本發(fā)明屬于微機電技術領域，尤其涉及一種低驅動電壓凹面電極靜電執(zhí)行器及制作方法。

背景技術：

基于微機電技術的微型泵是微流體系統(tǒng)中的關鍵部件微泵作為微流體系統(tǒng)的驅動部件，在生物、化學、醫(yī)療、檢疫以及國防等方面構建微分析系統(tǒng)(μtas)有著廣泛的用途。迄今為止，已有多種基于不同原理或結構類型的微泵問世。與傳統(tǒng)工藝相比，應用微機電技術可在很大程度上降低微型泵的成本，提高其使用壽命和精度?，F(xiàn)有機械式振動膜微泵的執(zhí)行器多采用壓電驅動方式或靜電驅動方式。微泵泵腔薄膜在驅動力作用下往復運動，使腔體壓力交替變化，在閥門和泵腔的共同作用下，實現(xiàn)泵浦功能。

靜電式微泵可以采用全硅的工藝，并且能夠與ic工藝相兼容，在批量化生產(chǎn)上有很大的優(yōu)勢，且其驅動力較大、功耗低，有很大的應用前景。但是，由于通常所采用的平行電極執(zhí)行器，在靜電作用下實現(xiàn)平面電極的吸合，所需要的驅動電壓偏高、驅動頻率較高其振幅小，限制了其在諸多領域的應用。因此，降低驅動電壓對于靜電式微泵的應用有重要的意義。

技術實現(xiàn)要素：

針對以往靜電驅動電壓過高的問題，本發(fā)明提供一種低驅動電壓凹面電極靜電執(zhí)行器，包括：由彈性薄膜作為上電極和由塑性薄膜作為凹面電極，上電極的下表面和凹面電極的上表面之間形成閉合運動空間。

所述上電極或凹面電極的上、下表面均為絕緣薄膜。

所述上電極由具有彈性的硅薄膜層構成，其厚度為10-50微米。

所述凹面電極由具有塑性形變能力的硅薄膜層構成，其厚度為10-80微米。

所述封閉空間內(nèi)的中心凹點下凹距離為5-50微米。

所述絕緣薄膜的材料為氧化硅或氧化鋁。

所述上電極的下表面或凹面電極的上表面經(jīng)過粗糙處理，形成厚度為10-100納米的粗糙面。

一種低驅動電壓凹面電極靜電執(zhí)行器的制作方法，包括：

步驟1、選取兩片具備一定硅厚度和氧化層厚度的soi片用于制作上電極和凹面電極，分別標記為soi-t片和soi-b片；

步驟2、將兩種soi片分別進行標準rca清洗后，進行濕法熱氧化并采用低壓化學氣相沉積生長氮化層；

步驟3、將soi-t片進行曝光和淺刻蝕工藝后，形成圖形標記；將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連；將器件層硅與泵腔體層硅進行鍵合，形成完整微泵腔體，鍵合完后對soi-t底層硅進行減??；

步驟4、將soi-b片上表面進行曝光和淺刻蝕工藝，形成圖形標記，并在電極形變區(qū)進行表面粗糙處理，然后將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連；

步驟5、在soi-b背底面相應于曲面電極部分進行光刻、深刻蝕微加工，直至刻蝕至soi內(nèi)部氧化硅層；

步驟6、將刻蝕好的soi-b與已經(jīng)與泵體部分鍵合的soi-t底部進行直接鍵合；

步驟7、將soi-b片上的深硅刻蝕區(qū)域填充環(huán)氧樹脂膠，然后用玻璃與soi-b片進行鍵合或粘接；由于頂層硅薄膜因環(huán)氧樹脂膠的固化收縮效應而形成凹面結構；凹面收縮的幅度可通過環(huán)氧樹脂的成分調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

所述步驟7還可通過下列方法進行替換：

對鍵合好的soi-b片面置入真空吸盤上抽真空，soi-b面的曲面電極薄膜形成凹面的塑性形變，最后對背面進行封裝處理。

所述凹面的塑性形變的幅度可通過真空壓力大小來調(diào)節(jié)。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明的凹面電極靜電執(zhí)行器，可用于泵腔的執(zhí)行器也可用于主動式閥門的執(zhí)行器。與以往平面結構靜電執(zhí)行器相比，本發(fā)明所述凹面電極靜電執(zhí)行器不僅可以簡化mems微泵的加工工藝，而且能夠使以往mems微泵高于100v的驅動電壓降低到幾十伏，大大增加了靜電式微泵的驅動力。

附圖說明

圖1為曲面電極靜電執(zhí)行器的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖，對實施例作詳細說明。

一種低驅動電壓凹面電極靜電執(zhí)行器，如圖1所示，包括：由彈性薄膜作為上電極02和由可產(chǎn)生塑性形變薄膜作為凹面電極07，上電極的下表面和凹面電極的上表面之間形成閉合空間。04為起結構支撐作用的si層。

所述上電極02為硅薄膜層，其厚度為10-50微米，其上、下層分別為具有絕緣性能的氧化硅薄膜01、05，以保護上電極02，其厚度為200-400納米。

所述凹面電極07為硅薄膜層，其厚度為10-80微米，其剖面為向下凹進的弧形結構，其中心凹進距離為5-50微米；凹面電極，通過使平整的硅薄膜形成塑性形變的方法實現(xiàn)。

所述凹面電極07，其上、下層為具有絕緣性能的氧化硅薄膜07、03，以保護凹面電極07，其厚度為200-400納米。

所述具有絕緣性能的氧化硅薄膜05、06，其表面采用微納加工工工藝進行粗糙化處理，形成粗糙厚度為幾十納米的表面。

所述氧化硅薄膜05、06，形成粗糙厚度為幾十納米的表面，其目的在于降低與下表面的黏連性，提高靜電驅動力。

所述凹面電極靜電執(zhí)行器，其上凹面電極層由鍵合工藝鍵合而成。

實施例1

首先選取器件層硅厚度分別為20微米和40微米、氧化層厚度為300納米的soi片分別用作上電極層和凹面電極層，為方便表述該兩種soi片分別標記為soi-t片和soi-b片。

將上述兩種soi片分別進行標準rca清洗(半導體標準清洗工藝)后，進行濕法熱氧化并采用低壓化學氣相沉積生長氮化層。其中氧化層厚度為200納米、氮化層厚度為100納米。

將soi-t片進行曝光和淺刻蝕工藝后，形成圖形標記。將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連。然后將器件層硅與泵腔體層硅進行鍵合。形成完整微泵腔體。鍵合完后對soi-t底層硅進行減薄使底層硅層剩余5-10微米。

將soi-b片上表面進行曝光和淺刻蝕工藝，形成圖形標記，并在電極形變區(qū)進行表面粗糙處理。然后將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連。

在soi-b背底面相應于曲面電極部分進行光刻、深刻蝕等微加工。直至刻蝕至soi內(nèi)部氧化硅層。

將刻蝕好的soi-b與已經(jīng)與泵體部分鍵合的soi-t底部進行直接鍵合。

將soi-b片上的深硅刻蝕區(qū)域填充環(huán)氧樹脂膠，然后用玻璃與soi-b片進行鍵合或粘接。由于頂層硅薄膜因環(huán)氧樹脂膠的固化收縮效應而形成凹面結構。凹面收縮的幅度可通過環(huán)氧樹脂的成分調(diào)節(jié)來實現(xiàn)。

實施例2

首先選取器件層硅厚度分別為20微米和40微米、氧化層厚度為300納米的soi片分別用作上電極層和凹面電極層，為方便表述該兩種soi片分別標記為soi-t片和soi-b片。

將上述兩種soi片分別進行標準rca清洗(半導體標準清洗工藝)后，進行濕法熱氧化并采用低壓化學氣相沉積生長氮化層。其中氧化層厚度為200納米、氮化層厚度為100納米。

將soi-t片進行曝光和淺刻蝕工藝后，形成圖形標記。將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連。然后將器件層硅與泵腔體層硅進行鍵合。形成完整微泵腔體。鍵合完后對soi-t底層硅進行減薄使底層硅層剩余5-10微米。

將soi-b片上表面進行曝光和淺刻蝕工藝，形成圖形標記，并在電極形變區(qū)進行表面粗糙處理。然后將底電極區(qū)域進行刻蝕，以方便與引線相連。

在soi-b背底面相應于曲面電極部分進行光刻、深刻蝕等微加工。直至刻蝕至soi內(nèi)部氧化硅層。

將刻蝕好的soi-b與已經(jīng)與泵體部分鍵合的soi-t底部進行直接鍵合。

對鍵合好的soi-b片面置入真空吸盤上抽真空。在一定的真空壓力下，soi-b面的曲面電極薄膜形成凹面的塑性形變。凹面形變的幅度可通過真空壓力大小來調(diào)節(jié)。最后對背面進行封裝處理。

上述實施例僅為本發(fā)明較佳的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求的保護范圍為準。