带有弯梁电热执行器的mems静电驱动式悬臂梁结构的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种带有弯梁电热执行器的MEMS静电驱动式悬臂梁结构，包括衬底、悬臂梁的锚区、悬臂粱、涂覆于衬底表面的静电下拉电极和接触电极以及弯梁电热执行器。所述弯梁电热执行器由锚区和通电可膨胀的两个弯梁分支组成；所述弯梁通过连接在分支末端的两个锚区的支撑，悬浮在衬底的上方和悬臂梁末端附近的下方，通电加热后，弯折端可向前延伸。本发明提供一种可以有效解决粘附失效问题的悬臂梁结构，从结构设计上增加弯梁电热执行器消除粘附，改善了因粘附而导致的故障率高、维护难、效率低的缺陷，提高运作的稳定性和可靠性，具有重要的实用价值。
【专利说明】带有弯梁电热执行器的MEMS静电驱动式悬臂梁结构
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种MEMS悬臂梁结构，具体涉及一种带有弯梁电热执行器的MEMS静电驱动式悬臂梁结构。
【背景技术】
[0002]MEMS (微电子机械系统)是指可批量制作的,集微型机构、微型传感器、微型执行器以及信号处理和控制电路、直至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。
[0003]MEMS技术主要属于微米技术范畴。悬臂梁结构是典型的微机械结构，特征尺寸为微米量级，表面效应显著，可靠性问题是制约其发展的重要因素。利用表面加工工艺制造的悬臂梁结构，可动梁与衬底间的间距比较小，约为零点几至几微米，且长度远大于厚度，在加工和使用过程中结构刚度降低，很容易使梁变形向衬底弯曲，与衬底粘连在一起，出现粘附现象，使悬臂梁无法正常工作。同时有些悬臂梁结构只有与衬底充分接触，才能保证优良的性能。例如，常见的RF MEMS开关，无论是电容式开关，还是直接接触式开关，优良的接触特性能够大大降低信号的传输损耗。
[0004]为解决粘附失效问题，当前主要是从预防入手，在结构制造时，通过在衬底表面制作凸点以减小可动梁与衬底接触时的接触面积，降低粘附的风险，但很难完全消除粘附现象，保证悬臂梁工作的可靠性。因此，有必要提出一种新的解决粘附失效的方法，确保悬臂梁的优良性能。
【发明内容】
[0005]针对目前没有专门用于消除粘附问题的装置，粘附失效问题尚未得到有效解决，本发明所要解决的技术问题是提供一种可以有效解决粘附失效问题的悬臂梁结构。本发明旨在提供一种带有弯梁电热执行器的MEMS悬臂梁结构，主要是在悬臂梁和衬底之间安置弯梁电热执行器来消除粘附。本发明还提供该结构消除粘附的具体工作方式。
[0006]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下:
一种带有弯梁电热执行器的MEMS静电驱动式悬臂梁结构，包括衬底、与悬臂梁一端连接的锚区、悬臂粱、位于悬臂梁正下方的静电下拉电极和位于悬臂梁末端的接触电极，其中悬臂梁通过锚区悬挂在衬底的上方，下拉电极和接触电极涂敷于衬底的上表面，其特征在于:所述衬底的上表面还设置有锚区和弯梁组成的弯梁电热执行器，该弯梁由两根分支梁组成，弯梁的两端与悬臂梁两侧的锚区连接而悬浮在衬底的上方，且该弯梁位于悬臂梁的下方；两分支梁的连接处位于悬臂梁的正下方且靠近悬臂梁末端
本发明在悬臂梁和衬底之间安置弯梁电热执行器，通过在弯梁的两端锚区之间施加电压，使电流流过弯梁，弯梁分支向弯折端延伸，逐步切入粘附了的悬臂梁末端的下方，使悬臂梁与衬底剥离，最终消除粘附。
[0007]本发明的有益效果如下:
本发明在结构设计之初就考虑粘附解除功能，在常规MEMS悬臂梁结构中附加一个弯热执行器的设计，为消除粘附现象提供了ー种新的选择；
利用弯梁电热执行器热膨胀，使粘附于衬底表面的悬臂梁受到切向剥离カ的作用，解决了粘附失效问题，提高了悬臂梁结构的运行稳定性，提高了可用率，降低了维护成本；
本发明附加了粘附解除机构，在増加粘附消除功能的同时，对MEMS悬臂梁本身的正常运作无任何负面影响。保证了悬臂梁的优良性能，提高了运行效率，具有重要的实用价值。
【专利附图】
【附图说明】
[0008]图1为本发明结构悬臂梁与衬底接触状态的侧视示意图；
图2为本发明去除弯梁和悬臂梁后的结构示意图；
图3为本发明结构的俯视示意图；
其中有衬底1、悬臂梁的锚区2、悬臂梁3、下拉电极4、衬底接触电极5、悬臂梁的锚区61和62、悬臂梁弯梁的两分支梁71和72。
【具体实施方式】
[0009]下面结合附图和【具体实施方式】，对本发明进ー步说明:
本发明可利用常规MEMS表面加工エ艺制备，衬底为单晶硅，悬臂梁及弯梁材料相同，可以是掺杂的多晶硅，也可以是金属。下拉电极、接触电极均为金属材料金或铝制成。
[0010]本发明涉及一种带有弯梁电热执行器的MEMS悬臂梁结构，如图1-图3所示，本结构包括衬底1、悬臂梁的锚区2、悬臂粱3、下拉电极4、接触电极5和弯梁电热执行器；衬底I的上方为悬臂梁的锚区2，悬臂梁3通过锚区2悬挂在衬底I的上方，下拉电极4涂敷于衬底I的上表面；在衬底I的上表面，还设置接触电极5，且接触电极5位于悬臂梁3末端附近的下方；弯梁电热执行器位于衬底I的上表面和悬臂梁3的下方，弯梁电热执行器由锚区和弯梁组成，锚区位于衬底I的上表面和悬臂梁3的两侧，锚区上连接通电可膨胀的弯梁，弯梁位于衬底I的上方和悬臂梁3末端附近的下方，且两分支梁的连接处位于悬臂梁3的正下方。
[0011]本发明的基本原理是利用弯梁电热执行器，通过欧姆加热产生热膨胀，弯折处的顶端向前运动，切入粘附衬底表面的悬臂梁末端的下方，达到消除粘附的目的。测试中，当悬臂梁3与衬底接触电极5之间发生粘附无法弹起时，启动弯梁电热执行器。在弯梁的两固支端之间施加电压，使电流流过弯梁的两分支。弯梁的两分支因欧姆加热膨胀，向弯梁的弯折端延伸，弯梁产生面内位移。电压越大，流过弯梁的电流越大，弯梁产生的面内位移也越大。初始电压为几伏，逐步增加电压，直至弯折端切入粘附了的悬臂梁3末端的下方。通过在结构设计上的考虑，改善了悬臂梁结构运行中粘附失效导致的故障率高、维护难、效率低的缺陷。
[0012]通过测量衬底接触电极5和悬臂梁3之间的电阻，检查悬臂梁3是否与衬底I相粘附。若电阻值大于量级，表明悬臂梁与衬底分离，粘附解除。若测到的电阻值小于IO2Q的量级，表明悬臂梁与衬底仍存在接触。粘附未解除，重复上述步骤；粘附已解除，则去除弯折梁上施加的电压，弯梁电热执行器停止工作。
[0013]本发明利用弯梁电热执行器产生热膨胀，促使粘附消除，同时使悬臂梁能与衬底充分接触，有效解决了悬臂梁的粘附失效问题。比传统在接触表面制作凸点以减小两表面接触面积的解决方式更为完善和有效。提高运作的稳定性和可靠性，保证了其优良性能，具有重要的实用价值。
[0014]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种带有弯梁电热执行器的MEMS静电驱动式悬臂梁结构，包括衬底(I)、与悬臂梁一端连接的锚区(2)、悬臂粱(3)、位于悬臂梁(3)正下方的静电下拉电极(4)和位于悬臂梁(3)末端下方的接触电极(5)，其中悬臂梁(3)通过锚区(2)悬挂在衬底(I)的上方，下拉电极(4)和接触电极(5)涂敷于衬底(I)的上表面，其特征在于:所述衬底(I)的上表面还设置有锚区(61、62)和弯梁组成的弯梁电热执行器，该弯梁由两根分支梁(71、72)组成，弯梁的两端与悬臂梁两侧的锚区(61、62)连接而悬浮在衬底(I)的上方，且该弯梁位于悬臂梁(3)的下方；两分支梁(71、72)的连接处位于悬臂梁(3)的正下方且靠近悬臂梁末端。
【文档编号】B81B3/00GK103552974SQ201310565414
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】唐洁影, 蒋明霞, 王磊 申请人:东南大学