[發(fā)明專利]一種離面靜電驅(qū)動(dòng)器及其制作方法

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210050886.1
• 申請(qǐng)日: 2012-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN103288034A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王建坤;楊振川;閆桂珍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號(hào): B81B3/00
• 分類號(hào): B81B3/00;B81C1/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及微機(jī)電系統(tǒng)(Microelectromechanical?Systems，MEMS)領(lǐng)域，特別是關(guān)于一種基于梳齒驅(qū)動(dòng)的低驅(qū)動(dòng)電壓離面靜電驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)

采用MEMS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的靜電驅(qū)動(dòng)器由于具有體積小、響應(yīng)快、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，在自適應(yīng)光學(xué)例如微變形鏡等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。其中，梳齒式靜電驅(qū)動(dòng)器尤其是實(shí)現(xiàn)離面運(yùn)動(dòng)的梳齒式靜電驅(qū)動(dòng)器具有實(shí)現(xiàn)雙向驅(qū)動(dòng)、大驅(qū)動(dòng)行程、可以在線檢測(cè)和在線控制、易于集成等優(yōu)勢(shì)，成為重要的MEMS靜電驅(qū)動(dòng)器之一，并在微變形鏡、掃描微透鏡、光學(xué)移相器等領(lǐng)域取得了廣泛的應(yīng)用。要實(shí)現(xiàn)離面運(yùn)動(dòng)的梳齒式靜電驅(qū)動(dòng)器需要產(chǎn)生離面靜電驅(qū)動(dòng)力，而離面驅(qū)動(dòng)力一般與驅(qū)動(dòng)電壓的平方成正比，因此梳齒式靜電驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)生較大驅(qū)動(dòng)行程需要的驅(qū)動(dòng)電壓一般較大。同時(shí)，由于受到靜電吸合效應(yīng)(pull-in?effect)的影響，較大的驅(qū)動(dòng)電壓會(huì)引起驅(qū)動(dòng)器可靠性降低，抗沖擊能力較差。上述因素限制了這類驅(qū)動(dòng)器的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種低驅(qū)動(dòng)電壓MEMS梳齒式離面靜電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)及其制備方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：一種低驅(qū)動(dòng)電壓梳齒式離面靜電驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)，具有以下特征：它包括基片、固定電極、可動(dòng)電極、錨點(diǎn)、組合扭轉(zhuǎn)梁、驅(qū)動(dòng)輸出部分和信號(hào)引出焊盤；所述固定電極為固定在基片上的梳齒式電極；所述可動(dòng)電極為連接到所述驅(qū)動(dòng)輸出部分的梳齒式電極；所述組合扭轉(zhuǎn)梁，包括兩組折疊扭轉(zhuǎn)梁和一個(gè)支架橫梁，懸浮固定在基片上；所述折疊扭轉(zhuǎn)梁為多個(gè)扭轉(zhuǎn)橫梁(即可扭轉(zhuǎn)的窄梁)通過(guò)首尾相連的方式折疊而成；所述支架橫梁為連接兩組所述折疊扭轉(zhuǎn)梁的通梁；第一組所述折疊扭轉(zhuǎn)梁的一端連接基片，另一端連接所述支架橫梁；第二組所述折疊扭轉(zhuǎn)梁的一端連接所述支架橫梁，另一端連接所述驅(qū)動(dòng)輸出部分；所述信號(hào)引出焊盤包括連接到固定電極的金屬焊盤和連接到可動(dòng)電極的金屬焊盤；所述驅(qū)動(dòng)輸出部分為用于自適應(yīng)光學(xué)的微變形鏡、微透鏡等功能部件。

所述扭轉(zhuǎn)組合梁可以是等高梁或是單端不等高梁。所述等高梁為所述折疊扭轉(zhuǎn)梁的頂部和底部分別與所述支架橫梁的頂部和底部平齊；所述單端不等高梁為所述折疊扭轉(zhuǎn)梁底部與支架橫梁的底部平齊，頂部低于支架橫梁的頂部；

所述MEMS梳齒式離面靜電驅(qū)動(dòng)器主要采用如下制備工藝：

(1)選擇包括單晶硅器件層、二氧化硅埋氧層和單晶硅襯底層的SOI(Silicon-on-insulator絕緣體上硅)基片；

(2)在單晶硅器件層表面進(jìn)行摻雜，以形成歐姆接觸，并在單晶硅襯底層表面形成氧化硅掩膜，以定義驅(qū)動(dòng)器的背腔區(qū)域；

(3)在單晶硅器件層表面形成氧化硅掩膜，再在單晶硅器件層表面和氧化硅掩膜表面形成光刻膠掩膜，進(jìn)而形成氧化硅與光刻膠的復(fù)合掩膜；然后以光刻膠掩膜為掩膜刻蝕釋放結(jié)構(gòu)；

(4)去除光刻膠掩膜，以氧化硅掩膜為掩膜刻蝕定出固定電極頂部與可動(dòng)電極頂部之間的高度差；

(5)以單晶硅襯底層上的氧化硅掩膜為掩膜刻蝕出驅(qū)動(dòng)器的背腔區(qū)域；

(6)去除氧化硅掩膜和背腔區(qū)域的二氧化硅埋層，并處理第(4)步刻蝕后的梳齒電極表面；

(7)制作金屬電極，完成驅(qū)動(dòng)器制備。

本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明在MEMS微驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)中采用了扭轉(zhuǎn)組合梁設(shè)計(jì)，該扭轉(zhuǎn)組合梁在面內(nèi)方向具有很大的剛度，而在離面具有較小的剛度，降低了大驅(qū)動(dòng)行程需要的驅(qū)動(dòng)力和驅(qū)動(dòng)電壓，同時(shí)抑制了靜電吸合效應(yīng)的影響；2、本發(fā)明采用了SOI的單晶硅器件層作為MEMS微驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，大大減小了結(jié)構(gòu)內(nèi)應(yīng)力和溫度變化等的影響，提高了器件的可靠性；3、本發(fā)明采用了梳齒電極作為驅(qū)動(dòng)電極，可以實(shí)現(xiàn)大批量制造，工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，與多種類型的MEMS器件工藝兼容，可以實(shí)現(xiàn)與其他微光機(jī)電系統(tǒng)集成。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例平面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2是本發(fā)明實(shí)施例立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖3是本發(fā)明實(shí)施例組合扭轉(zhuǎn)梁立體結(jié)構(gòu)示意圖

圖4是本發(fā)明實(shí)施例離面驅(qū)動(dòng)的工作原理示意圖

圖5A～圖5H是本發(fā)明實(shí)施例制備過(guò)程結(jié)構(gòu)剖面示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。但是以下的實(shí)施例僅限于解釋本發(fā)明，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部?jī)?nèi)容。