[发明专利]静电MEMS微执行器联合装置及其加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统技术领域的装置及方法，特别涉及一种用于测量碳纳米管压阻特性的静电MEMS微执行器联合装置及其加工方法。

背景技术

碳纳米管于1991年在日本被最早发现，从那时起，其生长方法，材料性能，电学，机械，化学特性已经得到了广泛的研究。但是，碳纳米管的压阻特性并没有得到很大的关注。根据理论推测，碳纳米管的尺寸因子为1000，至少高出硅纳米线一个数量级，这个优秀的特性加上其超小尺寸，以及超高的机械硬度使得碳纳米管成为了一种潜在的可应用于基于压阻特性MEMS传感器的理想材料。

经对现有技术的文献检索发现，XingYang等在《India Journal of Pure & Applied Physics》印度理论与应用物理杂志2007年4月第45卷282-286页上发表的”Measurement and simulation of carbon nanotube’s piezoresistance property by a micro/nano combined structure”利用微米/纳米联合结构测量和模拟碳纳米管的压阻特性，该文采用了一种特殊的设备来测量碳纳米管的压阻特性。具体如下：该设备由硅片和印刷电路板构成，用于加载和引线。在硅片上热氧化生成一层二氧化硅，并在二氧化硅上先后通过化学气相淀积和聚焦离子束生成碳纳米管和微电极。当在印刷电路板两侧施加一定压力时，由于硅片是通过压焊接与之相连的，也会相应的被拉伸。与此同时，碳纳米管也会发生形变，导致其压阻发生变化。可以通过安装在电极上的安培表读出电流变化，并根据加在碳纳米管两端的电压，计算出压阻的变化。并且通过二氧化硅右侧的应变仪读出应变，最后算出压阻系数。不足之处在于，所测得的压阻系数不够准确，因为压力并未能直接施加到碳纳米管上，所得数据受到了基片的干扰。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出了一种静电MEMS微执行器联合装置及其加工方法，通过更加直接地测量碳纳米管的应变，从而提高了准确性。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种静电MEMS微执行器联合装置，包括：包括：静电叉指微驱动器和放置碳纳米管的微型容器，其中：微型容器位于静电叉指微驱动器的下方。

所述的静电叉指微驱动器具体为纵向叉指静电驱动器，包括：硅片、固定电极、可动电极和通电孔，其中：固定电极固定于硅片上，可动电极通过两端的固定锚悬浮在硅片上，固定电极和可动电极上均设有通电孔以施加电压；

所述的可动电极为包含若干突出结构的梳齿形电极；

所述的微型容器用于放置用于测量的碳纳米管，该微型容器采用静电梳齿微型结构作为驱动碳纳米管发生形变的驱动装置，该微型容器上设有的突出结构与静电叉指微驱动器的可动电极突出结构相对齐以构成放置碳纳米管的搭桥。

本发明涉及上述静电MEMS微执行器联合装置的加工方法，包括以下步骤：

第一步，准备一块SOI基板，清洗并烘干后，涂布厚为5μm的光刻胶，并进行前烘，以驱赶光刻胶中的溶剂。

所述的SOI基板的厚度为500μm，

所述的涂布厚为5μm的光刻胶是指：采用旋转速度为1000rpm甩胶5s，旋涂得到光刻胶的厚度为5μm。

所述的前烘的温度为110℃，时间为90min；

第二步，采用事先制作好的掩膜板，用UV光刻和显影技术将掩膜图案转移到SOI基板的顶层硅上，显影完之后要注意进行后烘，去除残留的溶液和水，提高胶对衬底的黏附性。

所述的UV光刻和显影技术是指：利用UV光对光刻胶进行曝光，曝光时间为1.6s，然后在显影液中显影，时间为100s；

所述的后烘的温度为120℃，时间为15min；

第三步，利用电感耦合等离子刻蚀对SOI顶层硅进行刻蚀，在硅上形成图案，并用剥离液将剩余光刻胶剥离。

所述的刻蚀是指：利用ICP-RIE电感耦合等离子体刻蚀对SOI顶层硅进行刻蚀，通入刻蚀气体SF₆和保护气体C₄F₈，流量为13cm³/min，刻蚀速率为1.2μm/min，刻蚀时间为8s。

第四步，用氢氟酸把SOI基板中的二氧化硅层湿法刻蚀掉，用以形成静电梳齿结构的可动电极。

所述的湿法刻蚀是指：在温度为19.5摄氏度的刻蚀环境下，利用HF对二氧化硅层进行刻蚀，刻蚀速率为0.2μm/min，直到刻蚀去除二氧化硅层停止。