[发明专利]一种基于SOI晶片的静电驱动MEMS变形镜

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)技术领域，特别涉及一种适用于自适应光学系统的静电驱动MEMS变形镜。

背景技术

在自适应光学、投影成像等领域，静电驱动的MEMS变形镜具有体积小、功耗低、无滞后性、性能稳定、响应速度快、单元密度高以及可单片集成等优点，而成为一种最具发展潜力的微变形镜。然而，单纯基于表面硅工艺技术的MEMS变形镜存在着膜层应力难控制、工序多、成本高、行程小和静电拉入(pull-in)等缺点，这种变形镜的最大行程因受静电拉入现象的影响而不会超过上、下极板初始间隙的1/3，小的行程难以对低阶和高阶像差进行有效校正。并且，一旦出现静电拉入现象，会使得上下电极短路，导致器件失效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种基于SOI晶片的静电驱动型MEMS变形镜，它的行程取决于镜面和驱动结构之间牺牲层的厚度，SOI晶片硅衬底层的高度远大于对变形镜行程的要求，从而有效地避免了驱动结构的静电拉入现象，使得变形镜矫正像差的行程大大增加。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于SOI晶片的静电驱动MEMS变形镜，其中SOI晶片从上到下包括硅器件层、二氧化硅层、硅衬底层，其特征在于：镜面位于SOI晶片的硅器件层之上，镜面和SOI晶片之间是通过连接杆来连接，上极板形成在SOI晶片的硅器件层上，下极板所在的衬底位于SOI晶片的下方，SOI晶片的硅衬底层通过键合物键合到衬底上构成变形镜驱动结构的支撑部分，硅器件层下面的二氧化硅层和硅衬底层被掏空作为驱动结构的行程空间。

所述镜面(1)的材料为多晶硅或金属。

所述镜面(1)可以是连续或分离的。

所述衬底(9)的材料为硅或玻璃。

所述下极板(8)的其材料是硅或金属。

所述驱动结构还包括上极板(7)、下极板(8)以及二氧化硅层(3)。

所述上极板(7)是通过对SOI晶片的硅器件层(2)掺杂、刻蚀而形成，由悬臂梁结构(10)来支撑；下极板(8)是通过沉积或镀膜、刻蚀而形成在衬底(9)上的。

所述SOI晶片的二氧化硅层(3)和硅衬底层(4)被刻蚀成槽状，该槽状结构的几何中心与镜面(1)、连接杆(6)、上极板(7)以及下极板(8)的几何中心同轴。

所述连接杆(6)是通过对镜面(1)的沉积而形成。

本发明与现有技术相比所具有的优点：本发明利用了SOI晶片硅器件层作为变形镜驱动结构的上极板，其具有无应力的特点；其二氧化硅层和硅衬底层被刻蚀的部分作为驱动结构的行程空间，利用SOI晶片硅衬底的厚度通常都较大的特点，可以避免静电拉入(pull-in)现象；采用体硅、表面硅、键合工艺技术，利用了它们各自的优点，可以降低制造成本，得到大行程、阵列化的微变形镜，提高了其在自适应光学系统应用中校正像差的能力。

附图说明

图1是基于SOI晶片和键合工艺的变形镜侧视图；

图2是变形镜驱动器上极板的结构示意图；

图3是变形镜上极板的三维示意图；

图4是镜面连续的变形镜侧视图；

图5是镜面分离的变形镜侧视图；

图6是变形镜未键合时的三维示意图；

图7是SOI晶片被刻蚀形成的空腔示意图；

图8是变形镜加工作电压时的形变示意图；

图中：1为镜面、2为SOI晶片的硅器件层、3为SOI晶片的二氧化硅层、4为SOI晶片的硅衬底、5为键合物、6为连接杆、7为上极板、8为下极板、9为衬底、10为悬臂梁、11为上极板的正方形板。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式详细介绍本发明。