專利名稱：一種可調(diào)反射式裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電機(jī)系統(tǒng)(MEMS)器件，特別是涉及一種可調(diào)反射式裝置。
背景技術(shù)：
可調(diào)反射式裝置可以廣泛應(yīng)用于成像、激光打印以及光纖通信領(lǐng)域。近年來用MEMS技術(shù)來制造可調(diào)反射式裝置已成為一個趨勢，特別是在光學(xué)通信領(lǐng)域中利用MEMS技術(shù)制造可調(diào)反射式裝置作為可調(diào)衰減器或光學(xué)開關(guān)，具有體積小、可批量生產(chǎn)等特點(diǎn)。通過改變鏡子的狀態(tài)使入射光經(jīng)過反射方向發(fā)生變化達(dá)到使輸出光強(qiáng)發(fā)生變化的目的?？烧{(diào)反射式裝置一般采用旋轉(zhuǎn)角度的方法。為保證鏡子旋轉(zhuǎn)時的光學(xué)特性，鏡體為一剛體，并直接作為驅(qū)動器的一部分，受靜電力或磁力圍繞一個懸臂旋轉(zhuǎn)，并由懸臂的變形所產(chǎn)生的扭矩使鏡子恢復(fù)原位。這類形式的可調(diào)反射式裝置鏡體只是通過懸臂和基片相連接，機(jī)械穩(wěn)定性不好，并且固有振動頻率低，時間響應(yīng)速度不高，從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時有晃動現(xiàn)象，鏡子變化角度小等缺點(diǎn)。在很多應(yīng)用中，需要反射面為曲面，以達(dá)到更好的光學(xué)特性?，F(xiàn)有的制作曲面的方法為在一剛性材料上覆蓋一層感光膠，并使感光膠具有實(shí)心圓柱或空心圓柱形狀。在一定溫度下，由于表面應(yīng)力感光膠圓柱頂變成曲面。利用干法腐蝕，感光膠的曲面形狀傳遞給剛性材料。但對現(xiàn)有可調(diào)反射式裝置，鏡體一般較薄，用這種方法很難在鏡體上作出帶有曲率的反射面，發(fā)明內(nèi)容為解決現(xiàn)有可調(diào)反射式裝置的缺點(diǎn)，本發(fā)明描述一種基于MEMS技術(shù)的新型結(jié)構(gòu)可調(diào)反射式裝置。本發(fā)明的特征為運(yùn)動部件分成兩部分，一部分為具有反射功用的光學(xué)部分；另一部分為在靜電力作用下運(yùn)動并帶動光學(xué)部分，使光學(xué)部分反射面的法線發(fā)生變化的驅(qū)動部分。
本發(fā)明中采用導(dǎo)電的基片，基片上通過某些區(qū)域支撐光學(xué)部分和驅(qū)動部分。光學(xué)部分和驅(qū)動部分是相連接的，基片與這兩個部分之間有空隙。驅(qū)動部分在它和基片之間的電壓作用下由于靜電力而產(chǎn)生運(yùn)動，在驅(qū)動部分的帶動下，光學(xué)部分以固定端或懸臂為轉(zhuǎn)軸，反射面的法線發(fā)生變化。和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)中運(yùn)動部件有更多的區(qū)域和基片相連，且最多只有一個和轉(zhuǎn)軸相平行的自由端，機(jī)械穩(wěn)定性和時間響應(yīng)速度得到提高。從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時的晃動現(xiàn)象得到抑制，并且鏡子的角度變化范圍得到提高。由于驅(qū)動部分和光學(xué)部分分離，在不改變光學(xué)部分的情況下，只改變驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)，驅(qū)動電壓就得到改變，利于減少驅(qū)動電壓。在本發(fā)明中，當(dāng)光學(xué)部分的載體為薄膜時，利用所說載體和島狀反射區(qū)域上的局部應(yīng)力變化，可以形成利于光學(xué)特性的曲面。通過下面具體實(shí)施例的描述，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)將清楚地顯現(xiàn)出來。


圖1是第一種形式的可調(diào)反射式裝置的示意2a是在光學(xué)部分形成島狀反射區(qū)域的示意2b是在光學(xué)部分形成帶有中間層的島狀反射區(qū)域的示意2c在光學(xué)部分得到釋放后島狀反射區(qū)域形成曲面的示意3第二種形式的可調(diào)反射式裝置的示意圖具體實(shí)施方式
下面依據(jù)附圖具體描述可調(diào)反射式裝置兩種形式的優(yōu)選實(shí)施方案，以及說明曲面反射區(qū)域在薄膜上的形成。所示附圖表明各部分的相對關(guān)系，為了便于理解，附圖各部分未按比例畫出。
如圖1所示，第一種形式的可調(diào)反射式裝置包括導(dǎo)電的基片10、支撐區(qū)域20、驅(qū)動部分30以及光學(xué)部分40。基片10或者為摻雜的硅基片，或者為其它摻雜的半導(dǎo)體基片，或者為在表面上帶有導(dǎo)電層的絕緣體材料?；?0作為靜電力驅(qū)動器的一個電極。
驅(qū)動部分30和光學(xué)部分40與基片10之間的空隙25由犧牲層被腐蝕掉而形成。支撐區(qū)域20可以為犧牲層的剩余部分，也可以由不同于犧牲層的物質(zhì)構(gòu)成。支撐部分20用于支撐和固定驅(qū)動部分30和光學(xué)部分40。驅(qū)動部分30的一端被支撐部分20所固定，相對一端和光學(xué)部分40連接，其它的兩個邊懸空。驅(qū)動部分30是導(dǎo)電的，構(gòu)成靜電力驅(qū)動器的另一個電極。驅(qū)動部分30優(yōu)選單晶硅層或多晶硅/無定形硅層作為結(jié)構(gòu)材料。導(dǎo)電性可以通過摻雜或是在薄層上形成導(dǎo)電層(圖中未顯示)來實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)部分40一端被支撐部分20所固定，相對一端和驅(qū)動部分30相連，其余兩邊懸空。光學(xué)部分40由載體41和反射區(qū)域43組成。可以用氮化硅薄膜或多晶硅/無定形硅為光學(xué)部分40的載體。圖1中表示光學(xué)部分載體41和驅(qū)動部分30相連是由在驅(qū)動部分30上形成載體41以得到部分重迭，也可以在載體41上形成驅(qū)動部分30。在靠近驅(qū)動部分30的光學(xué)部分載體41上形成褶皺結(jié)構(gòu)60。褶皺結(jié)構(gòu)60也可以在載體41靠近支撐區(qū)域20的一端附近形成。在某些情況下，褶皺結(jié)構(gòu)60可以省去。
光學(xué)反射區(qū)域43優(yōu)選以金或鋁為材料的金屬層或多層介質(zhì)膜。其面積依具體要求決定。
在基片10與驅(qū)動部分30之間加電壓，在靜電力的作用下驅(qū)動部分30發(fā)生形變而向基片10運(yùn)動，使光學(xué)部分40的法線角度發(fā)生變化。雖然光學(xué)部分載體為薄膜，但由于光學(xué)部分不受靜電力，在被驅(qū)動部分30牽引移動的過程中仍然保持平面狀態(tài)，這樣保證光學(xué)性能在反射角度發(fā)生變化時不惡化。
在有些情況下把光學(xué)反射面制造成曲面可以更好地改善光學(xué)性能。本發(fā)明描述一種使光學(xué)反射區(qū)域成為曲面的方法如圖2a，在光學(xué)部分釋放之前，在載體41上蒸鍍上金屬層，在掩膜的保護(hù)下經(jīng)過干法腐蝕或濕法腐蝕后形成一定形狀的島狀反射區(qū)域43。由于金屬層的應(yīng)力和載體41的應(yīng)力不同，在島狀反射區(qū)域43上形成局部應(yīng)力變化。在光學(xué)部分得到釋放后反射區(qū)域43依據(jù)局部應(yīng)力變化的大小和變化方向形成凹面或凸面。例如，控制載體和金屬層形成時的參數(shù)，使金屬層的張應(yīng)力大于載體的張應(yīng)力，以金屬層為表面來看，反射區(qū)域形成凹面。在另一種實(shí)施方案中，如圖2b，可以在蒸鍍金屬層前蒸鍍一層中間層70，中間層70可以是以下物質(zhì)無定形硅/多晶硅、二氧化硅以及金屬氧化物。中間層70同樣也腐蝕成島狀。由于中間層70的引入，使反射區(qū)域43的局部應(yīng)力分布發(fā)生變化。中間層70起調(diào)節(jié)或加強(qiáng)曲面曲率的作用。圖2c表示在薄膜載體得到釋放后，島狀的反射區(qū)域43由于局部應(yīng)力變化形成曲面。當(dāng)反射區(qū)域由多層介質(zhì)膜構(gòu)成時，多層介質(zhì)膜也可以作成島狀，多層介質(zhì)膜在島狀區(qū)域也引入局部應(yīng)力變化，以形成曲面。
第二種形式的可調(diào)反射式裝置其結(jié)構(gòu)如圖3所示，驅(qū)動部分30和光學(xué)部分40優(yōu)選為單晶硅層或多晶硅/無定形硅層。和上述第一種形式的可調(diào)反射式裝置相似，基片10或者為摻雜的硅基片，或者為其它摻雜的半導(dǎo)體基片，或者為在表面上帶有導(dǎo)電層的絕緣體材料。支撐區(qū)域用于支撐固定驅(qū)動部分30和光學(xué)部分40，這兩個部分與基片10的空隙25由犧牲層被腐蝕掉而形成。支撐區(qū)域20可以為犧牲層未被腐蝕的剩余部分，也可以由不同于犧牲層的物質(zhì)構(gòu)成。
驅(qū)動部分30的一端被支撐部分20所固定，相對一端和光學(xué)部分40相連接，其它的兩個邊懸空。驅(qū)動部分30和基片10是導(dǎo)電的，分別構(gòu)成靜電力驅(qū)動器的兩個電極。導(dǎo)電性可以通過摻雜或是在薄層上形成導(dǎo)電層(圖中未顯示)來實(shí)現(xiàn)。
光學(xué)部分40通過懸臂46與支撐部分20相連，與懸臂平行的一端通過連接部分48與驅(qū)動部分30相連，另一端為自由端。光學(xué)部分40在懸臂46兩邊可以不對稱，一般地，和驅(qū)動部分相連的一端短，以增大轉(zhuǎn)動角度。圖3中連接部分48具有褶皺結(jié)構(gòu)60，在某些情況下褶皺結(jié)構(gòu)也可以省去。連接部分48可為氮化硅或polyimide(聚酰亞胺)。
在基片10和驅(qū)動部分30間的靜電力驅(qū)動下，驅(qū)動部分30發(fā)生形變向基片10運(yùn)動，帶動光學(xué)部分40與驅(qū)動部分30相連的一端向基片運(yùn)動，使整個光學(xué)部分圍繞懸臂46轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1.一種基于MEMS技術(shù)的可調(diào)反射式裝置，其特征在于包括一導(dǎo)電的基片；一導(dǎo)電的能在靜電力作用下產(chǎn)生變形的驅(qū)動部分；一光學(xué)部分；在所說驅(qū)動部分、光學(xué)部分與所說基片之間的空隙層；支撐和固定所說驅(qū)動部分和所說光學(xué)部分于所說基片之上的支撐區(qū)域；所說驅(qū)動部分和所說光學(xué)部分相連，所說驅(qū)動部分在靜電力作用下帶動光學(xué)部分轉(zhuǎn)動。
2.根據(jù)權(quán)力要求1所述的可調(diào)反射式裝置，其特征在于所說驅(qū)動部分和所說光學(xué)部分各有一端由支撐區(qū)域支撐和固定于所說基片之上，所說驅(qū)動部分和光學(xué)部分的和被固定端相對的另一端是相連的。
3.根據(jù)權(quán)力要求1所述的可調(diào)反射式裝置，其特征在于所說光學(xué)部分通過懸臂由支撐區(qū)域支撐于所說基片之上，所說光學(xué)部分一端和所說驅(qū)動部分一端相連，驅(qū)動部分另一端被支撐區(qū)域支撐并固定。
4.一種在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于在所說薄膜未被釋放之前用一種或幾種材料在所說薄膜上作出島狀反射區(qū)域，在島狀反射區(qū)域上引入局部應(yīng)力變化。
5.根據(jù)權(quán)力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為氮化硅層，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種的組合而形成的一層或多層結(jié)構(gòu)多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
6.根據(jù)權(quán)力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為多晶硅/無定形硅層，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種材料的組合而形成的一層或多層結(jié)構(gòu)多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
7.根據(jù)權(quán)力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為多晶硅/無定形硅層和氮化硅層的組合，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種材料的組合而形成的一層或多層結(jié)構(gòu)多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
全文摘要
本發(fā)明描述一種基于MEMS技術(shù)的新型結(jié)構(gòu)可調(diào)反射式裝置。本發(fā)明的特征為運(yùn)動部件分成兩部分，一部分為具有反射功用的光學(xué)部分；另一部分為在靜電力作用下運(yùn)動并帶動光學(xué)部分，使光學(xué)部分反射面的法線發(fā)生變化的驅(qū)動部分。和現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)相比，這種結(jié)構(gòu)中運(yùn)動部件有更多的區(qū)域和基片相連，且最多只有一個和轉(zhuǎn)軸相平行的自由端，機(jī)械穩(wěn)定性和時間響應(yīng)速度得到提高。由于驅(qū)動部分和光學(xué)部分分離，在不改變光學(xué)部分的情況下，只改變驅(qū)動部分的結(jié)構(gòu)參數(shù)，驅(qū)動電壓就得到改變。在本發(fā)明中，當(dāng)光學(xué)部分的載體為薄膜時，利用載體和島狀反射區(qū)域的局部應(yīng)力差，可以形成利于光學(xué)特性的曲面。
文檔編號G02F1/01GK1641412SQ200410001709
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年1月16日
發(fā)明者侯繼東 申請人:侯繼東