一种双向驱动F-P滤波器件结构及其制备方法

本发明涉及光谱，具体提供一种双向驱动f-p滤波器件结构及其制备方法。

背景技术：

1、光谱检测设备目前作为一种检测物质成分的一种非接触、实时、原位、多维度的检测手段被广泛应用于医疗、农业、科研、航空航天等各个领域。而光谱仪的结构原理则是通过使用色散元件、窄带滤波片或计算光谱等手段，实现光谱的解析。随着科技发展，目前光谱仪的发展方向向着高精度、宽谱段、小尺寸、低功耗的特点进行。其中，高性能的核心分光元件的设计及制备开发将是光谱仪研制的重中之重。

2、目前不同的光谱分光元件拥有着不同的优势，色散元件实现的光谱仪主要利用反射透射光栅以及波导等方式对入射光进行色散，从而实现光谱的分离和检测，其优势在于工艺成熟，结构简单，但是由于原理的制约，目前无法实现器件的微小型化、而计算光谱技术作为一种新兴的光谱分光手段，能够实现微小尺寸内的光谱解析，但其缺点在于后处理计算量较大，技术不够成熟。而窄带滤波的方式，通过使用滤波片阵列或可调谐阵列式f-p滤波器，作为滤波器件，采用多光束干涉的原理实现光谱的分束和解析，其能够实现在微小尺度内的稳定出光，其后端检测也相对容易，因此这种手段是目前微小型光谱仪分光元件的主要发展趋势之一。

3、目前窄带滤波方式主要有两种器件结构，滤波片阵列或可调谐f-p滤波器，其中可调谐f-p滤波器相较于滤波片阵列，其平面尺寸更小，检测谱段更多，能实现连续高精度检测，成为了现阶段的研究重点。目前研究领域均采用单项驱动的方式，利用静电吸合效应实现f-p滤波器腔长的改变，改变输出波长进行分光。但其受到吸合不稳定性和半波带宽的限制，其特性收到了制约。

4、目前现有的可调谐f-p滤波模块主要采用单向电极驱动模式，利用静电产生的吸合效应对腔长进行改变，从而改变输出波长。然而单向电极的驱动模式会造成吸合不稳定性，超出调谐临界点则会产生“拉入效应”，导致上下电极贴合，极大的制约了f-p滤波器件的调谐精度。此外，单向驱动模式仅能向单一方向对器件进行调谐，受限于可动电极的应力极限，会极大制约器件的工作范围。

技术实现思路

1、本发明为解决上述问题，提供了一种双向驱动f-p滤波器件结构及其制备方法，能够实现双向驱动范围，提高了器件的稳定性和鲁棒性。

2、本发明提供一种双向驱动f-p滤波器件结构，包括：第一静态电极和第二静态电极，位于所述第一静态电极和所述第二静态电极之间的可动电极，所述可动电极和所述第一静态电极之间设有第一绝缘支撑件，所述可动电极和所述第二静态电极之间设有第二绝缘支撑件，所述可动电极上设有第一介质层反射镜，所述第二静态电极上还设有第二介质层反射镜，所述第一静态电极具有通光孔，所述通光孔与所述第一介质层反射镜、所述第二介质层反射镜共光轴；

3、工作状态下，对处于所述第一静态电极和所述第二静态电极两者交替施加高电势，对中间的所述可动电极施加低电势，由所述第一静态电极和所述第二静态电极分别与所述可动电极形成静电吸合效应，通过控制所述第一静态电极和所述第二静态电极的电压大小，改变施加到所述可动电极上的静电力，使得可动电极实现上下位移和往复运动所述可动电极带动所述第一介质层反射镜位置移动使得所述第一介质层反射镜和所述第二介质层反射镜之间的距离发生改变，基于所述改变调整出射光波长，完成动态滤波。

4、作为一种优选的方案，所述可动电极采用金材料制成，所述第一绝缘支撑件和所述第二绝缘支撑件采用氮化硅材料制成。

5、作为一种优选的方案，所述可动电极采用井字型结构，所述井字型结构包括边框、用于安装所述第一介质层反射镜的固定框和用于连接所述边框和所述固定框的多根悬臂，所述多根悬臂均布在所述固定框和所述边框之间。

6、作为一种优选的方案，所述第一绝缘支撑件和所述第二绝缘支撑件在正交方向上设有四个穿过导线的缺口。

7、作为一种优选的方案，所述第一介质层反射镜和所述第二介质层反射镜均采用dbr反射镜结构进行设计，经过tfcalc模型仿真软件进行仿真确定膜系结构为(hl)4h，其中h为高折射率材料五氧化二铌，l为低折射率材料二氧化硅，光学厚度均为λ/4。

8、作为一种优选的方案，所述通光孔位于所述第一静态电极的几何中心处。

9、本发明还提供一种双向驱动f-p滤波器件结构的制备方法，包括：

10、利用介质磁控设备在熔融二氧化硅基底上溅射第二静态电极的第二介质层反射镜；

11、使用光刻掩模技术制备所述第二静态电极的光刻胶掩模；

12、使用双枪电子束蒸发台，采用铬材料作为粘附层，使用金作为电极材料制备所述第二静态电极的电极；

13、利用金属剥离工艺进行金属剥离形成所述第二静态电极的图案化；

14、利用介质磁控设备并采用氮化硅材料制备第二绝缘支撑件；

15、使用光刻掩模技术和干法刻蚀技术所述第二绝缘支撑件图案化；

16、采用牺牲层技术并利用介质磁控设备制备非晶硅，填充所述第二绝缘支撑件的第二空腔，所述第二空腔为可动电极的制备提供加工平台；

17、利用光刻掩模技术，制备所述可动电极和第一介质层反射镜；

18、利用介质磁控设备并采用氮化硅材料在所述可动电极上继续制备第一绝缘支撑件；

19、使用光刻掩模技术和干法刻蚀技术所述第一绝缘支撑件图案化；

20、采用牺牲层技术并利用介质磁控设备制备非晶硅，填充所述第一绝缘支撑件的第一空腔；

21、制备第一静态电极；

22、使用氟化氙刻蚀机，对器件结构的牺牲层进行释放，完成整体器件结构的制备。

23、与现有技术相比，本发明能够取得如下有益效果：

24、本发明实施例中提供一种双向驱动f-p滤波器件结构及其制备方法，包括：第一静态电极和第二静态电极，位于第一静态电极和第二静态电极之间的可动电极，可动电极和所述第一静态电极之间设有第一绝缘支撑件，可动电极和所述第二静态电极之间设有第二绝缘支撑件，可动电极上设有第一介质层反射镜，第二静态电极上还设有第二介质层反射镜，第一静态电极具有通光孔，通光孔与第一介质层反射镜、第二介质层反射镜共光轴，通过利用双向驱动结构能够实现双向驱动范围，提高了器件的稳定性和鲁棒性。

技术特征：

1.一种双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，包括：第一静态电极和第二静态电极，位于所述第一静态电极和所述第二静态电极之间的可动电极，所述可动电极和所述第一静态电极之间设有第一绝缘支撑件，所述可动电极和所述第二静态电极之间设有第二绝缘支撑件，所述可动电极上设有第一介质层反射镜，所述第二静态电极上还设有第二介质层反射镜，所述第一静态电极具有通光孔，所述通光孔与所述第一介质层反射镜、所述第二介质层反射镜共光轴；

2.根据权利要求1所述双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，所述可动电极采用金材料制成，所述第一绝缘支撑件和所述第二绝缘支撑件采用氮化硅材料制成。

3.根据权利要求1所述双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，所述可动电极采用井字型结构，所述井字型结构包括边框、用于安装所述第一介质层反射镜的固定框和用于连接所述边框和所述固定框的多根悬臂，所述多根悬臂均布在所述固定框和所述边框之间。

4.根据权利要求1或2所述双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，所述第一绝缘支撑件和所述第二绝缘支撑件在正交方向上设有四个穿过导线的缺口。

5.根据权利要求1或2所述双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，所述第一介质层反射镜和所述第二介质层反射镜均采用dbr反射镜结构进行设计，经过tfcalc模型仿真软件进行仿真确定膜系结构为(hl)4h，其中h为高折射率材料五氧化二铌，l为低折射率材料二氧化硅，光学厚度均为λ/4。

6.根据权利要求1所述双向驱动f-p滤波器件结构，其特征在于，所述通光孔位于所述第一静态电极的几何中心处。

7.一种双向驱动f-p滤波器件结构的制备方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明涉及光谱技术领域，具体提供一种双向驱动F‑P滤波器件结构及其制备方法，包括：第一静态电极和第二静态电极，位于第一静态电极和第二静态电极之间的可动电极，可动电极和所述第一静态电极之间设有第一绝缘支撑件，可动电极和所述第二静态电极之间设有第二绝缘支撑件，可动电极上设有第一介质层反射镜，第二静态电极上还设有第二介质层反射镜，第一静态电极具有通光孔，通光孔与第一介质层反射镜、第二介质层反射镜共光轴，通过利用双向驱动结构能够实现双向驱动范围，提高了器件的稳定性和鲁棒性。

技术研发人员：谭鑫,刘思琪,焦庆斌,王天钰,许亮,杨名宇,李宇航,李徽,张薇,张嘉航
受保护的技术使用者：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8