[发明专利]一种原位力学测试芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种原位力学测试芯片，其特征在于，包括平行板静电执行器和热执行器，所述平行板静电执行器和热执行器均为轴对称结构，且关于同一条对称轴对称，热执行器沿对称轴方向运动；

热执行器包括质量块，所述质量块沿对称轴方向设置，质量块上靠近平行板静电执行器的一端设置有第二样品台，第二样品台随热执行器沿对称轴方向运动；

平行板静电执行器包括第一样品台，第一样品台上表面为长方形结构，第一样品台和第二样品台位于同一水平面内；

第一样品台随平行板静电执行器沿垂直于第一样品台所在平面的方向运动；

所述第二样品台朝向第一样品台的端面上开设有第一凹槽，第一样品台位于凹槽中，且第一样品台与第二样品台之间有间隔；

第二样品台的第一凹槽中还设置有锯齿结构，所述锯齿结构包括两个长方体的凸起、以及位于两个凸起之间的第二凹槽，两个凸起结构相同，且都朝向第一样品台；

第一样品台上朝向第二样品台的一端设置有长方体结构的第三凹槽，第三凹槽和第二凹槽相对设置；

所述热执行器还包括热沉梁、V型梁、设置在V型梁两端的V型梁锚点以及设置在热沉梁两端的热沉梁锚点；热沉梁、V型梁均与质量块连接，并关于质量块对称；V型梁两端的V型梁锚点上均设置有电极引线压焊块；

所述平行板静电执行器包括上极板、下极板、支撑梁、以及位于支撑梁两端的支撑梁锚点，上极板、支撑梁、以及支撑梁锚点位于同一平面内，且均关于对称轴对称，支撑梁连接在上极板的两个相对应的侧面，上极板与下极板相对设置形成平行板电容静电驱动结构；第一样品台与上极板的朝向热执行器的侧面连接；支撑梁两端的支撑梁锚点上设置有电极引线压焊块。

2.根据权利要求1所述一种原位力学测试芯片，其特征在于，下极板包括依次设置的第一下极板、第二下极板和第三下极板，第二下极板与上极板完全相对应设置；第一下极板和第三下极板对称设置在第二下极板两侧。

3.根据权利要求1所述一种原位力学测试芯片，其特征在于，还包括硅衬底，硅衬底上设置有绝缘层；

下极板设置在硅衬底绝缘层上，V型梁锚点、支撑梁锚点、以及热沉梁锚点均通过锚点固定区与硅衬底绝缘层连接，第一样品台与第二样品台下方有衬底掏空结构。

4.一种如权利要求1-3任一项所述原位力学测试芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：在硅衬底上生长一层50-100nm的二氧化硅，形成硅衬底绝缘层结构；

第二步：采用光刻、电子束蒸发工艺在绝缘层上制备静电执行器下极板；

第三步：在衬底绝缘层上CVD工艺沉积牺牲层；

第四步：采用光刻、反应离子刻蚀工艺对牺牲层图案化热执行器和平行板静电执行器的锚点固定区；

第五步：然后CVD沉积氮化硅层并图案化，用于填充锚点固定区；

第六步：在牺牲层上CVD沉积多晶硅作为结构层；

第七步：采用光刻、电子束蒸发工艺在多晶硅结构层上制备电极引线压焊块；

第八步：采用光刻、反应离子刻蚀工艺在结构层制备出热执行器、以及除下极板外的平行板静电执行器部分；

第九步：腐蚀牺牲层，释放结构层的可动结构；

第十步：采用光刻、深反应离子刻蚀工艺将TEM观测区域下方的衬底和绝缘层刻穿，形成TEM观测窗口，完成以多晶硅为结构层的力学测试芯片结构的制备。