本實(shí)用新型涉及一種微機(jī)電系統(tǒng)（Micro Electro Mechanical System，MEMS）器件的電磁力驅(qū)動(dòng)器，特別涉及一種驅(qū)動(dòng)電壓低、能量損耗小的微型MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器。

背景技術(shù)：

驅(qū)動(dòng)器是自動(dòng)控制、機(jī)器人等領(lǐng)域的基礎(chǔ)單元器件。其中，工作在射頻波段的驅(qū)動(dòng)器作為集成電路的開關(guān)，成為射頻信號處理電路的基本元件之一。以前，射頻驅(qū)動(dòng)器通常采用P-I-N二極管或砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場效應(yīng)管來實(shí)現(xiàn)。但是，隨著頻率增長，這類半導(dǎo)體驅(qū)動(dòng)器表現(xiàn)出信號損失和能量損耗的缺陷。近年來，射頻MEMS驅(qū)動(dòng)器由于插入損耗低、隔離度高和功率損耗小等優(yōu)點(diǎn)，引起了人們的極大關(guān)注。

大多數(shù)射頻MEMS驅(qū)動(dòng)器通過靜電力驅(qū)動(dòng)，其功率損耗非常低并且容易制造。但是，依靠靜電力驅(qū)動(dòng)的射頻MEMS驅(qū)動(dòng)器存在兩個(gè)主要問題：高驅(qū)動(dòng)電壓和低機(jī)械穩(wěn)定性。高驅(qū)動(dòng)電壓降低了器件的使用壽命，而且會因?yàn)殡姾衫鄯e問題引起故障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型提供一種MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器，此MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器延長了器件的使用壽命，大大降低了電荷累積問題，減少了故障率，機(jī)械強(qiáng)度高，其驅(qū)動(dòng)間隙變化大，實(shí)現(xiàn)了低驅(qū)動(dòng)電壓或者低驅(qū)動(dòng)電流運(yùn)行，提高了機(jī)械穩(wěn)定性，而且具有更長的壽命，且其體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低，與半導(dǎo)體制造工藝兼容的MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器。

為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是：一種MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器，包括一端為固定端另一端為懸空端的長方形線圈狀懸臂梁、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極，所述外電路輸入電極、外電路輸出電極位于襯底上表面一端，所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極位于襯底上表面另一端，一絕緣墊高層位于覆蓋于所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極上表面，所述絕緣墊高層具有輸入通孔、輸出通孔，位于所述線圈狀懸臂梁固定端的輸入端通過位于輸入通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱與懸臂梁輸入電極電連接，位于所述線圈狀懸臂梁固定端的輸出端通過位于輸出通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱與懸臂梁輸出電極電連接，所述線圈狀懸臂梁下表面、輸入通孔側(cè)表面、輸出通孔側(cè)表面均覆有Si₃N₄絕緣層，所述線圈狀懸臂梁上表面覆有Si₃N₄保護(hù)膜，位于所述線圈狀懸臂梁懸空端的Si₃N₄保護(hù)膜下表面具有一金屬接觸電極，此金屬接觸電極與外電路輸入電極、外電路輸出電極在豎直方向留有間隙，并位于外電路輸入電極、外電路輸出電極上方；

當(dāng)電壓或電流信號從懸臂梁輸入電極引入，自下而上流過位于輸入通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱，從固定端的線圈狀懸臂梁的輸入端流進(jìn)，從線圈狀懸臂梁的輸出端流出，然后自上而下流過位于輸出通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱，最后從懸臂梁輸出電極導(dǎo)出，形成懸臂梁的工作回路，且外加一個(gè)水平方向的磁場時(shí)，線圈狀懸臂梁的懸空端在電磁力和靜電力的共同作用下下移動(dòng)或者上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬接觸電極的兩端與外電路輸入電極和外電路輸出電極導(dǎo)通或者斷開。

上述技術(shù)方案中進(jìn)一步的改進(jìn)技術(shù)方案如下：

1. 上述方案中，所述襯底為絕緣Si襯底。

2. 上述方案中，所述線圈狀懸臂梁、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極材料為金屬、摻雜多晶硅或者摻雜砷化鎵。

由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：

本實(shí)用新型MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器，其延長了器件的使用壽命，大大降低了電荷累積問題，減少了故障率，高機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)間隙變化大，實(shí)現(xiàn)了低驅(qū)動(dòng)電壓或者低驅(qū)動(dòng)電流運(yùn)行，提高了機(jī)械穩(wěn)定性，而且具有更長的壽命；其次，其體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低，與半導(dǎo)體制造工藝兼容的MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器。

附圖說明

圖1 為本實(shí)用新型MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2~9本實(shí)用新型MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器工藝流程圖。

以上附圖中：1、絕緣Si襯底；2、懸臂梁電極；2a、懸臂梁輸入電極；2b、懸臂梁輸出電極；3、外電路電極；3a、外電路輸入電極；3b、外電路輸出電極；4、絕緣墊高層；5、PSG犧牲層；6、金屬接觸電極；7、Si₃N₄絕緣層；8、線圈狀懸臂梁；9、Si₃N₄保護(hù)膜；10、導(dǎo)電柱。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述：

實(shí)施例：一種MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器，包括一端為固定端另一端為懸空端的長方形線圈狀懸臂梁8、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極，所述外電路輸入電極、外電路輸出電極位于襯底上表面一端，所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極位于襯底上表面另一端，一絕緣墊高層位于覆蓋于所述懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極上表面，所述絕緣墊高層具有輸入通孔、輸出通孔，位于所述線圈狀懸臂梁8固定端的輸入端通過位于輸入通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱10與懸臂梁輸入電極電連接，位于所述線圈狀懸臂梁8固定端的輸出端通過位于輸出通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱10與懸臂梁輸出電極電連接，所述線圈狀懸臂梁8下表面、輸入通孔側(cè)表面、輸出通孔側(cè)表面均覆有Si3N4絕緣層7，所述線圈狀懸臂梁8上表面覆有Si3N4保護(hù)膜，位于所述線圈狀懸臂梁8懸空端的Si3N4保護(hù)膜9下表面具有一金屬接觸電極，此金屬接觸電極與外電路輸入電極、外電路輸出電極在豎直方向留有間隙，并位于外電路輸入電極、外電路輸出電極上方；

當(dāng)電壓或電流信號從懸臂梁輸入電極2a引入，自下而上流過位于輸入通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱10，從固定端的線圈狀懸臂梁8的輸入端流進(jìn)，從線圈狀懸臂梁8的輸出端流出，然后自上而下流過位于輸出通孔內(nèi)的導(dǎo)電柱10，最后從懸臂梁輸出電極2b導(dǎo)出，形成懸臂梁的工作回路，且外加一個(gè)水平方向的磁場時(shí)，線圈狀懸臂梁8的懸空端在電磁力和靜電力的共同作用下下移動(dòng)或者上移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)金屬接觸電極6的兩端與外電路輸入電極3a和外電路輸出電極3b導(dǎo)通或者斷開。

上述襯底為絕緣Si襯底。

上述線圈狀懸臂梁8、外電路輸入電極、外電路輸出電極、懸臂梁輸入電極和懸臂梁輸出電極材料為金屬、摻雜多晶硅或者摻雜砷化鎵。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，襯底材料可采用玻璃、鍺或砷化鎵等材料代替硅。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器電極和線圈狀懸臂梁等導(dǎo)電部分的材料可由摻雜后的半導(dǎo)體材料代替金屬，例如摻雜多晶硅、摻雜砷化鎵等半導(dǎo)體材料。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器的電極和線圈狀懸臂梁等導(dǎo)電部分可采用濺射、電鍍等工藝制備金屬層。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，該MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器的氮化硅或氧化硅絕緣層可采用CVD等方法制備。

作為本實(shí)用新型的進(jìn)一步改進(jìn)，線圈形狀的懸臂梁可通過調(diào)節(jié)材料導(dǎo)電能力、線圈圈數(shù)、線圈尺寸等物理參數(shù)，以得到驅(qū)動(dòng)電壓低，能量損耗小的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施例MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器，參見附圖1是本實(shí)施例中的MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器的三維立體結(jié)構(gòu)示意圖；其主要結(jié)構(gòu)包括：一端固定另一端懸空的長方形線圈狀懸臂梁8和兩對固定在襯底上的電極組成，其中，一對電極與懸臂梁的固定端導(dǎo)通，另一對電極接入外電路。懸臂梁電路和外電路相互絕緣，形成兩個(gè)獨(dú)立回路。電壓或電流信號從懸臂梁輸入電極2a引入，自下而上流過通孔，從固定端的線圈的一端流進(jìn)，從線圈的另一端流出，然后自上而下流過通孔，最后從襯底上的懸臂梁輸出電極2b導(dǎo)出，形成懸臂梁的工作回路。當(dāng)外加一個(gè)水平方向的磁場時(shí)，懸臂梁的懸空端在電磁力和靜電力的共同作用下可上下移動(dòng)。在懸空端的背面緊貼一層Si3N4絕緣層7和金屬接觸電極6：Si3N4絕緣層7的作用是使得懸臂梁的工作回路和外電路的工作回路相互絕緣；當(dāng)懸臂梁的懸空端向下移動(dòng)時(shí)，金屬接觸電極6的兩端分別搭上外電路輸入電極3a和外電路輸出電極3b，使得原本斷開的一對外電路電極導(dǎo)通，形成開關(guān)結(jié)構(gòu)。

一種用于制備上述的MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器的制造工藝，包括以下步驟：

步驟一、在一個(gè)表面氧化的絕緣Si襯底1上面濺射一層Au薄膜，厚度為1 μm，涂光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、刻蝕形成懸臂梁電極2和外電路電極3；如圖1所示，懸臂梁電極2包括懸臂梁輸入電極2a，懸臂梁輸出電極2b， 外電路電極3包括外電路輸入電極3a，外電路輸出電極3b，輸入電極和輸出電極可互換；

步驟二、采用CVD方法生長一層SiO₂，從絕緣Si襯底1上表面到SiO₂上表面厚度為2～3 μm，到懸臂梁電極2或外電路電極3的厚度為1～2 μm，涂光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、刻蝕形成絕緣墊高層4起到保護(hù)懸臂梁和懸臂梁電極2導(dǎo)通的作用；

步驟三、在步驟二得到的凹凸不平的表面上填充一層PSG犧牲層5，并經(jīng)過回流平坦化工藝使上表面平整，其中PSG犧牲層5的上表面到絕緣Si襯底1的厚度為5～6 μm，到懸臂梁電極2或外電路電極3的厚度為4～5 μm，在PSG犧牲層5上刻蝕窗口，其中，在懸臂梁電極2位置，刻蝕至露出懸臂梁電極2；而外電路電極3位置處刻蝕出金屬接觸電極6的長方形小孔，刻蝕深度約1μm，使得該位置繼續(xù)保留2～3 μm的PSG犧牲層；

步驟四、在PSG犧牲層5的上表面，濺射生長厚度約1μm的Au薄膜，涂光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、刻蝕將其余部分去除，僅保留步驟3中“金屬接觸電極6的長方形小孔”處的Au薄膜，小孔的深度約1μm，Au薄膜的厚度也為1μm，因此Au薄膜剛好將此小孔填平，形成金屬接觸電極6，而且該金屬接觸電極6與外電路電極3之間保留2～3 μm的PSG犧牲層，因此并未導(dǎo)通；

步驟五、在步驟四得到的凹凸不平的表面上外延生長一層等厚的Si₃N₄絕緣層7，厚度為1.0 μm，并在懸臂梁電極2位置，刻蝕至露出襯底上的懸臂梁電極2，其余部分保留，該Si₃N₄絕緣層7的作用是使得懸臂梁的工作回路和外電路的工作回路相互絕緣；

步驟六、在步驟五形成的上表面，濺射一層Au薄膜，厚度約2.0 μm，涂光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、刻蝕，形成線圈狀懸臂梁8；

步驟七、在線圈狀懸臂梁8的上表面，CVD方法生長一層Si₃N₄，厚度約0.1 μm，涂光刻膠，經(jīng)曝光、顯影、刻蝕，在線圈狀懸臂梁8的上表面形成一層Si₃N₄保護(hù)膜9；

步驟八、溶解去除步驟三中的PSG犧牲層5。

采用上述MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器時(shí)，其延長了器件的使用壽命，大大降低了電荷累積問題，減少了故障率，高機(jī)械強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)，其驅(qū)動(dòng)間隙變化大，實(shí)現(xiàn)了低驅(qū)動(dòng)電壓或者低驅(qū)動(dòng)電流運(yùn)行，提高了機(jī)械穩(wěn)定性，而且具有更長的壽命；其次，其體積小、驅(qū)動(dòng)電壓低，與半導(dǎo)體制造工藝兼容的MEMS電磁力驅(qū)動(dòng)器。

上述實(shí)施例只為說明本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思及特點(diǎn)，其目的在于讓熟悉此項(xiàng)技術(shù)的人士能夠了解本實(shí)用新型的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，并不能以此限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。凡根據(jù)本實(shí)用新型精神實(shí)質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。