116-1经由侧壁115中的凹部/突出部耦接/连接至开口170-1)。相邻子腔116-2的开口180-1形成在第二层112中。在第一层111或第三层113中再次形成与子腔116-2相邻的子腔116-3的开口170-2(子腔116-3经由侧壁115中的凹部/突出部耦接/连接至开口170-2)。对于图2的剖视图，假设在第三层113中形成开口170-1，......，170-5。如上所述，开口170-1，......，170-5可替换地形成在第一层111中。
54.两个另外的子腔117-1和117-2分别形成在多个第一指状物150-1，......，150-6的第一个和最后一个与两个横向可变形元件120和130中的相应一个之间。由于其设计，其余的子腔117-1和子腔117-2具有与子腔116-1，......，116-10不同的边缘。而且，子腔117-1、117-2可通过连接至mems器件100的环境的对应开口(图1和图2中未示出)进入。与子腔116-1，......，116-10相比，子腔117-1、117-2不各自由第一指状物和第二指状物界定，而是各自由第一指状物150-1和第一指状物150-6中的一个以及横向可变形元件120和横向可变形元件130中的一个界定。
55.形成在第二层112中并且彼此间隔开的横向可偏转元件120、130各自在一端部(或侧部)处连接至第二层112的基底上。连接元件140与形成在其上的多个第二指状物160-1，......，160-5一起形成梳状构件，该梳状构件与形成配对指状物的多个第一指状物150-1，......，150-6相互交错。因此，连接元件140可以因此被理解为一种梳背，在该梳背上以多个第二指状物160-1，......，160-5的形式形成梳指。形成梳背部的连接元件140、弹性元件141、142以及形成梳指的多个第二指状物160-1，......，160-5是遵循横向可偏转元件120、130的移动的无源元件。形成配对指状物的多个第一指状物150-1，......，150-6固定至第二层112的基底并且具有自由端部151-1，......，151-6(未耦接或约束)。
56.多个第一指状物150-1，......，150-6的自由端部151-1，......，151-6与梳背或连接元件140间隔排列，以此种方式实现：梳背或连接元件140的移动以及同时多个第一指
1，......，150-6横向移动，以在使两个可横向可偏转元件横向变形的同时根据环境流体调节相邻子腔的体积。例如，取决于环境流体中的压力条件或压力梯度，子腔116-1的体积可以减小并且相邻的子腔116-2的体积可以增大，这样使得该多个第二指状物160-1，......，160-5被移位，并且由于由多个第二指状物160-1，......，160-5的移位引起的外力效应，两个横向可偏转元件120、130横向变形并且相应地输出例如第二电压信号。在这种情况下，第二电压信号表示环境流体中的压力条件或压力梯度，使得mems器件100作为传感器。
63.在多个第一指状物150-1，......，150-6与多个第二指状物160-1，......，160-5之间形成的子腔116-1，......，116-10共同形成用于与环境流体相互作用的大区域。由此而论，mems器件可用于影响环境流体(即，作为致动器)和测量环境流体(即，作为传感器)两者。与横向可偏转元件120、130相比，多个第一指状物150-1，......，150-6和多个第二指状物160-1，......，160-5在低几何激励下呈现高刚度，使得第一指状物和第二指状物本身基本上不受激励而振动，并且因此不干扰或影响与环境流体的相互作用。由于大量子腔，mems器件100的可用表面区域可以用于与环境流体高度相互作用。特别地，当使用薄的第一指状物和第二指状物时，可以设置间隔越来越紧密的子腔。例如，如果mems器件100用于将声音信号(声场)输出到环境流体中，可实现较高声压。例如，如果mems器件100用于感应环境流体中的声音信号，则可实现更高的灵敏度。
64.此外，第一指状物和第二指状物的梳状布置仅允许相对小的(不需要的)电容负载发生。同样地，第一指状物和第二指状物的梳状布置提供流体(阻尼)的附加调节选项。
65.如已经在mems器件100的单独元件的描述中若干次指出的那样，与图1中所示的mems器件100相比，根据所提出的架构的mems器件的单独元件可以多种方式修改。因此，以下更详细地描述了根据所提出的架构的一些其他mems器件，本质上突出了与以上详细描述的mems器件100的差异。
66.图3示出了mems器件300，其具有与mems器件100不同地形成的横向可偏转元件120、130。mems器件100的横向可偏转元件120、130各自由具有凹形弯曲形状的两个子元件形成，而mems设备300的横向可偏转元件120、130分别是梁状和梁形的。
67.在横向可偏转元件120、130的两个横向侧上，它们各自分别具有第一电极层125、135以及分别具有第二电极层126、136，在它们之间分别形成中断的、非导电的层127和中断的、非导电的层137。mems器件300的横向可偏转元件120、130的线性度也是非常高的并且可调节的。
68.通过分别向第一电极层125、135以及第二电极层126、136施加第一电压信号，可偏转元件120、130可分别横向变形，以操作横向可偏转元件120、130作为致动器来影响环境流体。
69.相反地，当可偏转元件120、130由于环境流体施加的外力而横向变形时，在第一电极层和第二电极层处产生第二电压信号，使得横向可偏转元件120、130作为用于感应环境流体的传感器。
70.多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5在实施例示例的图1至图3中示出的指状物的情况下延伸。因此，多个第一指状物150-1，......，150-6中的每一个的横截面从相应的第一指状物的、连接至腔144侧壁115的一端朝向相应的第一指状物的自由端部151-1，......，151-6减小。相应地，多个第二指状物
160-1，......，160-5中的每一个的横截面从相应的第二指状物连接至连接元件140的一端向相应的第二指状物的自由端部161-1，......，161-5减小。
71.在图4中，再次放大示出了彼此相邻的第一指状物150-2和第二指状物160-1。多个第一指状物150-1，......，150-6和多个第二指状物160-1，......，160-5的几何关系再次通过图4中作为示例示出的指状物150-2和160-1示出。
72.第一指状物150-2和第二指状物160-1两者各自沿其纵向长度具有基本楔形形状，即，减缩的横截面。第二指状物160-1具有侧面角α(中心线与第二指状物160-1的侧面之间的角度)，而第一指状物150-2具有侧面角β。相应侧面角指示相应指状物的横向延伸(即，沿着腔114的侧壁115的延伸)与纵向延伸(即，从腔114的侧壁115到连接元件140，反之亦然)的比值。例如，侧面角α可以在0至30
°
，特别是10
°
或3
°
之间。侧面角β可以是例如在0与30
°
之间，特别是10
°
或3
°
。第一指状物150-2的侧面角β总是大于第二指状物160-1的侧面角α。换言之：多个第一指状物150-1，......，150-6中的指状物的横向长度与其纵向长度的比值大于多个第二指状物160-1，......，160-5中的指状物的横向长度与其纵向长度的比值。
73.由于更大的侧面角β，第一指状物150-2附接到基底上的端部比第二指状物160-1相应地附接到连接元件140上的端部相对更宽。进一步的，由于更大的侧面角β，第一指状物150-2比第二指状物160-1相对更宽。
74.因此，多个第一指状物150-1，......，150-6比多个第二指状物160-1，......，160-5更重，以便由于子腔的变化的体积，更难以激发第一指状物振动。相应地，更重的第一指状物可以提供子腔的有效解耦。
75.指状物沿其纵向延伸部分的楔形路线还具有以下优点：多个第一指状物150-1，......，150-6和多个第二指状物160-1，......，160-5可以被布置成短距离间隔。图5中表明的第一指状物150-2与第二指状物160-1之间的横向距离a可以是例如在0与100μm之间，特别是15μm或10μm。此外，由于指状物的楔形路线，与例如梁形指状物可能的情况相比，第二指状物160-1可以相对于第一指状物150-2在横向方向上进一步偏转。因此，可以改善与环境流体的相互作用。
76.在图5中，借助于距离b进一步表明，第一指状物150-2的自由端部151-2不接触其上布置有第二指状件160-1的连接元件140。更确切地说，距离b保持在第一指状物150-2的自由端部151-2与连接元件140之间。这同样适用于第二指状物160-1的自由端部161-1相对于腔114的侧壁115，第一指状物150-2安排在该侧壁115上。
77.如以上几次表明的，多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5的横截面可以基本上是任意的。图6示出了沿图5中的截面线b-b的剖视图，以表明第一指状物和第二指状物的不同的可能横截面。例如，如图6中所示，指状物可具有楔形横截面、椭圆形横截面或凹形横截面。在一些实施例中，第一指状物和/或第二指状物还可以具有梁形形状(即，矩形，例如，正方形)的横截面。根据实施例，多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5中的各个指状物可以具有不同的横截面和/或以上横截面形状的组合。
78.图7示出了另一个mems器件700，其中，与mems器件100、300相比，横向可偏转元件120、130被不同地形成。不同于mems器件300的横向可偏转元件120、130，mems器件700的横向可偏转元件120、130各自分别具有第一电极层125、135以及第二电极层126、136，在它们
之间分别在横向可偏转元件120、130的仅一个横向侧上形成中断的、非导电的层127和中断的、非导电的层137。两个电极层125或135和126或136的横截面在这里不同，以在施加势能时允许横向变形。
79.进一步地，多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5在mems器件700中与mems器件100、300中不同地形成。不同于mems器件100、300中的多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5，mems器件700中的多个第一指状物150-1，......，150-6以及多个第二指状物160-1，......，160-5不渐缩。多个第一指状物150-1，......，150-6中的每一个和多个第二指状物160-1，......，160-5中的每一个的横截面分别从第一指状物连接至腔144的侧壁115的端部以及从第二指状物连接至连接元件140的端部朝向相应指状物的自由端部保持基本恒定。
80.此外，在图7中表明，单个子腔的开口的形状也可以是可变的或基本上任意的。虽然在图1和图3中的开口170-1，......，170-5示出为大致矩形，但是开口170-1，......，170-5大致是圆形的。应注意，在图1、图3、和图7中示出的开口170-1，......，170-5的形状的尺寸仅仅选择为示出所提出的架构的示例。开口170-1，......，170-5可以具有任何其他形状(例如，椭圆形、有角的、自由形式等)。这同样适用于开口180-1，......，180-6。
81.图8进一步示出了另一mems器件800的俯视图，mems器件800具有布置在连接元件140的两侧上的梳状结构。从图8中可以看出，以上结合图3描述的mems器件300从而大致镜像在连接元件140上，以获得第二梳状结构。
82.mems器件800包括除了以上已经结合mems器件300描述的那些元件之外的以下描述的元件。
83.mems器件800进一步包括在腔114中彼此横向间隔开的两个附加横向可偏转元件120'和130'。两个另外的横向可偏转元件120'和130'中的每个具有分别在121'和131'处连接至腔114的另一侧壁115'的端部。连接元件140经由相应适配的柔性元件141分别连接至两个另外的横向可偏转元件120'和130'的自由端部122'和132'。这两个另外的横向可偏转元件120'和130'能够以与横向可偏转元件120和130相同的方式设计。
84.进一步的，多个第三指状物150-1'，......，150-6'在腔114的另一侧壁115'上、在两个另外的横向可偏转元件120'和130'之间离散地间隔排列。
85.多个第四指状物160-1'、160-5'在连接元件140上、在两个另外的横向可偏转元件120'和130'之间彼此离散地间隔开。多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第四指状物160-1'，......，160-5'设置在连接元件140的相对侧上。多个第四指状物160-1'，......，160-5'与多个第三指状物150-1'，......，150-6'互锁(以与多个第二指状物160-1，......，160-5与多个第一指状物150-1，......，150-6互锁相同的方式)。相应地，多个第三指状物150-1'，......，150-6'和多个第四指状物160-1'，......，160-5'在腔114内限定另外的多个体积可变的子腔116-1'，......，116-10'。
86.类似于子腔116-1，......，116-10，另外的多个子腔116-1'、116-10'中的每个子腔经由相应的开口170-1'、170-5'或180-1'、180-5'与环境流体接触。开口170-1'，......，170-5'和180-1'，......，180-5'分别类似于开口170-1，......，170-5和180-1，......，180-5而形成。因此，对于另外的多个子腔116-1'，......，116-10'中的相邻的子腔，相邻的
子腔中的一个子腔的开口分别形成在第一层111、第二层112和第三层113中的与相邻的子腔中的另一个子腔的开口不同的层中。交替地形成在第一层111(例如，以操作晶片的形式)或第三层113(例如，以封盖晶片的形式)中的开口170-1'，......，170-5'或180-1'，......，180-5'经由腔114的侧壁115或另一侧壁115'中的对应凹部连接至子腔116-1'，......，116-10'。由于俯视图，在图8中未示出第一层111和第三层113。
87.横向可偏转元件120、120'、130、和130'在mems器件800中在相同方向上移动。
88.多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第四指状物160-1'，......，160-5'的相对指状物具有共同的对称轴线163，即，它们相对于连接元件140镜像翻转。最好，该结构可以用于补偿由多个第二指状物160-1，......，160-5和多个第四指状物160-1'，......，160-5'相对于环境流体的移动引起的流体阻力感应力矩。以这种方式，可以(显著地)减少在将多个第二指160-1，......，160-5和多个第四指160-1'，......，160-5'固定或紧固至连接元件140的区域中的材料中的应力。因此，非常细的指状物(即，具有小横向延伸的指状物)可以用于多个第二指160-1，......，160-5和多个第四指160-1'，......，160-5'。
89.利用图8中所示的结构，可以实现整体结构中的有源(横向可偏转元件)和无源(其他元件)元件的堆积密度的增大。
90.图9示出了另一mems器件900，其中，与mems器件800相比，分别修改开口170-1，......，170-5和180-1，......，180-5以及170-1'，......，170-5'和180-1'，......，180-5'到子腔116-1，......，116-10以及116-1'，......，116-10'的连接。与mems器件800相比，开口170-1，......，170-5和180-1，......，180-5以及170-1'，......，170-5'和180-1'，......，180-5'仅仅形成在mems器件900中的第一层111和第三层113中。在腔114的侧壁115或另一个侧壁115'中不需要凹部来将开口170-1，......，170-5和180-1，......，180-5以及170-1'，......，170-5'和180-1'，......，180-5'分别连接至子腔116-1，......，116-10以及116-1'，......，116-10'。在图9中以虚线示出了分别在第一层111和第三层113中的开口170-1，......，170-5和180-1，......，180-5以及170-1'，......，170-5'和180-1'，......，180-5'的位置。
91.同样地，与mems部件800相比，mems部件900的修改在于，多个第一指状物150-1，......，150-6的第一个指状物和最后的指状物以及多个第三指状物150-1'，......，150-6'的第一个指状物和最后的指状物(即，邻近横向可偏转元件120、120'、130、130'的第一指状物和第三指状物)不具有朝向相应指状物的自由端部渐缩的横截面，而是具有基本上恒定的横截面(即，统一或恒定的宽度)。因此，图9示出了不同的指状物可具有不同的形状。
92.图10和图11示意性地示出了在相反方向上的横向偏转过程中的另一个mems器件1000。如图10所示，mems器件1000，像mems器件800、900，具有两个梳状结构。
93.因此，与多个第一指状物150-1，......，150-n互锁的多个第二指状物160-1，......，160-m以及与多个第三指状物150-1'，......，150-n'互锁的多个第四指状物160-1'，......，160-m'布置在连接元件140的相对侧上，多个第二指状物以及多个第四指状物经由横向可偏转元件120、120'、130、130'在横向方向上可移动。
94.在图10中所示的情况下，横向可偏转元件向右弯曲，即，在第一方向上横向变形，
使得在相邻子腔中的第一时间间隔期间，相邻子腔中的一个子腔的体积增大，并且相邻子腔中的另一个子腔的体积减小。这在图10中举例说明了子腔116-1、116-2。
95.由于多个第二指状物160-1，......，160-m被横向可偏转元件120、120'、130、130'横向偏转/位移，第一指状物150-1与第二指状物160-1之间的横向距离从未偏转状态下的值a(参见图5)增大至值a'，使得子腔116-1的体积增大。相反，第二指状物160-1和第一指状物150-2之间的横向距离从未偏转状态下的值a(参见图5)减小到值a
″
，使得子腔116-2的体积减小。这相应地适用于其他子腔。
96.由于子腔116-1的体积的增大，存在通过开口170-1(在封盖晶片中)进入子腔116-1的环境流体的体积流量。相反，由于子腔116-2的体积的减小，流体的体积流量通过开口180-1流出子腔116-2(在底部晶片(bodenwafer)中)以将流体输送出子腔116-2。这相应地适用于另外的子腔，使得流体从mems器件1000的环境通过开口170-1，......，170-n和开口170-1'，......，170-n'流入所有子腔的第一部分中，并且相反地，流体从所有子腔的第二部分通过开口180-1，......，180-m和开口180-1'，......，180-m'流入mems设备1000的环境中。
97.在图11所示的情况中，横向可偏转元件现在向左弯曲，即在相反的第二方向上横向变形，使得在第二时间间隔期间，相邻的子腔中的一个子腔的体积现在相反地增大并且相邻的子腔中的另一个子腔的体积减小。这在图11中再次举例说明子腔116-1、116-2。
98.由于多个第二指状物160-1，......，160-m通过横向可偏转元件120、120'、130、130'在相反方向上的横向偏转/位移，第一指状物150-1与第二指状物160-1之间的横向距离从未偏转状态下的值a(参见图5)减小到值a
″′
，使得子腔116-1的体积减小。相反，第二指状物160-1和第一指状物150-2之间的横向距离从未偏转状态下的值a(见图5)增大到值a
″″
，使得子腔116-2的体积增大。这相应地适用于其他子腔。
99.由于子腔116-2的体积的增大，存在通过开口180-1进入子腔116-2的环境流体的体积流量。相反，由于子腔116-1的体积的减小，流体的体积流量通过开口170-1流出子腔116-1以将流体输送出子腔116-1。这相应地适用于另外的子腔，使得流体从mems器件1000的环境通过开口180-1，......，180-m和180-1'，......，180-m'流入所有子腔的第二部分中，并且相反地，流体从所有子腔的第一部分通过开口170-1，......，170-n和170-1'，......，170-n'流入mems器件1000的环境中。
100.因此，在图11中示出的第二时间间隔期间流体流入/流出单独的子腔与在图10中示出的第一时间间隔期间流体流入/流出单独的子腔的情况相反。
101.通过适当地驱动横向可偏转元件120、120'、130和130'(例如，经由电势、磁势或热势)，多个第二指状物160-1，......，160-m和多个第四指状物160-1'、160-m'的感应运动因此可以用于影响mems器件附近的环境流体(例如，使其振动)。
102.当mems器件1000的横向可偏转元件120、120'、130、130'没有主动地致动，而是用作感应环境流体的压力条件或压力梯度的传感器时，图10和图11中所示的压力传感器也可由环境流体的压力条件或压力梯度产生。例如，环境流体中的压力的变化可导致图10和图11中示出的压力导致各个子腔的体积的变化，使得响应于围绕mems器件1000的环境流体中的压力的变化，发生横向可偏转元件120、120'、130、130'的横向变形。然后，横向可偏转元件120、120'、130、130'基于形容环境流体中的压力变化的横向变形来输出相应的(例如，电
的、磁的或热的)势能。
103.不言而喻，以上对图10和11的说明也以类似方式应用于本公开的另外的实施例。
104.在上述根据本架构的mems器件中，每个可横向偏转元件的相应端部附接至第二层的基底(即，固定端部)，并且每个可横向偏转元件的自由端部附接有连接元件140。然而，横向可偏转元件的这种固定仅是一个可能的选择。图12示出了可替代的mems器件1200，其中横向可偏转元件在两端部被固定，即，不具有自由端部或浮动端部。
105.mems器件1200与mems器件1000相同，除了固定横向可偏转元件之外，因此下文将仅讨论这个差异。
106.mems器件1200包括两个横向可偏转元件120、130，如在前述实施例中，这两个横向可偏转元件包括分别连接至腔114的侧壁115的端部121、131。进一步的，两个横向可偏转元件120、130各自分别包括连接至腔114的另一侧壁115'的另一端128、138。侧壁115和另一个侧壁115'彼此相对，使得两个横向可偏转元件120、130现在在其两个端部处被固定。由于两个横向可偏转元件120、130的端部121或端部131，以及端部128或端部138位于图12所示的位置，所以所示的示例性实施例是不可移动的，两个横向可偏转元件120、130的变形沿着它们的纵向长度在相应的中心区域129、139中发生。这在图12中示出为横向向右偏转的示例，与图10中所示的情况类似。因此，连接元件140相应地耦接到这两个横向可偏转元件120、130的对应中心区域129或中心区域139上。与关于mems器件1000的实施例类似，通过固定在两侧上的横向可偏转元件120、130，可以分别相对于第一指状物和第三指状物横向偏转第二指状物和第四指状物。
107.前述部分已经重点介绍了根据所提出的架构的mems器件的细节，而以下部分将对mems器件的应用进行详述。
108.为此目的，组件1300在图13中示出。组件1300包括多个根据所提出的架构或本文描述的实施例之一的mems器件1310。mems器件相对于彼此的布置由每个mems器件1310-1、1310-f、1310-k、1310-n的图示表明。多个mems器件1310可相对于彼此定向在基本上任何方位上。例如，多个mems器件1310可以形成在共用半导体芯片或半导体管芯(halbleiter-die)上。
109.取决于组件1300的类型，该组件可以包括控制电路1320和/或测量电路1330。
110.控制电路1320被配置成用于向多个mems器件1310的至少一部分的横向可偏转元件提供至少第一势能(例如，第一电压信号、第一磁势、或第一热势)，以便将相应横向可偏转元件操作为致动器以影响环境流体。
111.测量电路1330被配置成用于测量多个mems器件1310的至少一部分的相应横向可偏转元件的第二势能(例如，第二电压信号、第二磁势、或第二热势)，以便将相应横向可偏转元件操作为用于环境流体的传感器。
112.如果多个mems器件1310作为致动器进行操作，则组件1300包括控制电路1320。例如，组件1300可以是耳机、扬声器等，使得mems器件1310周围的环境流体受到影响以经由多个mems器件1310输出声音信号。根据进一步的实施例，组件1300还可以是流体泵，使得多个mems器件1310用于影响围绕mems器件1310环境流体以输送流体。
113.如果多个mems器件1310作为传感器操作，组件1300包括感应电路1330。例如，组件1300可以是经由多个mems器件1310来提供感应围绕mems器件1310环境流体的麦克风。
114.根据实施例，多个mems器件1310的第一部分还可以作为致动器操作，并且多个mems器件1310的第二部分可以作为传感器操作。例如，在实施例中，组件1300可以是主动降噪耳机。
115.如以上所论述的，多个mems器件1310相对于彼此的布置可以是基本上任意的。在下文中，参照图14至图17，为了说明，呈现了在组件内的mems器件的一些可能的布置。在图14到图17中，为了更好的理解，示出了每个mems器件1310-1，......，1310-4。不言而喻，关于图14至17的组件使用的部件不限于具有确切地四个mems部件，而是适用于任何数量的mems部件。
116.在图14中，mems器件1310-1，......，1310-4布置成两排，使得mems器件1310-1、1310-2布置在第一排中并且mems器件1310-3、1310-4布置在第二排中。对此，mems器件1310-3、1310-4与mems器件1310-1、1310-2相对设置，使得mems器件1310-3、1310-4的相应连接元件140-3、140-4面向mems器件1310-1、1310-2的相应连接元件140-1、140-2，并且彼此间隔开。因此，mems器件1310-3、1310-4相对于mems器件1310-1、1310-2旋转180
°
。
117.例如，mems器件1310-3、1310-4与mems器件1310-1、1310-2之间的距离可以在1μm与200μm之间，特别是80μm或20μm。
118.一部分子腔的开口170形成在第二层的基底中，而相应相邻的子腔的开口形成在第三层中。应当注意的是，开口170、180的这种配置仅仅被选择为示例，并且其他配置也是可能的(例如，开口170或开口180在第一层中)。
119.还应该指出，图14中的第一指状物和第二指状物的数目仅作为示例进行选择并且还可以使用更多或更少指状物。为了说明这一点，图15中的mems器件1310-1，......，1310-4各自具有邻近横向可偏转元件120、130的附加第一指状物150-1、150-n。与图15所示的实施例相比，图14所示的横向可偏转元件120、130主动参与与环境流体的相互作用。
120.图16示出了图14中示出的布置的变体，其中，mems器件1310-3、1310-4具有与mems器件1310-1、1310-2相同的方位。图17示出图15中所示布置的类似变体。因此，在图16和图17的实施方式中，mems器件1310-3、1310-4相对于mems器件1310-1、1310-2旋转0
°
。相应地，mems器件1310-3、1310-4的相应连接元件140-3、140-4不面向mems器件1310-1、1310-2的相应连接元件140-1、140-2，但mems器件1310-1、1310-2的连接元件140-1、140-2面向mems器件1310-3、1310-4的第二层的基底。
121.根据实施例，多个mems器件中的第一mems器件还可以相对于多个mems器件中的第二mems器件旋转不同于0
°
和180
°
的角度。例如，第一mems器件可以相对于多个mems器件中的第二mems器件旋转90
°
或不同的角度。这可以有利地实现可用部件区域的表面高度利用。
122.为了再次总结以上描述的用于操作本文描述的mems器件的各个方面，图18和图19仍示出了用于操作本文描述的mems器件的两种方法的流程图。
123.图18示出了用于操作本文描述的mems器件的第一方法1800的流程图。方法1800包括在用于影响环境流体的第一时间间隔期间，通过施加势能(例如，电压信号)来增大相邻子腔中的一个子腔的体积并且减小相邻子腔中的另一个子腔的体积，使两个可横向偏转元件在第一方向上横向变形1802。进一步的，方法1800包括在用于影响环境流体的第二时间间隔期间，通过施加势能，增大相邻子腔中的一个子腔的体积并且减小相邻子腔中的另一个子腔的体积，而使两个可横向偏转元件在相反的第二方向上横向变形1804。
124.方法1800可以基于所施加的势能提供环境流体的受控操纵。由于第一指状物和第二指状物的梳状布置，mems器件的可用区域可以在很大程度上用于影响环境流体。方法1800可用于将mems器件作为致动器来操作。
125.以上结合所描述的进一步的实施例(例如，图1至图12)描述了方法1800的进一步的细节和方面。方法1800可以包括根据进一步的实施例的一个或更多个可选特征。
126.图19示出了用于操作本文描述的mems器件的第二方法1900的流程图，其中，在使这两个横向可偏转元件横向变形的同时，多个第二指状物可以相对于该多个第一指状物横向移位以便根据环境流体调整相邻子腔的体积。方法1900包括在由于通过多个第二指状物的移位施加外力而引起横向变形时，由两个横向可偏转元件输出1902相应势能(例如，电压信号)。
127.由于第一指状物和第二指状物的梳状布置，mems器件的可用区域可以在很大程度上用于感应环境流体。方法1900可以用于操作mems器件作为传感器。
128.以上结合所描述的进一步的实施例(例如，图1至图12)描述了方法1900的进一步的细节和方面。方法1900可包括根据进一步实施例的一个或多个可选特征。
129.因此，本公开的实施例尤其涉及：
130.一种mems换能器系统，包括多个有源可变形元件和多个无源元件，多个无源元件连接至有源元件并且被设置在至少三层堆叠的基底层中。
131.一种mems换能器系统，由通过共用梳背连接的至少两个离散间隔排列的单侧固定的ned致动器组成。
132.在实施例中，基于电势发生单侧固定的弯曲换能器的横向变形，并且由于主动可变形元件经由梳背连接，主动可变形元件在相同方向上移动。
133.在实施例中，指状物连接至梳背，并且与连接至基底的配对指状物一起限定子腔。子腔的进一步限制源自梳背、基底以及封盖晶片和操作晶片。
134.在实施例中，其中，子腔通过基底和/或封盖晶片和/或操作晶片中的开口连接至环境。开口可位于基底和封盖晶片中。可替代地，开口可布置在基底和操作晶片中。此外，开口可位于封盖晶片和操作晶片中。
135.在实施例中，其中指状物的横截面在与梳背的接合区域中最大并且朝向其自由端部渐缩(角度α)。
136.在实施例中，横截面不同于正方形横截面。例如，椭圆形的、锥形的或腰形的截面是可能的。
137.在实施例中，指状物离散地间隔开。
138.在实施例中，多个配对指状物的横截面在连接至梳背的区域中最大并且朝向其自由端部渐缩。
139.在实施例中，指状物或配对指状物的横截面不同于正方形横截面。例如，椭圆形的、锥形的或腰形的截面是可能的。
140.在实施例中，配对指状物离散地间隔开。例如，距离可以是在0μm与100μm之间、优选15μm并且特别优选10μm。
141.在实施例中，指状物横向重叠65％、优选地85％、并且更优选地95％。
142.与先前详述的示例和附图中的一项或更多项一起描述的方面和特征也可以与其
他示例中的一项或更多项组合，以替换其他示例的相似特征、或将该特征附加地引入其他示例中。
143.通过说明书和附图，仅呈现了本公开的原理。进一步的，本文中的所有示例通常旨在仅明确用于说明目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人对本领域的进步所贡献的理念。此处关于公开的原理、方面和示例以及同样的具体示例的所有陈述都包括它们的对应关系。
144.进一步地，以下权利要求特此通过引用并入详细描述中，其中每个权利要求可以作为单独的示例独立存在。虽然每个权利要求可作为单独的示例独立存在，但应注意，虽然从属权利要求在权利要求中可能涉及与一个或更多个其他权利要求的特定组合，但其他示例还可包括从属权利要求与任何其他从属权利要求或独立权利要求的主题的组合。这样的组合在此被明确地建议，除非声明不打算使用特定的组合。进一步地，还旨在包括任何其他独立权利要求的权利要求的特征，即使该权利要求不是直接从属于其他独立权利要求。