碳納米管mems開關(guān)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電子產(chǎn)品領(lǐng)域，具體而言，本發(fā)明涉及碳納米管MEMS開關(guān)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))開關(guān)的電極材料一般要求導(dǎo)電性能好，熔點(diǎn)高，硬度好。Au因?yàn)榫哂须娮杪实?，不易氧化的特性而被廣泛用作MEMS電極材料，目前已有的開關(guān)基本上采用Au或者是Au的合金，而Au在100°C時(shí)易因軟化而導(dǎo)致開關(guān)熱失效。另外，開關(guān)上下電極接觸面從微觀來(lái)講凹凸不平，二者之間形成的導(dǎo)電斑點(diǎn)更少，使得接觸電阻增大，因此使得MEMS開關(guān)的功率容量和壽命明顯降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出一種有效制備碳納米管MEMS開關(guān)的方法以及利用該方法制備得到的碳納米管MEMS開關(guān)。
[0004]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種制備碳納米管MEMS開關(guān)的方法，包括:
[0005](I)在硅基板的上表面上垂直生長(zhǎng)碳納米管；
[0006](2)在生長(zhǎng)有碳納米管的硅基板的一面以及碳納米管上濺射金；
[0007](3)對(duì)濺射后的金的表面進(jìn)行電鍍金，以便形成金層；
[0008](4)對(duì)所述金層進(jìn)行圖形化和拋光磨平；
[0009](5)將經(jīng)過(guò)所述拋光磨平后的金層與金屬電極對(duì)準(zhǔn)鍵合；
[0010](6)除去硅基板；
[0011](7)在除去硅基板后裸露出的碳納米管的一端上生長(zhǎng)一層氧化硅保護(hù)層；
[0012](8)在除去硅基板后裸露出的金層上形成施加下拉力的電極，并在所述電極的表面形成氮化硅層；以及
[0013](9)除去碳納米管的一端上的氧化硅保護(hù)層。
[0014]利用上述方法可以制備得到以碳納米管為接觸觸點(diǎn)的MEMS開關(guān)。由此，可以利用碳納米管優(yōu)異的電熱特性及柔韌性，增大開關(guān)的導(dǎo)電斑點(diǎn)數(shù)，降低開關(guān)的接觸電阻，提高開關(guān)壽命及功率容量。本發(fā)明的上述方法制備得到的碳納米管MEMS開關(guān)產(chǎn)品可靠性高。
[0015]另外，根據(jù)本發(fā)明上述實(shí)施例的制備碳納米管MEMS開關(guān)的方法還可以具有如下附加的技術(shù)特征:
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(I)中，進(jìn)一步包括:
[0017]預(yù)先在所述硅基板上形成氧化硅層和金屬鉻層。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(I)中，以二甲苯作為碳源、二茂鐵作為催化劑在所述硅基板上垂直生長(zhǎng)出所述碳納米管，所述碳納米管為多壁碳納米管。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述碳納米管的高度為1-3微米。
[0020]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述在步驟(I)中，在硅基板上垂直生長(zhǎng)碳納米管是在780攝氏度的條件下進(jìn)行的。
[0021]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在步驟(6)中，除去硅基板按照下列步驟進(jìn)行:
[0022]在鍵合后的形成的整體結(jié)構(gòu)的外表面的預(yù)保護(hù)區(qū)域上涂敷密封膠，以便形成密封膠層；
[0023]在所述密封膠的表面涂敷黑膠，以便形成黑膠層；
[0024]將黑膠層進(jìn)行高溫固化，以便在所述預(yù)保護(hù)區(qū)域上形成復(fù)合保護(hù)層；
[0025]利用刻蝕溶液對(duì)表面形成所述復(fù)合保護(hù)層后的硅基板進(jìn)行深刻蝕，以便將所述硅基板刻蝕掉；以及
[0026]除去所述復(fù)合保護(hù)層，以便完成所述除去硅基板并將所述碳納米管轉(zhuǎn)移到所述金屬電極上。
[0027]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述預(yù)保護(hù)區(qū)域?yàn)殒I合后的形成的整體結(jié)構(gòu)的正面的一部分、反面和側(cè)面，所述正面為硅基板的下表面。
[0028]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述密封膠層的厚度為11-12微米，所述黑膠層的厚度為0.5-1.5微米，所述復(fù)合保護(hù)層的厚度為13微米。
[0029]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，所述高溫固化是在120攝氏度下烘烤2小時(shí)完成。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明提出了一種碳納米管MEMS開關(guān)，所述開關(guān)由前面所述的制備碳納米管MEMS開關(guān)的方法制備得到。由此該碳納米管MEMS開關(guān)以碳納米管為接觸觸點(diǎn)，進(jìn)而可以利用碳納米管優(yōu)異的電熱特性及柔韌性，增大開關(guān)的導(dǎo)電斑點(diǎn)數(shù)，降低開關(guān)的接觸電阻，提尚開關(guān)壽命及功率容量。
【附圖說(shuō)明】
[0031]圖1為在硅基板上生長(zhǎng)一層氧化硅11，具體厚度由碳納米管生長(zhǎng)決定。
[0032]圖2為在圖1基礎(chǔ)上生長(zhǎng)金屬鉻12并光刻刻蝕，厚度由最后金屬上碳納米管高度決定。
[0033]圖3為在氧化硅上用CVD法，以二甲苯和二茂鐵分別作為碳源和催化劑，在780°C下生長(zhǎng)l_3um高的碳納米管13。
[0034]圖4為在生長(zhǎng)好的碳納米管上濺射一層金屬種子層14，模擬碳納米管垂直生長(zhǎng)。
[0035]圖5為用電鍍使金屬種子層加厚15。
[0036]圖6為對(duì)電極對(duì)準(zhǔn)后進(jìn)行圖形化，制作開關(guān)底面CPW圖形。
[0037]圖7為將電鍍光刻后的金屬層進(jìn)行CMP拋光磨平。
[0038]圖8為將光刻好的另一基底與碳納米管基底對(duì)準(zhǔn)鍵合。
[0039]圖9為去掉下面的硅基底，氧化硅及金屬鉻，(深硅刻蝕保護(hù)層采用密封膠/黑膠的復(fù)合結(jié)構(gòu))，翻轉(zhuǎn)。
[0040]圖10為給碳納米管長(zhǎng)一層氧化硅19作為保護(hù)層。
[0041]圖11為給施加下拉靜電力的電極上制作一層氮化硅20。
[0042]圖12為去除碳納米管頂端的氧化硅保護(hù)層19。
[0043]圖13為經(jīng)過(guò)保護(hù)后形成復(fù)合保護(hù)層的鍵合后整體結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]下面參考附圖1-13詳細(xì)描述本發(fā)明具體實(shí)施例的制備碳納米管MEMS開關(guān)的方法，該方法包括:
[0045](I)在硅基板的上表面上垂直生長(zhǎng)碳納米管；
[0046](2)在生長(zhǎng)有碳納米管的硅基板的一面以及碳納米管上濺射金；
[0047](3)對(duì)濺射后的金的表面進(jìn)行電鍍金，以便形成金層；
[0048](4)對(duì)所述金層進(jìn)行圖形化和拋光磨平；
[0049](5)將經(jīng)過(guò)所述拋光磨平后的金層與金屬電極對(duì)準(zhǔn)鍵合；
[0050](6)除去硅基板；
[0051](7)在除去硅基板后裸露出的碳納米管的一端上生長(zhǎng)一層氧化硅保護(hù)層；
[0052](8)在除去硅基板后裸露出的金層上形成施加下拉力的電極，并在所述電極的表面形成氮化硅層；以及
[0053](9)除去碳納米管的一端上的氧化硅保護(hù)層。
[0054]利用上述方法可以制備得到以碳納米管為接觸觸點(diǎn)的MEMS開關(guān)。由此，可以利用碳納米管優(yōu)異的電熱特性及柔韌性，增大開關(guān)的導(dǎo)電斑點(diǎn)數(shù)，降低開關(guān)的接觸電阻，提高開關(guān)壽命及功率容量。本發(fā)明的上述方法工藝簡(jiǎn)單，制備得到的碳納米管MEMS開關(guān)產(chǎn)品性能好。
[0055]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在上述步驟(I)中，在硅基板的上表面上垂直生長(zhǎng)碳納米管，還可以進(jìn)一步包括:預(yù)先在硅基板上形成氧化硅層和金屬鉻層。其中，氧化硅層可以作為碳納米管的生長(zhǎng)基底，金屬鉻層用作碳納米管生長(zhǎng)模具)由此，可以有效地生長(zhǎng)出尺寸合適且適于作為接觸觸點(diǎn)的碳納米管，提高M(jìn)EMS開關(guān)的性能。
[0056]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在上述步驟(I)中，可以以二甲苯作為碳源、二茂鐵作為催化劑在硅基板上垂直生長(zhǎng)出碳納米管，該生長(zhǎng)出的碳納米管為多壁碳納米管。由此可以利用多壁碳納米管數(shù)量多的特點(diǎn)來(lái)增加上下電極間導(dǎo)電斑點(diǎn)的數(shù)目；同時(shí)還可以利用多壁碳納米管的高導(dǎo)熱性(1400W Hr1IT1,耐熱達(dá)2000K)達(dá)到快速散發(fā)熱量的效果，進(jìn)而克服金的軟化熱失效；另外，多壁碳納米管還具有良好的柔韌性(ITPa)和導(dǎo)電性能(19AcnT2),由此可以有效地克服傳統(tǒng)材料的變形磨損，同時(shí)降低開關(guān)接觸時(shí)的電阻。
[0057]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，碳納米管的高度可以為1-3微米。由此可以適于開關(guān)對(duì)觸點(diǎn)的需求，同時(shí)顯著提高開關(guān)的靈敏性。
[0058]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在上述步驟(I)中，在硅基板上垂直生長(zhǎng)碳納米管是在780攝氏度的條件下進(jìn)行的。由此可以有效地生長(zhǎng)出碳納米管。實(shí)驗(yàn)探索證明此溫度下生長(zhǎng)的碳納米管定向性和致密度最佳。溫度過(guò)高或者過(guò)低會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)的碳納米管密度稀疏，垂直度很差。
[0059]根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，在上述步驟￠)中，除去硅基板按照下列步驟進(jìn)行:
[0060]在鍵合后的形成的整體結(jié)構(gòu)的外表面的預(yù)保護(hù)區(qū)域上涂敷密封膠，以便形成密封膠層；
[0061]在所述密封膠的表面涂敷黑膠，以便形成黑膠層；
[0062]將黑膠層進(jìn)行高溫固化，以便在所述預(yù)保護(hù)區(qū)域上形成復(fù)合保護(hù)層；
[0063]利用刻蝕溶液對(duì)表面形成所述復(fù)合保護(hù)層后的硅基板進(jìn)行深刻蝕，以便將所述硅基板刻蝕掉；以及
[0064]除去所述復(fù)合保護(hù)層，以便完成所述除去硅基板并將所述碳納米管轉(zhuǎn)移到所述金屬電極上。
[0065]由此，通過(guò)在鍵合后的形成的整體結(jié)構(gòu)的預(yù)保護(hù)區(qū)域上形成密封膠層和黑膠層組成的復(fù)合保護(hù)層，由此可以有效防止刻蝕溶液的侵蝕，進(jìn)而達(dá)到有效保護(hù)的目的。根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例，黑膠層可以進(jìn)一步增強(qiáng)復(fù)合保護(hù)層的抗堿性，進(jìn)而提高對(duì)預(yù)保護(hù)區(qū)域的保護(hù)作用。上述保護(hù)方法，深刻蝕后去保護(hù)層簡(jiǎn)單，無(wú)需復(fù)雜設(shè)備，進(jìn)而可顯著縮短濕法深刻蝕時(shí)間，降低