[发明专利]包括体积减少的压电致动器的MEMS设备

说明书

所描述的是一种包括压电致动器的MEMS设备，其包括压电材料制成的膜。该膜被多个孔贯穿。

技术领域

本公开涉及一种包括体积减少的压电致动器的MEMS设备。

背景技术

众所周知，目前有许多MEMS设备可用，每个MEMS设备均包含一个或多个压电致动器。

例如，代表本申请人于2016年11月23日提交的、与美国申请序列号15/601,623相对应的意大利专利申请号102016000118584描述了一种微流体设备30，如图1所示。

图1的微流体设备30包括下部部分、中间部分和上部部分。

下部部分通过由半导体材料(例如，硅)制成的第一区域32形成，该第一区域形成入口通道40。

中间部分叠加在下部部分上，并且通过由半导体材料(例如，硅)制成的第二区域33形成，该第二区域横向界定流体容纳室31。还有，流体容纳室31在下面由第一区域32界定，在上面由例如由氧化硅制成的隔膜层34界定。布置流体容纳室31上面的隔膜层34的区域形成隔膜37。隔膜层34由一厚度(例如，等于约2.5μm)制成，使得其能够弯曲。

上部部分叠加在中间部分上，并且通过由半导体材料(例如，硅)制成的第三区域38形成，该第三区域界定叠加在流体容纳室31上的致动器室35。第三区域38形成贯穿通道41，其经由隔膜层34中的对应开口42与流体容纳室31连通。

压电致动器39放置在致动器室35中的隔膜37上方。压电致动器39由一对电极43、44形成，由例如PZT(Pb、Zr、TiO₃)制成的压电区域29在该对电极之间延伸。压电区域29越过所述电极中的第一电极(以43指示)、并且与所述电极中的第一电极直接接触，并且顶部安装有另一电极(下文被称为第二电极44)、并且与该另一电极直接接触。

喷嘴板36放置在第三区域38上方，通过粘结层47粘结在其上。喷嘴板36具有孔48，其布置在通道41上方、并且经由粘结层47中的开口46与通道41流体连接。孔48形成液滴发射通道的喷嘴，其总体上以49指示，并且还包括贯穿通道41和开口42、46。

在使用中，流体容纳室31通过入口通道40填充有待喷射的流体或液体。在第一阶段中，压电致动器39然后被操作以使得隔膜37朝向流体容纳室31的内部偏转。这种偏转使得存在于流体容纳室31中的流体朝向液滴发射通道49移动，并且导致液滴的受控排出(如箭头45所表示)。在第二阶段中，压电致动器39在相反方向上操作，以便增加流体容纳室31的体积，从而通过入口通道40吸入更多的流体。

无论图1所示的应用细节如何，目前，形成已知类型的压电致动器的压电层在大多数情况下由上述PZT形成，其具有令人满意的压电行为，但是含有高百分比的铅。遗憾的是，铅具有高毒性，从而需要找到使用PZT的备选方案。

众所周知，多年来已经标识了各种无铅压电化合物，诸如BaTiO₃类型的陶瓷。然而，通常，今天可用的备选化合物的特征在于对于压电行为而言不是特别好的性能。

不同的途径是减少存在于压电致动器中的铅的量，而不会完全消除它，使得可以保持其组成化合物的良好压电性能。特别地，这种途径需要减少压电材料层的厚度。遗憾的是，如果PZT层的厚度过度地减少(减至小于1μm)，则这导致PZT的压电性能(特别地，所谓的d33系数)的显著降低。

发明内容

一个或多个实施例涉及一种包括体积减少的压电致动器的MEMS设备。

附图说明

为了使得能够更全面地理解本公开，现在将参照附图仅通过非限制性示例对其优选实施例进行描述，其中：

图1示意性地示出了通过已知类型的微流体设备的横截面；