一种混合驱动的二维MEMS微镜制造技术

本实用新型专利技术涉及一种混合驱动的二维MEMS微镜，采用全新驱动结构设计，将压电驱动结构和静电驱动结构相结合，实现了混合驱动操作，其中设计基于环形外衬底（1），应用静电驱动结构实现对环形内衬底（2）的驱动，并进一步应用环形内衬底（2）与镜面支撑（3）之间的压电驱动结构，获得对镜面支撑（3）的驱动，驱动电极通过转轴引出，如此实现了混合驱动操作，整个结构能够有效提高驱动效率，并使的驱动角度变大；同时本实用新型专利技术还进一步设计了针对此二维MEMS微镜的制作方法，采用制作工艺，仅需要SOI圆片作为基底层，便可以加工获得所设计的二维MEMS微镜，整个制作过程工艺简单，成品率高，同时整体结构尺寸也会降低，成本得到降低。

【技术实现步骤摘要】
一种混合驱动的二维MEMS微镜
本技术涉及一种混合驱动的二维MEMS微镜，属于微机电系统

技术介绍
MEMS(Micro-Electro-MechanicalSystems，微机电系统)是一个制造微小器件，可同时集成多种物理场作用的新兴领域。相对于传统的机械，MEMS器件的尺寸更小，一般在微米到毫米量级。它基于半导体集成电路(IC)制作工艺，可大量利用IC生产中的成熟技术、工艺，进行大批量、低成本生产，使性价比相对于传统“机械”制造技术大幅度提高。梳齿结构在MEMS器件中广泛应用，比如各种电容式传感器包括加速度计、陀螺仪等以及各种微驱动器。一般的MEMS梳齿结构都是平的，即梳齿的动齿和固齿在同一个平面。这种梳齿在做驱动时只能产生平面内的运动。当需要产生平面外运动时，我们就需要高低梳齿，或叫垂直梳齿，即动齿和固齿一高一低不在一个平面。高低梳齿结构可以用来制作扫描微镜，也是实现三轴加速度计、三轴MEMS电容式陀螺仪必不可少的结构。现有的高低梳齿设计中，传统的MEMES制造工艺利用键合工艺分别刻蚀高低梳齿，或者利用多次光刻分别刻蚀高低梳齿，都需要高精度对准，对工艺要求高且成品率低；SOI技术可以解决梳齿自对准的问题，但是同样存在多次刻蚀，加工复杂的缺陷。为实现二维扫描，静电驱动结构需要分块布置驱动电极，采用gimbal结构，具有内圈和外圈两层结构。为实现双轴驱动，内部与外部均布置有驱动电极，驱动电极有固定梳齿和活动梳齿，固定梳齿的电引线很难连出，导致工艺复杂，也使得封装变得更为复杂。技术内容本技术所要解决的技术问题是提供一种混合驱动的二维MEMS微镜，采用全新驱动结构设计，应用压电驱动和静电驱动实现混合驱动操作，能够有效提高微镜的工作效率。本技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本技术设计了一种混合驱动的二维MEMS微镜，包括环形外衬底、环形内衬底、镜面支撑；其中，环形内衬底的外径小于环形外衬底的内径，环形内衬底位于环形外衬底内，环形内衬底外周上彼此相对两侧的位置分别通过第一转轴对接环形外衬底内侧边，环形内衬底外周侧边两连接第一转轴的位置之间呈对称分布；环形内衬底外周上彼此相对的两侧边上分别设置梳齿组，该两侧边上分别所设梳齿组相对环形内衬底外周侧边连接两第一转轴的位置连线呈轴对称分布；环形外衬底内侧边上分别对应环形内衬底外周上两梳齿组的位置分别设置梳齿组，环形外衬底内侧边上各梳齿组中各根齿条的投影、分别与环形内衬底外周上对应位置梳齿组中各根齿条的投影彼此平行、且彼此相互交错；镜面支撑的边缘对接于环形内衬底的内侧边，镜面支撑的上表面设置镜面反射层；环形外衬底上表面设置各个焊盘；通过向各个焊盘供电，在环形外衬底内侧边梳齿组中各根齿条与环形内衬底外周对应位置梳齿组中各根齿条之间的相互作用力下，实现环形内衬底相对其外周侧边所连第一转轴的转动，进而获得镜面反射层随镜面支撑的转动。作为本技术的一种优选技术方案：还包括至少两个压电复合驱动装置，所述镜面支撑的边缘通过各压电复合驱动装置分别对接所述环形内衬底的内侧边，通过向所述各个焊盘供电，在各压电复合驱动装置的通电驱动下，实现镜面支撑与环形内衬底的相对转动，进而获得镜面反射层随镜面支撑的转动。作为本技术的一种优选技术方案：所述压电复合驱动装置的数量为两个，所述镜面支撑上其中一边缘的两端分别通过各压电复合驱动装置对接所述环形内衬底的同一条内侧边，两个压电复合驱动装置彼此平行。作为本技术的一种优选技术方案：所述压电复合驱动装置的数量为四个，所述镜面支撑外周上彼此相对两侧的位置分别通过第二转轴对接所述环形内衬底的内侧边，镜面支撑外周侧边两连接第二转轴的位置之间呈对称分布；各第二转轴分别与两个压电复合驱动装置相对应，各第二转轴上的两侧分别对接对应各压电复合驱动装置上的其中一端，各压电复合驱动装置上的另一端分别对接环形内衬底的内侧边。作为本技术的一种优选技术方案：所述各个压电复合驱动装置的结构彼此相同，各压电复合驱动装置分别均包括由下至上堆叠的电极层、压电驱动材料层、电极层。作为本技术的一种优选技术方案：所述压电驱动材料层为PZT、ZnO、AlN中的任意一种；所述压电复合驱动装置中的电极层为Pt层、Al层或者Mo层。本技术所述一种混合驱动的二维MEMS微镜，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本技术所设计混合驱动的二维MEMS微镜，采用全新驱动结构设计，将压电驱动结构和静电驱动结构相结合，实现了混合驱动操作，其中设计基于环形外衬底，应用静电驱动结构实现对环形内衬底的驱动，并进一步应用环形内衬底与镜面支撑之间的压电驱动结构，获得对镜面支撑的驱动，驱动电极通过转轴引出，如此实现了混合驱动操作，整个结构能够有效提高驱动效率，并使的驱动角度变大；同时本技术还进一步设计了针对此二维MEMS微镜的制作方法，采用制作工艺，仅需要SOI圆片作为基底层，便可以加工获得所设计的二维MEMS微镜，整个制作过程工艺简单，成品率高，同时整体结构尺寸也会降低，成本得到降低。附图说明图1是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜的结构一示意图；图2是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜的结构二示意图；图3是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法中步骤A的结果示意图；图4是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法步骤B中生长压电复合层示意图；图5是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法步骤B中刻蚀压电复合驱动装置示意图；图6是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法中步骤C的结果示意图；图7是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法中步骤D的结果示意图；图8是本技术设计混合驱动的二维MEMS微镜制造方法中步骤E的结果示意图。其中，1.环形外衬底，2.环形内衬底，3.镜面支撑，4.第一转轴，5.焊盘，6.压电复合驱动装置，7.第二转轴,8.镜面反射层，9.顶硅层，10.氧化层，11.底硅层。具体实施方式下面结合说明书附图对本技术的具体实施方式作进一步详细的说明。本技术设计了一种混合驱动的二维MEMS微镜，实际应用当中，如图1和图2所示，包括环形外衬底1、环形内衬底2、镜面支撑3；其中，环形内衬底2的外径小于环形外衬底1的内径，环形内衬底2位于环形外衬底1内，环形内衬底2外周上彼此相对两侧的位置分别通过第一转轴4对接环形外衬底1内侧边，环形内衬底2外周侧边两连接第一转轴4的位置之间呈对称分布。环形内衬底2外周上彼此相对的两侧边上分别设置梳齿组，该两侧边上分别所设梳齿组相对环形内衬底2外周侧边连接两第一转轴4的位置连线呈轴对称分布；环形外衬底1内侧边上分别对应环形内衬底2外周上两梳齿组的位置分别设置梳齿组，环形外衬底1内侧边上各梳齿组中各根齿条的投影、分别与环形内衬底2外周上对应位置梳齿组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种混合驱动的二维MEMS微镜，其特征在于：包括环形外衬底(1)、环形内衬底(2)、镜面支撑(3)；其中，环形内衬底(2)的外径小于环形外衬底(1)的内径，环形内衬底(2)位于环形外衬底(1)内，环形内衬底(2)外周上彼此相对两侧的位置分别通过第一转轴(4)对接环形外衬底(1)内侧边，环形内衬底(2)外周侧边两连接第一转轴(4)的位置之间呈对称分布；/n环形内衬底(2)外周上彼此相对的两侧边上分别设置梳齿组，该两侧边上分别所设梳齿组相对环形内衬底(2)外周侧边连接两第一转轴(4)的位置连线呈轴对称分布；环形外衬底(1)内侧边上分别对应环形内衬底(2)外周上两梳齿组的位置分别设置梳齿组，环形外衬底(1)内侧边上各梳齿组中各根齿条的投影、分别与环形内衬底(2)外周上对应位置梳齿组中各根齿条的投影彼此平行、且彼此相互交错；/n镜面支撑(3)的边缘对接于环形内衬底(2)的内侧边，镜面支撑(3)的上表面设置镜面反射层(8)；环形外衬底(1)上表面设置各个焊盘(5)；通过向各个焊盘(5)供电，在环形外衬底(1)内侧边梳齿组中各根齿条与环形内衬底(2)外周对应位置梳齿组中各根齿条之间的相互作用力下，实现环形内衬底(2)相对其外周侧边所连第一转轴(4)的转动，进而获得镜面反射层(8)随镜面支撑(3)的转动。/n...

【技术特征摘要】
1.一种混合驱动的二维MEMS微镜，其特征在于：包括环形外衬底(1)、环形内衬底(2)、镜面支撑(3)；其中，环形内衬底(2)的外径小于环形外衬底(1)的内径，环形内衬底(2)位于环形外衬底(1)内，环形内衬底(2)外周上彼此相对两侧的位置分别通过第一转轴(4)对接环形外衬底(1)内侧边，环形内衬底(2)外周侧边两连接第一转轴(4)的位置之间呈对称分布；
环形内衬底(2)外周上彼此相对的两侧边上分别设置梳齿组，该两侧边上分别所设梳齿组相对环形内衬底(2)外周侧边连接两第一转轴(4)的位置连线呈轴对称分布；环形外衬底(1)内侧边上分别对应环形内衬底(2)外周上两梳齿组的位置分别设置梳齿组，环形外衬底(1)内侧边上各梳齿组中各根齿条的投影、分别与环形内衬底(2)外周上对应位置梳齿组中各根齿条的投影彼此平行、且彼此相互交错；
镜面支撑(3)的边缘对接于环形内衬底(2)的内侧边，镜面支撑(3)的上表面设置镜面反射层(8)；环形外衬底(1)上表面设置各个焊盘(5)；通过向各个焊盘(5)供电，在环形外衬底(1)内侧边梳齿组中各根齿条与环形内衬底(2)外周对应位置梳齿组中各根齿条之间的相互作用力下，实现环形内衬底(2)相对其外周侧边所连第一转轴(4)的转动，进而获得镜面反射层(8)随镜面支撑(3)的转动。


2.根据权利要求1所述一种混合驱动的二维MEMS微镜，其特征在于：还包括至少两个压电复合驱动装置(6)，所述镜面支撑(3)的边缘通过各压电复合驱动装置(6)分别对接所述环形内衬底(2)的内侧边，通过向所述各个焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巧，
申请(专利权)人：苏州知芯传感技术有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32