[发明专利]一种全集成压电驱动装置及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及压电驱动技术领域，特别涉及一种全集成压电驱动装置及其制备方法。

背景技术

PZT是一种锆钛酸铅压电陶瓷材料，由于其独特的分子结构，相比于其他压电材料，如AlN或ZnO，PZT具有更高的压电系数和能量转换效率。已有的PZT压电驱动装置以密歇根大学的Khalil Najafi课题组的工作为主要代表(Aktakka E E,et al.IEEE,International Conference onMICRO Electro Mechanical Systems.2013:576-579.Aktakka E E,et al.IEEE/ASME Transactions onMechatronics,2015,20(2):934-943.)，该装置主要由PZT驱动层-SOI支撑层-静电锁定平台三层结构组成。在此装置中，为了实现更大的位移和作用力，保证足够的结构强度，采用PZT材料作为驱动层，其厚度约为20～25μm。在PZT驱动层下面，是用SOI(绝缘体上硅)片加工而成的支撑层，其主要作用是提供PZT驱动层的结构支撑。为了实现装置的静电锁定功能，需要在由PZT驱动层和SOI支撑层装配得到的PZT-SOI复合驱动结构下面设置静电锁定平台，同时需要保证二者之间有20μm左右的间距。

但是，该装置结构复杂，且共包含三层结构之间的装配，如PZT-SOI复合驱动结构与静电锁定平台之间采用环氧胶装配的方式，无法精确控制20μm左右的间距，精度仅为±2μm左右，对准精度差；且环氧胶装配的方式存在可靠性差、可重复性低的问题，影响PZT压电驱动装置的使用效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种全集成压电驱动装置及其制备方法，本发明提供的全集成压电驱动装置结构简单、可靠性高。

本发明提供了一种全集成压电驱动装置，包括PZT驱动层和SOI支撑平台，所述PZT驱动层包括底电极，所述底电极与所述SOI支撑平台连接；所述底电极通过金-铟共晶键合形成。

优选的，所述SOI支撑平台包括SOI片层、设置在所述SOI片层上的锁定电极和设置在所述锁定电极上的电绝缘层，其中，所述电绝缘层与所述底电极连接。

优选的，所述PZT驱动层还包括设置在所述底电极上的PZT层和设置在所述PZT层上的顶电极。

优选的，所述PZT驱动层具有微结构，所述微结构包括悬臂梁结构和质量块结构。

本发明提供了上述技术方案所述全集成压电驱动装置的制备方法，包括以下步骤：

在温度为175～185℃和压力为200～400mbar的条件下，通过金-铟共晶键合形成与所述SOI支撑平台连接的PZT驱动层的底电极，得到全集成压电驱动装置；所述键合的时间为50～70min。

优选的，所述全集成压电驱动装置的制备方法具体包括以下步骤：

(1)采用物理气相沉积法在SOI支撑平台的电绝缘层上沉积第一键合中间层，所述第一键合中间层依次包括第一铬薄膜、第一金薄膜、铟薄膜和第二金薄膜，与所述电绝缘层连接的为第一铬薄膜；

采用物理气相沉积法在PZT驱动层的PZT层上沉积第二键合中间层，所述第二键合中间层依次包括第二铬薄膜、铂薄膜和第三金薄膜，与所述PZT层连接的为第二铬薄膜；

(2)在温度为175～185℃和压力为200～400mbar的条件下，将所述步骤(1)中的第一键合中间层与第二键合中间层通过金-铟共晶键合为一体，作为PZT驱动层的底电极，得到全集成压电驱动装置；所述键合的时间为50～70min。

优选的，所述SOI支撑平台的锁定电极采用物理气相沉积法得到。

优选的，所述SOI支撑平台的电绝缘层采用化学气相沉积法得到。

优选的，所述PZT驱动层的顶电极采用剥离工艺得到。

优选的，所述PZT驱动层的微结构采用皮秒激光刻蚀工艺得到。

本发明提供了一种全集成压电驱动装置，包括PZT驱动层和SOI支撑平台，所述PZT驱动层包括底电极，所述底电极与所述SOI支撑平台连接；所述底电极通过金-铟共晶键合形成。本发明提供的全集成压电驱动装置结构简单，通过金-铟共晶键合形成PZT驱动层的底电极，并通过所述底电极与SOI支撑平台连接，避免了采用环氧胶装配方式导致的精度差、可重复性低的问题，提升了全集成压电驱动装置的可靠性。