[发明专利]一种MEMS压电能量收集器件及其制备方法

说明书

技术领域

本发明创造涉及微电子器件制备技术领域，尤其涉及一种MEMS压电能量收集器件的制备方法。

背景技术

在自然环境中蕴含着丰富的振动能量，如桥梁、公路、各种电气设备等，通过振动能量俘获装置将振动能量收集转化为电能后就可以实现为无线传感器供电，从而克服电池供电方式的缺点，实现为无线传感器的永续供电。目前对振动能量的采集和转换主要存在三种方式：压电式，静电式和电磁式。电磁式转换是利用法拉第电磁感应定律，由振动时磁体部件和导电线圈发生的相对运动导致电信号的产生，电磁式难以采用MEMS(微机电系统)技术实现，输出功率密度较低。静电式转换主要利用存储着一定电荷量的电容对在振动激励下的相对位移，实现电荷的流动，此种方式通常结构较复杂，且需要额外的启动电压。压电式转换主要利用压电效应，压电材料由于外界振动所产生的应力将引起其内部电荷的流动，产生电信号。压电式能量采集方式的能量密度大，结构简单便于微型化，易于与MEMS加工技术兼容，但现有的压电式能量采集器件的制作工艺难度大，且器件性能差。

发明内容

本发明创造要解决的问题是：本发明的主要目的在于提供一种MEMS压电能量收集器件的制备方法，该方法不采用常规的溶胶凝胶法进行压电陶瓷的制备，而利用键合技术把成品的压电陶瓷片与硅悬臂梁粘合起来。

为解决上述技术问题，本发明创造采用的技术方案是：

一种MEMS压电能量收集器件的制备方法，包括如下步骤:

a.在硅衬底背面涂2000至2500nm厚的光学光刻胶，光刻曝光出划片道图形；

b.在光学光刻胶掩蔽下刻蚀步骤a所述的划片道图形，刻蚀完成后用丙酮溶液去除残留光刻胶；

c.在硅衬底双面均生长1.2至1.5微米厚的氮化硅膜；

d.在硅衬底背面的氮化硅膜上涂6000至7000nm厚的光学光刻胶，并光刻曝光得到背面腐蚀窗口图形；

e.在光学光刻胶掩蔽下采用干法刻蚀工艺刻蚀掉背面腐蚀窗口的氮化硅；

f.在硅衬底正面光刻压电陶瓷片下电极图形，蒸发金层形成下电极，蒸发厚度为50至60nm，并超声剥离；

g.在硅衬底正面的氮化硅膜上采用厚度为1000至2000nm的光学光刻胶进行光刻并显影导电胶图形;

h.在步骤g所述的导电胶图形上方旋涂导电胶；

i.利用显微镜，在硅衬底正面压电陶瓷片下电极图形上方粘附压电陶瓷片，之后进行固化；

j.去除光刻胶和导电胶；

k.对压电陶瓷片进行减薄抛光处理，并使表面光滑；

l.在硅衬底正面及压电陶瓷片上表面，满片蒸发金层，蒸发厚度50至60nm，形成上电极；

m.采用湿法腐蚀从硅衬底背面腐蚀形成硅悬臂梁。

优选的，步骤a中所述硅衬底为双面抛光硅片，厚度为480至520微米。

优选的，所述步骤f和/或步骤l中所述蒸发金层采用电子束蒸发工艺。

优选的，所述步骤j在丙酮溶液中采用超声剥离法去除多余导电胶。

优选的，步骤e中所述干法刻蚀工艺条件为气体采用SF₆，流量55至65毫升每秒，等离子体偏压功率为60至80瓦特，加磁场，水冷。

优选的，步骤i所述的固化采用100-200度的加温固化。

优选的，所述步骤k为利用机械抛光对压电陶瓷片机械减薄。

优选的，所述步骤k与步骤l之间还包括如下步骤：利用湿法腐蚀工艺对压电陶瓷片进一步减薄并使表面光滑。

一种MEMS压电能量收集器件，是由权利要求1-8任一项所述的制备方法制得。

本发明创造具有的优点和积极效果是：采用本发明提供的制备方法可以大大简化器件的制作工艺难度，降低生产成本，提高生产效率，同时提高了器件性能；本发明提供的这种MEMS压电能量收集器件的制备方法，由于芯片的加工制作可以批量进行，加工成本低，所以大大降低了制备成本，有利于该器件得以广泛推广和应用；利用本发明提供的这种MEMS压电能量收集器件的制备方法生产的器件，可以广泛的应用于工业、物联网、农业等各个方面；利用本发明提供的这种MEMS压电能量收集器件的制备方法生产的器件，由于利用外界振动能源转化为电能，所以具有无需外接供电，且可以作为其它多种传感器的不间断电源，具有非常广泛的应用价值。

附图说明

图1是硅衬底的结构示意图；

图2是图1经过本发明的步骤a、步骤b后的结构示意图；

图3是图2经过本发明的步骤c后的结构示意图；