一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器的制作方法

本发明属于红外探测领域，涉及一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器，采用一种双折叠悬臂梁结构，并对其悬臂梁刻蚀形成矩形槽。

背景技术：

红外光谱分析是一种强有力的分析手段，因为许多物质都可以根据其独特的吸收光谱可靠地加以区分。传统的红外光谱仪结构复杂，价格昂贵，便携性有限。在医疗诊断和医疗保健(如：检测人体呼吸中的气体)、检测危险物质(如：可燃和有毒气体、爆炸物检测)、制药和化学工业中的过程监控等应用中都产生了对小型、可靠性高和方便携带的光谱仪的强烈需求。因此，微型可调谐红外光谱仪一直是科学研究与市场需求的热点。

法布里-珀罗(fabry-perot)可调谐滤波器是微型可调谐红外光谱仪的重要组成部分。基于mems技术的法布里-珀罗滤波器可以在高度小型化的同时保持足够大的透过率。许多采用静电驱动的mems法布里-珀罗滤波器的设计已经被报道。于此同时基于mems技术的法布里-珀罗滤波器存在驱动电压较大，可调谐范围小和形变量大从而影响滤波性能等问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器，采用单晶硅作为基底，在基底上部镀制有金属电极和锗(ge)/一氧化硅(sio)交替沉积构成的反射层；在基底下部镀制有一氧化硅(sio)薄膜构成的增透层。同时，采用单晶硅作为可移动薄层，在可移动薄膜上部镀制有一氧化硅(sio)薄膜构成的增透层；在可移动薄膜下部镀制有锗(ge)/一氧化硅(sio)交替沉积构成的反射层。

本发明的技术方案如下：一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器，包括三大部分。第一部分为基底，第二部分为可移动薄层，第三部分为调谐腔。

所述的第一部分基底为单晶硅。在硅基底上表面镀制有金属电极；所述的金属电极为金层，通过磁控溅射法制备。在硅基底上表面镀制有锗(ge)/一氧化硅(sio)交替沉积构成的反射层；所述的反射层膜系结构为sub/lhlhlh，sub代表硅基底，h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ，膜层均采用真空热蒸发方法制备。在硅基底下表面镀制有一氧化硅(sio)薄膜构成的增透层；所述的一氧化硅(sio)薄膜采用真空热蒸发方法制备，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm。

所述的第二部分可移动薄层为单晶硅，厚度为3微米。在可移动硅薄膜上表面镀制有一氧化硅(sio)薄膜构成的增透层，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm；所述的一氧化硅(sio)薄膜采用真空热蒸发方法制备。在可移动硅薄膜下表面镀制有锗(ge)/一氧化硅(sio)交替沉积构成的反射层；所述的反射层膜系结构为sub/lhlhlh，sub代表硅基底，h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ，膜层均采用真空热蒸发方法制备。

所述的第二部分可移动薄层采用一种双折叠悬臂梁结构，并对其悬臂梁刻蚀形成矩形槽。

所述的第三部分调谐腔为空气腔，位于基底与可移动薄层之间。所述的空气腔深度为2.5微米，通过光学设计确定，由焊接键合工艺制备得到，可实现3-5微米波段光谱选择透过。

本发明新型法布里-珀罗可调谐滤波器的可移动硅薄层采用一种双折叠悬臂梁结构，并对其悬臂梁刻蚀形成矩形槽，可以很好地满足低压驱动，镜面平整，在可调谐范围内始终保持良好的滤波特性。并且，采用空气腔作为调谐腔，腔体深度为2.5微米，可实现3-5微米波段光谱选择透过。

附图说明

图1为新型法布里-珀罗可调谐滤波器的结构图。

图2为双折叠悬臂梁结构图以及驱动电压8v下的位移图。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

本发明实施例1公开的一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器，采用一种双折叠悬臂梁结构，并对其悬臂梁刻蚀形成矩形槽，可移动薄层是指工作时施加电压，产生静电吸引力，在静电引力作用下，上下移动。这种结构的新型法布里-珀罗可调谐滤波器，在8v电压下可获得0.88μm的位移，同时其在位移为0.5μm时的最大应力仅为8.49mpa，镜面平整度误差仅为0.9nm。因此具有矩形槽悬臂梁的新型法布里-珀罗滤波器可以很好地满足低压驱动，镜面平整，在可调谐范围内始终保持良好的滤波特性。

制备例1

所述一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器制备流程为：

步骤1：在单晶硅基底上表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sub/lhlhlh6层交替堆叠的膜系，形成反射层，并利用刻蚀工艺进行图案化。h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ。

步骤2：在镀制有反射层的单晶硅基底上，采用磁控溅射沉积工艺沉积一层金(au)层作为电极用于静电吸引，厚度为300nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤3：在硅基底下表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sio薄膜，形成增透层，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤4：单晶硅可移动薄层上表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sio薄膜，形成增透层，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤5：单晶硅可移动薄层下表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sub/lhlhlh6层交替堆叠的膜系，形成反射层，并利用刻蚀工艺进行图案化。h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ。

步骤6：对单晶硅可移动薄层，进行湿法和干法刻蚀，形成双折叠悬臂梁结构，悬臂梁上刻蚀有矩形槽，槽长为5μm，槽宽为1μm，槽深为1μm。

步骤7：利用共晶焊等键合工艺将单晶硅基底与单晶硅可移动薄层焊接于一体，缝隙(空气腔)控制在2.5微米。

制备例2

所述一种新型法布里-珀罗可调谐滤波器制备流程为：

步骤1：在单晶硅基底下表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sio薄膜，形成增透层，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤2：在单晶硅基底上表面，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sub/lhlhlh6层交替堆叠的膜系，形成反射层，并利用刻蚀工艺进行图案化。h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ。

步骤3：在镀制有反射层的单晶硅基底上表面的电极工作区域，采用磁控溅射薄膜沉积工艺沉积一层金(au)层作为电极用于静电吸引，厚度为300nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤4：在镀制有反射层与金属电极的单晶硅基底上表面，采用等离子体增强化学气相沉积法(pecvd)沉积一层厚度为2.5微米的非晶硅作为牺牲层，并利用刻蚀工艺进行图案化(形成双折叠悬臂梁结构，悬臂梁上刻蚀有矩形槽)。

步骤5：在镀制有牺牲层的单晶硅基底上，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sub/lhlhlh6层交替堆叠的膜系，形成反射层，并利用刻蚀工艺进行图案化。h和l分别代表膜层ge(高折射率材料层)和膜层sio(低折射率材料层)的一个1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，1h＝(4nhd)/λ；1l＝(4nld)/λ。

步骤6：在上述反射层上，采用分子束外延法制备一层单晶硅，厚度为3μm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤7：在上述分子束外延法制备的单晶硅上，采用真空热蒸发薄膜沉积工艺沉积sio薄膜，形成增透层，厚度为1/4中心波长光学厚度，中心波长λ＝4260nm，并利用刻蚀工艺进行图案化。

步骤8：采用干法刻蚀工艺，对作为牺牲层多晶硅进行刻蚀，形成腔体深度2.5微米的可调谐空气腔。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的方法及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，仍属于本发明技术方案的范围内。