[發明專利]一種應變調控低維材料的微機電執行器的制作方法

有效

• 申請號: 202110271687.2
• 申請日: 2021-03-12
• 公開（公告）號: CN113104807B
• 公開（公告）日: 2023-05-16
• 發明（設計）人: 謝涌;胡文帥;彭艾盈;張鵬;賈浩
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: B81C1/00
• 分類號: B81C1/00;B81B7/02
• 代理公司: 西安嘉思特知識產權代理事務所(普通合伙) 61230
• 代理人: 劉長春

本發明提供的一種應變調控低維材料的微機電系統執行器的制作方法，通過在MEMS執行器結構上設計微溝槽，并且在微溝槽兩側固定低維材料，從而對低維材料進行應變調控及其電學、光學性能調控，使得制作出的MEMS執行器具備可拉伸、可編程控制低維材料的應變能力。與現有技術相比，本發明不僅解決了原有工藝方法固定材料的力學接口難題，還同時實現了低維材料與MEMS執行器的電學接口，從而使得可在MEMS執行器上直接讀取電學信號，成功得到電學控制應變電子、光電子器件。

技術領域

本發明屬于微機電系統技術領域，具體涉及一種應變調控低維材料的微機電執行器的制作方法。

背景技術

隨著微機電系統和低維材料的快速發展，在原子尺度上操縱和施加應變能夠改變能帶結構，為大幅度的提高材料的性能提供了可能。二維材料和納米線材料等低維材料在拉伸應變等機械變形下表現出可調的材料性能，其對應的塊體材料(如大塊硅)在小于2％的標稱應變下斷裂，而低維材料尤其是二維材料可以實現25％的應變，且不會降低材料質量。使得低維材料的電學性能、熱學性能、光學性能等發生了顯著變化。理論上能夠精確控制低維材料中的應變，詳細研究應變的影響，并創造出新的應變器件如可拉伸、可編程器件。現有的應變工程調控低維材料的方法通常是對底層基板操作，如對基板進行彎曲或拉伸，但是這類方法在電子產品中實現和集成存在著很大的困難。現有的技術對應變的控制也有限，需要體積龐大的壓力室或較大的梁彎曲設備，這些設備無法和CMOS工藝兼容，而且無法在低溫狀態下實現測量。

微機電系統具有良好的可控性和易于集成到電子設備中的優點，這是由于目前已經擁有了成熟的制造工藝。微機電系統致動器可以通過電能或電熱作用進行驅動，在平面內拉伸低維材料實現對材料內部應變的調控，從而最終實現拉伸器件的效果。目前，已經證明了微機電系統可以用來動態調控低維材料如二維材料、納米材料和碳納米管等，應用潛力巨大。因此將低維材料如二維材料集成到微機電系統上，使用微機電系統調控納機電系統在應變工程中得到了廣泛的使用。比如在傳感器、信號處理、通信等領域，表現出了良好的應用前景。此外，通過蒸發金屬固定低維材料的方式還可以實現低維材料和硅的電學界面的集成，制做成可拉伸、可電學編程控制的器件。但是，微機電系統一般在數百微米尺寸，低維材料包含二維材料、納米材料和碳納米管等厚度在納米級別、大小在微米級別，因此將其集成到微機電系統上比較困難。基于低維材料的應變工程，有許多理論上的建議，但實現系統中應變場的純機械控制仍是很大的挑戰。

經過對現有文獻的檢索發現，現有的微機電系統存在調節范圍、應變梯度小、無法與硅基電路兼容、降低系統品質因數等問題。

發明內容

為了解決現有技術中存在的上述問題，本發明提供了一種應變調控低維材料的微機電執行器的制作方法。本發明要解決的技術問題通過以下技術方案實現：

第一方面，本發明提供的一種應變調控低維材料的微機電執行器的制作方法包括：

步驟一：獲取絕緣體上硅晶圓；

其中，所述絕緣體上硅晶圓包括頂層器件硅層、中間氧化層以及底部支撐硅層；

步驟二：在所述頂層器件硅層的指定位置進行光刻、剝離、鍍金屬鋁，并進行退火處理，形成在絕緣體上硅晶圓上的歐姆電極；

其中，所述指定位置是可實現金屬與硅歐姆接觸的位置；

步驟三：在所述頂層器件層硅表面歐姆電極位置鍍鉻后再鍍一層保護金屬，以保護鋁層；

步驟四：在鍍保護金屬之后絕緣體上硅晶圓上按照預設的圖案，制備微機系統MEMS執行器器件；

其中，所述MEMS執行器結構包括可動結構、固定結構以及連接所述可動結構及固定結構的U型彈簧；

步驟五：在MEMS執行器結構上可動結構中間位置開設微溝槽；

其中，微溝槽的間隙寬度在0至50微米區間；