专利名称：：基于体硅工艺的纳米级定位平台及其垂直侧壁表面压阻加工方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种基于体硅工艺的纳米级定位平台技术，具体地说是一种采用侧向平动静电梳齿驱动的定位平台，在该平台上创新性集成了基于压阻检测技术的位移传感器。(二)
背景技术：
：微动机器人作为微操作系统的重要组成部分，在精密机械工程、光学调整、光纤作业、数据储存、生物工程等领域具有广阔的应用前景。近几年来，由于微纳加工技术的不断完善，深度反应离子刻蚀(DRIE)技术的日益成熟，使用体硅微机械技术制作的微型定位平台受到人们的关注。随着微纳操作技术的不断进歩，操作对象朝小型化、微型化方向发展，这些都要求作业工具应当具有足够高的定位精度，因此定位平台的位置闭环控制将是一个不可忽视的发展趋势。由于基于硅工艺的定位平台具有整体结构尺寸小，集成检测传感器难等特点，到目前为止，在定位平台上集成位移检测传感器的报道少之又少。本发明的目的就是在提出一种垂直侧壁表面加工压阻方法的基础上，利用这种方法把基于压阻检测原理的位移传感器集成到纳米定位平台上，从而创新性地研制了基于体硅工艺的，集结构、驱动和位移检测于一体的纳米级定位平台，进一步提高了定位平台的定位精度。而压阻检测技术作为传感器技术的重要组成部分之一，在无损伤操作、光学调整、数据储存、生物工程等领域具有广阔的应用前景。目前，基于压阻检测原理的加速度传感器、微机械陀螺、压力传感器以及力传感器等方面已经得到了广泛地应用。但是，这些检测压阻主要是加工在检测梁的上表面，对于一些面内运动的微结构来讲，加工在检测梁上表面的压阻相对于加工在面内运动方向上的检测梁垂直侧壁表面的压阻，不管在分辨率和检测灵敏度方面都逊色很多，这一点已有相关工作人员做过研究并有相关文献报道。(三)
发明内容本发明的目的在于提供了一种基于体硅工艺的，集结构、驱动和位移检测于一体的，并利用垂直侧壁表面压阻加工技术，把基于压阻检测原理的位移传感器集成到纳米定位平台的检测梁上，从而进一步提高了定位平台的定位精度和应用空间的纳米级定位平台。本发明的纳米级定位平台目的是这样实现的整个定位平台主要由作为结构层的硅与作为衬底的玻璃通过阳极键合加工而成，它包括载物台、侧向平动静电梳齿致动器、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁，载物台位于整个定位平台的中心位置，通过呈十字分布的四个柔性支撑梁、折叠梁和检测梁支撑在整个平台中心，侧向平动静电梳齿致动器位于检测梁和折叠梁之间。本发明还有这样一些技术特征1、所述的载物台、侧向平动静电梳齿、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁都是采用体硅工艺，在同一硅片上通过一体后化加工而成；2、所述的整个定位平台包括两对侧向平动静电梳齿致动器，它们呈垂直分布，分别位于载物台的上下方向与左右方向，通过折叠梁与柔性支撑梁与载物台连在一起，实现载物台沿水平和竖直方向运动；3、所述的每一个侧向平动静电梳齿致动器的末端都连接一根检测梁，基于压阻检测原理的位移传感器集成在检测梁上；4、所述的侧向平动静电梳齿由不同宽度的两段平行梳齿通过柔性过渡段连接在一起，不同驱动电极之间采用空气槽隔离；5、所述的检测梁位于侧向平动静电梳齿致动器的末端，在每一根检测梁的根部外侧表面分别用离子注入技术和深度反应离子刻蚀(DRIE)技术集成两个P型检测压阻，即在定位平台的水平方向和竖直方向分别由四个检测压阻，其中两个受拉压阻，两个受压压阻，组成惠斯顿全桥位移检测电路，构成基于压阻检测原理的位移传感器。本发明提供的是一种基于体硅工艺的，集结构、驱动和位移检测于一体的纳米级定位平台，载物台、侧向平动静电梳齿、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁都是采用体硅工艺，在同一硅片上通过一体后化加工而成，而后把该层硅作为结构层与玻璃衬底通过阳极键合加工而成。侧向平动静电梳齿主要有侧向平动静电梳齿组成，其中驱动梳齿由不同宽度的两段平行梳齿通过柔性过渡段连接在一起，不同驱动电极之间采用空气槽隔离；检测梁位于致动器的末端，在每一根检测梁的根部外侧表面分别用离子注入技术和深度反应离子刻蚀(DRIE)技术集成两个P型检测压阻，这样在定位平台的水平方向和竖直方向分别由四个检测压阻，其中两个受拉压阻，两个受压压阻，组成惠斯顿全桥位移检测电路，用来检测定位平台沿水平方向和竖直方向上的运动位移。本发明的纳米级定位平台具有结构尺寸小，定位精度高、建模方便、位移实时监测控制等优点。本发明的另一目的是提供一种基于体硅工艺并在完善检测压阻加工工艺的同时，为实现面内运动压阻检测技术，有效提高面内压阻检测的灵敏度和分辨率的垂直侧壁表面压阻加工方法。检测压阻是加工在梁的垂直侧壁表面，垂直侧壁表面的检测压阻是通过离子注入技术结合深度反应离子刻蚀技术DR正加工而成，具体工艺歩骤如下(1)选取n型100硅片，硅片清洗后氧化，在硅表面生成一层氧化层；(2)在硅片上旋涂1.3pm的S1912光刻胶，光刻出硼离子注入区域；(3)以光刻胶与氧化层作为掩膜层，注入硼离子，制备p型压阻，然后去除掩膜层后，注入能量为50keV、剂量为4.8x1015/cn^3，在1000QC，氧气中退火50分钟，可获得结深为0.82pm的p-n结，且表面掺杂浓度超过10—19/cm3，能够与Al引线形成良好的欧姆接触。退火后压阻阻值大小为650Q;(4)涂胶光刻出检测梁的结构，然后用DR正刻蚀出检测梁，同时刻蚀掉多余的压阻，从而形成垂直侧壁表面压阻，加工后实测压阻阻值为4.2kQ。本发明主要由离子注入技术和深度反应离子刻蚀(DRIE)技术组合加工而成。本发明的垂直侧壁表面压阻加工技术解决了以往在梁的垂直侧壁表面加工检测压阻不易实现的难题，具有工艺流程简单、成品率高等优点。(四)'图l是本发明的整体结构图2是局部侧向平动驱动梳齿SEM图片；图3是局部柔性梁和折叠梁SEM图片；图4是局部检测梁和静电致动器SEM图片；图5-图8为是垂直侧壁表面压阻加工工艺流轾图9为局部检测梁和垂直侧壁表面压阻实物图片。具体实施方式下面结合附图举例对本发明作更详细的描述实施例1:结合图1，本实施例整个定位平台主要有作为结构层的硅与作为衬底的玻璃7通过阳极键合工艺组成。结构层的硅主要包括载物台1、侧向平动静电梳齿致动器3、基于压阻检测原理的位移传感器4和连接静电致动器与载物台的折叠梁5和柔性支撑梁2。其中静电致动器3的驱动梳齿由不同宽度的两段平行梳齿通过柔性过渡段连接在一起，整个定位平台总共由两对静电梳齿致动器3组成，它们成垂直分布，分别位于载物台1的上下方向与左右方向，并通过折叠梁5与柔性支撑梁2与载物台1连在一起，实现载物台1沿水平方向和竖直方向运动，其中不同静电致动器3之间采用空气槽8进行隔离，每一个静电致动器3的末端都连接一根检测梁6，基于压阻检测原理的位移传感器4就集成在检测梁的根部外侧表面。对定位平台进行性能测试，分别采用矢量网络分析仪HP8722D、扫描探针显微镜、精密测量显微镜STM6和CASCADE探针台分别对定位平台的频响、分辨率、输出位移进行测试，技术指标如表l:表l基于体硅工艺的纳米级定位平台的技术指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例2:结合图5-图9，本实施例采用双面抛光的单晶硅片n型IOO硅片16，硅片通过清洗后送入氧化炉，氧化，从而在硅片表面形成一层0.5微米的二氧化硅掩膜层11;然后硅片通过涂胶光刻出硼离子注入区17;利用氧化层18与光刻胶掩膜19作阻挡层，注入硼离子后，在氧r化炉中高温退火；然后光刻引线孔15后溅射一层厚度为0.8微米的铝层；光刻铝引线14后合金；最后，涂胶光刻出检测梁13，同时保留需要的部分压阻12在检测梁13上，结合图8中压阻条20，然后采用深度反应离子刻蚀技术刻蚀出检测梁13以及部分需要的检测压阻12，这样就完成了在检测梁3的垂直侧壁表面加工检测压阻12的过程。采用CASCADE探针台对垂直侧壁表面压阻进行性能测试，测试结果如表2:表2基于体硅工艺的纳米级定位平台的技术指标<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>权利要求1.一种基于体硅工艺的纳米级定位平台，整个定位平台主要由作为结构层的硅与作为衬底的玻璃通过阳极键合加工而成，其特征在于它包括载物台、侧向平动静电梳齿致动器、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁，载物台位于整个定位平台的中心位置，通过呈十字分布的四个柔性支撑梁、折叠梁和检测梁支撑在整个平台中心，侧向平动静电梳齿致动器位于检测梁和折叠梁之间。2、根据权利要求l所述的基于体硅工艺的纳米级定位平台，其特征在于所述的载物台、侧向平动静电梳齿、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁都是采用体硅工艺，在同一硅片上通过一体后化加工而成。3、根据权利要求2所述的基于体硅工艺的纳米级定位平台，其特征在于所述的整个定位平台包括两对侧向平动静电梳齿致动器，它们呈垂直分布，分别位于载物台的上下方向与左右方向，通过折叠梁与柔性支撑梁与载物台连在一起，实现载物台沿水平和竖直方向运动。4、根据权利要求3所述的基于体硅工艺的纳米级定位平台，其特征在于所述的每一个侧向平动静电梳齿致动器的末端都连接一根检测梁，基于压阻检测原理的位移传感器集成在检测梁上。5、根据权利要求4所述的基于体硅工艺的纳米级定位平台，其特征在于所述的侧向平动静电梳齿由不同宽度的两段平行梳齿通过柔性过渡段连接在一起，不同驱动电极之间采用空气槽隔离。6、根据权利要求5所述的基于体硅工艺的纳米级定位平台，其特征在于所述的检测梁位于侧向平动静电梳齿致动器的末端，在每一根检测梁的根部外侧表面分别用离子注入技术和深度反应离子刻蚀DR正技术集成两个P型检测压阻，即在定位平台的水平方向和竖直方向分别由四个检测压阻，其中两个受拉压阻，两个受压压阻，组成惠斯顿全桥位移检测电路，构成基于压阻检测原理的位移传感器。7、一种基于体硅工艺的垂直侧壁表面压阻加工方法，其特征在于检测压阻是加工在梁的垂直侧壁表面，垂直侧壁表面的检测压阻是通过离子注入技术结合深度反应离子刻蚀技术DR正加工而成，具体工艺步骤如下(1)选取n型100硅片，硅片清洗后氧化，在硅表面生成一层氧化层；(2)在硅片上旋涂1.3pm的S1912光刻胶，光刻出硼离子注入区域；(3)以光刻胶与氧化层作为掩膜层，注入硼离子，制备p型压阻，然后去除掩膜层后，注入能量为50keV、剂量为4.8xl015/cm-3，在1000QC，氧气中退火50分钟，可获得结深为0.82pm的p-n结，且表面掺杂浓度超过1(TI9/Cm3，能够与Al引线形成良好的欧姆接触，退火后压阻阻值大小为650Q;(4)涂胶光刻出检测梁的结构，然后用DRIE刻蚀出检测梁，同时刻蚀掉多余的压阻，从而形成垂直侧壁表面压阻，加工后实测压阻阻值为4.2kQ。全文摘要本发明提供了一种基于体硅工艺的纳米级定位平台及其垂直侧壁表面压阻加工方法。整个定位平台主要由作为结构层的硅与作为衬底的玻璃通过阳极键合加工而成，它包括载物台、侧向平动静电梳齿致动器、检测梁、折叠梁和柔性支撑梁，载物台位于整个定位平台的中心位置，通过呈十字分布的四个柔性支撑梁、折叠梁和检测梁支撑在整个平台中心，侧向平动静电梳齿致动器位于检测梁和折叠梁之间。本发明集结构、驱动和位移检测于一体的，并利用垂直侧壁表面压阻加工技术，把基于压阻检测原理的位移传感器集成到纳米定位平台的检测梁上，从而进一步提高了定位平台的定位精度和应用空间。文档编号B81C1/00GK101372310SQ200810064888公开日2009年2月25日申请日期2008年7月9日优先权日2008年7月9日发明者刘延杰,孙立宁,李昕欣,王家畴,荣伟彬,陈立国申请人:哈尔滨工业大学