专利名称：基于键合技术的集成光学干涉仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及的是一种光学干涉仪，特别是一种基于键合技术的集成光学干涉仪，属于微细加工领域。
背景技术：
近年来，随着MEMS技术的迅速发展，各种光学器件也逐渐向微型化和集成化的方向发展。光学干涉仪是一种用来测量光学表面的位移与变形的干涉计量仪器。它利用激光作为待测表面的信息载体，以干涉条纹的形式在电视监视器上显示出试件表面位移或变形的等值线条纹，可以用于高灵敏度位移传感器，形貌测定，折射率测定，面内位移，振动分析及材料或构件的无损检测等方面。由于传统的光学干涉仪由激光器，分光棱镜，隔离器，反射镜等构成，故体积较大，需要对准，所以集成光学干涉仪的研究引起了科研人员的注意。经文献检索发现，R.Sawada等人在1997的MEMS会议上(R.Sawada，etal.Integrated Micro-laser Displacement Sensor.Proc.IEEE10th Int.Workshop on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS97)，pp.19-24(Nagoya，Japan，1997)提出了一种集成干涉仪的结构。它主要由激光二极管，波导，半反射镜，检测二极管等组成。这种集成的结构仅仅是利用波导技术和光反馈技术将传统的两臂干涉仪进行微型化，所以所需的部件比较多，从而造成各个部件间对准复杂。另外，从性能上来说，由于波导和外部目标间的耦合损失大，导致信号很小，数值在纳安(nA)量级。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于键合技术的集成光学干涉仪，本发明对现有技术作了进一步改进，省略了现有技术中的参考反射镜和分光器，使其结构更加简洁，并使其采用键合技术来集成光学干涉仪，集成光学干涉仪构造关键部件采用了超薄薄膜光电二极管，解决了背景技术中存在的问题。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明主要包括微光学透镜、隔离器、超薄薄膜光电二极管，其连接方式为微光学透镜在最上层，中间为隔离器，下层为超薄薄膜光电二极管，这三层通过键合连接。微光学透镜、隔离器、超薄薄膜光电二极管分别为阵列形式，然后采用键合技术连接，实现大批量生产。
由于超薄薄膜光电二极管非常薄的原因，只有一小部分入射光被吸收，剩下的大部分光是透射光，这样一来可把分光器省略掉。光的大部分穿过薄膜光电二极管的活性层。在设计中，估计吸收率小于30％，入射光的70％穿过薄膜光电二极管。参照面就是入射光的波面，这样又把参照光的反射镜省略掉。入射光束照射到可移动的反射镜上，并反射进入薄膜光电二极管。透射光和反射光相互叠加产生驻波。当超薄薄膜光电二极管正好在驻波节点上时，输出信号最小。输出信号大小取决于超薄薄膜光电二极管和反射镜的相对位置。利用驻波作为标准可由干涉信号测量光电二极管和反射镜的相对位置。光学隔离器用来消除反射回来的光。为了获得足够的对驻波的空间分辨率，超薄薄膜光电二极管活性层的厚度应满足mλ/4n(m＝1，3，5…，λ为光波波长，n为自然数)，但为了透光性，不能很厚。由于很薄的薄膜层中很难沿纵轴方向集成光电二极管的p-n结，因此，在硅片上沿横轴方向集成光电二极管的p-n结。其制作流程是首先用直接键合方法将石英基板和硅片键合起来，然后，将硅片减薄到60nm，接着用光刻方法开出梳状窗口，通过窗口进行砷和硼离子注入，以制成p-n结，然后，淬火和沉积SiO2薄膜，最后，制作铝电极而完成工艺。
本发明具有实质性特点和显著进步，和其它集成光学干涉仪相比，它既没有参考反射镜又没有分光器，所以结构简单。解决了集成光学干涉仪难对准，加工工艺复杂，信号小的缺点。另外，本发明的测量范围可达激光的相干长度。
图1本发明结构示意图具体实施方式
如图1所示，本发明主要包括微光学透镜1、隔离器2、超薄薄膜光电二极管3，其连接方式为微光学透镜1在最上层，中间为隔离器2，下层为超薄薄膜光电二极管3，这三层通过键合连接。微光学透镜1、隔离器2、超薄薄膜光电二极管3分别为阵列形式，然后采用键合技术连接。
超薄薄膜光电二极管3采用横向PN结的结构，在硅片上沿横轴方向集成光电二极管的p-n结。
超薄薄膜光电二极管3中活性层的厚度满足mλ/4n，其中m＝1，3，5…，λ为光波波长，n为自然数。
权利要求
1.一种基于键合技术的集成光学干涉仪，主要包括微光学透镜(1)、隔离器(2)、超薄薄膜光电二极管(3)，其特征在于，其连接方式为微光学透镜(1)在最上层，中间为隔离器(2)，下层为超薄薄膜光电二极管(3)，这三层通过键合连接。
2.根据权利要求1所述的基于键合技术的集成光学干涉仪，其特征是，微光学透镜(1)、隔离器(2)、超薄薄膜光电二极管(3)分别为阵列形式，然后采用键合技术连接。
3.根据权利要求1或2所述的基于键合技术的集成光学干涉仪，其特征是，超薄薄膜光电二极管(3)中活性层的厚度满足mλ/4n，其中m＝1，3，5…，λ为光波波长，n为自然数。
4.根据权利要求1或2或3所述的基于键合技术的集成光学干涉仪，其特征是，超薄薄膜光电二极管(3)采用横向PN结的结构，在硅片上沿横轴方向集成光电二极管的p-n结。
全文摘要
一种基于键合技术的集成光学干涉仪，属于微细加工领域。本发明主要包括微光学透镜、隔离器、超薄薄膜光电二极管，其连接方式为微光学透镜在最上层，中间为隔离器，下层为超薄薄膜光电二极管，这三层通过键合连接。本发明和其它集成光学干涉仪相比，它既没有参考反射镜又没有分光器，所以结构简单，解决了集成光学干涉仪难对准，加工工艺复杂，信号小的缺点。另外，本发明的测量范围可达激光的相干长度。
文档编号G01B9/02GK1456861SQ03128928
公开日2003年11月19日 申请日期2003年5月29日 优先权日2003年5月29日
发明者李以贵, 宋康, 陈水良, 宓晓宇 申请人:上海交通大学