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随着深刻蚀等微机械加工技术的发展,在金属本体上可以加工出多种微结构,金属钛、钨、钼等成为了新兴的微机电系统(MEMS)结构材料。本论文针对现有的各类基于硅等材料的微继电器存在的工艺复杂和可靠性等潜在问题,提出了使用金属本体材料制备微继电器的方案,可以应用于大冲击高过载和腐蚀性等恶劣环境。本论文对金属本体材料的若干MEMS微加工技术进行了探索,研究了从研磨减薄、化学机械抛光,到金属-玻璃阳极键合等一系列工艺,并在单项关键加工工艺的研究基础上,开发了金属钛的高深宽比微小可动结构的成套工艺,成功制备了微继电器、谐振器等钛基MEMS新器件,并对上述器件的关键指标和性能进行了测试。 论文针对金属基微继电器的3项关键加工工艺(圆片级金属的研磨减薄和化学机械抛光,金属的深刻蚀和介质热压键合)进行了研究,确定了减薄抛光和刻蚀的优化工艺参数,根据SU-8、Parylene、BCB的键合结果,选定SU-8作为键合介质。对金属钛、钨的体材料与玻璃的阳极键合进行了研究。在薄膜钛—玻璃阳极键合的基础上,对影响体钛—玻璃阳极键合效果的温度、电压、压力等关键工艺参数进行了优化。对体钨-玻璃阳极键合进行了初步的探索。对上述两种金属材料与玻璃的阳极键合采用拉开法进行了键合强度的检验和测试。其中,钛—玻璃的局部键合强度大于玻璃本体强度,钨—玻璃键合强度2.4MPa。 在金属深刻蚀、金属减薄抛光和键合的基础上,分别采用基于直接介质键合的玻璃上钛工艺和基于倒装介质键合的玻璃上钛工艺,开发了2套高深宽比钛可动结构(厚度25μm,深宽比10)的成套工艺。使用2套玻璃上钛工艺,制备了继电器、谐振器等横向驱动金属钛器件,并分别对继电器的阈值电压、接触电阻和谐振器的谐振频率、耐冲击性等器件指标和性能进行了测试。2种类型的继电器的阈值电压和接触电阻分别为30V、2.3Ω和160V、2.0Ω。谐振器的谐振频率34kHz,可经受脉宽200μs、大小10000g的脉冲冲击。