[发明专利]六维压电式能量收集器及其制作方法

权利要求书

1.六维压电式能量收集器，其特征在于，该收集器以硅为衬底，在所述硅衬底上设置有支持梁；所述支持梁方向与Y轴平行，且其一端连接衬底，另一端垂直连接主悬臂梁；

所述主悬臂梁方向与X轴平行且其平面法向方向为Y轴方向，所述主悬臂梁的表面设置有主压电片，所述主悬臂梁的两侧分别设置有一个主质量块，每个所述主质量块分别垂直连接一个第一副悬臂梁；

每个所述第一副悬臂梁与Y轴平行且其平面法向方向为X轴方向，每个所述第一副悬臂梁的表面分别设置有一个第一副压电片，每个所述第一副悬臂梁的两侧分别设置有一个第一副质量块，每个所述第一副质量块分别垂直连接一个第二副悬臂梁，其中，对应同一个所述第一副悬臂梁的两个第二副悬臂梁分别为一个X向第二副悬臂梁和一个Y向第二副悬臂梁；

每个所述X向第二副悬臂梁与X轴平行且其平面法向方向为Z轴方向，所述X向第二副悬臂梁的表面设置有第二副压电片，所述X向第二副悬臂梁的两侧分别设置有一个第二副质量块；每个所述Y向第二副悬臂梁与Y轴平行且其平面法向方向为Z轴方向，所述Y向第二副悬臂梁的表面设置有第二副压电片，所述Y向第二副悬臂梁的两侧分别设置有一个第二副质量块。

2.根据权利要求1所述的六维压电式能量收集器，其特征在于，所述主质量块与所述第一副悬臂梁的连接处位于所述第一副悬臂梁的中点。

3.根据权利要求1所述的六维压电式能量收集器，其特征在于，所述第一副质量块与所属第二副悬臂梁的连接处位于所述第二副悬臂梁的中点。

4.如权利要求1至3中任一所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，该制作方法包括以下步骤：

1)准备硅衬底；

2)采用光刻胶作为牺牲层材料涂覆在硅衬底上形成第一牺牲层，再通过淀积SiO2形成第二牺牲层，在第二牺牲层上再涂覆一层光刻胶；

3)去除支持梁区域的最上层光刻胶；

4)将支持梁部分的第一牺牲层和第二牺牲层全部刻蚀，刻蚀完毕后在支持梁区域内溅射锡青铜合金或者电镀金属铜，该工序结束后对表面进行平面化处理；

5)去除主悬臂梁和第一副悬臂梁区域的光刻胶；

6)将主悬臂梁和第一副悬臂梁区域的第二牺牲层全部刻蚀，刻蚀完毕后在主悬臂梁和第一副悬臂梁区域内溅射锡青铜合金或者电镀金属铜，形成主悬臂梁和第一副悬臂梁；

7)去除主质量块以及第一副质量块区域的光刻胶；

8)将主质量块以及第一副质量块区域的第二牺牲层全部刻蚀，刻蚀完毕后在主质量块以及第一副质量块区域内溅射金属镍，形成主质量块以及第一副质量块；

9)在步骤8形成的器件表面涂上光刻胶；

10)去除第二副悬臂梁区域的光刻胶；

11)在第二副悬臂梁区域溅入锡青铜合金或者电镀金属铜，剥离光刻胶后形成第二副悬臂梁；

12)在步骤11形成的器件表面淀积SiO₂；

13)去除第二副质量块区域的光刻胶；

14)将第二副质量块区域的SiO₂全部刻蚀，刻蚀完毕后在第二副质量块区域内溅射金属镍，形成第二副质量块；

15)腐蚀第二牺牲层的SiO₂，剥离第一牺牲层；

16)在主悬臂梁、第一副悬臂梁和第二副悬臂梁的表面溅射压电材料，形成压电片。

5.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤1中采用未掺杂的单晶硅作为衬底。

6.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤2中第一牺牲层的厚度为1μm，第二牺牲层的厚度为4μm。

7.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤4中还包括在溅射锡青铜合金或者电镀金属铜后对表面进行平面化处理。

8.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤8中还包括在溅射金属镍后对表面进行平面化处理。

9.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤9中的光刻胶厚度为0.5μm，步骤12中SiO₂的厚度为3μm，步骤16中压电材料的厚度为300-500nm。

10.根据权利要求4所述的六维压电式能量收集器的制作方法，其特征在于，步骤12中还包括在淀积完毕后对表面进行平面化处理。