專利名稱：一種可調反射式裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及微電機系統(MEMS)器件，特別是涉及一種可調反射式裝置。
背景技術：
可調反射式裝置可以廣泛應用于成像、激光打印以及光纖通信領域。近年來用MEMS技術來制造可調反射式裝置已成為一個趨勢，特別是在光學通信領域中利用MEMS技術制造可調反射式裝置作為可調衰減器或光學開關，具有體積小、可批量生產等特點。通過改變鏡子的狀態(tài)使入射光經過反射方向發(fā)生變化達到使輸出光強發(fā)生變化的目的?？烧{反射式裝置一般采用旋轉角度的方法。為保證鏡子旋轉時的光學特性，鏡體為一剛體，并直接作為驅動器的一部分，受靜電力或磁力圍繞一個懸臂旋轉，并由懸臂的變形所產生的扭矩使鏡子恢復原位。這類形式的可調反射式裝置鏡體只是通過懸臂和基片相連接，機械穩(wěn)定性不好，并且固有振動頻率低，時間響應速度不高，從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時有晃動現象，鏡子變化角度小等缺點。在很多應用中，需要反射面為曲面，以達到更好的光學特性?，F有的制作曲面的方法為在一剛性材料上覆蓋一層感光膠，并使感光膠具有實心圓柱或空心圓柱形狀。在一定溫度下，由于表面應力感光膠圓柱頂變成曲面。利用干法腐蝕，感光膠的曲面形狀傳遞給剛性材料。但對現有可調反射式裝置，鏡體一般較薄，用這種方法很難在鏡體上作出帶有曲率的反射面，發(fā)明內容為解決現有可調反射式裝置的缺點，本發(fā)明描述一種基于MEMS技術的新型結構可調反射式裝置。本發(fā)明的特征為運動部件分成兩部分，一部分為具有反射功用的光學部分；另一部分為在靜電力作用下運動并帶動光學部分，使光學部分反射面的法線發(fā)生變化的驅動部分。
本發(fā)明中采用導電的基片，基片上通過某些區(qū)域支撐光學部分和驅動部分。光學部分和驅動部分是相連接的，基片與這兩個部分之間有空隙。驅動部分在它和基片之間的電壓作用下由于靜電力而產生運動，在驅動部分的帶動下，光學部分以固定端或懸臂為轉軸，反射面的法線發(fā)生變化。和現有的結構相比，這種結構中運動部件有更多的區(qū)域和基片相連，且最多只有一個和轉軸相平行的自由端，機械穩(wěn)定性和時間響應速度得到提高。從一個狀態(tài)變化到另一個狀態(tài)時的晃動現象得到抑制，并且鏡子的角度變化范圍得到提高。由于驅動部分和光學部分分離，在不改變光學部分的情況下，只改變驅動部分的結構參數，驅動電壓就得到改變，利于減少驅動電壓。在本發(fā)明中，當光學部分的載體為薄膜時，利用所說載體和島狀反射區(qū)域上的局部應力變化，可以形成利于光學特性的曲面。通過下面具體實施例的描述，本發(fā)明的優(yōu)點將清楚地顯現出來。


圖1是第一種形式的可調反射式裝置的示意2a是在光學部分形成島狀反射區(qū)域的示意2b是在光學部分形成帶有中間層的島狀反射區(qū)域的示意2c在光學部分得到釋放后島狀反射區(qū)域形成曲面的示意3第二種形式的可調反射式裝置的示意圖具體實施方式
下面依據附圖具體描述可調反射式裝置兩種形式的優(yōu)選實施方案，以及說明曲面反射區(qū)域在薄膜上的形成。所示附圖表明各部分的相對關系，為了便于理解，附圖各部分未按比例畫出。
如圖1所示，第一種形式的可調反射式裝置包括導電的基片10、支撐區(qū)域20、驅動部分30以及光學部分40。基片10或者為摻雜的硅基片，或者為其它摻雜的半導體基片，或者為在表面上帶有導電層的絕緣體材料?；?0作為靜電力驅動器的一個電極。
驅動部分30和光學部分40與基片10之間的空隙25由犧牲層被腐蝕掉而形成。支撐區(qū)域20可以為犧牲層的剩余部分，也可以由不同于犧牲層的物質構成。支撐部分20用于支撐和固定驅動部分30和光學部分40。驅動部分30的一端被支撐部分20所固定，相對一端和光學部分40連接，其它的兩個邊懸空。驅動部分30是導電的，構成靜電力驅動器的另一個電極。驅動部分30優(yōu)選單晶硅層或多晶硅/無定形硅層作為結構材料。導電性可以通過摻雜或是在薄層上形成導電層(圖中未顯示)來實現。
光學部分40一端被支撐部分20所固定，相對一端和驅動部分30相連，其余兩邊懸空。光學部分40由載體41和反射區(qū)域43組成。可以用氮化硅薄膜或多晶硅/無定形硅為光學部分40的載體。圖1中表示光學部分載體41和驅動部分30相連是由在驅動部分30上形成載體41以得到部分重迭，也可以在載體41上形成驅動部分30。在靠近驅動部分30的光學部分載體41上形成褶皺結構60。褶皺結構60也可以在載體41靠近支撐區(qū)域20的一端附近形成。在某些情況下，褶皺結構60可以省去。
光學反射區(qū)域43優(yōu)選以金或鋁為材料的金屬層或多層介質膜。其面積依具體要求決定。
在基片10與驅動部分30之間加電壓，在靜電力的作用下驅動部分30發(fā)生形變而向基片10運動，使光學部分40的法線角度發(fā)生變化。雖然光學部分載體為薄膜，但由于光學部分不受靜電力，在被驅動部分30牽引移動的過程中仍然保持平面狀態(tài)，這樣保證光學性能在反射角度發(fā)生變化時不惡化。
在有些情況下把光學反射面制造成曲面可以更好地改善光學性能。本發(fā)明描述一種使光學反射區(qū)域成為曲面的方法如圖2a，在光學部分釋放之前，在載體41上蒸鍍上金屬層，在掩膜的保護下經過干法腐蝕或濕法腐蝕后形成一定形狀的島狀反射區(qū)域43。由于金屬層的應力和載體41的應力不同，在島狀反射區(qū)域43上形成局部應力變化。在光學部分得到釋放后反射區(qū)域43依據局部應力變化的大小和變化方向形成凹面或凸面。例如，控制載體和金屬層形成時的參數，使金屬層的張應力大于載體的張應力，以金屬層為表面來看，反射區(qū)域形成凹面。在另一種實施方案中，如圖2b，可以在蒸鍍金屬層前蒸鍍一層中間層70，中間層70可以是以下物質無定形硅/多晶硅、二氧化硅以及金屬氧化物。中間層70同樣也腐蝕成島狀。由于中間層70的引入，使反射區(qū)域43的局部應力分布發(fā)生變化。中間層70起調節(jié)或加強曲面曲率的作用。圖2c表示在薄膜載體得到釋放后，島狀的反射區(qū)域43由于局部應力變化形成曲面。當反射區(qū)域由多層介質膜構成時，多層介質膜也可以作成島狀，多層介質膜在島狀區(qū)域也引入局部應力變化，以形成曲面。
第二種形式的可調反射式裝置其結構如圖3所示，驅動部分30和光學部分40優(yōu)選為單晶硅層或多晶硅/無定形硅層。和上述第一種形式的可調反射式裝置相似，基片10或者為摻雜的硅基片，或者為其它摻雜的半導體基片，或者為在表面上帶有導電層的絕緣體材料。支撐區(qū)域用于支撐固定驅動部分30和光學部分40，這兩個部分與基片10的空隙25由犧牲層被腐蝕掉而形成。支撐區(qū)域20可以為犧牲層未被腐蝕的剩余部分，也可以由不同于犧牲層的物質構成。
驅動部分30的一端被支撐部分20所固定，相對一端和光學部分40相連接，其它的兩個邊懸空。驅動部分30和基片10是導電的，分別構成靜電力驅動器的兩個電極。導電性可以通過摻雜或是在薄層上形成導電層(圖中未顯示)來實現。
光學部分40通過懸臂46與支撐部分20相連，與懸臂平行的一端通過連接部分48與驅動部分30相連，另一端為自由端。光學部分40在懸臂46兩邊可以不對稱，一般地，和驅動部分相連的一端短，以增大轉動角度。圖3中連接部分48具有褶皺結構60，在某些情況下褶皺結構也可以省去。連接部分48可為氮化硅或polyimide(聚酰亞胺)。
在基片10和驅動部分30間的靜電力驅動下，驅動部分30發(fā)生形變向基片10運動，帶動光學部分40與驅動部分30相連的一端向基片運動，使整個光學部分圍繞懸臂46轉動。
權利要求
1.一種基于MEMS技術的可調反射式裝置，其特征在于包括一導電的基片；一導電的能在靜電力作用下產生變形的驅動部分；一光學部分；在所說驅動部分、光學部分與所說基片之間的空隙層；支撐和固定所說驅動部分和所說光學部分于所說基片之上的支撐區(qū)域；所說驅動部分和所說光學部分相連，所說驅動部分在靜電力作用下帶動光學部分轉動。
2.根據權力要求1所述的可調反射式裝置，其特征在于所說驅動部分和所說光學部分各有一端由支撐區(qū)域支撐和固定于所說基片之上，所說驅動部分和光學部分的和被固定端相對的另一端是相連的。
3.根據權力要求1所述的可調反射式裝置，其特征在于所說光學部分通過懸臂由支撐區(qū)域支撐于所說基片之上，所說光學部分一端和所說驅動部分一端相連，驅動部分另一端被支撐區(qū)域支撐并固定。
4.一種在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于在所說薄膜未被釋放之前用一種或幾種材料在所說薄膜上作出島狀反射區(qū)域，在島狀反射區(qū)域上引入局部應力變化。
5.根據權力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為氮化硅層，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種的組合而形成的一層或多層結構多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
6.根據權力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為多晶硅/無定形硅層，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種材料的組合而形成的一層或多層結構多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
7.根據權力要求4所述的在被釋放的薄膜上制造曲面反射區(qū)域的方法，其特征在于薄膜為多晶硅/無定形硅層和氮化硅層的組合，島狀反射區(qū)域為以下材料的一種或幾種材料的組合而形成的一層或多層結構多晶硅/無定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、鋁。
全文摘要
本發(fā)明描述一種基于MEMS技術的新型結構可調反射式裝置。本發(fā)明的特征為運動部件分成兩部分，一部分為具有反射功用的光學部分；另一部分為在靜電力作用下運動并帶動光學部分，使光學部分反射面的法線發(fā)生變化的驅動部分。和現有的結構相比，這種結構中運動部件有更多的區(qū)域和基片相連，且最多只有一個和轉軸相平行的自由端，機械穩(wěn)定性和時間響應速度得到提高。由于驅動部分和光學部分分離，在不改變光學部分的情況下，只改變驅動部分的結構參數，驅動電壓就得到改變。在本發(fā)明中，當光學部分的載體為薄膜時，利用載體和島狀反射區(qū)域的局部應力差，可以形成利于光學特性的曲面。
文檔編號G02F1/01GK1641412SQ200410001709
公開日2005年7月20日 申請日期2004年1月16日 優(yōu)先權日2004年1月16日
發(fā)明者侯繼東 申請人:侯繼東