MEMS电磁力驱动器制造技术

一种MEMS电磁力驱动器，包括一端为固定端另一端为悬空端的长方形线圈状悬臂梁、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极，一绝缘垫高层位于覆盖于悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极上表面，绝缘垫高层具有输入通孔、输出通孔，位于线圈状悬臂梁固定端的输入端通过位于输入通孔内的导电柱与悬臂梁输入电极电连接，位于线圈状悬臂梁固定端的输出端通过位于输出通孔内的导电柱与悬臂梁输出电极电连接，线圈状悬臂梁下表面、输入通孔侧表面、输出通孔侧表面均覆有Si3N4绝缘层，线圈状悬臂梁上表面覆有Si3N4保护膜。本实用新型专利技术延长了器件的使用寿命，减少了故障率，实现了低驱动电压或者低驱动电流运行。

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种微机电系统（Micro Electro Mechanical System，MEMS）器件的电磁力驱动器，特别涉及一种驱动电压低、能量损耗小的微型MEMS电磁力驱动器。
技术介绍
驱动器是自动控制、机器人等领域的基础单元器件。其中，工作在射频波段的驱动器作为集成电路的开关，成为射频信号处理电路的基本元件之一。以前，射频驱动器通常采用P-I-N二极管或砷化镓金属-半导体场效应管来实现。但是，随着频率增长，这类半导体驱动器表现出信号损失和能量损耗的缺陷。近年来，射频MEMS驱动器由于插入损耗低、隔离度高和功率损耗小等优点，引起了人们的极大关注。大多数射频MEMS驱动器通过静电力驱动，其功率损耗非常低并且容易制造。但是，依靠静电力驱动的射频MEMS驱动器存在两个主要问题：高驱动电压和低机械稳定性。高驱动电压降低了器件的使用寿命，而且会因为电荷累积问题引起故障。
技术实现思路
本技术提供一种MEMS电磁力驱动器，此MEMS电磁力驱动器延长了器件的使用寿命，大大降低了电荷累积问题，减少了故障率，机械强度高，其驱动间隙变化大，实现了低驱动电压或者低驱动电流运行，提高了机械稳定性，而且具有更长的寿命，且其体积小、驱动电压低，与半导体制造工艺兼容的MEMS电磁力驱动器。为达到上述目的，本技术采用的技术方案是：一种MEMS电磁力驱动器，包括一端为固定端另一端为悬空端的长方形线圈状悬臂梁、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极，所述外电路输入电极、外电路输出电极位于衬底上表面一端，所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极位于衬底上表面另一端，一绝缘垫高层位于覆盖于所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极上表面，所述绝缘垫高层具有输入通孔、输出通孔，位于所述线圈状悬臂梁固定端的输入端通过位于输入通孔内的导电柱与悬臂梁输入电极电连接，位于所述线圈状悬臂梁固定端的输出端通过位于输出通孔内的导电柱与悬臂梁输出电极电连接，所述线圈状悬臂梁下表面、输入通孔侧表面、输出通孔侧表面均覆有Si3N4绝缘层，所述线圈状悬臂梁上表面覆有Si3N4保护膜，位于所述线圈状悬臂梁悬空端的Si3N4保护膜下表面具有一金属接触电极，此金属接触电极与外电路输入电极、外电路输出电极在竖直方向留有间隙，并位于外电路输入电极、外电路输出电极上方；当电压或电流信号从悬臂梁输入电极引入，自下而上流过位于输入通孔内的导电柱，从固定端的线圈状悬臂梁的输入端流进，从线圈状悬臂梁的输出端流出，然后自上而下流过位于输出通孔内的导电柱，最后从悬臂梁输出电极导出，形成悬臂梁的工作回路，且外加一个水平方向的磁场时，线圈状悬臂梁的悬空端在电磁力和静电力的共同作用下下移动或者上移动，从而实现金属接触电极的两端与外电路输入电极和外电路输出电极导通或者断开。上述技术方案中进一步的改进技术方案如下：1. 上述方案中，所述衬底为绝缘Si衬底。2. 上述方案中，所述线圈状悬臂梁、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极材料为金属、掺杂多晶硅或者掺杂砷化镓。由于上述技术方案运用，本技术与现有技术相比具有下列优点：本技术MEMS电磁力驱动器，其延长了器件的使用寿命，大大降低了电荷累积问题，减少了故障率，高机械强度的结构，其驱动间隙变化大，实现了低驱动电压或者低驱动电流运行，提高了机械稳定性，而且具有更长的寿命；其次，其体积小、驱动电压低，与半导体制造工艺兼容的MEMS电磁力驱动器。附图说明图1 为本技术MEMS电磁力驱动器的三维立体结构示意图；图2~9本技术MEMS电磁力驱动器工艺流程图。以上附图中：1、绝缘Si衬底；2、悬臂梁电极；2a、悬臂梁输入电极；2b、悬臂梁输出电极；3、外电路电极；3a、外电路输入电极；3b、外电路输出电极；4、绝缘垫高层；5、PSG牺牲层；6、金属接触电极；7、Si3N4绝缘层；8、线圈状悬臂梁；9、Si3N4保护膜；10、导电柱。具体实施方式下面结合附图及实施例对本技术作进一步描述：实施例：一种MEMS电磁力驱动器，包括一端为固定端另一端为悬空端的长方形线圈状悬臂梁8、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极，所述外电路输入电极、外电路输出电极位于衬底上表面一端，所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极位于衬底上表面另一端，一绝缘垫高层位于覆盖于所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极上表面，所述绝缘垫高层具有输入通孔、输出通孔，位于所述线圈状悬臂梁8固定端的输入端通过位于输入通孔内的导电柱10与悬臂梁输入电极电连接，位于所述线圈状悬臂梁8固定端的输出端通过位于输出通孔内的导电柱10与悬臂梁输出电极电连接，所述线圈状悬臂梁8下表面、输入通孔侧表面、输出通孔侧表面均覆有Si3N4绝缘层7，所述线圈状悬臂梁8上表面覆有Si3N4保护膜，位于所述线圈状悬臂梁8悬空端的Si3N4保护膜9下表面具有一金属接触电极，此金属接触电极与外电路输入电极、外电路输出电极在竖直方向留有间隙，并位于外电路输入电极、外电路输出电极上方；当电压或电流信号从悬臂梁输入电极2a引入，自下而上流过位于输入通孔内的导电柱10，从固定端的线圈状悬臂梁8的输入端流进，从线圈状悬臂梁8的输出端流出，然后自上而下流过位于输出通孔内的导电柱10，最后从悬臂梁输出电极2b导出，形成悬臂梁的工作回路，且外加一个水平方向的磁场时，线圈状悬臂梁8的悬空端在电磁力和静电力的共同作用下下移动或者上移动，从而实现金属接触电极6的两端与外电路输入电极3a和外电路输出电极3b导通或者断开。上述衬底为绝缘Si衬底。上述线圈状悬臂梁8、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极材料为金属、掺杂多晶硅或者掺杂砷化镓。作为本技术的进一步改进，衬底材料可采用玻璃、锗或砷化镓等材料代替硅。作为本技术的进一步改进，该MEMS电磁力驱动器电极和线圈状悬臂梁等导电部分的材料可由掺杂后的半导体材料代替金属，例如掺杂多晶硅、掺杂砷化镓等半导体材料。作为本技术的进一步改进，该MEMS电磁力驱动器的电极和线圈状悬臂梁等导电部分可采用溅射、电镀等工艺制备金属层。作为本技术的进一步改进，该MEMS电磁力驱动器的氮化硅或氧化硅绝缘层可采用CVD等方法制备。作为本技术的进一步改进，线圈形状的悬臂梁可通过调节材料导电能力、线圈圈数、线圈尺寸等物理参数，以得到驱动电压低，能量损耗小的驱动器结构。本实施例MEMS电磁力驱动器，参见附图1是本实施例中的MEMS电磁力驱动器的三维立体结构示意图；其主要结构包括：一端固定另一端悬空的长方形线圈状悬臂梁8和两对固定在衬底上的电极组成，其中，一对电极与悬臂梁的固定端导通，另一对电极接入外电路。悬臂梁电路和外电路相互绝缘，形成两个独立回路。电压或电流信号从悬臂梁输入电极2a引入，自下而上流过通孔，从固定端的线圈的一端流进，从线圈的另一端流出，然后自上而下流过通孔，最后从衬底上的悬臂梁输出电极2b导出，形成悬臂梁的工作回路。当外加一个水平方向的磁场时，悬臂梁的悬空端在电磁力和静电力的共同作用下可上下移动。在悬空端的背面紧贴一层Si3N4绝缘层7和金属接触电极6：Si3N4绝缘层7的作用是使得悬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种MEMS电磁力驱动器，其特征在于：包括一端为固定端另一端为悬空端的长方形线圈状悬臂梁（8）、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极，所述外电路输入电极、外电路输出电极位于衬底上表面一端，所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极位于衬底上表面另一端，一绝缘垫高层位于覆盖于所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极上表面，所述绝缘垫高层具有输入通孔、输出通孔，位于所述线圈状悬臂梁（8）固定端的输入端通过位于输入通孔内的导电柱（10）与悬臂梁输入电极电连接，位于所述线圈状悬臂梁（8）固定端的输出端通过位于输出通孔内的导电柱（10）与悬臂梁输出电极电连接，所述线圈状悬臂梁（8）下表面、输入通孔侧表面、输出通孔侧表面均覆有Si3N4绝缘层（7），所述线圈状悬臂梁（8）上表面覆有Si3N4保护膜，位于所述线圈状悬臂梁（8）悬空端的Si3N4保护膜（9）下表面具有一金属接触电极，此金属接触电极与外电路输入电极、外电路输出电极在竖直方向留有间隙，并位于外电路输入电极、外电路输出电极上方；当电压或电流信号从悬臂梁输入电极（2a）引入，自下而上流过位于输入通孔内的导电柱（10），从固定端的线圈状悬臂梁（8）的输入端流进，从线圈状悬臂梁（8）的输出端流出，然后自上而下流过位于输出通孔内的导电柱（10），最后从悬臂梁输出电极（2b）导出，形成悬臂梁的工作回路，且外加一个水平方向的磁场时，线圈状悬臂梁（8）的悬空端在电磁力和静电力的共同作用下，下移动或者上移动，从而实现金属接触电极（6）的两端与外电路输入电极（3a）和外电路输出电极（3b）导通或者断开。...

【技术特征摘要】
1. 一种MEMS电磁力驱动器，其特征在于：包括一端为固定端另一端为悬空端的长方形线圈状悬臂梁（8）、外电路输入电极、外电路输出电极、悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极，所述外电路输入电极、外电路输出电极位于衬底上表面一端，所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极位于衬底上表面另一端，一绝缘垫高层位于覆盖于所述悬臂梁输入电极和悬臂梁输出电极上表面，所述绝缘垫高层具有输入通孔、输出通孔，位于所述线圈状悬臂梁（8）固定端的输入端通过位于输入通孔内的导电柱（10）与悬臂梁输入电极电连接，位于所述线圈状悬臂梁（8）固定端的输出端通过位于输出通孔内的导电柱（10）与悬臂梁输出电极电连接，所述线圈状悬臂梁（8）下表面、输入通孔侧表面、输出通孔侧表面均覆有Si3N4绝缘层（7），所述线圈状悬臂梁（8）上表面覆有Si3N4保护膜，位于所述线圈状悬臂梁（8）悬空端的Si3N4保护膜（9）下表面具有一金属接触电极，此金属接触电极与外电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈娇艳，陈立军，程新利，王耀东，
申请(专利权)人：苏州科技学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32