专利名称：微型可调谐红外滤光器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于微光学器件，涉及一种用于红外成像的红外可调谐滤光器的改进。
已有技术现状目前国际上用于红外成像的红外可调谐滤光器有声光方法、Fabry-Perot方法和Fourier变频光谱方法等，均具有高透射、宽接收角和宽可调型焦平面变频等优点。其共同的不足是体积过大。近几年国外也提出了微型化结构及制作方法，由于其各部分分别采用微机械和机械方法制作，使得滤光器的制造没有完全解决微型化、集成化过程中存在的工艺兼容这一关键问题。
已有结构(T.R.Ohnstein，J.D.Zook，等Proc.MEMS′95，MICROElectro Mechanical Sytems，PP170-174，IEEE，Amsterdam(1995))由支撑体、光栅固定端、可调谐光栅主体、光栅插棒、驱动器组成，微型可调谐光栅包括光栅固定端、光栅主体及光栅插棒。可调谐光栅主体的两端分别与光栅固定端及光栅插棒相连接，驱动器的空气隙与光栅插棒相对并且光栅插棒插入驱动器空气隙，可调谐光栅及驱动器的支撑体位于二者的正下方，支撑体与光栅固定端及驱动器为固定连接，在可调谐光栅主体下方无支撑体，光栅插棒悬浮在支撑体上方。
已有结构中光栅插棒悬浮在支撑体上方虽然减少摩擦，但不利于工艺制作，同时易引起可调谐光栅在与支撑体平面垂直方向上引起光栅主体弯曲，降低器件工作精度。原文献并没有给出驱动器的具体结构，只用图示说明其有电磁铁及空气隙。
本实用新型的目的是解决上述已有技术的问题，将典型的微机械工艺与微电子有机结合，利于批量制作及与其它器件与电路的集成，将提供一种集成化微型可调谐红外滤光器。
本实用新型如图1所示包括在衬底(1)的上表面集成制备有光栅固定端(2)、光栅主体(3)、光栅滑动端(4)、驱动器(5)、驱动器引线(6)、(7)、驱动器电极(8)、(9)、线圈(10)、空气隙(11)、铁芯(12)。可调谐光栅包括光栅固定端(2)、光栅主体(3)及光栅滑动端(4)。光栅主体(3)的两端分别与光栅固定端(2)的一端及光栅滑动端(4)的一端相连接，光栅滑动端(4)另一端的部分插入驱动器(5)的开口端，衬底(1)作为可调谐光栅及驱动器(5)的支撑体位于二者的正下方，衬底(1)的上表面与光栅固定端(2)的下表面及驱动器(5)的下表面固定连接，在衬底(1)本体上制备有空气隙(11)，光栅主体(3)置于空气隙(11)的上方，驱动器引线(6)(7)及电极(8)(9)位于衬底(1)的上表面，光栅滑动端(4)与衬底(1)间为可滑动接触连接，光栅主体(3)与衬底(1)间为非接触，驱动器(5)中的线圈(10)绕制在铁芯(12)周围。
本实用新型工作原理如下当驱动器不工作(即驱动器电极间不加电压)时，可调谐光栅处于自由状态，可调谐光栅间距为a。当驱动器电极间加直流电压V时，在驱动器线圈中有电流I通过。驱动器开口端的磁场使光栅滑动端向驱动器方向移动，从而引起为光栅间距均匀增加Δa。这时光栅间距变为a＋Δa。通过外加电路调节驱动器电压V，可使光栅间距在一定范围内连续改变，使可调谐光栅工作波长在3-13微米范围内变化，从而使红外可调谐滤光器输出成像信息。
本实用新型优点在于1、采用准LIGA技术作为本实用新型的基础工艺，制备了具有工艺简化、低成本、高效率的显著特点，集成化、微型可调谐红外滤光器；2、本实用新型采用典型的三维微细加工技术将可调谐光栅与驱动器集成制作在同一衬底上，不需装配对准，可以与其他微器件或电路集成，便于制成微光电机械系统芯片；减少器件中各部分的位置误差，提高器件的可靠性及成品率。解决已有技术采用分离件装配制作器件，不利于批量制作，不能与其它器件及电路集成；同时也增加了由工艺引起的位置误差，降低了器件精度的问题。
本实用新型随着器件原理、工艺及微集成技术的深入研究，使其不仅作为微型红外截止滤光器使用，还可将其作为重要元件，用于高精度的微重量测试的电子秤、压力传感器、加速度传感器、应变/温度测试仪及位移传感器等。以这种器件为主体制造的微型化仪器将可望用于遥感探测、太阳光谱、热辐射探测、空间科学、环境科学、光纤通信等领域。
图1是本实用新型主剖视图图2是图1的俯视图本实用新型的实施例如图1所示包括有衬底(1)、光栅固定端(2)、光栅主体(3)、光栅滑动端(4)、驱动器(5)、驱动器引线(6)、(7)、驱动器电极(8)、(9)、线圈(10)、空气隙(11)、铁芯(12)。
衬底(1)采用3吋(100)晶向硅片，将衬底双面化学抛光。光栅固定端(2)、光栅主体(3)、光栅滑动端(4)、铁芯(12)采用坡莫合金材料制成。光栅主体(3)采用透射光栅。驱动器(5)采用微型电磁驱动器。驱动器引线(6)、(7)和驱动器电极(8)、(9)、线圈(10)采用铜材料。空气隙(11)是在衬底(1)背面光刻并用KOH溶液进行湿法刻蚀。
衬底清洁处理步骤为1)、以甲苯、丙酮、乙醇等去除油污等有机物；2)、用王水煮沸去除金属离子；3)、用去离子水超声清洗，无水乙醇脱水后烘干；衬底用PECVD方法双面分别生长厚度约1微米的氮化硅绝缘层；在衬底的氮化硅绝缘层表面上射频溅射厚度为500纳米的二氧化硅薄膜，采用微电子技术中的薄胶光刻、湿法腐蚀，在光栅滑动端氮化硅薄膜之间形成光栅滑动端的牺牲层；驱动器线圈底层绕线、驱动器电极、外引线的电铸阴极为厚度700纳米的金属铜；驱动器线圈底层绕线及驱动器电极、外引线是用精密脉冲电铸铜制作；涂覆的光敏材料为聚酰亚胺；溅射的电铸阴极为坡莫合金；采用电铸坡莫合金作为可调谐光栅和线圈铁芯；去胶并干法刻蚀坡莫合金材料的电铸阴极；干法刻蚀的光敏绝缘材料为聚酰亚胺；溅射铜薄膜作电铸阴极，厚胶光刻并电铸铜作为线圈中层。在光刻、电铸铜形成线圈上层；衬底背面光刻并进行用KOH溶液作为腐蚀液进行深刻蚀，形成可调谐光栅主体背面空气隙；干法刻蚀除去线圈上层以外的绝缘层。
权利要求1.微型可调谐红外滤光器，包括光栅固定端(2)、光栅主体(3)、光栅滑动端(4)，其特征在于在衬底(1)的上表面集成制备有光栅固定端(2)、光栅主体(3)、光栅滑动端(4)、驱动器(5)、驱动器引线(6)、(7)、驱动器电极(8)、(9)、线圈(10)、空气隙(11)、铁芯(12)，光栅主体(3)的两端分别与光栅固定端(2)的一端及光栅滑动端(4)的一端相连接，光栅滑动端(4)的另一端部分插入驱动器(5)的开口端，衬底(1)作为可调谐光栅及驱动器(5)的支撑体位于二者的正下方，衬底(1)的上表面与光栅固定端(2)的下表面及驱动器(5)的下表面固定连接，在衬底(1)本体上制备有空气隙(11)，光栅主体(3)置于空气隙(11)的上方，驱动器引线(6)(7)及电极(8)(9)位于衬底(1)的上表面，光栅滑动端(4)与衬底(1)间为可滑动接触连接，光栅主体(3)与衬底(1)间为非接触，驱动器(5)中的线圈(10)绕制在铁芯(12)周围。
专利摘要本实用新型属于微光学器件,包括衬底、光栅固定端、光栅主体、光栅滑动端、驱动器、驱动器引线、驱动器电极、线圈、空气隙、铁芯,用准LIGA技术工艺简化、低成本、效率高;用典型的三维微细加工技术将可调谐光栅与驱动器集成制作在同一衬底上,不需装配对准,便于制成微光电机械系统芯片;本实用新型提供微型可调谐红外滤光器,可用于微重量测试的电子秤、压力传感器、加速度传感器、应变/温度测试仪及位移传感器等。可用于遥感探测、太阳光谱、热辐射探测、空间科学、环境科学、光纤通信等领域。
文档编号G02B27/42GK2478134SQ0122232
公开日2002年2月20日 申请日期2001年4月30日 优先权日2001年4月30日
发明者梁静秋, 姚劲松, 王立军 申请人:中国科学院长春光学精密机械与物理研究所