[发明专利]静电驱动的焦点可变微平面镜及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光学器件技术领域的平面镜及其制造方法，具体是一种静电驱动的焦点可变微平面镜及其制造方法。

背景技术

微光机电系统(MOEMS)是MEMS(微机电系统)技术的一个重要的研究方向，它是由微光学、微电子和微机械相结合而产生的一种新型的微光学系统。微光机电系统是一种可控的微光学系统，该系统中的微光学元件在微电子和微机械装置的作用下能够对光束进行汇聚、衍射、反射等控制，从而可最终实现光开关、衰减、扫描和成像等功能。这种把微光学元件、微电子和微机械装置有机地集成在一起的系统，能够充分发挥三者的综合性能，不仅能够使光学系统微型化而降低成本，而且可实现光学元件间的自对准，更重要的是这种组合还会产生新的光学器件和装置。

微平面镜被广泛用于光路的调整和控制，在微光机电系统中起着重要的作用。MOEMS中的微平面镜一般是以带铰链的多晶硅平板为基底，在其上蒸镀Cr-Au等金属制成。这种微反射镜可绕固定轴转动，可用作光开关、光扫描器等MOEMS器件中的微驱动镜。比如微镜反射式MEMS光衰减器就是利用微型平面镜来改变反射光束的方向，从而改变耦合输入输出光纤中的光功率。这种MEMS光衰减器主要由输入、输出光纤、准直透镜和微驱动器驱动的微平面镜组成。

经对现有的技术文献的检索发现，三星电机株式会社的专利——“衍射薄膜压电微镜及其制造方法”，中国申请号200410089738，该专利是属于以压电工作方式工作的衍射薄膜压电微镜，该衍射薄膜压电微镜包括其上形成凹部以为其中心提供气隙的硅衬底，以及具有带状的压电镜面层，在其两端沿凹部的两端粘附到硅衬底，同时在其中心部分与凹部的底部隔开，以及包括当电压施加到压电材料层时在其中心部分可垂直移动且因此衍射入射光束的薄膜压电材料层。通过分析可以看出这种利用微驱动器驱动的微平面镜结构由于受于压电材料的限制而不适合阵列化微加工，导致结构设计的复杂不利于快速精确的调节控制。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种静电驱动的焦点可变微平面镜及其制造方法。本发明只需简单的通过改变施加的外加电压的大小就可以达到快速准确的调节微平面镜焦点的目的，比以往的微平面镜结构更简单，更容易阵列化和变焦控制，而且具有能耗低，精确度高的特点。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及的静电驱动的焦点可变微平面镜，包括：底座、底座上固定的环形电极、Si基板、可动电极和微平面镜镜面。其中，底座与Si基板都是用SOI材料加工的，它们通过Si-Au共晶合金键合并形成一个为可动电极提供形变空间的气隙，可动电极与Si基板相连，固定的环形电极的设计可以更有利于均匀精确的形变。当在固定的环形电极和可动电极之间施加可以调节的电压时，产生的法向静电力可使可动电极向下面的环形电极方向运动，由于可动电极的中心部分发生形变最大，所以形成一个凹面，既而带动蒸镀在其上的微平面镜镜面变成凹面，凹面变形的大小与静电力的大小有直接关系，并且由于静电力与所加电压的平方成正比，所以微平面镜(凹面)的焦点可由外加电压的大小来快速准确的调节。本发明的静电驱动的焦点可变微平面镜是由法向静电力来驱动的。

本发明涉及的静电驱动的焦点可变微平面镜的制造方法，具体包括如下步骤：

①平面镜部分的制作工艺；

②底座部分的制作工艺；

③环形电极与可动电极的Si-Au共晶合金键合。

所述的平面镜部分的制作工艺，具体为：首先，准备好用于光刻处理的掩模板，利用UV光刻与显影技术将设计好的掩模板结构图案迁移在掩模板的SOI晶片表面。其次，用ICP-RIE(感应耦合反应离子刻蚀)工艺对晶片中的厚硅进行刻蚀至SiO₂层。然后，利用HF蒸汽刻蚀工艺对SOI中二氧化硅的刻蚀。接着，用ICP-RIE工艺对晶片中的结构硅层进行刻蚀。最后再进行平面镜镜面Al的蒸镀，形成可动电极。

所述平面镜部分的制作工艺中的掩模板，其镜面结构是由在一个自上而下为Si衬底，SiO₂层和结构层(Si层)的SOI(绝缘层上硅)晶片材料上加工的。

所述的底座部分的制作工艺，具体为：首先，准备好用于光刻处理的掩模板，利用UV光刻与显影技术将设计好的结构图案迁移在掩模板的SOI晶片表面。其次，用ICP-RIE工艺刻蚀至SiO₂层。接着同样利用Al的蒸镀工艺在底座中央形成环形电极。