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Dynamic control of high-voltage actuator arrays by light-pattern projection on photoconductive switches

微系统与纳米工程(英文) 2023年第3期9卷 387-396页

作者： Vesna Bacheva Amir Firouzeh Edouard Leroy Aiste Balciunaite Diana Davila Israel Gabay Federico Paratore Moran Bercovici herbert shea Govind Kaigala Faculty of Mechanical Engineering Technion-Israel Institute of Technology3200003 HaifaIsrael IBM Research Europe-Zurich Säumerstrasse 48803 RüschlikonSwitzerland Soft Transducers Laboratory(LMTS) Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne(EPFL)2000 NeuchâtelSwitzerland Present address:Laboratory of Soft Materials and Interfaces ETH Zürich8093 ZürichSwitzerland Present address:School of Biomedical Engineering Vancouver Prostate CentreLife Sciences InstituteUniversity of British ColumbiaVancouverCanada

The ability to control high-voltage actuator arrays relies, to date, on expensive microelectronic processes or on individual wiring of each actuator to a single off-chip high-voltage switch. Here we present an alternative approach that uses on-chip photoconductive switches together with a light projection system to individually address high-voltage actuators. Each actuator is connected to one or more switches that are nominally OFF unless turned ON using direct light illumination. We selected hydrogenated amorphous silicon (a-Si:H) as our photoconductive material, and we provide a complete characterization of its light to dark conductance, breakdown field, and spectral response. The resulting switches are very robust, and we provide full details of their fabrication processes. We demonstrate that the switches can be integrated into different architectures to support both AC and DC-driven actuators and provide engineering guidelines for their functional design. To demonstrate the versatility of our approach, we demonstrate the use of the photoconductive switches in two distinctly different applications—control of µm-sized gate electrodes for patterning flow fields in a microfluidic chamber and control of cm-sized electrostatic actuators for creating mechanical deformations for haptic displays.

关键词： projection light sized

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