[发明专利]一种3-DOF硅基纳米级定位平台及其制作方法

权利要求书

1.一种3-DOF硅基纳米级定位平台，其特征在于，包括单晶硅衬底，该衬底的同一表面上设置有四个静电梳齿致动器和一个正方形定位台，其中，所述四个静电梳齿致动器以正方形定位台为中心呈对称分布，各静电梳齿致动器通过其输出端的柔性弯曲梁与正方形定位台相连接，所述静电梳齿致动器前后两侧分别对应连接有柔性折叠梁和位移检测梁，所述静电梳齿致动器、正方形定位台、柔性折叠梁和位移检测梁通过绝缘锚点与单晶硅衬底连接，悬浮在单晶硅衬底之上；

在驱动方式上，所述正方形定位台采用侧向静电梳齿驱动和平板电容驱动两种复合驱动方式实现平台的X、Y、Z三轴运动控制，通过给静电梳齿致动器施加驱动电压实现正方形定位台沿X和Y方向平动；所述单晶硅衬底上设有Z轴驱动电极，通过给单晶硅衬底与正方形定位台之间施加驱动电压实现正方形定位台沿Z方向运动；

在位移检测上，各所述位移检测梁两端根部同一侧壁位置分别设有一个压敏电阻，用于对正方形定位台X轴和Y轴输出位移进行实时检测。

2.根据权利要求1所述的一种3-DOF硅基纳米级定位平台，其特征在于，所述单晶硅衬底采用(111)单晶硅芯片。

3.根据权利要求1所述的一种3-DOF硅基纳米级定位平台，其特征在于，所述柔性弯曲梁的结构厚度均小于位移检测梁、静电梳齿致动器、柔性折叠梁和正方形定位台的结构厚度。

4.根据权利要求1所述的一种3-DOF硅基纳米级定位平台，其特征在于，所述柔性折叠梁和位移检测梁分别通过位于柔性折叠梁和位移检测梁两端的绝缘锚点将静电梳齿致动器的动齿、位移检测梁、柔性折叠梁、柔性弯曲梁、正方形定位台悬浮在单晶硅衬底上；所述静电梳齿驱动器的定齿通过位于动齿根部的绝缘锚点将定齿固定悬浮在单晶硅衬底上。

5.一种如权利要求1所述的3-DOF硅基纳米级定位平台的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)选择(111)单面抛光硅片作为单晶硅衬底；

2)采用硅反应离子刻蚀法制作绝缘锚点；

3)采用低压化学气相沉积法依次沉淀低应力氮化硅、TEOS和多晶硅材料，然后进行热氧化使整个绝缘锚点充满低应力氮化硅、TEOS和多晶硅转化后的氧化硅；

4)利用反应离子刻蚀设备全部刻蚀掉硅片表面的氮化硅、TEOS和氧化硅钝化层；

5)制作压敏电阻；

6)依次在硅片表面沉积低应力氮化硅和TEOS钝化保护层，然后涂胶光刻出柔性弯曲梁结构图形，并利用反应离子刻蚀设备剥离柔性弯曲梁结构图形上方覆盖着的钝化层，然后去除光刻胶；

7)涂胶光刻出除柔性弯曲梁结构图形外其他部件结构图形，包括位移检测梁、柔性折叠梁、静电梳齿致动器和正方形定位台，然后利用反应离子刻蚀设备剥离覆盖这些图形区域上方的钝化保护层；

8)以光刻胶和钝化层为掩膜，先用硅反应离子刻蚀法刻蚀出位移检测梁、折叠梁、静电梳齿致动器以及正方形定位台的结构深度，然后去除光刻胶后利用硅反应离子刻蚀法再刻蚀出a微米，所述a为柔性弯曲梁的结构厚度；

9)依次沉积低应力氮化硅和TEOS作为步骤8)中各部件刻蚀后的结构侧壁钝化保护层；

10)利用反应离子刻蚀设备刻蚀掉位于各结构槽底部的低应力氮化硅和TEOS复合钝化保护层，结构侧壁的钝化保护层不被刻蚀，然后利用硅反应离子刻蚀法继续刻蚀b微米作为结构腐蚀释放时的牺牲间隙，b＝1～3。

11)KOH或TMAH腐蚀溶液通过牺牲间隙在单晶硅衬底内部横向刻蚀释放所有结构部件；

12)喷胶光刻引线孔；

13)制作铝引线互连，然后合金、划片、测试。

6.根据权利要求5所述的一种3-DOF硅基纳米级定位平台的制作方法，其特征在于，制作绝缘锚点时，绝缘锚点的深度比定位平台中各部件的最大结构厚度大c微米，c＝8～12。