CN113985601A - 一种采用可控形状记忆合金的mems微镜及制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜。该采用可控形状记忆合金的MEMS微镜包括衬底，衬底顶部设置有可控形状记忆合金层，可控形状记忆合金层包括镜面支撑，镜面支撑的顶部设置有镜面，镜面支撑的外侧设置有第一驱动机构，第一驱动机构驱使镜面扭转或平移，第一驱动机构的外侧设置有第二驱动机构，第二驱动机构驱使第一驱动机构扭转或平移。本发明解决了现有技术驱动力较小，不能克服大镜面微镜自身具有较大的惯性量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及微机电技术领域，特别涉及一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜及制作方法。
背景技术
微机电系统(MEMS，Micro-Electro-Mechanical System)其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统，主要由微传感器和微执行器两类组成，还包括信息处理单元等部分。微执行器受到外部激励信号的控制，将能量由非机械能转化为机械能驱动镜面做平移和扭转运动，从而改变光路。为了能够调整入射光的空间分布，要求MEMS微镜具有较大的镜面。然而由于大镜面微镜自身具有较大的惯性量，需要更大的驱动力来使微镜达到较大的扫描视角。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种可以提供足够驱动力，扩大微镜扫描视角的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜。
为实现上述目的，本发明的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜采用的技术方案是：
一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，包括衬底，衬底顶部设置有可控形状记忆合金层，可控形状记忆合金层包括镜面支撑，镜面支撑的顶部设置有镜面，镜面支撑的外侧设置有第一驱动机构，第一驱动机构驱使镜面扭转或平移，第一驱动机构的外侧设置有第二驱动机构，第二驱动机构驱使第一驱动机构扭转或平移。
优先的，所述第一驱动机构包括处在镜面支撑外周的第一框体，第一框体通过第一转轴与镜面支撑连接，第一转轴的两侧设置有转子梳齿，转子梳齿与镜面支撑一体成型，第一框体的内侧设置有与转子梳齿配合的定子梳齿，第一框体设置有第一驱动电极。
优先的，所述第二驱动机构包括处在第一框体外周的第二框体，第二框体通过第二转轴与第一框体连接，第二框体设置有第二驱动电极。
优选的，所述第二转轴可以呈十字形排布，也可以呈对角线排布。
优选的，所述衬底采用硅片、硅晶圆或玻璃制作。
为实现上述目的，本发明的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的制作方法采用的技术方案是：
包括如下步骤：
S1：准备衬底，清洗、减薄后，在衬底正面形成顶硅层，顶硅层上面形成器件层；
S2：在器件层上面磁控溅射可控形状记忆合金，形成可控形状记忆合金层；
S3：在形状记忆合金表面沉积金属材料；
S4：刻蚀金属材料，获得镜面、第一驱动电极和第二驱动电极；
S5：刻蚀可控形状记忆合金层，获得镜面支撑、第一驱动机构和第二驱动机构；
S6：刻蚀器件层；
S7：刻蚀衬底和顶硅层，获得背腔。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：
1.采用形状记忆合金组合静电梳齿结构的方式有效提升驱动性能，同时降低静电梳齿所需的驱动电压；
2.采用可控形状记忆合金，便于控制和操作，保持其形状而无需连续通电，使设备不受束缚且功率受限；
3.在应力作用下应变的变形率，响应速度和获得力能密度方面，形状记忆合金材料比压电陶瓷和磁致伸缩材料能够获得更大值；在性能方面形状记忆合金线性度好、易于控制。
附图说明
图1是实施一采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的结构剖面示意图；
图2是实施一采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的结构示意图；
图3是图2的A处放大图；
图4是实施二采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的结构示意图；
图5是衬底备片减薄示意图；
图6是衬底沉积形状记忆合金示意图；
图7是为金属材料沉积示意图；
图8是在金属材料上涂敷光刻胶的示意图；
图9是金属腐蚀示意图；
图10是在可控形状记忆合金层上涂敷光刻胶的示意图；
图11是刻蚀形状记忆合金示意图；
图12是刻蚀器件层示意图；
图13是正面去胶示意图；
图14是背腔刻蚀示意图。
其中，1衬底，11顶硅层，12器件层，2可控形状记忆合金层，21镜面支撑，211镜面，212转子梳齿，22第一驱动机构，221第一框体，222第一转轴，223定子梳齿，224第一驱动电极，23第二驱动机构，231第二框体，232第二转轴，233第二驱动电极，3金属材料，4光刻胶，5背腔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解这些实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。
实施例1：如图1-3所示，一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，包括衬底1，衬底采用硅晶圆制作，衬底顶部布置可控形状记忆合金层2，可控形状记忆合金层包括镜面支撑21，镜面支撑成方形，镜面支撑的顶部布置镜面211，镜面为圆形，镜面支撑的外侧布置第一驱动机构22，第一驱动机构驱使镜面扭转，第一驱动机构包括处在镜面支撑外周的第一框体221，第一框体成方形，第一框体通过两个第一转轴222与镜面支撑连接，第一转轴的两侧布置转子梳齿212，转子梳齿与镜面支撑一体成型，第一框体的内侧一体成型与转子梳齿配合的定子梳齿223，第一框体的区域内布置第一驱动电极224，第一框体的外侧设置有第二驱动机构23，第二驱动机构驱使第一框体扭转，第二驱动机构包括处在第一框体外周的第二框体231，第二框体成方形，第二框体通过四个第二转轴232与第一框体连接，四个第二转轴呈十字形排布，第二框体的区域内布置第二驱动电极233。
实施例2：如图4所示，一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，包括衬底，衬底采用硅晶圆制作，衬底顶部布置可控形状记忆合金层，可控形状记忆合金层包括镜面支撑，镜面支撑成方形，镜面支撑的顶部布置镜面，镜面为圆形，镜面支撑的外侧布置第一驱动机构，第一驱动机构驱使镜面扭转，第一驱动机构包括处在镜面支撑外周的第一框体，第一框体成方形，第一框体通过两个第一转轴与镜面支撑连接，第一转轴的两侧布置转子梳齿，转子梳齿与镜面支撑一体成型，第一框体的内侧一体成型与转子梳齿配合的定子梳齿，第一框体的区域内布置第一驱动电极，第一框体的外侧设置有第二驱动机构，第二驱动机构驱使第一框体扭转，第二驱动机构包括处在第一框体外周的第二框体，第二框体成方形，第二框体通过四个第二转轴与第一框体连接，四个第二转轴呈对角排布，第二框体的区域内布置第二驱动电极。
如图4-14所示，一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的制作方法，包括如下步骤：
S1：准备硅晶圆衬底，清洗、减薄后，在硅晶圆正面形成顶硅层11，顶硅层上面形成器件层12；
S2：在器件层上面磁控溅射可控形状记忆合金，形成可控形状记忆合金层；
S3：在形状记忆合金表面沉积金属材料3；
S4：在金属材料顶部涂敷光刻胶4；
S5：刻蚀金属材料，获得镜面、第一驱动电极和第二驱动电极；
S6：在可控形状记忆合金层顶部涂敷光刻胶；
S7：刻蚀可控形状记忆合金层，获得镜面支撑、第一驱动机构和第二驱动机构；
S8：刻蚀器件层；
S9：去除光刻胶；
S10：刻蚀衬底和顶硅层，获得背腔5。
本发明的具体工作过程与原理：常规模式，形状记忆合金按照设置的驱动变形趋势大小模式驱动。增速模式，驱动电压与形状记忆合金驱动曲线呈现叠加方式。本发明采用形状记忆合金组合静电梳齿结构的方式有效提升驱动性能，克服了大镜面微镜自身具有较大的惯性量，提供足够的驱动力来使微镜达到较大的扫描视角。
Claims (6)
1.一种采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，其特征在于：包括衬底，衬底顶部设置有可控形状记忆合金层，可控形状记忆合金层包括镜面支撑，镜面支撑的顶部设置有镜面，镜面支撑的外侧设置有第一驱动机构，第一驱动机构驱使镜面扭转或平移，第一驱动机构的外侧设置有第二驱动机构，第二驱动机构驱使第一驱动机构扭转或平移。
2.根据权利要求1所述的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，其特征在于：所述第一驱动机构包括处在镜面支撑外周的第一框体，第一框体通过第一转轴与镜面支撑连接，第一转轴的两侧设置有转子梳齿，转子梳齿与镜面支撑一体成型，第一框体的内侧设置有与转子梳齿配合的定子梳齿，第一框体设置有第一驱动电极。
3.根据权利要求1所述的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，其特征在于：所述第二驱动机构包括处在第一框体外周的第二框体，第二框体通过第二转轴与第一框体连接，第二框体设置有第二驱动电极。
4.根据权利要求3所述的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，其特征在于：所述第二转轴可以呈十字形排布，也可以呈对角线排布。
5.根据权利要求1所述的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜，其特征在于：所述衬底采用硅片、硅晶圆或玻璃制作。
6.一种如1-5任一所述的采用可控形状记忆合金的MEMS微镜的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：准备衬底，清洗、减薄后，在衬底正面形成顶硅层，顶硅层上面形成器件层；
S2：在器件层上面磁控溅射可控形状记忆合金，形成可控形状记忆合金层；
S3：在形状记忆合金表面沉积金属材料；
S4：刻蚀金属材料，获得镜面、第一驱动电极和第二驱动电极；
S5：刻蚀可控形状记忆合金层，获得镜面支撑、第一驱动机构和第二驱动机构；
S6：刻蚀器件层；
S7：刻蚀衬底和顶硅层，获得背腔。
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