專(zhuān)利名稱(chēng)：轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明特別涉及一種轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光學(xué)開(kāi)關(guān)與制作方法，屬于光纖通訊中信息處理技術(shù)領(lǐng)域。
美國(guó)專(zhuān)利US5923798描述的微機(jī)械光開(kāi)關(guān)采用靜電力驅(qū)動(dòng)，當(dāng)加驅(qū)動(dòng)電壓后，翹翹板受靜電力吸引向上運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)光學(xué)元件，光路直通；當(dāng)不加驅(qū)動(dòng)電壓時(shí)，彈性力使翹翹板恢復(fù)到平衡位置，光學(xué)元件攔截光路，發(fā)生反射。日本的NTT公司研制了在光纖上鍍上磁性材料，利用電磁力驅(qū)動(dòng)的IX2小型光纖開(kāi)關(guān)。瑞士Neufchatel大學(xué)利用高深寬比等離子刻蝕(DRIE)制作梳狀靜電力驅(qū)動(dòng)器以及側(cè)面反射的微鏡，梳狀驅(qū)動(dòng)器帶動(dòng)微鏡切換光路。美國(guó)加州大學(xué)洛杉磯分校采用硅表面微加工結(jié)合鉸鏈組裝技術(shù)制作了垂直于硅襯底的微轉(zhuǎn)鏡開(kāi)關(guān)，通過(guò)在微轉(zhuǎn)鏡和與其成45°的電極間施加電壓，實(shí)現(xiàn)45°偏轉(zhuǎn)的微鏡開(kāi)關(guān)。清華大學(xué)采用多晶硅/氮化硅復(fù)合膜作為懸臂梁以及SU-8膠做微鏡，利用靜電力驅(qū)動(dòng)懸臂梁帶動(dòng)垂直微鏡轉(zhuǎn)換光路的光開(kāi)關(guān)。上海交通大學(xué)利用LIGA技術(shù)制作微線圈，組裝成微馬達(dá)，利用電磁力驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)光纖進(jìn)行轉(zhuǎn)換光路，實(shí)現(xiàn)光開(kāi)關(guān)。
從原理上講，上述微光學(xué)開(kāi)關(guān)都是屬于光路攔截型光開(kāi)關(guān)，光斑大小要求微機(jī)械驅(qū)動(dòng)器必須產(chǎn)生足夠大的位移，直接采用光纖進(jìn)行光耦合適于這種原理的光開(kāi)關(guān)。但是，由于光纖的發(fā)散角比較大，要求光纖端面距離很近才不至于產(chǎn)生大的損耗，這樣就增加了耦合與封裝的難度。另一方面，以上提到的微機(jī)械技術(shù)還很難制作出滿足要求的光學(xué)鏡面。對(duì)于深反應(yīng)離子刻蝕硅技術(shù)而言，刻蝕過(guò)程與鈍化過(guò)程交替切換決定了刻蝕表面是粗糙的，每一次交替切換必將在表面產(chǎn)生一個(gè)“波浪”，表面粗糙度一般在幾十到幾百納米，比起光學(xué)鏡面的要求還有相當(dāng)?shù)木嚯x。采用SU-8膠做鏡面也值得推敲，材料壽命是一方面的問(wèn)題，直接通過(guò)曝光和顯影工藝制作的膠鏡面，表面質(zhì)量和垂直度是另一方面的問(wèn)題。雖然表面微加工技術(shù)采用了化學(xué)機(jī)械拋光工藝(CMP)，可以拋出質(zhì)量好的水平鏡面，但當(dāng)通過(guò)絞鏈等機(jī)制把平躺鏡面豎立成垂直鏡面時(shí)，垂直度的控制較難實(shí)現(xiàn)。總的來(lái)說(shuō)，上述各種微光學(xué)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鏡面表面不是很好，制造工藝復(fù)雜繁瑣，耦合封裝困難，因此在制造、使用上受到很大的限制。
本發(fā)明所涉及的一種轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面的微機(jī)械光學(xué)開(kāi)關(guān)，包括驅(qū)動(dòng)器芯片、光輸入和輸出媒介、陶瓷封裝外殼、驅(qū)動(dòng)電路板等，本發(fā)明將驅(qū)動(dòng)器、反射鏡、光輸入和輸出的對(duì)準(zhǔn)槽全都集成在一個(gè)硅片上，這里著重闡述光輸入和輸出的設(shè)計(jì)，驅(qū)動(dòng)器芯片的設(shè)計(jì)和制作，反射鏡面的制作。
本發(fā)明是基于轉(zhuǎn)動(dòng)微鏡的原理，不同于轉(zhuǎn)動(dòng)水平鏡面的結(jié)構(gòu)，采用了轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面的結(jié)構(gòu)偏轉(zhuǎn)光路。

圖1給出了三種1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面光開(kāi)關(guān)的示意圖(俯視圖)，輸入光纖1a發(fā)出的光經(jīng)球透鏡2a準(zhǔn)直入射到鏡面4，當(dāng)鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度到4b位置時(shí)，反射光后經(jīng)球透鏡2b匯聚進(jìn)入輸出光纖1b，類(lèi)似地，鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)到位置4c時(shí)，就會(huì)反射光進(jìn)入輸出光纖1c。對(duì)于固定的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和球透鏡直徑，光程取決于球透鏡的擺放方式。與現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)比較，其優(yōu)點(diǎn)主要在于輸入和輸出的光軸平面與微鏡中心在同一個(gè)水平面上，從而大大簡(jiǎn)化了耦合和封裝。圖2給出光束在輸入輸出光纖之間的變化示意圖，圖(a)的光纖與球透鏡之間的媒介是空氣，圖(b)是康寧公司的一種帶準(zhǔn)直透鏡的光纖(Corning OptiFocusTMCollimating Lensed Fiber)，它使用與球透鏡折射率相近的材料5a和5c將光纖和球透鏡焊起來(lái)，固定了光纖與球透鏡之間的距離，使用方便。球透鏡的使用對(duì)光進(jìn)行了整形，減小了損耗。
本發(fā)明提供的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)(圖3-圖5)的特征在于1、以非零度角入射，輸出在反射角方向接收，輸入球透鏡最大程度地靠近鏡面，輸出球透鏡前后錯(cuò)開(kāi)擺放，鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)一定的角度完成光開(kāi)關(guān)功能。球透鏡直徑300～1000微米，折射率為1.40～1.70，整個(gè)球面鍍?cè)鐾改ぁ?br> 2、所述的懸臂梁驅(qū)動(dòng)器，根部固定，自由端有一鏡面與之垂直，在懸臂梁左右分別制作兩個(gè)對(duì)稱(chēng)電極，同時(shí)在靠近自由端處有兩個(gè)限位塊，采用靜電力驅(qū)動(dòng)方式。懸臂梁驅(qū)動(dòng)微鏡的原理為一電極接地，另一電極接吸合電位，懸臂梁的電位或者是零或者是吸合電壓，使得懸臂梁或是與接吸合電位的電極吸合，或是與接地的電極吸合，左右轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生兩種穩(wěn)態(tài)，懸臂梁靠近自由端處的限位塊精確地控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和確保電絕緣。懸臂梁的尺寸一般為長(zhǎng)幾個(gè)毫米，高一百多微米，寬只有幾微米，所以，懸臂梁很容易左右轉(zhuǎn)動(dòng)，高度方向剛度很大，不容易上下振動(dòng)。
3、所述的驅(qū)動(dòng)電極的形狀采用多種形式進(jìn)行優(yōu)化，目的在于降低吸合電壓。電極間距隨懸臂梁長(zhǎng)度的形狀可以設(shè)計(jì)成比如線性函數(shù)，分段線性函數(shù)，二次函數(shù)，三次函數(shù)，四次函數(shù)等，實(shí)際操作可用分段線性來(lái)近似。
4、精確控制懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位塊，形狀象“z”字形，限位塊之間的距離與設(shè)計(jì)的偏轉(zhuǎn)角度有關(guān)。
5、光纖定位和對(duì)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)的卡簧結(jié)合U形槽就能很好地實(shí)現(xiàn)光纖的對(duì)準(zhǔn)?？ɑ墒且环N懸空的、可小變形的活動(dòng)部件，設(shè)計(jì)的卡簧間距略小于光纖的直徑，當(dāng)把光纖壓入U(xiǎn)形槽時(shí)，卡簧間距略微變大，產(chǎn)生的形變力恰好壓緊光纖，達(dá)到固定的目的。設(shè)計(jì)的U形槽的尺寸為7毫米×130微米×120微米，卡簧間距120微米。
6、轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)的技術(shù)關(guān)鍵是豎直微鏡和光開(kāi)關(guān)芯片的制作，微鏡與光開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片集成一起，無(wú)需裝配。
本發(fā)明的微鏡制作的特征在于采用單晶硅作為材料，各向異性腐蝕技術(shù)結(jié)合深刻蝕技術(shù)共同形成微鏡。通過(guò)腐蝕(110)硅片獲取硅的{111}豎直晶面，掩模圖形設(shè)計(jì)成平行四邊形，相鄰邊夾角為109.47°。由于{111}面在各向異性腐蝕液中的腐蝕速率是最慢的，可以認(rèn)為{111}面腐蝕會(huì)自停止，容易控制鏡面的尺寸，更重要的是，腐蝕出來(lái)的{111}面表面質(zhì)量可以達(dá)到原子級(jí)的水平，對(duì)于光學(xué)鏡面的應(yīng)用至關(guān)重要。鏡面的制作工藝如圖6所示(a)硅襯底為普通雙拋的(110)硅片，把在深刻蝕中掩模的圖形預(yù)先用氧化硅保護(hù)起來(lái)，淀積氮化硅薄膜作為硅各向異性腐蝕的保護(hù)膜，光刻出氮化硅要腐蝕的開(kāi)孔；(b)用氫氧化鉀溶液腐蝕出一定深度的坑，腐蝕區(qū)域中出現(xiàn)的豎直{111}面將作為鏡面；(c)氧化處理，目的是保護(hù)鏡面表面不被刻蝕破壞；(d)刻蝕硅形成微鏡，并蒸鍍反射膜。
本發(fā)明的光開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)芯片制作的工藝步驟如圖8。
(a)(110)雙拋硅片；(b)硅片第一次氧化，氧化層厚度1.0～1.2微米；(c)正面涂膠、光刻、腐蝕氧化硅，形成確定{111}晶面的掩模；(d)在氫氧化鉀溶液腐蝕硅片，確定出{111}晶面，去除氧化硅；(e)第二次氧化，氧化硅厚度1.0～1.2微米；
(f)正面涂膠，光刻、腐蝕氧化硅，形成電極等正面掩模；(g)LPCVD沉積氮化硅薄膜，氮化硅厚度0.12～0.15微米；(h)正面涂膠、光刻、刻蝕氮化硅，形成腐蝕微鏡面的掩模；(i)在氫氧化鉀溶液中腐蝕硅形成垂直坑，其垂直表面將作為微鏡面；(j)第三次氧化，氧化層厚度約0.8～1.0微米，作為微鏡面的保護(hù)層；(k)背面涂膠、背面光刻、腐蝕氧化硅，形成背面釋放層的掩模；(l)去除正面的氮化硅，暴露出氧化硅和硅；(m)背面涂膠，光刻出膠圖形；(n)硅片背面深刻蝕到膠被刻凈，形成高度差，增加微鏡的高度；(o)繼續(xù)背面深刻蝕，刻蝕深度為硅片厚度的2/3；(p)正面深刻蝕，將硅片刻穿；(q)去除所有的氧化硅；(r)正面蒸鋁，作電極焊點(diǎn)；(s)從正面蒸鉻/金，作反射膜；(t)芯片與玻璃粘合；(u)壓焊、安裝光纖、封裝。
本發(fā)明的一種封裝形式，如圖9，采用95氧化鋁陶瓷95材料，在基板上開(kāi)好槽，用于放置光開(kāi)關(guān)芯片和引腳，外殼一端開(kāi)槽，讓帶尾纖的光纖通過(guò)。先把芯片放入基板的槽中并粘牢，然后把電極壓焊到引腳上，接著放光纖，測(cè)試，上管殼，密封。
圖(a)光纖與球透鏡之間為空氣情況下的光束形狀變化示意(b)康寧公司的一種帶準(zhǔn)直透鏡的光纖圖3一種實(shí)現(xiàn)1×2扭轉(zhuǎn)豎直微鏡光開(kāi)關(guān)的方法(俯視圖)圖(a)懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)后的一種穩(wěn)態(tài)圖(b)懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)后的另一種穩(wěn)態(tài)圖4一種1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡微機(jī)械光開(kāi)關(guān)的芯片總5驅(qū)動(dòng)器局部放大(a)驅(qū)動(dòng)器局部放大(b)驅(qū)動(dòng)器俯視(c)懸臂梁放大(d)懸臂梁根部放大6微鏡制作流程7卡簧結(jié)構(gòu)及其固定光纖示意(a)卡簧結(jié)構(gòu)(b)卡簧俯視(c)卡簧固定光纖示意(d)卡簧固定光纖俯視8光開(kāi)關(guān)芯片制作流程9光開(kāi)關(guān)芯片的封裝圖(a)外殼圖(b)基板圖(c)封裝(未加外殼)圖(d)封裝(加外殼)標(biāo)號(hào)說(shuō)明1a-1c單模光纖 2a-2c球透鏡3a-3c光束 4，4b-4c鏡面位置5a-5c與球透鏡類(lèi)似的材料6a-6c卡簧6a1-6a2卡簧體6a3U形槽6a4-6a5卡簧體可動(dòng)空間7鏡面8a-8b限位塊 9a-9b固定電極10框架 11硅體12a-12b固定電極焊點(diǎn) 13懸臂梁焊點(diǎn)14懸臂梁長(zhǎng)度 15懸臂梁高度16懸臂梁寬度 17微鏡長(zhǎng)度18微鏡高度 19微鏡寬度20固定電極與框架距離 21固定電極距離實(shí)施例1 1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡式光學(xué)開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)如圖3所示，設(shè)想有一種懸臂梁驅(qū)動(dòng)器，其根部固定，自由端有一鏡面與之垂直，成“T”字形，懸臂梁能左右小角度轉(zhuǎn)動(dòng)，圖(a)和圖(b)分別給出懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)的兩種狀態(tài)，輸入光就在兩根輸出光纖里切換。更具體地，圖4給出一種1×2轉(zhuǎn)動(dòng)式微機(jī)械光開(kāi)關(guān)的芯片總圖，將驅(qū)動(dòng)器和光學(xué)耦合對(duì)準(zhǔn)集成在硅芯片上，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，能夠?qū)崿F(xiàn)自對(duì)準(zhǔn)，開(kāi)關(guān)時(shí)間短，串?dāng)_小等優(yōu)點(diǎn)。
實(shí)施例2 1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡式光學(xué)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器的實(shí)現(xiàn)(圖5)驅(qū)動(dòng)器采用靜電力驅(qū)動(dòng)方式，在懸臂梁7左右分別制作兩個(gè)對(duì)稱(chēng)電極9a和9b，同時(shí)在懸臂梁7靠近自由端處有兩個(gè)限位塊8a和8b。這里列出一組懸臂梁的尺寸，相比而言，懸臂梁7長(zhǎng)度14為3mm(很長(zhǎng))，高度15為120μm，寬度16只有8μm，所以，懸臂梁很容易左右轉(zhuǎn)動(dòng)，高度方向剛度很大，不容易上下振動(dòng)。靜電力驅(qū)動(dòng)的原理如下電極9a接地電位，電極9b接吸合電位，懸臂梁7的電位或者是零或者是吸合電壓，當(dāng)懸臂梁7的電位為零時(shí)，懸臂梁7與電極9a沒(méi)有電壓，與電極9b有電壓也就產(chǎn)生了靜電力，懸臂梁7將向電極9b運(yùn)動(dòng)，結(jié)果減小了懸臂梁7與電極9b之間的距離，由于靜電力與距離的平方成反比，距離減小反而增大了靜電力，另一方面，懸臂梁7的變形產(chǎn)生了恢復(fù)力，一旦恢復(fù)力不足以克服靜電力，懸臂梁7就跟電極9b吸合在一起，定義懸臂梁與電極吸合時(shí)所需的最小電壓為吸合電壓。同理，當(dāng)懸臂梁7的電位為吸合電位時(shí)，懸臂梁7就吸合到電極9a。為了精確控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和確保電絕緣，在懸臂梁的根部和自由端附近制作了限位塊8a和8b。
實(shí)施例3 1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡式光學(xué)開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)器電極的實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)電極的形狀為漸變曲線的目的在于降低吸合電壓，圖5(d)中，兩電極間距21在根部最小，隨著向自由端推移，間距21逐漸變大，間距21隨懸臂梁長(zhǎng)度的函數(shù)關(guān)系可以設(shè)計(jì)成多種形式，比如線性函數(shù)，分段線性函數(shù)，二次函數(shù)，三次函數(shù)，四次函數(shù)等，根據(jù)有限元模擬出來(lái)的懸臂梁變形隨位置的變化曲線是四次函數(shù)，因此電極的優(yōu)化形狀應(yīng)該是四次曲線，但實(shí)際操作可用分段線性來(lái)近似，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，吸合電壓顯著降低為幾十伏特。本發(fā)明中二電極對(duì)稱(chēng)分布于懸臂梁兩旁，采用分段線性形狀設(shè)計(jì)時(shí)，分三段。第一段從梁根部到距根部305微米，單邊電極距懸臂梁距離保持8微米；第二段從距根部305微米到1000微米，單邊電極距懸臂梁距離線性增大到26微米；第三段從距根部1000微米到2500微米，單邊電極距懸臂梁距離線性增大到78.5微米。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例4 1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡式光學(xué)開(kāi)關(guān)光纖固定的實(shí)現(xiàn)(圖7)在光纖固定方面，設(shè)計(jì)了卡簧6a-6c，起暫時(shí)固定光纖的作用。采用U形槽結(jié)合卡簧，U形槽隨輸入和輸出角擺放，其尺寸為長(zhǎng)7.5毫米，寬130微米，高125微米，卡簧形狀象“M”形，兩卡簧之間距離122微米。其余同實(shí)施例1。
實(shí)施例5 1×2轉(zhuǎn)動(dòng)豎直微鏡式光學(xué)開(kāi)關(guān)微鏡的實(shí)現(xiàn)(圖6)硅襯底為普通雙拋的(110)硅片，圖(a)中，將在深刻蝕中掩模的圖形預(yù)先用氧化硅保護(hù)起來(lái)，淀積氮化硅薄膜作為硅各向異性腐蝕的保護(hù)膜，光刻出氮化硅要腐蝕的開(kāi)孔；圖(b)是經(jīng)過(guò)氫氧化鉀溶液腐蝕一定深度后的結(jié)果(腐蝕底部未標(biāo)出)，腐蝕區(qū)域出現(xiàn)了(-111)、(1-11)、(111)三種{111}面，其中(-111)面和(1-11)面與(110)面垂直并選(-111)面作為鏡面，(111)面與(110)面夾角為35.26度。圖(c)是將圖(b)氧化處理，目的是保護(hù)鏡面表面。圖(d)是去除氮化硅后，經(jīng)深刻蝕后形成的硅的微鏡以及其它結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，包括驅(qū)動(dòng)器芯片、光輸入和輸出、陶瓷封裝外殼、驅(qū)動(dòng)電路板，其特征在于(1)懸臂梁驅(qū)動(dòng)器、反射鏡、光輸入和輸出的對(duì)準(zhǔn)槽全都集成在一個(gè)硅片上；(2)以非零度角入射，輸出在反射角方向接收，輸入球透鏡最大程度地靠近鏡面，輸出球透鏡前后錯(cuò)開(kāi)擺放，輸入和輸出的光軸平面與微鏡中心在同一水平面上；(3)所述的懸臂梁驅(qū)動(dòng)器，根部固定，自由端有一鏡面與之垂直，在懸臂梁左右分別制作兩個(gè)對(duì)稱(chēng)電極，同時(shí)在靠近自由端處有兩個(gè)限位塊，采用靜電力驅(qū)動(dòng)方式；懸臂梁靠近自由端處的限位塊控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和確保電絕緣；(4)所述的驅(qū)動(dòng)電極的形狀采用多種形式進(jìn)行優(yōu)化，電極間距隨懸臂梁長(zhǎng)度的形狀可以設(shè)計(jì)成線性函數(shù)，分段線性函數(shù)，二次函數(shù)，三次函數(shù)或四次函數(shù)一種；(5)設(shè)計(jì)的卡簧結(jié)合U形槽實(shí)現(xiàn)光纖的對(duì)準(zhǔn)，卡簧間距略小于光纖的直徑，當(dāng)把光纖壓入U(xiǎn)形槽時(shí)，卡簧間距略微變大，產(chǎn)生的形變力恰好壓緊光纖，達(dá)到固定的目的。
2.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的球透鏡直徑300-1000微米，折射率為1.40-1.70，整個(gè)球面鍍?cè)鐾改ぁ?br> 3.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的懸臂梁的尺寸為長(zhǎng)幾毫米，高一百多微米，寬只有幾微米。
4.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的控制懸臂梁轉(zhuǎn)動(dòng)角度的限位塊形狀象“Z”字形。
5.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)，其特征在于所述的U形槽尺寸為7毫米×130微米×120微米，卡簧間距120微米。
6.按權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)的制造方法，采用單晶硅作材料，其特征在于所述的微鏡與光開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片集成一起，無(wú)需裝配；通過(guò)腐蝕(100)硅片，制得原子級(jí)水平的硅的{111}豎直鏡面；鏡面的具體工藝制作過(guò)程是(1)硅襯底為普通雙拋的(110)硅片，把在深刻蝕中掩模的圖形預(yù)先用氧化硅保護(hù)，淀積氮化硅薄膜作為硅各向異性腐蝕的保護(hù)膜，光刻出氮化硅要腐蝕的開(kāi)孔；(2)用氫氧化鉀溶液腐蝕出一定深度的坑，腐蝕區(qū)域中出現(xiàn)的豎直{111}面將作為鏡面；(3)氧化處理，刻蝕硅形成微鏡，并蒸鍍反射膜。
7.按權(quán)利要求6所述的轉(zhuǎn)動(dòng)豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)的制造方法，其特征在于光開(kāi)關(guān)的驅(qū)動(dòng)芯片的制作工藝步驟是(1)雙拋(110)硅片；(2)硅片第一次氧化，氧化層厚度1.0～1.2微米；(3)正面涂膠、光刻、腐蝕氧化硅，形成確定{111}晶面的掩模；(4)在氫氧化鉀溶液腐蝕硅片，確定出{111}晶面，去除氧化硅；(5)第二次氧化，氧化硅厚度1.0～1.2微米；(6)正面涂膠，光刻、腐蝕氧化硅，形成電極等正面掩模；(7)LPCVD沉積氮化硅薄膜，氮化硅厚度0.12～0.15微米；(8)正面涂膠、光刻、刻蝕氮化硅，形成腐蝕微鏡面的掩模；(9)在氫氧化鉀溶液中腐蝕硅形成垂直坑，其垂直表面將作為微鏡面；(10)第三次氧化，氧化層厚度約0.8～1.0微米，作為微鏡面的保護(hù)層；(11)背面涂膠、背面光刻、腐蝕氧化硅，形成背面釋放層的掩模；(12)去除正面的氮化硅，暴露出氧化硅和硅；(13)背面涂膠，光刻出膠圖形；(14)硅片背面深刻蝕到膠被刻凈，形成高度差，增加微鏡的高度；(15)繼續(xù)背面深刻蝕，刻蝕深度為硅片厚度的2/3；(16)正面深刻蝕，將硅片刻穿；(17)去除所有的氧化硅；(18)正面蒸鋁，作電極焊點(diǎn)；(19)從正面蒸鉻/金，作反射膜；(20)芯片與玻璃粘合；(21)壓焊、安裝光纖、封裝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種豎直鏡面微機(jī)械光開(kāi)關(guān)及其制作方法，其特征在于該光開(kāi)關(guān)的懸臂梁驅(qū)動(dòng)器、反射鏡、光輸入和輸出的對(duì)準(zhǔn)槽全都集成在一個(gè)硅片上；以非零度角入射，輸出在反射角方向接收，輸入球透鏡最大程度地靠近鏡面，輸出球透鏡前后錯(cuò)開(kāi)擺放，輸入和輸出的光軸平面與微鏡中心在同一水平面上；所述的懸臂梁驅(qū)動(dòng)器，根部固定，自由端有一鏡面與之垂直，在懸臂梁左右分別制作兩個(gè)對(duì)稱(chēng)電極，同時(shí)在靠近自由端處有兩個(gè)限位塊，采用靜電力驅(qū)動(dòng)方式；懸臂梁靠近自由端處的限位塊控制轉(zhuǎn)動(dòng)的角度和確保電絕緣；該光開(kāi)關(guān)通過(guò)腐蝕(100)硅片，制得硅的{111}豎直鏡面。具有自對(duì)準(zhǔn)、光功率損失小，開(kāi)關(guān)時(shí)間短、串?dāng)_小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G02B6/35GK1405590SQ0214514
公開(kāi)日2003年3月26日 申請(qǐng)日期2002年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月8日
發(fā)明者楊藝榕, 唐衍哲, 王躍林 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所