[发明专利]高响应灵敏度悬臂梁结构及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种高响应灵敏度悬臂梁结构及其制作方法，尤其涉及一种基于MEMS技术制作的高响应灵敏度悬臂梁结构及其制作方法。

背景技术

随着MEMS技术的发展，双材料悬臂梁结构已得到越来越多的应用。如生物传感器中利用双材料梁中两种材料对液体亲水性的不同而造成不同的弯曲程度来进行测试，微镜阵列中利用电流不同而造成悬臂梁温度的不同而产生弯曲变化，从而做出响应，热——机械型红外探测器利用物体红外辐射的不同，进而造成双材料梁弯曲程度不同，最后转换为不同的成像灰度等等。综上所述，这些应用都是基于外界的被测要素直接或间接施加到双材料悬臂梁，使其发生变形，然后通过光学检测方法检测出该变形量，进而检测出被测要素。这些应用中的悬臂梁变形灵敏度的大小直接影响了器件的检测灵敏度，因此为了提高器件检测灵敏度，就需要增大悬臂梁的单位变形量，而传统的直悬臂梁结构响应灵敏度较低，已无法满足现代应用的需求。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种高响应灵敏度悬臂梁结构及其制作方法，该悬臂梁结构制作简单，通过不同的各项异性刻蚀条件可制作出不同的褶皱悬臂梁结构，从而具有不同的响应灵敏度，从而为不同的应用提供了更大的选择空间，同时增加的褶皱结构使得双材料之间的粘附力得到增强。

本发明为了解决其技术问题所采用的技术方案是：一种高响应灵敏度悬臂梁结构，包括非金属层和金属层，所述金属层位于所述非金属层上侧面上，所述金属层和非金属层形成的悬臂梁呈规律的褶皱状。

作为本发明的进一步改进，所述金属层为铝层、金层、铬层和镍层之一。

作为本发明的进一步改进，所述非金属层为多晶硅层、氮化硅层和氧化硅层之一。

作为本发明的进一步改进，所述悬臂梁为直角式褶皱悬臂梁，该直角式褶皱悬臂梁的每个褶皱均为上凸的矩形状褶皱。

作为本发明的进一步改进，所述悬臂梁为直角式褶皱悬臂梁，该直角式褶皱悬臂梁的每个褶皱均为下凹的矩形状褶皱。

作为本发明的进一步改进，所述悬臂梁为斜角式褶皱悬臂梁，该斜角式褶皱悬臂梁的每个褶皱均为上凸的半椭圆状褶皱。

作为本发明的进一步改进，所述悬臂梁为斜角式褶皱悬臂梁，该斜角式褶皱悬臂梁的每个褶皱均为下凹的半椭圆状褶皱。

本发明还提供一种上述的高响应灵敏度悬臂梁结构的制作方法，包括以下步骤：

①首先准备一块硅衬底材料，在该衬底的上侧面上淀积一层掩蔽层，然后刻蚀该掩蔽层使部分衬底材料露出，并形成规律的图形；

②对图形化的上述部分露出的衬底进行各向异性刻蚀，刻蚀出需要深度和形状的图形；

③去掉上述掩蔽层，在衬底上侧面上淀积一层非金属材料层，形成悬臂梁结构的非金属层；

④在上述非金属层上刻蚀一金属材料层，形成悬臂梁的金属层；

⑤腐蚀上述非金属层下的衬底，释放悬臂梁结构即完成整个悬臂梁结构的制作。

作为本发明的进一步改进，所述衬底材料为多晶硅、非晶硅和氧化硅之一。

作为本发明的进一步改进，所述掩蔽层的材料为光刻胶、氧化硅、氮化硅和铝之一。

本发明的有益效果是：①具有很高的响应灵敏度，且响应灵敏度会随着褶皱梁结构的不同而发生变化，为实际应用提供了更大的选择窗口。②褶皱结构使得双材料之间的粘附力得到增强，因此简化了制作工艺，降低了成本。③制作工艺简单，只需改变各向异性刻蚀的工艺条件，就可得到不同的褶皱悬臂梁结构，适合大规模生产。

附图说明

图1为本发明结构示意图之一；

图2为本发明结构示意图之二；

图3为本发明所述制作方法的步骤之一结构示意图；

图4为本发明所述制作方法的步骤之二结构示意图；

图5为本发明所述制作方法的步骤之三结构示意图；

图6为本发明所述制作方法的步骤之四结构示意图；

图7为本发明所述制作方法的步骤之五结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1——非金属层     2——金属层

3——衬底         4——掩蔽层

具体实施方式

一种高响应灵敏度悬臂梁结构，包括非金属层1和金属层2，所述金属层位于所述非金属层上侧面上，所述金属层和非金属层形成的悬臂梁呈规律的褶皱状。

优选的，上述金属层为铝层、金层、铬层和镍层之一。

优选的，上述非金属层为多晶硅层、氮化硅层和氧化硅层之一。