先驱体法制备陶瓷MEMS器件的典型实例

微机电系统（Microelectronic Mechanical System，MEMS）^[186]是指适用于批量制作的、能完成特定功能的集微型机构、微型传感器、微型执行器、信号处理和控制及通讯接口电路、能源等于一体的微系统，是微电子技术在机械领域的拓展和延伸。MEMS具有体积小、精度高、质量轻、性能稳定、可靠性高、能耗低、灵敏度和工作效率高、多功能和智能化、耐高温且能在腐蚀环境下工作等诸多优点，因此在航天、航空、汽车和生物医药等领域中有着十分广阔的应用前景。

耐高温MEMS的发展面临着两大挑战：高温材料的选择和发展合适的微加工技术。目前国外利用先驱体法制备陶瓷MEMS技术已成功研制出微构件、微传感器和微执行器等产品^[187]，但该项技术在国外仍处于研究开发阶段；而国内则处于起步阶段。由于高聚物先驱体结构的可设计性、烧结陶瓷的温度可降低至1000℃以下且可利用高分子材料的加工工艺等特点，因此，先驱体法制备陶瓷MEMS技术在耐高温MEMS研究领域中必将具有良好的应用前景。

1.微传感器类

Liew等^[188]已经采用光交联液体聚硅烷先驱体成功制备出一种耐高温的Si—C—N微压力传感器。这种微型传感器是利用电容变化来检测薄膜的机械形变，从而达到测量外部压力的目的。图7-7为压力传感器的结构示意图，Si—C—N转化器是由一层Si—C—N膜和一层Si—C—N支撑层组成。

首先将50μm厚的高聚物旋转涂覆于NaCl基底上，然后通过光交联液体聚硅烷先驱体得到Si—C—N膜，该Si—C—N膜比传统的硅压力传感器（通常<10μm）厚；采用同样的方法可在硅基底上得到Si—C—N支撑层，然后采用高聚物键合技术将Si—C—N膜和Si—C—N支撑层粘接于一体；最后经过交联和裂解反应得到Si—C—N转化器。图7-8所示为Si—C—N压力转换器背面的形貌，其中Si—C—N膜的直径为0.8mm左右，Si—C—N支撑层总高度为2mm左右，裂解后的Si—C—N膜厚为35μm左右，最终测得杨氏模量为150GPa。

图7-7 压力传感器的制作方法示意图

注：该图取自参考文献[188]

图7-8 压力转换器背面的形貌（SEM）(www.xing528.com)

注：该图取自参考文献[188]

2.微执行器类

2002年，Liew等^[188]采用光交联液体聚合物先驱体制备垂直活塞静电微执行器，这也是第一个采用PDC法制备的陶瓷MEMS静电微执行器。如图7-9所示，首先采用光交联液体先驱体转化陶瓷法制备出带四个弯曲直臂的Si—C—N陶瓷构件，然后将该Si—C—N构件镶嵌在基底上；其中基底上还安装有金属垫块和线路。

图7-9 Si—C—N静电微执行器示意图

注：该图取自参考文献[188]

3.微齿轮类

Chung^[189]采用聚二乙基硅氧烷在SU-8感光材料上紫外光刻蚀成模具，然后将聚硅氧烷注射至已事先制成的模具中，热压成型，并在1400℃时裂解为直径约2mm的微执行器用的齿轮。该齿轮强度为15.2N，电阻率为2.163×10¹⁴Ω·cm，击穿电压为1.2kV。