微机电装置及其压电复合叠层的制作方法

本发明关于微机电(micro electro mechanical system,mems)装置的，特别是关于微机电装置及其压电复合叠层。

背景技术：

1、微机电(mems)装置是整合机械和电性组件，以感测物理量、和/或与周围环境交互作用的微型装置。此微型装置包含电子和机械功能，且基于一些效应而操作，例如电磁、电致伸缩(electrostrictive)、热电(thermoelectric)、压电(piezoelectric)或压阻(piezoresistive)等效应。因此，mems装置常被应用于微电子产品，例如压电式微机械超声波换能器(piezoelectric micromachined ultrasonic transducer,pmut)、加速度计(accelerometer)、陀螺仪(gyroscope)、定时器、声波滤波器(acoustic filter)等。

2、现有的压电式微机械超声波换能器(pmut)通常是由均质的压电材料和电极组成的膜片制成，在pmut的操作过程中，通过振动膜片所产生的超声波会从pmut传送到物体，然后在撞击物体后产生的反射波可以被pmut检测。然而，采用均质的压电材料组成的膜片所制成的pmut其灵敏度较低，因此，业界亟需能够提高pmut的灵敏度的技术。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的一些实施例提供微机电(mems)装置及其压电复合叠层，以提高微机电装置的灵敏度。本发明的微机电装置包括用于制造微机电结构的压电复合叠层，此压电复合叠层包括两个具有较高压电系数的外侧压电层，将具有较低压电系数的内侧压电层夹在中间，具有较高压电系数的外侧压电层可以在压电复合叠层的顶面和底面产生更多的电荷，从而提高微机电装置的灵敏度。

2、根据本发明的一实施例，提供了一种微机电装置，其包括具有空腔的基底，以及设置在空腔上且附着于基底的微机电结构。此微机电结构包括至少一具有第一压电系数的第一压电层，以及两个第二压电层，分别设置在第一压电层的下方和上方，其中每个第二压电层具有高于第一压电系数的第二压电系数。此外，微机电结构还包括第一电极层和第二电极层，将这两个第二压电层夹在中间。

3、根据本发明的一实施例，提供一种微机电装置的压电复合叠层，其包括至少一压电膜层和多个电极层，其中压电膜层的数量为整数n，电极层的数量为n+1，多个电极层中的两个电极层将压电膜层的其中之一夹在中间。每个压电膜层包括具有第一压电系数的较低压电系数层，以及至少一较高压电系数层，与较低压电系数层堆叠在一起，且较高压电系数层具有高于第一压电系数的第二压电系数。

4、为了让本发明的特征明显易懂，下文特举出实施例，并配合附图，作详细说明如下。

技术特征：

1.一种微机电装置，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构对称于所述至少一第一压电层的中间的水平面。

3.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述至少一第一压电层的厚度大于每个所述第二压电层的厚度。

4.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述至少一第一压电层包括两个第一压电层，设置在所述两个第二压电层之间，具有低于所述第二压电系数的平均压电系数，且所述微机电结构还包括一第三电极层，设置在所述两个第一压电层之间。

5.如权利要求4所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构对称于所述第三电极层。

6.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构还包括：

7.如权利要求6所述的微机电装置，其特征在于，所述至少一第一压电层和所述两个第三压电层的组成包括氮化铝、氧化锌或氮化镓，所述两个第二压电层和所述两个第四压电层的组成包括锆钛酸铅，或掺杂有一掺质的氮化铝、氧化锌或氮化镓，其中所述掺质包括钪、钇、钛、铬、镁或铪。

8.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构还包括：

9.如权利要求1所述的微机电装置，其特征在于，所述微机电结构具有一截断部，贯穿所述微机电结构，且设置于所述空腔上方，且所述微机电结构包括一悬臂或一悬置膜片，位于所述空腔上方。

10.如权利要求9所述的微机电装置，其特征在于，还包括一牺牲层，设置在所述基底和所述微机电结构之间，其中所述牺牲层具有一开口，连接到所述截断部和所述空腔。

11.一种微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，包括：

12.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，整数n等于2a，a为大于零的整数，所述压电复合叠层的所述较低压电系数层的数量为整数i，其等于n，所述压电复合叠层的所述至少一较高压电系数层的数量为整数j，其等于n。

13.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，整数n等于2a-1，a为大于零的整数，所述压电复合叠层的所述较低压电系数层的数量为整数i，其等于n，所述压电复合叠层的所述至少一较高压电系数层的数量为整数j，其等于n+1。

14.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，整数n为1，且所述压电膜包括两个较高压电系数层，分别堆叠在所述较低压电系数层的上方和下方。

15.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，整数n为2，所述压电复合叠层包括一上方的压电膜和一下方的压电膜，其中所述上方的压电膜包括一第(2-2)较高压电系数层，堆叠在一第(2-1)较低压电系数层上方，所述下方的压电膜包括一第(1-2)较高压电系数层，堆叠在一第(1-1)较低压电系数层下方，且所述复数个电极层的其中之一电极层设置在所述上方的压电膜和所述下方的压电膜之间，所述第(2-2)较高压电系数层和所述第(1-2)较高压电系数层具有所述第二压电系数，所述第(2-1)较低压电系数层和所述第(1-1)较低压电系数层具有所述第一压电系数。

16.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，整数n为3，所述压电复合叠层包括一上方的压电膜、一中间的压电膜和一下方的压电膜，其中所述上方的压电膜包括一第(2-2)较高压电系数层，堆叠在一第(2-1)较低压电系数层上方，所述中间的压电膜包括两个第(3-2)较高压电系数层，将一第(3-1)较低压电系数层夹在中间，所述下方的压电膜包括一第(1-2)较高压电系数层，堆叠在一第(1-1)较低压电系数层下方，所述复数个电极层中的两个电极层将所述中间的压电膜夹在中间，所述第(3-2)较高压电系数层、所述第(2-2)较高压电系数层和所述第(1-2)较高压电系数层具有所述第二压电系数，所述第(3-1)较低压电系数层、所述第(2-1)较低压电系数层和所述第(1-1)较低的压电系数层具有所述第一压电系数。

17.如权利要求16所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，所述中间的压电膜的总厚度不同于所述上方的压电膜的总厚度和所述下方的压电膜的总厚度。

18.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，每个所述压电膜中的所述至少一较高压电系数层的总厚度小于每个所述压电膜的总厚度的50％。

19.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，其对称于所述压电复合叠层的中间的水平面。

20.如权利要求11所述的微机电装置的压电复合叠层，其特征在于，所述较低压电系数层的组成包括氮化铝、氧化锌或氮化镓，所述较高压电系数层的组成包括锆钛酸铅或掺杂有一掺质的氮化铝、氧化锌或氮化镓，其中所述掺质包括钪、钇、钛、铬、镁或铪。

技术总结一种微机电(MEMS)装置，包含具有空腔的基底，以及设置在空腔上且附着于基底的微机电结构。微机电结构包含至少一第一压电层，具有第一压电系数，以及两个第二压电层，分别设置在第一压电层的下方和上方，其中每个第二压电层具有高于第一压电系数的第二压电系数。此外，微机电结构还包含第一电极层和第二电极层，将两个第二压电层夹在中间。技术研发人员：夏佳杰,贝维塔·卡卢帕塔林卡尔·钱德兰,兰加纳坦·纳加拉佳,拉玛奇德拉玛尔斯·彼拉迪·叶蕾哈卡受保护的技术使用者：世界先进积体电路股份有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27