本公开内容涉及微机电致动的扫描式反射器，并且更具体地涉及降低这种反射器中的不期望的振荡模式的风险。
背景技术：
：：扫描式微机电(microeletromechanical，mems)反射器可以用于成像装置比如光检测及测距传感器(lidar)中。扫描式mems反射器可以包含可以将来自激光发射器的光束朝向周围环境反射的至少一个移动反射器。在移动反射器与环境之间的光路径中可以包括额外的固定反射器。返回的光束可以通过反射输出光束的移动反射器和同一固定反射器被朝向光电探测器向内反射。为了在宽的成像区域(视场)上发射和拾取光束，mems反射器必须来回倾斜。mems反射器的成像区域部分地由移动反射器可以倾斜多少来确定。在简单的实现方式中，mems反射器可以被配置成用于绕仅一个轴线倾斜。所产生的振荡模式可以被称为1轴线倾斜振荡，在该1轴线振荡模式中，镜扫描以倾斜轴线为中心的平面角。在更复杂的实现方式中，反射器可以跨立体角进行扫描运动。图1a图示了反射器11附接至可旋转常平架框架(rotatablegimbalframe)13的配置。常平架框架13可以相对于固定框架12绕其固定点121与122之间的轴线旋转。反射器11又可以相对于常平架框架13绕其固定点131与132之间的轴线旋转。所产生的振荡模式可以被称为2轴线倾斜振荡。图1b图示了用于扫描立体角的替代性配置，在该配置中，反射器11通过可弯折和/或可部分移动的悬置件151至154从固定框架12悬置。这些悬置件可以耦接至力致动器。这些致动器可以通过以适当同步且协调的方式提升和降低反射器的边缘上的固定点1511至1514来产生准旋转反射器运动。所产生的振荡模式可以被称为摆动振荡(wobblingoscillation)。在这些操作振荡模式中的每一者中，通常可以通过以与振荡的谐振频率相对应的频率驱动致动力来使倾斜幅度最大化。在lidar应用中，该频率可以在0.5khz至5khz的范围内。将反射器设定成处于振荡的致动器可以是压电致动器或电容致动器。上述操作振荡模式是期望的谐振模式。然而，微机电反射器系统的部件也可能具有不期望的谐振振荡。这种谐振振荡可以被称为寄生振荡，并且谐振振荡可能由整个mems反射器系统在使用中受到的外部冲击或振动引起。优选地将mems反射器设计成使得期望的操作振荡模式具有比任何寄生振荡模式低的谐振频率。现有技术文献us2012320379公开了一种用于扫描立体角的扫描式mems反射器系统。现有技术文献us20100061073公开了一种用于扫描平面角的扫描式mems反射器系统。一种寄生振荡模式由于其低谐振频率而在mems反射器系统中可能尤其麻烦。这是下述寄生模式：在该寄生模式中，整个反射器11在图1b中限定的xy平面上方以平移运动的方式移动并且接着在该xy平面下方以平移运动的方式移动。该寄生振荡模式可以被称为活塞模式。它涉及整个反射器沿着与xy平面正交的z轴同时平移。如果反射器较薄，则该平移振荡的幅度在反射器的中央处可能比在边缘处略大。附接至反射器的边缘的挠性的或可部分移动的悬置件比如悬置件151至154通常不能被配置成用于在不严重降低它们所能够产生的倾斜幅度的情况下将活塞模式转换至高频。技术实现要素：本公开内容的目的在于提供一种用于克服上述问题的装置。本公开内容的目的通过以独立权利要求中所述的内容为特征的布置来实现。在从属权利要求中公开了本公开内容的优选实施方式。本公开内容基于将反射器的中心固定至下述中央支撑结构的构思：该中央支撑结构在垂直于器件平面的竖向方向上是刚性的。该中央支撑结构可以从相邻的封装部件延伸至反射器。本公开内容的这种布置的优点在于，包括活塞模式的所有寄生振荡模式的谐振频率变得远大于操作振荡模式的谐振频率。活塞模式中的振动幅度也被减小。附图说明在下文中，将参照附图借助于优选实施方式更详细地描述公开内容，在附图中：图1a示出了现有技术中的悬置在常平架框架内的反射器。图1b示出了现有技术中的从悬置弹簧悬置的反射器。图2示出了根据一个实施方式的mems反射器系统。图3示出了根据另一实施方式的mems反射器系统。图4示出了处于器件平面中的mems反射器系统。图5示出了第一挠曲件的实施方式。图6示出了第二挠曲件的实施方式。图7a至图7e示出了用于在双绝缘体上硅器件晶片上执行第二蚀刻实施方式的方法。图8示出了制造方法。图9示出了制造方法。具体实施方式本公开内容描述了一种扫描式微机电反射器系统，该扫描式微机电反射器系统包括限定器件平面的器件晶片。器件晶片包括具有反射器本体的反射器，并且器件晶片还包括环绕反射器本体的固定框架以及被配置成用于将反射器本体向器件平面外倾斜的一个或更多个致动器单元。反射器系统还包括在器件平面上方的与反射器本体竖向对准的第一腔体以及在器件平面下方的与反射器本体竖向对准的第二腔体。反射器系统还包括位于器件晶片顶部的第一封装部件。第一封装部件包括在竖向方向上界定第一腔体的第一腔体壁。反射器系统还包括位于器件晶片下方的第二封装部件，其中，第二封装部件包括在竖向方向上界定第二腔体的第二腔体壁。反射器还包括中央附接点。中央附接点位于反射器本体中的中央开口内。一个或更多个挠曲件(flexure)从中央开口的侧壁延伸至中央附接点。挠曲件被配置成用于使得在所述一个或更多个致动器单元将反射器本体向器件平面外倾斜时中央附接点能够保持静止在器件平面中。第一腔体壁和第二腔体壁中的至少一者还包括中央支撑结构，该中央支撑结构从腔体壁延伸穿过对应的腔体到达反射器的中央附接点。中央支撑结构可以在反射器本体处于振荡运动时使中央附接点保持静止。对于许多常见的mems反射器系统配置而言，可以示出的是，中央支撑结构可以将活塞模式振荡的弹簧常数增大约十倍。由于活塞模式振荡的频率与弹簧常数的平方根成正比，因而弹簧常数的这种增大可以将活塞模式振荡的振荡频率增大约3.2倍。这在大多数反射器装置配置中将活塞模式频率提高到操作振荡频率以上。此外，中央支撑结构还减小了活塞模式振荡的振动幅度。由此，mems反射器系统的振动性能被改善。图2示出了包括器件晶片221的扫描式微机电反射器系统。该器件晶片例如可以是还包括处理晶片(handlewafer)223的绝缘体上硅晶片的一部分，如图2中所示的。替代性地，器件晶片可以是双绝缘体上硅晶片(double-silicon-on-insulatorwafer)。器件晶片限定器件平面，器件平面在本公开内容中将被标记为xy平面。出于本公开内容的目的，图2中的器件晶片221的上表面或下表面可以限定器件平面。反射器21包括反射器本体211。反射器本体211可以具有静止位置，在该静止位置，反射器本体211的上表面或下表面与器件平面一致，但是当被致动时反射器本体可以向器件平面外倾斜，如图2中所示。器件晶片221包括环绕反射器的固定框架22。在本公开内容中，术语“固定的”指的是主体牢固地附接至大得多的主体比如mems反射器系统封装件且不能相对于该大的主体移动。图2中的扫描式微机电反射器系统还包括致动器单元251和252，致动器单元251和252被配置成用于将反射器本体211向器件平面外倾斜。致动器单元251和252可以包括在配置方面与图1b中的悬置件配置相对应的悬置件。每个悬置件均可以包括压电换能器。每个悬置件的一端可以附接至固定框架22，并且另一端可以附接至反射器本体211。当将致动电压施加至压电换能器时，悬置件的弯折可以使反射器本体211的一个边缘向上或向下移动。在本公开内容中，术语“上”和“下”指的是图中指示的z方向。垂直于器件平面的z方向也可以被称为“竖向”方向。诸如“顶部”、“底部”、“上方”和“下方”的术语指的是元件沿着z轴排序的方式。然而，这些术语并不意味着在制造器件时或者在使用器件时总是使用图中所示的相同的竖向方向。换言之，器件可以在使用和制造期间以任何合适的方向——例如，以本公开内容中被称为“顶部”侧的一侧向下定向的方式——定向。扫描式微机电反射器系统还可以包括位于器件晶片221顶部的第一封装部件222。第一封装部件222可以包括第一腔体241。第一腔体241可以在竖向与固定框架22和反射器本体211对准。在图2中，第一腔体241还与处理晶片223中的对应的第二腔体242竖向对准。在本公开内容中，“竖向对准”指的是反射器本体211具有足够的空间来向器件平面外倾斜而不与第一腔体壁261或第二腔体壁262接触的配置。第一腔体壁261提供第一腔体241的上限，而第二腔体壁262提供第二腔体242的下限。由此，第一腔体241从第一腔体壁261延伸至器件平面，并且第二腔体242从第二腔体壁262延伸至器件平面。在图2中，第一腔体241已形成在第一封装部件222中，并且第二腔体242已经形成在处理晶片223中，同时第二封装部件224提供第二腔体壁。第二腔体242为反射器本体211提供足够的空间以便在向下倾斜边缘时自由运动。反射器本体211的下侧面可以涂覆有反射电磁辐射的薄膜，例如钛-铂-金膜。第一封装部件可以是玻璃-硅盖晶片，其中，在反射器本体211上方的硅部分中可以形成有中央支撑结构29。在本公开内容中，中央支撑结构可以是呈圆柱状形状、矩形棱柱形状或任何其他矩圆棱柱形状的支柱。替代性地，中央支撑结构中的xy横截面的面积可以根据z变化。例如，中央支撑结构可以具有锥形或金字塔形状，其中，靠近中央附接点具有被截头但窄的顶点并且在腔体壁处具有较宽的基部。也可以使用具有其他形状的中央支撑结构，只要它们为腔体中的反射器振荡留下足够空间即可。在这种情况下，第二封装部件224可以是玻璃窗或透明晶片。第二封装部件224允许电磁辐射穿透到腔体241和242、由反射器21反射并接着再次离开腔体241和242。第一封装部件中的第一腔体241可以比固定框架22宽大。第一腔体241的确定xy平面中的腔体的尺寸的侧壁不一定必须与第二腔体242的侧壁对准。然而，这两个腔体必须足够高以允许反射器本体211在腔体中自由运动。反射器21还包括中央附接点212。mems反射器系统还包括中央支撑结构29，中央支撑结构29从腔体壁261延伸、穿过腔体241并到达反射器上的中央附接点212。如果第一封装部件是包括硅和玻璃区域的晶片，如图2所示，则中央支撑结构29的最靠下梢端可以包括玻璃区域291。图3示出了替代性配置，在该替代性配置中，第一封装部件322是结合至器件晶片的盖。第一封装部件在器件平面上方形成透明窗并且在反射器本体311上方界定第一腔体341。第一腔体壁361又在竖向上界定第一腔体341，使得第一腔体341从反射器本体311延伸至第一腔体壁361。处理晶片323形成第二封装部件，在这种情况下，处理晶片323是与器件晶片321相同的绝缘体上硅晶片的一部分。在这种情况下，绝缘体上硅晶片是在其中第二腔体342已形成至给定深度的腔体soi晶片。在竖向上界定第二腔体342的第二腔体壁362在soi晶片中处于该深度处。第二腔体342从反射器本体311延伸至第二腔体壁362。在这种情况下，中央支撑结构39在形成第二腔体342时形成在硅处理晶片323中。因此，中央支撑结构39在加工器件晶片时已经附接至中央附接点312。换言之，由于反射器和中央支撑结构都被加工到soi晶片中，因而中央附接点在这种情况下可以被认为是反射器的一部分或中央支撑结构的一部分。出于一致性和清楚的原因，本公开内容仅将中央附接点当作反射器的一部分。在图3中所示的配置中，电磁辐射通过第一封装部件322穿透到腔体341和342，并且接着电磁辐射可以被反射器31反射并再次离开腔体341和342。换言之，在这种情况下，在反射器31的顶表面上制备有反射薄膜。第一腔体341的确定xy平面中的腔体的尺寸的侧壁可以不与第二腔体342的侧壁完全对准。尽管第一腔体341和第二腔体342必须给反射器本体311足够的空间以振荡至其满振幅，但是除了这个最低要求之外，可以自由选择腔体的尺寸。图4示出了处于器件平面、即xy平面中、处于下述位置中的图2和图3的扫描式微机电反射器系统：在该位置，反射器本体211/311完全位于xy平面中。图2和图3中所示的横截面对应于图4中从点p至点q的横截面。中央附接点212/312位于反射器本体211/311中的中央开口213/313内。中央附接点212/312通过曲折挠曲件附接至中央开口213/313的侧壁。在下面的挠曲件实施方式中将更详细地描述挠曲件。第一挠曲件实施方式图5示出了根据本公开内容的mems反射器系统中的反射器本体的中央部分。中央附接点512通过挠曲件附接至反射器本体511中的中央开口513的侧壁。在所示的实施方式中，挠曲件包括环绕中央附接点512的常平架框架53。挠曲件还包括第一扭力梁(torsionbeam)531和第二扭力梁532以及第三扭力梁533和第四扭力梁534，第一扭力梁531和第二扭力梁532从中央附接点512在第一轴线上沿相反方向延伸至常平架框架53，第三扭力梁533和第四扭力梁534从常平架框架53在与第一轴线垂直的第二轴线上沿相反方向延伸至反射器本体511中的中央开口513的侧壁。在图5中，第一轴线平行于y轴，并且第二轴线平行于x轴。当反射器本体511进行运动时，涉及绕x轴旋转的所有振荡分量将使第三扭力梁533和第四扭力梁534扭转，而涉及绕y轴旋转的所有振荡分量将使第一扭力梁531和第二扭力梁532扭转。由此，由振荡的反射器本体在中央附接点512的方向上施加的力和力矩在扭力梁531至534中衰减并且还部分地在挠性常平架框架53中衰减。这使得即使在反射器本体511处于振荡运动时中央附接点512也能够在xy平面中保持静止且水平。扭力梁531至532以及533至534在z方向上应该是足够厚的，以便将活塞模式振荡加强至高于操作谐振频率的谐振频率，但也是足够薄的以便于扭力扭转。扭力梁可以与反射器本体一样厚，或者比反射器本体薄，如在后续方法实施方式中更详细说明的。第二挠曲件实施方式图6示出了根据本公开内容的mems反射器系统中的反射器本体的中央部分。中央附接点612通过挠曲件附接至反射器本体611中的中央开口613的侧壁。在所示实施方式中，挠曲件包括第一曲折挠曲件631和第二曲折挠曲件632以及第三曲折挠曲件633和第四曲折挠曲件634，第一曲折挠曲件631和第二曲折挠曲件632从中央附接点612沿着第一轴线在相反方向上延伸至反射器本体611中的中央开口613的侧壁，第三曲折挠曲件633和第四曲折挠曲件634从中央附接点612沿着与第一轴线垂直的第二轴线在相反方向上延伸至反射器本体611中的中央开口613的侧壁。在图6中，第一轴线平行于y轴，并且第二轴线平行于x轴。当反射器本体611进行运动时，涉及绕x轴旋转的所有振荡分量将使第三扭力曲折挠曲件633和第四扭力曲折挠曲件634扭转，而涉及绕y轴旋转的所有振荡分量将使第一曲折挠曲件631和第二曲折挠曲件632扭转。由此，由振荡的反射器本体在中央附接点512的方向上施加的力和力矩将在曲折挠曲件631至634中衰减，这使得即使在反射器本体611处于振荡运动时中央附接点612也能够在xy平面中保持静止且水平。曲折挠曲件的数目可以替代性地为两个、三个、五个或任何其他更大的数目。曲折挠曲件的数目可以基于致动器单元的数量和布置或者基于对称性考虑和反射器的预期振荡模式来进行优化。挠曲件可以绕中央附接点对称地布置。如在先前的挠曲件实施方式中，曲折挠曲件631至632以及曲折挠曲件633至634在z方向上应该是足够厚的，以便将活塞模式振荡加强至高于操作谐振频率的谐振频率。曲折挠曲件还应该是足够薄的并且曲折部(meander)是足够宽的，以便促进使反射器本体的运动衰减所需的扭转挠性。曲折挠曲件可以与反射器本体一样厚或者比反射器本体薄，如在后续方法实施方式中更详细地说明的。换言之，中央开口513、613可以延伸穿过反射器511、611，并且中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度可以等于反射器本体511、611的竖向厚度。替代性地，中央开口513、613可以在反射器511、611中延伸至第一深度，并且中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度可以小于反射器本体511、611的竖向厚度。制造方法本公开内容还描述了一种用于制造扫描式微机电反射器系统的方法。该方法包括制备包括固定框架和反射器的器件晶片以及在反射器中制备反射器本体和位于反射器本体的中央开口内的中央附接点的步骤。该方法还包括下述步骤：制备器件晶片中的一个或更多个致动器单元，由此致动器单元被配置成用于将反射器本体向器件平面外倾斜；以及制备从反射器本体中的中央开口的侧壁延伸至中央附接点的一个或更多个挠曲件，其中，挠曲件被配置成用于使得在致动器单元将反射器本体向器件平面外倾斜时中央附接点能够保持静止在器件平面中。该方法还包括下述步骤：制备位于器件晶片的顶部的第一封装部件，其中，第一封装部件包括第一腔体壁，第一腔体壁在竖向方向上界定第一腔体；以及制备第一腔体壁中的中央支撑结构，使得中央支撑结构延伸到第一腔体中；以及将第一封装部件结合至器件晶片使得中央支撑结构被结合至中央附接点。如在第一挠曲件实施方式中所描述的，所制备的挠曲件可以包括环绕中央附接点的常平架框架、从中央附接点在第一轴线上沿相反方向延伸至常平架框架的第一扭力梁和第二扭力梁以及从常平架框架在与第一轴线垂直的第二轴线上沿相反方向延伸至反射器本体中的中央开口的侧壁的第三扭力梁和第四扭力梁。如在第二挠曲件实施方式中所描述的，所制备的挠曲件可以包括第一曲折挠曲件和第二曲折挠曲件以及第三曲折挠曲件和第四曲折挠曲件，第一曲折挠曲件和第二曲折挠曲件从中央附接点沿着第一轴线在相反方向上延伸至反射器本体中的中央开口的侧壁，第三曲折挠曲件和第四曲折挠曲件从中央附接点沿着与第一轴线垂直的第二轴线在相反方向上延伸至反射器本体中的中央开口的侧壁。第一蚀刻实施方式中央开口513、613延伸穿过反射器511、611并且中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度等于反射器本体511、611的竖向厚度的mems反射器系统可以在以下述方法中制备：在该方法中，制备器件晶片中的反射器的步骤包括：在延伸穿过器件晶片的深度反应离子蚀刻(deepreactiveionetch，drie)处理中，蚀刻中央开口513、613、中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634，使得中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度变得等于反射器本体511、611的竖向厚度。其上执行根据该第一蚀刻实施方式的方法的器件晶片可以例如是绝缘体上硅器件晶片。第二蚀刻实施方式中央开口513、613在反射器511、611中延伸至第一深度并且中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度小于反射器本体511、611的竖向厚度的mems反射器系统可以在以下述方法中制备：在该方法中，制备器件晶片中的反射器的步骤包括通过各向异性蚀刻处理与各向同性蚀刻处理的组合来蚀刻中央开口513、613、中央附接点512、612以及挠曲件53、531至534、631至634，使得中央附接点512、612和挠曲件53、531至534、631至634的竖向厚度变得小于反射器本体511、611的竖向厚度。各向异性蚀刻处理与各向同性蚀刻处理的组合可以例如是单晶反应蚀刻及金属化(single-crystalreactiveetchingandmetallization，scream)处理。scream蚀刻处理可以包括通过掩模进行的第一各向异性蚀刻步骤，其中，掩模限定中央附接点、挠曲件和中央开口的侧壁的水平尺寸。该各向异性蚀刻步骤产生在器件晶片中延伸至第一深度的一组沟槽。该第一深度可以等于中央附接点和挠曲件的期望竖向高度。接着可以用氧化物对这些沟槽的侧壁和底部进行涂覆，之后可以从沟槽底部移除氧化物。接着可以执行第二各向异性蚀刻步骤以将沟槽蚀刻至比第一深度深的第二深度。接着可以执行各向同性蚀刻足够长的时间以将挠曲件和中央附接点从块状基板释放。在第一各向异性蚀刻步骤之后沉积的氧化物在各向同性蚀刻步骤期间保护中央开口、挠曲件以及中央附接点的侧壁。可以在绝缘体上硅器件晶片上执行根据该第二蚀刻实施方式的方法。替代性地，可以以图7a至图7e中示意性示出的方式在双绝缘体上硅器件晶片上执行根据第二蚀刻实施方式的方式。器件晶片713包括位于第一绝缘层713顶部的第一硅层711。第一绝缘层713位于第二硅层712的顶部，并且第二硅层712位于第二绝缘层714的顶部。绝缘层713和714可以是氧化硅层。整个器件晶片713可以位于较大的处理晶片的顶部，如图2中所示的。在图7b中，在第一各向异性蚀刻步骤中蚀刻了两个沟槽731和732。沟槽731和732一起限定了中央开口的侧壁和结构74的侧壁，结构74可以包括挠曲件和/或中央附接点。第一各向异性蚀刻步骤可以在第一绝缘层713处停止，使得第一深度d1变得等于第一硅层711的厚度。在图7c中，沟槽已经涂覆有氧化物层75，并且随后氧化物已经被从沟槽底部移除。在图7d中，已经执行第二各向异性蚀刻步骤以将沟槽731和732蚀刻至第二深度d2。在图7e中，已经执行各向同性蚀刻以将这两个沟槽731和732接合到一个腔体73中并由此将结构74从块状基板释放。氧化物75可以在各向同性蚀刻步骤之后移除。如果中央附接点要保持静止而不妨碍反射器本体的振荡，则必须以这种方式从块状基板释放中央附接点和挠曲件。mems反射器系统的制造图8示出了下述示例性扫描式mems反射器系统：在该扫描式mems反射器系统中，反射器本体811中的中央开口部分地延伸穿过反射器而不是一直延伸穿过反射器。附图标记821至844和86分别对应于图2中的附图标记221至224和26。反射器本体811的底表面上的反射区域包括例如可以是钛-铂-金薄膜的反射涂层88。该反射区域在图8中所示的反射器系统中比在图2中所示的反射器系统中略大，在图2中所示的反射器系统中，中央开口一直延伸穿过反射器。第一封装部件可以包括由玻璃制成的绝缘区域比如84以及由硅制成的半导体区域比如第一腔体壁861。硅通孔87可以从顶接触部871延伸穿过第一封装部件822到达底接触部872和悬置件852。第一封装部件822可以例如在第一腔体壁861可以用作结合电极的阳极结合处理中结合至器件晶片821。玻璃晶片824也可以在阳极结合处理中结合至处理晶片823。替代性地，可以使用熔融结合或金属结合来将晶片结合至彼此。在一些扫描式mems反射器系统中通过减小反射器本体的质量来减小反射器本体中的动态变形可能是有利的。结合使用各向异性蚀刻处理与各向同性蚀刻处理的组合的上述第二蚀刻实施方式中所描述的制造工艺可以容易地实现质量减少。如图9中所示，通过适当图案化的蚀刻掩模，蚀刻中央开口93的scream蚀刻处理可以同时用于蚀刻反射器本体中的一个或更多个质量减小腔体931。换言之，可以在蚀刻中央开口、中央附接点和挠曲件的同一scream处理中在反射器本体中蚀刻一个或更多个质量减小腔体。这些质量减小腔体931的唯一目的在于减小反射器本体振荡时反射器本体的动态变形。当前第1页12当前第1页12