[发明专利]一种可调反射式装置

说明书

技术领域

本发明涉及微机电系统(MEMS)技术器件，特别是涉及可调反射式装置。

背景技术

可调反射式装置可以广泛应用于成像、激光打印以及光纤通信领域。近 年来用MEMS技术来制造可调反射式装置已成为一个趋势，特别是在光学 通信领域中利用MEMS技术制造可调衰减器或光学开关，具有体积小、可 批量生产等特点。这种可调反射式装置通过改变芯片上微小镜子的状态使入 射光经过反射后，方向发生变化以达到使输出光强发生变化的目的。可调反 射式装置一般采用角度旋转的方法。现有这类装置为保证镜子在旋转不同角 度时的光学特性，镜体为刚体，并由处于镜体中央两侧的悬臂所支撑。悬臂 被支撑固定在一基片上，一般采用静电力驱动镜体围绕悬臂旋转。镜体是驱 动器的一个电极，并且由悬臂的变形所产生的扭矩在外力撤销时使镜子恢复 原位。在这种结构中，镜体和基片在不受外力的情况下是平行的，平行状态 是缘于这种芯片是两片硅片键合而成，两个硅片键合后是平行的，其中在 一个硅片上刻蚀出镜体，另一个作为基片，在两个硅片间的牺牲层或中间层 去掉后，镜体通过中央两侧的悬臂支撑而与基片保持平行，同时在去掉牺牲 层后，镜体就有空间绕悬臂转动。需要指出的是对于这种结构，在采用静电 力驱动时，基片是不能作为静电力驱动中的一个电极的。必须在悬臂的微镜 某一侧的下方所对应的基片上作一个和基片绝缘的电极，这样静电力才可以 在悬臂的微镜这一侧产生转动所需要的力矩。这种结构的制造工序是在基片 上形成了所需电极等结构后，再采用特殊键合工艺使基片和制作镜体的硅片 键合在一起。因此芯片制造工艺复杂，对设备要求苛刻，制造高成本。可以 看出这种结构不能使用商品化SOI硅片。特别地，镜体的旋转角度受牺牲层 厚度的限制：理论和实验表明镜体一端的转动距离只有小于牺牲层厚度的三 份之一时，镜体的转动才受外加电压的控制。为了增加镜体的转动角度就需 要增加牺牲层的厚度，一般地，如果镜体一端由于转动要达到位移4微米时， 牺牲层的距离就要在12微米以上。现有商品化的SOI硅片的牺牲层远远达 不到这个厚度。如果采用特殊键合工艺来得到这样的厚度，不仅工艺复杂， 成品率难以提高，而且会大大增加驱动电压。这是因为静电力和距离的平方 成反比。因此微镜绕悬臂转动这种结构存在着制造工艺复杂、成本高、以及 镜子变化角度不易增大等问题。

发明内容

本发明描述一种新型结构的基于微机电系统技术的可调反射式装置。通 过本发明的实施，将克服此类装置的偏转角度范围受牺牲层或中间层限制的 问题，并且可以采用商品化SOI硅片来制造具有大偏转角度的器件，克服现 有制造工艺复杂、工艺条件要求苛刻等问题。

本发明中芯片包含导电的基片、微镜部分、颈项部分和固定支撑部分。 其中微镜部分通过颈项部分和固定支撑部分相连。固定支撑部分固定在基片 上且和基片相绝缘，这一部分金属化后可用作导线的焊接区域。颈项部分和 基片之间有一间隙层，同样微镜部分和基片之间也有一间隙层。微镜是导电 的，或通过金属化使其导电。当在基片和微镜之间存在电位差时，微镜受到 指向基片的静电力。

在本发明中，当微镜部分受到指向基片的静电力时，微镜部分不发生形 变，而是颈项部分发生形变而使微镜部分产生转动效果。颈项部分在微镜部 分受到静电力而向基片运动时发生形变，并产生恢复力矩。微镜部分在不同 的旋转角度时其表面不发生和静电力大小相关的变形，保证了微镜部分的光 学特性不会变差。和以往的转镜结构不同，微镜部分是通过颈项部分的一段 区域相连而被支撑，而以往的转镜是通过两个可以扭曲变形的细小转轴而被 支撑，因此本发明中微镜部分得到更多区域的连接和支撑，微镜部分更加结 实牢靠。在本发明中，微镜的运动依靠颈项部分的弯曲变形而实现，并由于 颈项部分的弯曲形变所产生的弹力在没有外来驱动时而恢复原位。而以往的 转镜的转动是通过两个纤细悬臂的扭曲变形而实现。