WO2020002382A1 - Elektrodenanordnung für ein mikroelektromechanisches system, mikroelektromechanisches system, verfahren zum betrieb eines mikroelektromechanischen systems - Google Patents

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    • B81B2203/00—Basic microelectromechanical structures
    • B81B2203/04—Electrodes

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement for a
  • microelectromechanical system comprising a first
  • Electrode structure and a second electrode structure Electrode structure and a second electrode structure, the first electrode structure having a receptacle, the second
  • Electrode structure has a finger, wherein the first and second electrode structure are formed relative to one another for a relative movement along a movement axis, and a
  • Microelectromechanical system and a method for operating a microelectromechanical system are disclosed.
  • Such electrode arrangements typically comprise two
  • Comb structures that interlock and are designed to be movable relative to one another, so that the capacitance between the comb structures can change.
  • the comb structures are usually built plane-parallel to achieve a linear relationship between capacity and immersion depth. The electrical force is constant over that
  • Such comb structures are used in many areas as electrostatic actuators and detectors, for example in micromechanical rotation rate sensors for generating and measuring the drive vibration.
  • MEMS microelectromechanical systems
  • the drive vibration of yaw rate sensors includes for example often a positive (stiffening) non-linearity. In many cases, a (desired) complete reduction of this non-linearity by optimizing the drive structure is not possible due to the construction area of the sensor, or at least very expensive.
  • microelectromechanical system comprising a first
  • Electrode structure and a second electrode structure according to the
  • the main claim has the advantage over the prior art that a reduction in non-linearities of vibrations can be achieved with the aid of the geometric configuration of the finger and / or the receptacle.
  • a first width of the receptacle perpendicular to the movement axis tapers along the movement axis at least in a first area of the receptacle and / or that a second width of the finger perpendicular to the movement axis tapers along the movement axis at least in a second area of the finger rejuvenated.
  • non-parallel fingers or recordings can be used.
  • the capacity curve makes it possible for the capacity curve to be a non-linear function of the depth of penetration (of the finger into the receptacle).
  • nonlinearities in a drive vibration of a sensor, in particular a rotation rate sensor can be compensated for without having to use additional electrodes for compensation.
  • Compensation electrodes are used, which requires additional space and can have a corresponding negative impact on miniaturization and costs.
  • Electrode structures is immovably connected to a substrate and the other with a movable structure / mass of one
  • the finger is at least partially arranged in the receptacle and is movable relative to the receptacle along the movement axis, it is in accordance with one embodiment of the present invention
  • a depth of immersion of the finger in the receptacle can change, which can result in a non-linear change in capacitance between the first and second electrical structure.
  • first width of the receptacle tapers in the direction of a second main body of the second electrode structure in the first region and / or in that the second width of the finger in the second region along the movement axis in the direction of the second
  • Main body tapered it is possible according to an embodiment of the present invention advantageously that negative (softening) non-linearities of vibrations can be compensated.
  • first width of the receptacle tapers in the first region along the movement axis in the direction of a first main body of the first electrode structure and / or that the second width of the finger tapers in the second region along the movement axis in the direction of the first main body
  • Nonlinearities of an oscillation can be compensated.
  • first and second electrode structure and in particular the receptacle and the finger are designed such that an electrical capacitance between the first and second electrode structure changes nonlinearly during the relative movement is according to a
  • Embodiment of the present invention possible that additional electrode arrangements for compensating for non-linearities can advantageously be dispensed with.
  • the electrical force can be determined as a gradient of the capacitance. Accordingly, with the voltage applied constantly, the electrical force is proportional to the derivative of the capacitance according to the direction of movement x of the relative movement (along the
  • a tapering of the finger and / or the receptacle leads to a capacity curve which has a corresponding polynomial
  • tapered structures farnesoid structures
  • detection structure of a MEMS it is conceivable for tapered structures (fingers and / or receptacles) to be and / or detection structure of a MEMS can be integrated. As a result, it is advantageously possible that the electrical force due to the
  • the compensation can be fine-tuned via the positive feedback voltage.
  • the first electrode structure has a plurality of receptacles, wherein the second electrode structure has a plurality of fingers, according to one embodiment of the present
  • Extensive electrode structures are used, which are designed for optimal drive and / or for the detection of vibrations of a MEMS component.
  • the different fingers and receptacles can each have the same geometric design.
  • some of the additional fingers and / or receptacles could be formed in parallel.
  • Another object of the present invention is a
  • Microelectromechanical system characterized in that the microelectromechanical system comprises an electrode arrangement according to an embodiment of the present invention.
  • the electrode arrangement is part of an actuator or detector of the microelectromechanical system, it is according to one
  • Embodiment of the present invention possible, a wide variety of MEMS components with an electrode arrangement according to one
  • Another object of the present invention is a method for operating a microelectromechanical system according to a
  • Embodiment of the present invention wherein the first and second Execute the relative movement relative to one another along a movement axis.
  • Electrode arrangement or an embodiment of the advantages of the electrode arrangement according to the invention are Electrode arrangement or an embodiment of the advantages of the electrode arrangement according to the invention.
  • the electrode arrangement according to the invention has one already in connection with the microelectromechanical system according to the invention, the method according to the invention for operating a microelectromechanical system
  • Embodiment of the microelectromechanical system according to the invention or an embodiment of the method according to the invention for operating a microelectromechanical system are possible.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an electrode arrangement according to a first embodiment of the present invention.
  • Figure 2 shows a schematic representation of an electrode arrangement according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an electrode arrangement according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an electrode arrangement according to a fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an electrode arrangement according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an electrode arrangement 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the electrode arrangement 1 is part of a microelectromechanical system. It comprises a first electrode structure 10 and a second electrode structure 20.
  • One of the first and second electrode structures 10, 20 is, for example, firmly connected to a substrate and the other
  • Electrode structure 10, 20 is part of a vibrating body that is movable in comparison to the substrate. Accordingly, the first and second electrode structures 10, 20 can execute a relative movement to one another along a movement axis 100. During such a relative movement, a finger 21 of the second electrode structure 20 can go deeper into one
  • the movement axis 100 coincides with the drive movement axis of the microelectromechanical system.
  • the axis of movement 100 is typically at least substantially parallel to one Surface of the substrate formed.
  • the receptacle 11 has a first width 12 perpendicular to the movement axis 100 (and parallel to the substrate surface).
  • the first width 12 is constant over the entire extent of the first receptacle 11 (along the movement axis 100).
  • the finger 21 has a second width 22 perpendicular to the movement axis 100 (and parallel to the substrate surface).
  • the second width 22 of the finger tapers over a second area 23 of the finger 21 in the immersion direction (of the finger) along the movement axis 100 and thus in the direction of a first main body 14 of the first
  • Electrode structure 1 The second region 23 extends well over half the entire extent of the finger 21 along the
  • second width 23 of finger 21 remains constant.
  • the second region 23 could have one or more interruptions in which the second width 22 remains constant.
  • Electrode structure 10, 20 as a function of the immersion depth (along the movement axis 100) is non-linear.
  • stiffening nonlinearities of a drive / detection oscillation can thus be compensated for with the embodiment shown in FIG.
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an electrode arrangement 1 according to a second embodiment of the present invention.
  • the second width 22 of the finger 21 is at least substantially constant over the entire extent of the finger 21.
  • the first width 12 of the receptacle 11 tapers in a first region 13 along the movement axis 100 in the direction of the first main body 14.
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of an electrode arrangement 1 according to a third embodiment of the present invention.
  • the second width 22 of the finger 21 tapers over the second region 23 against the immersion direction of the
  • the second width 22 of the finger 21 in the second region 23 decreases in the direction of the second main body 24 of the second electrode structure 20.
  • the second region 23 extends far over half the entire extent of the finger 21 along the Movement axis 100.
  • the second width 23 of the finger 21 remains constant.
  • FIG. 4 shows a schematic illustration of an electrode arrangement 1 according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the second width 22 of the finger 21 is at least substantially constant over the entire extent of the finger 21.
  • the first width 12 of the receptacle 11 tapers in a first region 13 along the movement axis 100 in the direction of the second main body 24.
  • the first electrode structure 10 typically comprises a multiplicity of
  • the second electrode structure 20 comprises a plurality of fingers 21, which are attached to a second main body 24 of the second electrode structure 20 and can each be inserted into a receptacle 11.
  • FIG. 5 shows a schematic illustration of an electrode arrangement 1 according to a fifth embodiment of the present invention.
  • fingers 21 and receptacles 11 can also be combined with each other, each of which tapers.
  • the first width 12 of the receptacle 11 tapers along the movement axis 100 in the direction of a first main body 14 of the first electrode structure 1 (for example over the entire length of the receptacle 11 or alternatively only in a first region 13).
  • the second width 22 of the finger 21 tapers in the direction of the first main body 14 (for example over the entire length of the finger or alternatively only in a second region 23).

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Abstract

Elektrodenanordnung für ein mikroelektromechanisches System, umfassend eine erste Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur, wobei die erste Elektrodenstruktur eine Aufnahme aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur einen Finger aufweist, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur relativ zueinander zu einer Relativbewegung entlang einer Bewegungsachse ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zur Bewegungsachse senkrechte erste Breite der Aufnahme entlang der Bewegungsachse zumindest in einem ersten Bereich verjüngt und/oder dass sich eine zur Bewegungsachse senkrechte zweite Breite des Fingers entlang der Bewegungsachse zumindest in einem zweiten Bereich verjüngt.

Description

Beschreibung
Titel
Elektrodenanordnung für ein mikroelektromechanisches System, mikroelektromechanisches System, Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für ein
mikroelektromechanisches System, umfassend eine erste
Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur, wobei die erste Elektrodenstruktur eine Aufnahme aufweist, wobei die zweite
Elektrodenstruktur einen Finger aufweist, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur relativ zueinander zu einer Relativbewegung entlang einer Bewegungsachse ausgebildet sind, sowie ein
mikroelektromechanisches System und ein Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems.
Derartige Elektrodenanordnungen umfassen typischerweise zwei
Kammstrukturen, die ineinandergreifen und relativ zueinander beweglich ausgebildet sind, so dass sich die Kapazität zwischen den Kammstrukturen ändern kann. Die Kammstrukturen werden dabei meist planparallel gebaut, um einen linearen Zusammenhang zwischen Kapazität und Eintauchtiefe zu erzielen. Die elektrische Kraft ist dahingehend konstant über die
Eintauchtiefe. Solche Kammstrukturen werden in vielen Bereichen als elektrostatische Aktoren und Detektoren eingesetzt, beispielsweise in mikromechanischen Drehratesensoren für die Erzeugung und Messung der Antriebsschwingung.
Viele mikromechanische Systeme bzw. mikroelektromechanische Systeme (MEMS) weisen jedoch (intrinsische) Nichtlinearitäten in ihren
Schwingungen auf. Die Antriebschwingung von Drehratesensoren umfasst beispielsweise häufig eine positive (versteifende) Nichtlinearität. In vielen Fällen ist eine (gewünschte) vollständige Reduktion dieser Nichtlinearität mittels Optimierung der Antriebsstruktur aufgrund der Baufläche des Sensors nicht möglich oder zumindest sehr aufwendig.
Offenbarung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Nichtlinearitäten in mikroelektromechanischen Systemen, beispielsweise für
Antriebsschwingungen von Drehratensensoren, effizient und/oder kostensparend zu reduzieren.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung für ein
mikroelektromechanisches System, umfassend eine erste
Elektrodenstruktur und eine zweite Elektrodenstruktur, gemäß dem
Hauptanspruch hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass mithilfe der geometrischen Ausgestaltung des Fingers und/oder der Aufnahme, eine Reduzierung von Nichtlinearitäten von Schwingungen erzielt werden kann. Erfindungsgemäß ist es vorteilhafterweise möglich, dass sich eine zur Bewegungsachse senkrechte erste Breite der Aufnahme entlang der Bewegungsachse zumindest in einem ersten Bereich der Aufnahme verjüngt und/oder dass sich eine zur Bewegungsachse senkrechte zweite Breite des Fingers entlang der Bewegungsachse zumindest in einem zweiten Bereich des Fingers verjüngt. Entsprechend können nicht-parallele Finger bzw. Aufnahmen verwendet werden.
Hierdurch ist es möglich, dass der Kapazitätsverlauf eine nicht-lineare Funktion der Eindringtiefe (des Fingers in die Aufnahme) ist. Somit können beispielsweise Nichtlinearitäten in einer Antriebschwingung eines Sensors, insbesondere eines Drehratensensors, ausgeglichen werden, ohne dass zusätzliche Elektroden zur Kompensation verwendet werden müssen.
Mit aus dem Stand der Technik bekannten Anordnungen mit parallelen Fingern bzw. Aufnahmen sind derartige Vorteile nicht erzielbar. Bei parallelen Fingern bzw. Aufnahmen ist die Kapazität eine lineare Funktion der Eintauchtiefe des Fingers in die Aufnahme. Entsprechend können mit solchen bekannten Elektrodenanordnungen Nichtlinearitäten nicht kompensiert werden und es müssen beispielsweise zusätzliche
Kompensationselektroden verwendet werden, was zusätzlichen Bauraum benötigt und sich entsprechend negativ auf die Miniaturisierung und die Kosten auswirken kann.
Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass eine der ersten und zweiten
Elektrodenstrukturen unbeweglich mit einem Substrat verbunden ist und die jeweils andere mit einer beweglichen Struktur/Masse eines
mikroelektromechanischen Systems.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Dadurch, dass der Finger zumindest teilweise in der Aufnahme angeordnet ist und relativ zur Aufnahme entlang der Bewegungsachse bewegbar ist, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in
vorteilhafter Weise möglich, dass sich eine Eintauchtiefe des Fingers in die Aufnahme ändern kann, was eine nichtlineare Kapazitätsänderung zwischen der erste und zweiten Elektrostruktur bedingen kann.
Dadurch, dass sich die erste Breite der Aufnahme im ersten Bereich in Richtung eines zweiten Hauptkörpers der zweiten Elektrodenstruktur verjüngt und/oder dass sich die zweite Breite des Fingers im zweiten Bereich entlang der Bewegungsachse in Richtung des zweiten
Hauptkörpers verjüngt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise möglich, dass, negative (erweichende) Nichtlinearitäten von Schwingungen kompensierbar sind.
Dadurch, dass sich die erste Breite der Aufnahme im ersten Bereich entlang der Bewegungsachse in Richtung eines ersten Hauptkörpers der ersten Elektrodenstruktur verjüngt und/oder dass sich die zweite Breite des Fingers im zweiten Bereich entlang der Bewegungsachse in Richtung des ersten Hauptkörpers verjüngt, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass der positive (versteifende)
Nichtlinearitäten einer Schwingung kompensierbar sind.
Dadurch, dass die erste und zweite Elektrodenstruktur und insbesondere die Aufnahme und der Finger, derart ausgebildet sind, dass sich eine elektrische Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur bei der Relativbewegung nichtlinear ändert, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass auf zusätzliche Elektrodenanordnungen zur Kompensation von Nichtlinearitäten vorteilhaft verzichtet werden kann.
Bei bekanntem Kapazitätsverlauf kann die elektrische Kraft als Gradient der Kapazität bestimmt werden. Demnach ist, bei konstant angelegter Spannung, die elektrische Kraft proportional zur Ableitung der Kapazität nach der Bewegungsrichtung x der Relativbewegung (entlang der
Bewegungsachse) (Formel (1)). dC(x )
Fei(x dx
(1)
Eine Verjüngung des Fingers und/oder der Aufnahme führt zu einem Kapazitätsverlauf welcher mit einem entsprechendem Polynom
approximiert werden kann. Dadurch lassen sich elektrische Kräfte erzeugen, welche z.B. quadratische und kubische Nichtlinearitäten der Mechanik kompensieren (Formel (2)).
Figure imgf000006_0001
Entsprechend lassen sich auch weitere nichtlineare Kraftterme (höherer Ordnung) durch den Kapazitätsverlauf erzeugen und kompensieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist es denkbar, dass verjüngte Strukturen (Finger und/oder Aufnahmen) in eine Antriebs- und/oder Detektionsstruktur eines MEMS integriert werden. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass die elektrische Kraft aufgrund der
elektrostatischen Mitkoppelung immer in Phase mit der
Antriebsschwingung ist. Dadurch lässt sich eine optimale
Kompensationsfähigkeit über einen großen Auslenkungsbereich im mikroelektromechanischen System (z.B. im Drehratensensor) erzielen. Des Weiteren kann über die Mitkoppelspannung die Kompensation fein abgestimmt werden.
Dadurch, dass die erste Elektrodenstruktur eine Vielzahl von Aufnahmen aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur eine Vielzahl von Fingern aufweist, können gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung umfangreiche Elektrodenstrukturen verwendet werden, die zum optimalen Antrieb und/oder zur Detektion von Schwingungen eines MEMS- Bauteils ausgebildet sind. Die verschiedenen Finger und Aufnahme können dabei jeweils die gleiche geometrische Ausbildung haben. Es ist alternativ ebenso denkbar, Aufnahmen und/oder Finger mit verschiedenen geometrischen Ausbildungen zu kombinieren, um die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Beispielsweise könnten einige der zusätzlichen Finger und/oder Aufnahmen parallel ausgebildet sein.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein
mikroelektromechanisches System, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroelektromechanische System eine Elektrodenanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst.
Dadurch, dass die Elektrodenanordnung Teil eines Aktors oder Detektors des mikroelektromechanischen Systems ist, ist es gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, verschiedenste MEMS-Bauteile mit einer Elektrodenanordnung gemäß einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auszustatten.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems nach einer
Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur relativ zueinander entlang einer Bewegungsachse die Relativbewegung ausführen.
Dadurch, dass sich die elektrische Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur bei der Relativbewegung nichtlinear ändert, ist es gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, dass Nichtlinearitäten einer Schwingung des mikroelektromechanischen Systems ausgeglichen werden können, wobei insbesondere auf zusätzliche Elektroden zur Kompensation von Nichtlinearitäten vorteilhaft verzichtet werden kann.
Das mikroelektromechanische System nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und das Verfahren zum Betrieb eines
mikroelektromechanischen Systems nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung haben gegenüber dem Stand der Technik die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen
Elektrodenanordnung oder einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung beschriebenen Vorteile.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung hat gegenüber dem Stand der Technik die bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen System, dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems, einer
Ausführungsform des erfindungsgemäßen mikroelektromechanischen Systems oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems beschriebenen Vorteile.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figur 1 ist eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Elektrodenanordnung 1 ist Teil eines mikroelektromechanischen Systems. Sie umfasst eine erste Elektrodenstruktur 10 und eine zweite Elektrodenstruktur 20. Eine der ersten und zweiten Elektrodenstrukturen 10, 20 ist beispielsweise fest mit einem Substrat verbunden und die andere
Elektrodenstruktur 10, 20 ist Teil eines im Vergleich zum Substrat beweglich Schwingkörpers. Entsprechend können die erste und zweite Elektrodenstruktur 10, 20 eine Relativbewegung zueinander entlang einer Bewegungsachse 100 ausführen. Während einer solchen Relativbewegung kann ein Finger 21 der zweiten Elektrodenstruktur 20 tiefer in eine
Aufnahme 11 der ersten Elektrodenstruktur 10 eindringen oder weiter aus der Aufnahme 11 herausbewegt werden. Es ist beispielsweise denkbar, dass die Bewegungsachse 100 mit der Antriebsbewegungsachse des mikroelektromechanischen Systems zusammenfällt. Die Bewegungsachse 100 ist typischerweise zumindest im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des Substrats ausgebildet. Senkrecht zur Bewegungsachse 100 (und parallel zur Substratoberfläche) weist die Aufnahme 11 eine erste Breite 12 auf. Die erste Breite 12 ist dabei über die gesamte Ausdehnung der ersten Aufnahme 11 (entlang der Bewegungsachse 100) konstant. Der Finger 21 weist senkrecht zur Bewegungsachse 100 (und parallel zur Substratoberfläche) eine zweite Breite 22 auf. Über einen zweiten Bereich 23 des Fingers 21 verjüngt sich die zweite Breite 22 des Fingers dabei in die Eintauchrichtung (des Fingers) entlang der Bewegungsachse 100 und somit in Richtung eines ersten Hauptkörpers 14 der ersten
Elektrodenstruktur 1. Der zweite Bereich 23 erstreckt sich weit über die Hälfte der gesamten Ausdehnung des Fingers 21 entlang der
Bewegungsachse 100. Auf dem restlichen Bereich des Fingers 21 bleibt die zweite Breite 23 des Fingers 21 konstant. Verschiedene andere Geometrien sind ebenso denkbar, beispielsweise könnte der zweite Bereich 23 eine oder mehrere Unterbrechungen aufweisen, in denen die zweite Breite 22 konstant bleibt. Durch die Verjüngung des Fingers 21 ist die Änderung der Kapazität zwischen der erste und zweiten
Elektrodenstruktur 10, 20 in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe (entlang der Bewegungsachse 100) nichtlinear. Insbesondere können somit mit der in Figur 1 dargestellten Ausführungsform versteifende Nichtlinearitäten einer Antriebs-/Detektionsschwingung kompensiert werden.
In Figur 2 ist eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Gegensatz zur ersten Ausführungsform (Figur 1) ist die zweite Breite 22 des Fingers 21 über die gesamte Erstreckung des Fingers 21 zumindest im Wesentlichen konstant. Die erste Breite 12 der Aufnahme 11 hingegen verjüngt sich in einem ersten Bereich 13 entlang der Bewegungsachse 100 in Richtung des ersten Hauptkörpers 14.
Durch diese Verjüngung der Aufnahme 11 ist die Änderung der Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur 10, 20 in Abhängigkeit von der Eintauchtiefe (entlang der Bewegungsachse 100) nichtlinear.
Insbesondere können somit mit der in Figur 2 dargestellten
Ausführungsform versteifende Nichtlinearitäten einer Antriebs- /Detektionsschwingung kompensiert werden. In Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Bei der dritten Ausführungsform verjüngt sich die zweite Breite 22 des Finger 21 über den zweiten Bereich 23 entgegen der Eintauchrichtung des
Fingers 21 entlang der Bewegungsachse 100. Entsprechend verringert sich die zweite Breite 22 des Fingers 21 im zweiten Bereich 23 in Richtung des zweiten Hauptkörpers 24 der zweiten Elektrodenstruktur 20. Der zweite Bereich 23 erstreckt sich weit über die Hälfte der gesamten Ausdehnung des Fingers 21 entlang der Bewegungsachse 100. Auf dem restlichen
Bereich bleibt die zweite Breite 23 des Fingers 21 konstant.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Im Gegensatz zur dritten Ausführungsform (Figur 3) ist die zweite Breite 22 des Fingers 21 über die gesamte Erstreckung des Fingers 21 zumindest im Wesentlichen konstant. Die erste Breite 12 der Aufnahme 11 hingegen verjüngt sich in einem ersten Bereich 13 entlang der Bewegungsachse 100 in Richtung des zweiten Hauptkörpers 24.
Mithilfe der in den Figuren 3 und 4 gezeigten Ausführungsformen können somit erweichende (negative) nichtlineare Effekte einer Antriebs- /Detektionsschwingung kompensiert werden. Typischerweise umfasst die erste Elektrodenstruktur 10 eine Vielzahl von
Aufnahmen 11, die am ersten Hauptkörper 14 der ersten Elektrodenstruktur 10 nebeneinander angebracht sind. Entsprechend umfasst die zweite Elektrodenstruktur 20 eine Vielzahl von Fingern 21, die an einem zweiten Hauptkörper 24 der zweiten Elektrodenstruktur 20 angebracht sind und jeweils in eine Aufnahme 11 einbringbar sind.
In Figur 5 ist eine schematische Darstellung einer Elektrodenanordnung 1 gemäß einer fünten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in Figur 5 dargestellt, können auch Finger 21 und Aufnahmen 11 miteinander kombiniert werden, die sich jeweils verjüngen. In dieser beispielhaften Ausführungsform verjüngt sich die erste Breite 12 der Aufnahme 11 entlang der Bewegungsachse 100 in Richtung eines ersten Hauptkörpers 14 der ersten Elektrodenstruktur 1 (beispielsweise über die gesamte Länge der Aufnahme 11 oder alternativ nur in einem ersten Bereich 13). Gleichzeitig verjüngt sich die zweite Breite 22 des Fingers 21 in Richtung des ersten Hauptkörpers 14 (beispielsweise über die gesamte Länge des Fingers oder alternativ nur in einem zweiten Bereichs 23).
Es sind ebenso verschiedenste andere Kombinationen von in den Figuren 1 bis 5 beispielhaft dargestellten Fingern 21 und Aufnahmen 11 denkbar.

Claims

Ansprüche
1. Elektrodenanordnung (1) für ein mikroelektromechanisches System,
umfassend eine erste Elektrodenstruktur (10) und eine zweite
Elektrodenstruktur (20), wobei die erste Elektrodenstruktur (10) eine
Aufnahme (11) aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur (20) einen Finger (21) aufweist, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur (10, 20) relativ zueinander zu einer Relativbewegung entlang einer
Bewegungsachse (100) ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass sich eine zur Bewegungsachse (100) senkrechte erste Breite (12) der
Aufnahme (11) entlang der Bewegungsachse (100) zumindest in einem ersten Bereich (13) verjüngt und/oder dass sich eine zur Bewegungsachse senkrechte zweite Breite (22) des Fingers (21) entlang der
Bewegungsachse (100) zumindest in einem zweiten Bereich (23) verjüngt.
2. Elektrodenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Finger (21)
zumindest teilweise in der Aufnahme (11) angeordnet ist und relativ zur Aufnahme (11) entlang der Bewegungsachse (100) bewegbar ist.
3. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei sich die erste Breite (12) der Aufnahme (11) im ersten Bereich (13) in Richtung eines zweiten Hauptkörpers (24) der zweiten Elektrodenstruktur (20) verjüngt und/oder wobei sich die zweite Breite (22) des Fingers (21) im zweiten Bereich (23) entlang der Bewegungsachse (100) in Richtung des zweiten Hauptkörpers (24) verjüngt.
4. Elektrodenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei sich die erste Breite (12) der Aufnahme (11) im ersten Bereich (13) entlang der Bewegungsachse (100) in Richtung eines ersten Hauptkörpers (14) der ersten Elektrodenstruktur (10) verjüngt und/oder wobei sich die zweite
Breite (22) des Fingers (21) im zweiten Bereich (23) entlang der
Bewegungsachse (100) in Richtung des ersten Hauptkörpers (14) verjüngt.
5. Elektrodenanordnung (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste und zweite Elektrodenstruktur (10, 20), und insbesondere die Aufnahme (11) und der Finger (21), derart ausgebildet sind, dass sich eine elektrische Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur (10, 20) bei der Relativbewegung nichtlinear ändert.
6. Elektrodenanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die erste Elektrodenstruktur (10) eine Vielzahl von Aufnahmen (11) aufweist, wobei die zweite Elektrodenstruktur (20) eine Vielzahl von Fingern (21) aufweist.
7. Mikroelektromechanisches System, dadurch gekennzeichnet, dass das mikroelektromechanische System eine Elektrodenanordnung (1) gemäß einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
8. Mikroelektromechanisches System, nach Anspruch 7, wobei die
Elektrodenanordnung (1) Teil eines Aktors oder Detektors des
mikroelektromechanischen Systems ist.
9. Verfahren zum Betrieb eines mikroelektromechanischen Systems nach einem der Ansprüche 7 oder 8, wobei die erste und zweite
Elektrodenstruktur (10, 20) relativ zueinander entlang einer
Bewegungsachse (100) die Relativbewegung ausführen.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei sich die elektrische Kapazität zwischen der ersten und zweiten Elektrodenstruktur (10, 20) bei der
Relativbewegung nichtlinear ändert.
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