[發明專利]其中帶有彈出反射鏡的集成光電子裝置及形成與操作方法

無效

• 申請號: 00133799.8
• 申請日: 2000-11-10
• 公開（公告）號: CN1296191A
• 公開（公告）日: 2001-05-23
• 發明（設計）人: 羅伯特·L·武德;艾德華·阿瑟·希爾
• 申請（專利權）人: JDS尤尼費斯公司
• 主分類號: G02B26/00
• 分類號: G02B26/00;G02B5/08;G02B1/02
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王茂華

本發明涉及光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法，更具體地，涉及利用反射面以引導光能的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

其中帶有反射鏡的微型電動機械(MEM)裝置推薦用于引導光束穿過一個光電子襯底。這類裝置可用于從顯示器至光子N×N開關的各種各樣應用范圍。這類裝置已在Motamedi等的標題為“微型電動機械(MEM)光諧振器及方法”的美國專利No.5，903，380中公開。尤其是，Motamedi等的‘380專利公開了一個集成微型電動機械光諧振器，它包括一個一端固定在襯底上、另一端在襯底上面自由伸展的懸臂梁。還提供一個雙壓電晶片致動器，疊加在梁固定端的上面。還有一個反射面部分地覆蓋在梁自由端的上面。雙壓電晶片致動器包括具有不同熱膨脹系數的材料層。在此雙壓電晶片致動器上跨接一個直流偏置的交流電壓，隨著通過它的電流的增減引起它發熱與冷卻。由此建立一個雙壓電晶片效應，導致懸臂梁與反射面按照電流的變化而振蕩。聯合帶有一個光源的諧振器與致動器激勵電路組成一個光掃描器發動機，發出一個超過20度的掃描角與一個高的掃描頻率。遺憾的是，‘380專利的在懸臂梁上提供的反射鏡面由于懸臂梁可能響應雙壓電晶片效應而變為彎曲或其它變形，從而不具有近似地限制衍射的光學質量。

Fleming的標題為“雙穩態微型電動機械致動器”的美國專利No.5，867，302也公開了一個其中帶有反射鏡的MEM裝置。尤其是，該‘302專利公開了一個MEM致動器，其在襯底上形成并包括一個通常為矩形的受壓膜片，由于該膜片的中點連接至一個彈性構件而對邊連接至一對延伸支撐，當釋放時它呈現一個曲線的截面形狀。受壓膜片可在一對具有鏡象對稱的機械狀態之間作靜電轉換，在去除編程電壓后MEM致動器保持靜止狀態。根據本發明的各個實施例的雙穩態MEM致動器可用于構成一個非易失性存貯元件，一個光調制器(帶有一對支撐在膜片上面并隨著膜片轉換同步運動的反射鏡)，一個可轉換的反射鏡(帶有一個其中點支撐在膜片上面的單反射鏡)，與一個閂鎖繼電器(帶有一對隨膜片轉換而打開與閉合的觸點)。也可構成雙穩態MEM致動器的陣列，用于包括非易失性存貯器、光顯示器與光計算機等應用場合。‘302專利的圖7a-7b還公開了一個包括一個可轉動反射鏡的MEM致動器實施例。遺憾的是，在‘302專利中描述的用于形成一個其上支撐可轉動反射鏡的膜片的工藝較復雜，因而可能同常規的微電子處理技術不相適應。因此，在‘302專利中公開的裝置可能不易集成常規的集成電路襯底上的電子裝置。

因此，盡管上述MEM裝置其中帶有反射鏡，仍需要能改變光束方向并具有近似地限制衍射的光學質量的光電子裝置以及同常規的微電子裝置制造技術相容的形成與使用所述裝置的方法。

因而本發明的一個目的是提供經改進的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

本發明的另一個目的是提供能改變光束方向的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

本發明的再另一個目的是提供其中帶有可動的反射微結構的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

本發明的又一個目的是提供其中帶有具有近似地限制衍射的光學質量的反射微結構的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

本發明還有一個目的是提供其中帶有在最大為幾微米的小孔上顯示極高平直度的光反射鏡的光電子裝置以及形成與操作所述裝置的方法。

通過光電子裝置可提供本發明的這些與其它的目的、優點與特性，根據本發明的一個實施例的光電子裝置包括一個其中帶有一個開口、至少部分地貫通延伸的襯底。在此開口中提供一個具有近似地限制衍射質量的反射鏡，該反射鏡通過一個鉸鏈與襯底機械連接使該反射鏡能從閉合位置轉動至打開位置。根據本發明的一個優選方面，反射鏡由一個厚度約大于10μm的單晶硅反射鏡底層與一個在底層上面的光反射鏡面組成。該鏡面可包括例如金或鋁，且可使用一種蒸鍍或濺射技術鍍施加到底層上。這個單晶硅反射鏡底層能高度抵抗當承受壓力時引起的彎曲或其它變形。

根據本發明的另一個優選方面，鉸鏈包括一個多晶硅鉸鏈，它提供一個同襯底的機械和電連接。在反射鏡底層的背面上還提供一層例如鎳的金屬，使得對開口施加一個足夠強的磁場將引起作用在金屬層上的力從而將反射鏡底層拉至直立位置。在單晶硅底層上還提供一個多晶硅靜電壓緊電極。即使在對開口施加一個足夠強的磁場的情況下該壓緊電極可方便地用于將反射鏡壓緊在閉合位置。因此，根據本發明可提供一個帶有許多獨立可控的反射微結構(例如“彈出(pop-up)”反射鏡)的襯底。