[發(fā)明專利]一種溝槽隔離鏡面的微扭轉(zhuǎn)鏡及其制作方法

有效

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• 申請日: 2011-07-08
• 公開（公告）號: CN102269868A
• 公開（公告）日: 2011-12-07
• 發(fā)明（設計）人: 喬大勇;康寶鵬;燕斌;劉耀波
• 申請（專利權(quán)）人: 西安勵德微系統(tǒng)科技有限公司
• 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

所屬領域

本發(fā)明屬于微光機電系統(tǒng)(MOEMS)領域，主要涉及一種微扭轉(zhuǎn)鏡及其制作方法。

背景技術

微扭轉(zhuǎn)鏡與傳統(tǒng)光束偏轉(zhuǎn)元件相比，具有能耗小、微型化、易集成等優(yōu)點，加之其在通信、消費電子、生物醫(yī)藥、軍事國防等領域的應用不斷擴展，逐漸成為光學MEMS領域研究的熱點。靜電梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡具有結(jié)構(gòu)簡單、單位能量密度大、轉(zhuǎn)動角度大的特點，是未來最具商業(yè)化前景的微扭轉(zhuǎn)鏡形式之一。

鑒于微扭轉(zhuǎn)鏡有著廣闊的商業(yè)前景，特別是基于單片絕緣體上硅(SOI)硅片的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡，大大簡化了制作工藝的成本和難度，為微扭轉(zhuǎn)鏡的研究開辟了新的天地。為此，近年來，國際上很多公司和研究院校的科研人員參加到各種形式的垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡的研發(fā)當中。

1999年，康奈爾大學采用表面工藝結(jié)合深度反應離子刻蝕(DRIE)體硅工藝，制作了Staggered?Vertical?Comb(SVC)微扭轉(zhuǎn)鏡，在18V電壓驅(qū)動下轉(zhuǎn)角僅為1.1°，但此研究開辟了垂直梳齒驅(qū)動微扭轉(zhuǎn)鏡結(jié)構(gòu)的先河；加州大學伯克利分校于2000年研制出基于硅硅鍵合工藝的SVC微扭轉(zhuǎn)鏡，在交流電壓驅(qū)動下，其掃描角度達到24.9°；2002年加州大學洛杉磯分校的PR.Patterson研究小組提出了Angular?Vertical?Comb(AVC)驅(qū)動器能有效提高微扭轉(zhuǎn)鏡的靜態(tài)轉(zhuǎn)角，但是其AVC采用光刻膠鉸鏈制作，工藝可操作性差；這些報道的微扭轉(zhuǎn)鏡都是工作在開環(huán)控制下，其受外界的影響較大，為了更好的實現(xiàn)扭轉(zhuǎn)鏡穩(wěn)定的轉(zhuǎn)動，一般通過檢測電容的變化來反饋信息對其實行閉環(huán)控制。在文獻《Driver?ASIC?for?synchronized?excitation?of?resonant?micromirrors》中，Roscher，K.等人通過特殊的集成電路設計來對電容變化的檢測實行閉環(huán)控制，但往往這種電容的信號是非常微弱的，并且光的檢測技術要求更高的精度，所以這種方法實現(xiàn)起來有很大的難度；2010年A.Tortschanoff等人在文獻《Optical?Position?Feedback?and?Phase?Control?of?MOEMS-Scanner?Mirrors》提出，通過采用激光束在鏡面的背面反射，外加高速光電探測器來快速的檢測光的反射并以此確定參數(shù)來實現(xiàn)系統(tǒng)的閉環(huán)控制，但這種方式需要外加高速光電探測器和觸發(fā)二極管來實現(xiàn)，使整個系統(tǒng)的設計變得復雜，成本增加。

綜上所述，為了實現(xiàn)微扭轉(zhuǎn)鏡更加穩(wěn)定的工作，一般采用電容檢測的方式來實現(xiàn)閉環(huán)控制，但現(xiàn)有的方法存在反饋信號弱，系統(tǒng)實現(xiàn)復雜，精確度低等問題。如果直接檢測鏡面梳齒的電容，當連接鏡面的錨點和固定梳齒端錨點加上驅(qū)動電壓后，若將其作為電容信號檢測的兩端，則驅(qū)動信號和檢測信號混疊，無法準確實現(xiàn)加電壓后梳齒間的電容的測量，從而無法實現(xiàn)微扭轉(zhuǎn)鏡的閉環(huán)控制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：為了克服微扭轉(zhuǎn)鏡器件在連接鏡面的錨點和固定梳齒端錨點加電壓后，梳齒電容很難被準確測量這一問題，本發(fā)明提出一種溝槽隔離鏡面的微扭轉(zhuǎn)鏡及其制作方法，該微扭轉(zhuǎn)鏡采用溝槽填充技術來使的鏡面分為加電后導電部分和加電后不導電部分，這樣能有效的測量其微扭轉(zhuǎn)鏡的梳齒電容，以使來更好的完成信息的反饋，并利用閉環(huán)控制使微扭轉(zhuǎn)鏡達到更穩(wěn)定的狀態(tài)。

本發(fā)明的技術方案是：參閱圖1，一種溝槽隔離鏡面的微扭轉(zhuǎn)鏡，包括鏡面，其特征在于，所述的鏡面由被溝槽隔離開的導電鏡面1和隔離鏡面2組成；導電鏡面1和隔離鏡面2各通過一根支撐梁5，分別與加電引線錨點7和測試引線錨點6連接，使得整個鏡面由支撐梁5支撐懸置在兩個錨點中間；鏡面上的溝槽被兩邊為二氧化硅4，中間為多晶硅3的夾心式材料填充，二氧化硅4的作用是將鏡面絕緣開，而填充的多晶硅3則起到對兩個分開的導電鏡面1和隔離鏡面2的機械連接作用；所述導電鏡面1上布有活動梳齒8，固定在加電引線固定錨點11上的固定梳齒9與之構(gòu)成驅(qū)動梳齒對；所述隔離鏡面2上也布有活動梳齒8，固定在測試引線固定錨點10上的固定梳齒9與之構(gòu)成檢測梳齒對。

參閱圖2，所述的溝槽隔離鏡面的微扭轉(zhuǎn)鏡的制作方法，其主要是對溝槽隔離部分工藝的描述，包括如下步驟：

步驟1：清洗SOI硅片后，光刻以及ICP刻蝕器件層，在器件層加工出未加工溝槽的鏡面、支撐梁5、可動梳齒8、固定梳齒9、加電引線錨點7、加電引線固定錨點11、測試引線錨點6、測試引線固定錨點10結(jié)構(gòu)；

步驟2：參閱圖2(a)，在硅片的器件層上涂光刻膠12，光刻后在其上形成光刻膠上的溝槽窗口13結(jié)構(gòu)，光刻膠上的溝槽窗口13對應的是鏡面上的隔離槽窗口；