针对体硅的加工应用, 开展皮秒紫外激光三维刻蚀单晶硅工艺研究。通过工艺实验, 得出在激光脉冲能量6 μJ, 固定XY点间距4 μm, 在单晶硅上刻蚀600 μm×600 μm方槽, 单次去除的深度在1 μm, 单次加工用时0.5 s, 加工的侧壁在14°, 可以获得较好的200 μm深度的三维结构。 皮秒紫外激光体硅加工在工艺流程上更为简洁, 加工效率高, 对环境污染小, 设备成本小。

提出了一种采用垂直梳齿驱动器驱动的大尺寸、大扭转角度、低驱动电压微光机电系统(MOEMS)扫描镜。理论分析了垂直梳齿驱动器的工作原理, 研究了垂直梳齿的制作工艺, 采用体硅加工工艺结合硅-硅键合工艺制作了垂直梳齿驱动的MOEMS扫描镜。制作的扫描镜镜面尺寸为3 mm×2 mm, 谐振频率为1.32 kHz。测试表明,该扫描镜镜面具有很好的光学表面, 其表面粗糙度的均方根只有8.64 nm; 扫描镜在驱动电压为95 V时可以实现最大2.4°的扭转角度; 测得其开启时的响应时间为1.887 ms, 关断时的响应时间为4.418 ms。

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制出了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度微型定位平台,定位平台采用侧向平动静电梳齿驱动。利用力电耦合和能量守恒原理分析了静电致动器的致动机理,对定位平台的主要失效模型、静态和动态特性进行详细建模分析,证明了静电梳齿力电耦合所导致的侧壁不稳定以及驱动器的最大稳定输出位移,给出了平台稳定工作条件下梳齿间隙、梳齿初始交错长度以及复合柔性支撑梁的弹性刚度比之间的关系。动态分析时考虑空气阻尼对平台的影响,给出了平台最大运行速度、位移及动态条件下的临界驱动电压并把分析结果应用于平台闭环控制。实验结果表明:驱动电压30 V时,平台稳定输出位移达10 μm,机械稳定时间仅为2.5 ms。

针对纳米定位平台的构型和定位精度问题,采用体硅加工技术成功地研制了一种基于单晶硅并带有位移检测功能的新型二自由度纳米级定位平台.介绍了定位平台的相关制作工艺,并对关键工艺进行了分析,总结了导致器件失效的主要原因,探讨了减少失效的方法.同时,提出了一种可行的面内侧面压阻加工方法.通过对深度反应离子刻蚀(DRIE)工艺参数的调整,成功地刻蚀出大尺寸、大深宽比的结构释放窗口,释放了最小线宽为2.5 μm,厚度为50μm的梳齿结构.

基于MEMS技术体硅工艺,提出一种新型大有效面积的连续变形反射镜的设计制造方法.依工艺流程中的实际情况与结果,分析了在制造过程中遇到的大面积腔体深腐蚀中凸角腐蚀和键合中小空隙粘合等关键问题,设计实施了T形补偿角、延长驱动线等解决方案.用此方法制造出有效反射面积30mm(30mm,最大变形量1.2μm,49驱动电极的新型变形反射镜.10-200V电压范围内得到的该变形反射镜镜面变形数据与模拟结果具有很好的一致性.

介绍了一种基于体硅工艺的大尺寸、大深宽比梳状静电致动微夹持器的制作工艺.对微夹持器制作中的关键工艺进行分析,重点分析ICP蚀刻工艺的蚀刻时间对结构的影响,总结导致器件失效的原因,探讨了减少失效的方法.加工过程中采用分步加工的办法控制蚀刻时间,成功的释放了宽6 μm,厚60 μm,等效长度达5 470 μm的悬臂梁型微夹持臂.研制出一种良好性能的具有S形柔性结构夹持臂的梳状静电致动微夹持器.