[发明专利]一种MEMS压电芯片及MEMS器件

说明书

本发明公开了一种MEMS压电芯片及MEMS器件，所述压电芯片包括由下到上依次设置的衬底、绝缘层和压电薄膜，所述衬底中设有腔体，所述压电薄膜包括位于腔体上方的活动部和均匀分布在活动部外周且与绝缘层连接固定的多个悬臂梁；所述悬臂梁上设有向上或向下的弯曲部，所述活动部、悬臂梁和弯曲部均为一体成型结构。本发明所公开的MEMS压电芯片及MEMS器件通过在压电薄膜的外周设置悬臂梁及在悬臂梁上设置弯曲部，可有效提高芯片的灵敏度，并有利于释放压电薄膜的残余应力，提高芯片的可靠性。

技术领域

本发明属于MEMS技术领域，特别涉及一种MEMS压电芯片及MEMS器件。

背景技术

压电材料能够实现机械能与电能的相互转化，是进行能量转换和信号传递的重要载体。相对于块体材料，压电薄膜具有体积小、成本低、制作简单、能量转换效率高、与半导体工艺兼容等优点，在MEMS器件中得到广泛应用。

MEMS压电器件，如压力传感器、水听计、麦克风等，通常是将压电薄膜集成在具有腔体的衬底上，其结构简单，不但具有优异的防污、防尘、防水性能，且无需偏置电压，功耗低，启动速度快。然而，由于生长工艺的限制，压电薄膜普遍存在较大的残余应力，导致膜片容易发生翘曲和形变，且限制器件灵敏度的提高。

请参阅图1和图2，现有技术中通常选择在压电薄膜30的中心设置孔隙40，以达到减小薄膜残余应力并提高灵敏度的目的。这种设计可在一定程度上减小薄膜残余应力，但对器件灵敏度的作用有限，且孔隙的存在会使得器件在低频输入(如压力、低频声波)时的信号下跌，影响器件的性能。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种MEMS压电芯片及MEMS器件，在保证芯片低频响应的同时，减小压电薄膜的残余应力，进一步提高压电芯片的灵敏度。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种MEMS压电芯片，包括由下到上依次设置的衬底、绝缘层和压电薄膜，所述衬底中设有腔体，所述压电薄膜包括位于腔体上方的活动部和均匀分布在活动部外周且与绝缘层连接固定的多个悬臂梁；所述悬臂梁上设有向上或向下的弯曲部，所述活动部、悬臂梁和弯曲部均为一体成型结构。

上述方案中，相邻的悬臂梁之间存在孔隙，所述孔隙在垂直方向上与腔体不连通，即，孔隙在垂直方向上的投影位于衬底上。

上述方案中，每个悬臂梁上至少设置一个所述弯曲部，且所有悬臂梁上的弯曲部数量和位置相同。

上述方案中，所述弯曲部的平面形状为与活动部同心的扇环，所述弯曲部在纵向剖面上的拐角为直角或非直角。

上述方案中，所述悬臂梁与活动部、绝缘层连接的边界为圆弧形，悬臂梁的侧边为与活动部径向平行的直线、或者曲线、或者折线。

上述方案中，所述压电薄膜自下向上依次包括下电极层、压电层及上电极层；所述下电极层和上电极层的材料为铝、钼、钛中的一种，所述压电层的材料为AlN、ZnO、PZT中的一种。

上述方案中，所述衬底采用半导体衬底，选自硅衬底、锗衬底、SOI衬底、GeOI衬底、碳化硅衬底中的一种。

上述方案中，所述腔体由所述衬底的下表面凹至所述衬底的上表面形成，所述腔体贯穿所述衬底；或所述腔体由所述衬底的上表面凹入一定深度形成，所述腔体不贯穿所述衬底。

一种MEMS器件，包含上述的MEMS压电芯片。

进一步的技术方案中，所述MEMS器件包括压电式压力传感器或压电麦克风。

通过上述技术方案，本发明提供的一种MEMS压电芯片及MEMS器件，具有如下有效效果：

1、本发明通过在压电薄膜外周设置多个孔隙以形成悬臂梁，有利于减小压电薄膜的残余应力，减少压电薄膜的翘曲或形变，提高压电芯片的可靠性。