專利名稱：一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微鏡，具體來說，涉及一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡。
背景技術(shù)：
作為一種重要的光學(xué)MEMS器件,娃微機(jī)械(也就是MEMS)微鏡在光纖通訊、投影顯示、數(shù)據(jù)存儲、精密測量、醫(yī)療成像等國防和民用領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。一般來說，壓電驅(qū)動的硅微鏡工藝復(fù)雜性和難度較高，壓電材料的生長方式通常與硅微加工技術(shù)不兼容；電磁驅(qū)動的微鏡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工制造都比較復(fù)雜，且需要考慮到電磁場的屏蔽；目前最著名的是TI公司的數(shù)字微鏡。該鏡采用靜電驅(qū)動，具有固定的偏轉(zhuǎn)角度。實(shí)際應(yīng)用中常需要能連續(xù)改變角度的微鏡，通常的結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)，這也是目前需要研究和解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，該結(jié)構(gòu)的模擬微鏡可連續(xù)改變微鏡面的旋轉(zhuǎn)角度。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是—種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，該模擬微鏡包括微鏡面、扭轉(zhuǎn)梁、第一驅(qū)動梁、錨區(qū)、壓焊區(qū)、襯底、隔離層和第二驅(qū)動梁，所述的錨區(qū)為四個，錨區(qū)位于襯底上方，且隔離層連接在錨區(qū)和襯底之間；每個錨區(qū)的頂面設(shè)有一個壓焊區(qū)；第一驅(qū)動梁的兩端連接在兩個錨區(qū)上，第二驅(qū)動梁連接在其余兩個錨區(qū)上，且第一驅(qū)動梁和第二驅(qū)動梁相互平行；第一驅(qū)動梁包括第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁，第一下驅(qū)動梁的頂面連接在第一上驅(qū)動梁的底面，且第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁的熱膨脹系數(shù)不同；微鏡面相對的兩側(cè)各通過一個扭轉(zhuǎn)梁與第一驅(qū)動梁和第二驅(qū)動梁連接。進(jìn)一步，所述的第二驅(qū)動梁包括第二上驅(qū)動梁和第二下驅(qū)動梁，第二下驅(qū)動梁連接在第二上驅(qū)動梁的底面，且第二上驅(qū)動梁和第二下驅(qū)動梁的熱膨脹系數(shù)不同。有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下有益效果1.模擬微鏡可連續(xù)改變微鏡面的旋轉(zhuǎn)角度?，F(xiàn)有技術(shù)中，模擬微鏡的轉(zhuǎn)動是固定的角度。而本發(fā)明的模擬微鏡中，第一驅(qū)動梁中包括熱膨脹系數(shù)不同的第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁。當(dāng)在第一驅(qū)動梁中施加電流，第一驅(qū)動梁受熱升溫。由于第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁的熱膨脹系數(shù)不同，第一驅(qū)動梁將在垂直方向產(chǎn)生位移，通過扭轉(zhuǎn)梁帶動微鏡面的一側(cè)發(fā)生傾斜。微鏡面的傾斜角度取決于施加在第一驅(qū)動梁上的電流大小。因?yàn)殡娏鞯臄?shù)值是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的，所以微鏡面的傾斜角度也是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的。2.微鏡面兩側(cè)同時調(diào)節(jié)，增加模擬微鏡旋轉(zhuǎn)的靈敏度。在本發(fā)明的模擬微鏡中，第二驅(qū)動梁也可以包括熱膨脹系數(shù)不同的第二上驅(qū)動梁和第二下驅(qū)動梁。同樣，對第二驅(qū)動梁8施加電流，可以調(diào)節(jié)微鏡面I另一側(cè)的傾斜角度。這樣，同時調(diào)節(jié)第一驅(qū)動梁和第二驅(qū)動梁的中的電流，可以增強(qiáng)模擬微鏡旋轉(zhuǎn)的靈敏度。3.驅(qū)動力大，微鏡面旋轉(zhuǎn)效果佳。在本發(fā)明的模擬微鏡中，通過在壓焊區(qū)之間施加電壓，在驅(qū)動梁中通入電流，使得驅(qū)動梁發(fā)生變形，從而帶動微鏡面旋轉(zhuǎn)。電壓越大，驅(qū)動梁中通入的電流也就越大，微鏡面的旋轉(zhuǎn)角度也就越大。微鏡面的旋轉(zhuǎn)效果佳。


圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明中的第一驅(qū)動梁的縱向截面圖。圖3是本發(fā)明中第二驅(qū)動梁的縱向截面圖。圖中有微鏡面1、扭轉(zhuǎn)梁2、第一驅(qū)動梁3、第一上驅(qū)動梁301、第一下驅(qū)動梁302、錨區(qū)4、壓焊區(qū)5、襯底6、隔離層7、第二驅(qū)動梁8、第二上驅(qū)動梁801、第二下驅(qū)動梁802。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的說明。如圖1和圖2所不，本發(fā)明的一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，該模擬微鏡包括微鏡面1、扭轉(zhuǎn)梁2、第一驅(qū)動梁3、錨區(qū)4、壓焊區(qū)5、襯底6、隔離層7和第二驅(qū)動梁8。錨區(qū)4為四個，錨區(qū)4位于襯底6上方，且隔離層7連接在錨區(qū)4和襯底6之間。每個錨區(qū)4的頂面設(shè)有一個壓焊區(qū)5。第一驅(qū)動梁3的兩端連接在兩個錨區(qū)4上，第二驅(qū)動梁8連接在其余兩個錨區(qū)4上，且第一驅(qū)動梁3和第二驅(qū)動梁8相互平行。第一驅(qū)動梁3和第二驅(qū)動梁8處于懸空狀態(tài)。第一驅(qū)動梁3包括第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302，第一下驅(qū)動梁302的頂面連接在第一上驅(qū)動梁301的底面。也就是說，第一驅(qū)動梁3采用上下布置的雙層結(jié)構(gòu)。第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302的熱膨脹系數(shù)不同。微鏡面I相對的兩側(cè)各通過一個扭轉(zhuǎn)梁2與第一驅(qū)動梁3和第二驅(qū)動梁8連接。微鏡面I處于懸空狀態(tài)。如果扭轉(zhuǎn)梁2發(fā)生扭轉(zhuǎn)，那么微鏡I面也隨之旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步，所述的第一驅(qū)動梁3中，第一上驅(qū)動梁301或者第一下驅(qū)動梁302由電阻材料制成。電阻材料可以施加電流或電壓。當(dāng)然，所述的第一驅(qū)動梁3中，第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302也可均由電阻材料制成，且第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302之間設(shè)有電隔離材料層。設(shè)置電隔離材料層將避免第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302之間的電流流動，避免電阻短路。作為一種改進(jìn)方案，如圖3所示，第二驅(qū)動梁8包括第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802，第二下驅(qū)動梁802連接在第二上驅(qū)動梁801的底面，且第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802的熱膨脹系數(shù)不同。該方案中，第二驅(qū)動梁8和第一驅(qū)動梁3—樣，都采用上下布置的雙層結(jié)構(gòu)。這樣，如果第二驅(qū)動梁8發(fā)生變形，可以通過扭轉(zhuǎn)梁2帶動微鏡面I旋轉(zhuǎn)。進(jìn)一步，所述的第二驅(qū)動梁8中，第二上驅(qū)動梁801或者第二下驅(qū)動梁802由電阻材料制成。電阻材料可以施加電流或電壓。當(dāng)然，第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802可均由電阻材料制成，且第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802之間設(shè)有電隔離材料層。設(shè)置電隔離材料層將避免第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802之間的電流流動，避免電阻短路。為提高微鏡面I旋轉(zhuǎn)的靈敏度，所述的扭轉(zhuǎn)梁2的兩端分別連接在微鏡面I側(cè)邊的中點(diǎn)和第一驅(qū)動梁3側(cè)壁的中點(diǎn)，或者扭轉(zhuǎn)梁2的兩端分別連接在微鏡面I側(cè)邊的中點(diǎn)和第二驅(qū)動梁8側(cè)壁的中點(diǎn)。因?yàn)榈谝或?qū)動梁3側(cè)壁的中點(diǎn)和第二驅(qū)動梁8側(cè)壁的中點(diǎn)的形變最大，所以，扭轉(zhuǎn)梁2的一端連接在第一驅(qū)動梁3側(cè)壁的中點(diǎn)和第二驅(qū)動梁8側(cè)壁的中點(diǎn)，會提高微鏡面I旋轉(zhuǎn)的靈敏度及幅度。上述結(jié)構(gòu)的微鏡的工作原理是因?yàn)榈谝或?qū)動梁3中包括熱膨脹系數(shù)不同的第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302，第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302上下疊加布置，所以當(dāng)在第一驅(qū)動梁3兩端的壓焊區(qū)5上通上電壓后，第一驅(qū)動梁3中有電流流過，第一驅(qū)動梁3受熱升溫。由于第一上驅(qū)動梁301和第一下驅(qū)動梁302的熱膨脹系數(shù)不同，第一驅(qū)動梁3將在垂直方向產(chǎn)生位移，通過扭轉(zhuǎn)梁2帶動微鏡面I的一側(cè)發(fā)生傾斜。如果第一上驅(qū)動梁301的熱膨脹系數(shù)大于第一下驅(qū)動梁302，第一驅(qū)動梁3將向襯底6外側(cè)凸起，帶動微鏡面I傾斜。反之，若第一下驅(qū)動梁302的熱膨脹系數(shù)大于第一上驅(qū)動梁301，第一驅(qū)動梁3將朝向襯底6凹進(jìn)，帶動微鏡面I反方向傾斜。微鏡面I的傾斜角度取決于施加在第一驅(qū)動梁3上的電流大小。因?yàn)殡娏鞯臄?shù)值是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的，所以微鏡面I的傾斜角度也是可以連續(xù)調(diào)節(jié)的。同樣，當(dāng)?shù)诙?qū)動梁8采用熱膨脹系數(shù)不同的第二上驅(qū)動梁801和第二下驅(qū)動梁802時，施加在第二驅(qū)動梁8中的電流，可以調(diào)節(jié)微鏡面I另一側(cè)的傾斜角度。該結(jié)構(gòu)的模擬微鏡可以采用表面微機(jī)械加工技術(shù)實(shí)現(xiàn)，具體包括如下步驟(I)選用氧化硅片作為襯底6的材料，硅片上的氧化層可作為電絕緣隔離，同時也可作為微鏡面I和第一驅(qū)動梁3與第二驅(qū)動梁8的犧牲層；(2)用低壓化學(xué)氣相淀積生成多晶硅并摻雜，作為雙層驅(qū)動梁的下層材料，并作為微鏡的主體材料；(3)用表面低壓化學(xué)氣相淀積或氧化形成一電絕緣隔離層；(4)光刻錨區(qū)上的壓焊區(qū)窗口，并用氫氟酸溶液腐蝕步驟(3)中形成的氧化層，露出多晶硅，以便下步形成電接觸；(5)濺射形成一層金屬鋁；(6)光刻并刻蝕金屬鋁、步驟(3)制成的氧化層和多晶硅，形成模擬微鏡結(jié)構(gòu)，此時微鏡面I下方還有氧化隔離層，需要釋放；(7)腐蝕硅片上的氧化隔離層，釋放微鏡，制得微鏡。本發(fā)明提出的技術(shù)方案全部采用表面微加工方法實(shí)現(xiàn)，因此工藝簡單。第一驅(qū)動梁3和第二驅(qū)動梁8采用施加電壓或電流的方式產(chǎn)生電熱驅(qū)動，原理明確，作用力較大，且可以方便地通過控制電流或電壓的大小，從而控制微鏡面的轉(zhuǎn)動角度，因此可以任意控制微鏡的角度。
權(quán)利要求
1.一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，其特征在于，該模擬微鏡包括微鏡面(I)、扭轉(zhuǎn)梁(2)、第一驅(qū)動梁(3)、錨區(qū)(4)、壓焊區(qū)(5)、襯底(6)、隔離層(7)和第二驅(qū)動梁(8)，所述的錨區(qū)(4)為四個，錨區(qū)(4)位于襯底(6)上方，且隔離層(7)連接在錨區(qū)(4)和襯底(6)之間；每個錨區(qū)(4)的頂面設(shè)有一個壓焊區(qū)(5);第一驅(qū)動梁(3)的兩端連接在兩個錨區(qū)(4)上，第二驅(qū)動梁(8)連接在其余兩個錨區(qū)(4)上，且第一驅(qū)動梁(3)和第二驅(qū)動梁(8)相互平行；第一驅(qū)動梁(3)包括第一上驅(qū)動梁(301)和第一下驅(qū)動梁(302)，第一下驅(qū)動梁(302)的頂面連接在第一上驅(qū)動梁(301)的底面，且第一上驅(qū)動梁(301)和第一下驅(qū)動梁(302 )的熱膨脹系數(shù)不同；微鏡面(I)相對的兩側(cè)各通過一個扭轉(zhuǎn)梁(2)與第一驅(qū)動梁(3)和第二驅(qū)動梁(8)連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，其特征在于，所述的第一驅(qū)動梁(3)中，第一上驅(qū)動梁(301)或者第一下驅(qū)動梁(302)由電阻材料制成，或者第一上驅(qū)動梁(301)和第一下驅(qū)動梁(302)均由電阻材料制成，且第一上驅(qū)動梁(301)和第一下驅(qū)動梁(302)之間設(shè)有電隔離材料層。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，其特征在于，所述的第二驅(qū)動梁(8 )包括第二上驅(qū)動梁(801)和第二下驅(qū)動梁(802 )，第二下驅(qū)動梁(802 )連接在第二上驅(qū)動梁(801)的底面，且第二上驅(qū)動梁(801)和第二下驅(qū)動梁(802)的熱膨脹系數(shù)不同。
4.按照權(quán)利要求3所述一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，其特征在于，所述的第二驅(qū)動梁(8)中，第二上驅(qū)動梁(801)或者第二下驅(qū)動梁(802)由電阻材料制成，或者第二上驅(qū)動梁(801)和第二下驅(qū)動梁(802 )均由電阻材料制成，且第二上驅(qū)動梁(801)和第二下驅(qū)動梁(802)之間設(shè)有電隔離材料層。
5.按照權(quán)利要求3所述的表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，其特征在于，所述的扭轉(zhuǎn)梁(2)的兩端分別連接在微鏡面(I)側(cè)邊的中點(diǎn)和第一驅(qū)動梁(3)側(cè)壁的中點(diǎn)，或者扭轉(zhuǎn)梁(2)的兩端分別連接在微鏡面(I)側(cè)邊的中點(diǎn)和第二驅(qū)動梁(8)側(cè)壁的中點(diǎn)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種表面微機(jī)械加工的模擬微鏡，該模擬微鏡包括微鏡面、扭轉(zhuǎn)梁、第一驅(qū)動梁、錨區(qū)、壓焊區(qū)、襯底、隔離層和第二驅(qū)動梁，所述的錨區(qū)為四個，錨區(qū)位于襯底上方，且隔離層連接在錨區(qū)和襯底之間；每個錨區(qū)的頂面設(shè)有一個壓焊區(qū)；第一驅(qū)動梁的兩端連接在兩個錨區(qū)上，第二驅(qū)動梁連接在其余兩個錨區(qū)上，且第一驅(qū)動梁和第二驅(qū)動梁相互平行；第一驅(qū)動梁包括第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁，第一下驅(qū)動梁的頂面連接在第一上驅(qū)動梁的底面，且第一上驅(qū)動梁和第一下驅(qū)動梁的熱膨脹系數(shù)不同；微鏡面相對的兩側(cè)各通過一個扭轉(zhuǎn)梁與第一驅(qū)動梁和第二驅(qū)動梁連接。該結(jié)構(gòu)的模擬微鏡可連續(xù)改變微鏡面的旋轉(zhuǎn)角度。
文檔編號B81B7/02GK103018895SQ201210554618
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月3日
發(fā)明者秦明, 匡蕾, 陳潔, 蔡春華 申請人:東南大學(xué)