MEMS執行器的多層結構及其制備方法與流程

本發明屬于微機電系統，具體地講，涉及一種mems執行器的多層結構及其制備方法。

背景技術：

1、微機電系統(micro-electro-mechanical?system，mems)，也叫做微電子機械系統，是指尺寸在幾毫米乃至更小的微小裝置，其內部結構一般在微米甚至納米量級，是一個獨立的智能系統。mems器件主要分為傳感器和執行器兩大類，其中傳感器是用于探測和檢測物理、化學、生物等現象和信號的器件，執行器則是用于實現機械運動、力和扭矩等行為的器件。理想的執行器需要有較高的機械效率，能產生高速運動、具有較高的能量與質量比，同時對環境條件的適應能力強，能抵抗熱膨脹、振動等多種環境干擾。

2、mems執行器通過包括多個可動部件，可動部件通常存在金屬層和基底通過二氧化硅等絕緣層薄膜連接的多層結構。如圖所示，多層結構包括依次疊層設置的基底、絕緣層和金屬層。可動部件所要執行的動作通常包括扭轉、拉伸，會產生不同方向的壓力、拉力、剪切力等，這對多層結構的層間結合強度提出了更高要求。其中，沿多層結構的平行方向上的剪切力容易導致各層膜層產生相對滑移，例如造成金屬層滑移，從而導致金屬層的脫落，損壞器件。另外，多數執行器需要在高溫高濕、溫度循環等惡劣條件下長期運行，由于不同金屬與絕緣材料之間熱膨脹系數失配，熱應力不同，材料的膨脹程度不同，從而引起結構形變、甚至分層等狀況發生，導致基底上的金屬層與絕緣層之間的連接強度降低，金屬層脫離基底，最終導致執行器無法工作。

技術實現思路

1、本發明解決的技術問題是：如何加強mems執行器的多層結構的膜層之間的結合強度。

2、本申請公開了一種mems執行器的多層結構，所述多層結構包括依次疊層設置的基底、絕緣層和金屬層，在沿著疊層的方向上所述絕緣層和所述金屬層之間凹凸配合連接。

3、可選地，在沿著疊層的方向上所述絕緣層開設有若干通孔，所述金屬層的朝向所述基底的表面上具有凸起，所述凸起嵌入于所述通孔。

4、可選地，所述多層結構還包括金屬固定層，所述金屬固定層位于所述基底和所述絕緣層之間，且所述金屬固定層分別與所述基底、所述凸起固定連接。

5、可選地，所述絕緣層的朝向所述基底的表面的部分區域凹陷形成凹槽，所述凹槽與所述通孔連通，所述金屬固定層的一部分嵌入于所述凹槽且與所述凸起固定連接。

6、可選地，所述金屬固定層的一部分嵌入于所述通孔內且與所述凸起固定連接。

7、本申請還公開了一種mems執行器的多層結構的制備方法，所述制備方法包括：

8、在基底上制備得到絕緣層；

9、在所述絕緣層上制備得到金屬層，其中所述絕緣層和所述金屬層之間凹凸配合連接。

10、可選地，所述制備方法還包括：

11、在制備得到所述絕緣層后，在所述絕緣層上制備形成若干通孔；

12、在所述絕緣層上制備金屬層時，將所述金屬層的一部分嵌入于所述通孔。

13、可選地，所述制備方法還包括：

14、在基底上制備得到絕緣層之前，在所述基底上制備得到金屬固定層，其中所述金屬固定層位于所述基底和所述絕緣層之間；

15、在制備所述金屬層時，將所述金屬層的一部分嵌入于所述通孔且與沉積于所述金屬固定層上。

16、可選地，所述制備方法還包括：

17、在基底上制備得到絕緣層時，將絕緣層完全覆蓋所述金屬固定層且將所述絕緣層超出于所述金屬固定層的部分覆蓋于所述基底上，以使所述金屬固定層的一部分嵌入于所述絕緣層中。

18、可選地，所述金屬固定層的背向所述基底的表面上具有凸結構，在所述凸結構嵌入于所述通孔，所述制備方法還包括：

19、在制備所述金屬層時，將所述金屬層的一部分嵌入于所述通孔且沉積于所述凸結構上。

20、本發明公開的一種mems執行器的多層結構及其制備方法，具有如下技術效果：

21、該多層結構采用凹凸配合連接方式增強了絕緣層與金屬層之間的連接強度，同時還可以進一步利用金屬與金屬間的結合力，增強金屬層與基底的結合強度，避免金屬層在剪切力作用下產生滑移而脫離基底。該方法的制備工藝便捷可行，不需要額外增加工藝步驟，可高效地嵌入mems執行器制備流程中。

技術特征：

1.一種mems執行器的多層結構，其特征在于，所述多層結構包括依次疊層設置的基底、絕緣層和金屬層，在沿著疊層的方向上所述絕緣層和所述金屬層之間凹凸配合連接。

2.根據權利要求1所述的mems執行器的多層結構，其特征在于，在沿著疊層的方向上所述絕緣層開設有若干通孔，所述金屬層的朝向所述基底的表面上具有凸起，所述凸起嵌入于所述通孔。

3.根據權利要求2所述的mems執行器的多層結構，其特征在于，所述多層結構還包括金屬固定層，所述金屬固定層位于所述基底和所述絕緣層之間，且所述金屬固定層分別與所述基底、所述凸起固定連接。

4.根據權利要求3所述的mems執行器的多層結構，其特征在于，所述絕緣層的朝向所述基底的表面的部分區域凹陷形成凹槽，所述凹槽與所述通孔連通，所述金屬固定層的一部分嵌入于所述凹槽且與所述凸起固定連接。

5.根據權利要求3所述的mems執行器的多層結構，其特征在于，所述金屬固定層的一部分嵌入于所述通孔內且與所述凸起固定連接。

6.一種mems執行器的多層結構的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：

7.根據權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：

9.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括：

10.根據權利要求8所述的制備方法，其特征在于，所述金屬固定層的背向所述基底的表面上具有凸結構，在所述凸結構嵌入于所述通孔，所述制備方法還包括：

技術總結
本發明公開了一種MEMS執行器的多層結構及其制備方法。多層結構包括依次疊層設置的基底、絕緣層和金屬層，在沿著疊層的方向上所述絕緣層和所述金屬層之間凹凸配合連接。該多層結構采用凹凸配合連接方式增強了絕緣層與金屬層之間的連接強度，同時還可以進一步利用金屬與金屬間的結合力，增強金屬層與基底的結合強度，避免金屬層在剪切力作用下產生滑移而脫離基底。該方法的制備工藝便捷可行，不需要額外增加工藝步驟，可高效地嵌入MEMS執行器制備流程中。

技術研發人員：王慧,李帆雅,裴許健
受保護的技術使用者：蘇州希景微機電科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/3/3