[发明专利]一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜

说明书

技术领域

本发明涉及微光机电系统技术领域，特别涉及一种适用于自适应光学系统的静电吸引型MEMS变形镜。

背景技术

在变形镜领域，静电驱动的MEMS变形镜具有响应速度快、能耗低、体积小、单元密度高以及与集成电路兼容性好的优点，而成为一种最具有发展潜力的微变形镜。然而，现有的静电驱动MEMS变形镜，因受到静电吸引(pull-in)现象的限制，其有效行程只有上、下电极初始间隙的三分之一。且由于表面硅工艺的限制，一般采用二氧化硅做牺牲层，厚度较小(＜3μm)，造成变形镜的有效行程小，实用化性能差。

发明内容：

本发明要解决的技术问题是：针对现有大厚度牺牲层难加工的不足，本发明提供一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，它可以有效的克服现有加工工艺的限制，增大上、下电极之间的初始间距，使变形镜获得大的有效行程，提高MEMS变形镜的实用化性能。

本发明大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，解决技术问题所采用的技术方案是：该变形镜由支撑柱、镜面、上电极、梁、锚点、绝缘层、硅基底、通孔、下电极和行程腔组成，其中：镜面，为一矩形的平板镜面；上电极，为一矩形的平板上电极；梁，是含有四根矩形的柱体梁；两个锚点，分别固接于每根梁的两个端部，且分别两个锚点位于每根梁相互垂直的平面上；硅基底，在其内部是一凹形体，在凹形体的底部有一通孔；绝缘层，固接于硅基底的凹形体的表面上形成一行程腔；在行程腔的凹底部设置有下电极，下电极的导线贯穿设于硅基底上的通孔中；梁平行放置于上电极板和绝缘层的上部之间，上电极板通过梁和锚点固定在行程腔的上面，上电极板与镜面平行，支撑柱位于上电极板和镜面之间，上电极板通过支撑柱支撑变形镜的镜面。

优选实施例，所述的行程腔，是采用微细加工技术在硅基底上去除一部分材料实现平底的V形槽的腔体，或U形槽的腔体，其深度控制在0.1μm-100μm之间。

优选实施例，所述的下电极铺满整个行程腔的底部、或仅仅铺满行程腔底部的一部分、或铺满整个行程腔表面，或铺满整个行程腔表面和梁下方的硅基底上。

优选实施例，所述的行程腔底部加工有通孔，其内部填充导电介质，做为下电极的导线。

优选实施例，所述的下电极是一个下电极块组成，或是由多个下电极块组成。

本发明的有益效果：针对现有大厚度牺牲层难加工的不足，本发明的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，可以有效的克服现有加工工艺的限制，增大上、下电极之间的初始间距，使变形镜获得大的有效行程，提高MEMS变形镜的实用化性能。本发明的结构下电极的面积又进一步增大，因而在相同驱动电压下上下电极驱动力也会更大，达到同样行程所需的驱动电压会更低，因而可进一步降低系统功耗以及驱动电路复杂度。

附图说明

图1是本发明大行程结构的静电驱动MEMS变形镜的结构示意图。

图2是本发明中下电极铺满行程腔底部表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。

图3是本发明中下电极铺满整个行程腔表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。

图4是本发明中下电极铺满整个行程腔表面和上电极下方硅基底表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。

图5是本发明中多下电极块组成下电极的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。

图6是本发明中大行程结构的变形镜的一种实现方式的结构爆炸图。

图7是图6所示的大行程结构的变形镜的三维结构示意图。

图8是图6所示的大行程结构的变形镜的三维结构剖视图。

图9是图6所示的大行程结构的变形镜在施加驱动电压后的变形的三维示意图。

图中标记号说明：

1是支撑柱，      2是镜面，      3是上电极，

4是梁，          5是锚点，      6是绝缘层，

7是硅基底，       8是通孔，        9是下电极，

10是行程腔。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明做进一步详细说明。

下面结合附图和具体实施方式详细介绍本发明。

图1是本发明大行程结构的静电驱动MEMS变形镜的结构示意图，包括支撑柱1、镜面2、上电极3、梁4、锚点5、绝缘层6、基底7、通孔8、下电极9。由上电极3、梁4、锚点5、绝缘层6、基底7、下电极9组成行程腔10。

镜面2，为一矩形的平板镜面；