[发明专利]Ni‑Ti薄膜及其制作方法、MEMS驱动器

说明书

技术领域

本申请属于微机电技术领域，特别是涉及一种Ni-Ti薄膜及其制作方法、MEMS驱动器。

背景技术

Ni-Ti形状记忆合金薄膜由于其高的功率密度、大的位移和驱动力、低的操作电压等优异的性能在微机电系统(MEMS)领域中获得了广泛的关注。但是对于Ni-Ti合金而言，其相变滞后比较大(一般在30K左右)，这就使得其作为驱动器材料时的工作频率受到了限制(<50Hz)，从而阻碍了Ni-Ti合金在微机电领域的进一步应用。

在Ni-Ti合金中，马氏体相变一般是指从母相(B2)到马氏体相(B19’)的转变。然而，在特定的条件下马氏体相变也会被分割为两步相变，即B2–R–B19’。需要特别指出的是，B2–B19’的相变滞后一般为30K左右，但B2–R的相变滞后却很小，一般只有5K左右。虽然相比于B2–B19’相变，B2–R的相变应变较小，但其在窄相变滞后方面的优势却使其具有很好的应用前景。

虽然目前对影响R相产生的因素已经有了比较清晰的认识，但如何将B2-R与R–B19’分离开来却缺少有效的手段，而且R相的稳定性也是亟待解决的问题。因此，如何控制Ni-Ti合金的相变行为，从而利用B2–R相变成为了目前功能材料领域研究的重点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Ni-Ti薄膜及其制作方法、MEMS驱动器，以克服现有技术中的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本申请实施例公开一种Ni-Ti薄膜，其中Ni元素原子比为48～49％，该薄膜厚度在60～1000nm之间，具有B2–R单步马氏体相变特征，相变温度滞后为1～4K，马氏体相变温度控制在-123～22℃。

本申请实施例还公开了一种MEMS驱动器，包括所述的Ni-Ti薄膜。

相应的，本申请还公开了一种Ni-Ti薄膜的制作方法，包括：

s1、利用真空直流磁控溅射方法在基体上制备Ni-Ti薄膜；

s2、将得到的Ni-Ti薄膜置于真空退火炉中进行晶化处理，退火温度为550～650℃，保温时间为1～3h。

优选的，在上述的Ni-Ti薄膜的制作方法中，所述基体为Si衬底。

优选的，在上述的Ni-Ti薄膜的制作方法中，所述Si衬底使用前需置于丙酮溶液中超声清洗10～30min。

优选的，在上述的Ni-Ti薄膜的制作方法中，所述真空直流磁控溅射方法满足条件：真空度>5×10^-5Pa，保护气体的气压为0.5～5Pa。溅射功率分别为Ni＝10～50W，Ti＝30～80W，溅射时间为19～285min。

优选的，在上述的Ni-Ti薄膜的制作方法中，所述真空直流磁控溅射方法中，靶材采用纯金属Ni、Ti，纯度原子百分比均为99.995％。

优选的，在上述的Ni-Ti薄膜的制作方法中，所述步骤s2中，退火炉的真空度>5×10^-5Pa。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明中薄膜相变滞后的减小是由于薄膜的马氏体相变行为受到调制的结果，由原来块体合金中的B2–B19’相变调控转变为B2–R相变。通过对亚微米级别的薄膜进行不同的退火条件处理，薄膜的晶粒尺寸被控制在纳米尺度。晶粒尺寸越小，B2–R与R–B19’两步相变的分离程度越大，最终实现了特定微观结构薄膜的B2–R单步马氏体相变。本发明可以大大提高Ni-Ti薄膜作为MEMS驱动器材料的工作频率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为实施例1中Ni-Ti薄膜横截面的扫描电镜图：其中，(a)厚度为150nm的薄膜；(b)厚度为1000nm的薄膜；

图2所示为实施例1中利用电阻率法测定的不同厚度薄膜的马氏体相变过程及相应相转变温度变化曲线，其中，(a)～(f)厚度分别对应为1000nm、500nm、300nm、150nm、90nm和60nm；

图3所示为实施例1中Ni-Ti薄膜不同厚度的的相变温度及相变滞后数值。

具体实施方式