[发明专利]微机械可调法布里-珀罗干涉仪及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及法布里-珀罗干涉仪（Fabry-Perot interferometer）及用于制造法布里-珀罗干涉仪的方法。更具体地，本发明涉及用微光电机械系统（MOEMS，micro-optoelectromechanical systems）技术制造的电可调法布里-珀罗干涉仪。本发明的技术领域在独立权利要求的前序部分中进行叙述。

背景技术

例如，法布里-珀罗干涉仪用作光学滤波器并且用在光谱传感器中。法布里-珀罗干涉仪是基于平行镜，诸如四分之一波长布拉格反射镜（quarter wave Bragg reflector），其中在这些镜之间形成法布里-珀罗腔。可以通过调节这些镜之间的距离，即，腔的宽度来控制法布里-珀罗干涉仪的通带波长。通常使用微机械技术来制造法布里-珀罗干涉仪。例如，在专利文献FI95838中描述了这样的解决方案。

图1a说明了在基板130上制造的现有技术微机械法布里-珀罗干涉仪。微机械干涉仪的反射镜通常包括数个层102、104、106、112、114、116，其中相邻层的材料具有不同的折射率。用于可见光和近红外辐射的短波长范围的微机械干涉仪通常具有固体镜层，诸如，在硅层102、106、112、116之间的二氧化硅或氮化硅层104、114。然而，氧化硅和氮化硅在长波长处具有相对较高的衰减，因此更优选的是在红外线范围，尤其是在大于5μm的波长范围，即，热红外线辐射（TIR，thermal infrared radiation）中在硅层之间使用空气层。

通过从光学区域A并且从围绕光学区域的周围区域去除牺牲层111，可实现镜112、114、116的移动，从而形成腔123。例如，牺牲层可以是例如二氧化硅，可以通过用例如氢氟酸（HF，hydrofluoric acid）刻蚀来去除该牺牲层。为了允许刻蚀物质到达牺牲层，在可移动镜中设置了孔（图1a中未视出）。牺牲层的剩余部分用作可移动镜的支撑。可以从光学区域125可选地去除基板，以避免由该基板造成的衰减和反射。

通过向电极施加电压来控制可移动镜的位置，通过例如掺杂通过使两个镜的一个层106、112导电来使该电极包括在镜结构中。存在电极110a和110b，用于将电压连接至该电极。当控制电压施加在固定镜和可移动镜的电极之间时，该电压产生使可移动镜朝向固定镜移动的力。如果电极覆盖整个镜，则可移动镜在整个腔区域发生弯曲。这就造成在电激活期间在光学区域A内可移动镜与固定镜之间的距离变化。这种情况在图1b中示出。在光学区域内可移动镜的不平整造成光学区域内的通带频率变化并且带宽变得更宽。滤波器的品质因子，即，精细度，将因此而降低。结果，这样的干涉仪的精细度并不足够高以用于要求较高精细度的数种应用。

通过仅在这些镜的光学区域的外侧提供控制电压，能够避免光学区域内可移动镜的不平整。在图1b中示出了这种解决方案。层106仅连接至光学区域外侧区域的控制电压，并且施加于电极的电压因此在光学区域无效。然而，在这种方法中同样存在一些缺陷。

首先，由于电极区域较小，在电极之间需要更高的电压以在这些镜之间实现足够的力。通常难以在小尺寸传感器电路中提供高压，并且由于在所需的电压转换中的能量损失，还会增加能量消耗。

第二，即使偏转电压没有施加在光学区域中，仍需在该区域中提供电极。这是因为这些镜的光学区域必须连接至恒定电压电势以避免在光学区域中的静电耦合，这可能造成镜位置上的误差。可移动镜和固定镜在光学区域必须处于相同的电压电势以避免在该区域中这些镜之间的力。因此，光学区域的导电层必须与光学区域外的电极电分离，并且一个镜的这些导电区域必须连接至不同的电压电势。将导电区域连接至不同的电压电势要求提供导电馈通（feed-through）并且导入数个镜层。为了实现电馈通并且引入一个层，必须进行图案化和掺杂。结果，微机械处理阶段的数量增加。这使得干涉仪的制造复杂化并且使得对于成本敏感的应用制造成本太高。

另一缺陷涉及干涉仪的形状。反射镜必须是圆形，这是因为当其通过静电致动而垂直移位时任何其他侧向形状可能造成拉伸应力薄膜镜起皱。另一方面，在电子设备中部件的圆形形式通常并非优选，这是因为在基板或电路上部件的密度并非最佳的。

发明内容

本发明的目的是避免或者减少现有技术的缺点。因此本发明的目的是提供一种干涉仪，其具有好的精细度并且不会太复杂而不能制造。

通过电可调法布里-珀罗干涉仪来实现本发明的目的，包括：

-基板，

-在所述基板上的第一镜，

-第二可移动镜，