【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及微系统制造领域，且尤其是通过在基板上沉积组件获得的压电设备的制造。目标应用是触觉设备。
技术介绍
1、硅基板上的铁电电容器通常被制造为mim结构：金属底电极、绝缘层和金属顶电极。
2、例如由pt或agpd制成的电极通过绝缘层彼此分离，该绝缘层可以是pb(zrxti1-x)o3(pzt)的膜，其中0≤x≤1。该膜通常是薄的并且具有约1μm的厚度，该厚度是通过溶胶-凝胶旋涂或喷墨印刷进行的沉积的习惯平均值。
3、这些mim致动器(actuator)可以用于触觉触摸设备。基板可以用约300hz的频率激励，以向用户提供触觉反馈。由于这些mim致动器具有高电容，因此这些设备的功耗高(峰值功率约为100w)。
4、法国“hap2u”公司曾尝试提供一种具有更厚的基于陶瓷的pzt层(约500μm)的致动器。然而，陶瓷的使用涉及pzt在基板上的昂贵的沉积(deposition)工艺(通过胶合(gluing))，因为陶瓷无法通过具有成本效益的工艺(如溶胶-凝胶或喷墨印刷、旋涂等)沉积。此外，陶瓷层的厚度无法在技术上制得更薄，这可能根据对膜期望的特性或功能而变得必要。最后，这些厚层的目的是改变致动器的机械行为(灵敏度和机械偏转(deflection))。
5、因此，需要提供制造方法来获得保持现有致动器的机械特性同时导致较低功耗的触觉致动器。
技术实现思路
1、技术问题
2、本专利技术的技术问题在于提供用于触觉设备的致动器，该致动器
3、技术方案
4、本专利技术涉及用于制造用于触觉设备的金属-绝缘体-金属致动器的方法，所述方法包括：(a)提供基板；(b)提供锆钛酸铅(lead zirconate titanate)(pzt)溶液；(c)制备包含pzt溶液、纳米粉末和表面活性剂的pzt浆料；(d)在所述基板上沉积pzt溶液的层；(e)在所述pzt溶液的层上沉积pzt浆料的层；(f)在所述pzt浆料的层上沉积pzt溶液的至少一个层；(g)重复步骤(e)和(f)以获得pzt材料的厚膜，所述膜的组合厚度在所述基板的厚度的1％至10％之间并且在约10μm至约100μm之间；以及(h)在所述pzt材料的厚膜上沉积金属图案化电极。
5、本专利技术人已经确定，使用含纳米颗粒的pzt浆料能够产生毛细效应，这增强了pzt溶液在浆料上的渗透。因此，该溶液在浆料中分布良好。在保持相同偏转(deflection)特性的同时功耗的改善归因于三件事的组合：(1)该渗透过程；(2)基板与pzt层之间的厚度比率；以及(3)约10μm至100μm的pzt层的厚度。我们注意到，“约10”应理解为9-12μm和“约100”应理解为95-105μm。渗透过程使得能够获得厚层。本专利技术人已经确定，产生触觉反馈所需的能量与pzt层的厚度成反比(当在类似电压下时)。然而，太厚的层与基板相比其厚度不可忽略，因此会改变触觉设备的机械行为，所以最佳解决方案具有以上三个特征1至3。除此之外，还观察到厚度的绝对值在降低功耗和生产致动器所需的时间量之间是一个很好的权衡(trade-off)。还观察到通过另一种沉积工艺获得的10μm的厚膜不会导致相同的特性(介电常数(permittivity)、损耗角正切(loss tangent))，因此不会为致动器保持相同的偏转量。
6、根据有利的实施方案，pzt溶液和pzt浆料的单独的层具有这样的厚度，该厚度使得步骤(e)和(f)重复约7次以获得约10μm的组合厚度。这7次重复允许单层足够薄，以便在两次相继的沉积之间快速干燥并获得均匀的厚层。技术人员应当理解，为了获得约100μm的厚度，可需要约70次重复。
7、根据有利的实施方案，在步骤(f)的每次出现时，相继地沉积pzt溶液的四个层。浆料的空隙可以用pzt的四个层完全填满，因此加入超过四个层会使沉积过程的功效劣化并在pzt层的整个厚度上造成不均匀性。
8、根据有利的实施方案，步骤(e)包括：以2000rpm至4000rpm的旋转速度，优选在3000rpm下，旋涂所述pzt浆料，并且，持续在30至60秒之间、优选在30秒期间的持续时间。
9、根据有利的实施方案，在步骤(f)处的各层的沉积包括：以300rpm至700rpm的旋转速度，优选地在500rpm下，旋涂所述pzt溶液，并且，持续在20至40秒之间、优选在30秒期间的持续时间。毛细效应使得能够以该降低的旋转速度获得所述溶液的良好分布。
10、根据有利的实施方案，在沉积pzt溶液的液滴之后，旋转器的旋转被延迟约30秒。毛细效应在这若干秒内起作用并允许所述溶液在基板上扩散，从而使渗透最大化。
11、根据有利的实施方案，所述表面活性剂是triton x-100或聚乙烯基吡咯烷酮。
12、根据有利的实施方案，在步骤(f)之后，使pzt溶液的至少一个层在700℃下结晶约半小时。
13、根据有利的实施方案，在步骤(g)处，步骤(e)和(f)的重复使得获得pzt材料的厚膜(10)，所述膜的组合厚度大约是在所述基板的厚度的1％至2％之间并且在约10μm至20μm之间。
14、根据有利的实施方案，在已经沉积pzt的所有层之后，将pzt的膜在700℃的炉中退火约一小时。
15、根据有利的实施方案，所述基板是镀铂(platinized)的硅基板或熔融石英(fusedsilica)基板。
16、本专利技术还涉及压电触觉设备，其包括用根据前述权利要求中任一项所述的方法制备的具有厚pzt膜的致动器。
17、在微观尺度上，由交替的pzt浆料沉积和pzt溶液沉积产生的厚膜显示出独特的晶粒(grain)结构，这尤其可以通过sem或x射线分析观察到。
18、在宏观尺度上，本专利技术的触觉设备通过pzt层的厚度和可比的电压供应下的功耗这两者而在物理上与已知的触觉设备不同。
19、根据有利的实施方案，pzt的层的组合厚度为约10μm，并且，在40v的峰间电压的情况下，在62khz的频率下，致动器消耗约350mw的功率。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.用于制造用于触觉设备的金属-绝缘体-金属致动器的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，PZT溶液和PZT浆料的单独的层(10.1、10.2)具有这样的厚度，该厚度使得步骤(e)和(f)重复约7次以获得约10μm的组合厚度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(f)的每次出现时，相继地沉积PZT溶液的四个层(10.2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(e)包括：以2000rpm至4000rpm的旋转速度，优选在3000rpm下，旋涂(310)所述PZT浆料，并且，持续在30至60秒之间、优选在30秒期间的持续时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(f)处的各层的沉积包括：以300rpm至700rpm的旋转速度，优选在500rpm下，旋涂(410)所述PZT溶液，并且，持续在30至60秒之间、优选在30秒期间的持续时间。
6.根据前述权利要求所述的方法，其中，在沉积PZT溶液的液滴之后，旋转器的旋转被延迟约30秒。
7.根据前述
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(f)之后，使PZT溶液的至少一个层在700℃下结晶(500)约半小时。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(g)中，步骤(e)和(f)的重复使得获得PZT材料的厚膜(10)，所述厚膜(10)的组合厚度大约是在所述基板的厚度的1％至2％之间并且在约10μm至20μm之间。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述基板是镀铂的硅基板或熔融石英基板。
11.压电触觉设备，其包含用根据前述权利要求中任一项所述的方法制备的具有PZT厚膜的致动器。
12.根据权利要求11所述的压电触觉设备，特征在于，PZT的层的组合厚度为约10μm；并且，在62kHz的频率下在40V的峰对峰电压下，所述致动器消耗约350mW的功率。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于制造用于触觉设备的金属-绝缘体-金属致动器的方法，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，pzt溶液和pzt浆料的单独的层(10.1、10.2)具有这样的厚度，该厚度使得步骤(e)和(f)重复约7次以获得约10μm的组合厚度。
3.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(f)的每次出现时，相继地沉积pzt溶液的四个层(10.2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，步骤(e)包括：以2000rpm至4000rpm的旋转速度，优选在3000rpm下，旋涂(310)所述pzt浆料，并且，持续在30至60秒之间、优选在30秒期间的持续时间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在步骤(f)处的各层的沉积包括：以300rpm至700rpm的旋转速度，优选在500rpm下，旋涂(410)所述pzt溶液，并且，持续在30至60秒之间、优选在30秒期间的持续时间。
6.根据前述权利要求所述的方法，其中，在沉积pz...
【专利技术属性】
技术研发人员：E·德菲，S·格林赛克，S·朗菲，
申请(专利权)人：卢森堡科学技术研究院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。