压电阀模块、制造和操作阀模块的方法以及呼吸辅助装置
阅读：1发布：2023-03-11
专利汇可以提供压电阀模块、制造和操作阀模块的方法以及呼吸辅助装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开的各 实施例 涉及电 阀 模 块 、用于制造阀模块的方法、用于操作阀模块的方法、以及包括一个或多个阀模块的呼吸辅助装置。一种阀模块包括 半导体 本体、在半导体本体中的彼此隔开一定距离的空腔、悬置在每个空腔之上以使能空腔的至少部分闭合的悬臂结构、以及用于每个悬臂结构的 压电 致动器 。 压电致动器 被配置用于引起相应悬臂结构的正弯曲并且因此调节通过阀模块的气流的速率。，下面是压电阀模块、制造和操作阀模块的方法以及呼吸辅助装置专利的具体信息内容。
1.一种阀模块，包括：
半导体本体，包括多个空腔，所述多个空腔彼此隔开一定距离；
其中所述半导体本体的部分形成多个悬臂结构，每个悬臂结构悬置在相应的空腔之上并且被配置为在第一位置中至少部分封闭所述相应的空腔；以及
多个压电致动器，每个压电致动器被操作地耦合到相应的悬臂结构，并且被配置为在使用中引起所述相应的悬臂结构弯曲到第二位置，以打开所述相应的空腔；
其中所述多个压电致动器的致动调节通过所述阀模块的所述空腔的气流的速率。
2.根据权利要求1所述的阀模块，其中所述多个压电致动器包括第一压电致动器和第二压电致动器，其中所述第一压电致动器和所述第二压电致动器分别耦合到第一电压发生器和第二电压发生器，使得所述第一压电致动器和所述第二压电致动器彼此独立地可控制。
3.根据权利要求1所述的阀模块，还包括操作地耦合到所述多个压电致动器的至少一个电压发生器，所述至少一个电压发生器被配置为：将所述多个压电致动器偏置在第一电压值处，其中所述相应的悬臂结构处于所述第一位置以至少部分封闭所述相应的空腔并且最小化所述气流的速率；以及将所述多个压电致动器偏置在高于所述第一电压值的第二电压值处，以便在所述相应的悬臂结构中诱导拉伸应力，其中所述相应的悬臂结构弯曲到所述第二位置以打开所述相应的空腔并且增加所述气流的速率。
4.根据权利要求1所述的阀模块，其中所述多个悬臂结构中的每个悬臂结构还包括被配置为在所述悬臂结构中生成压缩应力的应力诱导层。
5.根据权利要求1所述的阀模块，其中所述多个悬臂结构的数目在200与500之间。
6.根据权利要求1所述的阀模块，其中所述多个悬臂结构中的每个悬臂结构机械地约束到所述半导体本体并且在所述相应的空腔之上作为所述半导体本体的延长部分无缝地延伸。
7.根据权利要求1所述的阀模块，其中每个空腔由相应的壁在内部界定，所述相应的壁由相应的保护层覆盖。
8.根据权利要求1所述的阀模块，其中相应的平坦化层在所述压电致动器的下方延伸。
9.一种持续气道正压(CPAP)型的呼吸辅助装置，包括多个根据权利要求1所述的阀模块。
10.一种操作根据权利要求1所述的阀模块的方法，所述方法包括如下步骤：
在其中阀关闭的第一操作条件下，将所述压电致动器中的一个或多个压电致动器偏置在第一电压值处，其中相应的悬臂结构处于第一位置以至少部分封闭所述相应的空腔并且最小化所述气流的速率；以及
在其中所述阀至少部分打开的第二操作条件下，将所述压电致动器中的一个或多个压电致动器偏置在高于所述第一电压值的第二电压值处，以便在所述悬臂结构中诱导拉伸应力，从而引起所述相应的悬臂结构弯曲到第二位置一打开所述相应的空腔并且增加所述气流的速率。
11.根据权利要求10所述的方法，其中所述第一电压值是零电压值。
12.一种用于制造阀模块的方法，包括：
在半导体本体中形成相互隔开距彼此的距离的多个空腔；
形成多个悬臂结构，其中每个悬臂结构悬置在相应的空腔之上并且被配置为在第一位置中至少部分封闭所述相应的空腔；以及
将压电致动器耦合到每个悬臂结构，使得每个压电致动器在使用中引起相应的悬臂结构弯曲到第二位置，以打开所述相应的空腔；
其中所述多个压电致动器的致动调节通过所述阀模块的所述空腔的气流的速率。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：为第一压电致动器和第二压电致动器形成相应导电偏置路径，使得所述第一压电致动器和所述第二压电致动器中的每个压电致动器独立地可控制。
14.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述悬臂结构上形成被配置为在所述悬臂结构中施加压缩应力的应力诱导层。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述多个悬臂结构的数目在200与500之间。
16.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述多个悬臂结构包括，对于每个悬臂结构：
在所述半导体本体中形成掩埋空腔；
挖掘部分地围绕所述悬臂结构的沟槽，直到到达所述掩埋空腔；以及
保持所述悬臂结构的一部分约束到所述半导体本体，作为所述半导体本体的无缝延长部分。
17.根据权利要求12所述的方法，其中形成所述相应的空腔还包括利用保护层涂覆所述相应的空腔的内壁。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括在所述压电致动器的下方形成平坦化层。
压电阀模块、制造和操作阀模块的方法以及呼吸辅助装置
[0001] 相关申请的交叉引用
技术领域
[0003] 本公开涉及压电阀模块、用于制造阀模块的方法、用于操作阀模块的方法、以及包括一个或多个阀模块的呼吸辅助装置。
背景技术
[0005] 然而，已知类型的MEMS阀具有相对较大的尺寸并且难以集成在包括数百个阀的阵列中，同时提供阵列尺寸的减小或最小化以及成本控制。阀阵列在很多应用中证明是有利的，特别是在需要精细控制气体或流体的条件下。
[0006] 另外，已知类型的阀用于多种应用上下文，包括医疗领域，其中存在严格的可靠性和安全性要求。例如，CPAP(持续气道正压)是一种主要用于治疗睡眠呼吸暂停的呼吸通气方法，并且通常用于严重呼吸功能不全的患者，包括新生婴儿。CPAP机器主要由患者在其自己的家中用于治疗睡眠呼吸暂停，一种上呼吸道在睡眠的最深阶段被部分地限制到闭塞点从而导致受试者的急剧重新唤醒的疾病。CPAP装置设法抵消这种现象，通过面罩(或鼻罩)和管子提供压缩空气流，使得气道保持开放和透气(经由空气压力)，使得呼吸保持规律。CPAP机器以医务人员规定的压力输送空气。
[0007] 一些使用CPAP的患者不愿意接受这种治疗，因为面罩(有时是鼻罩)和将其连接到机器的管子证明是不方便和麻烦的，并且要被给予的空气流对于一些患者以高速率被调节，并伴有相当大的相关噪声。一些患者在几周内适应治疗，而其他患者必须进行多次测试(使用面罩和装置)以便能够适应日常使用。最后，其他患者早在治疗的第一周就完全中断或停止治疗。
[0009] 在一个实施例中，提供了诸如压电阀模块的小型阀，其可以集成在CPAP系统中，具有较小的阻碍，然而保持高效率、与卫生标准的兼容性、调节所供应的空气流的可能性、以及集成在模块化系统中的可能性(从而提供高可扩展性)。
[0010] 在一个实施例中，提供了一种用于制造上述小型阀的方法，该方法在经济上是有利的并且实现起来快。
[0012] 一种阀模块包括被配置为接收第一气流的输入和被配置为供应第二气流的输出；阀模块包括：半导体本体；在半导体本体中彼此相距一定距离的多个空腔；多个悬臂结构，每个悬臂结构悬置在相应的空腔上以至少部分封闭相应的空腔；以及操作地耦合到相应的悬臂结构的多个压电致动器，每个压电致动器被布置为使得它们在使用时引起相应悬臂结构的正弯曲以便调节输出处的第二气流的速率。
[0013] 例如，一种持续气道正压(CPAP)型呼吸辅助装置包括多个这样的阀模块。
[0014] 一种用于制造阀模块的方法包括：在半导体本体中形成彼此相距一定距离的多个空腔；形成多个悬臂结构，每个悬臂结构悬置在相应的空腔上以至少部分封闭相应的空腔；以及将多个压电致动器耦合到相应悬臂结构，使得多个压电致动器在使用时引起相应悬臂结构的正弯曲以便调节输出处的第二气流的速率。
附图说明
附图说明
[0015] 为了更好地理解，现在参考附图纯粹通过非限制性示例来描述其实施例，在附图中：
[0016] 图1是根据本公开的一个实施例的MEMS阀的侧向截面图；
[0017] 图2是图1的MEMS阀的透视图；
[0018] 图3是图2的MEMS阀的透视图，该MEMS阀被制成截面图并且处于阀打开或部分打开的操作条件；
[0019] 图4是包括多个图1至图3所示类型的MEMS阀的阀模块的俯视图；
[0020] 图5是图4所示类型的阀模块阵列的俯视图；
[0021] 图6至图15以横截面图示出了用于制造至少一个图1至图3所示类型的MEMS阀的步骤；以及
[0022] 图16是容纳图4所示类型的阀模块或图5所示类型的阀模块阵列的设备的示意图。
具体实施方式
[0023] 图1以横截面图和由相互正交的轴X、Y和Z限定的参考系示出了根据本公开的一个方面的压电操作阀1。图2示出了在相同参考系中的图1的阀1的透视图。图1特别地是沿着图2的截面线I-I得到的视图。
[0024] 阀1包括：由诸如硅等半导体材料制成的具有彼此相对的正面2a和背面2b的结构本体2；在正面2a上延伸并且具有顶面4a和底面4b的悬臂结构4；操作地耦合到悬臂结构4的顶面4a的压电致动器5；从结构本体2的背面2b朝向悬臂结构4的底面4b延伸的入口腔室6；以及部分地围绕悬臂结构4并且部分地(除了在机械地耦合到结构本体2的锚固部分4'处之外)将其与结构本体2物理地分离的穿过沟槽8。特别地，悬臂结构4在平面XY中的顶视平面图中具有四边形形状(这里，在点的情况下为方形)并且在其一个侧面上机械地约束或附接到结构本体2。如上所述，悬臂结构4的其余三个侧面通过沟槽8与结构本体2分开。如图2所示，在悬臂结构4的沟槽8所面对的每个侧面上，沟槽8本身在平面XY的视图中具有矩形形状，其中主边长l1在约500μm到1000μm之间并且次边长12在约0.5μm到10μm之间。
[0025] 在一个实施例中，结构本体2和悬臂结构4的至少一部分通过机械加工半导体材料的单片形成；膜的锚固部分4'作为结构本体2的延长部分无缝地延伸。
[0026] 在一个实施例中，悬臂结构4包括：硅层58'，特别是单晶硅层，其作为结构本体2的延长部分延伸并且形成锚固部分4'；以及分别是SiO2和TEOS的一个或多个绝缘层，这里示出了其中的两个层62和64。例如，悬臂结构4的厚度hC根据希望赋予悬臂结构4本身的刚度来选择。例如，悬臂结构4的厚度hC在0.5μm到50μm的范围内。
[0027] 入口腔室6包括第一部分6a和第二部分6b，第一部分6a的横截面在平面XY中的面积具有第一值，第二部分6b的横截面在平面XY中的面积具有大于第一值的第二值。特别地，第二部分6b在结构本体2内部形成空腔，悬臂结构4直接悬置在该空腔之上，并且第二部分6b进一步在入口腔室的第一部分6a与沟槽8之间形成流体连通通道(特别地，此处流体为空气)。
[0028] 压电致动器5包括压电材料带15，压电材料带15部分地覆盖悬臂结构4并且特别地从锚固部分4'朝向沟槽8延伸，而不到达后者。
[0029] 在一个实施例中，压电材料带15包括由第一电极15a(例如，由Pt材料制成)、压电材料层15b(例如，由PZT材料制成)和第二电极15c(例如，由TiW材料制成)形成的堆叠。相应的绝缘层在堆叠15a-15c的下方和上方延伸，以使其电绝缘并且保护其免受外部因素的影响。因此，压电带15可以电气表示为电容器，其第一电极15a连接到参考电压(例如，地电压)并且其第二电极15c被致动电压偏置。
[0030] 还可以注意到，在一个实施例中，例如厚度在0.01μm到1μm之间的氮化硅的应力诱导层17在压电材料带15上延伸以覆盖后者(在一些应用中完全地)并且覆盖悬臂结构4的一部分。应力诱导层17的材料和/或厚度被选择以便在悬臂结构4内产生压缩应力，该压缩应力在静止条件下(即，在压电致动器5没有偏置的情况下)使得悬臂结构4能够保持基本上平行于平面XY(即，位于相对于平面XY形成±1°的最大角度的平面中)。
[0031] 压电带15可以电连接到第一电压发生器18。电压发生器18被配置为将压电带15偏置在工作电压V1(施加在电极15a和15c之间的电压)处，工作电压V1在最小值VMIN(阀1完全关闭，例如0V)与最大值VMAX(在结构损坏发生之前允许的最大开度处的阀1，例如40V)之间。在阀1的使用期间，根据希望为悬臂结构4获取的(或多或少强调的)弯曲，工作电压V1可以假定在VMIN-VMAX的范围内的多个中间值。
[0032] 图3以透视图示出了在阀至少部分打开的操作状条件期间阀1的一部分。特别地，图3所示的部分沿着图2的截面线I-I截取的。可以注意到，当压电材料带15被偏置在工作电压V1处时，它在悬臂结构4中诱导应力，悬臂结构4因此弯曲。换言之，由工作电压V1生成的电场在PZT中诱导的应力在悬臂结构4中生成拉伸应力，该拉伸应力引起悬臂结构4的向下弯曲，也称为“正弯曲”。由于悬臂结构4在锚固部分4'处或仅在锚固部分4'处被约束或附接到结构本体的事实，正弯曲需要相对的自由端向上平移(由附图标记4”表示)。
[0033] 在其中入口腔室6接收朝向悬臂结构4的空气流(由箭头12表示)的阀1的操作条件下，通过入口腔室6的第一部分6a和第二部分6b的空气流通过沟槽8流出(如箭头14所示)。
[0034] 悬臂结构4的刚度根据悬臂结构4上的空气流12在使用中在轴Z的正方向上施加的压力来选择。特别地，悬臂结构4的刚度被选择为使得在阀1关闭的条件下(即，压电致动器5没有偏置)，最大可能空气流12(取决于具体应用和阀1的使用)不会引起悬臂结构4的弯曲以甚至部分地打开阀1。在特定应用的基础上，可以设想由空气流12引起的关闭状态下的阀1的部分打开的可能公差。
[0035] 作为非限制性示例，厚度为hC＝15μm的前述类型的悬臂结构4可以承受空气流12的2000Pa的压力，而不会出现从其在XY平面中的位置的明显位移(即，接受±0.1°的公差)。
[0036] 由于上面已经描述的情况的结果，在图3所示的操作条件下，当悬臂结构4相对于图2所示的操作条件正弯曲时(如图3所示)，输出处的空气流14的流量或体积增加。通过在最小值VMIN与最大值VMAX之间调节所施加的电压V1的值，可以实现中间位置。因此，可以在阀1处调节来自出口的空气流14(或者换言之，流速)。
[0037] 应当注意，根据本公开的一个方面，由于沟槽8的存在，阀1不是流体密封的。这表示，在出口处的空气流14虽然很低或甚至很小，但是在阀关闭或闭合但是在入口处存在空气流6的情况下也存在。通过减小或最小化沟槽8的尺寸，可以相应地减小或最小化在阀关闭条件下在出口处供应的空气的流速或量。
[0038] 图4以俯视图(在XY平面中)示出了包括集成有多个阀1的半导体管芯的阀模块20，多个阀1彼此并排布置以形成阀阵列1。半导体管芯20具有例如正方形形状，例如其中边长在10mm到20mm之间，并且容纳彼此分开15μm到30μm之间的距离d1的多个(例如，在200到500之间，更特别地在300到350之间)阀1，例如具有正方形形状，其中边长在600μm到900μm之间。
[0039] 例如，考虑以下设计参数：在每个阀1的入口处的空气流12的压力恒定为2000Pa；阀模块20在关闭状态下的流速(压电致动器5偏置在VMIN＝0V)为0.5升/分钟；并且阀模块20在打开状态下的流速(压电致动器5偏置在VMAX＝40V)为20升/分钟。可以设计边长为15mm的正方形形状的阀模块20，容纳324个悬臂结构4，每个悬臂结构4具有边长为800μm的正方形形状，并且确定每个悬臂结构4的刚度和每个沟槽8的尺寸使得每个阀1在关闭或闭合状态下的泄漏为0.0015升/分钟并且每个阀1在打开状态下的流量为0.06升/分钟。可以通过FEM(有限元法)建模软件设计每个阀1的刚度和沟槽8的大小，以利用本领域技术人员可用的适当的计算机程序产品。
[0040] 图5以俯视图(在平面XY中)示出了包括多个图4所示类型的阀模块20的系统30，这些阀模块20彼此并排布置以形成阀模块阵列20。
[0041] 例如，考虑上述相同的设计参数：在每个阀1的入口处的空气流12的压力恒定为2000Pa；阀模块20在关闭状态下的流量(压电致动器5偏置在VMIN＝0V)为0.5升/分钟；并且阀模块20在打开状态下的流量(压电致动器5偏置在VMAX＝40V)为20升/分钟。可以通过将四个阀模块20彼此并排布置来设计系统30，每个阀模块20具有边长为7.5mm的正方形形状并且容纳81个悬臂结构4，每个悬臂结构4具有边长为800μm的正方形形状，并且确定每个悬臂结构4的刚度和每个沟槽8的尺寸使得每个阀1在关闭或闭合状态下的泄漏为0.0015升/分钟并且每个阀1在打开状态下的流量为0.06升/分钟。可以通过FEM(有限元法)建模软件来执行每个阀1的刚度和沟槽8的大小的设计，以利用本领域技术人员可用的适当的计算机程序产品。
[0042] 备选地，根据作为示例提供的另一实施例，可以通过将九个阀模块20彼此并排布置来设计系统30，每个阀模块具有边长为5mm的正方形形状，并且容纳36个悬臂结构4，每个悬臂结构4具有边长为800μm的正方形形状，并且确定每个悬臂结构4的刚度和每个沟槽8的尺寸使得每个阀1在关闭或闭合状态下的泄漏为0.0015升/分钟并且每个阀1在打开状态下的流量为0.06升/分钟。
[0043] 结合图4和图5，可以注意到，电触点(未详细示出)可以集成在图4的模块20中或图5的系统30的模块20中，以在使用时偏置每个阀1。可以为每个阀1提供专用的电气连接使得每个阀1可以单独地并且独立于其他阀1来控制。或者，可以提供一组阀1共用的电气连接使得属于该组的阀1可以与属于其他组的阀1共同且独立地操作。一组阀1可以包括属于模块
20的所有阀1，或者仅包括属于模块20的一些阀1。
20的所有阀1，或者仅包括属于模块20的一些阀1。
[0044] 同样，可以提供所有阀1共用的电连接使得所有阀1可以共同操作。
[0045] 出于电连接的布线的布置和优化的原因，同样可以为每个阀1或多组阀1提供多个专用电连接，并且共同操作一些或所有阀1，以将它们耦合到相应的一个或多个共享的电压发生器。
[0046] 参考图6至图15，现在描述制造图1至图3的阀1的方法。显然，这里描述的方法可以应用于在同一半导体晶片上联合制造多个阀，以形成图4所示类型的一个或多个模块20。
[0047] 参考图6，提供半导体晶片50，特别是包括单晶硅衬底52。特别地，晶片50可以是预加工类型，并且可以包括其他半导体层、电介质层、绝缘材料层或其他材料层(这里未示出)。晶片由沿着轴线Z彼此相对的正面50a和背面50b界定，并且沿着Z具有例如在300和800μm之间的厚度。
[0048] 结合参考图7A(在横截面图中)和图7B(在俯视图中)，通过光刻步骤，在半导体本体52上(在正面50a上)提供光致抗蚀剂掩模53。掩模53形成在半导体本体52的将要形成入口腔室6的第二部分6b并且同样限定悬臂结构4的形状的区域中(即，其限定了在使用时自由弯曲的悬置部分)。
[0049] 掩模53的形状类似于蜂窝状格子，并且具有彼此靠近布置的掩模区域，例如六边形。
[0050] 使用掩模53(图8)，执行半导体主体52的蚀刻以形成深度为几微米(例如，在5μm和25μm之间)的沟槽56。沟槽56限定硅柱57，硅柱57彼此基本上相同并且具有与由掩模53限定的蜂窝区域的形状相对应的形状。举例来说，每个柱57具有约1μm的直径，并且沿着X或Y与相邻柱分开约1μm。通常，柱57的直径和间隔的值被选择为使得能够在下文中描述的外延生长步骤期间在顶部处闭合沟槽56。
[0051] 接下来(图9)，移除掩模53并且在脱氧环境中(通常，在呈现高浓度氢的气氛中，优选地使用三氯硅烷-SiHCl3)进行外延生长。外延生长至少被执行直到沟槽56在顶部处封闭(例如，在接近1200℃的温度下持续45秒)。
[0052] 因此，外延层58在硅柱57之上生长，在顶部处封闭沟槽56，并且在捕获其中存在的气体(这里是氢分子-H2)。
[0053] 然后进行退火步骤，例如在约1190-1200℃的温度下进行约30-40分钟。退火步骤导致(图10)硅原子的迁移，硅原子倾向于以本身已知的方式移动到较低能量的位置，例如在IEDM 1999的第517-520页的Sato、N.Aoki、I.Mizushima和Y.Tsunashima的“A New Substrate Engineering for the Formation of Empty Space in Silicon(ESS)Induced by Silicon Surface Migration”论文(通过引入而并入)中讨论的。
[0054] 在其中硅柱靠近在一起的沟槽56处，硅原子完全迁移并且形成在顶部处由悬置层58'(膜)封闭的掩埋空腔。
[0055] 优选地，在H2气氛中进行退火以防止存在于沟槽56中的氢气从外延层向外逸出并且在外延生长步骤期间捕获的氢气不充分的情况下增加掩埋空腔中存在的氢气浓度。或者，退火可以在氮气环境中进行。
[0056] 悬置层58'的沿着Z的厚度在限定悬臂结构4的最终厚度时一致。因此，执行外延层58的生长步骤以便能够生长期望厚度的层(特别是通过监测生长的时间和条件)。在任何情况下都可以对晶片50的正面50进行研磨或非掩模蚀刻步骤，以在必要或期望的情况下使外延层58(特别是悬置层58')的厚度变薄。
[0057] 在一个实施例中，悬置层58'具有约在5μm到25μm之间的最终厚度。
[0058] 然后(图11)，在晶片50的正面50a上进行掩模蚀刻(通过本身已知的光刻和蚀刻步骤)以形成通孔61。在整个悬置层58'的厚度上进行蚀刻以移除悬置层58'的选择性部分，直到到达下面的掩埋空腔。因此，掩埋空腔被布置为与外部环境流体连通。
[0059] 接下来(图12)，执行晶片50的氧化步骤，例如热氧化，以形成氧化物层62。或者，可以沉积氧化物层62。特别地，氧化物层62通过通孔61形成在晶片50的正面50a上(即，在悬置层58'上)和掩埋空腔的内壁上。氧化物层62的厚度具有几微米，例如在1到2μm之间。具体地，氧化物层62在硅蚀刻期间具有蚀刻停止层的功能以形成第一部分6a，例如如图15所示。在没有该层的情况下，蚀刻将朝向形成悬置膜的硅进行。根据阀1的操作环境，氧化物层62同样可以具有保护功能或兼容性功能。
[0060] 显然，可以使用不同于氧化硅的具有相同功能的其他材料。
[0061] 随后的步骤(图12)，设想在氧化物层62上在晶片50的正面50a上形成TEOS层64。除了平面化正在处理的晶片的正面之外，TEOS层64具有阻挡先前产生的用于氧化腔室6的第二部分6b的内部的孔的功能。为了实现这些目的，TEOS层64被选择为具有足够的厚度，例如约1μm。显然，可以使用不同于TEOS的具有相同功能的其他材料。
[0062] 接下来，执行在TEOS层64上形成压电致动器5的步骤。根据前面参考图1和图2描述的布局，压电致动器5至少部分形成在悬置层58'上。
[0063] 参考图13，其示出了图6至图12的晶片50的一部分的放大视图，现在描述用于制造压电致动器5的步骤。简而言之，在TEOS层64上形成底部电极15a(例如，二氧化钛TiO2的底部电极15a，其厚度例如在5到50nm之间，其上沉积有铂Pt层，Pt层的厚度例如在30到300nm之间)。接下来，通过沉积厚度为例如0.5到3.0μm的铅锆三氧化钛(Pb-Zr-TiO3，即PZT)层，在底部电极15a上进行压电层15b的沉积。然后，在压电层15b上沉积厚度例如在30到300nm之间的第二层导电材料，例如铂(Pt)或铱(Ir)或二氧化铱(IrO2)或钛钨(TiW)或钌(Ru)，以形成顶部电极15c。
[0065] 然后在顶部电极15c上沉积一个或多个钝化层68。钝化层包括用于电极的电绝缘的介电材料，例如，氧化硅(SiO2)或氮化硅(SiN)或氧化铝(Al2O3)层，无论是单层还是堆叠在彼此之上，其厚度例如在10nm到1000nm之间。然后在选择性区域中蚀刻钝化层以产生沟槽以进入底部电极15a和顶部电极15c。然后，执行导电材料在如此形成的沟槽内并且在钝化层68上的沉积步骤，诸如金属(例如，铝Al或金Au，可能与阻挡层和粘附层一起，诸如钛Ti、钛钨TiW、氮化钛TiN、钽Ta或氮化钽TaN)。随后的图案化步骤使能形成导电路径69、70，导电路径69、70使能对顶部电极15c和底部电极15a的选择性的接入，以用于在使用期间对其进行电偏置。还可以形成另外的钝化层(例如，氧化硅SiO2或氮化硅SiN的钝化层)以保护导电路径69、70。由此完成压电致动器5的形成。
[0066] 接下来(图14，其再现了与图6至图12相同的晶片50的截面视图)，在压电致动器5上形成应力诱导层17(先前参考图1提到)。
[0067] 然后(图15)，在其沿着压电致动器5并且与压电致动器5并排延伸的区域中选择性地蚀刻(在其整个厚度上)TEOS层64、氧化物层62和悬置层58'，直到到达下面的掩埋空腔并且从而形成穿过沟槽8。以这种方式，掩埋空腔(其在制造步骤结束时将成为入口腔室6的第二部分6b)与外部环境流体连接。
[0068] 最后，在背面50b上蚀刻晶片50(特别是半导体本体52和掩埋空腔内的氧化物层62)以便在与容纳压电致动器5的侧面相对的侧面形成入口腔室6的第一部分6a。蚀刻继续进行直到到达掩埋空腔(入口腔室6的第二部分6b)。由此，入口腔室6的形成过程结束。
[0069] 随后的锯切(或切割)步骤(未示出)使能彼此分离包括阀1或多个阀1的晶粒，从而形成多个前述类型的阀模块20。
[0070] 根据本公开的一个方面，同样提供了图16中示意性地示出的呼吸辅助装置100。根据本公开的一个方面，呼吸辅助装置100包括至少一个阀模块20或由一系列阀模块20形成的系统30，阀模块20被设计成供应空气流，该空气流针对呼吸辅助装置100的用户本身进行调节或可以调节。
[0071] 在一个可能的实施例中，呼吸辅助装置100包括：CPAP单元101，包括空气发生器101'，被配置为生成CPAP型的机械通气(图1中的空气流12)；吸气通道102，具有耦合到空气发生器101以接收空气流12的第一端102'；根据本公开的第一阀模块20(或第一阀系统30)，操作地耦合到吸气通道102的第二端102”以用于在空腔/多个空腔6处接收空气流12；呼吸模块106，被配置为由用户通过将其施加到鼻孔和/或嘴部而佩戴，在与沟槽8相对应的位置处耦合到阀模块20(或阀系统30)，以便在出口处向用户的鼻孔和/或嘴部供应空气流14；第二阀108(根据本公开的类型或已知类型)，操作地耦合到呼吸模块106以用于接收用户呼出的空气流；以及返回通道110，操作地耦合到第二阀108以用于接收呼出的空气流并且将其输送到CPAP单元。
[0072] 可以注意到，在形成装置100的元件在小尺寸的情况下(例如，几厘米的长度/宽度/厚度)可以集成，使得它一点不笨重，实用并且便携。
[0073] 通过检查本文中描述和说明的特征，所提供的优点是很清楚的。
[0074] 特别地，根据本发明的阀基于单片结构(承载体和悬臂结构)，提供了高强度并且不存在可能脱离的组件，并且当在CPAP装置中使用时，由用户无意地吸入。
[0076] 此外，制造过程快速，低成本，并且与在MEMS制造厂中使用的普通装置完全兼容。
[0077] 另外，根据本公开的包括多个阀的CPAP装置可以具有小尺寸，低成本，并且具有用于调节和控制供应给用户的空气流的高容量。
[0079] 例如，可以提供入口腔室6的尺寸使得多个悬臂结构4在同一腔室6之上延伸。
[0080] 此外，应力诱导层17可以仅部分地在压电致动器5上延伸，或者在其旁边延伸，或者再次在压电致动器5下方延伸。
[0081] 根据另一实施例，可以不存在应力诱导层17，并且通过产生和偏置压电致动器5使得它在阀关闭的操作条件下在悬臂结构4内生成压缩应力，悬臂结构4可以保持基本上平行于平面XY。
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