MEMS柔性压电能量收集器及其微加工方法

本发明涉及能量收集，尤其涉及一种mems柔性压电能量收集器及其微加工方法。

背景技术：

1、能量收集技术可以利用能量收集器件从环境中收集能量转化为电能。例如，能量收集器件可以在某个特定频率范围内产生谐振，进而使压电材料产生形变转换成电能，从而实现面向振动的压电能量收集，也称压电能量收集器。随着微机电系统(micro-electro-mechanical system，mems)的发展，mems级别的压电能量收集器(也即mems压电能量收集器)也有巨大的集成潜力。但是，相关技术中mems压电能量收集器的谐振频率往往在上百甚至上千赫兹的频率范围，而环境中的振动能量往往集中在几赫兹至几十赫兹的频率范围，导致mems压电能量收集器的谐振频率与环境的振动能量主要集中频率段不适配，进而导致mems压电能量收集器的能量收集能力非常有限。

技术实现思路

1、本发明提供一种mems柔性压电能量收集器及其微加工方法，用以解决相关技术中mems压电能量收集器的谐振频率与环境的振动能量主要集中频率段不适配的缺陷，提供了能量收集能力更高的mems柔性压电能量收集器。

2、本发明提供一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，包括：

3、在硅片的第一表面形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层包括镂空区域和非镂空区域；以及在所述硅片的第一表面中与所述第一光刻胶层的镂空区域对应的区域刻蚀第一凹槽，所述第一凹槽用于形成柔性聚合物悬臂梁；

4、在形成有所述第一凹槽的所述硅片上形成聚合物柔性薄膜层；

5、去除所述第一光刻胶层，以将所述聚合物柔性薄膜层的剥离区域采用聚合物剥离的方法去除并保留图形区域，得到图形化的所述聚合物柔性薄膜层；所述剥离区域是所述聚合物柔性薄膜层中与所述第一光刻胶层的非镂空区域对应的区域，所述图形区域是所述聚合物柔性薄膜层中与所述第一光刻胶层的镂空区域对应的区域；

6、在所述硅片的第二表面预刻蚀第二凹槽，所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度，所述第二凹槽用于形成硅片图形；

7、对所述硅片的第二表面中与所述第一凹槽和所述第二凹槽对应的区域同时进行刻蚀，直至露出所述聚合物柔性薄膜层的所述图形区域，器件释放完成得到mems柔性压电能量收集器的柔性聚合物悬臂梁和目标硅片图形。

8、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述在形成有所述第一凹槽的所述硅片上形成聚合物柔性薄膜层，包括：

9、将聚合物旋涂至形成有所述第一凹槽的所述硅片上，采用聚合物剥离的方法形成所述聚合物柔性薄膜层；

10、所述在所述硅片的第一表面中与所述第一光刻胶层的镂空区域对应的区域刻蚀第一凹槽，包括：

11、获取所述第一凹槽的预设深度，所述预设深度是根据旋涂所述聚合物的预设转速确定的；

12、以所述预设深度为目标，在所述硅片的表面中与所述第一光刻胶层的镂空区域对应的区域刻蚀所述第一凹槽，以利用所述第一光刻胶层的非镂空区域和所述第一凹槽增大所述聚合物柔性薄膜层中所述剥离区域与所述图形区域的相对距离。

13、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述预设转速的范围是2000～4000rpm。

14、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述预设深度的范围是30～50μm。

15、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述去除所述第一光刻胶层，包括：

16、在所述聚合物柔性薄膜层固化后，将所述硅片放入丙酮溶液中，使得所述第一光刻胶层的非镂空区域携带对应的所述聚合物柔性薄膜层的所述剥离区域从所述第一凹槽边界撕裂，完成所述剥离区域的剥离。

17、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述第一凹槽的凹槽宽度满足预设宽度范围。

18、根据本发明提供的一种mems压电能量收集器的微加工方法，所述在所述硅片的第二表面预刻蚀第二凹槽，包括：

19、在所述硅片的第二表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶层包括镂空区域和非镂空区域；

20、在所述硅片的第二表面中与所述第二光刻胶层的镂空区域对应的区域刻蚀第二凹槽；所述第二凹槽的深度大于所述第一凹槽的深度；

21、去除所述第二光刻胶层。

22、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，所述对所述硅片的第二表面中与所述第一凹槽和所述第二凹槽对应的区域同时进行刻蚀，包括：

23、在所述硅片的第二表面形成第三光刻胶层，所述第三光刻胶层包括非镂空区域、所述第一凹槽对应的镂空区域以及所述第二凹槽对应的镂空区域；

24、以所述第三光刻胶层为掩膜，对所述硅片的第二表面中与所述第一凹槽和所述第二凹槽对应的区域同时进行刻蚀。

25、根据本发明提供的一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，在露出所述第一凹槽处的所述聚合物柔性薄膜层的所述图形区域之后，还包括：

26、在所述聚合物柔性薄膜层的所述图形区域上形成压电材料薄膜。

27、本发明还提供一种mems柔性压电能量收集器，所述mems压电能量收集器是采用如上述任一种所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法得到的。

28、本发明提供的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，利用聚合物加工得到图形化的聚合物柔性薄膜层作为柔性聚合物悬臂梁，聚合物柔性薄膜层因其具有柔性特点使得器件振动频率大大降低，与环境的振动能量主要集中频率段更加适配，从而提升了mems柔性压电能量收集器的能量收集能力。

技术特征：

1.一种mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述在形成有所述第一凹槽的所述硅片上形成聚合物柔性薄膜层，包括：

3.根据权利要求2所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述预设转速的范围是2000～4000rpm。

4.根据权利要求3所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述预设深度的范围是30～50μm。

5.根据权利要求1所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述去除所述第一光刻胶层，包括：

6.根据权利要求1至5任一项所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述第一凹槽的凹槽宽度满足预设宽度范围。

7.根据权利要求1至5任一项所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述在所述硅片的第二表面预刻蚀第二凹槽，包括：

8.根据权利要求1至5任一项所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，所述对所述硅片的第二表面中与所述第一凹槽和所述第二凹槽对应的区域同时进行刻蚀，包括：

9.根据权利要求1至5任一项所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法，其特征在于，在露出所述聚合物柔性薄膜层的所述图形区域之后，还包括：

10.一种mems柔性压电能量收集器，其特征在于，所述mems柔性压电能量收集器是采用如权利要求1至9任一项所述的mems柔性压电能量收集器的微加工方法得到的。

技术总结本发明涉及能量收集领域，提供一种MEMS柔性压电能量收集器及其微加工方法，其中方法包括：在硅片的第一表面形成第一光刻胶层；在硅片的第一表面中与第一光刻胶层的镂空区域对应的区域刻蚀第一凹槽；在硅片上形成聚合物柔性薄膜层；去除第一光刻胶层将聚合物柔性薄膜层的剥离区域采用聚合物剥离的方法去除并保留图形区域；在硅片的第二表面预刻蚀第二凹槽；对硅片的第二表面中与第一凹槽和第二凹槽对应的区域同时进行刻蚀，直至露出聚合物柔性薄膜层的图形区域，器件释放完成得到MEMS柔性压电能量收集器的柔性聚合物悬臂梁和目标硅片图形。聚合物柔性薄膜层因其具有柔性特点使得器件振动频率大大降低，提升了能量收集能力。技术研发人员：王晓红,冯海钊受保护的技术使用者：清华大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16