一种MEMS磁电隔离器及其制备方法与流程

技术特征：
1.一种mems磁电隔离器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：制作溅射靶材、刻蚀sio2层形成规则的空腔、rf磁控溅射技术在镂空处生长铜线、压电单晶体的生长、溅射pt/ti层和3d微线圈的装配，具体步骤如下：步骤一、制作溅射靶材，以稀土元素（rare earth, re）对于镍锌系铁氧体基体的掺杂为例制作溅射靶材，其铁氧体靶材具体的制备步骤和烧结流程为：取ar级的fe2o3、re2o3、nio和zno粉末按照化学式ni
1-x
zn
x
re
0.02
fe
1.98
o4(0.1≤x≤0.5）的摩尔比精确称重并混合，加入适量甲醇和锆球在球磨机中湿磨15h将粉末颗粒研磨更细；待溶剂完全挥发后将收集到的混合粉末倒入坩埚，并放入马弗炉在800
°
c的温度下预烧3h；将预烧后的粉末再次倒入球磨罐进行二次球磨15h；待粉末自然冷却至室温，加入10%浓度为3w.t%的pva粘结剂充分研磨造粒后均匀倒入模具，并在3000psi的压力条件下压片成型；在炉中均匀受热样坯批裹al2o3粉末后置入马弗炉在600
°
c温度下排胶3h，后分两段升温烧结成型，最后将烧结好的陶瓷块双面打磨清洗待用，用xrd手段通过卡片比对验证所制备的靶材是否在相应的位置上出现衍射峰得知靶材在烧结过程中的结晶情况；步骤二、薄膜型磁电隔离器的制备：s1、上层顶3d微线圈的制备1）刻蚀sio2层形成规则的空腔，基底材料采用商业购买具有[100]晶粒取向且厚度为500μm的单晶si/sio2基片，对其进行标准的rca清洗后去除污垢颗粒和氧化物杂质，然后置于干燥箱烘干并对其双面抛光，其中，sio2作为钝化层起到绝缘保护、掩膜层和优化界面态的作用;利用反应离子刻蚀（rie）工艺并配以氢氧化钾溶液作为刻蚀液刻蚀sio2层形成规则的空腔，便于铜质线圈的沉积；2）rf磁控溅射技术在镂空处生长铜线，其次依照样片镂空的位置制作掩膜夹具且在样片边缘处留出线圈延伸端口便于后续装配，利用rf磁控溅射技术在镂空处生长铜线，为保证溅射以后线圈层和sio2层严格共面，需用化学机械抛光技术（cmp）对其表面进行平整化处理；s2、铁氧体材料在单晶基板上的外延生长1）压电单晶体的生长，先生长sio
x
绝缘层，再生长cgo基片，目的是起到与上层微线圈层绝缘的作用，选取与尖晶石镍锌铁氧体材料晶格失配较小的cgo单晶（coga2o4~8.325
å
）作为基底，分别调节加热温度、o2:ar气流速比率、工作气压以及rf射频电源功率等参数在500
º
c，8:2，5~10mtorr和100-150w范围内完成磁致伸缩材料的外延生长，保持其它溅射条件不变，降低加热参数至300
º
c，调整o2:ar气流速比率为1:9，完成压电单晶体的生长；2）溅射pt/ti层，在压电层的上表面依次溅射pt/ti层作为顶电极层，并附着上苯并环丁烯（bcb）起到绝缘和便于调整底线圈平面化的目的；3）3d微线圈的装配，采用反应离子刻蚀（rie）工艺并配以氢氧化钾溶液作为刻蚀液刻蚀sio2层，形成与顶线圈线成固定夹角的空腔用于沉积底线圈线，后续通过微型接插件完成3d微线圈的装配。2.根据权利要求1所述的一种mems磁电隔离器的制备方法，其特征在于：步骤一中，样坯批裹al2o3粉末后置入马弗炉中烧结的过程为：排胶3h后，分两段升温至1275
°
c：先用升温速率为1.1
°
c/min缓慢升温至800
°
c，接着升温速率为2.5
°
c/min从800
°
c升温至1275
°
c，并
在1275
°
c温度下保持4h烧结成型。3.根据权利要求1所述的一种mems磁电隔离器的制备方法，其特征在于：步骤二中s2的3）中，和cu线圈连接处均有sio2钝化层。4.一种mems磁电隔离器，其特征在于：所述si基片（1）的顶部固定有sio2钝化层（2），所述sio2钝化层（2）的固定有cu线圈（8），所述sio2钝化层（2）的顶部固定有sio
x
绝缘层（3），所述sio
x
绝缘层（3）的顶部固定有cgo单晶基板（5），所述cgo单晶基板（5）的顶部固定有pt/ti电极（4），所述pt/ti电极（4）的顶部固定有磁致伸缩层（7），所述磁致伸缩层（7）的顶部固定有压电层（6），所述压电层（6）的顶部固定有另一个pt/ti电极（4），另一个所述pt/ti电极（4）的顶部固定有bcb（9），所述cu线圈（8）包裹缠绕在sio2钝化层（2）、sio
x
绝缘层（3）、cgo单晶基板（5）、pt/ti电极（4）、磁致伸缩层（7）、压电层（6）和bcb（9）的外侧，所述cu线圈（8）的上方为斜插的栅格状，所述cu线圈（8）的下方为垂直状。

技术总结
本发明公开了一种MEMS磁电隔离器及其制备方法，包括如下步骤：制作溅射靶材、刻蚀SiO2层形成规则的空腔、RF磁控溅射技术在镂空处生长铜线、压电单晶体的生长、溅射Pt/Ti层和3D微线圈的装配。通过强磁电耦合的方式实现了双端口网络的电气隔离，与传统电气隔离器件相比，突出优势是大大降低了功耗并利用强磁电耦合效应在较低输入功率下满足高效的功率传输，同时实现了磁电隔离器件的微型化。时实现了磁电隔离器件的微型化。时实现了磁电隔离器件的微型化。


技术研发人员：丁祖善 孟清谱 谷屯 李亚会 高圣达 霍福广 黄延庆 赵杰 张吉涛 武洁 张庆芳
受保护的技术使用者：国网江苏省电力有限公司徐州供电分公司
技术研发日：2022.01.14
技术公布日：2022/4/26