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一种金属钼基微继电器及其制备方法
申请号	CN201510163239.5	申请日	2015-04-08	公开(公告)号	CN106158512A	公开(公告)日	2016-11-23
申请人	北京大学;			发明人	徐纯纯; 陈兢; 张轶铭; 宋璐; 陈献;
摘要	本发明涉及一种金属钼基微继电器及其制备方法。该金属钼基微继电器，包括作为弹性回复结构的单端固支悬臂梁，连接该单端固支悬臂梁的静电驱动梳齿结构，以及靠近该单端固支悬臂梁一端的触头，所述单端固支悬臂梁、梳齿结构和触头的材料为金属钼。本发明首次以金属钼作为体材料设计静电驱动微继电器，不仅能很好的解决接触电阻问题，还可以减小系统失效。金属钼基微继电器具有很高的可靠性，可广泛应用于消费类电子、医疗保健、汽车工业、工业自动化及机器人、航空航天、以及物联网领域等。
权利要求	1.一种金属钼基微继电器，其特征在于，包括作为弹性回复结构的单端固支悬臂梁，连接该单端固支悬臂梁的静电驱动梳齿结构，以及靠近该单端固支悬臂梁一端的触头，所述单端固支悬臂梁、梳齿结构和触头的材料为金属钼。 2.如权利要求1所述的金属钼基微继电器，其特征在于：所述单端固支悬臂梁、梳齿结构和触头通过采用ICP深刻蚀方法对钼材料进行刻蚀成形。 3.如权利要求1所述的金属钼基微继电器，其特征在于：所述触头与所述单端固支悬臂梁的接触为点-面接触。 4.如权利要求1所述的金属钼基微继电器，其特征在于：所述单端固支悬臂梁的长度为500～2000μm，所述梳齿结构的梳齿间距为3μm～7μm。 5.一种制备权利要求1所述金属钼基微继电器的方法，其特征在于，包括如下步骤： 1)在金属钼衬底上旋涂键合胶； 2)将衬底与用于形成微继电器结构的金属钼片进行键合； 3)在键合后的金属钼片表面沉积硬掩膜层； 4)在硬掩膜层上旋涂光刻胶，进行光刻图形定义； 5)以光刻胶为掩膜对硬掩膜层进行干法刻蚀，实现图形转移； 6)以硬掩膜层为掩膜进行金属钼的ICP深刻蚀； 7)对刻蚀后的器件进行结构释放，得到金属钼基微继电器。 6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：步骤2)所述硬掩膜层的材质为铝、镍或二氧化硅，硬掩膜层的厚度优选为0.5μm～2μm。 7.如权利要求6所述的方法，其特征在于：采用溅射或者蒸发方式沉积所述硬掩膜层。
说明书全文	一种金属钼基微继电器及其制备方法技术领域 [0001] 本发明属于继电器技术领域，具体涉及一种金属钼基微继电器及其制备方法，能够很好地解决接触电阻问题，提高微继电器的可靠性。背景技术 [0002] 继电器是切换电路接通与断开状态的一种自动控制元件，功能主要有扩大控制范围、放大灵敏度、遥控和监测信号等，广泛应用于通讯、计算机、汽车、工业控制、家用电器等电控系统中，是电路控制系统必不可少的基础元件之一。在航空航天器、军事装备等设备中，也根据需要使用各种规格的继电器，这种场合对它们的要求除了闭合时电流大、接触阻抗小、漏电流小外，有时还要求其重量轻、体积小、寿命长、响应速度快、可靠性高等。 [0003] 传统微继电器使用硅做为结构材料，金属做为接触部分，存在加工工艺复杂和可靠性低等问题。由于使用硅等材料做为结构材料，材料本身导电性能不佳，所以需要在接触面额外形成一层金属，比如采用局部电镀、溅射、蒸发，或使用Shadow Mask等特殊工艺，但都增加了工艺的复杂性，而且长时间工作可能将导致接触失效，包括接触点融合造成的无法关断和接触退化造成的接触电阻激增甚至绝缘，在传输大电流时，失效问题尤其严重。另外，硅等材料本身的固有缺点，使得其无法在高温、大冲击高过载、腐蚀性等恶劣环境中广泛应用。发明内容 [0004] 本发明针对上述问题，提供一种金属钼基微继电器及其制备方法，金属钼具有较低的电阻率、较高的杨氏模量以及较高的熔点等优良特性，使用金属钼制作微继电器具有诸多优点：闭合时电流大、接触阻抗小、漏电流小、体积小、寿命长、可靠性高等优点。 [0005] 本发明采用的技术方案如下： [0006] 一种金属钼基微继电器，包括作为弹性回复结构的单端固支悬臂梁，连接该单端固支悬臂梁的静电驱动梳齿结构，以及靠近该单端固支悬臂梁一端的触头，所述单端固支悬臂梁、梳齿结构和触头的材料为金属钼。即本发明的整个微继电器结构都用金属钼实现。 [0007] 进一步地，所述单端固支悬臂梁、梳齿结构和触头通过采用ICP深刻蚀方法对钼材料进行刻蚀成形。 [0008] 进一步地，所述触头与所述单端固支悬臂梁的接触为点-面接触。 [0009] 进一步地，所述单端固支悬臂梁的长度为500～2000μm，所述梳齿结构的梳齿间距为3μm～7μm。 [0010] 一种制备上述金属钼基微继电器的方法，包括如下步骤： [0011] 1)在金属钼衬底上旋涂键合胶； [0012] 2)将衬底与用于形成微继电器结构的金属钼片进行键合； [0013] 3)在键合后的金属钼片表面沉积硬掩膜层； [0014] 4)在硬掩膜层上旋涂光刻胶，进行光刻图形定义； [0015] 5)以光刻胶为掩膜对硬掩膜层进行干法刻蚀，实现图形转移； [0016] 6)以硬掩膜层为掩膜进行金属钼的ICP深刻蚀； [0017] 7)对刻蚀后的器件进行结构释放，得到金属钼基微继电器。 [0018] 进一步地，步骤2)所述硬掩膜层的材质为铝，采用溅射或者蒸发方式进行沉积。 [0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果如下： [0020] 本发明首次以金属钼作为体材料设计静电驱动微继电器，不仅能很好的解决接触电阻问题，还可以减小系统失效。传统微继电器使用硅做为结构材料，金属做为接触部分，本发明则全部使用金属钼材料。与硅等材料相比，金属钼不仅具有很好的导电性，还具有很好的延展性和抗冲击强度，其断裂韧度通常比硅材料高两个数量级，使用金属钼制作可动接触零部件其可靠性更高。同时金属材料ICP深刻蚀技术的成熟也保证了使用金属钼制作微继电器工艺上的可行性。金属钼基微继电器具有很高的可靠性，可广泛应用于消费类电子、医疗保健、汽车工业、工业自动化及机器人、航空航天、以及物联网领域等。附图说明 [0021] 图1是本发明的金属钼基微继电器结构图。 [0022] 图2是悬臂梁长500μm、梳齿间距为3μm的微继电器版图。 [0023] 图3是悬臂梁长500μm、梳齿间距为5μm的微继电器版图。 [0024] 图4是悬臂梁长500μm、梳齿间距为7μm的微继电器版图。 [0025] 图5是悬臂梁长1000μm、梳齿间距为3μm的微继电器版图。 [0026] 图6是悬臂梁长1000μm、梳齿间距为5μm的微继电器版图。 [0027] 图7是悬臂梁长1000μm、梳齿间距为7μm的微继电器版图。 [0028] 图8是悬臂梁长1500μm、梳齿间距为3μm的微继电器版图。 [0029] 图9是悬臂梁长1500μm、梳齿间距为5μm的微继电器版图。 [0030] 图10是悬臂梁长1500μm、梳齿间距为7μm的微继电器版图。 [0031] 图11是悬臂梁长2000μm、梳齿间距为3μm的微继电器版图。 [0032] 图12是悬臂梁长2000μm、梳齿间距为5μm的微继电器版图。 [0033] 图13是悬臂梁长2000μm、梳齿间距为7μm的微继电器版图。 [0034] 图14是金属钼基微继电器的制备工艺流程图。具体实施方式 [0035] 下面通过具体实施例和附图，对本发明做进一步说明。 [0036] 本实施例的金属钼基微继电器采用典型的横向驱动方式，如图1所示。以单端固支悬臂梁做弹性回复结构，接触部分采用了点-面接触的方案。已有厚度为30微米的钼片，考虑到钼片的横向钻蚀(1:4)，悬臂梁以及梳齿结构适当放宽，在设计的版图中，悬臂梁以及梳齿的宽度均为14.5微米，悬臂梁的长度设计4组，分别为500μm、1000μm、1500μm、2000μm，梳齿间距分别取3μm、5μm、7μm。这样一共设计出12种金属钼微继电器版图，如图2～图13所示。 [0037] 图14给出了制备金属钼微继电器的工艺流程图，对各步骤说明如下： [0038] 1、备片：准备30微米厚金属钼片与实验常用金属钼片，其中实验常用金属钼片作为衬底。清洗钼片。 [0039] 2、匀胶：在金属钼片衬底上旋涂键合胶，如图14中(a)图所示。键合胶可以使用waferbond键合胶等。 [0040] 3、键合：将金属钼片衬底与30微米厚的钼片进行键合，如图14中(b)图所示。可以采用圆片键合等方法对钼片进行键合。 [0041] 4、沉积掩膜层：在键合后的钼片表面沉积一层铝作为掩膜层，采用溅射或者蒸发方式，如图14中(c)图所示。除铝外，本发明也可以采用镍、二氧化硅等材料的掩膜层。掩膜层的厚度优选为0.5μm～2μm。 [0042] 5、旋涂光刻胶：旋涂一层光刻胶，进行光刻图形定义，如图14中(d)图和(e)图所示。 [0043] 6、铝刻蚀：以光刻胶为掩膜对铝膜进行干法刻蚀，进行图形转移，如图14中(f)图所示。然后去掉光刻胶。 [0044] 7、钼刻蚀：以铝为掩膜进行金属钼的ICP(感应耦合等离子体)深刻蚀，如图14中(g)图所示。 [0045] 8、结构释放：对刻蚀后的器件进行结构释放，如图14中(h)图所示，得到微继电器。 [0046] 以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，本领域的普通技术人员可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明的精神和范围，本发明的保护范围应以权利要求书所述为准。

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