專利名稱：微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種微機電系統(tǒng)(MEMS)技術領域的制備方法，具體是一種微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法。
背景技術：
壓電雙晶片是一種應用很廣的壓電元件，已廣泛應用于聲學檢測、超聲馬達、濾波器、加速度器、激光束偏轉器、自適應光學系統(tǒng)、光學斬波器及生物、化學傳感器等方面。近 年來，隨著微機電系統(tǒng)的發(fā)展，越來越多地利用壓電雙晶片作為微執(zhí)行器件、微傳感器，并 廣泛用于MEMS壓電能量采集器中。研究這種實用元件的制備方法，對使用者進行應用設計 具有實際意義。目前，常用的壓電雙晶片結構是將兩片壓電片直接通過粘貼的方法粘在金屬層的上下兩表面，這種方法制備的壓電雙晶片，其厚度較厚，不適合應用于受器件厚度限制的 MEMS器件中，如采集低頻環(huán)境振動的MEMS壓電能量采集器。經對現(xiàn)有技術文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，杜立群、呂巖等在《壓電與聲光》29(2007)331-334 撰文“水熱法制備壓電雙晶片的研究”。該文中提及采用水熱合成法在金屬基板上制備壓電 雙晶片，該方法制備的壓電雙晶片厚度可以控制在MEMS器件所要求的厚度范圍內。但使用 該方法制備壓電雙晶片，需要高溫高壓的反應釜設備，且制備過程要經過多次結晶過程，制 備的壓電雙晶片性能穩(wěn)定性差。

發(fā)明內容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術存在的上述不足，提供一種微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方 法，能夠根據(jù)需要集成MEMS工藝，制備不同形狀的MEMS壓電雙晶片。本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的首先利用MEMS制造工藝制作壓電雙晶片的 基片，基片可根據(jù)實際需要，制作成不同形狀，基片材料一般是金屬，然后通過提拉法在基 片上、下兩表面分別形成鈣鈦礦狀的壓電薄膜，薄膜厚度可以通過提拉的次數(shù)來控制，接著 給壓電薄膜上電極，使用激光對壓電雙晶片進行修整，最后極化，即可得到不同形狀和用途 的微壓電雙晶片。本發(fā)明包括以下步驟第一步、使用微加工工藝制備壓電雙晶片基片。所述的微加工工藝包括光刻、顯影、濺射、電鍍等；所述的壓電雙晶片基片材料厚度為10 20 μ m的金屬片。所述的所述的金屬片為銅、鎳、鋁和鐵鎳合金的一種。第二步、在已制備的基片上、下表面，使用提拉法制備PZT薄膜。所述提拉法制備鋯鈦酸鉛(PZT)薄膜，其提拉速度為5 lOmm/min，提一次膜后立 即在100 150°C溫度大氣環(huán)境下烘10 15min，再空冷至室溫，根據(jù)需要制備不同的PZT 薄膜厚度選擇提拉次數(shù)，最后在500 700°C退火2h，制備的PZT薄膜厚度為5 25 μ m。
第三步、在已制備的壓電雙晶片上下兩面鍍金或銀電極。第四步、使用激光修整壓電雙晶片。所述激光修整壓電雙晶片，是指將基片上側面邊沿部分生成的PZT薄膜去除。第五步，極化上下兩層壓電薄膜。所述壓電雙晶片電極極化，是沿厚度方向，并且上下兩層壓電薄膜極化方向相反。本發(fā)明制備MEMS壓電雙晶片的方法，相對于其他的制備方法，具有制備簡單、成 本低，并集成MEMS制造工藝等特點，有利于MEMS壓電器件的制作及應用。


圖1為實施例1示意圖。圖2為實施例2示意圖。圖3為實施例3示意圖。
具體實施例方式下面對本發(fā)明的實施例作詳細說明，本實施例在以本發(fā)明技術方案為前提下進行 實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護范圍不限于下述的實施 例。實施例一如圖1所示，本實施例是由多個壓電雙晶片組成的懸臂梁陣列，每個壓電雙晶片 包括壓電薄膜1和3、金屬基片2，其中金屬基片2上下表面包覆壓電薄膜1和3。所述的金屬基片為銅片，厚度為10 μ m ；所述的壓電薄膜1和3為PZT薄膜，厚度 均為10 μ m ；所述的金屬基片為多個T字型形狀，壓電薄膜形狀為矩形。本實施例通過以下步驟進行制備第一步、清洗硅片襯底，并在襯底表面濺射一層Cr/Cu金屬層作為電鍍種子層，厚 度為約為0. 15μπι;第二步、在金屬種子層表面以2000轉/分鐘的速度ΑΖ4903光刻膠30秒，然后進 行曝光，并采用ΑΖ-400Κ顯影液顯影180秒去除曝光區(qū)域光刻膠，得到多個T字型形狀的空 腔；所述曝光掩膜板為多個T字型形狀結構。第三步、對曝光后形成的多個T字型形狀的空腔電鍍Cu，厚度為ΙΟμπι;第四步、用去Cr刻蝕液并將多個T字型形狀的銅片基片從硅片襯底上剝離出來；第五步、在已制備的基片上不同長度的懸臂梁陣列上下表面，使用提拉法制備PZT
薄膜；所述提拉法制備PZT薄膜，其提拉速度為5mm/min，提一次膜后立即在100°C溫度 大氣環(huán)境下烘15min，再空冷至室溫，接著進行下一次提拉，共7次，最后在60(TC退火2h，制 備的PZT薄膜厚度為10 μ m。第六步、使用激光修整壓電雙晶片；所述激光修整壓電雙晶片，是指將基片上側面邊沿部分生成的PZT薄膜去除。第七步、在已制備的壓電雙晶片懸臂梁陣列的上下兩面鍍上銀電極，沿壓電薄膜厚度方向極化，且上下兩層壓電薄膜極化方向相反。實施例二如圖2所示，本實施例是由多個壓電雙晶片組成的懸臂梁陣列，每個壓電雙晶片包括壓電薄膜1和3、金屬基片2，其中金屬基片2上下表面包覆壓電薄膜1和3。所述的金屬基片為銅片，厚度為10 μ m ；所述的壓電薄膜1和3為PZT薄膜，厚度 均為10 μ m;所述的金屬基片為多個梯形鋸齒形狀，壓電薄膜形狀為梯形。本實施例通過以下步驟進行制備第一步、清洗硅片襯底，并在襯底表面濺射一層Cr/Cu金屬層作為電鍍種子層，厚 度為約為0. 15μπι;第二步、在金屬種子層表面以2000轉/分鐘的速度ΑΖ4903光刻膠30秒，然后進 行曝光，并采用ΑΖ-400Κ顯影液顯影150秒去除曝光區(qū)域光刻膠，得到多個梯形鋸齒形狀的
空腔；所述曝光掩膜板為多個梯形鋸齒形狀結構。第三步、對曝光后形成的多個梯形鋸齒形狀的空腔電鍍Cu，厚度為ΙΟμπι;第四步、用去Cr刻蝕液并將多個T字型形狀的銅片基片從硅片襯底上剝離出來；第五步、在已制備的基片上不同長度的懸臂梁陣列上下表面，使用提拉法制備PZT
薄膜；所述提拉法制備PZT薄膜，其提拉速度為5mm/min，提一次膜后立即在100°C溫度 大氣環(huán)境下烘15min，再空冷至室溫，接著進行下一次提拉，共7次，最后在60(TC退火2h，制 備的PZT薄膜厚度為10 μ m。第六步、使用激光修整壓電雙晶片；所述激光修整壓電雙晶片，是指將基片上側面邊沿部分生成的PZT薄膜去除。第七步、在已制備的壓電雙晶片懸臂梁陣列的上下兩面鍍上銀電極，沿壓電薄膜 厚度方向極化，且上下兩層壓電薄膜極化方向相反。實施例三如圖3所示，本實施例是由多個壓電雙晶片組成的懸臂梁陣列，每個壓電雙晶片 包括壓電薄膜1和3、金屬基片2，其中金屬基片2上下表面包覆壓電薄膜1和3。所述的金屬基片為銅片，厚度為10 μ m ；所述的壓電薄膜1和3為PZT薄膜，厚度 均為10 μ m;所述的金屬基片為多個倒梯形鋸齒形狀，壓電薄膜形狀為倒梯形。本實施例通過以下步驟進行制備第一步、清洗硅片襯底，并在襯底表面濺射一層Cr/Cu金屬層作為電鍍種子層，厚 度為約為0. 15μπι;第二步、在金屬種子層表面以2000轉/分鐘的速度ΑΖ4903光刻膠30秒，然后進 行曝光，并采用ΑΖ-400Κ顯影液顯影150秒去除曝光區(qū)域光刻膠，得到多個倒梯形鋸齒形狀 的空腔；所述曝光掩膜板為多個倒梯形鋸齒形狀結構。第三步、對曝光后形成的多個倒梯形鋸齒形狀的空腔電鍍Cu，厚度為10 μ m ；第四步、用去Cr刻蝕液并將多個T字型形狀的銅片基片從硅片襯底上剝離出來；第五步、在已制備的基片上不同長度的懸臂梁陣列上下表面，使用提拉法制備PZT薄膜；所述提拉法制備PZT薄膜，其提拉速度為5mm/min，提一次膜后立即在100°C溫度 大氣環(huán)境下烘15min，再空冷至室溫，接著進行下一次提拉，共7次，最后在60(TC退火2h，制 備的PZT薄膜厚度為10 μ m。第六步、使用激光修整壓電雙晶片；所述激光修整壓電雙晶片，是指將基片上側面邊沿部分生成的PZT薄膜去除。第七步、在已制備的壓電雙晶片懸臂梁陣列的上下兩面鍍上銀電極，沿壓電薄膜 厚度方向極化，且上下兩層壓電薄膜極化方向相反。 上述實施例制備的壓電雙晶片，具有PZT層金屬層-PZT層的三層結構，其制備工 藝與MEMS工藝相兼容，可以制備不同形狀和尺寸的MEMS壓電雙晶片，能夠廣泛應用于制作 壓電執(zhí)行器、傳感器等。
權利要求
一種微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征在于，包括步驟如下第一步、使用微加工工藝制備壓電雙晶片基片；第二步、在已制備的基片上、下表面，使用提拉法制備PZT薄膜；第三步、在已制備的壓電雙晶片上下兩面鍍金或銀電極；第四步、使用激光修整壓電雙晶片；第五步，極化上下兩層壓電薄膜。
2.根據(jù)權利要求1所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的壓電 雙晶片基片材料厚度為10 20 μ m的金屬片。
3.根據(jù)權利要求2所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的金屬 片為銅、鎳、鋁和鐵鎳合金的一種。
4.根據(jù)權利要求1所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述提拉法 制備PZT薄膜，其提拉速度為5 lOmm/min。
5.根據(jù)權利要求1或4所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的提 拉法制備PZT薄膜，其提拉速度為5mm/min。
6.根據(jù)權利要求5所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的提拉 法制備PZT薄膜，每次提拉后烘干溫度為100 150°C，時間為10 15min。
7.根據(jù)權利要求6所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的提拉 法制備PZT薄膜，是通過控制提拉的次數(shù)，制備5 25 μ m厚度的PZT薄膜。
8.根據(jù)權利要求5或6所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述的提 拉法制備PZT薄膜，提拉完成后，將片子在500 70(TC退火2h。
9.根據(jù)權利1所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述激光修整壓 電雙晶片，是指將基片上側面邊沿部分生成的PZT薄膜去除。
10.根據(jù)權利1所述的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，其特征是，所述壓電雙晶片 電極極化，是沿厚度方向，并且上下兩層壓電薄膜極化方向相反。
全文摘要
一種MEMS技術領域的微機電系統(tǒng)壓電雙晶片的制備方法，包括使用微加工工藝制備壓電雙晶片基片；在已制備的基片上、下表面，使用提拉法制備PZT薄膜；在已制備的壓電雙晶片上下兩面鍍金或銀電極；使用激光修整壓電雙晶片；極化上下兩層壓電薄膜。本發(fā)明制備MEMS壓電雙晶片的方法，具有制備簡單、成本低，并集成MEMS制造工藝等特點，有利于MEMS壓電器件的制作及應用。
文檔編號H01L41/08GK101814575SQ20101015787
公開日2010年8月25日 申請日期2010年4月27日 優(yōu)先權日2010年4月27日
發(fā)明者劉景全, 唐剛, 李以貴, 楊春生, 柳和生 申請人:上海交通大學