一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器及制作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)振膜的静电执行器及制作方法。该具有静电执行器是以PDMS薄膜作为可以往复运动的高弹性薄膜作为振膜形成执行器部件，与以往全Si静电执行器相比，本发明专利技术所述基于PDMS静电执行器不仅可以简化MEMS微泵的加工工艺，降低材料成本，由于其弹性模量比Si小，可降低全Si静电执行器件的驱动电压。

MEMS electrostatic actuator based on PDMS diaphragm and manufacturing method thereof

The invention discloses an electrostatic actuator based on a two poly (methyl siloxane) (PDMS) diaphragm and a method for making the same. The electrostatic actuator is based on PDMS thin film as high elastic film as the reciprocating motion of the diaphragm forming actuator components, compared with the previous Si electrostatic actuator, the processing technology of PDMS electrostatic actuator can not only simplify the MEMS micro pump based on reducing the cost of the material, because of its elastic modulus is smaller than Si Si, which can reduce the driving voltage of the electrostatic actuator.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微机电系统(MEMS)
，具体涉及一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器及制作方法。
技术介绍
随着静电驱动方法在MEMS器件中被广泛采用，静电式执行器成为一种重要的驱动器件。其工作原理系利用异性电荷间产生的库仑力作用而产生的机械运动。静电执行器可以采用全Si的工艺，并且能够与IC工艺相兼容，在批量化生产上有很大的优势，且其驱动力较大、功耗低，有很大的应用前景。基于静电驱动的MEMS微型泵是微流体系统中的关键部件，微泵作为微流体系统的执行部件，在生物、化学、医疗、检疫以及国防等方面构建微分析系统(μTAs)有着广泛的用途。采用静电驱动可以获得较高的驱动频率，其具有能耗低(一般为毫瓦级)、振动膜片形变易于控制、响应时间短等特点。但是，静电驱动也有驱动电压高(一般大于50V)，这与IC电路所用的低电压不兼容；此外，微泵中还需要防止电路短路的绝缘膜，通常需要采用造价昂贵的SOI片作为原材料，大大增加了制造成本。本专利技术提出了采用基于PDMS材料作为振膜的MEMS静电执行器，其工艺简单、材料成本远低于Si，且其生物兼容性好。因其弹性模量相对Si薄膜小，可在较低的驱动电压下工作，在生物检测等领域具有较强应用前景。
技术实现思路
本专利技术针对传统静电执行器中制造材料昂贵、工艺较为复杂的的问题，提供了一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器及制作方法，该MEMS静电执行器由复合振动薄膜层、下电极层和硅结构层组成，其特征在于，复合振动薄膜层由两层PDMS薄膜层中间夹一层导电薄膜层组成。所述的PDMS薄膜具有较好弹性，其厚度为100-300微米。所述复合振动薄膜层中的导电薄膜层为金属或导电氧化物、导电聚合物中的一种。所述下电极层为非本征半导体的Si薄膜，其厚度为1-100微米。所述下电极层的上、下界面层分别为绝缘性的薄膜层，以保护下电极层在静电驱动工作时不形成漏电。所述绝缘性的薄膜层为氧化硅、氧化铝绝缘薄膜材料中的一种。一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器的制备方法，包括如下步骤：(1)PDMS薄膜的制备，PDMS按照交联剂与固化剂5:1～15:1的比例混合、固化；(2)PDMS振膜图形化，采用UV软刻蚀或激光切割等方式对PDMS进行加工；(3)PDMS膜沉积金属电极层；(4)沉积绝缘薄膜以使金属电极层有效隔离；(5)与下电极层通过有机物粘接。附图说明图1为基于PDMS振膜的MEMS静电执行器的结构示意图；01为第一PDMS薄膜层，02为上电极层，03为第二PDMS薄膜层，04为第一绝缘氧化硅，05为硅电极层，06为第二绝缘氧化硅层，07为Si结构层。具体实施方式本专利技术提供了一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器及制作方法，下面结合附图对本专利技术进一步说明。一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器，如图1所示，01为第一PDMS薄膜层，02为上电极层，03为第二PDMS薄膜层，04为第一绝缘氧化硅，05为硅电极层，06为第二绝缘氧化硅层，07为Si结构层，上电极的下表面和凹面电极的上表面之间形成闭合运动空间。所述上电极层02可为金属或导电氧化物、导电聚合物层。其上、下层分别为具有弹性和绝缘性能的PDMS薄膜01、03，以保护上电极02。所述下电极05为硅薄膜层，其厚度为10-200微米。其下层为具有绝缘性能的氧化硅薄膜04、07，以保护下电极05形成绝缘层。所述硅层07为起到支撑作用的Si层。实施例一种基于PDMS振膜的MEMS静电执行器的制作方法，包括下述步骤：首先在双面抛光Si上旋涂PDMS，其配比为10:1。然后经真空干燥箱内固化。在固化好的PDMS薄膜(01)上采用电子束蒸发沉积Au电极层(02)。然后再旋涂PDMS，其配比为10:1。经真空干燥箱内固化，形成PDMS薄膜(03)，薄膜厚度为100微米。采用激光切割或模板对PDMS进行刻蚀，以形成电极区域。采用背面光刻、并对Si进行刻蚀实现泵腔的制备，完成泵腔与PDMS振膜的组装。选取表面氧化层厚度为300纳米的双面抛光Si硅片用以制作下电极。首先在下电极区域刻蚀振膜腔体，腔体深度为50-100微米。然后将上述Si片进行热氧化处理以形成对Si层的隔离。采用刻蚀工艺对Si片进行处理，形成下电极区域。最后，辅助以对准装置，通过胶体将执行器的各个组件采用粘接的方式组装。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)振膜的MEMS静电执行器，由复合振动薄膜层、下电极层和硅结构层组成，其特征在于，复合振动薄膜层由两层PDMS薄膜层中间夹一层导电薄膜层组成。

【技术特征摘要】
1.一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)振膜的MEMS静电执行器，由复合振动薄膜层、下电极层和硅结构层组成，其特征在于，复合振动薄膜层由两层PDMS薄膜层中间夹一层导电薄膜层组成。2.根据权利要求1所述MEMS静电执行器，其特征在于：所述的PDMS薄膜具有较好弹性，其厚度为100-300微米。3.根据权利要求1所述MEMS静电执行器，其特征在于：所述复合振动薄膜层中的导电薄膜层为金属或导电氧化物、导电聚合物中的一种。4.根据权利要求1所述MEMS静电执行器，其特征在于：所述下电极层为非本征半导体的Si薄膜，其厚度为1-100微米。5.根据权利要求1所述MEMS静...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏峰，赵鸿滨，苑鹏，杨志民，杜军，徐瑶华，
申请(专利权)人：北京有色金属研究总院，
类型：发明
国别省市：北京;11