[发明专利]铝氧化铝双层膜电热微驱动器

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微机电系统技术领域的装置，具体是一种具有下置空腔的铝氧化铝双层膜电热微驱动器。

背景技术

微驱动器，是微机电系统(MEMS)的一个重要组成部分。由于具有驱动位移大，功率密度高，便于集成制造等优点，电热微驱动器正在日益受到关注。目前，常见的电热微驱动器的结构主要有冷热臂结构、V型梁结构和双层膜结构等。其中，双层膜结构的电热微驱动器区别于冷热臂、V型梁等结构的一个显著特征，即是能够提供很大的面外位移。由于这个特性，双层膜电热微驱动器已经在微继电器、光开关、光学微镜、可变电容等应用中扮演了重要角色。

双层膜电热微驱动器的基本结构是具有不同热膨胀系数的两种材料组合的悬臂梁。比较常见的是金属和多晶硅、二氧化硅、碳化硅等组合，或者金属和聚合物之间的组合。而由于工艺条件的限制，工艺过程中产生的残余应力会使悬臂梁在释放后难以保持平直，器件末端过大的翘曲位移限制了双层膜电热微驱动器的实际应用。

双层膜电热微驱动器的基本原理是利用不同材料层在受热时的膨胀长度不同而发生面外翘曲。但是由于它双层膜的驱动本质，必然要求由两种或者两种以上的材料紧密叠加而成，并且在材料的结合界面处剪切应力最大，这就使得双层膜驱动器一直面临层与层之间分层这样一个很大的问题。传统的设计都是通过在一种材料的表面沉积另外一种材料，从而实现双层膜的结构。通常的实现方式有溅射、气相沉积和涂覆等，但是这种纯物理作用的结合界面，本质上决定了驱动器在工作受力时难免会发生分层。

经过对现有技术的检索发现，Werner Riethmüller等人在IEEE TRANSACTIONS ONELECTRON DEVICES(《电子器件学报》1988年第35卷758-763页)上发表了题名为“Thermally Excited Silicon Microactuators”(中文名称“通过热激励的硅微驱动器”)的一篇文章，文中首次提出了一种硅和金属的双层膜电热微驱动器。该驱动器的牵制层为p⁺硅，功能层为金，金层中嵌入多晶硅作为加热电阻，氮化硅作为绝缘层。当对多晶硅电阻施加电信号，根据双层膜效应，该驱动器能够实现向下弯曲。但是考虑到该驱动器功能层为金属金，因而成本非常高，此外p⁺硅与电路集成不兼容。同时，悬臂梁结构的层数较多，工作时难免发生分层，从而使器件失效。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种铝氧化铝双层膜电热微驱动器，利用下置的条状排布的镍电阻丝作为发热源，利用阳极氧化形成的铝氧化铝双层膜结构作为驱动主体，以充分发挥电热微驱动器驱动位移大、能量密度高、工艺兼容性好的优势，扩大电热微驱动器在微机电系统技术领域的应用。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：基底、下置空腔、基座、电极、下置电阻丝、铝翘曲功能层和氧化铝牵制层，其中：铝翘曲功能层的末端与基座相连，另一端悬空，氧化铝牵制层位于铝翘曲功能层上方且两者紧密结合形成双层膜结构，基座固定设置于基底上，电极与下置电阻丝相连，下置电阻丝位于下置空腔上方并与基底悬空，所述的下置空腔为基底上刻蚀制成的矩形结构。

所述的基底是石英玻璃基底或者硅基底。

所述的下置电阻丝是等间距排布的金属镍条阵列，所述的金属镍条的长度为300-600微米，宽度为5-30微米，厚度为2-5微米，条间距为10-30微米。

所述的铝翘曲功能层是伸出悬空的悬臂梁结构，长为300-600微米，宽为200-500微米，厚度为5-10微米。

所述的氧化铝牵制层是通过对铝膜阳极氧化形成，该氧化铝牵制层的厚度为2-5微米。

所述的铝翘曲功能层为T字形结构。

所述的基座为金属块或SU8胶制成的厚膜结构，其高度为5-10微米。