專利名稱：微機電系統(tǒng)光學交叉連接開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及光學開關(guān)及其相關(guān)的制造方法，特別是涉及到微機電的單模光纖交叉連接開關(guān)及其相關(guān)的制造方法。
薄膜技術(shù)的進步使復雜的集成電路能夠繼續(xù)發(fā)展。這種先進的半導體技術(shù)也已用于MEMS(微機電系統(tǒng))設(shè)備的制造。MEMS設(shè)備一般能運動或應(yīng)用動力。很多不同種類的MEMS設(shè)備已被制造，包括微型傳感器、微型齒輪、微型電機和其它微型設(shè)計的設(shè)備。發(fā)展MEMS設(shè)備可供多種應(yīng)用，因為它們具有價格低、可靠性高和體積非常小的優(yōu)點。在這種情況下，MEMS技術(shù)已被用于發(fā)展單模光纖的自由空間開關(guān)。
相對于電纜，光纖具有許多優(yōu)點，包括高帶寬、低損耗、輕便、抗電流浪涌性并可忽略電磁干擾。大范圍光纖網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用正在贏得廣泛的認可，并且作為高速局域網(wǎng)(LANs)的一個國際標準而得到電信行業(yè)的支持。光纖開關(guān)用于在網(wǎng)絡(luò)中重組網(wǎng)絡(luò)和/或增強整體可靠性。例如，光學旁路開關(guān)已被用于繞過網(wǎng)絡(luò)中的失效節(jié)點。
用自由空間方法或波導方法都能生產(chǎn)光纖開關(guān)。自由空間方法具有大量超過傳統(tǒng)波導方法的優(yōu)點。傳統(tǒng)波導方法的例子參見技術(shù)出版物“微型加工1X2光纖開關(guān)”(by L.A.Field et al.，entitled“Micromachined 1X2 Optical-Fiber Switch”International Solid-State Sensors and Actuators Conference-Transducers 1995，Stockholm，Sweden 25-29 June 1995)。自由空間方法有較低的耦合損耗和極低的竄擾。然而，傳統(tǒng)的自由空間光纖開關(guān)要占用大量的光學元件，并且生產(chǎn)起來一般都非常昂貴。MEMS技術(shù)考慮到了自由空間光纖開關(guān)的改進性能，因而能以相當?shù)偷幕ㄙM來生產(chǎn)。有關(guān)這種自由空間MEMS開關(guān)的例子參見技術(shù)出版物“由硅微加工扭曲反射鏡的光學交叉連接”(by H.Toshiyoshi et al.，entitled“Optical Crossconnection bySilicon Micromachined Torsion Mirrors”，Digest IEEE/LEOS 1996Summer Topical Meetings，pp.63-64，Keystone，CO，5-9，August 1996)和“用離子反應(yīng)蝕刻法制造的垂直反射鏡在光纖開關(guān)方面的應(yīng)用”(C.Marser et at.，entitled“Vertical Mirrors Fabricated by Reactive IonEtching for fiber Optical Switching Applications”，Tenth IEEEInternational MEMS Workshop，pp.349-354，1997)。
在最基本的結(jié)構(gòu)中，MEMS光纖開關(guān)能為一個輸入光纖提供通路(route)，使其通至兩個可能的輸出光纖中的一個。光纖電信行業(yè)渴望有一個能把多個開關(guān)元件都合成進一個陣列的微電子開關(guān)結(jié)構(gòu)設(shè)計。該陣列設(shè)計的關(guān)鍵方面在于能夠制造一個無阻塞的、可逐一轉(zhuǎn)換操作的開關(guān)陣列，以便為給一個輸入光纖提供通路而設(shè)置一個開關(guān)元件不會干擾到為給其它輸入光纖提供通路而設(shè)置其它開關(guān)元件?？紤]到由應(yīng)用所決定的、大量輸入光纖要經(jīng)過所提供的通路通至輸出光纖中，另一重點是要制造一個規(guī)?；?scaleable)陣列結(jié)構(gòu)。光纖開關(guān)必須被設(shè)計為通過提供一個穩(wěn)定的反射狀態(tài)來限制插入損耗，該狀態(tài)允許光纖以可靠的方式重新定向。
對目前的微電子光纖開關(guān)的另一個關(guān)注是，恰當?shù)貙⒎瓷溲b置或反射鏡從非反射狀態(tài)驅(qū)動至反射狀態(tài)的能力。運用磁場來驅(qū)動反射鏡已經(jīng)取得了一些成功。在大多數(shù)情況下，恒定磁場用于為處于非反射狀態(tài)和反射狀態(tài)之中點的反射鏡提供最大扭矩。一旦扭矩在中點達到最大值就會逐漸減小，直到它在反射鏡達到反射狀態(tài)時接近低扭矩。低扭矩效應(yīng)使反射鏡不能連續(xù)地達到必需的反射狀態(tài)。
所以，在已經(jīng)發(fā)展了一些自由空間光纖交叉連接開關(guān)的同時，發(fā)展其它類型的光學交叉連接開關(guān)仍是有益的，這些開關(guān)在如下各項中操作起來會更加可靠盡量減少插入損耗、允許不阻塞的可逐一轉(zhuǎn)換操作的開關(guān)陣列、提供規(guī)?；拈_關(guān)陣列、允許一致的驅(qū)動并且有助于低成本生產(chǎn)。因此，這些MEMS光學交叉連接開關(guān)將適用于更寬泛的多種電信應(yīng)用。而大量類似光纖網(wǎng)絡(luò)這樣的電信應(yīng)用，將受益于具有這些改良屬性的MEMS光學交叉連接開關(guān)。
本發(fā)明提供一種微機電設(shè)備，該設(shè)備能將光纖從一輸入光纖轉(zhuǎn)換至兩或多個輸出光纖中的一個。在一個實施例中，MEMS光學交叉連接開關(guān)包括一個具有位于此基片表面上的彈起反射鏡(pop-up mirror)第一微電子基片，和一個貼近第一基片的為彈起反射鏡提供驅(qū)動力的旋轉(zhuǎn)磁場源。該旋轉(zhuǎn)磁場可以包括一個能使扭矩在驅(qū)動過程中達到最大值的可變受控磁場。該可變受控磁場可以包括一對基本具有正交磁場軸的線圈。在驅(qū)動過程中，通過改變供給線圈的電流能夠調(diào)整可變受控磁場源，從而在彈起反射鏡從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)的運動過程中使磁扭矩達到最大值并產(chǎn)生最佳驅(qū)動力。另外，可以在緊貼第二微電子基片的位置設(shè)置一個磁極片來為彈起反射鏡提供更大的磁引力。
此外，該實施例可以包括至少一個定位結(jié)構(gòu)，以便作為截門(stop-gate)來確定彈起反射鏡處于反射狀態(tài)時的位置。該定位結(jié)構(gòu)可以包括一個從與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片中延伸出的柱狀構(gòu)件?？梢杂膳c第二基片相連的電壓源將定位結(jié)構(gòu)靜電激活，以便使彈起反射鏡被“鎖定”在“豎直”狀態(tài)，即反射狀態(tài)中。另外，此實施例中的MEMS光學交叉連接開關(guān)可以包括一個系鏈裝置，通過與第一基片的連接可以使該系鏈裝置被靜電激活，來為處于俯臥狀態(tài)，即非反射狀態(tài)的彈起反射鏡提供“鉗位(clamp-down)”電壓。
在本發(fā)明的另一個實施例中，MEMS光學交叉連接開關(guān)包括一個第一微電子基片，該基片具有一個位于此基片表面上的彈起反射鏡和一個位于相對于第一微電子基片的固定位置關(guān)聯(lián)中的定位結(jié)構(gòu)。當彈起反射鏡已經(jīng)被驅(qū)動至反射狀態(tài)時，該定位結(jié)構(gòu)用于確定彈起反射鏡的位置。該定位結(jié)構(gòu)可以包括一個從與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片中延伸出的柱狀構(gòu)件?？梢杂膳c第二基片相連的電壓源將定位結(jié)構(gòu)靜電激活，以便將彈起反射鏡“鎖定”在“豎直”，即反射狀態(tài)中。此實施例中的驅(qū)動機構(gòu)可以包括一個磁場源。而且，該磁場源可以是一個能可變受控的旋轉(zhuǎn)磁場源。另外，可以在第二微電子基片內(nèi)部或緊貼處設(shè)置一個磁極片，以確保彈起反射鏡有足夠的磁扭矩使彈起反射鏡能達到所需的完全“豎直”，即反射狀態(tài)。
而在本發(fā)明的另一個實施例中，一種用于在微電子設(shè)備中將光學信號交叉連接轉(zhuǎn)換的方法包括如下步驟接收一光通路中的一輸入信號，產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)，并且由彈起反射鏡將輸入信號反射至另一光通路中。此外，該方法可以包括，通過用定位結(jié)構(gòu)限制彈起反射鏡的運動來保持反射狀態(tài)中彈起反射鏡的位置。一個備選步驟可以包括，通過給相關(guān)的定位結(jié)構(gòu)施加電壓，來靜電固定處于反射狀態(tài)中的彈起反射鏡。
一種用于在微電子設(shè)備中將光學信號交叉連接轉(zhuǎn)換的附加方法包括如下步驟接收一光通路中的一輸入信號，磁力驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)，保持反射狀態(tài)中彈起反射鏡的位置，并且由彈起反射鏡將輸入信號反射至另一光通路中。保持位置的步驟還可以包括用至少一個定位結(jié)構(gòu)來限制彈起反射鏡的驅(qū)動，例如一個從第一微電子基片中延伸出的定位結(jié)構(gòu)。磁力驅(qū)動的步驟可以包括產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場以驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)。
另外，本發(fā)明具體實施于一個光學交叉連接開關(guān)陣列中，該陣列包括一個第一微電子基片，該基片具有位于第一基片表面上的至少兩個彈起反射鏡，以及一個位于貼近第一微電子基片處的一個旋轉(zhuǎn)磁場源。該交叉連接開關(guān)陣列可以包括位于相對于第一微電子基片的固定位置關(guān)聯(lián)中的至少兩個定位結(jié)構(gòu)，用于使彈起反射鏡定位于反射狀態(tài)中。該定位結(jié)構(gòu)可以包括從第二微電子基片延伸出的柱狀結(jié)構(gòu)，該第二微電子基片相對于第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)。一般地，該陣列會包含n列m行彈起反射鏡并且和與之相應(yīng)的定位結(jié)構(gòu)對準以形成一個無阻塞的、逐個切換的陣列。
而在本發(fā)明的另一個實施例中，一個光學交叉連接開關(guān)陣列可以包括一個第一微電子基片，該第一微電子基片具有至少兩個位于第一基片表面上的兩個彈起反射鏡，以及一個處于與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片。該第二微電子基片具有至少兩個向第一微電子基片延伸的固定結(jié)構(gòu)。該定位結(jié)構(gòu)用于限制彈起反射鏡超出反射狀態(tài)的多余運動。陣列中的彈起反射鏡可以由像旋轉(zhuǎn)磁場源這樣的磁場源驅(qū)動。一般地，該陣列會包含n列和m行彈起反射鏡并且和與之相應(yīng)的定位結(jié)構(gòu)對準以形成一個無阻塞的、逐個切換的陣列。
而在本發(fā)明的另一個實施例中，一個光學交叉連接開關(guān)陣列可以包括一個第一微電子基片，該第一微電子基片具有至少兩個位于第一基片表面上的兩個彈起反射鏡，以及一個與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片。另外，該實施例包括一個磁場源，該磁場源提供一個相對于第一微電子基片定向的磁場，該磁場與至少兩個彈起反射鏡及至少兩個緊貼第二微電子基片的磁極片相互作用以提供給彈起反射鏡更多磁引力。
本申請還具體實施于一個MEMS光學交叉連接開關(guān)系統(tǒng)中，該系統(tǒng)具有第一微電子基片、位于第一微電子基片周圍的至少一個光纖輸入端和兩個光纖輸出端、至少一個緊貼第一微電子基片的彈起反射鏡以及用以驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)的旋轉(zhuǎn)磁場源。一個可選擇的MEMS光學交叉連接開關(guān)系統(tǒng)可以包括第一微電子基片、位于第一微電子基片周圍的至少一個光纖輸入端和兩個光纖輸出端、至少一個位于貼近第一微電子基片處的彈起反射鏡以及一個與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片。該第二微電子基片具有至少一個向第一微電子基片延伸的固定結(jié)構(gòu)。該定位結(jié)構(gòu)用于限制彈起反射鏡超出反射狀態(tài)之位置的多余運動。
本申請中的MEMS光學交叉連接開關(guān)受益于它具有一個作為驅(qū)動機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)磁場源。用這種方式，能夠完全地、反復地驅(qū)動彈起反射鏡從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)。另外，本發(fā)明提供用磁極片作為備用選擇來完全地、反復地驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)。在另一實施例中，本發(fā)明利用像柱狀結(jié)構(gòu)這樣的定位結(jié)構(gòu)作為彈起反射鏡到達它們各自的反射狀態(tài)時的截門。而且，通過給定位結(jié)構(gòu)施加靜電電壓，能夠把彈起反射鏡“鎖住”在反射狀態(tài)中。定位結(jié)構(gòu)的單獨設(shè)計能將開關(guān)陣列構(gòu)造成為無阻塞的、逐個操作的開關(guān)陣列，以便為給一個輸入光纖提供通路而設(shè)置一個開關(guān)元件不會干擾到為給其它輸入光纖提供通路而設(shè)置其它開關(guān)元件。還有，本申請?zhí)峁┮?guī)?；年嚵性O(shè)計，從而允許由應(yīng)用所決定的、大量輸入光纖要經(jīng)過所提供的通路通至輸出光纖中的情況。通過提供使光纖能夠以可靠方式重新定向的穩(wěn)定的反射狀態(tài)，本發(fā)明的自由空間MEMS技術(shù)的光纖開關(guān)限制了插入損耗。


圖1是一個依照本發(fā)明實施例的MEMS光學交叉連接開關(guān)的透視圖，圖解說明了處于非反射狀態(tài)中的彈起反射鏡與定位結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系。
圖2是一個依照本發(fā)明實施例的MEMS光學交叉連接開關(guān)的透視圖，圖解說明了處于反射狀態(tài)中的彈起反射鏡與定位結(jié)構(gòu)之間的位置關(guān)系。
圖3是一個依照本發(fā)明實施例的MEMS彈起反射鏡和與之相連的系鏈裝置以及基片固定器的俯視圖。
圖4a-4c是依照本發(fā)明實施例的MEMS光學交叉連接開關(guān)的側(cè)面剖視圖，圖解說明了彈起反射鏡從“臥倒”(即非反射狀態(tài))到“豎直”(即反射狀態(tài))的磁驅(qū)動過程。
圖5是一個依照本發(fā)明實施例的磁扭矩對應(yīng)反射鏡夾角的表，它突出顯示了僅用恒定磁場源的實施例與既用恒定磁場源又用磁極片的實施例中所產(chǎn)生磁扭矩的差別。
圖6是一個依照本發(fā)明實施例的MEMS光學交叉連接開關(guān)的側(cè)面剖視圖，圖解說明了使用可變受控磁場來完成使彈起反射鏡完全豎直的驅(qū)動。
圖7a-7b是依照本發(fā)明實施例的MEMS光學交叉連接開關(guān)的透視圖，圖解說明了多彈起反射鏡陣列的轉(zhuǎn)換能力。
圖8a-8i是依照本發(fā)明中光學交叉連接開關(guān)之制造方法的剖面圖，圖解說明了制造第二微電子基片過程中的不同階段，且該第二微電子基片具有形成于其上的定位結(jié)構(gòu)。
圖9a-9e是依照本發(fā)明中光學交叉連接開關(guān)的制造方法的剖面圖，圖解說明了制造第一微電子基片過程中的不同階段，且該第一微電子基片具有形成于其上的彈起反射鏡。
在下文中，將參考附圖對本發(fā)明作更加充分的說明，其中會展示本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以具體體現(xiàn)在很多不同的形式中，不應(yīng)認為僅局限于在此陳述的幾個實施例；另外，提供這些實施例是為了使披露詳盡而完整，并且充分地向本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員傳達本發(fā)明的范圍。自始至終，相同的附圖標記是指相同的元件。
參見圖1和2，所表示的是依照本發(fā)明實施例的微機電(MEMS)光學交叉連接開關(guān)的透視圖。交叉連接開關(guān)10包括具有表平面的第一微電子基片12。該第一微電子基片可以包含硅，盡管其它合適的半導體材料也可以用來形成第一微電子基片。在第一基片的表面設(shè)置一個彈起反射鏡14。在圖1的示例中，彈起反射鏡位于基本與第一微電子基片表面平行的平面中。在該彈起反射鏡方位中，這里是指非反射狀態(tài)，光學信號可以不經(jīng)改變或反射就通過彈起反射鏡構(gòu)造。在圖2的示例中，彈起反射鏡位于基本與第一微電子基片表面垂直的平面中。在該彈起反射鏡方位中，這里是指非反射狀態(tài)，由圖2中箭頭16所表示的光學信號將接觸彈起反射鏡的反射面18并且改變信號的光通路。
光學交叉連接開關(guān)還可以包括與第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片。該第二微電子基片在簡化了的圖1和2的透視圖中沒有表示出來；但在圖4a-4c的側(cè)面剖視圖和圖7的透視圖中表示出了第二微電子基片20。一個或多個定位結(jié)構(gòu)設(shè)置于與第一微電子基片及彈起反射鏡相關(guān)聯(lián)處，以便阻止彈起反射鏡超出所需反射狀態(tài)的多余運動。在圖4a-4c和圖7中所表示的實施例中，定位結(jié)構(gòu)22是從第二微電子基片延伸向第一基片之表平面的柱狀結(jié)構(gòu)。在這些實施例中，定位結(jié)構(gòu)一般會接近但不接觸第一微電子基片，以確保第一和第二微電子基片間絕緣。也可以在第一微電子基片上或定位結(jié)構(gòu)的末端設(shè)置絕緣層，這樣就可以允許定位結(jié)構(gòu)與第一微電子基片相接觸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，也可以將定位結(jié)構(gòu)設(shè)置于相對于彈起反射鏡及第一微電子基片的其它固定位置關(guān)聯(lián)中，并且這也在此處所公開的本發(fā)明構(gòu)思范圍內(nèi)。固定位置關(guān)聯(lián)取決于定位結(jié)構(gòu)對已被驅(qū)動至反射狀態(tài)之彈起反射鏡的多余運動加以限制的能力。第二微電子基片和定位結(jié)構(gòu)可含有<110>晶體硅，盡管其它合適的半導體材料也能用于形成第二微電子基片和定位結(jié)構(gòu)?？紤]到定位結(jié)構(gòu)需要精密面，選來制造第二微電子基片的材料最好具有這種特性。
在圖1和2所示的實施例中，定位結(jié)構(gòu)22伸向但不接觸到第一基片表平面。這樣，定位結(jié)構(gòu)并不提供第一和第二微電子基片間的固定位置關(guān)聯(lián)，因而如圖1中所示，一般在第一微電子基片的表平面周邊設(shè)置支撐結(jié)構(gòu)24。該支撐結(jié)構(gòu)為第一和第二微電子基片之間提供固定位置關(guān)聯(lián)。
此外，在圖2所描繪的實施例中，由兩個定位結(jié)構(gòu)22來限制彈起反射鏡的多余運動。在此實施例中，貼附在彈起反射鏡旁邊的薄片25會接觸到每個定位結(jié)構(gòu)的一個精密面的邊緣來限制彈起反射鏡的運動。也可以配置定位結(jié)構(gòu)以便彈起反射鏡接觸并僅取決于一個定位結(jié)構(gòu)，而這也在此處所公開的本發(fā)明構(gòu)思的范圍內(nèi)。在單獨定位的實施例中，可以只有一個薄片貼在彈起反射鏡的旁邊使之與定位結(jié)構(gòu)接觸。另外，定位結(jié)構(gòu)的其它面層(facings)或表面也可以限制彈起反射鏡。形成的定位結(jié)構(gòu)可以用彈起反射鏡的上邊緣(即距離彈起反射鏡與基片的接觸點最遠的邊緣)來限制彈起反射鏡的多余運動。在這樣一個實施例中，薄片可以貼附在彈起反射鏡的上邊緣。相反地，形成的定位結(jié)構(gòu)可以用彈起反射鏡的下邊緣(即距離彈起反射鏡與基片的接觸點最近的邊緣)來限制彈起反射鏡的多余運動。在這樣一個實施例中，薄片可以貼附在彈起反射鏡的下邊緣。本發(fā)明中的定位結(jié)構(gòu)也可以位于第二微電子基片下表面的凹進部分。在這樣一個實施例中，薄片可以貼附在彈起反射鏡的上邊緣。當彈起反射鏡接近反射狀態(tài)時，薄片會接觸到凹進部分的內(nèi)表面以限制彈起反射鏡的多余運動。
彈起反射鏡14在俯視透視圖3中有更詳細的表示。彈起反射鏡位于第一微電子基片12的表平面上。在彈起反射鏡制造過程中采用的犧牲層工序使得反射鏡能夠從第一基片中脫離出來并平躺在第一基片的淺溝30之上。該淺溝用于使彈起反射鏡和基片之間絕緣，以及在設(shè)備的制造和使用過程中限制彈起反射鏡和基片粘在一起的問題(對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說通常是指“靜摩擦”力)。如果不制造淺溝，也可以在彈起反射鏡、基片或者這兩者的內(nèi)側(cè)面上做出波紋狀排列的圖案。波紋表面會在彈起反射鏡和基片之間提供較少的接觸面，這樣就能減少靜摩擦的問題。用于限制被驅(qū)動時彈起反射鏡之多余運動的薄片25會停放在基片上的未驅(qū)動位置，并在淺溝上支撐彈起反射鏡。該薄片是可導電的，以便給薄片施加電壓后使彈起反射鏡鎖定在驅(qū)動后的反射狀態(tài)或未驅(qū)動時的非反射狀態(tài)中。
系鏈裝置32給予彈起反射鏡機動性，并提供電通路來給彈起反射鏡的薄片傳輸靜電壓。如圖3所示，該系鏈裝置可以包括一個拉長的橢圓形(一般是指馬蹄形的橢圓)系鏈。系鏈的這種構(gòu)造提供一種堅固而靈活的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能提供可靠的彈起反射鏡。系鏈裝置、特別是馬蹄形的系鏈裝置的應(yīng)用由實施例來說明。其它系鏈構(gòu)造及靈活的鉸鏈型機構(gòu)也可以給予附著的彈起反射鏡以必要的機動性。清楚起見，圖1，2及7a-7b沒有表示出系鏈裝置或鉸鏈型機構(gòu)。系鏈裝置在固定片34處與基片固定在一起。外部靜電能源(未在圖3中表示出)在固定片處施加的電壓通過系鏈裝置輸送給薄片。該靜電壓提供激活系鏈裝置所必需的能量。在激活狀態(tài)，系鏈裝置給予必要的動力將彈起反射鏡保持在穩(wěn)定的非反射狀態(tài)中(即與基片基本平行)。在此實施例中，被激活的馬蹄形系鏈會呈現(xiàn)為彎曲或卷曲的橢圓形系鏈。一旦不再通過系鏈裝置輸送靜電壓，系鏈就會變回松弛狀態(tài)，而彈起反射鏡會不受限制并自由地圍繞由系鏈所限定的軸旋轉(zhuǎn)。
系鏈裝置32、固定片34、薄片25和彈起反射鏡的基板(圖3中未表示出)可以含有類似多晶硅這樣的材料。也可以用其它有韌性的、導電的材料制成系鏈裝置、固定片、薄片和彈起反射鏡的基板。在用一種材料(如多晶硅)制成系鏈裝置、固定片、薄片和彈起反射鏡的基板的例子中，可以在一個制造工序中形成這些結(jié)構(gòu)。彈起反射鏡的反射面18可以由黃金或其它可以用作反射面的合適的反射材料制成。反射面四周的框架26可以由鍍鎳層制成。彈起反射鏡的框架可以給整個彈起反射鏡裝置提供剛度，并且在一些實施例中提供磁活性材料。其它具有類似特性的材料也可以用來制造框架。
在本發(fā)明的一個實施例中，利用在第一和第二微電子基片之間產(chǎn)生的磁場來驅(qū)動彈起反射鏡。當在第一與第二基片間施加磁場時，磁活性的彈起反射鏡會與磁場一致的方向。如前面所討論過的，可以給彈起反射鏡施加靜電場，將彈起反射鏡保持在穩(wěn)定的非反射狀態(tài)中(即與基片基本平行)。如果用磁場，則有如此強度的靜電場一定會超過磁場。一旦移走靜電場，磁場就會占主導地位并為驅(qū)動彈起反射鏡提供必要的動力。在用磁場驅(qū)動的實施例中，框架可以用作彈起反射鏡的磁活性部件?？蛇x用的磁場包括外部永磁體、電磁體以及其它能產(chǎn)生所需磁場的磁體。
在本發(fā)明的一個實施例中，光學交叉連接開關(guān)可以使用一個基本與第一基片之表平面相垂直的磁場。這樣一個磁場可以用永磁體或電磁體來生成。一般地，所需磁場的磁感強度為200-500高斯。圖4a-4c是一個實施例的側(cè)面剖視圖，所描繪的實施例具有一個基本與第一基片的表平面相垂直的磁場。在圖4a中，當鉗位電壓(clamp down voltage)被釋放并且彈起反射鏡14處于平行于第一基片12之表面的初始位置時，作用在彈起反射鏡14(更特別地，磁活性部件)上的磁扭矩從低扭矩階段開始。位于第一基片表面下面的電磁體40用于產(chǎn)生基本垂直于第一和第二微電子基片的磁場。磁場會使彈起反射鏡的磁部件與磁場軸相一致，并產(chǎn)生對抗系鏈裝置之扭力的扭矩。有關(guān)于電磁體之應(yīng)用由實施例說明。其它類似永磁體這樣的磁場發(fā)生器，也可以用來生成所需的磁場。另外，磁場發(fā)生器的放置由實施例說明。所需磁場的強度和方向決定了磁場發(fā)生器的位置。
如圖4b所示，當彈起反射鏡與平行于第一基片的初始位置成大約45度夾角，即相對于磁場方向45度角時，彈起反射鏡經(jīng)歷最大扭矩階段。一旦彈起反射鏡經(jīng)過了此最大扭矩階段，扭矩就開始減小，直到當彈起反射鏡與初始位置成大約90度夾角或說彈起反射鏡垂直于第一基片時，出現(xiàn)第二低扭矩階段。圖4c描繪了第二低扭矩階段。在大多數(shù)應(yīng)用中，所需反射狀態(tài)與初始位置成大約90度夾角或說彈起反射鏡垂直于第一基片。成90度夾角時是第二個低扭矩階段，這樣就使得彈起反射鏡不能完全處于穩(wěn)定的“反射”位置或者在初始的平行位置與完全豎直的反射位置間可靠地循環(huán)運動。這個問題由于系鏈裝置的作用而加劇，當彈起反射鏡接近完全豎直即反射狀態(tài)的位置時，該系鏈裝置為彈起反射鏡提供反能動的回復力。為減輕此問題的影響，本發(fā)明可以包含一個位于第二微電子基片中的磁極片42(如圖4c所示)。磁極片可以包括類似鐵基材料這樣的磁性材料。一般地，磁極片設(shè)置于第二微電子基片中以便在處于第二低扭矩階段時提供增高磁扭矩。實際上，附加磁極片是為了當彈起反射鏡接近完全豎直位置時來增強磁場。通過增強磁場，彈起反射鏡的薄片25會接觸到定位結(jié)構(gòu)22的一個面并使彈起反射鏡保持在相當穩(wěn)定的反射狀態(tài)中。
圖5是一個磁扭矩對應(yīng)彈起反射鏡夾角的表，其中有兩種實施例的情況，一種是既用磁板又用磁極片的情況，相應(yīng)的另一種是僅用磁板的情況。此例中的磁極片偏離于彈起反射鏡的完全豎直反射位置，類似如圖4c中所示的位置。顯著的是，對于僅使用磁板的實施例，扭矩在夾角大約為40-50度之間時達到峰值，而當扭矩在夾角超過50度的范圍而減小時，彈起反射鏡很難達到一個完全豎直的位置。這與同時使用磁極片與磁板的實施例形成了對比，在后一種情況中，彈起反射鏡在夾角大約為80-85度之間時達到最大的扭矩值，并且在彈起反射鏡接近完全豎直的90度時保持所需的扭矩值。
此外，在本發(fā)明的另一個實施例中，可以使用可變受控磁場源以產(chǎn)生在彈起反射鏡的驅(qū)動過程中為其提供最大磁扭矩的旋轉(zhuǎn)磁場。這樣一個可變受控磁場源可以包括單個或成對的電磁體，該電磁體為例如探向(亥姆霍茲)線圈、裂隙(split-gap)電磁線圈、“鞍形”線圈這樣的線圈形式或類似的空心技術(shù)磁體。也能用鐵氧體磁芯的磁體來產(chǎn)生可變受控磁場，但是，多磁通量回路以及封裝限制(packagingconstraints)可能會妨礙到所需的工作性能。在一個采用線圈對的實施例中，該線圈對通常設(shè)置于貼近光學交叉連接開關(guān)處，以便產(chǎn)生正交的磁場分量。在這樣一種安排中，所產(chǎn)生的第一磁場基本上垂直于第一和第二基片的表平面。所產(chǎn)生的第二磁場基本上平行于第一和第二微電子基片的表平面并且基本垂直于系鏈裝置或鉸鏈裝置的旋轉(zhuǎn)軸。
如圖6中的剖面圖所示，第一可變受控線圈50環(huán)繞著第一微電子基片的下面和第二微電子基片的上面繞制。線圈50產(chǎn)生基本上垂直于第一與第二基片之表平面的磁場。第二可變受控線圈52環(huán)繞著第一和第二微電子基片的側(cè)面繞制。線圈52產(chǎn)生基本上平行于第一與第二基片之表平面的磁場。在所描述的這種安排中，線圈基本上會把第一和第二微電子基片的整體包入其內(nèi)。該線圈對的位置安排由示例說明。此外，線圈對是由示例說明的，但也可以采用單線圈來產(chǎn)生可變受控磁場。
線圈對可以設(shè)置于貼近第一和第二基片的預(yù)定位置，以便合成的初始磁場具有相對于第一基片的表面傾斜大約45度角的第一磁軸54。通過改變第一線圈相應(yīng)于第二線圈的輸入電流的比例，就能控制所用磁場的大小和方向。例如，在驅(qū)動彈起反射鏡的過程中，通過改變線圈的輸入電流，可使磁場在預(yù)定的時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)大約90度，在彈起反射鏡的驅(qū)動過程中有效地為其提供最大磁扭矩。這樣，當彈起反射鏡接近完全豎直的反射狀態(tài)時，最終的磁場就具有相對于第一基片的表面傾斜大約135度角的第二磁軸56。磁場軸的旋轉(zhuǎn)所要經(jīng)過的時間取決于包括彈起反射鏡運動速度在內(nèi)的許多因素。磁場大小和方向的可控變化，使彈起反射鏡在其驅(qū)動過程中受益于穩(wěn)定的最大磁扭矩。在運用一個可變受控磁場源的過程中，彈起反射鏡能夠可靠地達到完全豎直的反射狀態(tài)，在該反射狀態(tài)中，彈起反射鏡能與定位結(jié)構(gòu)22的至少一個面的邊緣穩(wěn)定地接觸。
采用可變受控磁場，基本上使得整體低功率(即低電流)磁場的應(yīng)用成為可能。由示例說明的，采用具有約200高斯的磁場的空心電磁體并通過改變輸入電流約1-3安培，可以將彈起反射鏡驅(qū)動至完全豎直的反射狀態(tài)。另外，在很多應(yīng)用中，采用旋轉(zhuǎn)磁場會減小在第二微電子基片中使用磁極片的需求性。采用可變受控磁場能在360度的范圍內(nèi)控制磁場軸向，因而巧妙地避免了對磁極片的需求。取消磁極片的使用，簡化了光學交叉連接開關(guān)的總體制造過程。
應(yīng)當注意到，采用可變受控磁場來產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場并不受限于定位結(jié)構(gòu)的機械構(gòu)造，該定位結(jié)構(gòu)用于限制彈起反射鏡的多余驅(qū)動(即將彈起反射鏡固定在反射狀態(tài))。因而，可變受控磁場概念可以用于任何需要磁驅(qū)動的光學開關(guān)中，并且這樣的實施例也在本發(fā)明范圍之內(nèi)。雖然討論和示例都描述了本發(fā)明中具有定位結(jié)構(gòu)的實施例，但可變受控磁場能用于其它具有限制開關(guān)之多余運動的任何可行方法的開關(guān)。
還參見圖1和2，當彈起反射鏡已被驅(qū)動到能反射光信號的位置時，定位結(jié)構(gòu)22用以限制彈起反射鏡的多余運動。一旦從系鏈裝置中釋放電壓，彈起反射鏡就不能再用電限制在“倒下”位置。磁場變?yōu)闆Q定因素并磁激活彈起反射鏡的部件，使其與磁場方向一致。當彈起反射鏡達到所需的反射狀態(tài)時，固定或“鎖住位置(lock in place)”是必要的，以便所反射的光信號能在高度統(tǒng)一的預(yù)定通路中傳播。此外，類似柱狀裝置這樣的定位結(jié)構(gòu)可以用于靜電地將彈起反射鏡“鎖定”在完全豎直，即反射狀態(tài)中。一旦彈起反射鏡14的薄片25接觸到至少一個定位結(jié)構(gòu)的一個面的邊緣，一個靜電電壓就會從外源通過第二微電子基片施加給該定位結(jié)構(gòu)。靜電力將彈起反射鏡“鎖定”在豎直，即反射狀態(tài)中。對于光信號的反射過程來說，需要靜電鎖住位置，以確保盡量減小信號損失以及光信號通路的可重復性。一旦光信號已被反射或者不再需要反射狀態(tài)，通過給定位結(jié)構(gòu)施加鉗位電壓，彈起反射鏡能被驅(qū)動至平行于第一基片的、“倒下”位置。僅有系鏈裝置的動力就足以將彈起反射鏡驅(qū)動至“倒下”的位置。在那些由系鏈裝置來提供必要動力以釋放彈起反射鏡至非反射“倒下”位置的例子中，不用為此再生成一個相反的磁場。
此外，本申請具體實施于由多個彈起反射鏡形成的陣列構(gòu)造中。圖7a-7b示例說明了依照本發(fā)明實施例的光學交叉連接開關(guān)陣列70，該陣列中使用了彈起反射鏡14和定位結(jié)構(gòu)22。交叉連接開關(guān)陣列70包括具有一個表平面的第一微電子基片12。該第一微電子基片可以包含硅，盡管其它合適的半導體材料也可以用來形成第一微電子基片。帶有透鏡的光纖設(shè)置于第一微電子基片的周邊，且光纖的光軸平行于該基片的表面。彈起反射鏡14的陣列設(shè)置于第一基片的表面上光纖的行與列的交點位置并且指向與輸入光纖72成45度角的方向。輸入透鏡74產(chǎn)生半徑約為150微米的平行光束16，該光束或者在彈起反射鏡上方經(jīng)過(在彈起反射鏡的臥倒、非反射狀態(tài))，或者被彈起反射鏡反射(在彈起反射鏡的豎直、反射狀態(tài))。在光束經(jīng)過一列彈起反射鏡上方的例子中，該光束會從位于臨近該列處的輸出透鏡76中射出，結(jié)果進入與該輸出透鏡76相連的輸出光纖78中。在光束被彈起反射鏡反射的例子中，光束會進入一行通路中并從位于臨近該行處的輸出透鏡80中射出，結(jié)果進入與該輸出透鏡80相連的輸出光纖82中。在陣列中的每個彈起反射鏡的都是可以獨立尋址的，以便任何輸入光纖都能無干擾地經(jīng)過或者被反射而改變方向后進入任何一個與一列或一行相關(guān)聯(lián)的輸出光纖。
如圖7a-7b所示的開關(guān)陣列之構(gòu)造由示例說明。彈起反射鏡在基片上的設(shè)置取決于將多個開關(guān)元件(即彈起反射鏡)合成為mxn還是mxn型的開關(guān)陣列的要求，這里的m和n為2-256、優(yōu)選為2-128之間的整數(shù)。陣列應(yīng)該能夠無阻塞的逐個操作；即設(shè)置一個為光纖A提供通路的開關(guān)元件不會干擾到設(shè)置一個為光纖B提供通路的開關(guān)元件，等等。對于每個彈起反射鏡都由兩個定位結(jié)構(gòu)作為截門的實施例來說，nxn開關(guān)陣列還包括(n2+n+(n-1))個定位結(jié)構(gòu)并且成n+1列n+1行對準，其中n為一個大于1的整數(shù)。
在操作中，通過給彈起反射鏡施加靜電力以使其保持在倒下或非反射狀態(tài)中。如前面所討論過的，靜電力可以由外部電壓產(chǎn)生，該外部電壓通過固定片與彈起反射鏡實現(xiàn)電的連通。電的連接是通過接觸片84將固定元件連在基片上的而形成的；因而，彈起反射鏡與基片之間絕緣。在彈起反射鏡與第一基片間施加的電壓，產(chǎn)生了足夠的靜電力以抵抗由反向磁場所感應(yīng)產(chǎn)生的扭矩。一旦鉗位電壓被釋放，就會提供能驅(qū)動彈起反射鏡至反射狀態(tài)的磁場。該磁場(圖7a-7b中未表示)位于貼近交叉連接開關(guān)處，并且可以包括一個脈沖磁場、一個可變受控磁場或者其它合適的磁場生成器。當彈起反射鏡接近完全豎直，即反射狀態(tài)時，該彈起反射鏡逐漸與定位結(jié)構(gòu)22相接觸。
如圖7a-7b所示，定位結(jié)構(gòu)延伸自第二微電子基片20，并且指向、但不接觸到第一微電子基片。第二微電子基片與第一微電子基片之間有固定位置關(guān)聯(lián)。該固定位置關(guān)聯(lián)可以由支撐結(jié)構(gòu)24確定，該支撐結(jié)構(gòu)位于與第二基片相連的第一基片的那個面上。定位結(jié)構(gòu)作為彈起反射鏡的薄片的“截門”并提供將彈起反射鏡保持在豎直，即反射狀態(tài)的靜電力。當彈起反射鏡被驅(qū)動至豎直的反射狀態(tài)時，薄片25的一個面會接觸到一個或多個定位結(jié)構(gòu)的一個面。優(yōu)選地，彈起反射鏡會接觸到兩個定位結(jié)構(gòu)。在定位結(jié)構(gòu)和彈起反射鏡之間施加一個靜電壓，將彈起反射鏡鉗制在所需的穩(wěn)定反射狀態(tài)中。反射鏡與其位的置重疊組合及靜電壓必須提供足夠的靜電力來抵抗系鏈裝置的負作用。
在一個備選實施例中，第一和第二基片可以保持在平面上，陣列中的每個反射鏡都被保持在固定的潛在的倒下、非反射狀態(tài)和豎直、反射狀態(tài)的位置。為使反射鏡從倒下的位置轉(zhuǎn)向豎直位置，應(yīng)暫時減小鉗位電壓以便磁場能驅(qū)動彈起反射鏡。為使反射鏡從豎直的位置轉(zhuǎn)向倒下位置，應(yīng)再次暫時減小鉗位電壓并迫使系鏈裝置能分給彈起反射鏡必要的向下運動(即不再需要磁場)。
在圖7b的示例中，一個磁極片的陣列呈現(xiàn)在第二基片上。磁極片42的陣列一般對應(yīng)于彈起反射鏡14和/或定位結(jié)構(gòu)22的陣列構(gòu)造。采用磁極片是為了增大彈起反射鏡的磁扭矩。有效地，附加一個磁極片的陣列來增加當彈起反射鏡接近完全豎直位置時的磁場強度。通過增強磁場，彈起反射鏡的薄片25就會接觸到定位結(jié)構(gòu)22的一個面并使彈起反射鏡保持在相當穩(wěn)定的反射狀態(tài)。磁極片可以包括嵌入第二微電子基片凹陷處的磁性材料插塞(如圖7b所示)，或者磁極片陣列可以包括當彈起反射鏡接近豎直位置時其它能夠增強磁場的磁性材料裝置。
如圖7a和7b所示，定位結(jié)構(gòu)的梯形截面形狀使得該裝置能作為截門，而不會阻礙反射和/或非反射光信號的通路。也可以使用其它定位結(jié)構(gòu)截面形狀，只要它們能使定位結(jié)構(gòu)作為彈起反射鏡的截門，并且它們不會阻礙反射和/或非反射光信號的通路。
圖8a-8i和9a-9g例示了根據(jù)本發(fā)明其它實施例的制造交叉開關(guān)方法之相應(yīng)的不同制造階段的剖面圖。圖8a-8I是用于形成本發(fā)明中定位結(jié)構(gòu)的第二微電子基片的剖面圖。參見圖8a，所示為具有形成于其表面上的刻畫氧化結(jié)構(gòu)(patterned oxide structures)100的第二微電子基片20。該第二基片可以包括單晶硅<110>或任何其它能形成該定位結(jié)構(gòu)之所需精密面的基片材料。一般的基片厚度為大約700微米。氧化物結(jié)構(gòu)，一般為厚度約2微米的氧化硅(SiO2)，被刻畫以形成定位結(jié)構(gòu)構(gòu)造并且作為后面的離子反應(yīng)蝕刻的模板。
圖8b描繪了第二基片，在已經(jīng)沉積了一層氮化層102以及完成了各向異性蝕刻(anisotropic etch)工序后，在第二基片中形成了精密槽104。該氮化層，一般為厚度約0.3微米的氮化硅(SiN2)，是使用傳統(tǒng)的等離子增強化學汽相沉積工藝(PECVD)形成的。該氮化層作為蝕刻模板用于隨后的各向異性蝕刻工序以及后面的基片選擇氧化工序中。采用一種一般使用氫氧化鉀(KOH)作為蝕刻劑的各向異性蝕刻工序，來形成第二基片中的槽。該位于第二基片中的槽深度一般約為400微米。在這個階段中，優(yōu)先選用各向異性蝕刻，因為它能以尖銳的邊界來確定形成于第二基片中的精密面106。該精密面形成了定位結(jié)構(gòu)與處于反射狀態(tài)中的彈起反射鏡的接觸側(cè)面。
現(xiàn)在參見圖8c，所示為已從基片背面清除氮化層并且該基片所有的暴露區(qū)域均已被氧化了的第二基片。傳統(tǒng)的剝離工序用于將氮化層從基片的背面清除。一般通過使基片經(jīng)過高溫氧氣來沉積氧化層108。形成在精密槽中的該氧化層用于在隨后的離子反應(yīng)蝕刻(reactive ionetch)工序中保護定位面。一般一個氧化層的厚度大約為2微米。
圖8d例示了第二基片，此時背面的氧化層108已經(jīng)被刻畫以作為隨后的第二次離子反應(yīng)蝕刻工序中的模板，并且正面的氮化層已經(jīng)被清除。在那些利用第二基片中的磁極片的交叉開關(guān)實施例中，使用了背面氧化層刻畫。在未使用磁極片的實施例中，可以不使用背面氧化層刻畫。一般采用傳統(tǒng)的剝離工序?qū)⒌瘜訌幕恼媲宄?。隨著正面氮化層的清除，基片的正面會經(jīng)歷第一次深度離子反應(yīng)蝕刻(RIE)工序。深度RIE工序?qū)Ρ绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是熟知的。如圖8e中所示，所得基片的正面所有未被氧化層保護起來的區(qū)域已經(jīng)被深腐蝕了。第一次深度離子反應(yīng)蝕刻工序生成了硅定位結(jié)構(gòu)110，而剩余的氧化保護層112繼續(xù)保護定位結(jié)構(gòu)的表面。
如圖8f所示，在第二基片的背面使用第二次深度離子反應(yīng)蝕刻工序，以暴露出一個貫穿該基片的通孔114。該深度離子反應(yīng)蝕刻工序使蝕刻工藝作用于所有未被氧化層保護起來的表面上。位于第二基片背面內(nèi)的通孔可以放置磁極片(未在圖8中表示出)。關(guān)于采用磁極片來增加定位結(jié)構(gòu)附近的磁拉力，已經(jīng)在前面詳細討論過。在那些不使用磁極片的實施例中，可以取消第二RIE工序。
參見圖8g，通過使整個基片經(jīng)過濕蝕刻工序(wet etch process)，剩余的氧化層和氧化保護層已被清除。一般的濕蝕刻工序會包括將基片在氟化物的液槽中浸泡一段預(yù)定時間。一旦氧化保護層被清除，整個基片就會經(jīng)歷再氧化工序，如同圖8h中所示的那樣。該再氧化工序生成了厚度一般約為2微米的氧化層116，該氧化層形成于所有暴露的硅表面上。如圖8i中所示，最后的工序步驟包括清除背面的氧化物以及沿著基片的背面形成一個金屬層118?？梢杂脗鹘y(tǒng)的干離子反應(yīng)蝕刻(dryreactive ion etch)工藝來清除背面的氧化物。金屬層一般為黃金，用標準的蒸汽工藝形成。該金屬層作為向定位結(jié)構(gòu)提供靜電壓的接線點(wirebonding)。
圖9a-9d是第一微電子基片12制造過程中的不同工序步驟的剖面圖。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，第一微電子基片用于形成彈起反射鏡和系鏈裝置。第一基片可以包含硅，盡管其它類似石英或玻璃這樣適宜的半導體材料也能用作制造第一基片的材料。圖9a表示了第一基片12，此時已經(jīng)在基片上設(shè)置了絕緣層130，并且絕緣層已經(jīng)被刻畫及蝕刻以提供基片通道132。該絕緣層可以包含氮化硅，一般用傳統(tǒng)的低壓化學蒸汽處置(LPCVD)工藝來形成，其標準厚度約為0.5微米。基礎(chǔ)絕緣層能使彈起反射鏡與第一基片之間絕緣。在絕緣層中形成基片通道來提供一個與基片的聯(lián)系，用于隨后形成電聯(lián)系。該電聯(lián)系提供使彈起反射鏡保持在“倒下”或非反射狀態(tài)中所需的鉗位電壓。
現(xiàn)在參見圖9b，所示為第一基片，此時犧牲釋放層134已經(jīng)被設(shè)置在基片上，并且釋放層已經(jīng)被刻畫及蝕刻以提供基片通道132和固定片通道136。該釋放層可以包含低溫氧化物，一般用傳統(tǒng)LPCVD工藝來形成，其標準厚度約為1微米。形成在隨后就被蝕刻掉的釋放層，以便彈起反射鏡和與之相連的系鏈裝置能從第一基片的表面脫離。在釋放層中形成固定片通道以便為隨后形成的固定片提供與絕緣層的聯(lián)系，該固定片將彈起反射鏡、系鏈裝置同基片連接起來。
如圖9c所示，在釋放層的構(gòu)造和刻畫完成后，元件層被設(shè)置在第一基片上，并且元件層被刻畫及蝕刻以形成固定片140、系鏈裝置142、彈起反射鏡基板和薄片144以及電接觸片146。一般由類似復合型硅這樣堅固而有韌性的材料制成元件層，并采用傳統(tǒng)的LPCD工藝制成，其標準厚度約為2微米。固定片和系鏈裝置與第一基片之間由于絕緣層130而絕緣。形成于彈起反射鏡基板之上的反射層148作為彈起反射鏡的反射面。該反射層可以包含類似黃金這樣的金屬材料，一般用傳統(tǒng)的蒸汽工藝制成，其厚度約0.1-1.0微米。
圖9d描繪了框架層150已經(jīng)被設(shè)置在彈起反射鏡裝置上之后的第一基片。一般用類似鎳這樣的磁活性材料形成框架層，設(shè)置于反射層148的周邊，用作彈起反射鏡裝置之反射面的框架。該框架層可以用標準的電鍍工藝形成，并且可以具有約10-50微米的厚度，一般約為30微米?？蚣軐拥倪@種厚度為整個彈起反射鏡裝置提供了剛度。在那些用磁場來驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)的實施例中，需要框架層的這種磁活性特點。
參見圖9e，犧牲釋放層134(未在圖9e中表示出)已經(jīng)被清除，因此從基片的表面釋放了彈起反射鏡和系鏈裝置。該釋放層用傳統(tǒng)的干蝕刻工序(dry etch)來清除。電接觸片146作為基片以及陣列實施例中所有彈起反射鏡的總體電聯(lián)系。固定片裝置140是通過位于基片背面上的接線點(未在圖9e中表示出)與電接觸片產(chǎn)生電聯(lián)系的。
第一和第二基片處于固定位置關(guān)聯(lián)中，以便第二基片的定位結(jié)構(gòu)作為截門來為第一基片的彈起反射鏡提供鎖定裝置。第一和第二基片的定位可以通過圖1和7中所示的支撐結(jié)構(gòu)24來實現(xiàn)。支撐結(jié)構(gòu)24可以形成在第一基片的表面上，并且一般可以位于基片的周邊。該支撐結(jié)構(gòu)可以與彈起反射鏡同步制造，因而會包含一層用于制造彈起反射鏡的材料。第一基片的支撐結(jié)構(gòu)可以采用傳統(tǒng)的焊接工藝與第二基片連接起來。備選地，支撐結(jié)構(gòu)可以與墊片(pads)連接在一起單獨制造，在第一和第二基片各自的彈起反射鏡和定位結(jié)構(gòu)制成后，該墊片將它們連在一起。類似黃金這樣的金屬材料可以用來形成支撐結(jié)構(gòu)。
考慮到前述發(fā)明和相關(guān)附圖所給出的講解，本發(fā)明所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到本發(fā)明的許多變形和其它實施例。所以可以理解到，本發(fā)明不限于所公開的特定實施例，并且本發(fā)明的變形及其它實施例都包含在所附的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。盡管本文采用了特定的術(shù)語，但是它們的采用只是一般性的和描述性的，并非用于限定目的。
權(quán)利要求
1.一種MEMS光學交叉連接開關(guān)，它包括一個具有第一表面的第一微電子基片(12)，其特征為一個設(shè)置于第一表面(12)上的彈起反射鏡(14)；和一個設(shè)置于貼近第一微電子基片處的適于驅(qū)動彈起反射鏡的旋轉(zhuǎn)磁場源(40)。
2.如權(quán)利要求1所述的MEMS光學交叉連接開關(guān)，其中所述旋轉(zhuǎn)磁場源適于驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的MEMS光學交叉連接開關(guān)，還包括至少一個設(shè)置于所述第一微電子基片表面上的定位結(jié)構(gòu)(22)，該定位結(jié)構(gòu)用于確定所述彈起反射鏡處于反射狀態(tài)時的位置。
4.如權(quán)利要求1，2或3所述的MEMS光學交叉連接開關(guān)，還包括與所述第一微電子基片有固定位置關(guān)聯(lián)的第二微電子基片(20)，所述第二微電子基片具有至少一個定位機構(gòu)，該定位機構(gòu)用于確定所述彈起反射鏡處于反射狀態(tài)時的位置。
5.如權(quán)利要求4所述的MEMS光學交叉連接開關(guān)，還包括一個設(shè)置于所述第一和第二微電子基片附近的磁場源，以便能激活磁場來推進所述彈起反射鏡至能被靜電固定在至少兩個定位結(jié)構(gòu)上的位置。
6.如權(quán)利要求4或5所述的MEMS光學交叉連接開關(guān)，還包括至少兩個設(shè)置于緊貼所述第二微電子基片處的磁極片(42)，其中這至少兩個磁極片(42)為彈起反射鏡提供更多的磁引力。
7.一種在微電子設(shè)備中轉(zhuǎn)換光學信號的方法，包括從一個第一光通路接受一輸入信號，該方法的特征為產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場來驅(qū)動彈起反射鏡使其從非反射狀態(tài)轉(zhuǎn)向反射狀態(tài)；以及由彈起反射鏡將輸入信號反射至第二光通路。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，還包括將彈起反射鏡保持在反射狀態(tài)的步驟。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述保持狀態(tài)的步驟還包括用至少一個定位結(jié)構(gòu)來限制彈起反射鏡的驅(qū)動。
10.如權(quán)利要求7，8或9所述的方法，還包括給至少一個定位結(jié)構(gòu)施加電壓，把受驅(qū)動的彈起反射鏡靜電固定在反射狀態(tài)中。
全文摘要
一種微機電裝置，它能將光信號從一個輸入光纖轉(zhuǎn)換至兩個或多個輸出光纖中的一個。在一個實施例中，MEMS光學交叉開關(guān)包括一個第一微電子基片，該基片具有位于其表面上的一個彈起反射鏡，以及一個類似可變受控磁場源這樣的旋轉(zhuǎn)磁場源。該旋轉(zhuǎn)磁場源能可靠地將彈起反射鏡從非反射狀態(tài)驅(qū)動至反射狀態(tài)。此外，本發(fā)明具體實施于具有一個第一微電子基片的實施例中，該基片具有位于其表面上的一個彈起反射鏡以及位于相對于第一基片的固定位置關(guān)聯(lián)中的一個定位結(jié)構(gòu)。
文檔編號G02B6/35GK1316662SQ01101300
公開日2001年10月10日 申請日期2001年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2000年1月21日
發(fā)明者羅伯特·L·伍德, 愛德華·A·希爾, 拉馬斯萬米·馬哈蒂萬 申請人:克羅諾斯集成微系統(tǒng)公司