一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关制造技术

本发明专利技术涉及一种状态可锁定的大位移MEMS可调谐光开关器件及其制作方法，MEMS光开关包括基片、第一梳齿、第二梳齿、第一变形梁、第二变形梁、第一自锁结构、第二自锁结构、微反射镜面、锚点和信号引线，对第一梳齿施加驱动信号时，通过所述第一变形梁和第二变形梁的弯曲带动微反射镜面以及第一自锁结构同时沿锁定方向移动，与第二自锁结构实现相互锁定，第二梳齿运动时带动第二自锁结构同时沿解锁方向移动，实现与第一自锁结构的锁定解除。本发明专利技术实现了微镜面的大位移运动和光开关状态的自锁定。

【技术实现步骤摘要】
一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关
本专利技术属于微光机电装置领域，特别涉及一种状态可锁定的大位移MEMS可调谐光开关器件及其制作方法。
技术介绍
在全球信息化和高速宽带大发展的背景下，高速通信宽带在经济社会发展中起着举足轻重的作用。随着近年来各种通信业务的迅猛增长，新型智能高速光通信网络进入快速发展的实用化阶段。智能高速光网络具有动态可配置特点，解决了目前密集波分复用(DWDM：DenseWavelengthDivisionMultiplexing)系统组网灵活性较差，动态分配能力弱的问题。在新型智能高速光网络中主要是由一系列具有高度灵活性的系统设备构成，而这些系统设备的灵活性主要取决于一批新型光电子功能器件与模块的智能化和动态可调谐水平。因此小型化、动态可调及智能化的光器件成为新型光通信网络中不可或缺的关键器件。光开关(OpticalSwitch，OSW)是一种光路转换器件，在光通信网络中主要功能用于多重监视器，LAN，多光源，探测器和保护以太网的转换线路。在光纤测试系统中，多用于光纤，光纤设备测试和网络测试，光纤传感的多点监测系统等。最近，特别是随着数据中心大量的网络信息交换要求，光开关应用也越来越广泛。传统的光开关主要采用采用手动调节或者继电器式机械调节，无法实现小型化以及智能化。基于微电子机械系统(Micro-Electro-MechanicalSystem,MEMS)的光开关由于其批量化制作，体积小，易于实现智能化、动态可调等优点越来越得到广泛的重视和研究。基于MEMS的光开关主要利用镜面扭转及镜面平动方式来实现光信号通道的切换。如现有专利文献CN1969217A及CN1680186A中，反射镜面被控制扭转不同的角度实现光信号的切换。但是利用反射镜面扭转方案通常在撤除驱动信号后很难实现光信号状态的锁定，而光开关能实现自锁定功能在光通信网络中非常重要。镜面平动方式通常采用双稳态结构对器件进行自锁定并实现光信号通道的切换，如专利CN101561556A及CN102928977A，但双稳态的方案较难实现镜面的大位移运动。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提出一种大位移、状态可自锁定的MEMS光开关及其制作方法。为实现上述目的，本专利技术提供一种MEMS光开关，一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关，包括基片、第一梳齿、第二梳齿、第一变形梁、第二变形梁、自锁结构、微反射镜面、锚点和信号引线，其特征在于：所述自锁结构由第一自锁结构和第二自锁结构组成，第一自锁结构与微反射镜面连接，第二自锁结构与第二梳齿连接；所述第一自锁结构与第二自锁结构的端部均设有耦合锁定结构，用于实现两者之间的相互锁定和解锁；所述第一变形梁的一端与所述第一梳齿连接，另一端与微反射镜面连接；所述第二变形梁的一端与所述微反射镜面连接，另一端与固定在基片上的锚点连接；所述信号引线与第一梳齿和第二梳齿连接，用于施加信号控制第一梳齿和第二梳齿的运动；所述第一梳齿、第二梳齿、微反射镜面、第一自锁结构、第二自锁结构、第一变形梁和第二变形梁运动时的移动方向在同一平面内；所述第一自锁结构的移动方向为锁定方向，所述第二自锁结构的移动方向为解锁方向。所述对所述第一梳齿施加驱动信号时，所述第一梳齿沿第一变形梁的长度方向运动，并通过所述第一变形梁和第二变形梁的弯曲带动所述微反射镜面以及所述第一自锁结构同时沿锁定方向移动，并与第二自锁结构实现相互锁定；所述第二梳齿运动时带动第二自锁结构同时沿解锁方向移动，运动到一定行程时与第一自锁结构实现锁定解除。所述第一梳齿包括固定在基片上的固定梳齿和连接于第一变形梁一端的可动梳齿，所述第二梳齿包括固定在基片上的固定梳齿和与第二自锁结构连接的可动梳齿，固定梳齿与可动梳齿交叉耦合。所述自锁定MEMS光开关采用如下制作工艺：(1)选择包括硅器件层、二氧化硅埋氧层和单晶硅衬底层的SOI基片；(2)在所述硅器件层表面涂覆光刻胶，曝光制作需要刻蚀的微镜面结构；(3)采用等离子体刻蚀工艺在所述硅器件层正面刻蚀梳齿、变形梁及微镜面结构，并自停止在二氧化硅埋氧层，然后去除光刻胶层；(4)在所述SOI基片的背面涂覆光刻胶，并曝光制作背面释放结构图形，利用硅深刻蚀技术在所述SOI基片的背面深刻蚀硅层并去除二氧化硅层，释放梳齿、变形梁及微镜面结构；(5)在微镜面和引线焊盘区域制作金属膜层，完成制备。上述大位移MEMS光开关的实现状态自锁定的工作过程：当对于第一梳齿施加第一驱动信号时，其可动梳齿沿变形梁长度方向的运动对第一变形梁施加力，使得第一变形梁和第二变形梁弯曲，利用较长的变形梁的摆臂杠杆运动，实现微镜面沿锁定方向的大位移运动，并带动第一自锁结构移动并通过其端部的锁定结构与第二自锁结构实现相互锁定。当对于第二梳齿结构施加第二驱动信号时，其可动梳齿将带动相连的第二自锁结构进行运动，当移动到一定行程时将导致与第二自锁结构之间解除锁定结构。一旦两者之间的锁定结构解除，微镜面将回复到原始位置，光开关也将由锁定状态恢复到初始解锁状态。重复施加不同的控制信号给第一梳齿和第二梳齿，将实现微镜面的不同状态切换，实现光开关的光信号切换功能。可选地，所述梳齿结构可以为电驱动结构，也可以用热驱动结构代替实现微镜面的平动。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是实现光开关器件的自锁定及高速动态可调的功能，同时满足微镜面大位移的要求。附图说明图1是本专利技术实施例平面结构示意图。图2是本专利技术实施例自锁定结构工作原理的示意图。图3A～3B是本专利技术实施例光开关各通道状态切换的示意图。图4是本专利技术实施例制作工艺过程结构剖面示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的实施例作详细说明：本专利技术在提供的优选实施例为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。本专利技术附图为示意参考图，不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系，也不应该被认为限制本专利技术的范围。图1是本专利技术实施例平面结构示意图，本实施例的MEMS光开关芯片包括基片(图中未标示)、电梳齿结构1、电梳齿结构2、变形梁3、变形梁4、自锁结构5、锁定结构6、微反射镜面7以及引线焊盘(图中未标示)。在初始状态1时，电梳齿结构1的可动梳齿结构和变形梁3相连，变形梁4一端与芯片外框架固定成为锚点，另一端与微反射镜面相连。当通过引线焊盘对电梳齿结构1施加驱动信号T1时，其可动梳齿结构沿变形梁3的长度方向平面运动，将使得变形梁3和变形梁4发生弹性弯曲，并带动微反射镜面水平方向移动。而自锁结构1与微反射镜面一端相连，微镜面的水平运动将同时带动自锁结构5水平运动，朝向自锁结构6移动一定行程后通过其端部的锁定结构最终与自锁结构5实现相互锁定。如图2所示，其也实现了光开关的光信号状态锁定，将光开光变为锁定状态2。当通过引线焊盘对电梳齿结构2施加驱动电信号T2时，其可动梳齿结构2将带动相连的自锁结构6进行运动，当运动到一定行程时将导致自锁结构6和自锁结构5端部的锁定结构脱开，实现锁定解除。一旦两者之间的锁定结构解除，变形梁将弹性回复原状，从而带动微反射镜面回复到原始位置，光开关也将由锁定状态2恢复到初始状态1。重复施加不同的电控制信号给电梳齿结构1和2，将实现微反射镜面的不同状态切换，实现光开关的光本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关，包括基片、第一梳齿、第二梳齿、第一变形梁、第二变形梁、自锁结构、微反射镜面、锚点和信号引线，其特征在于：所述自锁结构由第一自锁结构和第二自锁结构组成，第一自锁结构与微反射镜面连接，第二自锁结构与第二梳齿连接；所述第一自锁结构与第二自锁结构的端部均设有耦合锁定结构，用于实现两者之间的相互锁定和解锁；所述第一变形梁的一端与所述第一梳齿连接，另一端与微反射镜面连接；所述第二变形梁的一端与所述微反射镜面连接，另一端与固定在基片上的锚点连接；所述信号引线与第一梳齿和第二梳齿连接，用于施加信号控制第一梳齿和第二梳齿的运动；所述第一梳齿、第二梳齿、微反射镜面、第一自锁结构、第二自锁结构、第一变形梁和第二变形梁运动时的移动方向在同一平面内；所述第一自锁结构的移动方向为锁定方向，所述第二自锁结构的移动方向为解锁方向；对所述第一梳齿施加驱动信号时，所述第一梳齿沿第一变形梁的长度方向运动，并通过所述第一变形梁和第二变形梁带动所述微反射镜面以及所述第一自锁结构同时沿所述锁定方向移动；所述第二梳齿运动时带动第二自锁结构同时沿所述解锁方向移动。

【技术特征摘要】
1.一种状态可自锁定的大位移MEMS光开关，包括基片、第一梳齿、第二梳齿、第一变形梁、第二变形梁、自锁结构、微反射镜面、锚点和信号引线，其特征在于：所述自锁结构由第一自锁结构和第二自锁结构组成，第一自锁结构与微反射镜面连接，第二自锁结构与第二梳齿连接；所述第一自锁结构与第二自锁结构的端部均设有耦合锁定结构，用于实现两者之间的相互锁定和解锁；所述第一变形梁的一端与所述第一梳齿连接，另一端与微反射镜面连接；所述第二变形梁的一端与所述微反射镜面连接，另一端与固定在基片上的锚点连接；所述信号引线与第一梳齿和第二梳齿连接，用于施加信号控制第一梳齿和第二梳齿的运动；所述第一梳齿、第二梳齿、微反射镜面、第一自锁结构、第二自锁结构、第一变形梁和第二变形梁运动时的移动方向在同一平面内；所述第一自锁结构的移动方向为锁定方向，所述第二自锁结构的移动方向为解锁方向；对所述第一梳齿施加驱动信号时，所述第一梳齿沿第一变形梁的长度方向运动，并通过所述第一变形梁和第二变形梁带动所述微反射镜面以及所述第一自锁结构同时沿所述锁定方向移动；所述第二梳齿运动时带动第二自锁结构同时沿所述解锁方向移动。2.如权利要求1所述的MEMS光开关，其特征在于，所述第一变形梁和第二变形梁通过弹性形变产...

【专利技术属性】
技术研发人员：李四华，李维，施林伟，杨忠钰，
申请(专利权)人：深圳市盛喜路科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44