[发明专利]一种应变调控低维材料的微机电执行器的制作方法

说明书

本发明提供的一种应变调控低维材料的微机电系统执行器的制作方法，通过在MEMS执行器结构上设计微沟槽，并且在微沟槽两侧固定低维材料，从而对低维材料进行应变调控及其电学、光学性能调控，使得制作出的MEMS执行器具备可拉伸、可编程控制低维材料的应变能力。与现有技术相比，本发明不仅解决了原有工艺方法固定材料的力学接口难题，还同时实现了低维材料与MEMS执行器的电学接口，从而使得可在MEMS执行器上直接读取电学信号，成功得到电学控制应变电子、光电子器件。

技术领域

本发明属于微机电系统技术领域，具体涉及一种应变调控低维材料的微机电执行器的制作方法。

背景技术

随着微机电系统和低维材料的快速发展，在原子尺度上操纵和施加应变能够改变能带结构，为大幅度的提高材料的性能提供了可能。二维材料和纳米线材料等低维材料在拉伸应变等机械变形下表现出可调的材料性能，其对应的块体材料(如大块硅)在小于2％的标称应变下断裂，而低维材料尤其是二维材料可以实现25％的应变，且不会降低材料质量。使得低维材料的电学性能、热学性能、光学性能等发生了显著变化。理论上能够精确控制低维材料中的应变，详细研究应变的影响，并创造出新的应变器件如可拉伸、可编程器件。现有的应变工程调控低维材料的方法通常是对底层基板操作，如对基板进行弯曲或拉伸，但是这类方法在电子产品中实现和集成存在着很大的困难。现有的技术对应变的控制也有限，需要体积庞大的压力室或较大的梁弯曲设备，这些设备无法和CMOS工艺兼容，而且无法在低温状态下实现测量。

微机电系统具有良好的可控性和易于集成到电子设备中的优点，这是由于目前已经拥有了成熟的制造工艺。微机电系统致动器可以通过电能或电热作用进行驱动，在平面内拉伸低维材料实现对材料内部应变的调控，从而最终实现拉伸器件的效果。目前，已经证明了微机电系统可以用来动态调控低维材料如二维材料、纳米材料和碳纳米管等，应用潜力巨大。因此将低维材料如二维材料集成到微机电系统上，使用微机电系统调控纳机电系统在应变工程中得到了广泛的使用。比如在传感器、信号处理、通信等领域，表现出了良好的应用前景。此外，通过蒸发金属固定低维材料的方式还可以实现低维材料和硅的电学界面的集成，制做成可拉伸、可电学编程控制的器件。但是，微机电系统一般在数百微米尺寸，低维材料包含二维材料、纳米材料和碳纳米管等厚度在纳米级别、大小在微米级别，因此将其集成到微机电系统上比较困难。基于低维材料的应变工程，有许多理论上的建议，但实现系统中应变场的纯机械控制仍是很大的挑战。

经过对现有文献的检索发现，现有的微机电系统存在调节范围、应变梯度小、无法与硅基电路兼容、降低系统品质因数等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种应变调控低维材料的微机电执行器的制作方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

第一方面，本发明提供的一种应变调控低维材料的微机电执行器的制作方法包括：

步骤一：获取绝缘体上硅晶圆；

其中，所述绝缘体上硅晶圆包括顶层器件硅层、中间氧化层以及底部支撑硅层；

步骤二：在所述顶层器件硅层的指定位置进行光刻、剥离、镀金属铝，并进行退火处理，形成在绝缘体上硅晶圆上的欧姆电极；

其中，所述指定位置是可实现金属与硅欧姆接触的位置；

步骤三：在所述顶层器件层硅表面欧姆电极位置镀铬后再镀一层保护金属，以保护铝层；

步骤四：在镀保护金属之后绝缘体上硅晶圆上按照预设的图案，制备微机系统MEMS执行器器件；

其中，所述MEMS执行器结构包括可动结构、固定结构以及连接所述可动结构及固定结构的U型弹簧；

步骤五：在MEMS执行器结构上可动结构中间位置开设微沟槽；

其中，微沟槽的间隙宽度在0至50微米区间；