介绍一种红外线ＦＡＢＲＹ－ＰＥＲＯＴ滤色器，包括硅片，硅片内形成的矩形空腔，横跨空腔并以硅片为支持的矩形硅膜，附着于硅膜下部表面的反射镜和附着于空腔底部表面的反射镜，制作在矩形硅膜两相对固定边缘部分的压阻电阻器，制作在矩形硅膜中间部分的压阻电阻器，附着于矩形硅膜两相对固定边缘部分上部表面的电致薄膜伸缩器，附着于矩形硅膜中间部分上部表面的防红外线反射薄膜。反射镜的移动由电致薄膜伸缩器驱动，移动控制和反射镜平面性能调整由压阻电阻器执行。（*该技术在2018年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于红外线FABRY-PEROT(F-P)滤色器，特别是关于由单块硅片微细加工而成的可调谐红外线F-P滤色器。由硅片微细加工而成的可调谐红外线F-P滤色器已有若干报道，其中最有代表性的设计反映在J.H.Jerman等人题为″A Miniature Fabry-PerotInterferometers with a Corrugated Diaphragm Support″的论文中(TechnicalDigest IEEE Solid-State Sensor and Actuator Workshop，Hilton Head，June 1990，pp.140-144)。Jerman等人的F-P滤色器为两平面镜组成的谐振腔，两平面镜附着于两硅平面上，两硅平面相隔一定距离平行排列。硅的折射率为3.5，对于波长λ为1.1-10μm的红外线，硅是透明的。当两平面镜之间的间距为入射谐振腔的红外线半波长的正数倍时，透过谐振腔出射的红外线为一锐利的谐振峰。这些透射峰的产生，是由于红外线进入谐振腔后，在腔体内经具有高反射系数反射镜多次反射，波长满足谐振条件的红外线被保留，其它波长的红外线都被衰减掉。F-P滤色器的两平行平面镜分别由两块硅片加工而成，第一块硅片形成平底凹坑，平面镜中的一块附着于凹坑的底面，第二块硅片形成由柔性波状硅膜支持的台面，另一块平面镜附着于台面的顶面。两块硅片通过粘合剂连接，连接时保持凹坑底面与台面顶面平行对准。部分边缘凹坑底面与台面顶面形成平行平板电容器，当施加直流电压于该电容器，在静电力作用下，柔性波状硅膜支持的台面可以沿垂直台面的方面移动，附着于台面顶面的镜子也随之移动，从而改变谐振器的间隔。台面与支持台面的波状硅膜由各向异性化学腐蚀硅片形成，先腐蚀硅片正面形成波状凹槽，然后腐蚀硅片背面，减薄硅片，形成波状硅膜和由波状硅膜围绕的梯形台面。其它有关F-P滤色器的报导也都采用类似的两硅片组合结构。这种两硅片组合结构的F-P滤色器存在不少问题，主要是需要对硅片的两面进行加工，不能直接用集成电路工艺和设备进行制造。集成电路制造用单面加工工艺，要满足两面加工的要求，不仅制造工艺要作比较大的改动，还需增添两面对准的光刻设备。其次是由于各向异性腐蚀的非自停特性，波状硅膜的厚度很难精确控制，制造的器件重复性差。第三是波状硅膜支持的台面类似于加速度传感器的惯性质量块，在惯性力作用下很容易引起波状硅膜形变引起台面移动，因此器件工作时必须严格防止振动的干扰。本专利技术的总体目标就是要解决红外线F-P滤色器存在的上述问题以及其它问题。具体说来，本专利技术的第一个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，由单一硅片加工而成，并且可以在同一硅片上制造驱动和控制反射镜平行移动的集成电路，以实现滤色器的单片集成。本专利技术的第二个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，能采用标准的集成电路平面工艺制造，不需要对工艺作太大改动，也不需要增添大型制造设备。本专利技术的第三个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其可移动的反射镜，质量轻，惯性小，防振动干扰能力强。本专利技术的第四个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其反射镜的移动由硅膜的形变实现，而硅膜的形变由制作在硅膜里的压阻电阻器检测，以简化反射镜移动的检测，并改进反射镜移动控制精度。本专利技术的第五个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，能在支持可移动反射镜的硅膜里制造压阻电阻器，利用压阻电阻器，监测平面镜的平面性能，如有形变及时进行调整。本专利技术的第六个目标，就是要发展一种红外线F-P滤色器，其反射镜的移动可由电致薄膜伸缩器驱动，而电致薄膜伸缩器可由集成电路制造常用的薄膜淀积和光刻腐蚀技术形成。附图说明图1A，图1B，和图1C为本专利技术设计的红外线F-P滤色器横截面示意图。图1A表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于尚未移动时的起始状态，图1B表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于向下移动一定距离时的短波状态，图1C表示红外线F-P滤色器的可动反射镜处于向上移动一定距离时的长短状态。图2至图13表示本专利技术设计的红外线F-P滤色器处在各制造阶段形成的横截面示意图。参看图1A，图1B，和图1C，本专利技术设计的红外线F-P滤色器，包括用于形成和支持滤色器的硅片101，硅片101表面内部形成的矩形空腔103，横跨空腔103并与硅片101支持部分相连接的矩形硅膜102，附着于硅膜102下部表面的反射镜104和附着于空腔103底部表面的反射镜105，制作在矩形硅膜102两相对固定边缘部分的压阻电阻器106，制作在矩形硅膜102中央部分的压阻电阻器107，附着于矩形硅膜102两相固定边缘部分上部表面的电致薄膜伸缩器108和109，附着于矩形硅膜102中央部分上部表面的防红外线反射薄膜110。图1A表示电致薄膜伸缩器108和109未加驱动电压时，红外线F-P滤色器所处的状态示意图。此时具有连续频谱分布113的红外线111垂直入射滤色器，经谐振腔103内部反射镜104和105多次反射，形成透射红外线112射出滤色器，透射红外线112具有窄带频谱分布114，其峰值频率由反射镜104和105之间的距离决定。图1B表示矩形硅膜102下移，谐振腔103变窄时，红外线F-P滤色器所处的状态示意图。此时外加驱动电压，使电致薄膜伸缩器108缩短变成116，电致薄膜伸缩器109伸长变成117，结果使电致伸缩薄膜下面的硅膜向下弯曲成115。控制外加驱动电压，使矩形硅膜弯曲部分115的横向长度保持不变，从而使得矩形硅膜的未弯曲的中间部分102能平行下移而不发生形变。矩形硅膜中间部分102如发生形变，可通过监测制作在此硅膜里的压阻电阻器107测定，用以控制驱动电压，调整电致伸缩薄膜116和电致薄膜伸缩器117的伸缩比例，使矩形硅膜的中间部分102回复到无应力作用的自由状态。电致伸缩薄膜116和117下面的硅膜115处于弯曲状态时，会产生相应的应力作用于其内的压阻电阻器118，使其电阻值发生变化，由此产生的电信号用以标定和控制硅膜102向下移动的距离。由于谐振腔103变窄，反射镜104和105之间的距离变小，透射红外线的波峰119向比波峰114更短的波长方向移动。图1C表示硅膜102上移，谐振腔103变宽时，红外线F-P滤色器所处的状态示意图。此时外加驱动电压改变极性，使电致薄膜伸缩器108伸长变成121，电致薄膜伸缩器109缩短变成122，结果使电致伸缩薄膜下面的硅膜向上弯曲成120。控制外加驱动电压，使矩形硅膜弯曲部分120的横向长度保持不变，从而使得矩形硅膜的未弯曲的中间部分102能平行上移而不发生形变。弯曲的硅膜产生应力，使压阻电阻器123的电阻值发生相应变化，由此取得的电信号用以控制硅膜102向上移动的距离。随着硅膜102上移，反射镜104远离反射镜105，谐振腔103变宽，透过谐振腔103的红外线具有比波峰114更长的波峰124。参照图2至图13，详细说明本专利技术设计的红外线F-P滤色器的制造过程，包括每一制造步骤的应用技术和工艺条件。准备单晶硅衬底201，其晶向为(100)，N型掺杂，掺杂浓度为1014-1015/cm3。清洗硅片，依次用H2SO4∶H2O2＝4∶1煮5min，用去离子水冲洗本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种微细加工的能调谐的红外线ＦＡＢＲＹ－ＰＥＲＯＴ滤色器，其特征结构包括：一硅衬底，一空腔处于所说硅衬底上部表面体内，一硅膜横跨所说空腔，其两端固定于所说硅衬底，至少一个压阻电阻器处于所说硅膜固定边缘部分，至少一个压阻电 阻器处于所说硅膜中央部分一反射镜附着于所说硅膜的下部表面，另一反射镜附着于所说空腔的底部表面，至少两组电致伸缩薄膜分处于所说硅膜两相对固定边缘部分的上部表面，一防反射薄膜附着于所说硅膜上部表面暴露部分。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：涂相征，李韫言，
申请(专利权)人：李韫言，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]
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