一种压电位置检测电磁驱动MEMS微动平台及其制备方法

本发明涉及mems领域，尤其涉及一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台及其制备方法。

背景技术：

1、微机电系统(mems，micro-electro-mechanical system)，也叫做微电子机械系统、微系统、微机械等，其内部结构一般在微米甚至纳米量级，是一个独立的智能系统。微机电系统是在微电子技术(半导体制造技术)基础上发展起来的，融合了光刻、腐蚀、薄膜、liga(基于x射线光刻技术的mems加工技术)、硅微加工、非硅微加工和精密机械加工等技术制作的高科技电子机械器件。

2、采用mems技术的微型驱动结构具有尺寸小、可靠性高、功耗低、易于批量制造等优点，由其构成的微型驱动平台，在诸多mems器件中得到广泛应用，如mems扫描镜、mems光开关、mems微变形镜、陀螺仪、谐振器等。微动平台在mems驱动结构的作用下，可以实现平台的转动、平动以及复合运动。mems微动平台通常采用静电、电磁、电热、压电四种驱动方式。其中的电磁驱动(利用洛伦兹力、磁场的排斥/吸引力等)因其驱动力大、可靠性高等优点，在诸多mems器件中得到广泛的研究与应用。

3、为了提高电磁驱动微动平台在工作过程中的稳定性，一般会在电磁驱动微动平台上(平台支撑结构之上或者附近)集成位置检测功能单元，以获得平台运动的位置、转角等信息，然后通过驱动电路实现对微动平台运动的实时反馈控制。当前电磁驱动微动平台的位置检测多通过压阻结构来实现。这是由于压阻检测具有结构简单、无需复杂外围检测电路等优点，并且其制造过程与传统ic工艺完全兼容，容易实现量产。但是，压阻的制备需要注入(两次)、接触孔刻蚀等额外的工艺步骤，并且其结构和引线复杂，需要外加直流电进行驱动，这增加了电磁驱动微动平台在制造工艺和结构上的复杂性，增加了其应用过程中的功耗。另外，压敏电阻的温度特性明显，存在不可忽视的零位温漂、灵敏度温漂等问题，这对电磁驱动微动平台的位置检测电路提出了较高的要求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有电磁驱动微动平台中压阻检测存在的问题，提供了一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台及其制备方法。

2、本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

3、第一方案中，提供一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，包括外围支撑框架、支撑梁、内部质量平板，在所述电磁驱动mems微动平台中设有驱动线圈或磁性材料构成的结构，所述质量平板通过支撑梁与所述支撑框架连接，还包括能检测所述支撑梁应力的压电位置检测结构。

4、优选地，所述压电位置检测结构设置在支撑梁之上或者支撑梁附近。

5、优选地，所述压电位置检测结构为利用电磁驱动微动平台的底层金属层、压电层和顶层金属层构成的三明治检测结构或者saw检测结构。

6、优选地，所述压电位置检测结构包括从上至下依次堆叠的上电极、压电层和下电极。

7、优选地，所述压电位置检测结构的压电层同时用作绝缘介质层。

8、优选地，所述压电层可以为aln、alscn、pzt、gan、zno、lt(钽酸锂)、ln(铌酸锂)、pvdf材料的一种或几种构成的复合层。

9、优选地，所述底层金属层为单层金属、合金或者金属复合层。

10、优选地，所述顶层金属层为单层金属、合金或者金属复合层。

11、第二方案中，提供一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台的制备方法，包括以下主要步骤：

12、s1、准备一晶圆，在晶圆正面生长一层绝缘介质层；

13、s2、在晶圆的绝缘介质层表面图形化一层金属，形成压电位置检测结构的下电极和金属引线；

14、s3、在晶圆表面生长一层压电层，形成压电结构和引线上的绝缘介质；

15、s4、光刻、刻蚀压电层薄膜，形成引线、焊盘结构上的接触孔；

16、s5、在晶圆表面沉积一层顶层金属层，用作电镀种子层；在种子层表面进行多次光刻、选择性电镀、刻蚀、去胶等工艺，形成上电极、驱动线圈、焊盘、引线结构；

17、s6、在晶圆背面进行光刻、深硅刻蚀等工艺，对微动平台结构进行释放，形成最终电磁驱动mems微动平台结构。

18、需要进一步说明的是，上述各选项对应的技术特征在不冲突的情况下可以相互组合或替换构成新的技术方案。

19、与现有技术相比，本发明有益效果是：

20、(1)本发明在原有微动平台使用压电位置检测结构替换传统的压阻位置检测结构，通过压电效应检测电磁驱动微动平台转动角度或者平动位移，相对于传统压阻位置检测电磁驱动微动平台的结构和制备工艺，有效简化电磁驱动微动平台结构的复杂程度，同时提高检测的精度和灵敏度；另外，压电材料受温度影响较小，可以有效提升电磁驱动微动平台位置检测结构的温度特性，避免了零位温漂、灵敏度温漂等问题，进一步提高位置检测的精度。

21、(2)在一个示例中，压电位置检测结构利用电磁驱动微动平台所必须的底层金属层、绝缘介质层(同时是压电层的压电材料)和表面的金属电极层构成三明治检测结构或者saw检测结构，省略了硅上的压阻以及接触孔结构，无需额外专门的材料结构层次。相较于传统电磁驱动微动平台所包含压阻检测结构的制备工艺减少了2-3个光刻层次，可有效简化电磁驱动微动平台的制备工艺，降低制造成本。

22、(3)在一个示例中，单个压电检测结构仅需两个电极引线，相对于应用于压阻检测的惠斯通电桥的四条引线，可有效降低布线的复杂程度，简化微动平台设计。

23、(4)在一个示例中，压电层为氮化铝，具有良好的耐高温特性，更好地保证检测精度。

技术特征：

1.一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，包括外围支撑框架、支撑梁、内部质量平板，在所述电磁驱动mems微动平台中设有驱动线圈或磁性材料构成的结构，所述质量平板通过支撑梁与所述支撑框架连接，其特征在于，还包括能检测所述支撑梁应力的压电位置检测结构。

2.根据权利要求1所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，所述压电位置检测结构设置在支撑梁之上或者支撑梁附近。

3.根据权利要求1所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述压电位置检测结构为利用电磁驱动微动平台的底层金属层、压电层和顶层金属层构成的三明治检测结构或者saw检测结构。

4.根据权利要求3所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述压电位置检测结构包括从上至下依次堆叠的上电极、压电层和下电极。

5.根据权利要求3所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述压电位置检测结构的压电层同时用作绝缘介质层。

6.根据权利要求3所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述压电层为aln、alscn、pzt、gan、zno、lt(钽酸锂)、ln(铌酸锂)、pvdf材料的一种或几种构成的复合层。

7.根据权利要求3所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述底层金属层为单层金属、合金或者金属复合层。

8.根据权利要求3所述的一种压电位置检测电磁驱动mems微动平台，其特征在于，所述顶层金属层为单层金属、合金或者金属复合层。

9.一种权利要求1-6中任意一项所述的压电位置检测电磁驱动mems微动平台的制备方法，包括以下主要步骤：

技术总结
本发明公开了一种压电位置检测电磁驱动MEMS微动平台及其制备方法，所述MEMS微动平台包括外围支撑框架、支撑梁、内部质量平板，还包括能检测所述支撑梁应力的压电位置检测结构用于检测平台位移情况，另外，所述MEMS微动平台中还设有驱动线圈或磁性材料构成的结构用于实现电磁方式驱动。该电磁驱动MEMS微动平台采用压电结构进行位置检测，对比现有压阻检测方案，可有效简化电磁驱动MEMS微动平台结构和制备工艺的复杂程度，同时有效提升电磁驱动MEMS微动平台位置检测结构的温度特性，降低零位温漂、灵敏度温漂等问题的影响，提高位置检测的精度。

技术研发人员：焦文龙,薛博伦,李易,龙来,姜森林,谢会开
受保护的技术使用者：北京理工大学重庆微电子研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/9/12