[发明专利]一种增加变形梁强度和使用寿命的结构及其应用

权利要求书

1、一种增强变形梁强度和使用寿命的结构，其特征在于增加梁与支撑端连接处的宽度，形成一个加固的转角，使悬梁结构与支撑梁连接处的夹角为顿角。

2、按权利要求1所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构，其特征在于所述的梁在几何特征上为以下两种中的任一种：

(a)宽度和厚度相当的实体梁，通过模型提取，所述的实体梁为简支梁，外伸梁，悬臂梁或两端固支梁；

(b)宽度和厚度比值大于5∶1薄膜型梁。

3、按权利要求2所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构，其特征在于所述的薄膜型梁的材料为氧化硅、氮化硅、多晶硅和有机聚合物介质膜中的一种或几种的单层膜或复合膜；或是带有金属膜的薄膜型梁结构。

4、按权利要求1所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构，其特征在于所述的转角根据连接处的不同分为下述三种情况：

(1)梁与衬底垂直连接构T形，连接处有两个直角转角，改变梁的局部结构，用两个钝角加固转角替代连接处的两个直角转角；

(2)梁与衬底非垂直连接构成斜T形，连接处是一个锐角转角和一个钝角转角，改变梁的局部结构，消除连接处的锐角变为加固钝角。

(3)对于梁与衬底转弯处连接情况下，改变梁的局部结构，连接处的两个锐角转角，变为钝角加固转角。

5、按权利要求1、2或4所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构，其特征在于：

(1)加固的转角所在的平面与梁的弯曲变形方向垂直；

(2)加固的转角与梁的弯曲变形在同一平面内。

6、按权利要求1所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构的应用，其特征在于应用于多种带有变形梁的MEMS器件中，包括微探针、悬梁式微型加热器或微型气体传感器。

7、按权利要求6所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构的应用，其特征在于：

(1)所述的微探针的制作步骤是：

(a)经过氧化的(100)硅片在氧化硅的保护下，利用硅各向异性腐蚀液腐蚀硅片，直到剩余硅的厚度是最终探针的厚度；

(b)再次氧化，并在氧化硅的保护下利用硅各向异性腐蚀形成倒金字塔型凹槽；

(c)deep-RIE刻蚀穿透硅片，形成金属针尖过孔，控制气体流速从而保持针尖的倒金字塔形状；

(d)电镀Ni形成探针针尖；

(e)溅射Ti/Cu形成探针引线和接触电极；

(f)在氧化硅的保护下，两次背面deep-RIE刻蚀硅，形成探针悬梁，露出探针金属针尖；

(2)加固后的探针缓解了连接处因变形而产生的应力集中。

8、按权利要求6所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构的应用，其特征在于：

(1)所述的悬梁式微型加热器制作步骤是：

(a)在双面氧化的(100)硅片上沉积氮化硅氧化硅复合膜；

(b)在硅片正面制作出加热电阻丝和接触电极；

(c)正面光刻，利用RIE刻蚀复合膜形成腐蚀窗口；

(d)利用硅各向异性腐蚀液腐蚀衬底硅，释放支撑悬梁和中心加热区；

(2)转角加固后的悬梁降低了连接处的热应力，使器件工作在更高温度条件下提高了使用寿命。

9、按权利要求6所述的增强变形梁强度和使用寿命的结构的应用，其特征在于：

(1)所述的微型气体传感器的制作步骤

(a)在(100)硅片双面氧化一层氧化硅；

(b)在硅片正面制作出第一层Pt/Ti，形成加热层和接触电极；

(c)沉积氮化硅氧化硅复合膜；

(d)在硅片正面制作出第二层Pt/Ti，形成气体敏感层和接触电极；

(e)利用硅各向异性腐蚀液腐蚀衬底硅，释放支撑悬梁和中心膜区；

(f)利用电子束蒸发在中心膜区沉积气体敏感膜；

(2)加固后，每个悬梁与支撑端连接处的锐角被钝角取代，缓解了锐角夹角处的应力集中。