十五指静电梳齿式MEMS驱动结构

　　在微纳机电系统的实际工程应用场景中，静电梳齿驱动结构是实现微位移输出、微力加载的核心执行单元，这类结构广泛应用于微纳传感器、微光学调整平台、微流体控制阀、微型精密定位台等场景，依靠静电场的静电力作用实现可动结构的平动输出，相比压电、热驱动等其他MEMS驱动形式，静电梳齿驱动具备响应速度快、功耗极低、工艺兼容性好、位移输出线性度可控的优势，是目前量产MEMS器件中应用占比最高的驱动结构形式之一。

　　本次梳理的这款十五指梳齿静电驱动结构，采用定齿与动齿交错排布的叉指构型，固定梳齿与可动梳齿的齿宽、齿间距保持严格的尺寸一致性，所有梳齿的侧边平行度公差控制在微米级，避免工作过程中出现齿间吸合、侧向卡滞的失效问题。可动梳齿集成在中部的悬浮支撑结构上，支撑端采用弹性梁结构连接锚点，在保证结构沿驱动方向运动柔顺性的同时，限制非驱动方向的多余自由度，避免工作过程中出现结构倾斜、齿面碰撞的问题。

　　从设计思路层面来看，这款结构的齿数量选择十五组交错排布，是在驱动电容值、结构占用面积、加工工艺难度三者之间做的平衡：梳齿对数越多，相同驱动电压下的等效驱动电容越大，输出静电力越高，但过多的梳齿对数会增大整体结构的占用面积，同时提升深硅刻蚀工艺中齿形均匀性的控制难度，十五组齿的配置刚好适配常规MEMS工艺的加工精度窗口，在40V以内的常规驱动电压下即可实现十微米级的稳定位移输出，满足绝大多数微执行器的行程需求。齿的截面采用直壁矩形构型，刻蚀深度与齿宽的深宽比控制在合理区间，既保证足够的结构厚度来提升面外刚度，避免工作过程中出现面外翘曲导致的齿间短路，也不会因为深宽比过大提升刻蚀工艺的废品率。

　　安装边界层面，该结构的锚点区域设置在结构的两端固定区，锚点尺寸适配常规MEMS工艺的键合或引线键合工艺要求，固定区与可动区之间的绝缘间隙满足常规绝缘层的工艺设计规则，整体结构的外轮廓为规整矩形，可直接嵌入到各类MEMS器件的芯片版图中，不需要额外做版图适配调整。结构的运动行程范围内没有多余的限位凸起，可根据实际应用需求在结构端部集成位移检测电容、力反馈结构或者末端执行触点，拓展应用场景。

　　实际使用过程中，这类梳齿驱动结构依靠定齿与动齿之间施加的电压差产生切向静电力，带动可动梳齿沿平行于齿长的方向做平动，输出的位移量与施加电压的平方呈线性对应关系，可通过闭环电压控制实现纳米级的位移分辨率，在微纳操作、光学相位调整、微流控泵阀驱动、惯性传感器自检驱动等场景中都能稳定工作。结构的弹性梁采用对称布置的折叠梁构型，有效抵消加工过程中残余应力带来的结构初始偏移，保证器件在宽温度工作范围内的零点稳定性，避免温度变化导致的驱动特性漂移。所有梳齿的端部都做了微小的倒角处理，缓解深硅刻蚀过程中齿端的刻蚀负载效应，保证所有齿的尺寸一致性，同时避免齿端尖角带来的电场集中问题，降低工作过程中齿间击穿的风险。