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基于激光/微笔直写的静电驱动可变电容制备技术研究

胡昆仑  
【摘要】: 在射频领域,射频微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)可变电容拥有广阔的发展前景,近些年来得到国内外众多MEMS科研机构的广泛重视。激光微熔覆技术和微笔直写沉积技术因柔性化程度高而成为MEMS微制造领域重要的新型微加工制造技术。 在国家“863”高技术发展研究计划项目的资助下,本课题设计并制造了一种上极板可动,下极板固定的静电驱动RF MEMS可变电容。其上极板结构层和下极板与底层电极材料为Au导体浆料,牺牲层材料为聚酰亚胺(PI),基片材料为石英玻璃。利用本实验室自主研发的多功能直写微制造基础工艺实验平台,底层Au电极和外围电路使用激光微熔覆技术制备,上极板Au结构层和PI牺牲层使用微笔直写技术制备得到,然后使用氧等离子干法刻蚀PI牺牲层,即制得静电驱动可变电容。 文中讨论了微笔沉积直写加工工艺制造MEMS静电驱动可变电容的工艺流程和加工过程。其中,激光功率密度和扫描速度是激光微熔覆技术最重要的两个工艺参数,它们严重影响着微熔覆层的线宽,膜层形貌及其导电性能,文中作了详细的研究。结果表明,随着激光功率密度减小和扫描速度增大,微熔覆层的线宽会减小,而微熔覆层的方阻则会增大,也即膜层的导电性能变差。而且功率密度和扫描速度都存在着一个极限范围,超出此范围难以得到质量较好的微熔覆层导线。 文中还对所制造的可变电容的绝对电容量、压控特性以及质量因子进行了性能测试与分析。结果表明,当驱动电压从0V增至38V时,该平行板式静电驱动可变电容的电容量从0.1705pF增加到0.1919pF,调节范围为12.55%,在1GHz下Q值为20。并从材料、工艺和结构等方面对该性能进行了分析,给出了改进意见。 通过本文的研究,为静电驱动可变电容的制备提供了一种新途径,并为具有自主知识产权的激光-微笔直写集成制造工艺走向MEMS领域奠定了一定的基础。


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