[發明專利]靜電驅動的焦點可變微平面鏡及其制造方法

無效

• 申請號: 200710046921.1
• 申請日: 2007-10-11
• 公開（公告）號: CN101135772A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 李以貴;張俊峰
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: G02B26/10
• 分類號: G02B26/10;G03F7/00
• 代理公司: 上海交達專利事務所
• 代理人: 王錫麟;王桂忠

技術領域

本發明涉及一種光學器件技術領域的平面鏡及其制造方法，具體是一種靜電驅動的焦點可變微平面鏡及其制造方法。

背景技術

微光機電系統(MOEMS)是MEMS(微機電系統)技術的一個重要的研究方向，它是由微光學、微電子和微機械相結合而產生的一種新型的微光學系統。微光機電系統是一種可控的微光學系統，該系統中的微光學元件在微電子和微機械裝置的作用下能夠對光束進行匯聚、衍射、反射等控制，從而可最終實現光開關、衰減、掃描和成像等功能。這種把微光學元件、微電子和微機械裝置有機地集成在一起的系統，能夠充分發揮三者的綜合性能，不僅能夠使光學系統微型化而降低成本，而且可實現光學元件間的自對準，更重要的是這種組合還會產生新的光學器件和裝置。

微平面鏡被廣泛用于光路的調整和控制，在微光機電系統中起著重要的作用。MOEMS中的微平面鏡一般是以帶鉸鏈的多晶硅平板為基底，在其上蒸鍍Cr-Au等金屬制成。這種微反射鏡可繞固定軸轉動，可用作光開關、光掃描器等MOEMS器件中的微驅動鏡。比如微鏡反射式MEMS光衰減器就是利用微型平面鏡來改變反射光束的方向，從而改變耦合輸入輸出光纖中的光功率。這種MEMS光衰減器主要由輸入、輸出光纖、準直透鏡和微驅動器驅動的微平面鏡組成。

經對現有的技術文獻的檢索發現，三星電機株式會社的專利——“衍射薄膜壓電微鏡及其制造方法”，中國申請號200410089738，該專利是屬于以壓電工作方式工作的衍射薄膜壓電微鏡，該衍射薄膜壓電微鏡包括其上形成凹部以為其中心提供氣隙的硅襯底，以及具有帶狀的壓電鏡面層，在其兩端沿凹部的兩端粘附到硅襯底，同時在其中心部分與凹部的底部隔開，以及包括當電壓施加到壓電材料層時在其中心部分可垂直移動且因此衍射入射光束的薄膜壓電材料層。通過分析可以看出這種利用微驅動器驅動的微平面鏡結構由于受于壓電材料的限制而不適合陣列化微加工，導致結構設計的復雜不利于快速精確的調節控制。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種靜電驅動的焦點可變微平面鏡及其制造方法。本發明只需簡單的通過改變施加的外加電壓的大小就可以達到快速準確的調節微平面鏡焦點的目的，比以往的微平面鏡結構更簡單，更容易陣列化和變焦控制，而且具有能耗低，精確度高的特點。

本發明是通過以下技術方案實現的：

本發明涉及的靜電驅動的焦點可變微平面鏡，包括：底座、底座上固定的環形電極、Si基板、可動電極和微平面鏡鏡面。其中，底座與Si基板都是用SOI材料加工的，它們通過Si-Au共晶合金鍵合并形成一個為可動電極提供形變空間的氣隙，可動電極與Si基板相連，固定的環形電極的設計可以更有利于均勻精確的形變。當在固定的環形電極和可動電極之間施加可以調節的電壓時，產生的法向靜電力可使可動電極向下面的環形電極方向運動，由于可動電極的中心部分發生形變最大，所以形成一個凹面，既而帶動蒸鍍在其上的微平面鏡鏡面變成凹面，凹面變形的大小與靜電力的大小有直接關系，并且由于靜電力與所加電壓的平方成正比，所以微平面鏡(凹面)的焦點可由外加電壓的大小來快速準確的調節。本發明的靜電驅動的焦點可變微平面鏡是由法向靜電力來驅動的。

本發明涉及的靜電驅動的焦點可變微平面鏡的制造方法，具體包括如下步驟：

①平面鏡部分的制作工藝；

②底座部分的制作工藝；

③環形電極與可動電極的Si-Au共晶合金鍵合。

所述的平面鏡部分的制作工藝，具體為：首先，準備好用于光刻處理的掩模板，利用UV光刻與顯影技術將設計好的掩模板結構圖案遷移在掩模板的SOI晶片表面。其次，用ICP-RIE(感應耦合反應離子刻蝕)工藝對晶片中的厚硅進行刻蝕至SiO₂層。然后，利用HF蒸汽刻蝕工藝對SOI中二氧化硅的刻蝕。接著，用ICP-RIE工藝對晶片中的結構硅層進行刻蝕。最后再進行平面鏡鏡面Al的蒸鍍，形成可動電極。

所述平面鏡部分的制作工藝中的掩模板，其鏡面結構是由在一個自上而下為Si襯底，SiO₂層和結構層(Si層)的SOI(絕緣層上硅)晶片材料上加工的。

所述的底座部分的制作工藝，具體為：首先，準備好用于光刻處理的掩模板，利用UV光刻與顯影技術將設計好的結構圖案遷移在掩模板的SOI晶片表面。其次，用ICP-RIE工藝刻蝕至SiO₂層。接著同樣利用Al的蒸鍍工藝在底座中央形成環形電極。