以電鍍鎳-鑽石奈米複材改進梳狀致動器性能之研究

Abstract

在微機電的研究領域之中，常以矽作為元件之材料。由材料的觀點出發，矽本身擁 有優良的機械性質；但導電之性質必須藉由摻雜來提升。在製程方面，矽之操作溫度偏 高，導致以其所製作之元件與電路難以整合。反觀金屬本身即具有導電特性；製程上， 可藉由電鍍獲得所需結構，操作溫度接近室溫，此項特性大大提升元件與電路之間的整 合性。 由相關的研究發現，在金屬鎳中添加奈米粉末，可以改變鎳之部分機械性質，例如 在鎳中加入奈米等級的鑽石粒子，可以增加鎳之楊氏係數，根據此結果，將其應用於梳 狀致動器上，使其比純鎳所製作之梳狀致動器擁有更高的共振頻率。 在製程方面，以往電鍍之梳狀致動器容易產生挫曲的結構。在此，調整電鍍參數以 改變結構之內應力，其中包括電流密度與操作溫度兩大重要參數，將其調整至 1.2mA/cm2，35℃即可解決內應力造成之結構挫曲問題。 在量測結果方面，以奈米壓痕器量測純鎳以及鎳-鑽石鍍膜，發現楊氏係數由173GPa 提升至217GPa。在共振頻率量測方面，針對純鎳與在電鍍液中添加2g/L 的鑽石奈米粉 末兩種不同材料所製作之梳狀致動器。發現第一模態的頻率由8.034kHz 移至8.949kHz， 提升了11.3%，與模擬所得之10.2%提升量之數值接近，驗證了鑽石奈米粉末可提升電 鍍鎳之梳狀致動器之共振頻率。