电致动器件、制造方法及控制器件

本发明涉及电制动器件结构的，尤其涉及一种电致动器件结构及电致动器件的制造方法以及具有电致动器件的控制器件。

背景技术：

1、电致动器的工作原理是将电能转化为机械能，实现这种转换的途径之一是通过驱动结构将静电力转化为机械能，即静电驱动。

2、在静电驱动结构中通常需要制造出单个或多个大规模阵列的悬空的可动结构，通过对可动结构控制实现可动结构的偏转，进而能够应用到多个场景中。静电驱动结构中通常利用金属电极组成平板电容的两个极板，通过对金属电极施加控制电压，利用电容极板之间的静电引力拉动可动结构进行偏转。静电驱动优点是驱动速度快、偏转控制精准、功耗低。

3、但是现有技术中为了实现较大的偏转角度，镜面下方需要较大的自由空间以进行偏转，而静电力的大小与电容极板间距的平方成反比，电容极板距离较大导致驱动力较小，即可动结构的偏转角度与静电驱动力之间相互制约，限制了电致动器件的应用。

技术实现思路

1、本发明提供一种电致动器件、制造方法及控制器件，用以解决现有技术中偏转角度与静电驱动力之间相互制约的缺陷。

2、本发明提供一种电致动器件，包括从上下顺序配置的器件层、衬底和电连接层；所述器件层以能够偏转的方式悬置于所述衬底上方；所述衬底上表面构造有凹槽，所述凹槽内具有倾斜的内侧壁；所述电连接层配置成分别与所述内侧壁和所述器件层电连接；其中，所述衬底配置为绝缘材料，所述器件层被配置为第一极板，所述内侧壁被配置为第二极板。

3、根据本发明提供的一种电致动器件，沿所述内侧壁表面和所述衬底上表面设有竖直贯穿所述衬底的垂直互连，所述垂直互连包括环形介质绝缘层和由所述环形介质绝缘层包裹的导电金属柱，所述垂直互连配置成一端与所述电连接层电连接，另一端与所述第二极板电连接或另一端与所述可动结构层电连接。

4、根据本发明提供的一种电致动器件，所述可动结构层与所述衬底之间通过第一导电柱连接，所述可动结构层配置成能够以所述第一导电柱为支点进行偏转，且所述第一导电柱适于支撑所述可动结构层并使得所述可动结构层悬空于所述衬底上方。

5、根据本发明提供的一种电致动器件，所述可动结构层具有扭转梁，所述扭转梁与所述第一导电柱连接，所述第一导电柱适于支撑所述可动结构层。

6、根据本发明提供的一种电致动器件，所述第一导电柱连接在所述衬底的上表面。

7、根据本发明提供的一种电致动器件，所述电连接层与所述垂直互连之间通过第二导电柱连接。

8、本发明还提供了一种电致动元件的制造方法，用于形成上述的所述电致动器件，所述制造方法包括以下步骤：

9、提供单晶硅晶圆作为衬底；

10、在所述衬底的上表面刻蚀出具有倾斜内侧壁的凹槽，使得凹槽将所述衬底的上表面分割出凸台表面；

11、在所述内侧壁和所述凸台表面正对的所述衬底内加工盲孔，在盲孔侧壁沉积环形介质绝缘层，并通过电镀将所述盲孔完全填充金属形成垂直互连；

12、利用减薄工艺，从所述衬底的下表面减薄，以使所述垂直互连从所述衬底的下表面暴露出来；

13、在所述衬底上表面喷涂光刻胶，光刻后形成预定结构，利用溅射和剥离在所述内侧壁上形成第二极板；

14、采用喷涂方法或干膜光刻胶在所述衬底的表面涂覆光刻胶层，图形化后形成预设图案，以光刻胶为掩膜，利用电镀方法在凸台表面的预设的位置上构造出第一金属凸点；

15、在所述衬底表面涂覆第一高分子键合材料，对所述衬底表面进行平整化，使所述第一高分子键合材料的表面与所述第一金属凸点的表面共面；

16、提供具有导电性能的soi晶圆；

17、采用电镀方法在所述soi晶圆的器件层上构造第二金属凸点；

18、在所述soi晶圆表面涂覆第二高分子键合材料，对所述soi晶圆表面进行平整化，使所述第二高分子键合材料的表面与所述第二金属凸点的表面共面；

19、将所述第二金属凸点与所述第一金属凸点对准进行连接形成第一导电柱；

20、利用机械研磨或干法刻蚀去除所述soi晶圆上的单晶硅支撑层和埋氧层，保留器件层；

21、提供电连接晶圆作为电连接层；

22、在所述电连接晶圆的表面与所述垂直互连相对应的位置，利用电镀构造出第二导电柱；

23、将第二导电柱与所述垂直互连对准进行连接；

24、采用干法刻蚀所述器件层构造出单晶硅平板和扭转梁形成可动结构层；

25、利用干法刻蚀，从所述单晶硅平板之间的缝隙和所述扭转梁与所述单晶硅平板之间的缝隙刻蚀去除所述第一高分子键合材料和所述第二高分子键合材料，使得所述单晶硅平板悬空于所述衬底上形成所述电致动器件。

26、本发明还提供了一种控制器件，包括用于对电路实现通断控制的通断控制部件，所述通断控制部件包括上述的所述电致动器件。

27、通过上述的实施例，本发明至少具有以下有益效果：

28、本发明提供的一种电致动器件，通过采用器件作为可动结构，并将可动结构作为电容的其中一个极板，下方的凹槽内倾斜的内侧壁作为电容的另一个极板。凹槽为可动结构的偏转提供了自由空间，使可动结构的偏转角度大幅度提高；同时凹槽内倾斜的内侧壁极板与可动结构之间的间距增加程度较小，有利于获得较大的静电驱动力；并且随着可动结构的偏转，可动结构与内侧壁的平均间距不断减小，进一步提高了驱动力。因此，本发明解决了静电驱动的可动结构的驱动力和偏转角度相互制约的问题。

技术特征：

1.一种电致动器件，其特征在于，包括顺序配置的可动结构层、衬底和电连接层；

2.根据权利要求1所述的电致动器件，其特征在于，沿所述内侧壁表面和所述衬底上表面设有竖直贯穿所述衬底的垂直互连，所述垂直互连包括环形介质绝缘层和由所述环形介质绝缘层包裹的导电金属柱，所述垂直互连配置成一端与所述电连接层电连接，另一端与所述第二极板或所述可动结构层电连接。

3.根据权利要求1所述的电致动器件，其特征在于，所述可动结构层与所述衬底之间通过第一导电柱连接，所述可动结构层配置成能够以所述第一导电柱为支点进行偏转，且所述第一导电柱适于支撑所述可动结构层并使得所述可动结构层悬空于所述衬底上方。

4.根据权利要求3所述的电致动器件，其特征在于，所述可动结构层具有扭转梁，所述扭转梁与所述第一导电柱连接，所述第一导电柱适于支撑所述可动结构层。

5.根据权利要求3或4所述的电致动器件，其特征在于，所述第一导电柱连接在所述衬底的上表面。

6.根据权利要求2所述的电致动器件，其特征在于，所述电连接层与所述垂直互连之间通过第二导电柱连接。

7.一种电致动元件的制造方法，其特征在于，用于形成权利要求1-6任一项所述的电致动器件，所述制造方法包括以下步骤：

8.一种控制器件，其特征在于，包括控制电路，与所述控制电路连接有如权利要求1-6任一项所述的电致动器件。

技术总结本发明涉及电制动器件结构的技术领域，提供一种电致动器件、制造方法及控制器件，包括从上到下顺序配置的可动结构层、衬底和电连接层；可动结构层在控制信号下进行偏转；衬底上表面构造有凹槽，凹槽内具有倾斜的内侧壁；电连接层配置成分别与内侧壁和器件层电连接；衬底配置为绝缘材料，器件层被配置为第一极板，内侧壁被配置为第二极板；凹槽为极板的偏转提供了自由空间，使偏转角度大幅度提高；同时凹槽内倾斜的内侧壁极板与器件极板之间的间距增加程度较小，有利于获得较大的静电驱动力；随着逐步偏转，两极板平均间距不断减小，进一步提高了驱动力。因此，本发明在一定程度上解决了静电驱动的可动结构的驱动力和偏转角度相互制约的问题。技术研发人员：王喆垚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