[发明专利]一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪

说明书

本发明提供一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪，本发明利用半导体制造技术加工MEMS微镜，可以提高微镜的扭转角度，实现更大视场角光信号采集，另外将传统微型光谱仪的光栅和转动微镜结合，在不影响光束分布的前提下简化了光路，因此能量损失减小，采用动梳齿电极位于光栅镜面两侧的设计结构，配合两侧相对绝缘的静梳齿电极，让光栅镜面能够朝向两侧进行偏转，让偏转的角度更大，第一硅晶圆和第二硅晶圆为整体式的结构，只需要对第一硅晶圆和第二硅晶圆进行刻蚀加工即可，具有更加简单的加工工艺。

技术领域

本发明涉及MEMS微镜技术领域，具体为一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪。

背景技术

近红外(NIR光谱波长范围800-2500nm，主要含氢基团C-H，O-H，N-H，S-H的吸收，包含大多数有机物组成和分子结构的丰富信息。NIR快速、无损、可实现多组分同时测定,被广泛用于石油化工、制药、农业等领域。这些行业具有现场分析的特点，需要结构紧凑、体积小、重量轻的便携式光谱分析仪,基于微机电系统(MEMS)的光谱仪是未来低成本便携式近红外光谱仪的发展趋势。目前已经实现了初步地推广应用，在食品、药品、纺织品的制造/消费过程中开展了小规模尝试，取得了良好的检测效果。MEMS近红外光谱仪主流的两大类技术路线，包括迈克尔逊干涉原理的傅里叶变换型和光栅扫描型。前者由于其结构复杂性，在加工难度和成本上存在较大难题,后者结构简单且光路易于搭建，但通常搭配线阵探测器共同使用，使设备成本过高。

光学扫描镜是光学应用系统重要的核心器件，可将一束光导向不同方向,传统的光学扫描器件利用散装光学元件设计，其体积大、价格高等缺点大大地限制了应用。随着微机电(MEMS)技术的发展，光学器件逐渐向低成本、小型化和重量轻等特点发展，并且实现了由静态到动态的转变。MEMS扫描镜已经广泛应用于包括激光成像、图像数字化、质量检测和医学成像等领域。MEMS扫描镜根据其驱动方式可以分成静电驱动、电磁驱动、热电驱动和压电驱动。静电驱动MEMS扫描镜通常制作工艺简单，结构紧凑，与半导体微加工技术兼容，不需要像压电和电磁器件那样使用稀有材料，比热电驱动具有更高的驱动频率。静电驱动器结构通常有平板驱动型和梳齿驱动型。在平板驱动结构中，微镜面扭转需要较高驱动电压；而梳齿驱动则可以在较小驱动电压下获得较大扭转角度，因此在实际应用中梳齿驱动结构具有更大优势。

现有的MEMS扫描镜一般仅具有扫描镜的作用，在使用时需要配合光栅进行使用，在搭建光谱仪时，光路较为复杂，光线的能量损失较大，另外现有技术中的MEMS扫描镜一般采用单边的动梳齿电极和静梳齿电极相配合，只能往一侧进行偏转，偏转的角度较小，若要实现往两侧偏转，就需要单独蚀刻多组动梳齿电极和静梳齿电极，造成加工工艺复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种静电梳驱动的MEMS微镜制备方法及MEMS微镜、光谱仪，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种静电梳驱动的MEMS微镜的制备方法，具体步骤包括：

S1:在第一硅晶圆上刻蚀出深方形的活动凹槽作为镜面的转动空间，在活动凹槽前后侧壁上刻蚀出梳齿结构作为静梳齿电极；

S2:沿着活动凹槽两侧的静梳齿电极的对称轴方向，将活动凹槽侧壁对称热氧化出一定宽度的绝缘层，让两侧的静梳齿电极相对绝缘；

S3:将第一硅晶圆的上表面或第二硅晶圆的下表面进行热氧化，形成热氧化层，充分清洗表面后利用键合工艺将两片硅晶圆的氧化层粘合在一起，第二硅晶圆位于第一硅晶片的上方；

S4:在第二硅晶圆上蚀刻出位于中部的光栅镜面，并在光栅镜面的两端蚀刻出扭力梁，在和扭力梁垂直的光栅镜面两端蚀刻出梳齿结构状的动梳齿电极，所述动梳齿电极位于相邻静梳齿电极之间空隙的正上方，且相邻静梳齿电极之间空隙宽度大于动梳齿电极宽度；