專利名稱：一種可變閃耀光柵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可變閃耀光柵的制作方法，具體涉及一種基于微機(jī)電技術(shù)的可變閃耀光柵的制作方法，可以制作成一種可以廣泛應(yīng)用于傳感、生物醫(yī)療儀器、光譜分光儀器和光電子領(lǐng)域的可變閃耀光柵；沿襲大規(guī)模集成電路的微機(jī)電技術(shù)，可以容易地批量制作性能完全相同的可變閃耀光柵。
背景技術(shù)：
自上世紀(jì)六十年代提出微機(jī)電技術(shù)(Micro Electro MechanicalSystem，簡稱MEMS)以來，世界各工業(yè)國都積極響應(yīng)將制造技術(shù)的發(fā)展推向新的高潮。經(jīng)過四十幾年的不懈努力，這種先進(jìn)的制造技術(shù)由于各專業(yè)和學(xué)科之間的不斷滲透、交叉、融合，使其日趨系統(tǒng)化、集成化，已經(jīng)發(fā)展為集機(jī)械、電子、信息、材料和操作系統(tǒng)的新興交叉學(xué)科，可以稱之為一個制造工程。另外，隨著大規(guī)模系統(tǒng)集成電路(LSI)的飛速發(fā)展，0.13微米量級的加工技術(shù)也已堂皇登場，這一技術(shù)的進(jìn)步又對微機(jī)電技術(shù)產(chǎn)生了巨大的推動作用，比如深刻蝕技術(shù)(DRIE)的日臻完美。這一技術(shù)在微機(jī)電領(lǐng)域里的應(yīng)用促使了光通信、微機(jī)械加工和電子控制合成光機(jī)電一體化系統(tǒng)的發(fā)展。本發(fā)明就是在這一技術(shù)的背景之下展開的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是基于微機(jī)電技術(shù)，提出一種可變閃耀光柵的制作方法。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的將閃耀光柵制作在可高頻小位移形變的硅橡膠基板(以下簡稱基板)上，通過電壓控制位移裝置改變基板的幾何長度從而改變刻蝕在基板上的閃耀光柵的光柵常數(shù)。
具體地說，本發(fā)明包括下列步驟a、采用SOI硅基板，首先在基板上腐蝕掉器件層的硅層，形成可伸縮薄膜2.1的硅層區(qū)域；b、清洗露出的二氧化硅表面并進(jìn)行活化處理；c、在這個區(qū)域內(nèi)涂布形成可伸縮薄膜2.1的材料然后進(jìn)行鈍化處理；d、在可伸縮薄膜2.1表面用磁控濺射法鍍上對工作波長反射系數(shù)高的化學(xué)穩(wěn)定薄膜；e、用曝光刻蝕法形成閃耀光柵；f、在SOI硅基板的控制部分用DRIE刻蝕形成需要容量的梳狀電極；g、用XeF2技術(shù)腐蝕掉硅膠所在的正下方底部的基板硅；h、進(jìn)一步用HF溶液腐蝕掉與可伸縮薄膜2.1接觸的SO2層，使可伸縮薄膜2.1完全暴露。
所述光柵是刻痕形狀按工作波長要求刻出的反射光柵，它把光能由原來的零級最大移至由刻痕形狀決定的反射光方向，從而使與這一級次相應(yīng)的極大既有大的角色散作用，又集中了較強(qiáng)的光能。
光柵方程為sinα±sinθ=±kλd,]]>其中，λ為閃耀波長，α為入射角，θ為閃耀角，刻痕周期d即光柵常數(shù)，d′是形變后的光柵常數(shù)。
本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)和積極效果(1)易于集成，將光機(jī)電三者的優(yōu)點(diǎn)集中于一個系統(tǒng)內(nèi)，使其各個性能得到最大的發(fā)揮，實現(xiàn)了光機(jī)電一體化的集成；(2)設(shè)計合理，性能價格比高，易于實現(xiàn)批量生產(chǎn)、成品率高。
(3)可廣泛應(yīng)用于傳感、生物醫(yī)療器械、光譜分析儀器和光電子領(lǐng)域。


圖1為本發(fā)明作為位移傳感用的總體框圖；圖2為可變閃耀光柵結(jié)構(gòu)示意圖。
其中1-信號輸入端；2-可變閃耀光柵，2.1-可伸縮薄膜，2.2-二氧化硅層，2.3-硅層；3-形變個體；4-信號輸出端。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例進(jìn)一步說明。
如圖2所示為可變閃耀光柵結(jié)構(gòu)示意圖?？勺冮W耀光柵2制作在一張可伸縮薄膜2.1的線性形變區(qū)域，該區(qū)域要根據(jù)薄膜的物理力學(xué)性質(zhì)由計算機(jī)模擬計算確定，在這個區(qū)域內(nèi)薄膜單方向拉伸時其他方向的形變在容許的范圍內(nèi)。
具體制作時，首先在SOI(Silicon on Insulate，簡稱SOI)硅基板的上層腐蝕掉形成可伸縮薄膜2.1的硅層區(qū)域，二氧化硅層2.2和硅基2.3下層即為腐蝕后的SOI硅基板，可伸縮薄膜2.1涂布在活化過的二氧化硅表面，然后在可伸縮薄膜2.1表面光刻形成可變閃耀光柵，并除去底層硅基。當(dāng)電壓控制位移裝置驅(qū)動模塊的控制驅(qū)動電壓變化時，電壓控制位移裝置會隨著外部控制電壓的變化而線性變化；電壓控制位移裝置的可動部分與可伸縮薄膜2.1牢固連接，由此來控制光柵常數(shù)的變化，而使定波長和定角度衍射，從而實現(xiàn)光電子領(lǐng)域廣泛需求的光路切換功能。
如圖1所示，如果將光柵和被測量微動物體連接，通過測量定角度波長變化量或定波長角度變化量計算得被測量微動物體的形變量，又可以實現(xiàn)光柵位移傳感器的功能。
所述可伸縮薄膜2.1的材料可以用硅橡膠或其他具有同樣理化特性的材料。其特點(diǎn)是1)理化性能穩(wěn)定；2)完全彈性形變的范圍較大；3)制作簡單、成本低、且膜厚可以根據(jù)需要簡單增減；3)可以采用微機(jī)電的全硅制作工藝制作。由于該材料的特點(diǎn)使得光柵常數(shù)的變化量足夠大。
硅橡膠的制作采用二氧化硅表面涂層工藝。硅橡膠可由低分子量的硅油加適量的催化劑合成，催化劑的量直接影響硅橡膠的力學(xué)性質(zhì)。將配置好的硅油液體涂在活化處理后的二氧化硅表面，這時活性化的界面可以使硅橡膠與二氧化硅之間牢固結(jié)合，便于下一道工序處理。
所述可變閃耀光柵2的反射工作面采用金屬鋁或其它可以獲得對于工作波長具有高反射率的穩(wěn)定金屬膜。方法是在硅橡膠表面用激光濺射法鍍上金屬等對紅外波段反射系數(shù)較高的化學(xué)穩(wěn)定薄膜，然后用曝光刻蝕法形成閃耀光柵。零控制電壓下的光柵常數(shù)調(diào)整以及單條光柵微細(xì)構(gòu)造的細(xì)致可以容易地用曝光刻蝕法實現(xiàn)。
可變閃耀光柵的電壓控制位移裝置的電極可以采用梳狀電極結(jié)構(gòu)，用深活性離子刻蝕(Deep Reactive Ion Etching，簡稱DRIE)工藝制作硅材料的該梳狀電極結(jié)構(gòu)可以達(dá)到2微米以下的精確電極間隙，可達(dá)到低電壓控制的目的，并可以實現(xiàn)高頻的調(diào)制，響應(yīng)時間達(dá)微秒量級。同時能夠使得動作位移量與施加電壓之間為線性關(guān)系，完全無回滯效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.一種可變閃耀光柵的制作方法，其特征是a、采用SOI硅基板，首先在基板上腐蝕掉器件層的硅層，形成可伸縮薄膜(2.1)的硅層區(qū)域；b、清洗露出的二氧化硅表面并進(jìn)行活化處理；c、在這個區(qū)域內(nèi)涂布形成可伸縮薄膜(2.1)的材料然后進(jìn)行鈍化處理；d、在可伸縮薄膜(2.1)表面用磁控濺射法鍍上對工作波長反射系數(shù)高的化學(xué)穩(wěn)定薄膜；e、用曝光刻蝕法形成閃耀光柵；f、在SOI硅基板的控制部分用DRIE刻蝕形成需要容量的梳狀電極；g、用XeF2技術(shù)腐蝕掉硅膠所在的正下方底部的基板硅；h、進(jìn)一步用HF溶液腐蝕掉與可伸縮薄膜(2.1)接觸的SO2層，使可伸縮薄膜(2.1)完全暴露。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的可變閃耀光柵的制作方法，其特征是可伸縮薄膜(2.1)的材料可以用硅橡膠或其它具有同樣理化特性的材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所說的可變閃耀光柵的制作方法，其特征是可伸縮薄膜(2.1)材料的制作采用二氧化硅表面涂層工藝。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所說的可變閃耀光柵的制作方法，其特征是閃耀光柵的反射工作面鍍有金屬鋁或其他可以獲得高反射率的穩(wěn)定金屬膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求書1所說的可變閃耀光柵的制作方法，其特征是閃耀光柵的電極可以采用梳狀電極結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可變閃耀光柵的制作方法，涉及一種基于微機(jī)電技術(shù)的可變閃耀光柵的制作方法；可以制作成一種可以廣泛應(yīng)用于傳感、醫(yī)療儀器、光譜分光儀器和光電子領(lǐng)域的可變閃耀光柵。本發(fā)明是將閃耀光柵制作在可高頻小位移形變的硅橡膠基板上，通過電壓控制位移裝置改變可形變基板的幾何長度從而改變刻蝕在可形變的硅橡膠基板上的閃耀光柵的光柵常數(shù)。本發(fā)明將光機(jī)電三者的優(yōu)點(diǎn)集中于一個系統(tǒng)內(nèi)，使其各個性能得到最大的發(fā)揮，實現(xiàn)了光機(jī)電一體化的集成，具有設(shè)計合理、易于批量生產(chǎn)、成品率高等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號G02B26/08GK1451992SQ0312800
公開日2003年10月29日 申請日期2003年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月20日
發(fā)明者高文秀, 徐小剛, 許遠(yuǎn)忠, 胡強(qiáng)高, 孫莉萍 申請人:武漢光迅科技有限責(zé)任公司, 廈門大學(xué)