專利名稱：一種垂直大位移mems微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種垂直大位移MEMS微鏡。
背景技術(shù)：
微型化，高性能，低成本，大批量是當(dāng)今器件制造的追求目標(biāo)。微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)此時(shí)應(yīng)運(yùn)而生，被廣大制造制造商廣泛應(yīng)用。使用微機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)制造的器件主要可分成兩大類，其一就是單純微型化傳統(tǒng)器件，如微型光學(xué)平臺(tái)，其優(yōu)點(diǎn)集中體現(xiàn)在可以拓展微型化的系統(tǒng)的使用范圍；其二使用革新原理制造出傳統(tǒng)方法無法制作的器件，如地磁傳感器。MEMS微鏡作為微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)的杰出代表，其種類豐富，性能優(yōu)良。MEMS微鏡的大力發(fā)展當(dāng)然也離不開市場(chǎng)對(duì)MEMS微鏡的急切需求。現(xiàn)今，MEMS微鏡的應(yīng)用領(lǐng)域有微型投影掃描，醫(yī)療成像中的光學(xué)掃描探頭，光通信中的光開關(guān)，光可變衰減器，微型光譜儀
坐坐寸寸ο其中MEMS微鏡的驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)常用的有四大類:靜電驅(qū)動(dòng)，電磁驅(qū)動(dòng)，壓電驅(qū)動(dòng)和電熱驅(qū)動(dòng)。其中每一種驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)都有自己的優(yōu)點(diǎn)，如靜電驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)電壓高，功耗低，但是轉(zhuǎn)角小，比較適合光可變衰減器；電磁驅(qū)動(dòng)型驅(qū)動(dòng)電壓低，掃描頻率低，旋轉(zhuǎn)角度大，適合微型投影儀；壓電驅(qū)動(dòng)型由于制作材料的性能有限，使得微鏡的旋轉(zhuǎn)角度小，使用范圍有限；電熱驅(qū)動(dòng)型研究的最徹底，使用范圍也最廣泛，同時(shí)由于其驅(qū)動(dòng)電壓低，微鏡的旋轉(zhuǎn)角度大，掃描頻率低的特點(diǎn)，適合大范圍低頻率如體內(nèi)光學(xué)成像掃描。但是現(xiàn)有MEMS微鏡，由于其驅(qū)動(dòng)臂的結(jié)構(gòu)單一，使MEMS微鏡中鏡體與微鏡邊框之間的高度差幾乎為零，這樣在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，就會(huì)大大限制了 MEMS微鏡中鏡體的運(yùn)動(dòng)軌跡，對(duì)于MEMS微鏡來說，鏡體的運(yùn)動(dòng)軌跡變小，就直接意味著此類MEMS微鏡的工作效果，進(jìn)而影響到MEMS微鏡的工作效率。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種使鏡體相對(duì)于微鏡邊框，處于垂直大位移的位置，能夠擴(kuò)大鏡體運(yùn)動(dòng)軌跡的MEMS微鏡。本實(shí)用新型為了解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種垂直大位移MEMS微鏡，包括微鏡邊框、鏡體和驅(qū)動(dòng)臂，鏡體邊緣通過驅(qū)動(dòng)臂與微鏡邊框相連接，驅(qū)動(dòng)臂上設(shè)置有第一導(dǎo)電走線，所述驅(qū)動(dòng)臂包括兩根直梁和與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙層膜雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件,雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件上設(shè)置數(shù)個(gè)加熱電阻,第一導(dǎo)電走線與加熱電阻相連接；各根直梁之間、直梁與微鏡邊框之間、直梁與鏡體邊緣之間均通過雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件進(jìn)行連接，使鏡體相對(duì)于微鏡邊框處于垂直大位移的位置。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括分別設(shè)置在鏡體表面上和雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件上的熱敏電阻。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述熱敏電阻為Pt或者多晶硅材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述設(shè)置在鏡體表面上的熱敏電阻采用蛇形分布的方式設(shè)置在鏡體表面上。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述驅(qū)動(dòng)臂上還設(shè)置與所述熱敏電阻相連接的第二導(dǎo)電走線。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一導(dǎo)電走線、第二導(dǎo)電走線為Al材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述加熱電阻為金屬或者多晶硅材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件上的數(shù)個(gè)加熱電阻通過串連或并連的方式相互連接。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述直梁為Al或者SiO2材料。本實(shí)用新型所述一種垂直大位移MEMS微鏡采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:(I)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，鏡體相對(duì)于微鏡邊框，處于垂直大位移的位置，能夠擴(kuò)大鏡體運(yùn)動(dòng)軌跡，提高M(jìn)EMS微鏡的使用效率；(2)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，在鏡體表面上設(shè)置熱敏電阻，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鏡體表面的溫度，有助于在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，對(duì)鏡體的移動(dòng)軌跡進(jìn)行控制；(3)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，在雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件上設(shè)置熱敏電阻，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件的溫度，有助于在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，對(duì)加熱電阻的熱功率進(jìn)行控制；(4)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，針對(duì)加熱電阻和熱敏電阻，設(shè)置第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線分別進(jìn)行連接，能夠更加有效的保證各電子元器件的工作效率；(5)本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線為Al材料，加熱電阻為金屬或者多晶硅材料，熱敏電阻為Pt或者多晶硅材料，這樣能夠有效保證本裝置在使用過程中的穩(wěn)定性以及精確度。

圖1是本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的一種垂直大位移MEMS微鏡的半邊結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1.微鏡邊框，2.鏡體，3.驅(qū)動(dòng)臂，4.直梁，5.雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件，6.熱敏電阻，7.加熱電阻。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合說明書附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1所示，本實(shí)用新型設(shè)計(jì)了一種垂直大位移MEMS微鏡，包括微鏡邊框1、鏡體2和驅(qū)動(dòng)臂3，鏡體2邊緣通過驅(qū)動(dòng)臂3與微鏡邊框I相連接，驅(qū)動(dòng)臂3上設(shè)置有第一導(dǎo)電走線，所述驅(qū)動(dòng)臂3包括兩根直梁4和與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5，雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5上設(shè)置數(shù)個(gè)加熱電阻7，第一導(dǎo)電走線與加熱電阻7相連接；各根直梁4之間、直梁4與微鏡邊框I之間、直梁4與鏡體2邊緣之間均通過雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5進(jìn)行連接，使鏡體2相對(duì)于微鏡邊框I具有垂直大位移。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，鏡體2相對(duì)于微鏡邊框1，處于垂直大位移的位置，能夠擴(kuò)大鏡體2運(yùn)動(dòng)軌跡，提高M(jìn)EMS微鏡的使用效率。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:還包括分別設(shè)置在鏡體2表面上和雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5上的熱敏電阻6。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述熱敏電阻6為Pt或者多晶硅材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述設(shè)置在鏡體2表面上的熱敏電阻6采用蛇形分布的方式設(shè)置在鏡體2表面上。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，在鏡體2表面上設(shè)置熱敏電阻6，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)鏡體2表面的溫度，有助于在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，對(duì)鏡體2的移動(dòng)軌跡進(jìn)行控制。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，在雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5上設(shè)置熱敏電阻6，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的溫度，有助于在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，對(duì)加熱電阻7的熱功率進(jìn)行控制。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述驅(qū)動(dòng)臂3上還設(shè)置與所述熱敏電阻6相連接的第二導(dǎo)電走線。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，針對(duì)加熱電阻7和熱敏電阻6，設(shè)置第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線分別進(jìn)行連接，能夠更加有效的保證各電子元器件的工作效率。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線為Al材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述加熱電阻7為金屬或者多晶硅材料。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5上的數(shù)個(gè)加熱電阻7通過串并連方式相互連接。作為本實(shí)用新型的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述直梁4為Al或者SiO2材料。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡中，第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線為Al材料，加熱電阻7為金屬或者多晶硅材料，熱敏電阻6為Pt或者多晶硅材料，這樣能夠有效保證本裝置在使用過程中的穩(wěn)定性以及精確度。本實(shí)用新型還設(shè)計(jì)了一種垂直大位移MEMS微鏡的加工工藝，所述微鏡采用SOI硅片，SOI硅片包含兩層硅，且兩層硅之間為一層二氧化硅，包括如下步驟:步驟1.對(duì)SOI硅片進(jìn)行雙面標(biāo)準(zhǔn)清洗；步驟2.采用Al在SOI硅片的其中一表面進(jìn)行圖形化處理；步驟3.采用二氧化硅對(duì)步驟2中所述SOI硅片上的加工面繼續(xù)進(jìn)行圖形化處理；步驟4.對(duì)SOI硅片的另一面進(jìn)行硅深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)；步驟5.對(duì)步驟4所述的SOI硅片的加工面裸露的二氧化硅埋層進(jìn)行圖形化處理；步驟6.對(duì)步驟3所述的SOI娃片的加工面進(jìn)行娃深反應(yīng)離子刻蝕；步驟7.對(duì)步驟6所述的SOI硅片的加工面進(jìn)行硅各向同性刻蝕，并進(jìn)行冷卻本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡的加工工藝，采用MEMS加工工藝，保證了產(chǎn)品的成品率，而且實(shí)現(xiàn)了批量生產(chǎn)。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，驅(qū)動(dòng)臂3包括兩根直梁4和與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5，各根直梁4之間、直梁4與微鏡邊框I之間、直梁4與鏡體2邊緣之間均通過雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5進(jìn)行連接，其中，與鏡體2邊緣相連接的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的長(zhǎng)度和與微鏡邊框I相連接的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的長(zhǎng)度相等,連接在兩根直梁4之間的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的長(zhǎng)度為其余兩個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5長(zhǎng)度的2倍；雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5由數(shù)種不同膨脹系數(shù)的材料疊加而成，在高于室溫的工藝制作溫度下制作成平坦結(jié)構(gòu)，冷卻到室溫釋放后雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5向熱膨脹率高的一方收縮，使得整個(gè)鏡體2往上提升，使鏡體2相對(duì)于微鏡邊框1，處于垂直大位移的位置，能夠增大鏡體2的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的MEMS微鏡的工作效率，其中當(dāng)冷卻至室溫后，與鏡體2邊緣相連接的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的彎曲角度和與微鏡邊框I相連接的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的彎曲角度相等,連接在兩根直梁4之間的雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的彎曲角度為其余兩個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5彎曲角度的2倍。本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，鏡體2的高度由雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的長(zhǎng)度和直梁4的長(zhǎng)度所決定，本實(shí)用新型的MEMS微鏡在使用過程中，驅(qū)動(dòng)流經(jīng)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5上加熱電阻7的電流，使加熱電阻7產(chǎn)生焦耳熱，雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的溫度隨加熱電阻7的焦耳熱而升高，使得雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件5的形狀發(fā)生變化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)控制鏡體2運(yùn)動(dòng)的目的。在實(shí)際應(yīng)用中，第一導(dǎo)電走線和第二導(dǎo)電走線為Al材料，加熱電阻7為金屬或者多晶硅材料，熱敏電阻6為Pt或者多晶硅材料，由于Pt的穩(wěn)定性、以及具有較高的溫度系數(shù)，所以Pt是較為合適的熱敏電阻材料，在鏡體2表面上設(shè)置由Pt制成的熱敏電阻6，并且連接熱敏電阻6的第二導(dǎo)電走線采用Al材料，這樣由于Pt的溫度系數(shù)為3.9E-3，設(shè)計(jì)阻值為1ΚΩ (@0°C)，使得熱敏電阻6的溫度測(cè)試精度可以達(dá)到0.1 °C，這樣能夠有效保證本裝置在使用過程中的穩(wěn)定性以及精確度。上面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施方式作了詳細(xì)說明，但是本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識(shí)范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實(shí)用新型宗旨的前提下做出各種變化。
權(quán)利要求1.一種垂直大位移MEMS微鏡，包括微鏡邊框(I)、鏡體(2)和驅(qū)動(dòng)臂(3)，鏡體(2)邊緣通過驅(qū)動(dòng)臂(3)與微鏡邊框(I)相連接，驅(qū)動(dòng)臂(3)上設(shè)置有第一導(dǎo)電走線，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)臂(3)包括兩根直梁(4)和與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)，雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)上設(shè)置數(shù)個(gè)加熱電阻(7)，第一導(dǎo)電走線與加熱電阻(7)相連接；各根直梁(4 )之間、直梁(4 )與微鏡邊框(I)之間、直梁(4 )與鏡體(2 )邊緣之間均通過雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5 )進(jìn)行連接，使鏡體(2 )相對(duì)于微鏡邊框(I)處于垂直大位移的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:還包括分別設(shè)置在鏡體(2)表面上和雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)上的熱敏電阻(6)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述熱敏電阻(6)為Pt或者多晶硅材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述設(shè)置在鏡體(2)表面上的熱敏電阻(6)采用蛇形分布的方式設(shè)置在鏡體(2)表面上。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)臂(3)上還設(shè)置與所述熱敏電阻(6)相連接的第二導(dǎo)電走線。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述一種垂直大位移MEMS微鏡,其特征在于:所述第一導(dǎo)電走線、第二導(dǎo)電走線為Al材料。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述加熱電阻(7)為金屬或者多晶硅材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)上的數(shù)個(gè)加熱電阻(7)通過串連或并聯(lián)的方式相互連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種垂直大位移MEMS微鏡，其特征在于:所述直梁(4)為Al或者 Sio2MW。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種垂直大位移MEMS微鏡，包括微鏡邊框(1)、鏡體(2)和驅(qū)動(dòng)臂(3)，鏡體(2)邊緣通過驅(qū)動(dòng)臂(3)與微鏡邊框(1)相連接；所述驅(qū)動(dòng)臂(3)包括兩根直梁(4)和與之相對(duì)應(yīng)的三個(gè)雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)，雙層膜Bimorph結(jié)構(gòu)連接件(5)上設(shè)置數(shù)個(gè)加熱電阻(7)；驅(qū)動(dòng)臂(3)上還設(shè)置有與加熱電阻(7)相連接的第一導(dǎo)電走線；本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的垂直大位移MEMS微鏡使鏡體(2)相對(duì)于微鏡邊框(1)，處于垂直大位移的位置，能夠擴(kuò)大鏡體(2)的運(yùn)動(dòng)軌跡，提高M(jìn)EMS微鏡的工作效率。
文檔編號(hào)G02B26/08GK203164512SQ20132006509
公開日2013年8月28日 申請(qǐng)日期2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月5日
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