專利名稱：一種周期可調(diào)微機械光柵及其制作工藝的制作方法
一種周期可調(diào)微機械光柵及其制作工藝
所屬領(lǐng)域
本發(fā)明屬于微光機電(MOEMS)器件領(lǐng)域，主要涉及微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)、光柵技 術(shù)以及微加工技術(shù)等。
現(xiàn)有技術(shù)
周期可調(diào)微機械光柵是一種全新概念下的光柵，以微機電系統(tǒng)(MEMS)為基礎(chǔ)，采用 微加工技術(shù)制作。通過對光柵驅(qū)動電路的編程控制，實現(xiàn)對光柵周期的調(diào)節(jié)，從而使衍射光 譜發(fā)生偏移。與傳統(tǒng)光柵相比，周期可調(diào)微機械光柵具有衍射光強可編程控制、響應(yīng)速度快、 可大批量生產(chǎn)等特點。
近年來，隨著微機械光柵技術(shù)研究的不斷深入，周期可調(diào)微機械光柵的研究多有報道。 2001年，臺灣Ching-liang Dai等人采用CMOS工藝制作了反射式周期可調(diào)微機械光柵(&朋w: 」"wa,. 4 200/， W: 69)，該光柵結(jié)構(gòu)采用三層金屬和二層氧化硅材料復合淀積為結(jié)構(gòu)層，使 用硅作為基底，基底硅不透光，所以這種光柵只能工作于反射方式。2005年，密歇根大學的 科研人員采用納米壓印技術(shù)，對PDMS材料進行加工，制作了透射式周期可調(diào)微機械光柵 丄饑，抓'M/7W-7)。該光柵的柵條結(jié)構(gòu)通過在PDMS材料上直接刻劃得 到，由于PDMS是透明的聚合物材料，入射光經(jīng)光柵柵條發(fā)生衍射后，衍射光直接透射輸出。 由于PDMS材料剛度小，在垂直于柵條方向?qū)DMS施加拉力或壓力，PDMS產(chǎn)生伸縮變形， 帶動柵條移動，從而實現(xiàn)光柵周期的調(diào)節(jié)。2007年，日本東京大學基于SOI工藝，研制了一 種反射式周期可調(diào)微機械光柵(MEMS'^CJcmJ/-", 2007，；^. /47-/50)。它是通過對SOI 硅片結(jié)構(gòu)層進行刻蝕和二氧化硅層進行選擇，去除獲得可動的光柵結(jié)構(gòu)，基底也是硅材料， 所以也只能工作在反射方式。在該光柵每相鄰兩個柵條上施加電壓，柵條之間會產(chǎn)生靜電力 引起柵條的移動，改變光柵周期。
然而，己有的周期可調(diào)微機械光柵，受工藝及材料上的約束，只能工作于反射或透射方 式，這在一定程度上限制了光柵的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的
為了克服現(xiàn)有周期可調(diào)微機械光柵只能工作于反射或透射方式之一，光柵應(yīng)用受限的不 足，本發(fā)明提出一種新型的周期可調(diào)微機械光柵及其制作方法，這種新型的周期可調(diào)微機械 光柵能同時工作于反射及透射方式。技術(shù)方案
參閱圖1，本發(fā)明提出的周期可調(diào)微機械光柵由基底和結(jié)構(gòu)層組成，結(jié)構(gòu)層通過錨點3 懸置于基底上；所述的結(jié)構(gòu)層為硅、砷化鎵等可刻蝕可鍵合的導電材料，結(jié)構(gòu)層包括若干等 距平行的光柵柵條8、彈性支撐梁9和連接梁10，每相鄰的兩根光柵柵條8通過兩側(cè)的折疊 U形連接梁10進行連接，兩端的兩根光柵柵條8通過彈性支撐梁9連接到錨點3上，驅(qū)動器 7與一端的光柵柵條8連接，帶動光柵柵條8沿著與柵條垂直的方向往復運動；所述的基底 為絕緣透明材料，如玻璃、藍寶石等；基底上有金屬薄膜作為電極及引線，使得驅(qū)動器7通 過金屬薄膜與外界連接，從而給驅(qū)動器7供電，金屬薄膜為金、鋁等材料。
參閱圖2，本發(fā)明提出的周期可調(diào)微機械光柵的制作方法，包括如下工藝步驟
步驟1:在基底1表面淀積一層金屬薄膜2;
步驟2:在結(jié)構(gòu)材料的一側(cè)刻蝕出一定高度的錨點3;
步驟3:將由步驟1和步驟2得到的結(jié)構(gòu)通過錨點3鍵合在一起，并將結(jié)構(gòu)材料減薄至所需 厚度；
步驟4:對結(jié)構(gòu)材料進行刻蝕、釋放形成結(jié)構(gòu)層部分，形成周期可調(diào)的微機械光柵。
參閱圖3，工作時，入射光4入射到微機械光柵上， 一部分被光柵柵條8反射，產(chǎn)生反
射式衍射光譜5;另一部分入射光通過光柵柵條8之間的縫隙到達基底1的前表面，由于基
底1是完全透光的，因此在基底1的后表面形成透射式衍射光譜6。在較小的光柵周期下， 周期可調(diào)微機械光柵對入射光4的反射式衍射光譜5和透射式衍射光譜6偏移較大；在驅(qū)動 器7驅(qū)動下，彈性支撐梁9和連接粱10變形，光柵柵條8移動，光柵周期變大，周期可調(diào)微 機械光柵對入射光4的反射式衍射光譜5和透射式衍射光譜6產(chǎn)生較小偏移。 有益效果
本發(fā)明的有益效果是該周期可調(diào)微機械光柵能同時工作在反射及透射方式，光柵周期 的變化能夠改變衍射光譜的衍射角度，使反射式衍射光和透射式衍射光在周圍空間重新分配， 從而改變光強分布。


圖1.本發(fā)明提出的周期可調(diào)微機械光柵結(jié)構(gòu)示意圖 圖2.本發(fā)明提出的周期可調(diào)微機械光柵制作工藝流程圖 圖3.本發(fā)明提出的周期可調(diào)微機械光柵工作原理圖 圖4.實施例1中的周期可調(diào)微機械光柵結(jié)構(gòu)示意圖
其中l(wèi).基底；2.金屬薄膜；3.錨點；4.入射光；5.反射式衍射光輸出；6.透射式衍射光輸出；7.驅(qū)動器；8.光柵柵條；9.彈性支撐梁；IO.連接粱
具體實施例方式
實施例l:
參閱圖4，本實施例中的周期可調(diào)微機械光柵由基底和結(jié)構(gòu)層組成，結(jié)構(gòu)層通過錨點3 懸置于基底上。結(jié)構(gòu)層材料為硅，包括7根等距平行的光柵柵條8， 4根彈性支撐梁9，和12 根連接梁10，每相鄰的兩根光柵柵條8通過兩側(cè)的折疊U形連接梁10進行連接，兩端的兩 根光柵柵條8通過彈性支撐梁9連接到錨點3上，驅(qū)動器7采用靜電梳齒驅(qū)動，與光柵柵條 8的一端連接，帶動光柵柵條8沿著與柵條垂直的方向往復運動。基底材料為玻璃，其上有 材料為金的金屬薄膜作為電極及引線，使得驅(qū)動器7通過金屬薄膜與外界連接，從而給驅(qū)動 器7供電。
本實施例中的周期可調(diào)微機械光柵的制作方法，工藝步驟如下.-步驟l:在基底1表面淀積一層金作為金屬薄膜2; 步驟2:在硅片的一側(cè)刻蝕出高50nm的錨點3;
歩驟3:將由步驟1和步驟2得到的結(jié)構(gòu)通過錨點3鍵合在一起，并將硅片減薄至20pm;
步驟4:對硅片進行刻蝕、釋放形成結(jié)構(gòu)層部分，形成周期可調(diào)的微機械光柵。 實施例2:
參閱圖4，本實施例中的周期可調(diào)微機械光柵由基底和結(jié)構(gòu)層組成，結(jié)構(gòu)層通過錨點3 懸置于基底上。結(jié)構(gòu)層材料為砷化鎵，包括7根等距平行的光柵柵條8， 4根彈性支撐梁9， 和12根連接梁10,每相鄰的兩根光柵柵條8通過兩側(cè)的折疊U形連接梁10進行連接，兩端 的兩根光柵柵條8通過彈性支撐梁9連接到錨點3上，驅(qū)動器7采用靜電梳齒驅(qū)動，與光柵 柵條8的一端連接，帶動光柵柵條8沿著與柵條垂直的方向往復運動?；撞牧蠟樗{寶石， 其上有材料為鋁的金屬薄膜作為電極及引線，使得驅(qū)動器7通過金屬薄膜與外界連接，從而 給驅(qū)動器7供電。
本實施例中的周期可調(diào)微機械光柵的制作方法，工藝步驟如下 步驟l:在基底1表面淀積一層鋁作為金屬薄膜2;
步驟2:在砷化鎵晶圓的一側(cè)刻蝕出高5(Him的錨點3;
步驟3:將由步驟1和步驟2得到的結(jié)構(gòu)通過錨點3鍵合在一起，并將硅片減薄至30nm;
步驟4:對砷化鎵晶圓進行刻蝕、釋放形成結(jié)構(gòu)層部分，形成周期可調(diào)的微機械光柵。
權(quán)利要求
1.一種周期可調(diào)微機械光柵，由基底和結(jié)構(gòu)層組成，結(jié)構(gòu)層通過錨點(3)懸置于基底上；結(jié)構(gòu)層為可刻蝕可鍵合的導電材料，結(jié)構(gòu)層包括若干等距平行的光柵柵條(8)、彈性支撐梁(9)和連接梁(10)，每相鄰的兩根光柵柵條(8)通過兩側(cè)的折疊U形連接梁(10)進行連接，兩端的兩根光柵柵條(8)通過彈性支撐梁(9)連接到錨點(3)上，驅(qū)動器(7)與一端的光柵柵條(8)連接，帶動光柵柵條(8)沿著與柵條垂直的方向往復運動；基底上有金屬薄膜作為電極及引線，使得驅(qū)動器(7)通過金屬薄膜與外界連接，從而給驅(qū)動器(7)供電，其特征在于所述的基底為絕緣透明材料。
2. —種如權(quán)利要求1所述的周期可調(diào)微機械光柵，其特征在于所述的驅(qū)動器(7)為靜 電梳齒驅(qū)動器。
3. —種如權(quán)利要求1所述的周期可調(diào)微機械光柵，其特征在于所述的基底材料為玻璃 或藍寶石。
4. 一種如權(quán)利要求1所述的周期可調(diào)微機械光柵，其特征在于所述的結(jié)構(gòu)層材料為硅 或砷化鎵。
5. —種如權(quán)利要求1所述的周期可調(diào)微機械光柵，其特征在于所述的金屬薄膜材料為 金或鋁。
6. —種如權(quán)利要求1所述的周期可調(diào)微機械光柵的制作方法，包括如下工藝步驟 步驟l:在基底(1)表面淀積一層金屬薄膜(2);步驟2:在結(jié)構(gòu)材料的一側(cè)刻蝕出一定高度的錨點(3);步驟3:將由步驟1和步驟2得到的結(jié)構(gòu)通過錨點(3)鍵合在一起，并將結(jié)構(gòu)材料減 薄至所需厚度；步驟4:對結(jié)構(gòu)材料進行刻蝕、釋放形成結(jié)構(gòu)層部分，形成周期可調(diào)的微機械光柵。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種周期可調(diào)微機械光柵及其制作工藝，屬于微光機電(MOEMS)器件領(lǐng)域。該光柵的特征在于，其基底為玻璃、藍寶石等絕緣透明材料。其制作工藝為在基底表面淀積一層金屬薄膜；在結(jié)構(gòu)材料的一側(cè)刻蝕出一定高度的錨點；兩者通過錨點鍵合在一起，并將結(jié)構(gòu)材料減薄至所需厚度；對結(jié)構(gòu)材料進行刻蝕、釋放形成結(jié)構(gòu)層部分，形成光柵。因為該光柵的基底是完全透光的，當入射光入射到光柵上時，一部分反射產(chǎn)生反射式衍射光譜；另一部分通過光柵柵條之間的縫隙到達基底的前表面產(chǎn)生投射，因此能同時工作在反射及透射方式。
文檔編號G02B26/08GK101493578SQ20091002132
公開日2009年7月29日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月27日
發(fā)明者喬大勇, 孫瑞康, 斌 燕, 苑偉政, 虞益挺 申請人:西北工業(yè)大學