[發明專利]一種微型光學器件及其制備方法

有效

• 申請號: 200810056983.5
• 申請日: 2008-01-28
• 公開（公告）號: CN101246259A
• 公開（公告）日: 2008-08-20
• 發明（設計）人: 陳慶華;吳文剛;王子千;閆桂珍;郝一龍;王陽元
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;G03F7/00;B81C1/00
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 徐寧;關暢

技術領域

本發明涉及一種光學器件及其制備方法，特別是關于一種具有光開關和可變光衰減器混合功能的微型光學器件及其制備方法。

背景技術

采用微電子機械系統(MEMS)技術實現的光開關和可變光衰減器具有體積小、重量輕、能耗低、性能穩定等優點。隨著光纖通訊技術和密集波分復用系統的飛速發展，MEMS光開關和可變光衰減器作為重要的光波導器件，得到了越來越廣泛的應用。目前有關MEMS光開關和可變光衰減器的研究已有很多報道。這些器件都是以分立器件的形式設計，制造和封裝，并能很好地實現光開關或光衰減功能。

集成化是當前MEMS技術發展的主流。集成化MEMS器件具有體積更小、重量更輕、功耗更低、成本更低、可靠性更高、性能更優異及功能更強大等優點。通過集成MEMS光開關和可變光衰減器，研制出高性能的具有光開關和可變光衰減器混合功能的微型光學器件，將極大的提高MEMS通訊類光學器件的性能、集成度和在應用方面的柔性度。然而，光開關同可變光衰減器在工藝和結構設計上存在較大的差異，因此實現該類集成技術存在著巨大的困難。就目前來看，在世界范圍內，仍然通過將分立的MEMS光開關和可變光衰減器通過外部電學和光學連接構成微光系統來實現集成化的高性能微型光學器件的光開關和可變光衰減器混合功能。這將提高設備成本、降低系統可靠性、增加系統維護難度和不利于設備的微型化。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的是提供一種可實現光開關和可變光衰減器混合功能的微型光學器件及其制備方法。

為實現上述目的，本發明采取以下技術方案：一種微型光學器件，其特征在于：它包括固定電極、可動電極、支撐梁、玻璃襯底、光反射模塊和光纖固定模塊；所述固定電極包括連接在所述玻璃襯底頂面兩側的梳齒式固定電極和固定在所述玻璃襯底頂面中部的平板式固定電極；所述可動電極為插設在所述梳齒式固定電極間的兩梳齒式可動電極和分別位于所述平板式固定電極上方的兩平板式可動電極；所述支撐梁包括折疊橫梁和組合扭轉梁，所述折疊橫梁包括通過短梁連接所述兩可動電極的通梁，通過錨點懸浮固定在所述玻璃襯底上的折疊梁；所述組合扭轉梁包括多個支梁，其中兩所述支梁一端連接所述折疊橫梁，另一端連接兩可動電極的外側；另兩所述支梁的一端連接所述兩可動電極的內側，另一端連接光反射模塊的尾部兩側，再兩所述支梁一端連接所述折疊橫梁，另一端連接所述光反射模塊的尾部；所述光纖固定模塊上以所述光反射模塊為中心，呈放射狀設置有若干光纖槽，且每一所述光纖槽分別對準所述光反射模塊上多個光反射面中的一個。

所述組合扭轉梁與所述折疊橫梁可以是單端不等高梁。所述單端不等高的組合扭轉梁可以與所述折疊橫梁的頂部平齊，底部高于所述折疊橫梁。所述單端不等高的組合扭轉梁也可以與所述折疊橫梁的底部平齊，頂部低于所述折疊橫梁。

所述組合扭轉梁與所述折疊橫梁也可以是雙端不等高梁。

所述組合扭轉梁與所述折疊橫梁為單端不等高梁時，采用以下主要制備工藝：

(1)采用雙拋N型(100)硅片；

(2)在硅片上形成氧化硅掩膜，然后刻蝕深槽，所述深槽的深度定出玻璃襯底上的固定電極和可動電極之間的間隙；

(3)去除氧化硅掩膜，對所述硅片表面進行摻雜，以形成歐姆接觸；

(4)在玻璃襯底上制作金屬電極，作為微驅動結構的引線電極；

(5)將玻璃襯底和硅片進行陽極鍵合，并將硅片減薄到固定電極的厚度；

(6)在硅片上形成氧化硅掩膜，再在氧化硅掩膜表面形成光刻膠掩膜，進而形成氧化硅和光刻膠的復合掩模；然后以光刻膠掩膜為掩模刻蝕深槽，定出折疊橫梁上端與組合扭轉梁上端的高度差；

(7)去除光刻膠掩模，以氧化硅掩膜為掩模刻蝕釋放結構，完成微型光學器件制備。

所述組合扭轉梁與所述折疊橫梁為雙端不等高梁時，采用以下主要制備工藝：

(1)采用雙拋N型(100)硅片；

(2)在硅片上形成氧化硅掩膜，再在氧化硅掩模表面形成光刻膠掩膜，進而形成氧化硅和光刻膠的復合掩模；以光刻膠掩膜為掩模刻蝕深槽，深槽的深度定出折疊橫梁與組合扭轉梁的下端高度差；

(3)去除光刻膠掩模，以氧化硅掩模為掩模刻蝕硅片形成深槽，深槽的深度定出玻璃襯底上的固定電極和可動電極之間的間隙；

(4)去除氧化硅掩膜，對所述硅片表面進行摻雜，以形成歐姆接觸；

(5)在玻璃襯底上制作金屬電極，作為微驅動結構的引線電極；

(6)將玻璃襯底和硅片進行陽極鍵合，并將硅片減薄到固定電極的厚度；