本發(fā)明涉及自動(dòng)控制和微納，具體為金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

1、靜電執(zhí)行器結(jié)構(gòu)容易實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用的也比較多。由于其多功能性、簡單性以及與ic制造技術(shù)的高兼容性，目前已成為應(yīng)用最廣泛的驅(qū)動(dòng)器。典型微器件應(yīng)用的熱點(diǎn)有數(shù)字光處理器中的數(shù)字微鏡，光通訊中的靜電驅(qū)動(dòng)mems微開關(guān)，微慣性傳感器-微陀螺，利用材料機(jī)械特性制作的微諧振器，靜電微馬達(dá)，靜電力顯微鏡，此外微動(dòng)平臺(tái)、微泵、微閥、微鉗等也采用靜電力作為驅(qū)動(dòng)源。mems靜電執(zhí)行器，典型的有靜電驅(qū)動(dòng)懸臂梁，梳齒型微驅(qū)動(dòng)器等，利用兩個(gè)平行板之間的庫侖力，使得其中一個(gè)極板相對(duì)于另一個(gè)極板做平移或回旋運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)力的大小和方向由偏置電壓的大小和方向來確定，但普遍存在可調(diào)范圍小，電極之間間距大，存在吸合效應(yīng)的缺點(diǎn)。

2、公告號(hào)為cn113460953a的中國專利公開了一種自卷曲交指結(jié)構(gòu)的靜電微執(zhí)行器，屬于自動(dòng)控制和微納技術(shù)領(lǐng)域。包括在硅襯底片上自卷曲形成多圈管狀的自卷曲微管；自卷曲微管自外向內(nèi)依次包括第一保護(hù)層、應(yīng)力層、導(dǎo)電層及第二保護(hù)層；應(yīng)力層用于使本體卷曲，導(dǎo)電層為良導(dǎo)體材料制成的交指結(jié)構(gòu)。該靜電微執(zhí)行器最大變形情況下可實(shí)現(xiàn)維度轉(zhuǎn)換，從平面結(jié)構(gòu)到立體結(jié)構(gòu)再到平面結(jié)構(gòu)。

3、但是上述自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器采用氮化硅作為應(yīng)變層，但是氮化硅作為應(yīng)變層時(shí)，需要使用另一臺(tái)設(shè)備沉積氮化硅，采用化學(xué)氣相法沉積，薄膜之間容易形成孔洞，即存在針孔效應(yīng)。

4、因此，提出一種金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，從而解決或者至少緩解了現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題和其他方面的問題中的一個(gè)或多個(gè)。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，包括襯底和在所述襯底上至少能夠卷曲成兩圈的多圈管狀本體；

3、所述多圈管狀本體由金屬材質(zhì)的平面交指結(jié)構(gòu)卷曲而成，所述平面交指結(jié)構(gòu)由若干交指交錯(cuò)排列而成；

4、所述交指包括第一交指和第二交指，所述第一交指和所述第二交指交錯(cuò)排列設(shè)置；

5、所述第一交指與負(fù)極饋線電性連接，所述第二交指與正極饋線電性連接，在所述負(fù)極饋線和所述正極饋線上連接不同大小的電壓，使得相鄰兩圈的所述交指之間存在電勢(shì)差，由于電勢(shì)差的存在進(jìn)而產(chǎn)生靜電力，相鄰兩圈之間的所述交指電壓排布不同，變形大小方向不同，使得所述多圈管狀本體的相鄰兩圈的層間距發(fā)生變化，所述多圈管狀本體最大形變狀態(tài)下能夠?qū)崿F(xiàn)維度轉(zhuǎn)換。

6、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述平面交指結(jié)構(gòu)包括絕緣層和應(yīng)變及導(dǎo)電層，所述交指由所述應(yīng)變及導(dǎo)電層刻蝕而成；

7、所述應(yīng)變及導(dǎo)電層包括黏附層、應(yīng)變層和導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層沉積在所述應(yīng)變層上，所述應(yīng)變層沉積在所述黏附層上，所述黏附層沉積在所述絕緣層上。

8、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述黏附層為鈦金屬層，沉積厚度為5nm-15nm，所述應(yīng)變層為鉻金屬層，沉積厚度為10nm-50nm，所述導(dǎo)電層為銅金屬層，沉積厚度為50nm-150nm。

9、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述交指之間存在電勢(shì)差，產(chǎn)生的靜電力能夠引起所述多圈管狀本體產(chǎn)生形變，變形效果包括排斥彈開、收縮減小內(nèi)徑和增大內(nèi)徑。

10、在根據(jù)本發(fā)明金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述襯底的頂部沉積有犧牲層，所述絕緣層沉積在所述犧牲層上。

11、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述襯底為硅襯底，所述犧牲層為鍺金屬層。

12、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述導(dǎo)電層上沉積有防護(hù)層。

13、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述防護(hù)層和所述絕緣層均為氧化鋁層。

14、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，其制備工藝具體包括以下步驟：

15、s1、在襯底上依次沉積犧牲層和絕緣層；

16、s2、應(yīng)變及導(dǎo)電層制作，在黏附層上沉積應(yīng)變層，在應(yīng)變層上沉積導(dǎo)電層，并對(duì)應(yīng)變及導(dǎo)電層操作形成交指結(jié)構(gòu)；

17、s3、將形成交指結(jié)構(gòu)的應(yīng)變及導(dǎo)電層沉積到絕緣層上；

18、s4、在應(yīng)變及導(dǎo)電層上沉積防護(hù)層；

19、s5、刻蝕黏應(yīng)變層、黏附層、絕緣層和犧牲層形成操作臺(tái)面；

20、s6、防護(hù)層開始刻蝕操作臺(tái)面形成暴漏襯底的刻蝕窗口；

21、s7、刻蝕犧牲層，犧牲層刻蝕掉后，犧牲層上方的結(jié)構(gòu)由于內(nèi)部存在應(yīng)力梯度，進(jìn)而卷曲形成多圈管狀本體。

22、在根據(jù)本發(fā)明的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，可選地，所述應(yīng)變及導(dǎo)電層采用電子束沉積法形成交指結(jié)構(gòu)。

23、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

24、打破了傳統(tǒng)執(zhí)行器變形范圍小的局限，金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲薄膜技術(shù)和交指結(jié)構(gòu)相結(jié)合，得到的電極間距小，對(duì)靜電力的利用率高，并且可用于其他集成電路器件的重構(gòu)；

25、采用氮化硅作為應(yīng)變層時(shí)，需要使用另一臺(tái)設(shè)備沉積氮化硅，采用化學(xué)氣相法沉積，薄膜之間容易形成孔洞，即存在針孔效應(yīng)，而本案中采用鈦?zhàn)鳛轲じ綄?、鉻作為應(yīng)變層，使用電子束沉積法，可以在一臺(tái)設(shè)備中將鈦鉻銅同時(shí)進(jìn)行沉積，層與層之間不存在孔洞，提高效益和成品率。

技術(shù)特征：

1.金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于，包括襯底(1)和在所述襯底(1)上至少能夠卷曲成兩圈的多圈管狀本體(12)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述平面交指結(jié)構(gòu)包括絕緣層(2)和應(yīng)變及導(dǎo)電層，所述交指由所述應(yīng)變及導(dǎo)電層刻蝕而成；

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述黏附層(3)為鈦金屬層，沉積厚度為5nm-15nm，所述應(yīng)變層(4)為鉻金屬層，沉積厚度為10nm-50nm，所述導(dǎo)電層(5)為銅金屬層，沉積厚度為50nm-150nm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述交指之間存在電勢(shì)差，產(chǎn)生的靜電力能夠引起所述多圈管狀本體(12)產(chǎn)生形變，變形效果包括排斥彈開、收縮減小內(nèi)徑和增大內(nèi)徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述襯底(1)的頂部沉積有犧牲層(101)，所述絕緣層(2)沉積在所述犧牲層(101)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述襯底(1)為硅襯底(1)，所述犧牲層(101)為鍺金屬層。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述導(dǎo)電層(5)上沉積有防護(hù)層(6)。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述防護(hù)層(6)和所述絕緣層(2)均為氧化鋁層。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：其制備工藝具體包括以下步驟：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，其特征在于：所述應(yīng)變及導(dǎo)電層采用電子束沉積法形成交指結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲交指結(jié)構(gòu)靜電微執(zhí)行器，包括襯底和在襯底上至少能夠卷曲成兩圈的多圈管狀本體；多圈管狀本體由金屬材質(zhì)的平面交指結(jié)構(gòu)卷曲而成，平面交指結(jié)構(gòu)由若干交指交錯(cuò)排列而成；交指包括第一交指和第二交指，第一交指和第二交指交錯(cuò)排列設(shè)置；第一交指與負(fù)極饋線電性連接，第二交指與正極饋線電性連接，在負(fù)極饋線和正極饋線上連接不同大小的電壓，使得相鄰兩圈的交指之間存在電勢(shì)差，由于電勢(shì)差的存在進(jìn)而產(chǎn)生靜電力，相鄰兩圈之間的交指電壓排布不同，變形大小方向不同，本發(fā)明打破了傳統(tǒng)執(zhí)行器變形范圍小的局限，金屬驅(qū)動(dòng)自卷曲薄膜技術(shù)和交指結(jié)構(gòu)相結(jié)合，得到的電極間距小，對(duì)靜電力的利用率高，并且可用于其他集成電路器件的重構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：黃文,張康山,婁占龍,李皓偉,吳冉,吳芳芳
受保護(hù)的技術(shù)使用者：合肥工業(yè)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/5