專利名稱：壓電式合成射流器及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種壓電式合成射流器，還涉及這種合成射流器的制作方法。
背景技術(shù)：
合成射流器是流動(dòng)控制領(lǐng)域中重要的器件之一，它采用壓電、靜電或電磁等驅(qū)動(dòng)方式使其彈性膜片產(chǎn)生振動(dòng)，從而引起腔體體積的周期性變化，由此將外界氣體不斷地通過(guò)噴口吸入和排出空腔，在不需額外氣源的情況下產(chǎn)生合成式射流，實(shí)現(xiàn)流場(chǎng)的主動(dòng)控制。
參照?qǐng)D3。文獻(xiàn)“專利號(hào)為US 6,457,654的美國(guó)專利Micromachined synthetic jet actuators andapplications thereof”公開了一種壓電式合成射流器，該合成射流器采用MEMS刻蝕技術(shù)在硅片上加工出合成射流器的腔體2和噴口5結(jié)構(gòu)，再用粘接的方法將振動(dòng)膜片3和壓電致動(dòng)器4與上述結(jié)構(gòu)進(jìn)行裝配，完成器件加工。該技術(shù)獲得了毫米量級(jí)尺寸的微型射流器，但其粘接工藝也帶來(lái)了生產(chǎn)效率、產(chǎn)品可靠性和一致性降低等問題。同時(shí)，由于采用了濕法刻蝕技術(shù)，器件的腔體2和噴口5結(jié)構(gòu)剖面幾何形狀都是錐形。這在相同外部尺寸條件下，減小了腔體體積和噴口孔徑，影響了器件產(chǎn)生的合成射流的速度和能量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)由于粘接工藝帶來(lái)的可靠性、一致性低的不足，本發(fā)明提供一種壓電式合成射流器及其制作方法，該方法采用電化學(xué)腐蝕法，在腔體位置制備多孔硅層，最后釋放多孔硅形成腔體，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口，采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積硅振動(dòng)膜片，采用溶膠-凝膠法制備壓電薄膜，腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電薄膜在同一個(gè)硅基體上加工完成，可以提高合成射流器可靠性和一致性。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案一種壓電式合成射流器，包括硅基體、腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電致動(dòng)器，硅基體的下方是腔體，位于腔體上方并與腔體貫通的是噴口，腔體和噴口貫穿硅基體，振動(dòng)膜片位于硅基體的下表面，并在腔體的下方形成懸置薄膜，壓電致動(dòng)器位于振動(dòng)膜片的下表面中央，其特點(diǎn)是所述的壓電致動(dòng)器由壓電材料，以及貼附于其上下表面的上電極和下電極構(gòu)成。
所述的腔體、噴口、振動(dòng)膜片以及壓電致動(dòng)器的截面形狀是等截面的正方形、矩形或圓形。
所述的振動(dòng)膜片，其材料是多晶硅、單晶硅或金屬材料。
所述的壓電材料是PZT壓電陶瓷材料或PVDF壓電聚合物材料。
一種上述壓電式合成射流器的制作方法，其特點(diǎn)是包括以下步驟首先將硅基體的上下表面拋光，然后采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體上沉積氮化硅層，在硅基體的下表面光刻形成掩模，按照腔體的形狀與大小，采用電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅層，或者采用選擇性離子注入形成高阻區(qū)的方式制備多孔硅層；去除硅基體下表面腔體位置以外的氮化硅層，在硅基體的下表面采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積振動(dòng)膜片，在振動(dòng)膜片的表面沉積上電極，采用溶膠-凝膠法制備壓電材料，在壓電材料的下表面沉積下電極，在硅基體的上表面光刻并進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口，釋放多孔硅形成腔體本發(fā)明的有益效果是由于采用電化學(xué)腐蝕法，在腔體位置制備多孔硅層，最后釋放多孔硅形成腔體，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口，采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積硅振動(dòng)膜片，采用溶膠-凝膠法制備壓電薄膜，腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電薄膜在同一個(gè)硅基體上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明。


圖1是本發(fā)明壓電式合成射流器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是圖1的俯視圖。
圖3是現(xiàn)有技術(shù)壓電式合成射流器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中，1-硅基體，2-腔體，3-振動(dòng)膜片，4-壓電致動(dòng)器，5-噴口，6-上電極，7-下電極。
具體實(shí)施例方式
參照?qǐng)D1、圖2。本發(fā)明包括硅基體1、腔體2、噴口5、振動(dòng)膜片3、壓電致動(dòng)器4、上電極6和下電極7。硅基體1的下方是截面為正方形的腔體2，位于腔體2上方并與腔體2貫通的是截面為正方形的噴口5，腔體2和噴口5貫穿硅基體1，噴口5連接腔體2和外部流場(chǎng)。振動(dòng)膜片3為多晶硅材料，位于硅基體1的下表面，并在腔體2的下方形成懸置薄膜。壓電致動(dòng)器4由PZT壓電陶瓷材料，以及貼附于其上下表面的上電極6和下電極7構(gòu)成，位于振動(dòng)膜片3的下表面中央。其中，振動(dòng)膜片3、壓電致動(dòng)器4的截面形狀均為正方形。
對(duì)腔體2、噴口5、振動(dòng)膜片3以及壓電致動(dòng)器4的截面形狀做成矩形或圓形進(jìn)行了試驗(yàn)，也都取得了良好的效果。
另外，對(duì)振動(dòng)膜片3所用材料也進(jìn)行了單晶硅和金屬材料的試驗(yàn)，效果良好。
壓電致動(dòng)器4也使用了PVDF壓電聚合物材料，均取得了良好的效果。
壓電式合成射流器的制作方法如下首先將硅基體1的上下表面拋光，采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體1上沉積氮化硅層，在硅基體1的下表面光刻形成掩模，按照腔體2的形狀與大小，采用電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅層，去除硅基體1下表面腔體2位置以外的氮化硅層，在硅基體1的下表面采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積多晶硅作為振動(dòng)膜片3，在振動(dòng)膜片3的表面沉積上電極6，采用溶膠-凝膠法制備壓電薄膜，在壓電薄膜的下表面沉積下電極7，在硅基體1的上表面光刻并進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口5，釋放多孔硅形成腔體2。
另外，在硅基體1的下表面采用電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅層時(shí)，也可以采用選擇性離子注入形成高阻區(qū)的方式制備多孔硅層。
權(quán)利要求
1.一種壓電式合成射流器，包括硅基體、腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電致動(dòng)器，硅基體的下方是腔體，位于腔體上方并與腔體貫通的是噴口，腔體和噴口貫穿硅基體，振動(dòng)膜片位于硅基體的下表面，并在腔體的下方形成懸置薄膜，壓電致動(dòng)器位于振動(dòng)膜片的下表面中央，其特征在于所述的壓電致動(dòng)器由壓電材料，以及貼附于其上下表面的上電極和下電極構(gòu)成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式合成射流器，其特征在于所述的腔體、噴口、振動(dòng)膜片以及壓電致動(dòng)器的截面形狀是等截面的正方形、矩形或圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式合成射流器，其特征在于所述的振動(dòng)膜片，其材料是多晶硅、單晶硅或金屬材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓電式合成射流器，其特征在于所述的壓電材料是PZT壓電陶瓷材料或PVDF壓電聚合物材料。
5.一種權(quán)利要求1所述壓電式合成射流器的制作方法，其特征在于包括以下步驟首先將硅基體的上下表面拋光，然后采用低壓化學(xué)氣相沉積法在硅基體上沉積氮化硅層，在硅基體的下表面光刻形成掩模，按照腔體的形狀與大小，采用電化學(xué)腐蝕法制備多孔硅層，或者采用選擇性離子注入形成高阻區(qū)的方式制備多孔硅層；去除硅基體下表面腔體位置以外的氮化硅層，在硅基體的下表面采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積振動(dòng)膜片，在振動(dòng)膜片的表面沉積上電極，采用溶膠-凝膠法制備壓電材料，在壓電材料的下表面沉積下電極，在硅基體的上表面光刻并進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口，釋放多孔硅形成腔體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種壓電式合成射流器，包括硅基體、腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電致動(dòng)器，硅基體的下方是腔體，噴口位于腔體上方并與腔體貫通，振動(dòng)膜片位于硅基體下表面，并在腔體的下方形成懸置薄膜，壓電致動(dòng)器位于振動(dòng)膜片下表面中央，其特點(diǎn)是所述的壓電致動(dòng)器由壓電材料，以及貼附于其上下表面的上電極和下電極構(gòu)成。本發(fā)明公開的上述壓電式合成射流器的制作方法，采用電化學(xué)腐蝕法，在腔體位置制備多孔硅層，最后釋放多孔硅形成腔體，采用感應(yīng)耦合等離子刻蝕形成噴口，采用低壓化學(xué)氣相沉積法沉積硅振動(dòng)膜片，采用溶膠－凝膠法制備壓電薄膜，由于腔體、噴口、振動(dòng)膜片和壓電薄膜在同一個(gè)硅基體上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。
文檔編號(hào)B05B17/04GK101066542SQ20071001804
公開日2007年11月7日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者鄧進(jìn)軍, 苑偉政, 馬炳和, 朱業(yè)傳 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)