[发明专利]一种自倾斜微机电系统微镜的制作方法

说明书

本发明为申请日：2012-2-24，申请号：2012100432792：“一种自倾斜微机电系统微镜及其制作方法”的分案申请。 

技术领域

本发明属于微机电系统（MEMS）领域，涉及一种自倾斜微机电系统微镜结构的设计及其制作。 

背景技术

微型化，高性能，低成本，大批量是当今器件制造的追求目标。微机电系统技术此时应运而生，被广大设备制造商广泛应用。使用微机电系统技术制造的器件主要可分成两大类，其一就是单纯微型化传统器件，如微型光学平台，其优点集中体现在可以拓展微型化的系统的使用范围；其二使用革新原理制造出传统方法无法制作的器件，如地磁传感器。 

MEMS器件借助于成熟的半导体生产技术，使用硅等材料作为载体，促进了各式各样的新型微型化传感器与驱动器的蓬勃发展。传统的MEMS器件的制作方法基本上使用的是层层叠加，或者层层相减的加工方法。因此基本上制作完成的MEMS器件完成的各部分基本都保持与基底材料平行，制作自倾斜MEMS微镜结构充满挑战。但是，在特定的场合，如光通信领域就经常要求光纤与MEMS微镜出示保持一固定角度。因此，如果MEMS微镜本身就具备自倾斜状态，对准安装将十分便捷。 

目前倾斜MEMS微镜结构实现基本上都是先制作平行结构，而后使用有源驱动使MEMS结构与基底成一定角度。这种设计方法的缺点就是无法做到自倾斜，在倾斜的过程中始终需要驱动。而一些自倾斜结构无法自由驱动，或者驱动过程中的轴和对称点会发生偏移。 

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷提供一种在初始阶段微镜镜体就处于自倾斜状态的自倾斜微机电系统微镜及其制作方法。 

本发明为实现上述目的，采用如下技术方案： 

一种自倾斜微机电系统微镜，包括微镜边框、镜体和驱动臂，镜体通过驱动臂与微镜边框连接，由其驱动偏转倾斜，其特征在于：所述驱动臂在无源初始状态下使镜体处于自倾斜状态。

其进一步特征在于：所述驱动臂为一个或多个，分布在镜体两侧或周边，向下或向上弯曲。所述驱动臂由双层或多层组成，其中一层可用作加热电阻。所述镜体两侧的驱动臂的构成材料相同但叠层顺序相反。 

优选的：所述镜体一侧的驱动臂的材料层从上到下为铝/二氧化硅/铂/二氧化硅，另一侧驱动臂的材料层从上到下为二氧化硅/铂/二氧化硅/铝。 

进一步的：所述镜体为单轴、双轴或三轴自倾斜。 

一种自倾斜微机电系统微镜的制作方法，其特征在于：所述驱动臂为数种热膨胀系数不同的材料叠放而成，在高于室温的工艺制作温度下制作成与基底平行结构，冷却到室温释放后驱动臂向热膨胀率高的一方收缩。 

进一步的：通过改变热膨胀系数不同的材料叠放次序，使驱动臂在室温下向上或向下弯曲。 

进一步的：通过设置不同长度的驱动臂，使连接在驱动臂上的镜体在室温下自倾斜。 

本方法可以使用体硅工艺，倾斜结构的角度可以很大。 

驱动臂的材料可以使用高热膨胀系数的材料，如各种金属如铝、铜、镍、铬、金等，聚合物如SU-8、Polyimide、PMMA、PDMS等，以及碳纤维等；热膨胀系数低的材料为各种介电质材料：二氧化硅，金属氧化物，氮化硅，钨等。 

本发明结构初始状态就为自倾斜一定角度，便于光路的对准和安装，另外无需特殊的工艺，就能够使微镜达到自倾斜结构，并且在驱动的过程中能够保持中心的固定，同时可以根据设计版图及工艺工程自由控制其倾斜角度。 

附图说明

图 1 为本发明立体示意图； 

图 2 为本发明加工时位置和释放后位置剖面图；

图 3a、3b 为本发明两种不同结构的驱动臂图（虚线位置为驱动臂加工时位置）；

图 4 为单驱动臂微镜结构示意图；

图 5 为图4 A-A截面图（虚线位置为加工时位置）；

图 6 为两个驱动臂不同方向微镜结构示意图；

图 7 为图4 B-B截面图（虚线位置为加工时位置）；

图 8 为两个驱动臂同方向微镜结构示意图；

图 9 为图4 C-C截面图（虚线位置为加工时位置）；

图 10 为简单自倾斜单轴MEMS微镜的示意图；

图 11 为图10左右驱动臂截面示意图；

图 12 为三轴自倾斜MEMS微镜俯视图；

图 13 为Al与SiO2作为结构材料制作一单轴自倾斜MEMS微镜流程图：

（a）     在高阻硅片上PECVD SiO2并图形化；