[发明专利]基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微型能量采集器及其制作方法，特别是一种基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器及其制作方法。

背景技术

随着无线传感网络和微机电系统不断发展，如何有效地解决它们供电问题越来越受到关注。目前，给这些系统供电主要依靠电池或外部电源，但这两种供电方式在很多应用场合下并不合适。特别是对无线传感网络通讯，定期更换电池或用外部供电，显然并不现实。

能量采集器能够将环境中存在的其它形式能量转换成电能，从而为微型器件和系统提供能源。现有能量采集器大多是采集单一能量源。如公开号CN101141093A的发明专利提出了一种微型电磁式低频振动能量采集器，它采用微加工技术制造出一种基于金属平面弹簧的磁体振动式电磁式能量采集器，使其满足对低频振动能量的采集；公开号CN102522915A的发明专利提出了一种基于电磁和静电耦合的微型能量采集器，它利用电磁效应产生的输出电压供应给静电所需的外加电源，从而产生输出电压，其适用于低频振动能采集；公开号CN102437657A的发明专利提出了一种多线圈的电线能量采集器，它使用线圈式电流互感器来采集交流电线周围的电磁能。虽然这些能量采集器可以实现能量采集，但采集方式单一，振动采集频带窄，当外界振动强度不足，或外界振动频率与能量采集器频带不匹配时，能量采集器的转换效率将显著下降，影响其供电特性。而公开号CN102217185A的发明专利提出了一种能量采集器，它可以从周围环境中多个能量源采集能量，但其对不同形式能量的采集结构是各自独立，并且通过弹簧等机械结构装配为一体，导致其能量采集器的制作工艺复杂，体积大，成本高，不适合批量制作，实用价值不高。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种振动响应灵敏度高，采集频带宽并且集振动能和太阳能两种能量采集功能于一体的基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器，其特征是：以太阳能材料为材质、通过MEMS工艺制成振动薄膜，在所述振动薄膜的中心平面下方制作平面螺旋线圈，在所述振动薄膜的正下方，处在所述平面螺旋线圈的同轴位置上设置永磁体；用于支撑振动薄膜的振动薄膜硅片和用于支撑永磁体的永磁体硅片是通过MEMS工艺分别制作，再键合成一支撑座，所述支撑座是底部具有圆形通孔的开放腔，以所述振动薄膜和平面螺旋线圈输出采集的能量。

本发明基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器，其特征是：所述振动薄膜是以铜铟镓硒或聚-3已基噻吩为材质；所述振动薄膜可以是平面或者是中心为平面、外围具有环形波纹结构的薄膜，所述振动薄膜的厚度为500nm-5μm。

所述振动薄膜硅片和永磁体硅片都是由厚度为250-500μm的硅片制作而成。

所述平面螺旋线圈为单层线圈或多层线圈。

所述永磁体形状可以是圆柱体或立方体，其横截面尺寸在微米量级，并小于平面螺旋线圈的最大外径。

本发明基于MEMS工艺的复合式微型能量采集器的制作方法，其特征是按如下过程进行：

制备永磁体：

a、采用热氧化工艺在永磁体硅片的上表面和下表面分别生长出厚度为1.0-1.4μm的二氧化硅薄膜；

b、采用光刻工艺将圆形通孔图形转移到永磁体硅片上表面的光刻胶层，然后采用ICP等离子体刻蚀技术进行刻蚀，形成贯穿永磁体硅片及二氧化硅薄膜的圆形通孔；

c、采用光刻工艺将永磁体横截面图形光刻到永磁体硅片上表面的光刻胶层，然后采用ICP等离子体刻蚀技术在永磁体硅片上表面的二氧化硅薄膜中刻蚀出永磁体横截面图形窗口，并继续刻蚀至在永磁体硅片内形成永磁体立体结构；

d、去除表面残余光刻胶并清洗，在永磁体硅片上表面溅射300nm的Cu/Cr种子层，再利用光刻胶对其它部位Cu/Cr种子层进行覆盖，只在永磁体立体结构所在位置处的Cu/Cr种子层上电镀永磁体材料，形成永磁体；

制作振动薄膜：

a、采用热氧化工艺在振动薄膜硅片的上表面和下表面分别生长出厚度为1.0-1.4μm的二氧化硅薄膜；

b、当所述振动薄膜是中心为平面、外围具有环形波纹结构的薄膜时，利用光刻工艺将环形波纹图形转移到振动薄膜硅片上表面的光刻胶层，然后采用ICP等离子体刻蚀技术，在振动薄膜硅片上表面的二氧化硅薄膜中刻蚀出环形波纹图形窗口，并继续刻蚀至在振动薄膜硅片内形成环形波纹立体结构；