[發明專利]一種三壓電懸臂梁驅動的MEMS微鏡及其制作方法

無效

• 申請號: 201010229832.2
• 申請日: 2010-07-19
• 公開（公告）號: CN101937128A
• 公開（公告）日: 2011-01-05
• 發明（設計）人: 曹茂盛;趙全亮;袁杰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G02B26/08
• 分類號: G02B26/08;B81C1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種三壓電懸臂梁驅動的MEMS(微電子機械系統)微鏡及制作方法，屬于智能材料與結構技術領域。?

背景技術

MEMS微鏡是一種微型光學調制器件，它的基本原理是通過靜電(或磁力或電熱或壓電)的作用使可以活動的微鏡面發生轉動或平動，從而改變輸入光的傳播方向或相位。MEMS微鏡及其陣列以其尺寸微小、鏡面定向精度高、單片集成化等優點，可廣泛用于光通訊中的光交換和光信號調制、光存儲和光投影成像、光譜分析和生物醫學儀器、天文學和視覺科學中的波前相差矯正等領域。?

按驅動方式分類，MEMS微鏡可主要分為靜電式、磁力式、電熱式和壓電式四種。其中壓電驅動式MEMS微鏡則以結構簡單、驅動力大，響應速度快等優點成為最有應用潛力的發展方向之一。?

目前，壓電驅動式MEMS微鏡主要采用二個或四個壓電懸臂梁的驅動結構。日本Maeda等人(Maeda等人，Application?of?sol-gel?deposited?thin?PZT?film?for?actuation?of?1D?and?2D?scanners，Sensors?and?Actuators?A-Physical，Vol.73，No.1-2，144-152)采用溶膠-凝膠法制備的1.5μm厚鋯鈦酸鉛(PZT)膜作為壓電驅動材料，制作了四壓電懸臂梁驅動的掃描微鏡，微反射鏡面能夠分別沿X軸和Y軸方向轉動。韓國Yee等人(Yee等人，PZT?actuated?micromirror?for?fine-tracking?mechanism?of?high-density?optical?data?storage，Sensors?and?Actuators?A-Physical，Vol.89，No.1-2，166-173)也運用溶膠-凝膠法制備了360nm厚PZT薄膜驅動的四壓電懸臂梁微鏡，可產生垂直方向的運動，能夠用于高密度光存儲的精確跟蹤裝置。韓國Kim等人(Kim等人，Piezoelectrically?pushed?rotational?micromirrors?using?detached?PZT?actuators?for?wide-angle?optical?switch?applications，Joumal?of?Micromechanics?and?Microengineering，Vol.18，No.12，?125022)也制作了四壓電懸臂驅動驅動微鏡，懸臂梁采用溶膠-凝膠法制備的380nm厚PZT壓電薄膜作為驅動材料，微反射鏡面能夠分別沿X軸和Y軸方向轉動。法國Filhol等人(Filhol等人，Resonant?micro-mirror?excited?by?a?thin-film?piezoelectric?actuator?for?fast?optical?beam?scanning，Sensors?and?Actuators?A-Physical，Vol.123-124，483-489)則制作了雙壓電懸臂梁驅動的扭轉微鏡，懸臂梁采用射頻濺射法制備的500nm厚PZT壓電薄膜作為驅動材料，可實現沿一個單軸的轉動和垂直運動。美國Smits等人(Smits等人，Microelectromechanical?flexure?PZT?actuated?optical?scanner：static?and?resonance?behavior，Journal?of?Micromechanics?and?Microengineering，Vol.15，No.6，1285-1293)也制作了雙壓電懸臂梁驅動的扭轉微鏡，臂梁采用溶膠-凝膠法制備的0.8μm厚PZT壓電薄膜作為驅動材料，可實現沿一個單軸的轉動。?

由上可以看出，壓電驅動式MEMS微鏡主要通過在壓電懸臂梁上施加不同的組合電壓，從而實現微反射鏡面沿某個單軸或兩個正交軸方向的轉動，可轉動的方向較少，難以滿足微鏡在光開光、光掃描和光成像等方面對多軸偏轉方向的要求。在驅動材料方面，主要使用壓電系數較高的PZT薄膜(＜2μm)作為微鏡的驅動材料，但PZT薄膜的壓電性能弱、驅動力小，限制了它在壓電MEMS器件中的應用。此外，壓電MEMS微鏡的壓電懸臂梁與微反射鏡面均采用直線型窄彈性梁連接，這會使壓電懸臂梁產生的扭曲應力影響微反射鏡面的平整度，進而增加了光損耗。?

綜上所述，為了滿足壓電MEMS微鏡在光開光、光掃描和光成像等方面對多軸偏轉方向的要求，并達到盡可能大的偏轉角度，需要設計并制作新型結構的壓電MEMS微鏡以解決上述問題。?

發明內容