聚合物基(SU-8)面外運(yùn)動(dòng)電熱微驅(qū)動(dòng)器.pdf

1、很多MEMS器件中都要用到電熱微驅(qū)動(dòng)器，電熱微驅(qū)動(dòng)的工作原理通常是：利用電阻發(fā)熱使溫度升高隨后產(chǎn)生熱膨脹，產(chǎn)生的輸出力和輸出位移來起到驅(qū)動(dòng)作用。這些驅(qū)動(dòng)器可以分為面外運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器和面內(nèi)運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，這一課題已被廣泛研究。 面外運(yùn)動(dòng)電熱微驅(qū)動(dòng)器通常運(yùn)用的使雙壓電晶圓片效果來產(chǎn)生面外運(yùn)動(dòng)。通常為一雙層結(jié)構(gòu)，組成雙層結(jié)構(gòu)的兩種材料的熱膨脹系數(shù)彼此不同。當(dāng)結(jié)構(gòu)升溫時(shí)，驅(qū)動(dòng)器由于雙層結(jié)構(gòu)熱膨脹程度的不同而彎曲。這一雙層結(jié)構(gòu)還可以被拓展為三層或

2、多層結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。多用金屬材料，如Cu，Al，Ni，Au或者半導(dǎo)體材料Si，SiO2，Si3N4等作為結(jié)構(gòu)材料。聚合物材料如SU-8光刻膠也被用作器件的結(jié)構(gòu)材料。 我們工作的基本思想是：運(yùn)用聚合物SU-8和金屬Ni作為驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)材料來制備面外運(yùn)動(dòng)電熱微驅(qū)動(dòng)器。由于聚合物SU-8的楊氏模量很小，硬度不大，難以產(chǎn)生與金屬和半導(dǎo)體材料相當(dāng)?shù)妮敵隽?，為了彌補(bǔ)這一缺陷，我們?cè)O(shè)計(jì)了特殊的聚合物基包裹鎳電阻絲的結(jié)構(gòu)來彌補(bǔ)這一缺陷，同時(shí)又能很好

3、地保持運(yùn)用聚合物SU-8作為結(jié)構(gòu)材料的優(yōu)點(diǎn)：使工作溫度降低，產(chǎn)生較大的輸出位移，結(jié)構(gòu)中不會(huì)存在內(nèi)應(yīng)力，同時(shí)可以大批量生產(chǎn)，工藝實(shí)現(xiàn)較簡單，比起文獻(xiàn)中用DRIE（深反應(yīng)離子刻蝕）來制備驅(qū)動(dòng)器的工藝方法成本較低，能量利用率較高，能耗低。 本論文介紹了一種新型的面外運(yùn)動(dòng)聚合物基電熱微驅(qū)動(dòng)器。這一驅(qū)動(dòng)器包含了雙層結(jié)構(gòu)，下層為聚合物SU-8包裹彎曲的Ni致熱電阻絲形成的三明治結(jié)構(gòu)，上層為Ni牽制層。驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)為對(duì)稱的。本論文討論了它的結(jié)構(gòu)