可变形镜光闸装置制造方法及图纸

一种装置，它包括一含有一电极（３８ａ、３８ｂ）及电极和一可单独偏移的元件（３２）之间的间隙的微型机械开关，上述偏移元件（３２）有一连在它下面的垂直光闸（４０），当电极被寻址时，可偏移元件（３２）的运动引起光闸升高或降低。这样一种装置可起开关作用。它公开了一种使用在波导中的实施例及制造方法。（*该技术在2012年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种与可变形镜装置(DMD8)基本上相似的结构，特别涉及一种具有可单独偏移的元件的装置。可变形镜装置(DMD8)通常由一悬挂在一阵列或一系列电极之上的反射表面组成。在一些情况下，反射表面是一薄膜，本专利技术涉及的DMD8的类型是另一种。它的反射表面分成若干可单独控制的镜片，这些镜片互相分离，这些DMD8通常是这样制成的在一基底上构成一电极阵列;用一聚合物间隔层覆盖该电极阵列;用金属覆盖上述间隔层;而该金属被制成图案，以便构成入口孔及构成单个镜片和铰链(hing);然后将该间隔层蚀刻掉并留下间隔层的某些部分以支持镜金属。在一些DMD结构中，全部间隔层都被去除，而用金属柱来支持镜片。这样构成的单独镜片包括一寻址电极，至少一个支持柱和悬挂在电极上的空气隙之上的一个镜片。这类装置的一些结构是悬臂梁，扭转梁和挠曲梁。悬臂梁DMD有一支持在它的一边的镜片。该镜片由一个薄的铰链(支点)支持着，以便其有运动的自由度。当空气隙下面的电极被用电气方式寻址时，该镜片被静电作用吸向电极并依靠它的铰链向下偏移。扭转梁DMD由布置在镜片两边的两个铰链支持着。这种典型的DMD有两个寻址电极。当其中一个电极被寻址时，镜片被静电作用吸向那个电极，从而引起该镜片倾斜到设有寻址的电极的那一边，并绕由上述两铰链所确定的中央梁发生扭转。挠曲梁DMD有四个铰链，各设在四个边的一边。当设置在该挠曲梁的正下方的一个电极被寻址时，镜片以活塞运动那样的方式偏移。这些装置可在许多领域里应用，例如打印机、显示系统、交换网络及其它许多方面。DMD装置的结构可广泛应用作为开关或控制器。本专利技术的目的和优点很明显，且在以后的描述中将部分表现出来，本专利技术是通过提供一种提升或降低一金属光闸(Shutter)的结构来完成的。该结构由一基底(基片)、一电极和一悬挂在该电极之上的空气隙的上方的可反射光的金属元件组成。该金属元件有一固定于其上的垂直结构。当该电极被寻址时，上述金属元件偏移，同时引起上述附着的垂直结构与金属元件一起运动。该装置是按下列步骤制造的在一基底上构成一电极;用一有机聚合物间隔层覆盖该晶片;在上述间隔层上制作图案并用金属覆盖;在该金属上制作图案并蚀刻以构成铰链(转动支点)和可动的金属元件，该金属元件包括垂直地固定于其上的结构;然后该薄片被分割且去除阻隔层以便金属元件在空气隙上运动。附图说明图1是表示制造光闸装置的流程图;图2a是表示一扭转梁光闸装置的顶视图;图2b是光闸在上方时扭转梁装置的侧视图;图2c是光闸在下方时扭转梁装置的侧视图;图3a是表示另一种扭转梁光闸装置的侧视图;图3b是另一种扭转梁光闸装置的顶视图;图4a表示一挠曲梁光闸装置的侧视图;图4b表示一桡曲梁光闸装置的顶视图;图5a是一悬臂梁光闸装置的顶视图;图5b是一悬臂梁光闸装置的侧视图;图6是一用来作为波导开关的光闸装置的截面图;图7a是制造金属光闸装置的另一种流程图;以及图7b表示另一种光闸装置。基本的DMD结构可作改变以用于多种目的。因为它容易偏移，所以特别适用于作为可控制的光闸装置，该装置有一垂直结构固定于金属元件的下面或顶面，它随着金属元件运动而运动。为了构成叫做光闸的垂直结构，DMD的制造过程需作一些变动。图1表示制造过程的流程图。在步骤10，必须确定该光闸装置是否用在波导中，因为用于波导的装置要求的最初制造步骤不同。如果回答是“否”，则通过线路12直接进行步骤14。在步骤14，在基底上构成电极，该基底可以是硅或砷化镓。电极能通过许多方法形成，其中之一是通过淀积一金属层，在其上制作图案再蚀刻这一系列步骤完成。其它方法包括在多晶硅上形成电极以及扩散或移植形成电极。电极形成之后，则该过程进行步骤16，步骤16是用一聚合物间隔层复盖该薄片。作为该步骤的一部分，根据装置的类型，聚合物上可制成图案，以便当金属沉淀在它上面时，可形成支持柱和光闸。下一个步骤18是通过沉淀金属层，制作图案和蚀刻，来形成金属元件、铰链和光闸。第一层金属是制铰链用的薄层。该薄层也填充沟道以便形成柱，(如果要用支柱的话)，并填充局部沟道以形成光闸。然后用二氧化硅覆盖该薄金属层，上述二氧化硅被制成图案以便覆盖铰链。一厚金属层然后被设置并用二氧化硅遮掩以形成金属元件。最后，整个结构被蚀刻并且除了在第二个掩模留下来限定金属元件的地方以外，厚金属被去除。除了在留下的厚金属的下面以及铰链被遮掩的地方以外，薄金属都被去除。光闸可相对于金属元件梁有各种不同的取向。其中一些取向是垂直的、对角线、偏心的和不偏心的。其中一些以后将作讨论。如果该装置使用沟道，那么铰链/梁金属会充填它们，构成支持柱。在步骤20，可能通过锯开晶片而将该晶片分成许多单个装置。晶片被分割后，聚合物间隔层在步骤22中被去除。如果希望得到带有金属支持柱的结构，全部聚合物间隔层都应被去除。如果没有制成沟道图案，那么一部分聚合物间隔层将留下来去支持金属元件。这样就允许金属元件在将它们与电极分离开的空气隙上方自由移动。最后，在步骤23，该装置被封装。另一条可采用的路径是24，这是如果光闸装置是用在波导中的情形。该过程是通过路径24从步骤10进行到步骤26。在步骤26，波导的较低层在基底上形成。在步骤28，形成波导芯层，接着步骤30形成较上层。较上的波导层被制成图案，在波导芯层蚀刻一间隙。然后该过程延续到步骤14，按照上面描述过的过程进行。两种最终结构之间差别仅是第一结构的DMD的光闸悬挂在基底一电极的上方;第二结构的DMD的光闸悬挂在一电极的上方，使得该光闸在电极被寻址时进入波导间隙。图2a表示一扭转梁光闸装置的顶视图。金属元件32由铰链36a和36b悬挂在寻址电极38a和38b的上方。铰链36a和36b本身分别由柱34a和34b支持着，在该例子中，金属光闸40悬挂在波导42中的间隙44的上方，该装置的侧视图如图2b所示。金属元件32在该状态下没被寻址，此时光闸40悬在波导间隙44之上。当图2b中被波导42遮住的寻址电极38b被寻址时，金属元件向电极偏转，同时使光闸40降低到波导间隙44内，如图2c所示。这样可阻止任何光通过波导间隙传输，因而该装置象一接通/断开的开关一样工作。另外，DMD光闸可装配得使其在未寻址状态下，光闸处在波导间隙内(即“切断”)。在该情况下，当在金属元件与光闸相对的另一侧的电极38a被寻址时，金属元件向另一面倾斜，从而使光闸升出波导间隙，这样寻址状态下可使光通过该间隙而传输(即“接通”)。另外，该装置能以模拟方式工作。光闸偏移的距离能由加到寻址电极上的电压量控制。采用该方法，光闸能部分降低以便采用模拟方式限制传输的光量到任何一水平，即从全部传输到完全切断。该方法与先前的寻址方法有差别，原先方法的传输衰减是数字化的，即只有全部通过或切断。图3a表示扭转梁光闸装置的另一个实施例。在该结构中，铰链36a和36b的轴垂直于波导42的轴。光闸44也垂直于波导42的轴，但仍悬挂在间隙44之上。图3b是表示寻址电极38b位置的顶视图。与上面讨论的结构相似，当电极38b被寻址时，光闸从未编址的“接通”(ON)状态倾斜到波导42中，充填间隙44，阻碍光的传输，变成“切断”(OFF)状态。图4a是表示桡曲梁光闸装置。金属元件32对角线悬挂在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可偏移装置，其特征在于它包括：ａ．一基底；ｂ．一在上述基底上形成的电极；ｃ．至少一个在上述电极的旁边、且在上述基底上形成的支持结构；ｄ．一位于上述电极上方、与支持结构相连接的可动金属元件；ｅ．一在上述电极和上述元件之间的空气间隙；以及ｆ．一与上述元件相连接的垂直结构。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：米歇尔A米尼亚尔，杰佛尼B桑普塞尔，玛克博伊塞尔，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]