閉鎖電熱雙穩(wěn)態(tài)微開(kāi)關(guān)研究.pdf

1、MEMS繼電器或開(kāi)關(guān)類器件，具有線性度好、響應(yīng)時(shí)間快、體積小以及便于批量制造等一系列優(yōu)點(diǎn)。鑒于此，本文提出了一個(gè)利用雙層膜效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電熱驅(qū)動(dòng)，利用懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)無(wú)功耗穩(wěn)態(tài)保持的微開(kāi)關(guān)。這個(gè)設(shè)計(jì)充分發(fā)揮了電熱微驅(qū)動(dòng)器，驅(qū)動(dòng)力大，能量密度高，以及與IC制造兼容等優(yōu)點(diǎn)。我們利用微機(jī)械加工工藝，利用多元材料組合，成功實(shí)現(xiàn)了電熱微開(kāi)關(guān)的集成制造，并且測(cè)試了其性能。本文完成的主要研究工作和結(jié)論包括以下幾個(gè)方面：
　　本文提出了一種利

2、用懸梁交錯(cuò)鎖定實(shí)現(xiàn)無(wú)功耗穩(wěn)態(tài)保持的電熱微開(kāi)關(guān)，完成了該器件的原型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化，從理論分析的角度闡述了該微開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的合理性和可行性。提出了兩種材料體系的電熱微開(kāi)關(guān)，一種是基于硅基的鎳和二氧化硅組合，另一種是基于聚合物基的鎳和電泳漆組合；并且分別利用體硅刻蝕工藝和銅犧牲層表面微加工工藝，成功地完成了電熱微開(kāi)關(guān)整體的集成制造?？傮w而言，兩種工藝途徑各有優(yōu)劣，硅基的器件，二氧化硅梁的成品率較低，但器件與設(shè)計(jì)吻合較好，聚合物基的器件成品率很

3、高，但是應(yīng)力較大并且不易控制，雙層膜結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)分層。
　　本文還重點(diǎn)研究了與微開(kāi)關(guān)制備密切相關(guān)的某些單項(xiàng)工藝，主要研究了鋅犧牲層工藝和聚合物電泳沉積及圖形化工藝。主要分析了分別通過(guò)硫酸鹽、氯化物和堿性鍍液三種鍍液沉積的鋅的表面形貌、內(nèi)應(yīng)力、分散能力以及微觀分散能力；重點(diǎn)研究了酸性鍍鋅液的掩膜電鍍均勻性，并利用有限元仿真和電化學(xué)交流阻抗譜（EIS）從電場(chǎng)角度初步探討和分析了機(jī)理。探索了電泳沉積作為微加工工藝中一種聚合物沉積和圖形化

4、的方法，研究的內(nèi)容主要包括電泳漆的沉積參數(shù)控制，通過(guò)掩膜電泳實(shí)現(xiàn)圖形化沉積，多面涂覆性研究，以及與金屬鎳的結(jié)合強(qiáng)度測(cè)試，測(cè)得的電泳漆/鎳的結(jié)合強(qiáng)度是SU-8膠/鎳的10倍。
　　最后我們通過(guò)光學(xué)顯微鏡、掃描電子顯微鏡以及 Veeco光學(xué)輪廓儀等，觀察了微開(kāi)關(guān)的靜態(tài)特征。利用Veeco和脈沖電源對(duì)微開(kāi)關(guān)進(jìn)行了通電測(cè)試，利用Bond tester對(duì)微開(kāi)關(guān)進(jìn)行了機(jī)械性能測(cè)試，測(cè)試的結(jié)果表明所制備的懸梁交錯(cuò)鎖定的閉鎖機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的雙穩(wěn)態(tài)