探讨压电MEMS微执行器技术现在及发展趋势

探讨压电MEMS微执行器技术现在及发展趋势

压电MEMS通过单片即可实现微执行、能量收集、传感和无线通信，是应用潜力巨大的热点技术。压电MEMS微执行器能够精确、自主地执行复杂动作如直线、旋转、加速度、钳动等，以此完成对极微小器件与结构的纳米尺度精确操作。因此，压电MEMS微执行器不但能够满足集成微系统（IMS）对自测试性、微定位性和片上操控性的严苛要求，同时能够满足集成微系统对输出力矩/体积效能比、响应速度、分辨率、功耗、集成度方面的需求。

2015年开始，以集成微系统任务需求为牵引，通过问题定位、技术分解，确立了基于PZT 材料的MEMS微执行器研究，目前取得的研究进展包括以下几个方面：压电MEMS 多自由度微振动台技术、MEMS惯性传感器自标定技术、MEMS压电微马达技术与PZT材料与微执行器长期稳定性研究。

1 压电MEMS多自由度微振动台技术

压电MEMS微执行器的设计难点包括了大位移与低驱动电压之间的制约、驱动负载功率与执行器薄型化之间的制约、不可避免的工艺误差带来的性能退化。针对上述性能提升难点，在不断的摸索过程中形成和发展了位移放大机构设计、叠加模态去耦设计、负载带宽优化等相关技术。同时，根据多轮次的流片与设计、版图相互调整的摸索经验，完成压电多自由度微振动台数学模型研究，建立工艺参数与器件性能的映射关系，同时结合器件设计优化，实现器件设计与工艺制备的协同优化，获得压电微执行器稳定工艺流程与优异器件性能。

如图1所示，制得的多自由度微振动台芯片，在位移/电压、执行器厚度方面处于国际领先水平。而微执行器薄型化、低电压、位移等指标的进步对于后续集成和应用具备重要意义。指标对比见表1。

图1 (a)不同结构微振动台与(b)动态测试结果

表1 微振动台性能参数及对比