国家“863”项目“新型双稳态电热微驱动器与微继电器研究”、国家自然科学基金支助

摘要：

在各种微驱动机制中，电热微驱动器具有驱动电压低、输出力矩大、尺寸效应不太显著、体积功率密度高的优点，是一种适合微尺度结构的驱动机制，相同尺度下体积功率密度显著高于静电和电磁驱动，但是热驱动的功耗大。本课题研究开发了一种新型双稳态电热微驱动器和继电器，通过电热驱动与永磁双稳态机制有机结合来实现高效能双稳态热驱动，并且实现了原型器件的加工制作，实现了双稳态的切换以及热驱动器和继电器的联动作用，降低了功耗，提高了响应时间。

项目成果：

通过该项目的实施，首次实现了热驱动与永磁稳态技术的有机结合，能产生高性能的新型电热微驱动器和新型MEMS继电器。驱动机构与稳态保持机构既能够联动操控，又可以相互分离的创新设计。改变了稳态机构必须与驱动机构完整一体化的一般定式，降低了复合机构的设计和集成制造的难度。同时开发了相应的单项微加工工艺（双稳态机构和热驱动器）以及双稳态微继电器的集成制造流程，尤其是在利用金属牺牲层技术制备多层悬空结构方面取得了重大突破，为MEMS微细加工技术制作复杂的三维非硅微结构提供了更广阔的途径。双稳态热驱动器及继电器的扫描电镜照片及器件光学照片如图所示。该课题的成果在Journal of Micromechanics and Microengineering等国际著名期刊上发表文章20余篇，其中SCI收录10篇，EI收录5篇，申请发明专利8项，其中获得授权专利4项。

相关图片：

发表的部分代表文章

♦1. Congchun Zhang, Chunsheng Yang，Guifu Ding，Effects of aging on the characteristics of TiNiPd shape memory alloy thin films，Materials Characterization, 5 9 ( 2 0 0 8 ) 9 5 7 – 9 6 0

♦2. 张小波，吴义伯，王亚攀，张丛春，丁桂甫. “一种非硅微加工技术制作的电热微驱动器”，《传感器与微系统》， 2009，Vol.28,No.8, pp: 118-120

♦3. 吴义伯，张小波，张丛春*，丁桂甫，“一种金属基聚合物电热微驱动器的设计与仿真”,《系统仿真学报》,2010,Vol 7

♦4. 王亚攀 张丛春 吴义伯 张小波 杨春生，Si／TiNi双层结构SMA电热驱动器的仿真和制造，《微纳电子技术》，2010,Vol.2, pp:93-98

♦5. Yibo Wu, Congchun Zhang, Hong Wang,Guifu Ding，Torsion/cantilever-based MEMS bistable mechanisms with different support configurations: structure design and comparison，Journal of Micromechanics and Microengineering，2011,vol.21,no.4, 045007(14pp)

♦6. Yibo Wu, Guifu Ding, Hong Wang, Cong Chun Zhang，EFFICIENT SOLUTION TO SELECTIVE WET ETCHING OF ULTRA-THICK COPPER， Proceeding of 2011 16th International Solid-State Sensors, Actuators and Microsystems Conference, TRANSDUCERS'11,Beijing, China，2011, pp.1388-1391

♦7. Yibo Wu, Congchun Zhang and Guifu Ding. Vertically bidirectional bistable microrelay with magnetostatic and thermal actuations. In Proc. 23rd IEEE Int. Workshop on Micro Electro Mechanical Systems  (MEMS2010), Hongkong, Jan.24-28, 2010.

♦8. Juan Wang, Yi bo Wu, Shi Fu, and Cong chun Zhang, “Design optimization of Polymeric Out-of-plane Electro-thermal Actuator ”, In Proc. 5th IEEE Int. Conf. Nano/Micro Eng. Molecular Syst., Xiamen, China, Jan., 2010.

♦9. Yibo Wu, Guifu Ding, C.C. Zhang* ,J. Wang, Shengping Mao，Hong Wang. Design and implementation of a bistable microcantilever actuator for magnetostatic latching relay. Microelectronics J，2010，vol 4，pp：325-330

♦10. Xiaobo Zhang, Yibo wu, Xiaodan Miao, Congchun Zhang*, and Guifu Ding, An Electro-thermal SU-8 Cantilever Micro Actuator based on Bimorph Effect. In Proc. 5th IEEE Int. Conf. Nano/Micro Eng. Molecular Syst., Xiamen, China, Jan., 2010.

♦11. Y.B. Wu, G.F. Ding, J. Wang, C.C. Zhang *, H. Wang， Fabrication of Low-Stress Low-Stiffness Leveraged Cantilever Beam for Bistable Mechanism. Microelectronic Engineering, 2010，41：325－330

♦12. Zhang, CC (Zhang, C. C.); Shi, JC (Shi, J. C.); Yang, CS (Yang, C. S.)1; Ding, GF (Ding, G. F.)，Preparation of (100)-oriented LaNiO(3) on Si for the textured Ba(0.5)Sr(0.5)TiO(3) thin films，APPLIED SURFACE SCIENCE，2008：卷: 255 期: 5 页: 2773-2776

♦13. Zhang, CC (Zhang, Congchun)1; Hou, J (Hou, Jie)1; Rao, R (Rao, Rui)2; Yang, CS (Yang, Chunsheng)1; Ding, GF (Ding, Guifu)1，Effects of process parameters on the LaNiO3 thin films deposited by radio-frequency magnetron sputtering，THIN SOLID FILMS，2009：卷: 517   期: 24   页: 6837-6840

  申请专利：

1.   在硅通孔表面生长阻挡层与种子层的方法，ZL 201010613156.9, 2010

2.   反应离子深刻蚀加工微结构的侧壁钝化方法, ZL 100480168C, 2009,

3.   全局互连铜镂空结构的制造方法, ZL200710040469.8, 2010

4.   多种聚合物复合材料电热微驱动器,  ZL200910046341.1, 2010 

5.   基于电热电磁驱动的双向双稳态微驱动器, ZL 200910049872.6, 2011

6.   带有延伸臂的U型柔性梁复合材料电热微驱动器,  ZL200910046098.3, 2011,

       7.   弧形MEMS柔顺双稳态机构, ZL200910307841.6, 2011, 中国, 第五,