一种旋转结构及其制备方法技术

本发明专利技术实施例公开了一种旋转结构及其制备方法，旋转结构的制备方法包括采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。采用上述技术方案，通过采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，斜坡单元制备简单，解决现有技术中通过多次光刻工艺制备斜坡单元工艺复杂的技术问题；同时采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元时，斜坡单元的倾斜角度可以做到很小，提升斜坡单元的制备灵活度。

A Rotating Structure and Its Preparation Method

【技术实现步骤摘要】
一种旋转结构及其制备方法
本专利技术实施例涉及微机电系统
，尤其涉及一种旋转结构及其制备方法。
技术介绍
在微机电系统领域，旋转结构可以应用于自适应光学的波阵面校正、空间光调制、光学元件对准、显微操纵器、光开关、光衰减器和光学多路复用器等方面按照旋转结构的驱动方式不同，主要分为：电磁驱动、电热驱动、压电驱动和静电驱动等。电磁驱动是利用电磁体或者永磁体产生的磁场力作为驱动力，该驱动方式的驱动电流大，能量消耗较大，且磁性薄膜的制造和外磁场的施加非常困难；电热驱动是利用驱动电流使材料受热膨胀产生驱动力，因此响应速度低，功耗大，且受环境温度影响较大，精度较低；而现有技术中，MEMS压电制造工艺还不成熟，制造难度大，性能不稳定，使得MEMS压电驱动器件还未能在市场上得到成熟的应用；静电驱动是目前研究最多的一种，一般在结构中引入一对或多对电极，通过电极间的静电力驱动运动，该驱动方式需要较高的工作电压(≥50V)，而工作电压高不利于器件与电路的一体化集成。使用静电驱动的旋转结构主要使用梳齿驱动和平板驱动两种方式，梳齿驱动通过制作固定梳齿和可动梳齿，可动梳齿或悬于固定梳齿上方或与固定梳齿成一定角度，通过驱动不同方向的梳齿亦可以实现二维旋转。但是由于梳齿及其缝隙尺寸一般在微米级别，一旦有灰尘颗粒掉入其中就可能导致结构卡死，器件无法正常工作，所以对封装环境及封装都需要特别注意微小颗粒的影响。平行板驱动结构中，由于静电力大小和距离的平方成反比，同时为了防止上下电极产生吸合效应导致结构损坏，上下极板间需要很大的电极距离，这导致平行板驱动需要很高的驱动电压(如超过200V)。基于此，现有技术中得到性能稳定，无需较高驱动电压的静电驱动旋转结构比较困难。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供一种旋转结构及其制备方法，实现静电驱动的旋转结构性能稳定，制备工艺简单的技术效果。第一方面，本专利技术实施例提供了一种旋转结构的制备方法，用于制备静电驱动的旋转结构，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元；所述制备方法包括：采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。可选的，采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，包括：提供衬底结构，所述衬底基板包括依次设置的衬底层、绝缘层以及第一半导体层；提供掩膜板，并将所述掩膜板设置于所述第一半导体层远离所述衬底层的一侧；根据所述掩膜板，对所述第一半导体层的第一区域进行M次离子束刻蚀，得到包括M级台阶的第一斜坡面；M≥2且M为整数；根据所述掩膜板，对所述第一半导体层的第二区域进行N次离子束刻蚀，得到包括N级台阶的第二斜坡面；N≥2且N为整数；在所述第一区域和所述第二区域的结合位置处刻蚀所述第一半导体层至所述绝缘层，得到包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面的斜坡单元。可选的，所述第一斜坡面包括M级台阶，连接第一级台阶起点与第M级台阶的起点的连线与水平方向之间的夹角为α，其中0°＜α＜90°；所述第二斜坡面包括N级台阶，连接第一级台阶起点与第N级台阶的起点的连线与水平方向之间的夹角为β，其中0°＜β＜90°。可选的，提供掩膜板，包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均为(100)晶面；在所述第一表面和所述第二表面生长氧化层；去除所述第一表面一侧的部分所述氧化层，暴露出部分所述第一表面；对所述第一表面进行湿法腐蚀，直至腐蚀贯穿所述硅衬底；去除所述第一表面上的部分所述氧化层以及所述第二表面上的所述氧化层，得到掩膜板；所述掩膜板包括第一掩膜面和第二掩膜面，所述第一掩膜面和第二掩膜面为(111)晶面。可选的，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面进行离子注入，制备得到第一电极以及与所述第一电极电连接的第一电极连接部；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：提供第二半导体层；对所述第二半导体层与所述第一半导体层进行键合；沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第二半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述第一半导体层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分，暴露出所述第一电极连接部；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分之后，还包括：制备第一电极信号输入端子和第二电极信号输入端子，所述第一电极信号输入端子与所述第一电极连接部电连接，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。可选的，所述第二半导体层的电阻率ρ1≤0.1Ω·cm；所述第二电极复用所述可旋转单元。可选的，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面制备第一金属膜层；图案化所述第一金属膜层，得到分别位于所述第一斜坡面和所述第二斜坡面上的第一电极以及位于所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧表面的第一键合端子和第一电极信号输入端子；所述第一电极信号输入端子与所述第一电极电连接；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：提供第三半导体层；在所述第三半导体层一侧表面制备第二金属膜层；图案化所述第二金属膜层，得到第二键合端子；以所述第一键合端子和所述第二键合端子键合的方式对所述第三半导体层与所述第一半导体层进行键合；沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第三半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述衬底层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分，暴露出所述第一电极信号输入端子；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域；沿预设刻蚀位置从所述第三半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第三半导体层进行刻蚀，同时刻蚀覆盖所述第一电极信号输入端子的所述第三半导体层部分之后，还包括：制备第二电极信号输入端子，所述第二电极信号输入端子与所述第二电极电连接。可选的，所述第三半导体层的电阻率ρ2≤0.1Ω·cm；所述第二电极复用所述可旋转单元。可选的，所述旋转结构还包括支撑框架和扭转梁；所述衬底结构中所述斜坡单元之外的部分为所述旋转结构的支撑框架；所述制备方法还包括：制备扭转梁，所述扭转梁的一端与所述可旋转单元连接，所述扭转梁的另一端与所述支撑框架连接；且所述扭转梁与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面的结合脊线平行。第二方面，本专利技术实施例还提供了一种旋转结构，采用第一方面所述的制备方法制备得到，包括：斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；分别位于所述第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种旋转结构的制备方法，用于制备静电驱动的旋转结构，其特征在于，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元；所述制备方法包括：采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。

【技术特征摘要】
1.一种旋转结构的制备方法，用于制备静电驱动的旋转结构，其特征在于，所述旋转结构包括斜坡单元和可旋转单元；所述制备方法包括：采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，所述斜坡单元包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面；在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元；制备第二电极，所述第二电极与所述可旋转单元电连接，所述可旋转单元用于根据所述第一电极和所述第二电极之间的静电力进行旋转。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，采用离子束刻蚀工艺制备斜坡单元，包括：提供衬底结构，所述衬底基板包括依次设置的衬底层、绝缘层以及第一半导体层；提供掩膜板，并将所述掩膜板设置于所述第一半导体层远离所述衬底层的一侧；根据所述掩膜板，对所述第一半导体层的第一区域进行M次离子束刻蚀，得到包括M级台阶的第一斜坡面；M≥2且M为整数；根据所述掩膜板，对所述第一半导体层的第二区域进行N次离子束刻蚀，得到包括N级台阶的第二斜坡面；N≥2且N为整数；在所述第一区域和所述第二区域的结合位置处刻蚀所述第一半导体层至所述绝缘层，得到包括独立设置的第一斜坡面和第二斜坡面的斜坡单元。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第一斜坡面包括M级台阶，连接第一级台阶起点与第M级台阶的起点的连线与水平方向之间的夹角为α，其中0°＜α＜90°；所述第二斜坡面包括N级台阶，连接第一级台阶起点与第N级台阶的起点的连线与水平方向之间的夹角为β，其中0°＜β＜90°。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，提供掩膜板，包括：提供硅衬底，所述硅衬底包括第一表面和第二表面，所述第一表面和所述第二表面均为(100)晶面；在所述第一表面和所述第二表面生长氧化层；去除所述第一表面一侧的部分所述氧化层，暴露出部分所述第一表面；对所述第一表面进行湿法腐蚀，直至腐蚀贯穿所述硅衬底；去除所述第一表面上的部分所述氧化层以及所述第二表面上的所述氧化层，得到掩膜板；所述掩膜板包括第一掩膜面和第二掩膜面，所述第一掩膜面和第二掩膜面为(111)晶面。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在所述第一斜坡面和所述第二斜坡面分别制备第一电极，包括：在所述第一斜坡面、所述第二斜坡面以及所述第一半导体层远离所述绝缘层一侧的表面进行离子注入，制备得到第一电极以及与所述第一电极电连接的第一电极连接部；在所述斜坡单元一侧制备可旋转单元，包括：提供第二半导体层；对所述第二半导体层与所述第一半导体层进行键合；沿预设刻蚀位置从所述第二半导体层远离所述第一半导体层一侧的表面对所述第二半导体层进行刻蚀，直至贯穿所述第二半导体层，得到位于所述斜坡单元远离所述第一半导体层一侧的可旋转单元；同时刻蚀覆盖所述第一电极连接部的所述第二半导体层部分，暴露出所述第一电极连接部；所述可旋转单元在所述衬底层上的垂直投影与所述第一斜坡面和所述第二斜坡面在所述衬底层上的垂直投影均存在交叠区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦继伟，刘京，费跃，陈思奇，
申请(专利权)人：上海芯物科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31