專利名稱：有機(jī)微光機(jī)械振動(dòng)/加速度傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電子技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種振動(dòng)/加速度傳感器中的硅基集成微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法的改進(jìn)。
法國(guó)的Eric Ollier等人于1999年1月在Journal of Lightwave Technology上首次報(bào)道了一種新型硅基集成微光機(jī)械振動(dòng)/加速度傳感器，由三部分組成硅基集成微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)1和遠(yuǎn)離電磁場(chǎng)的光電信號(hào)處理單元3，二者由光纖2連接(如圖1所示)。
微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)1(如圖2、3所示)由單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7共同集成于硅基片8上所制成，單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7均由氧化硅光學(xué)厚膜襯底9、光波導(dǎo)芯層10、光學(xué)厚膜包覆層11構(gòu)成。微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)制備工藝步驟如下(1)在硅基片上，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)技術(shù)生長(zhǎng)氧化硅厚膜作為光波導(dǎo)襯底9，采用PECVD技術(shù)生長(zhǎng)高折射率氧化硅薄膜作為光波導(dǎo)芯層10(氧化硅折射率由PECVD過(guò)程中磷摻雜濃度控制)；(2)采用反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)制備氧化硅單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5和雙通道輸出波導(dǎo)6；(3)采用PECVD技術(shù)生長(zhǎng)氧化硅光波導(dǎo)厚膜作為包覆層11；(4)采用各向異性反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)制備微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7；
(5)采用干法微波各向同性硅蝕刻技術(shù)釋放微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7；上述制備工藝存在如下問(wèn)題由于PECVD工藝設(shè)備昂貴、工藝過(guò)程復(fù)雜，使得器件成本過(guò)高，不利于器件實(shí)用化；微光機(jī)械結(jié)構(gòu)所必需的氧化硅厚膜無(wú)法用常規(guī)介質(zhì)膜沉積技術(shù)(高溫?zé)嵫趸⒄婵照舭l(fā)、磁控濺射和反應(yīng)磁控濺射等)制備；氧化硅振動(dòng)懸臂梁所用材料單一(由PECVD設(shè)備所決定)，力學(xué)參數(shù)(如彈性系數(shù)等)沒(méi)有調(diào)整余地；本發(fā)明的目的是解決已有技術(shù)的問(wèn)題，將提供一種簡(jiǎn)化器件制備工藝，降低器件成本；拓寬制備微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)的材料選擇范圍；改進(jìn)器件性能，擴(kuò)展器件應(yīng)用范圍的硅基集成有機(jī)微光機(jī)械振動(dòng)/加速度傳感結(jié)構(gòu)及其制備方法。
本發(fā)明如圖2、3所示由單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7所構(gòu)成的微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)1均由有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9、有機(jī)光波導(dǎo)芯層10、有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11組成，單通道輸入波導(dǎo)4集成于微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7之上，其輸出端與多模干涉耦合器5輸入端相對(duì)，多模干涉耦合器5位于單通道輸入波導(dǎo)4的輸出端位置，其輸入端與單通道輸入波導(dǎo)4的輸出端相對(duì)、輸出端與雙通道輸出波導(dǎo)6輸入端連接。有機(jī)光波導(dǎo)芯層10附著于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11包覆于有機(jī)光波導(dǎo)芯層10和有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，整個(gè)有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)1附著于硅基片8上，微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7的一端與有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9、有機(jī)光波導(dǎo)芯層10和有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11組成的有機(jī)膜層連接，微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7的另一端自由懸空。
本發(fā)明的有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)制備工藝方法步驟如下(1)采用旋涂或滴膜方法將有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于硅基片8上，經(jīng)固化后制成有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9；(2)采用旋涂或滴膜方法將折射率高于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9的有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9，經(jīng)固化后制成有機(jī)光波導(dǎo)芯層10；(3)采用光刻腐蝕及反應(yīng)等離子刻蝕方法，制備出單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6；(4)采用旋涂或滴膜方法將折射率低于有機(jī)光波導(dǎo)芯層10的有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，經(jīng)固化后制成有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11；(5)采用光刻腐蝕反應(yīng)等離子刻蝕方法制備出有機(jī)微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7；(6)采用硅各向同性腐蝕方法，釋放有機(jī)微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7，完成有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)制備。
本發(fā)明積極效果本發(fā)明采用有機(jī)光學(xué)材料制備微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)，使得器件制備工藝簡(jiǎn)單、器件成本降低，便于傳感器的實(shí)用化；在器件性能方面，用于制備光學(xué)厚膜的有機(jī)光學(xué)材料可選擇范圍比無(wú)機(jī)光學(xué)材料大的多，并且有機(jī)光學(xué)材料還可以進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)合成改性，以滿足器件優(yōu)化設(shè)計(jì)的需要，采用有機(jī)光學(xué)材料制備的懸臂梁，其彈性系數(shù)等力學(xué)參數(shù)可在很寬的范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整，因而有可能顯著提高器件的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。


圖1是已有硅基集成微光機(jī)械振動(dòng)/加速度傳感器結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明傳感結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是圖2中虛線位置的剖面圖本發(fā)明實(shí)施例本發(fā)明涉及的有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)中的有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9和有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11可選用有機(jī)硅樹脂為材料，有機(jī)光波導(dǎo)芯層10可選用聚酰亞胺為材料；本發(fā)明提供的制備方法中的硅基片8可選用單晶硅片；硅各向同性和各向異性腐蝕液可在半導(dǎo)體手冊(cè)中查得。
權(quán)利要求
1.一種用于振動(dòng)/加速度傳感器的硅基集成有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)，由單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7所構(gòu)成，其特征在于單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7均由有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9、有機(jī)光波導(dǎo)芯層10、有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11組成，單通道輸入波導(dǎo)4集成于微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7之上，其輸出端與多模干涉耦合器5輸入端相對(duì)，多模干涉耦合器5位于單通道輸入波導(dǎo)4的輸出端位置，其輸入端與單通道輸入波導(dǎo)4的輸出端相對(duì)，輸出端與雙通道輸出波導(dǎo)6輸入端連接。有機(jī)光波導(dǎo)芯層10附著于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11包覆于有機(jī)光波導(dǎo)芯層10和有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，整個(gè)有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)1附著于硅基片8上，微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7的一端與有機(jī)膜層連接，另一端自由懸空。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅基集成有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于制備工藝方法步驟如下(1)采用旋涂或滴膜方法將有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于硅基片上，經(jīng)固化后制成有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9；(2)采用旋涂或滴膜方法將折射率高于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底的有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9，經(jīng)固化后制成有機(jī)光波導(dǎo)芯層10；(3)采用光刻腐蝕及反應(yīng)等離子刻蝕方法，制備出單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6；(4)采用旋涂或滴膜方法將折射率低于有機(jī)光波導(dǎo)芯層的有機(jī)光學(xué)材料溶液涂覆于單通道輸入波導(dǎo)4、多模干涉耦合器5、雙通道輸出波導(dǎo)6和有機(jī)光學(xué)厚膜襯底9之上，經(jīng)固化后制成有機(jī)光學(xué)厚膜包覆層11；(5)采用光刻腐蝕反應(yīng)等離子刻蝕方法制備出有機(jī)微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7；(6)采用硅各向同性腐蝕方法，釋放有機(jī)微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁7，完成有機(jī)微光初械傳感結(jié)構(gòu)制備。
全文摘要
本發(fā)明屬于硅基集成有機(jī)微光機(jī)械振動(dòng)/加速度傳感結(jié)構(gòu)及其有機(jī)微光機(jī)械傳感結(jié)構(gòu)的制備方法。由單通道輸入波導(dǎo)、多模干涉耦合器、雙通道輸出波導(dǎo)和微機(jī)械振動(dòng)懸臂梁組成,采用有機(jī)光學(xué)材料制備微光機(jī)械結(jié)構(gòu)的方法使得制備工藝簡(jiǎn)單、成本降低,實(shí)用。采用有機(jī)光學(xué)材料的可選擇范圍比無(wú)機(jī)光學(xué)材料大并可以進(jìn)行分子結(jié)構(gòu)合成改性,滿足優(yōu)化設(shè)計(jì)需要,采用有機(jī)光學(xué)材料制備懸臂梁,其彈性系數(shù)等力學(xué)參數(shù)可在很寬范圍內(nèi)調(diào)整,能提高器件的靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。
文檔編號(hào)G01H9/00GK1315653SQ0010632
公開日2001年10月3日 申請(qǐng)日期2000年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月30日
發(fā)明者高福斌, 張平, 刑汝冰, 金鋒 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所