专利名称：可变光衰减器件及其制备方法
技术领域：
本发明涉及微电子机械系统(Micro Electro Mechanical systems，MEMS)光开关 技术领域，尤其涉及一种无可动部件的可变光衰减器件及其制备方法。
背景技术：
采用MEMS技术实现的光开关具有体积小、重量轻、能耗低、性能稳定等优点。随 着光纤通讯技术和密集波分复用系统的飞速发展，MEMS可变光衰减器作为重要的光波导器 件，得到了越来越广泛的应用。目前有关MEMS光衰减器的研究已有很多报道。适用于振动环境中对器件可靠性要求高的场合的可变光衰减器件是当前MEMS光 开关技术发展亟待突破的一个关键技术。无可动部件的可变光衰减器件具有体积更小、重 量更轻、成本更低、以及可靠性更高等优点。通过无可动部件的工作原理，研制出低成本、高 性能的可变光衰减器件，将极大的提高MEMS通讯类光学器件的性能和应用范围。然而，制 造高可靠性、低成本的适用于振动环境中对器件可靠性要求高的场合的可变光衰减器件存 在着巨大的困难。就目前来看，在世界范围内，仍然通过可动部件来驱动(如静电梳齿驱动 或热驱动)反射面来实现光纤光信号的衰减，对于工作在振动环境中的器件可靠性要求高 的场合，目前的技术还很难满足。
发明内容
(一 )要解决的技术问题本发明要解决的技术问题是提供一种可满足振动环境中对器件的可靠性要求、 成本低、且性能高的无可动部件的可变光衰减器件。( 二 )技术方案为实现上述目的，本发明提供一种可变光衰减器件，该器件包括硅基座以及与所 述硅基座键合的玻璃基座，所述硅基座设置有垂直光反射面、以及以所述光反射面为一侧 面的加热空腔，所述加热空腔与所述玻璃基座的部分上表面围成密封腔体，在所述密封腔 体内的玻璃基座的上表面上设置有加热部件。其中，所述加热部件由金属或合金材料构成。其中，所述加热部件呈多重折叠走向。本发明还提供了一种上述可变光衰减器件的制备方法，该方法包括步骤Si.选取设定厚度的双抛N型硅片作为硅基座；S2.在所述硅基座上形成氧化硅掩膜，并通过湿法腐蚀，获得垂直的光反射面；S3.通过双面对准，在所述硅基座底面形成氧化硅掩膜，干法刻蚀，获得加热腔 体；S4.选取设定厚度的硼硅玻璃作为玻璃基座；S5.在所述玻璃基座上淀积金属或合金，掩膜后刻蚀或腐蚀出设定形状的加热部 件；
S6.将所述硅基座加热空腔和玻璃基座的加热部件对准，通过硅_玻璃阳极键合， 完成可变光衰减器件的制备。其中，所述硅片及所述硼硅玻璃的设定厚度均为400士 10微米。其中，所述光反射面晶向为{1,1,1}ο其中，在步骤S2中，使用KOH溶液进行湿法腐蚀。(三)有益效果本发明的可变光衰减器件，适用于振动环境中对器件可靠性要求高的应用场合， 且结构简单，封装的难度和成本低；本发明的制备方法可以采用常规MEMS工艺设备，实现 大批量制造，且工艺过程简单，与多种类型的MEMS器件工艺兼容，可用于实现功能更广泛、 更强大的微光集成系统。
图1 (a)为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件的立体透视图；图1 (b)为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件的立体图；图2为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件玻璃基座结构示意图；图3(a)-图3(b)为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件的硅基座立体结 构图；图4为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件应用时的立体透视图；图5(a)-图5(b)为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件原理示意图；图6(a)-图6(f)为依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件制备方法的主要 制备过程示意图。
具体实施例方式本发明提出的可变光衰减器件及其制备方法，结合附图和实施例详细说明如下。如图1-3所示，依照本发明一种实施方式的可变光衰减器件包括娃基座1以及与 硅基座1键合的玻璃基座3，硅基座1设置有垂直光反射面11、以及以光反射面11为一侧 面的加热空腔12，加热空腔12与玻璃基座3的部分上表面围成密封腔体，属于密封腔体的 玻璃基座3的上表面上设置有加热部件2，加热部件2由金属或合金材料构成，其加热方式 是电阻式加热，为了增加其长度，加热部件2呈多重折叠走向，当加热空腔12因加热部件2 的发热而发生形变时，光反射面11也将相应地发生形变。本发明的可变光衰减器件配合入射光纤41和出射光纤42进行光衰减功能，如图4 所示，入射光纤41的光信号经过光反射面11的反射后进入出射光纤42。如图5(a)所示， 当可变光衰减器件处于静止状态，此时光反射面11保持垂直，穿过入射光纤41的光信号经 过光反射面11反射后可完全进入出射光纤42 ；如图5(b)所示，当可变光衰减器件处于工 作状态时，此时光反射面11不再呈垂直状态，这时由于加热部件2工作后，加热空腔12内 部的气体受热膨胀，使得光反射面11产生受压形变，穿过入射光纤41的光信号经过光反射 面11的反射后，部分进入或完全不进入出射光纤42。如图6所示，依照本发明一种实施方式的上述可变光衰减器件的制备方法包括步 骤
Si.选取厚度为400士 10微米的双抛N型(110)硅片作为硅基座1，如图6 (a)所 示；S2.在硅基座1上形成氧化硅掩膜，并通过使用KOH溶液湿法腐蚀，获得垂直的光 反射面11，该光反射面11的晶向为{1，1，1}，如图6(b)所示；S3.通过双面对准，在硅基座1底面形成氧化硅掩膜，干法刻蚀，获得加热腔体12， 如图6(c)所示；S4.选取厚度为400士 10微米的硼硅玻璃作为玻璃基座3，如图6(d)所示；S5.在玻璃基座3上淀积金属或合金，掩膜后刻蚀或腐蚀出设定形状的加热部件 2，如图6(e)所示；S6.将硅基座1加热空腔12和玻璃基座3的加热部件2对准，通过硅-玻璃阳极 键合，完成可变光衰减器件的制备。以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通 技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有 等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
权利要求
一种可变光衰减器件，其特征在于，该器件包括硅基座以及与所述硅基座键合的玻璃基座，所述硅基座设置有垂直光反射面、以及以所述光反射面为一侧面的加热空腔，所述加热空腔与所述玻璃基座的部分上表面围成密封腔体，在所述密封腔体内的玻璃基座的上表面上设置有加热部件。
2.如权利要求1所述的可变光衰减器件，其特征在于，所述加热部件由金属或合金材 料构成。
3.如权利要求2所述的可变光衰减器件，其特征在于，所述加热部件呈多重折叠走向。
4.一种权利要求1-3任一项所述的可变光衰减器件的制备方法，其特征在于，该方法 包括步骤`51.选取设定厚度的双抛N型硅片作为硅基座；`52.在所述硅基座上形成氧化硅掩膜，并通过湿法腐蚀，获得垂直的光反射面；`53.通过双面对准，在所述硅基座底面形成氧化硅掩膜，干法刻蚀，获得加热腔体；`54.选取设定厚度的硼硅玻璃作为玻璃基座；`55.在所述玻璃基座上淀积金属或合金，掩膜后刻蚀或腐蚀出设定形状的加热部件；`56.将所述硅基座加热空腔和玻璃基座的加热部件对准，通过硅-玻璃阳极键合，完成 可变光衰减器件的制备。
5.如权利要求4所述的可变光衰减器件的制备方法，其特征在于，所述硅片及所述硼 硅玻璃的设定厚度均为400士 10微米。
6.如权利要求4所述的可变光衰减器件的制备方法，其特征在于，所述光反射面晶向 为{1，1，1}。
7.如权利要求4所述的可变光衰减器件的制备方法，其特征在于，在步骤S2中，使用 K0H溶液进行湿法腐蚀。
全文摘要
本发明涉及一种可变光衰减器件及其制备方法，该器件包括硅基座以及与所述硅基座键合的玻璃基座，所述硅基座设置有垂直光反射面、以及以所述光反射面为一侧面的加热空腔，所述加热空腔与所述玻璃基座的部分上表面围成密封腔体，在所述密封腔体内的玻璃基座的上表面上设置有加热部件。本发明的可变光衰减器件可满足振动环境中对器件的可靠性要求、成本低、且性能高。
文档编号B81C1/00GK101881881SQ201010199618
公开日2010年11月10日 申请日期2010年6月8日 优先权日2010年6月8日
发明者吴文刚, 张海霞, 杜博超, 郝一龙, 陈庆华 申请人:北京大学