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、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电极，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，可动结构层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，包括顺序配置的可动结构层、衬底和电连接层；所述可动结构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可动结构层电连接；其中，所述可动结构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，所述衬底为导电材料，所述内侧壁的表面具有闭合环形的绝缘介质层，所述绝缘介质层竖直贯穿所述衬底形成独立的侧壁柱。

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，所述衬底与所述电连接层之间构造有电导通层，所述电导通层配置为使所述侧壁柱和所述衬底分别与所述电连接层电连接。

8、根据本发明提供的一种电致动器件，所述电导通层包括第二导电柱，所述第二导电柱的一端与所述电连接层连接，所述第二导电柱的另一端分别与所述侧壁柱和所述衬底连接。

9、本发明还提供了一种电致动元件的制造方法，用于形成上述任一实施例中的所述电致动器件，所述制造方法包括以下步骤：

10、提供具有导电性能的单晶硅晶圆作为衬底；

11、在所述衬底的上表面上通过刻蚀工艺加工出具有倾斜内侧壁的凹槽，使得所述凹槽将所述衬底的上表面分割出凸台表面；

12、采用刻蚀工艺在所述内侧壁上刻蚀出闭合环状的盲槽，在闭合环状的盲槽内填充绝缘介质形成绝缘介质层，使得通过所述绝缘介质层围住的侧壁柱与周围的所述衬底相互绝缘；

13、利用减薄工艺，从所述衬底层的下表面减薄所述衬底层，使所述绝缘介质层从所述衬底的下表面暴露出来；

14、采用喷涂方法或干膜光刻胶在所述衬底的表面覆盖光刻胶层，图形化后形成预设图案，以光刻胶为掩膜，利用电镀在衬底表面的预设的位置上制造出第一金属凸点；

15、在所述衬底上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、采用电镀工艺在所述soi晶圆表面构造出第二金属凸点；

18、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；

19、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；

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

21、在所述衬底的下表面利用电镀工艺构造出第三金属凸点，所述第三金属凸点设于所述凸台表面和所述内侧壁对应区域上；

22、提供电连接晶圆作为电连接层；

23、在所述电连接晶圆的表面与所述第三金属凸点相对应的位置上利用电镀构造出第四金属凸点；

24、将所述第四金属凸点与所述第三金属凸点对准进行连接形成第二导电柱；

25、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；

26、利用所述单晶硅平板之间的缝隙刻蚀处理，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。

27、本发明还提供了一种控制器件，包括控制电路，与所述控制电路连接有上述任一实施例中的所述电致动器件。

28、通过上述的实施例，本发明至少具有以下有益效果：

29、本发明提供的一种电致动器件，通过将可动结构层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。使得凹槽为可动结构层的偏转提供了自由空间，使可动结构层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层之间的间距增加程度较小，有利于获得较大的静电驱动力；并且随着可动结构层的偏转，可动结构层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层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，所述衬底为导电材料，所述内侧壁的表面具有闭合环形的绝缘介质层，所述绝缘介质层竖直贯穿所述衬底形成独立的侧壁柱。

3.根据权利要求2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，所述衬底与所述电连接层之间构造有电导通层，所述电导通层配置为使所述侧壁柱和所述衬底分别与所述电连接层电连接。

7.根据权利要求6所述的电致动器件，其特征在于，所述电导通层包括第二导电柱，所述第二导电柱的一端与所述电连接层连接，所述第二导电柱的另一端分别与所述侧壁柱和所述衬底连接。

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

9.一种控制器件，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1-7任一项所述的电致动器件。

技术总结本发明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；可动结构层被悬置于衬底上方，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可动结构层电连接；可动结构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；且随着可动结构层的偏转，两极板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：2024/1/15