[發明專利]一種3-DOF硅基納米級定位平臺及其制作方法

有效

• 申請號: 201410276938.6
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104016297A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 宋芳
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: B81B7/00
• 分類號: B81B7/00;B81C1/00
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 趙繼明

1.一種3-DOF硅基納米級定位平臺，其特征在于，包括單晶硅襯底，該襯底的同一表面上設置有四個靜電梳齒致動器和一個正方形定位臺，其中，所述四個靜電梳齒致動器以正方形定位臺為中心呈對稱分布，各靜電梳齒致動器通過其輸出端的柔性彎曲梁與正方形定位臺相連接，所述靜電梳齒致動器前后兩側分別對應連接有柔性折疊梁和位移檢測梁，所述靜電梳齒致動器、正方形定位臺、柔性折疊梁和位移檢測梁通過絕緣錨點與單晶硅襯底連接，懸浮在單晶硅襯底之上；

在驅動方式上，所述正方形定位臺采用側向靜電梳齒驅動和平板電容驅動兩種復合驅動方式實現平臺的X、Y、Z三軸運動控制，通過給靜電梳齒致動器施加驅動電壓實現正方形定位臺沿X和Y方向平動；所述單晶硅襯底上設有Z軸驅動電極，通過給單晶硅襯底與正方形定位臺之間施加驅動電壓實現正方形定位臺沿Z方向運動；

在位移檢測上，各所述位移檢測梁兩端根部同一側壁位置分別設有一個壓敏電阻，用于對正方形定位臺X軸和Y軸輸出位移進行實時檢測。

2.根據權利要求1所述的一種3-DOF硅基納米級定位平臺，其特征在于，所述單晶硅襯底采用(111)單晶硅芯片。

3.根據權利要求1所述的一種3-DOF硅基納米級定位平臺，其特征在于，所述柔性彎曲梁的結構厚度均小于位移檢測梁、靜電梳齒致動器、柔性折疊梁和正方形定位臺的結構厚度。

4.根據權利要求1所述的一種3-DOF硅基納米級定位平臺，其特征在于，所述柔性折疊梁和位移檢測梁分別通過位于柔性折疊梁和位移檢測梁兩端的絕緣錨點將靜電梳齒致動器的動齒、位移檢測梁、柔性折疊梁、柔性彎曲梁、正方形定位臺懸浮在單晶硅襯底上；所述靜電梳齒驅動器的定齒通過位于動齒根部的絕緣錨點將定齒固定懸浮在單晶硅襯底上。

5.一種如權利要求1所述的3-DOF硅基納米級定位平臺的制作方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)選擇(111)單面拋光硅片作為單晶硅襯底；

2)采用硅反應離子刻蝕法制作絕緣錨點；

3)采用低壓化學氣相沉積法依次沉淀低應力氮化硅、TEOS和多晶硅材料，然后進行熱氧化使整個絕緣錨點充滿低應力氮化硅、TEOS和多晶硅轉化后的氧化硅；

4)利用反應離子刻蝕設備全部刻蝕掉硅片表面的氮化硅、TEOS和氧化硅鈍化層；

5)制作壓敏電阻；

6)依次在硅片表面沉積低應力氮化硅和TEOS鈍化保護層，然后涂膠光刻出柔性彎曲梁結構圖形，并利用反應離子刻蝕設備剝離柔性彎曲梁結構圖形上方覆蓋著的鈍化層，然后去除光刻膠；

7)涂膠光刻出除柔性彎曲梁結構圖形外其他部件結構圖形，包括位移檢測梁、柔性折疊梁、靜電梳齒致動器和正方形定位臺，然后利用反應離子刻蝕設備剝離覆蓋這些圖形區域上方的鈍化保護層；

8)以光刻膠和鈍化層為掩膜，先用硅反應離子刻蝕法刻蝕出位移檢測梁、折疊梁、靜電梳齒致動器以及正方形定位臺的結構深度，然后去除光刻膠后利用硅反應離子刻蝕法再刻蝕出a微米，所述a為柔性彎曲梁的結構厚度；

9)依次沉積低應力氮化硅和TEOS作為步驟8)中各部件刻蝕后的結構側壁鈍化保護層；

10)利用反應離子刻蝕設備刻蝕掉位于各結構槽底部的低應力氮化硅和TEOS復合鈍化保護層，結構側壁的鈍化保護層不被刻蝕，然后利用硅反應離子刻蝕法繼續刻蝕b微米作為結構腐蝕釋放時的犧牲間隙，b＝1～3。

11)KOH或TMAH腐蝕溶液通過犧牲間隙在單晶硅襯底內部橫向刻蝕釋放所有結構部件；

12)噴膠光刻引線孔；

13)制作鋁引線互連，然后合金、劃片、測試。

6.根據權利要求5所述的一種3-DOF硅基納米級定位平臺的制作方法，其特征在于，制作絕緣錨點時，絕緣錨點的深度比定位平臺中各部件的最大結構厚度大c微米，c＝8～12。