帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機技術

本發明專利技術公開了帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機，涉及行波微執行器技術領域，其技術方案要點是：包括依次設置的PZT層、頂硅結構層以及多個定子齒；多個所述定子齒以圓周分布方式布置在頂硅結構層背向PZT層的側面，且相鄰的定子齒間隔設置。一方面，利用PZT

【技術實現步驟摘要】
帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機


[0001]本專利技術涉及行波微執行器
，更具體地說，它涉及帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機。

技術介紹

[0002]MEMS壓電執行器具有體積小、質量輕、易于與基體結構集成、價格低廉，而且由材料的固態結晶效應產生位移，位移分辨率高，輸出力大，承受載荷大，響應速度快，瞬時加速度大等優勢，受到了廣泛關注，可為微馬達提供高分辨率定位、高動態運動特征等需求。
[0003]現有技術中的行波微執行器結構采用PZT
?
SOI片進行制作，如圖1所示，PZT
?
SOI片包括由下而上依次設置的背硅支撐層、頂硅結構層和PZT層。然而，常規行波微執行器的結構設計與工藝實現是先刻蝕PZT層與頂硅結構層作為驅動結構層，然后在刻蝕背硅支撐層做為釋放后的支撐結構，行波驅動質點在做橢圓運動的時候，質點在圓周方向的位移分量較小，導致驅動的轉換效率比較低，而且PZT薄膜層直接與轉子接觸會出現摩擦磨損，使得PZT薄膜容易被磨壞，從而導致驅動器失效；此外，由于常規設計的PZT薄膜行波微馬達的驅動結構層厚度有限，在一定程度上約束了微馬達輸出力矩的有限性，且在MEMS工藝中額外集成其他材料形成位移放大齒工藝上實現難度較大。
[0004]因此，如何研究設計一種能夠克服上述缺陷的帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機是我們目前急需解決的問題。

技術實現思路

[0005]為解決現有技術中的不足，本專利技術的目的是提供帶位移放大齒的行波微執行器結構、制備方法及微型電機，結合MEMS工藝在原PZT結構的基礎上，有效解決了PZT薄膜的摩擦磨損問題，同時可以提升輸出力矩。
[0006]本專利技術的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：
[0007]第一方面，提供了帶位移放大齒的行波微執行器結構，包括依次設置的PZT層、頂硅結構層以及多個定子齒；
[0008]多個所述定子齒以圓周分布方式布置在頂硅結構層背向PZT層的側面，且相鄰的定子齒間隔設置。
[0009]優選的，所述定子齒的厚度為100um
?
120um。
[0010]優選的，所述定子齒的厚度為110um。
[0011]優選的，所述定子齒的齒內徑為1200
?
1300um。
[0012]優選的，所述定子齒的齒內徑為1250um。
[0013]優選的，所述PZT層的厚度為5um。
[0014]優選的，所述頂硅結構層的厚度為25um。
[0015]第二方面，提供了如第一方面中所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構的制備方法，包括以下步驟：
[0016]S1：刻蝕PZT
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SOI片中的PZT層與頂硅結構層；
[0017]S2：減薄PZT
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SOI片中背硅支撐層的厚度至設計厚度；
[0018]S3：DRIE刻蝕背硅支撐層形成位移放大齒結構，得到行波微執行器結構。
[0019]第三方面，提供了如第一方面中所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構的制備方法，包括以下步驟：
[0020]S11：對一個PZT
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SOI片中的PZT層進行圖形化以及對背硅支撐層進行刻蝕；
[0021]S21：對另一個PZT
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SOI片中的頂硅結構層做齒結構圖形；
[0022]S31：將S11和S21中的兩個PZT
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SOI片以PZT層正對的方式進行鍵合；
[0023]S41：鍵合完成后去掉S21中齒結構的背硅支撐層；
[0024]S51：刻蝕S11中的頂硅結構層將行波微執行器結構進行釋放。
[0025]第四方面，提供了一種微型電機，包括轉子以及如第一方面中所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構。
[0026]與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
[0027]1、本專利技術提出的帶位移放大齒的行波微執行器結構，結合MEMS工藝在原PZT結構的基礎上，有效解決了PZT薄膜的摩擦磨損問題；
[0028]2、本專利技術從PZT
?
SOI片中的正面與背面的兩種方式實現了行波微執行器結構的制備，一方面，利用PZT
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SOI片中的背硅支撐層制備定子齒；另一方面，采用兩個PZT
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SOI片的鍵合方式實現行波微執行器結構的制備；在有效解決PZT薄膜的摩擦磨損問題的同時可以提升輸出力矩；
[0029]3、本專利技術通過體硅工藝實現厚度是結構層厚度幾倍的位移放大齒設計，實現了高厚度位移放大齒結構的制備。
附圖說明
[0030]此處所說明的附圖用來提供對本專利技術實施例的進一步理解，構成本申請的一部分，并不構成對本專利技術實施例的限定。在附圖中：
[0031]圖1是現有技術中PZT
?
SOI片的結構示意圖；
[0032]圖2是本專利技術實施例1中的整體結構示意圖；
[0033]圖3是本專利技術實施例2中的制備示意圖；
[0034]圖4是本專利技術實施例3中的制備示意圖；
[0035]圖5是本專利技術實施例4中的模態效果示意圖，a為模態示意結構，b為模型圖；
[0036]圖6是本專利技術實施例4中齒高參數的仿真示意圖；
[0037]圖7是本專利技術實施例4中齒內徑參數的仿真示意圖，a為定子齒表面取線圖，b為定子齒表面形貌位移圖。
[0038]附圖中標記及對應的零部件名稱：
[0039]1、PZT層；2、頂硅結構層；3、背硅支撐層；4、轉子；5、定子齒。
具體實施方式
[0040]為使本專利技術的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合實施例和附圖，對本專利技術作進一步的詳細說明，本專利技術的示意性實施方式及其說明僅用于解釋本專利技術，并不作
為對本專利技術的限定。
[0041]需說明的是，當部件被稱為“固定于”或“設置于”另一個部件，它可以直接在另一個部件上或者間接在該另一個部件上。當一個部件被稱為是“連接于”另一個部件，它可以是直接或者間接連接至該另一個部件上。
[0042]需要理解的是，術語“長度”、“寬度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底”“內”、“外”等指示的方位或位置關系為基于附圖所示的方位或位置關系，僅是為了便于描述本專利技術和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本專利技術的限制。
[0043]此外，術語“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性或者隱含指明所指示的技術特征的數量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個或者更多個該特征。在本專利技術的描述中，“多個”的含義是兩個或兩個以上，除非另有明確具體的限定。
[0044]實施例1：帶位移放大齒本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，包括依次設置的PZT層(1)、頂硅結構層(2)以及多個定子齒(5)；多個所述定子齒(5)以圓周分布方式布置在頂硅結構層(2)背向PZT層(1)的側面，且相鄰的定子齒(5)間隔設置。2.根據權利要求1所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述定子齒(5)的厚度為100um
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120um。3.根據權利要求2所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述定子齒(5)的厚度為110um。4.根據權利要求1所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述定子齒(5)的齒內徑為1200
?
1300um。5.根據權利要求4所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述定子齒(5)的齒內徑為1250um。6.根據權利要求1
?
5任意一項所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述PZT層(1)的厚度為5um。7.根據權利要求1
?
5任意一項所述的帶位移放大齒的行波微執行器結構，其特征是，所述頂硅結構層(2)的厚度為25um。8.如權利要求1
?
7任意一...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊天宇，陳余，李小石，孫翔宇，
申請(專利權)人：中國工程物理研究院電子工程研究所，
類型：發明
國別省市：