CN100548504C - 压电式合成射流器的制作方法 - Google Patents

压电式合成射流器的制作方法 Download PDF

Info

Publication number
CN100548504C
CN100548504C CNB2007100180451A CN200710018045A CN100548504C CN 100548504 C CN100548504 C CN 100548504C CN B2007100180451 A CNB2007100180451 A CN B2007100180451A CN 200710018045 A CN200710018045 A CN 200710018045A CN 100548504 C CN100548504 C CN 100548504C
Authority
CN
China
Prior art keywords
silicon substrate
piezoelectric
cavity
silicon
adopt
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB2007100180451A
Other languages
English (en)
Other versions
CN101066542A (zh
Inventor
邓进军
苑伟政
马炳和
朱业传
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CNB2007100180451A priority Critical patent/CN100548504C/zh
Publication of CN101066542A publication Critical patent/CN101066542A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100548504C publication Critical patent/CN100548504C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Micromachines (AREA)

Abstract

本发明公开了一种压电式合成射流器的制作方法，该方法首先将硅基体的上下表面抛光，然后采用低压化学气相沉积法在硅基体上沉积氮化硅层，在硅基体的下表面光刻形成掩模，按照腔体的形状与大小，采用电化学腐蚀法或采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层；去除硅基体下表面腔体位置以外的氮化硅层，在硅基体的下表面采用低压化学气相沉积法沉积振动膜片，在振动膜片的表面沉积上电极，采用溶胶-凝胶法制备压电材料，在压电材料的下表面沉积下电极，在硅基体的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口，释放多孔硅形成腔体。由于腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。

Description

压电式合成射流器的制作方法
技术领域
本发明涉及一种压电式合成射流器，还涉及这种合成射流器的制作方法。
背景技术
合成射流器是流动控制领域中重要的器件之一，它采用压电、静电或电磁等驱动方式使其弹性膜片产生振动，从而引起腔体体积的周期性变化，由此将外界气体不断地通过喷口吸入和排出空腔，在不需额外气源的情况下产生合成式射流，实现流场的主动控制。
参照图3。文献“专利号为US 6,457,654的美国专利Micromachined synthetic jet actuators andapplications thereof”公开了一种压电式合成射流器，该合成射流器采用MEMS刻蚀技术在硅片上加工出合成射流器的腔体2和喷口5结构，再用粘接的方法将振动膜片3和压电致动器4与上述结构进行装配，完成器件加工。该技术获得了毫米量级尺寸的微型射流器，但其粘接工艺也带来了生产效率、产品可靠性和一致性降低等问题。同时，由于采用了湿法刻蚀技术，器件的腔体2和喷口5结构剖面几何形状都是锥形。这在相同外部尺寸条件下，减小了腔体体积和喷口孔径，影响了器件产生的合成射流的速度和能量。
发明内容
为了克服现有技术由于粘接工艺带来的可靠性、一致性低的不足，本发明提供一种压电式合成射流器及其制作方法，该方法采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，可以提高合成射流器可靠性和一致性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种压电式合成射流器，包括硅基体、腔体、喷口、振动膜片和压电致动器，硅基体的下方是腔体，位于腔体上方并与腔体贯通的是喷口，腔体和喷口贯穿硅基体，振动膜片位于硅基体的下表面，并在腔体的下方形成悬置薄膜，压电致动器位于振动膜片的下表面中央，其特点是所述的压电致动器由压电材料，以及贴附于其上下表面的上电极和下电极构成。
所述的腔体、喷口、振动膜片以及压电致动器的截面形状是等截面的正方形、矩形或圆形。
所述的振动膜片，其材料是多晶硅、单晶硅或金属材料。
所述的压电材料是PZT压电陶瓷材料或PVDF压电聚合物材料。
一种上述压电式合成射流器的制作方法，其特点是包括以下步骤：首先将硅基体的上下表面抛光，然后采用低压化学气相沉积法在硅基体上沉积氮化硅层，在硅基体的下表面光刻形成掩模，按照腔体的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，或者采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层；去除硅基体下表面腔体位置以外的氮化硅层，在硅基体的下表面采用低压化学气相沉积法沉积振动膜片，在振动膜片的表面沉积上电极，采用溶胶-凝胶法制备压电材料，在压电材料的下表面沉积下电极，在硅基体的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口，释放多孔硅形成腔体
本发明的有益效果是：由于采用电化学腐蚀法，在腔体位置制备多孔硅层，最后释放多孔硅形成腔体，采用感应耦合等离子刻蚀形成喷口，采用低压化学气相沉积法沉积硅振动膜片，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，腔体、喷口、振动膜片和压电薄膜在同一个硅基体上加工完成，提高了合成射流器可靠性和一致性。
下面结合附图和实施例对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明压电式合成射流器结构示意图。
图2是图1的俯视图。
图3是现有技术压电式合成射流器结构示意图。
图中，1-硅基体，2-腔体，3-振动膜片，4-压电致动器，5-喷口，6-上电极，7-下电极。
具体实施方式
参照图1、图2。本发明包括硅基体1、腔体2、喷口5、振动膜片3、压电致动器4、上电极6和下电极7。硅基体1的下方是截面为正方形的腔体2，位于腔体2上方并与腔体2贯通的是截面为正方形的喷口5，腔体2和喷口5贯穿硅基体1，喷口5连接腔体2和外部流场。振动膜片3为多晶硅材料，位于硅基体1的下表面，并在腔体2的下方形成悬置薄膜。压电致动器4由PZT压电陶瓷材料，以及贴附于其上下表面的上电极6和下电极7构成，位于振动膜片3的下表面中央。其中，振动膜片3、压电致动器4的截面形状均为正方形。
对腔体2、喷口5、振动膜片3以及压电致动器4的截面形状做成矩形或圆形进行了试验，也都取得了良好的效果。
另外，对振动膜片3所用材料也进行了单晶硅和金属材料的试验，效果良好。
压电致动器4也使用了PVDF压电聚合物材料，均取得了良好的效果。
压电式合成射流器的制作方法如下：首先将硅基体1的上下表面抛光，采用低压化学气相沉积法在硅基体1上沉积氮化硅层，在硅基体1的下表面光刻形成掩模，按照腔体2的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，去除硅基体1下表面腔体2位置以外的氮化硅层，在硅基体1的下表面采用低压化学气相沉积法沉积多晶硅作为振动膜片3，在振动膜片3的表面沉积上电极6，采用溶胶-凝胶法制备压电薄膜，在压电薄膜的下表面沉积下电极7，在硅基体1的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口5，释放多孔硅形成腔体2。
另外，在硅基体1的下表面采用电化学腐蚀法制备多孔硅层时，也可以采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层。

Claims (1)

1、一种压电式合成射流器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：首先将硅基体的上下表面抛光，然后采用低压化学气相沉积法在硅基体上沉积氮化硅层，在硅基体的下表面光刻形成掩模，按照腔体的形状与大小，采用电化学腐蚀法制备多孔硅层，或者采用选择性离子注入形成高阻区的方式制备多孔硅层；去除硅基体下表面腔体位置以外的氮化硅层，在硅基体的下表面采用低压化学气相沉积法沉积振动膜片，在振动膜片的表面沉积上电极，采用溶胶一凝胶法制备压电材料，在压电材料的下表面沉积下电极，在硅基体的上表面光刻并进行感应耦合等离子刻蚀形成喷口，释放多孔硅形成腔体。
CNB2007100180451A 2007-06-14 2007-06-14 压电式合成射流器的制作方法 Expired - Fee Related CN100548504C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100180451A CN100548504C (zh) 2007-06-14 2007-06-14 压电式合成射流器的制作方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100180451A CN100548504C (zh) 2007-06-14 2007-06-14 压电式合成射流器的制作方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101066542A CN101066542A (zh) 2007-11-07
CN100548504C true CN100548504C (zh) 2009-10-14

Family

ID=38879317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100180451A Expired - Fee Related CN100548504C (zh) 2007-06-14 2007-06-14 压电式合成射流器的制作方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100548504C (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5647138B2 (ja) * 2008-12-19 2014-12-24 コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェ 情報処理システムへのユーザーインターフェースを提供する方法および装置
CN102451798A (zh) * 2010-10-14 2012-05-16 研能科技股份有限公司 单孔喷嘴装置
CN102268747B (zh) * 2011-08-01 2013-03-27 王策 高压静电电子梭纳米纺丝装置
CN102601009A (zh) * 2012-03-21 2012-07-25 西北工业大学 一种硅基微型侧喷口合成射流器及其制作方法
CN104894968B (zh) * 2015-06-23 2016-06-29 东南大学 一种可抗强/台风的大跨度桥梁用桥塔
CN105872894B (zh) * 2016-03-24 2019-03-26 中北大学 一种用于宽频噪声抑制的双工作模式的声衬及控制方法
CN106370484A (zh) * 2016-10-13 2017-02-01 苏州阿洛斯环境发生器有限公司 合成射流装置、便携式微型颗粒物采样器及捕集方法
CN107575417A (zh) * 2017-07-24 2018-01-12 西北工业大学 一种基于合成射流的轴流压气机机匣处理装置
CN107893796A (zh) * 2017-11-21 2018-04-10 上海理工大学 一种合成射流激励器以及水平轴风力机叶片
US10512150B2 (en) * 2018-05-03 2019-12-17 GM Global Technology Operations LLC Systems and apparatuses for high performance atmosphere thin film piezoelectric resonant plasmas to modulate air flows

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
合成射流流动机理及应用技术研究. 罗振兵.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技Ⅱ辑，第2004年第1期. 2004
合成射流流动机理及应用技术研究. 罗振兵.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）工程科技Ⅱ辑，第2004年第1期. 2004 *
基于MEMS技术的压电微喷的研制. 许立宁.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）信息科技辑，第2006年第4期. 2006
基于MEMS技术的压电微喷的研制. 许立宁.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）信息科技辑，第2006年第4期. 2006 *
基于MEMS技术的自吸微泵的研制. 王海宁.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）工程科技Ⅱ辑，第2007年第2期. 2007
基于MEMS技术的自吸微泵的研制. 王海宁.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（博士）工程科技Ⅱ辑，第2007年第2期. 2007 *
微电子机械系统中重要材料-多孔硅的制备和应用的研究. 王兴.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）信息科技辑，第2004年第4期. 2004
微电子机械系统中重要材料-多孔硅的制备和应用的研究. 王兴.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士）信息科技辑，第2004年第4期. 2004 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN101066542A (zh) 2007-11-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100548504C (zh) 压电式合成射流器的制作方法
KR101740115B1 (ko) 지지 구조체 및 지지 구조체를 형성하는 방법
EP3233311B1 (en) Piezoelectric micromachined ultrasonic transducers with low stress sensitivity and methods of fabrication
US7329933B2 (en) Silicon microphone with softly constrained diaphragm
CN104507014B (zh) 一种具有褶皱型振动膜的mems麦克风及其制造方法
US9708182B2 (en) Methods for producing a cavity within a semiconductor substrate
US9159899B2 (en) Forming a membrane having curved features
CN107005769A (zh) 用于实现高的力及偏斜的具有微机械压电致动器的微机电系统
US8344466B2 (en) Process for manufacturing MEMS devices having buried cavities and MEMS device obtained thereby
CN109721022B (zh) 具有悬置隔膜的压电mems设备及其制造过程
CN114697841A (zh) Mems麦克风及其振膜结构
CN110636421A (zh) 一种mems结构及其制造方法
CN102143906A (zh) 微机电系统器件及其制造方法
CN110113702B (zh) 一种mems结构的制造方法
CN113316052A (zh) 一种具有防尘结构的mems麦克风芯片及其制作方法
CN101646115A (zh) 基于铁电pzt膜面内极化工作的硅微压电传声器及其制备方法
CN209748812U (zh) 一种mems结构
CN210609696U (zh) 一种mems结构
CN102601009A (zh) 一种硅基微型侧喷口合成射流器及其制作方法
CN100536608C (zh) 微硅麦克风及其制备方法
KR20020016117A (ko) Ｍｅｍｓ 공정을 이용한 마이크로폰 제작방법
US7456043B2 (en) Method of fabricating microphone device and thermal oxide layer and low-stress structural layer thereof
CN205917019U (zh) Mems器件
CN103323042A (zh) 一体化全振导电薄膜结构的电容式超声传感器及其制作方法
CN110460942A (zh) 一种mems结构的制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20091014

Termination date: 20130614