专利名称：一种可调反射式装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及微电机系统(MEMS)器件，特别是涉及一种可调反射式装置。
背景技术：
可调反射式装置可以广泛应用于成像、激光打印以及光纤通信领域。近年来用MEMS技术来制造可调反射式装置已成为一个趋势，特别是在光学通信领域中利用MEMS技术制造可调反射式装置作为可调衰减器或光学开关，具有体积小、可批量生产等特点。通过改变镜子的状态使入射光经过反射方向发生变化达到使输出光强发生变化的目的。可调反射式装置一般采用旋转角度的方法。为保证镜子旋转时的光学特性，镜体为一刚体，并直接作为驱动器的一部分，受静电力或磁力围绕一个悬臂旋转，并由悬臂的变形所产生的扭矩使镜子恢复原位。这类形式的可调反射式装置镜体只是通过悬臂和基片相连接，机械稳定性不好，并且固有振动频率低，时间响应速度不高，从一个状态变化到另一个状态时有晃动现象，镜子变化角度小等缺点。在很多应用中，需要反射面为曲面，以达到更好的光学特性。现有的制作曲面的方法为在一刚性材料上覆盖一层感光胶，并使感光胶具有实心圆柱或空心圆柱形状。在一定温度下，由于表面应力感光胶圆柱顶变成曲面。利用干法腐蚀，感光胶的曲面形状传递给刚性材料。但对现有可调反射式装置，镜体一般较薄，用这种方法很难在镜体上作出带有曲率的反射面，发明内容为解决现有可调反射式装置的缺点，本发明描述一种基于MEMS技术的新型结构可调反射式装置。本发明的特征为运动部件分成两部分，一部分为具有反射功用的光学部分；另一部分为在静电力作用下运动并带动光学部分，使光学部分反射面的法线发生变化的驱动部分。
本发明中采用导电的基片，基片上通过某些区域支撑光学部分和驱动部分。光学部分和驱动部分是相连接的，基片与这两个部分之间有空隙。驱动部分在它和基片之间的电压作用下由于静电力而产生运动，在驱动部分的带动下，光学部分以固定端或悬臂为转轴，反射面的法线发生变化。和现有的结构相比，这种结构中运动部件有更多的区域和基片相连，且最多只有一个和转轴相平行的自由端，机械稳定性和时间响应速度得到提高。从一个状态变化到另一个状态时的晃动现象得到抑制，并且镜子的角度变化范围得到提高。由于驱动部分和光学部分分离，在不改变光学部分的情况下，只改变驱动部分的结构参数，驱动电压就得到改变，利于减少驱动电压。在本发明中，当光学部分的载体为薄膜时，利用所说载体和岛状反射区域上的局部应力变化，可以形成利于光学特性的曲面。通过下面具体实施例的描述，本发明的优点将清楚地显现出来。
图1是第一种形式的可调反射式装置的示意2a是在光学部分形成岛状反射区域的示意2b是在光学部分形成带有中间层的岛状反射区域的示意2c在光学部分得到释放后岛状反射区域形成曲面的示意3第二种形式的可调反射式装置的示意图具体实施方式
下面依据附图具体描述可调反射式装置两种形式的优选实施方案，以及说明曲面反射区域在薄膜上的形成。所示附图表明各部分的相对关系，为了便于理解，附图各部分未按比例画出。
如图1所示，第一种形式的可调反射式装置包括导电的基片10、支撑区域20、驱动部分30以及光学部分40。基片10或者为掺杂的硅基片，或者为其它掺杂的半导体基片，或者为在表面上带有导电层的绝缘体材料。基片10作为静电力驱动器的一个电极。
驱动部分30和光学部分40与基片10之间的空隙25由牺牲层被腐蚀掉而形成。支撑区域20可以为牺牲层的剩余部分，也可以由不同于牺牲层的物质构成。支撑部分20用于支撑和固定驱动部分30和光学部分40。驱动部分30的一端被支撑部分20所固定，相对一端和光学部分40连接，其它的两个边悬空。驱动部分30是导电的，构成静电力驱动器的另一个电极。驱动部分30优选单晶硅层或多晶硅/无定形硅层作为结构材料。导电性可以通过掺杂或是在薄层上形成导电层(图中未显示)来实现。
光学部分40一端被支撑部分20所固定，相对一端和驱动部分30相连，其余两边悬空。光学部分40由载体41和反射区域43组成。可以用氮化硅薄膜或多晶硅/无定形硅为光学部分40的载体。图1中表示光学部分载体41和驱动部分30相连是由在驱动部分30上形成载体41以得到部分重迭，也可以在载体41上形成驱动部分30。在靠近驱动部分30的光学部分载体41上形成褶皱结构60。褶皱结构60也可以在载体41靠近支撑区域20的一端附近形成。在某些情况下，褶皱结构60可以省去。
光学反射区域43优选以金或铝为材料的金属层或多层介质膜。其面积依具体要求决定。
在基片10与驱动部分30之间加电压，在静电力的作用下驱动部分30发生形变而向基片10运动，使光学部分40的法线角度发生变化。虽然光学部分载体为薄膜，但由于光学部分不受静电力，在被驱动部分30牵引移动的过程中仍然保持平面状态，这样保证光学性能在反射角度发生变化时不恶化。
在有些情况下把光学反射面制造成曲面可以更好地改善光学性能。本发明描述一种使光学反射区域成为曲面的方法如图2a，在光学部分释放之前，在载体41上蒸镀上金属层，在掩膜的保护下经过干法腐蚀或湿法腐蚀后形成一定形状的岛状反射区域43。由于金属层的应力和载体41的应力不同，在岛状反射区域43上形成局部应力变化。在光学部分得到释放后反射区域43依据局部应力变化的大小和变化方向形成凹面或凸面。例如，控制载体和金属层形成时的参数，使金属层的张应力大于载体的张应力，以金属层为表面来看，反射区域形成凹面。在另一种实施方案中，如图2b，可以在蒸镀金属层前蒸镀一层中间层70，中间层70可以是以下物质无定形硅/多晶硅、二氧化硅以及金属氧化物。中间层70同样也腐蚀成岛状。由于中间层70的引入，使反射区域43的局部应力分布发生变化。中间层70起调节或加强曲面曲率的作用。图2c表示在薄膜载体得到释放后，岛状的反射区域43由于局部应力变化形成曲面。当反射区域由多层介质膜构成时，多层介质膜也可以作成岛状，多层介质膜在岛状区域也引入局部应力变化，以形成曲面。
第二种形式的可调反射式装置其结构如图3所示，驱动部分30和光学部分40优选为单晶硅层或多晶硅/无定形硅层。和上述第一种形式的可调反射式装置相似，基片10或者为掺杂的硅基片，或者为其它掺杂的半导体基片，或者为在表面上带有导电层的绝缘体材料。支撑区域用于支撑固定驱动部分30和光学部分40，这两个部分与基片10的空隙25由牺牲层被腐蚀掉而形成。支撑区域20可以为牺牲层未被腐蚀的剩余部分，也可以由不同于牺牲层的物质构成。
驱动部分30的一端被支撑部分20所固定，相对一端和光学部分40相连接，其它的两个边悬空。驱动部分30和基片10是导电的，分别构成静电力驱动器的两个电极。导电性可以通过掺杂或是在薄层上形成导电层(图中未显示)来实现。
光学部分40通过悬臂46与支撑部分20相连，与悬臂平行的一端通过连接部分48与驱动部分30相连，另一端为自由端。光学部分40在悬臂46两边可以不对称，一般地，和驱动部分相连的一端短，以增大转动角度。图3中连接部分48具有褶皱结构60，在某些情况下褶皱结构也可以省去。连接部分48可为氮化硅或polyimide(聚酰亚胺)。
在基片10和驱动部分30间的静电力驱动下，驱动部分30发生形变向基片10运动，带动光学部分40与驱动部分30相连的一端向基片运动，使整个光学部分围绕悬臂46转动。
权利要求
1.一种基于MEMS技术的可调反射式装置，其特征在于包括一导电的基片；一导电的能在静电力作用下产生变形的驱动部分；一光学部分；在所说驱动部分、光学部分与所说基片之间的空隙层；支撑和固定所说驱动部分和所说光学部分于所说基片之上的支撑区域；所说驱动部分和所说光学部分相连，所说驱动部分在静电力作用下带动光学部分转动。
2.根据权力要求1所述的可调反射式装置，其特征在于所说驱动部分和所说光学部分各有一端由支撑区域支撑和固定于所说基片之上，所说驱动部分和光学部分的和被固定端相对的另一端是相连的。
3.根据权力要求1所述的可调反射式装置，其特征在于所说光学部分通过悬臂由支撑区域支撑于所说基片之上，所说光学部分一端和所说驱动部分一端相连，驱动部分另一端被支撑区域支撑并固定。
4.一种在被释放的薄膜上制造曲面反射区域的方法，其特征在于在所说薄膜未被释放之前用一种或几种材料在所说薄膜上作出岛状反射区域，在岛状反射区域上引入局部应力变化。
5.根据权力要求4所述的在被释放的薄膜上制造曲面反射区域的方法，其特征在于薄膜为氮化硅层，岛状反射区域为以下材料的一种或几种的组合而形成的一层或多层结构多晶硅/无定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、铝。
6.根据权力要求4所述的在被释放的薄膜上制造曲面反射区域的方法，其特征在于薄膜为多晶硅/无定形硅层，岛状反射区域为以下材料的一种或几种材料的组合而形成的一层或多层结构多晶硅/无定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、铝。
7.根据权力要求4所述的在被释放的薄膜上制造曲面反射区域的方法，其特征在于薄膜为多晶硅/无定形硅层和氮化硅层的组合，岛状反射区域为以下材料的一种或几种材料的组合而形成的一层或多层结构多晶硅/无定形硅、氮化硅、二氧化硅以及金、铝。
全文摘要
本发明描述一种基于MEMS技术的新型结构可调反射式装置。本发明的特征为运动部件分成两部分，一部分为具有反射功用的光学部分；另一部分为在静电力作用下运动并带动光学部分，使光学部分反射面的法线发生变化的驱动部分。和现有的结构相比，这种结构中运动部件有更多的区域和基片相连，且最多只有一个和转轴相平行的自由端，机械稳定性和时间响应速度得到提高。由于驱动部分和光学部分分离，在不改变光学部分的情况下，只改变驱动部分的结构参数，驱动电压就得到改变。在本发明中，当光学部分的载体为薄膜时，利用载体和岛状反射区域的局部应力差，可以形成利于光学特性的曲面。
文档编号G02F1/01GK1641412SQ200410001709
公开日2005年7月20日 申请日期2004年1月16日 优先权日2004年1月16日
发明者侯继东 申请人:侯继东