[发明专利]基于SOI基板的二维光学可动平台装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微机电系统技术领域的装置及其制造方法，具体是一种基于SOI(绝缘体上硅)基板的二维光学可动平台装置及其制造方法。

背景技术

微驱动器或称微型执行器是一种重要的执行机构。它的主要功能是实现力或位移的输出，是微型机电系统(MEMS)的重要组成部分。微驱动器不仅仅缩小了尺寸(特征尺寸范围为1um-10mm)，降低了能耗和提高了性能，更重要是通过微型化和集成化，达到采用新的工作原理和实现新的功能的目的。静电式微驱动器是应用较广泛的微驱动器，它们具有效率高、精度高、不发热、响应速度较快等优点，但存在着输出的力小以及驱动电压高等缺点。这一类静电式微驱动器有多种形式其中包括竖向、横向和转动等运动形式，通常采用多组平行的平板电容构成的梳状形式，其目的是为了提高力的输出并降低驱动电压。

经对现有技术的文献检索发现，栗大超等在《传感技术学报》2006年19卷05A期发表了《基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜》。该文提出硅微机械扭转微镜结构，具体方法是结合了垂直扭转梳齿静电驱动结构、侧壁平行板电容静电驱动结构两种结构制造扭转效果。其不足在于：没有实现在平面上的二维运动。

发明内容：

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于SOI基板的二维光学可动平台装置及其制造方法，利用梳状微驱动器的驱动装置，可以广泛应用于MEOMS(微光机电系统)的光学部分。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明所涉及的基于SOI基板的二维光学可动平台装置，包括4个固定极板、4个可动极板、中央光学平台、锚点、微悬臂梁。其中每一个固定极板和每一个可动极板共同组成一个静电式梳状驱动器。在装置的上下左右四个方向上对称分布四个等同的静电式梳状驱动器。四个等同的静电式梳状驱动器分别通过微悬臂梁上连接中央光学平台，微悬臂梁分别连接到四个锚点上，锚点固定、支撑整个平台装置。

所述四个等同的静电式梳状驱动器，其中一个静电式梳状驱动器上加电压，而对侧的静电式梳状驱动器上加相反的电压时，极板间将产生相对位移，这使中央光学平台平行于位移方向移动，另外两相对的静电式梳状驱动器上加电压时能实现另一个方向的移动，整个中央光学平台实现二维方向移动。

本发明所涉及的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的制造方法，包括如下步骤：

①首先UV光刻预制掩模板，利用UV光刻与显影技术将设计好的基于SOI基板的二维光学可动平台装置的结构图案迁移在SOI晶片表面；

②用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO₂层；

③用去除溶液去除表面的光刻胶；

④利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO₂层，从而释放出可移动部分；

⑤最后进行干燥。

所述SOI基板由三层组成，自上而下分别为p型导体Si结构层，SiO₂层和Si衬底。

所述用深度反应离子刻蚀方法刻蚀SOI基板至SiO₂层，其刻蚀速率为1.2um/min。

所述利用HF蒸汽刻蚀工艺来刻蚀SiO₂层，参数为：HF质量浓度为46％，温度为40℃，刻蚀速率为0.2um/min。

所述干燥，是指：在HF刻蚀后，该结构在120℃温度下干燥10分钟以进一步消除粘连问题。

本发明方法是基于SOI的微加工工艺，它是一种成熟的工艺，工艺过程简单并且容易实现。本发明的优点在于利用了DRIE工艺，实现高深宽比结构的制造；在不增加横向尺寸的前提下，大大增加了指状结构的厚度，从而增大驱动器的总电容和驱动能力，并降低所需的驱动电压。

附图说明

图1基于SOI基板的梳状微驱动器的二维光学可动平台装置结构示意图；

图2基于SOI基板的梳状微驱动器的二维光学可动平台装置的加工工艺；

图中：固定极板1、可动极板2、中央光学平台3、锚点4、微悬臂梁5。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。