一种MEMS电可调光衰减器芯片制造技术

一种ＭＥＭＳ电可调光衰减器芯片，其包括上、下电极，其中上、下电极包括硅层和电极层；上、下电极的硅层通过二氧化硅氧化层呈上下连接；在下电极的硅层上腐蚀有一空腔；在上电极的硅层上腐蚀出一悬臂部分，在悬臂部分上的电极层上设置有一反射镜；将悬臂部分的硅层与下电极的硅层之间的二氧化硅氧化层腐蚀掉，形成镂空。本实用新型专利技术采用ＳＯＩ（绝缘层上硅）技术，制作悬臂式电控反射镜，取代氮化硅薄膜空腔作为活动元件。ＳＯＩ材料与氮化硅材料比较有更高的抗疲劳性，增加了器件的可靠性。采用反射镜运动使得光偏出光路达到衰减，取代原Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ干涉仪结构，结构更简单，工艺更容易控制。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种电可调光衰减器，特别是一种MEMS电可调光衰减器 芯片，属微电子机械和光通讯器件

技术介绍
可调式光衰减器(Variable Optical Attenuator简称VOA)是现代宽带光 网中的一种核心器件.在波分复用光纤网络(WDM Fiber Optical Networks)中， 用来调整各信道信号的强弱.同时还可以用于模拟光纤长距离传输或检测传输 系统的动态范围.传统的光机械VOA衰减范围宽(>50db)，但体积大、响应时间 长(-l秒)、功率大，所以限制了其应用前景。近年来，有关微机械可调式光 衰减器的报道极多，其中主要利用反射镜的偏转而使反射到输出光纤的光功率 发生改变的居多，这种VOA实现了体积小，但响应时间(毫秒级)还有待于改 善。如据IEEE报道，1998年9月B. Barber等人研制了一种以静电驱动的微机 械光衰减器，其原理是依靠反射镜的位移来实现光衰减，最大缺点是这种结构 限制了它的响应时间。中国专利00127939.4报道一电磁驱动微机可变式光衰 减器，该衰减器采用挡光片和电磁驱动线圈结构，其缺点是响应时间长，达毫 秒级。中国专利02288433.5公开的电可调光衰减器，其包括输入输出单模双 光纤、准直透镜、钛铂金电极、氮化硅薄膜、二氧化硅支臂、重掺杂硅衬底、 空腔腐蚀孔、空腔、光学窗口发射膜、粘合剂、石英基座，引出电极、固定套、 外壳、石英管套17，重掺杂硅衬底上沉积有二氧化硅支臂，二氧化硅支臂的中 央是空腔，空腔上方的氮化硅薄膜构成光学窗口反射膜，光学窗口反射膜外围 有钛铂金电极，光学窗口反射膜和钛铂金电极构成悬浮在空腔上方的可动膜， 钕铂金电极和氮化硅薄膜上均匀分布的空腔腐蚀孔，钛铂金电极和重掺杂硅衬 底有电气连接，重掺杂硅衬底、二氧化硅支臂、氮化硅薄膜、钛铂金电极、空 腔和空腔腐蚀孔构成电可调光衰减器芯片，电可调光衰减器芯片粘结在石英基 座上，两根引出电极分别与钛铂金电极成电气连接，输入输出单模双光纤通过 粘合剂与准直透镜相连后，封装在石英管套内，石英管套及其内的准直透镜、输入输出单模双光纤与石英基座及其上的电可调光衰减器芯片、引出电极通过 固定套一体化封装在外壳内。将电源馈加在两根引出电极之间，可动膜在静电 引力作用下使空腔的厚度发生改变。单色光从输入输出单模双光纤输入，经准 直透镜会聚到光学窗口反射膜，反射光进入输入输出单模双光纤，并从输入输出单模双光纤输出。当电源电压从0伏连续增加到24V时，空腔的厚度从3/4 入逐渐减少到1/2入(A为入射光波长)，使光学窗口反射膜的反射率发生改变， 实现了反射光从3db到30db的连续衰减。由于其采用氮化硅薄膜空腔作为活 动元件，抗疲劳性差，因此造成器件的可靠性较差。
技术实现思路
本技术所要解决的技术问题在于提供一种MEMS电可调光衰减器芯 片，该芯片采用SOI (绝缘层上硅)技术，制作悬臂式电控反射镜，取代氮化 硅薄膜空腔作为活动元件。本技术所要解决的技术问题可以通过以下技术方案来实现MEMS电可调光衰减器芯片，包括一上电极和一下电极，其中下电极包括 硅层和蒸镀在硅层底表面上的电极层，上电极也包括硅层和蒸镀在硅层上表面 上的电极层；所述上、下电极的硅层通过二氧化硅氧化层呈上下连接；在所述 下电极的硅层上腐蚀有一空腔；在所述上电极的硅层上腐蚀出一悬臂部分，在 所述悬臂部分上的电极层上设置有一反射镜；将所述悬臂部分的硅层与下电极 的硅层之间的二氧化硅氧化层腐蚀掉，形成镂空。在本技术的悬臂部分没有设置反射镜的部分上具有腐蚀孔，以便于腐 蚀出悬臂部分的硅层与下电极的硅层之间的二氧化硅氧化层。本技术的工作原理是入射光通过入射光纤，自聚焦透镜照射在反射 镜上返回，再通过自聚焦透镜返回反射光纤。在工作过程中，上电极接正极， 下电极接负极，由于电场作用在上电极和下电极产生感应电荷，上电极产生负 电荷，下电极产生正电荷，从而在两电极间产生电磁力，在电磁力的作用下， 上电极的悬臂部分向下运动，直到到达某一个位置与材料内部应力达到平衡， 由于上电极的悬臂部分带动反射镜发生了偏转，使得照射在反射镜上反射回的 光线线路发生偏转，部分光能量不能从原光路返回，从而达到光路衰减。本技术与现有的电可调光衰减器芯片相比，采用SOI (绝缘层上硅)技术，制作悬臂式电控反射镜，取代氮化硅薄膜空腔作为活动元件。S0I材料与氮化硅材料比较有更高的抗疲劳性，增加了器件的可靠性。采用反射镜运动使得光偏出光路达到衰减，取代原Fabry-Perot干涉仪结构，结构更简单，工 艺更容易控制。附图说明图1为本技术的MEMS电可调光衰减器芯片的结构示意图。图2为本技术的MEMS电可调光衰减器芯片应用于光路中的原理示意图。具体实施方式为使本技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了 解，下面结合具体实施例和附图，进一步阐述本技术。参看图l， MEMS电可调光衰减器芯片，包括一上电极1和一下电极2，其 中下电极2包括硅层21和蒸镀在硅层21底表面上的电极层22,上电极1也包 括硅层11和蒸镀在硅层11上表面上的电极层12;上、下电极1、 2的硅层11、 21通过二氧化硅氧化层3呈上下连接；在下电极2的硅层21上腐蚀有一空腔 4;在上电极1的硅层11上腐蚀出一悬臂部分5，在悬臂部分5上的电极层上 设置有一反射镜6;将悬臂部分5的硅层与下电极2的硅层21之间的二氧化硅 氧化层3腐蚀掉，形成镂空7。为了获得镂空7，在悬臂部分5没有设置反射 镜6的部分上具有腐蚀孔51。参看图2，入射光通过入射光纤8，自聚焦透镜9照射在反射镜6上返回， 再通过自聚焦透镜9返回反射光纤10。在工作过程中，上电极l接正极，下电 极2接负极，由于电场作用在上电极1和下电极2产生感应电荷，上电极l产 生负电荷，下电极2产生正电荷，从而在两电极间产生电磁力，在电磁力的作 用下，上电极1的悬臂部分5向下运动，直到到达某一个位置与材料内部应力 达到平衡，由于上电极1的悬臂部分5带动反射镜6发生了偏转，使得照射在 反射镜6上反射回的光线线路发生偏转，部分光能量不能从原光路返回，从而 达到光路衰减。以上显示和描述了本技术的基本原理和主要特征和本技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本技术不受上述实施例的限制，上述实 施例和说明书中描述的只是说明本技术的原理，在不脱离本技术精神 和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入 要求保护的本技术范围内。本技术要求保护范围由所附的权利要求书 及其等效物界定。权利要求1. 一种MEMS电可调光衰减器芯片，其特征在于，包括一上电极和一下电极，其中下电极包括硅层和蒸镀在硅层底表面上的电极层，上电极也包括硅层和蒸镀在硅层上表面上的电极层；所述上、下电极的硅层通过二氧化硅氧化层呈上下连接；在所述下电极的硅层上腐蚀有一空腔；在所述上电极的硅层上腐蚀出一悬臂部分，在所述悬臂部分上的电极层上设置有一反射镜；将所述悬臂部分的硅层与下电极的硅层之间的二氧化硅氧化层腐蚀掉，形成镂空。2、 根据权利要求1所述的MEMS电可调光衰减器芯片，其特征在于，在所述悬臂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＭＥＭＳ电可调光衰减器芯片，其特征在于，包括一上电极和一下电极，其中下电极包括硅层和蒸镀在硅层底表面上的电极层，上电极也包括硅层和蒸镀在硅层上表面上的电极层；所述上、下电极的硅层通过二氧化硅氧化层呈上下连接；在所述下电极的硅层上腐蚀有一空腔；在所述上电极的硅层上腐蚀出一悬臂部分，在所述悬臂部分上的电极层上设置有一反射镜；将所述悬臂部分的硅层与下电极的硅层之间的二氧化硅氧化层腐蚀掉，形成镂空。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王连卫，张晓东，丁树芹，江猛，
申请(专利权)人：华东师范大学，上海永鼎光电子技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：31[中国|上海]