專利名稱：靜電式微機械全光開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域中的一種靜電式微機械全光開關(guān)，特別適用于高速大規(guī)模的全光光纖通信網(wǎng)絡(luò)中作全光開關(guān)器件裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代光纖通信正向全光通信方向發(fā)展，高速、寬帶、大容量的發(fā)展趨勢對光開關(guān)的需求越來越大、要求越來越高。傳統(tǒng)的光—電—光(OEO)光開關(guān)表現(xiàn)出以下缺點速度低、體積大、成本高。光纖通信全光網(wǎng)絡(luò)主要有兩部分組成，即光傳輸和光交換，目前由于采用波分復(fù)用(WDM)技術(shù)使得光的傳輸能力大大提高，因此這就加大了對光交換的壓力，目前光交換的核心是光—電—光開關(guān)(OEO開關(guān))，它的開關(guān)過程需經(jīng)過O/E、E/O轉(zhuǎn)換，受光傳輸速度的限制，目前交換速率接近了電子的極限速率，而且隨著光交換模塊規(guī)模增大和通信速率的提高，OEO開關(guān)的體積和費用將直線上升。在主干網(wǎng)采用光纜替代銅纜并采用波分復(fù)用技術(shù)的光通信，OEO開關(guān)直接影響到光纖通信的發(fā)展速度和應(yīng)用，因此研制全光開關(guān)已成為發(fā)展光纖通信的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型所要解決的技術(shù)問題就是提供一種采用微電子大規(guī)模集成電路制作工藝技術(shù)生產(chǎn)的靜電式微機械全光開關(guān)，并且本實用新型還具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，能耗低，易集成化，開關(guān)陳列易擴展，成本低等特點。
本實用新型所要解決的技術(shù)問題由以下技術(shù)方案實現(xiàn)的它由N型單晶硅襯底1、定齒驅(qū)動電極2、定齒3、動齒4、動齒驅(qū)動電極5、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、金屬層9、硅微鏡10、光纖11、垂直槽12、V形槽13、濃硼層14、光刻膠層15組成。其中N型單晶硅襯底1上擴散一層濃硼層14結(jié)構(gòu)，濃硼層14上涂一層光刻膠層15，光刻膠層15上光刻定齒驅(qū)動電極2、動齒驅(qū)動電極5、定齒3、動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10結(jié)構(gòu)，定齒驅(qū)動電極2和動齒驅(qū)動電極5底部與濃硼層14連接，N型單晶硅襯底1的濃硼層1上懸浮腐蝕加工懸浮的定齒3、動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10，N型單晶硅襯底1四周面濃硼層14上腐蝕加工垂直槽12結(jié)構(gòu)，定齒3各齒一端與定齒驅(qū)動電極2連接、動齒4各齒一端與折疊懸梁6連接，定齒3各齒齒條與動齒4各齒齒條加工成相互交叉結(jié)構(gòu)，折疊懸梁6與動齒驅(qū)動電極5連接，三角平衡梁7與折疊懸梁6連接，中間梁8穿接在三角平衡梁7中后一端與折疊懸梁6連接、另一端與硅微鏡10連接，垂直槽12底部腐蝕加工V形槽13結(jié)構(gòu)，垂直槽12相互加工成垂直相交結(jié)構(gòu)，光纖11置放在垂直槽12和V形槽13內(nèi)，垂直相交點光纖11內(nèi)置放硅微鏡10，硅微鏡10鏡面與N型單晶硅襯底1成垂直結(jié)構(gòu)、與光纖11成45°角結(jié)構(gòu)，定齒驅(qū)動電極2和動齒驅(qū)動電極5上鍵合加工金屬層9結(jié)構(gòu)。
本實用新型相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點1、本實用新型采用微電子大規(guī)模集成電路制作工藝技術(shù)生產(chǎn)，因此易集成和易實現(xiàn)大批量生產(chǎn)，成本低廉，并且可以方便制作成一路輸入兩路輸出(1×2)、兩路輸入兩路輸出(2×2)……N×N等多種光開關(guān)陣列，滿足用戶需求。
2、本實用新型為全光開關(guān)，具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，能耗低，并且用于光纖通信中與通信信號的格式、波長、協(xié)議、調(diào)制方式、偏振作用、傳輸方向等參數(shù)均無關(guān)，是光纖通信的理想光開關(guān)裝置。


圖1是本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本實用新型A-A方向剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
參照圖1、圖2、本實用新型由N型單晶硅襯底1、定齒驅(qū)動電極2、定齒3、動齒、4、動齒驅(qū)動電極5、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、金屬層9、硅微鏡10、光纖11、垂直槽12、V形槽13、濃硼層14、光刻膠層15構(gòu)成。本實用新型整體制作都在市售的N型單晶硅片上完成。采用市售N型單晶硅襯底1，實施例在N型單晶硅襯底1上采用市售通用的擴散爐擴散濃硼形成濃硼層14，濃硼層14作為EPW濕法腐蝕的自停止層，濃硼層14與N型單晶硅襯底1之間形成P++N結(jié)，作為定齒驅(qū)動電極2和動齒驅(qū)動電極5的電隔離PN結(jié)。在濃硼層14上涂一層光刻膠層15，采用市售通用光刻機對光刻膠層15進(jìn)行光刻，刻出定齒驅(qū)動電極2、動齒驅(qū)動電極5、定齒3、動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10、垂直槽12形狀結(jié)構(gòu)的濃硼層14。采用通用的磁控濺射臺在定齒和動齒驅(qū)動電極2、5形狀的濃硼層14上覆蓋金屬，一般覆蓋金屬采用多層復(fù)合金屬材料，再用剝離工藝采用超聲波發(fā)生器剝離掉無用金屬獲得定齒驅(qū)動電極2上金屬層9的金屬電極和動齒驅(qū)動電極5上金屬層9的金屬電極。定齒驅(qū)動電極2和動齒驅(qū)動電極5底部與濃硼層14連接，實施例定齒驅(qū)動電極2制作成長方形條狀結(jié)構(gòu)，動齒驅(qū)動電極5制作成2個正方形方塊結(jié)構(gòu)。
本實用新型在N型單晶硅襯底1上利用懸浮腐蝕方法加工懸浮的定齒3、動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10，N型單晶硅襯底1四周面的濃硼層14上加工垂直槽12結(jié)構(gòu)。實施例采用模版再次對N型單晶硅襯底1進(jìn)行光刻，光刻出定齒3、動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10、垂直槽12形狀結(jié)構(gòu)，再采用微機械加工專用的深槽刻蝕設(shè)備進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子體(ICP)深槽刻蝕，刻蝕深度大于濃硼層的深度，露出底部摻雜的N型單晶硅襯底1。再用EPW腐蝕液進(jìn)行濕法腐蝕釋放結(jié)構(gòu)，由于EPW腐蝕液對摻雜濃度的選擇性而只腐蝕露出的N型單晶硅襯底1，腐蝕至定齒3，動齒4、折疊懸梁6、三角平衡梁7、中間梁8、硅微鏡10的各濃硼層14與N型單晶硅襯底1完全脫離形成懸浮結(jié)構(gòu)，同時在垂直槽12底部的N型單晶硅襯底1腐蝕成V形槽13結(jié)構(gòu)。其中定齒3各齒一端與定齒驅(qū)動電極2連接，動齒4各齒一端5折疊懸梁6連接，定齒3和動齒4各齒的齒條加工成相互交叉結(jié)構(gòu)，使定、動齒驅(qū)動電極2、5加電壓后動齒4各齒條能在定齒3各齒條之間移動。
本實用新型動齒4與折疊懸梁6連接，折疊懸梁6一端與動齒驅(qū)動電極5連接，三角平衡梁7與折疊懸梁6連接，中間梁8穿接在三角平衡梁7中后一端與折疊懸梁6連接、另一端與硅微鏡10連接，形成本實用新型光開關(guān)的可動部件。
本實用新型在N型單晶硅襯底1四周面的濃硼層14上加工垂直槽12結(jié)構(gòu)，四周面上的垂直槽12加工成相互垂直相交結(jié)構(gòu)，光纖11置放在垂直槽12、V形槽13內(nèi)，使光纖11成相互垂直相交結(jié)構(gòu)，在垂直相交點光纖11內(nèi)置放硅微鏡10，形成本實用新型光開關(guān)的光耦合器部件。硅微鏡10鏡面與N型單晶硅襯底1成垂直結(jié)構(gòu)、與光纖11成45°角結(jié)構(gòu)，使光開關(guān)的光路容易制作成各種規(guī)格輸入輸出(N×N)的開關(guān)陣列。實施例光纖11采用市售通用光纖制作。最后將制作的單個管芯用通用絕緣膠粘結(jié)在光電管殼上，用通用超聲鍵合臺采用金絲將定齒、動齒驅(qū)動電極2、5的金屬層9電極和管殼管腳連接，封帽制作成本實用新型開關(guān)器件。
本實用新型簡要工作原理如下在定齒、動齒驅(qū)動電極2、5之間施加直流電壓，此時分別與定齒驅(qū)動電極2和動齒驅(qū)動電極5相連接的定齒3、動齒4之間產(chǎn)生靜電力，在靜電力的作用下使折疊懸梁6發(fā)生彎曲，帶動硅微鏡10在平行于N型單晶硅襯底1的方向上運動，硅微鏡10起到一個光擋板作用，當(dāng)硅微鏡10被拉開時，光纖光通過對應(yīng)光開關(guān)為開狀態(tài)，硅微鏡10復(fù)位時，光纖光被反射對應(yīng)光開關(guān)為關(guān)狀態(tài)，從而實現(xiàn)光的開關(guān)作用。本實用新型在光開關(guān)過程中不存在光電轉(zhuǎn)換，是一種全光開關(guān)，特別適用于高速大規(guī)模的全光光纖通信網(wǎng)絡(luò)中作全光開關(guān)器件。
權(quán)利要求1.一種靜電式微機械全光開關(guān)，它包括N型單晶硅襯底(1)、光纖(11)、濃硼層(14)、光刻膠層(15)，其特征在于它還包括定齒驅(qū)動電極(2)、定齒(3)、動齒(4)、動齒驅(qū)動電極(5)、折疊懸梁(6)、三角平衡梁(7)、中間梁(8)、金屬層(9)、硅微鏡(10)、垂直槽(12)、V形槽(13)，其中N型單晶硅襯底(1)上擴散一層濃硼層(14)結(jié)構(gòu)，濃硼層(14)上涂一層光刻膠層(15)，光刻膠層(15)上光刻定齒驅(qū)動電極(2)、動齒驅(qū)動電極(5)、定齒(3)、動齒(4)、折疊懸梁(6)、三角平衡梁(7)、中間梁(8)、硅微鏡(10)結(jié)構(gòu)，定齒驅(qū)動電極(2)和動齒驅(qū)動電極(5)底部與濃硼層(14)連接，N型單晶硅襯底(1)的濃硼層(14)上懸浮腐蝕加工懸浮的定齒(3)、動齒(4)、折疊懸梁(6)、三角平衡梁(7)、中間梁(8)、硅微鏡(10)，N型單晶硅襯底(1)四周濃硼層(14)上腐蝕加工垂直槽(12)結(jié)構(gòu)，定齒(3)各齒一端與定齒驅(qū)動電極(2)連接、動齒(4)各齒一端與折疊懸梁(6)連接，定齒(3)各齒齒條與動齒(4)各齒齒條加工成相互交叉結(jié)構(gòu)，折疊懸梁(6)與動齒驅(qū)動電極(5)連接，三角平衡梁(7)與折疊懸梁(6)連接，中間梁(8)穿接在三角平衡梁(7)中后一端與折疊懸梁(6)連接、另一端與硅微鏡(10)連接，垂直槽(12)底部腐蝕加工V形槽(13)結(jié)構(gòu)，垂直槽(12)相互加工成垂直相交結(jié)構(gòu)，光纖(11)置放在垂直槽(12)和V形槽(13)內(nèi)，垂直相交點光纖(11)內(nèi)置放硅微鏡(10)，硅微鏡(10)鏡面與N型單晶硅襯底(1)成垂直結(jié)構(gòu)、與光纖(11)成45°角結(jié)構(gòu)，定齒驅(qū)動電極(2)和動齒驅(qū)動電極(5)上鍵合加工金屬層(9)結(jié)構(gòu)。
專利摘要本實用新型公開了一種靜電式微機械全光開關(guān)，涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域中的光開關(guān)器件。它由N型單晶硅襯底、定齒、動齒、定齒和動齒驅(qū)動電極、折疊懸梁、三角平衡梁、中間梁、金屬層、濃硼層、光纖、硅微鏡、垂直槽、V形槽等部件組成。它采用在靜電力的作用下，使硅微鏡在光纖內(nèi)移動，達(dá)到硅微鏡阻斷或反射光纖光，從而對光達(dá)到開關(guān)作用。在光開關(guān)過程中不存在光電轉(zhuǎn)換，是一種全光開關(guān)。本實用新型還具有功耗低、結(jié)構(gòu)簡單、體積小，重量輕、易集成，及采用微電子工藝大批量生產(chǎn)等特點，還可制成多種光開關(guān)陣列，特別適用于高速大規(guī)模的全光光纖通信網(wǎng)絡(luò)中作全光開關(guān)器件。
文檔編號H04B10/12GK2555511SQ02268460
公開日2003年6月11日 申請日期2002年7月25日 優(yōu)先權(quán)日2002年7月25日
發(fā)明者徐永青, 楊擁軍, 趙彥軍, 梁春廣 申請人:信息產(chǎn)業(yè)部電子第十三研究所