专利名称：三层平板微机电系统静电驱动器的制作方法
技术领域：
本发明为微机电系统(MEMS，Micro Electro-Mechanical System)中的微驱动器，是微机电系统中将电能转变为动能和势能的部件，属于微机电系统(MEMS)技术领域。
背景技术：
微机电系统是集微型机构、微型传感器、微型驱动器、微型执行器、信号处理和控制电路甚至接口、通信和电源等于一体的微型器件或系统。MEMS技术从20世纪80年代开始成为研究和关注的热点，它是一种从微电子学发展而来、多学科交叉的新兴科学技术领域。MEMS具有成本低、体积小、重量轻、可靠性高、能实现复杂功能、可批量制作、可集成等特点，有广泛的应用前景。
微型驱动器是MEMS的一个重要组成部分，它对于运动的MEMS系统是必不可少的。在MEMS系统中经常用到的驱动方式有五种热驱动、形状记忆合金驱动、压电驱动、电磁驱动、静电驱动。静电驱动是最普遍也是最常用的驱动方式。静电驱动方式主要有两种一种是平板驱动，另一种是梳齿驱动。静电驱动的基本原理是库仑定律，根据库仑定律，两个电极板之间静电场的电势能可以表示为E=12CV2=ϵAV22d]]>公式中C为电极板间的电容，ε为电极板间的介电常数，A为电极板的有效面积，d为电极板间的距离，E为静电场的电势能。由静电场的电势能可以推导出电极板的法向静电力为F=∂W∂d=ϵAV22d2]]>
公式中F为静电力。平板静电驱动器利用的就是电极板的法向静电力。而静电驱动器，特别是平板静电驱动器有一个缺点就是驱动力小、驱动电压高，这就很大程度上局限了静电驱动器的使用场合，并影响与集成电路的兼容性。
发明内容
本发明的目的是提供一种三层平板结构的MEMS平板静电驱动器，该装置为MEMS系统提供一种良好的驱动部件，较好地解决了现有平板静电驱动器存在的一些缺陷，在相同的驱动电压下，能提高静电力矩，很适合MEMS系统要求。
本发明的目的是这样实现的该装置包括有下列部件(如附图1所示)(1)1为驱动器的上电极板，它是固定部件；(2)2为驱动器的下电极板，它是固定部件，与上电极板平行；(3)3为中间电极板的固定扭臂，中间电极板可以绕着它偏转；(4)4为驱动器的中间电极板，可以以固定扭臂为轴偏转。
图1是本发明的平板静电驱动器平面三视图。
图2是本发明的平板静电驱动器立体示意图。
图3是目前已有的常用普通平板静电驱动器示意图具体实施方式
对于本发明的三层平板静电驱动器，上电极板和下电极板的电势相同，中间电极板电势与上下电极板的电势相反，于是中间电极板就会同时与上下电极板之间产生静电力及静电力矩。静电力不是恒定力，它与电极板的几何参数及静电参数有关。根据静电力公式，可以求得静电力矩为Te′=2×ϵW′V′22∫0L′2xdx(d′-xsinθ)2=ϵW′V′22sin2θ[ln|1-L′/2d′sinθ|+(L′/2)sinθd′-(L′/2)sinθ]]]>
公式中，Te′为三层平板静电驱动器的静电力矩；ε为电极板间的介电常数；上、下电极板的宽度和长度分别相同，W′、 分别为上下电极板的宽度和长度，L′为中间电极板的长度；没有加驱动电压时，上、下电极板分别与中间电极板之间的原始空气隙长度相同，表示为d′；V′为中间电极板与上下电极板间的电压；θ为中间电极板的偏转角度。
为了比较附图1中三层平板静电驱动器与附图3中两层平板静电驱动器的静电力，令附图3中两层平板静电驱动器与附图1中三层平板静电驱动器的电极板宽度、长度、原始空气隙长度和驱动电压相同，即W＝W′，L＝L′，d′＝d，V＝V′。附图3中的两层平板静电驱动器的静电力矩为Te=ϵWV22∫0lxdx(d-xsinθ)2=ϵWV22sin2θ[ln|1-Ldsinθ|+Lsinθd-Lsinθ]]]>公式中，Te为附图3中两层平板静电驱动器的静电力矩，ε为电极板间的介电常数，W、L分别为上下电极板的宽度和长度，V为上电极板与下电极板之间的电压。通过对比Te′和Te可以知道，在电极板的长度、宽度、驱动电压和偏转角度相同的情况下，本发明的三层平板静电驱动器产生的静电力矩是普通两层平板静电驱动器产生的静电力矩的两倍。在电极板的长度、宽度和偏转角度相同的情况下，产生相等的力矩时，本发明的三层平板静电驱动器所需的驱动电压只有普通两层平板静电驱动器驱动电压的 本发明可以有效提高静电驱动力或减小驱动电压。
权利要求
1.一种MEMS静电驱动方法，其特征在于该装置包括有下列部件(1)1为驱动器的上电极板，它是固定部件；(2)2为驱动器的下电极板，它是固定部件，与上电极板平行；(3)3为中间电极板的固定扭臂，中间电极板可以绕着它偏转；(4)4为驱动器的中间电极板，可以以固定扭臂为轴偏转。
2.根据权利要求1所述的部件，其特征在于(4)所述的部件为中间电极板，它能同时与上电极板1和下电极板2产生静电力矩。
全文摘要
一种微机电系统(MEMS)静电驱动器，该驱动器结构简单、紧凑、通用性强、能减小驱动电压。它是利用静电驱动原理设计的，该结构的驱动电极由三块电极板构成，可以提高静电驱动力或减小驱动电压，能提高MEMS器件与集成电路的兼容性和扩展静电驱动器的使用场合，在MEMS器件中有很广泛的应用。
文档编号H02N1/00GK1588782SQ200410074038
公开日2005年3月2日 申请日期2004年9月1日 优先权日2004年9月1日
发明者万江文, 凌坚 申请人:北京邮电大学