6 01.02.2005 - 31.03.2007 01.02.2005 - 31.03.2007 Villingen, 17.07 ...

Abschlussbericht Forschungsvorhaben 14237 N
5.2 Entwicklung einer Antriebsbewegung in z-Richtung
Der Vortrieb der Antriebsbewegung entsteht im elektrostatischen Feld durch die
nichtlinearen Randfelder, die eine anziehende Kraft in eine Richtung erzielen. Bei einem
Antrieb in z-Richtung müssen dafür Strukturen unterschiedlicher Höhe realisiert werden.
Werden hierfür jedoch nur beispielsweise die beweglichen Antriebskammelektroden
abgedünnt wird ein einseitiger Kammantrieb mit einer „pumpenden“ Bewegung realisiert.
Durch diese einseitige Ausführung des Kammantriebs variiert die aktive Elektrodenfläche
über die vertikale Auslenkung, was einen nichtlinearen Kraftverlauf zur Folge hat.
Um einen konstanten Kraftverlauf mit möglichst großen Anregungsamplituden zu
gewährleisten muss ein differentieller Antrieb, wie in den aus der Ebene heraus sensitiven
Gyroskopen, realisiert werden. Da das Technologiekonzept aus Gründen der
Wirtschaftlichkeit nur einseitige Abdünnung der Strukturen vorsieht wurde ein Quasidifferentieller
Antrieb realisiert, indem bewegliche, aber auch feststehende
Kammelektroden abgedünnt wurden (Abbildung 9). Simulationen dieser
Elektrodenanordnung zeigen eine gute Linearität der Kapazität (Abbildung 10) was in einer
nahezu konstanten Kraft innerhalb einer ausreichend großen Anregungsamplitude von ± 4
μm resultiert (Abbildung 11).
Abbildung 9: Differentielles Prinzip der aus der Ebene heraus oszillierenden Kammelektroden
Abbildung 10: Änderung der Kapazität über die
vertikale Auslenkung
Abbildung 11: Resultierender elektrostatischer
Kraftverlauf des Quasi-differentiellen Antriebs
Die Realisierung der abgedünnten Bereiche der Antriebskammelektroden erfolgt mittels
zeitgesteuertem DRIE – Verfahren. Dies hat zur Folge dass die Höhe der abgesenkten
Finger mit der Homogenität des Ätzprozesses, der Ätzratenvariation sowie dem TTV (engl.:
Total Thickness Variation) des SOI-Wafers variiert und somit diese Toleranz näher
untersucht werden musste. Simulationen zeigen, dass die technologiebedingten
Hahn-Schickard-Gesellschaft 9