[发明专利]一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关

说明书

技术领域

本发明属于微光机电装置领域，特别涉及一种状态可锁定的大位移MEMS可调谐光开关器件及其制作方法。 

背景技术

在全球信息化和高速宽带大发展的背景下，高速通信宽带在经济社会发展中起着举足轻重的作用。随着近年来各种通信业务的迅猛增长，新型智能高速光通信网络进入快速发展的实用化阶段。智能高速光网络具有动态可配置特点，解决了目前密集波分复用（DWDM：Dense Wavelength Division Multiplexing）系统组网灵活性较差，动态分配能力弱的问题。在新型智能高速光网络中主要是由一系列具有高度灵活性的系统设备构成，而这些系统设备的灵活性主要取决于一批新型光电子功能器件与模块的智能化和动态可调谐水平。因此小型化、动态可调及智能化的光器件成为新型光通信网络中不可或缺的关键器件。 

 光开关（Optical Switch，OSW）是一种光路转换器件，在光通信网络中主要功能用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太网的转换线路。在光纤测试系统中，多用于光纤，光纤设备测试和网络测试，光纤传感的多点监测系统等。最近，特别是随着数据中心大量的网络信息交换要求，光开关应用也越来越广泛。 

 传统的光开关主要采用采用手动调节或者继电器式机械调节，无法实现小型化以及智能化。基于微电子机械系统（Micro-Electro-Mechanical System, MEMS）的光开关由于其批量化制作，体积小，易于实现智能化、动态可调等优点越来越得到广泛的重视和研究。 

 基于MEMS的光开关主要利用镜面扭转及镜面平动方式来实现光信号通道的切换。如现有专利文献CN1969217A及CN1680186A中，反射镜面被控制扭转不同的角度实现光信号的切换。但是利用反射镜面扭转方案通常在撤除驱动信号后很难实现光信号状态的锁定，而光开关能实现自锁定功能在光通信网络中非常重要。镜面平动方式通常采用双稳态结构对器件进行自锁定并实现光信号通道的切换，如专利CN101561556A及CN102928977A，但双稳态的方案较难实现镜面的大位移运动。 

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提出一种大位移、状态可自锁定的MEMS光开关及其制作方法。 

为实现上述目的，本发明提供一种MEMS光开关，一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关，包括基片、第一梳齿、第二梳齿、第一变形梁、第二变形梁、自锁结构、微反射镜面、锚点和信号引线，其特征在于：所述自锁结构由第一自锁结构和第二自锁结构组成，第一自锁结构与微反射镜面连接，第二自锁结构与第二梳齿连接；所述第一自锁结构与第二自锁结构的端部均设有耦合锁定结构，用于实现两者之间的相互锁定和解锁；所述第一变形梁的一端与所述第一梳齿连接，另一端与微反射镜面连接；所述第二变形梁的一端与所述微反射镜面连接，另一端与固定在基片上的锚点连接；所述信号引线与第一梳齿和第二梳齿连接，用于施加信号控制第一梳齿和第二梳齿的运动；所述第一梳齿、第二梳齿、微反射镜面、第一自锁结构、第二自锁结构、第一变形梁和第二变形梁运动时的移动方向在同一平面内；所述第一自锁结构的移动方向为锁定方向，所述第二自锁结构的移动方向为解锁方向。所述对所述第一梳齿施加驱动信号时，所述第一梳齿沿第一变形梁的长度方向运动，并通过所述第一变形梁和第二变形梁的弯曲带动所述微反射镜面以及所述第一自锁结构同时沿锁定方向移动，并与第二自锁结构实现相互锁定；所述第二梳齿运动时带动第二自锁结构同时沿解锁方向移动，运动到一定行程时与第一自锁结构实现锁定解除。所述第一梳齿包括固定在基片上的固定梳齿和连接于第一变形梁一端的可动梳齿，所述第二梳齿包括固定在基片上的固定梳齿和与第二自锁结构连接的可动梳齿，固定梳齿与可动梳齿交叉耦合。 

 所述自锁定MEMS光开关采用如下制作工艺： 

（1）选择包括硅器件层、二氧化硅埋氧层和单晶硅衬底层的SOI基片；

（2）在所述硅器件层表面涂覆光刻胶，曝光制作需要刻蚀的微镜面结构；

（3）采用等离子体刻蚀工艺在所述硅器件层正面刻蚀梳齿、变形梁及微镜面结构，并自停止在二氧化硅埋氧层，然后去除光刻胶层；

（4）在所述SOI基片的背面涂覆光刻胶，并曝光制作背面释放结构图形，利用硅深刻蚀技术在所述SOI基片的背面深刻蚀硅层并去除二氧化硅层，释放梳齿、变形梁及微镜面结构；

（5）在微镜面和引线焊盘区域制作金属膜层，完成制备。

上述大位移MEMS光开关的实现状态自锁定的工作过程：