热驱动微机械光纤开关及其制造方法技术

热驱动微机械光纤开关及其制造方法，是一种用于数字光纤通信网络中对光纤信号进行阻断和转换的装置，在固定光纤的硅板的表面上设有４条垂直的光纤。在槽中设有光纤，在固定光纤的硅板中央设有一凹坑，反射镜位于该凹坑中，其镜面两侧分别与４根光纤成４５度角，反射镜固定在悬臂梁的一端，悬臂梁的另一端连接在固定光纤的硅板上，压紧光纤的硅板为方框状压在固定光纤的硅板上，制造方法为：硅片背面进行深槽腐蚀；第二次进行硅片背面腐蚀使悬臂梁部分的硅膜减至２０～３０微米厚；生长绝缘膜及用于制造加热电阻的金属膜；刻蚀出电阻条形状；光刻形成带有微反射镜的悬臂梁结构及光纤定位槽图形；正面硅腐蚀形成光纤定位槽，微反射镜及悬臂梁结构部分。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种用于数字光纤通信网络中对光纤信号进行阻断和转换的装置，尤其是一种用热驱动的微机械开关装置及其制造方法。
技术介绍
实现下一代通信网核心的宽带综合数字通信网(B-ISDN)是人们关注的问题之一，且期望迎来光纤到户(FTTH)的时代。光开关器件是实现用户和交换机进行光纤任意交叉连接的关键部件，也是实现FTTH的关键装置之一。传统的机械光开关很笨重、昂贵和可靠性差，难以满足FTTH的要求。最近提出的电光和波导开关改进了主些缺点，但与机械开关相比，其插入损耗和串扰仍较大。近年来，微电子机械系统的发展为制造微机械光开关提供了可能。目前国际上对微机械光开关的研究比较多，所达到的水平也比较高。例如日本东京大学的研究人员采用电磁驱动微镜移动的方式，已经成功研制了高可靠的2×2微机械光纤开关，其插入损耗低于0.5dB，开关时间低于1ms。美国贝尔实验室的研究人员已经成功地用MEMS技术制造了用于光开关阵列的1296个微镜。但归纳起来，微机械光开关从结构上分主要有两种方式，一种是微镜转动或移动方式，另一种光纤移动方式。两种类型的光纤开关各有优缺点。前者由于不需要移动光纤，可以实现N×M(N、M≥2)光开关阵列，其中微镜驱动可以用多种方式实现(例如绞链式、滑动式、静电驱动式、电磁驱动式等)，缺点是工艺复杂性与微镜的驱动方式关系较大，后者工艺相对简单，但开关性能与光纤的对准精度有关。
技术实现思路
(1)专利技术目的本专利技术的目的是为了能提供一种既能大幅度降低生产成本、又能提供大批量生产的高性能微光纤开关或阵列以代替现有的机械光开关的。(2)技术方案本专利技术的光纤开关由固定光纤的硅板、压紧光纤的硅板、微反射镜、悬臂梁、光纤、加热电阻所组成，在固定光纤的硅板的表面上设有4条相邻垂直的光纤槽在槽中设有光纤，在固定光纤的硅板中央设有一凹坑，反射镜位于该凹坑中，其镜面两侧分别与4根光纤成45度角，反射镜固定在悬臂梁的一端，悬臂梁的另一端连接在固定光纤的硅板上，压紧光纤的硅板为方框状压在固定光纤的硅板上，使光纤固定住，加热电阻做在悬臂梁表面；悬臂梁和微反射镜由硅材料制成，与固定光纤的硅板为一体化的结构；热驱动微机械光纤开关的制造方法为(1)硅片背面进行深槽腐蚀以使硅片微反射镜部分的硅膜减薄至150～200微米厚；(2)第二次进行硅片背面腐蚀使悬臂梁部分的硅膜减至20～30微米厚；(3)生长绝缘膜(例如二氧化硅等)及用于制造加热电阻的金属膜；(4)刻蚀出电阻条形状；(5)光刻形成带有微反射镜的悬臂梁结构及光纤定位槽图形；(6)正面硅腐蚀形成光纤定位槽及悬臂梁结构部分；(7)键合引线，光纤安装及微开关总体封装。在本专利技术提出的光纤开关中四根光纤垂直交叉放置。在四根光纤的交叉点处放置一与光纤呈45度夹角的微反射镜，该微镜由硅悬臂梁支撑并受到热驱动的悬臂梁的控制。静态时，某光纤中的光传输至微反射镜同一侧的光纤中。当悬臂梁受热带动微镜向下移动时，光纤中的光将传输到对面的光纤中。该光纤开关可很容易扩展至开关阵列，该光纤开关以硅作为主要材料，可以采用集成电路加工工艺来实现。光纤可以安装在硅片正面也可安装在硅片背面。(3)技术效果本专利技术的优点是(1)由于采用悬臂在自由空间运动，运动部件无直接磨擦现象，因此开关寿命长；(2)采用普通硅片并IC加工工艺生产，容易实现大批量生产。因此可靠性好，成本低；(3)将该结构重复放置可以容易地形成开关阵列；(4)与普通机械光开关相比，体积小，开关速度高且插入损耗小。四附图说明图1是本专利技术的结构示意图。其中包括固定光纤的硅板1、光纤槽11、凹坑12、压紧光纤的硅板2、微反射镜3、悬臂梁4、光纤5、加热电阻6。五具体实施例方式一种热驱动微机械光纤开关，该光纤开关由固定光纤的硅板1、压紧光纤的硅板2、微反射镜3、悬臂梁4、光纤5、加热电阻6所组成，在固定光纤的硅板1的表面上设有4条相邻垂直的光纤槽11在槽中设有光纤5，在固定光纤的硅板1中央设有一凹坑12，反射镜3位于该凹坑12中，其镜面两侧分别与4根光纤5成45度角，反射镜3固定在悬臂梁4的一端，悬臂梁4的另一端连接在固定光纤的硅板1上，压紧光纤的硅板2为方框状压在固定光纤的硅板1上，使光纤5固定住，加热电阻6做在悬臂梁4的表面；悬臂梁4和微反射镜3由硅材料制成，与固定光纤的硅板1为一体化的结构；热驱动微机械光纤开关的制造方法为(1)硅片背面进行深槽腐蚀以使硅片微反射镜部分的硅膜减薄至150～200微米厚；(2)第二次进行硅片背面腐蚀使悬臂梁部分的硅膜减至20～30微米厚；(3)生长绝缘膜(例如二氧化硅等)及用于制造加热电阻的金属膜；(4)刻蚀出电阻条形状；(5)光刻形成带有微反射镜的悬臂梁结构及光纤定位槽图形；(6)正面硅腐蚀形成光纤定位槽及悬臂梁结构部分；(7)键合引线，光纤安装及微开关总体封装。光纤安装在硅片正面在(100)硅片上先氧化形成一层厚的二氧化硅保护层，然后硅片背面进行深槽腐蚀以使硅片微镜部分的硅膜减薄至150～200微米厚；然后再氧化形成一层保护层，对悬臂梁部分的硅片进行第二次背面光刻并腐蚀使悬臂梁部分的硅膜减至20～30微米厚；淀积用于制造加热电阻的金属膜并刻蚀出电阻条形状；然后覆盖一层二氧化硅和氮化硅以保护金属电阻，然后在正面一次光刻形成带有微镜的悬臂梁结构及光纤定位槽图形；正面腐蚀硅形成光纤定位槽结构和微反射镜；干法刻蚀掉氮化硅和二氧化硅膜并从背面对微镜蒸金以增加微镜的光发射率，最后进行引线键合和光纤安装。光纤安装在硅片背面在(100)硅片上先氧化形成一层厚的二氧化硅保护层，然后在硅片背面一次光刻形成微镜及光纤定位槽图形；然后硅片背面进行深槽腐蚀以使硅片减薄至20～30微米厚；去掉硅片上的氧化膜后再氧化硅片形成一层新的保护层，淀积用于制造加热电阻的金属膜并刻蚀出电阻条形状；再在正面光刻形成带有微镜的悬臂梁结构并干法刻蚀硅以释放带有微反射镜的悬臂梁。从背面对微镜蒸金以增加微镜的光发射率。最后进行引线键合和光纤安装。权利要求1.一种热驱动微机械光纤开关，其特征在于该光纤开关由固定光纤的硅板(1)、压紧光纤的硅板(2)、微反射镜(3)、悬臂梁(4)、光纤(5)和加电阻(6)所组成，在固定光纤的硅板(1)的表面上设有4条相邻垂直的光纤槽(11)，在槽中设有光纤(5)，在固定光纤的硅板(1)中央设有一凹坑(12)，反射镜(3)位于该凹坑(12)中，其镜面两侧分别与4根光纤(5)成45度角，反射镜(3)固定在悬臂梁(4)的一端，悬臂梁(4)的另一端连接在固定光纤的硅板(1)上，压紧光纤的硅板(2)为方框状压在固定光纤的硅板(1)上，使光纤(5)固定住，加热电阻(6)做在悬臂梁(4)表面。2.根据权利要求1所述的热驱动微机械光纤开关，其特征在于悬臂梁(4)和微反射镜(3)由硅材料制成，与固定光纤的硅板(1)为一体化的结构。3.一种热驱动微机械光纤开关的制造方法，其特征在于制备的方法为(1)硅片背面进行深槽腐蚀以使硅片微反射镜部分的硅膜减薄至150～200微米厚；(2)第二次进行硅片背面腐蚀使悬臂梁部分的硅膜减至20～30微米厚；(3)生长绝缘膜及用于制造加热电阻的金属膜；(4)刻蚀出电阻条形状；(5)光刻形成带有微反射镜的悬臂梁结构及光纤定位槽图形本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热驱动微机械光纤开关，其特征在于该光纤开关由固定光纤的硅板（１）、压紧光纤的硅板（２）、微反射镜（３）、悬臂梁（４）、光纤（５）和加电阻（６）所组成，在固定光纤的硅板（１）的表面上设有４条相邻垂直的光纤槽（１１），在槽中设有光纤（５），在固定光纤的硅板（１）中央设有一凹坑（１２），反射镜（３）位于该凹坑（１２）中，其镜面两侧分别与４根光纤（５）成４５度角，反射镜（３）固定在悬臂梁（４）的一端，悬臂梁（４）的另一端连接在固定光纤的硅板（１）上，压紧光纤的硅板（２）为方框状压在固定光纤的硅板（１）上，使光纤（５）固定住，加热电阻（６）做在悬臂梁（４）表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：秦明，黄庆安，樊路加，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：84[中国|南京]