[发明专利]压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器及其制备方法

权利要求书

1.一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，包括压电能量采集器主结构、阻挡块及垫片；

所述压电能量采集器主结构包括：硅固定基座、第一硅基压电悬臂梁、第二硅基压电悬臂梁、第一质量块及第二质量块；

所述硅固定基座包括：第一硅层及位于所述第一硅层两侧的二氧化硅层；

所述第一硅基压电悬臂梁及第二硅基压电悬臂梁都包括：硅悬臂梁支撑层及附于所述硅悬臂梁支撑层上的压电厚膜层；所述硅悬臂梁支撑层包括第二硅层、所述第二硅层上、下表面的二氧化硅层及所述第二硅层上表面二氧化硅层上的支撑层电极层；所述压电厚膜层包括压电厚膜及所述压电厚膜表面的电极层；

所述第一质量块及第二质量块结构相同，包括：集成硅质量块及附于其表面的摩擦层；

所述阻挡块包括：摩擦层基座、电极层及摩擦层；

所述垫片位于所述硅固定基座和阻挡块之间。

2.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，

所述第一硅基压电悬臂梁中间开槽，所述第二硅基压电悬臂梁位于所述开槽内；所述第一硅基压电悬臂梁一端固定在所述硅固定基座上，且另一端为悬空的自由端并与所述第一质量块固定连接，所述第二硅基压电悬臂梁的固定端为所述第一硅基压电悬臂梁的自由端，且另一端悬空并与所述第二质量块固定连接。

3.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述第一硅基压电悬臂梁及第二硅基压电悬臂梁形状为矩形或梯形。

4.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述压电厚膜的材料为PZT陶瓷或PMNT压电单晶。

5.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述压电厚膜电极层及支撑层电极层由Al、Ag、CrAu合金或TiPt合金其中的一种制成。

6.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述压电厚膜层与硅悬臂梁支撑层通过粘贴胶层实现粘贴键合。

7.如权利要求6所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述粘贴胶层为导电环氧树脂。

8.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述的阻挡块上的电极层由CrAu合金制成。

9.如权利要求1所述的一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器，其特征在于，所述质量块的摩擦层为表面附有CrAu合金电极层的SU8胶微柱或硅微坑结构，相应的阻挡块的摩擦层为PI膜或PDMS薄膜；或者，

质量块摩擦层为PI或PDMS薄膜，相应的阻挡块摩擦层为表面附有CrAu合金电极层的SU8胶微柱或硅微坑结构。

10.一种压电-摩擦电复合式MEMS宽频能量采集器制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：利用键合和减薄技术在硅片上制备压电厚膜，并制作压电厚膜表面的压电厚膜电极层；

所述硅片是指上下表面双面抛光且表面热氧化一层二氧化硅的SOI硅片;

所述的利用键合和减薄技术制备压电厚膜的步骤，具体包括：将单面抛光的压电体材通过环氧键合技术与所述硅片结合，或在所述压电体材抛光面和所述硅片表面沉积一层电极层后，通过共晶键合技术将所述压电体材与所述硅片结合；然后通过机械研磨、抛光方法减薄压电体材，制备出厚度为10μm-30μm的压电厚膜；

所述制作压电厚膜上、下表面覆盖的压电厚膜电极层的具体步骤为：采用liftoff方法或先沉积后采用离子铣刻蚀图形化电极;

S2：利用微加工工艺加工压电能量采集器主结构的正面，所述微加工工艺包括：光刻、显影、湿法SiO2刻蚀、压电厚膜刻蚀及体硅加工;

S3：在所述压电能量采集器主结构的背部制备摩擦层，具体包括如下步骤：

先在所述压电能量采集器主结构的背部二氧化硅层上沉积一层电极层，然后在该电机层上面采用SU8胶工艺制备微柱摩擦层，并在微柱摩擦层上沉积一层电极层；

或者，采用机械切割并结合湿法硅刻蚀方法制备硅微坑结构并在该结构上沉积一层电极层；

或者，采用甩胶方法制备一层PDMS或PI膜；

S4：在所述压电能量采集器主结构的背部进行微加工，释放硅基压电悬臂梁，具体包括如下步骤：

先采用湿法腐蚀或干法刻蚀方法图形化背部电极层及二氧化硅，然后采用DRIE深硅刻蚀，以释放硅基压电悬臂梁;

S5：制备阻挡块结构，具体包括如下步骤：

采用溅射、甩胶方法在表面热氧化一层二氧化硅的普通硅基片上沉积一层电极层，然后在该电极层上制作一层PDMS或PI膜；

或者，采用SU8胶工艺制备微柱摩擦层并在其上面沉积一层电极层；

或者，采用机械切割并结合湿法硅刻蚀方法制备硅微坑结构并在其上面沉积一层电极层;

S6：组装器件，焊接电导线，极化压电片；

所述组装器件的步骤包括：采用环氧键合方法将所述压电能量采集器主结构通过垫片连接在阻挡块上。