一种基于杠杆放大原理的静电驱动MEMS变形镜制造技术

本发明专利技术公开了一种基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，包含至少两个杠杆放大静电驱动 器，至少两个连接梁，一个支撑结构和一个镜面；杠杆放大静电驱动器通过连接梁与支撑结 构连接，支撑结构通过连接体与镜面相连；所述的杠杆放大静电驱动器由锚点，悬臂梁，长 臂，上极板和下极板组成；其长臂与连接梁相连，其短臂用作上极板，锚点和下极板固定在 同一平面上。本发明专利技术基于杠杆放大的静电驱动MEMS变形镜不仅具有一般MEMS器件的优 点，体积小、重量轻、无滞后效应、可批量生产和可阵列化，还可以通过杠杆放大作用降低 静电拉入现象的影响，提高行程，可广泛适用于自适应光学领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微光机电系统
，特别涉及一种适用于自适应光学系统的基于杠杆放 大原理的MEMS变形镜。
技术介绍
在自适应光学领域，静电驱动的MEMS变形镜具有体积小，功耗低，响应速度快，可批 量生产，与集成电路兼容性好等优点，因而在自适应光学系统中备受青睐。现有的静电驱动 MEMS变形镜一般都是静电吸引型，上下极板加上电压，使得上极板由一个向下的位移，通 过支撑柱使得镜面由一个位移，静电吸引MEMS变形镜一般都是根据这个原理工作的。然而 这种静电吸引MEMS变形镜的缺点是上下极板受到静电拉入效应的限制(pull-in effect), 使得上极板能够向下移动的位移最大为上下极板间距的三分之一，为了满足较大的行程，需 要将上下极板间距做得很大，在加工过程中会有一些困难，而且这种驱动方式需要的电压较 大。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，设计了一种基于杠杆放大原理的静 电驱动MEMS变形镜，它能通过杠杆结构将静电驱动器的相对较小的行程放大，从而减小了 静电拉入效应的限制，提高了变形镜的行程。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，其特征在于包含至少两个杠杆放大静电驱动器，至少两个连接梁， 一个支撑结构和一个镜 面；杠杆放大静电驱动器通过连接梁与支撑结构连接，支撑结构通过连接体与镜面相连。所述的至少两个杠杆放大静电驱动器成旋转对称地分布在支撑结构四周。所述的杠杆放大静电驱动器由锚点，悬臂梁，长臂，上极板和下极板组成；其长臂与连 接梁相连，其短臂用作上极板，锚点和下极板固定在同一平面上。所述杠杆放大静电驱动器采用近似"工"字形结构，在每个"工"字形一端的两个臂的末端 分别为一个锚点，起到固定作用，即每个静电驱动器由两个锚点固定，致使静电驱动器的上 极板与锚点呈一个整体结构；而静电驱动器的下极板呈分离状。所述的镜面、连接体、支撑结构、至少两个连接梁、至少两个杠杆放大静电驱动器的几何中心共线。所述的静电驱动器的锚点、上极板、下极板，驱动器的长臂，以及支撑结构，连接梁的 材料均为半导体材料，所述的镜面是两层结构，上层是高反射率抗氧化的金属或者合金，下层是半导体材料。 本专利技术与现有技术相比所具有的优点本专利技术的静电驱动结构通过杠杆放大结构与连接 梁相连，连接梁通过支撑结构和连接体与镜面相连，使得静电驱动器竖直方向上的位移可以 通过杠杆放大作用被扩大，使得镜面位移增大，变形镜的行程增大，降低静电拉入现象的影 响；而且本专利技术基于杠杆放大的静电驱动MEMS变形镜还具有一般MEMS器件的优点，体 积小、重量轻、无滞后效应、可批量生产和可阵列化等。 附图说明图l是基于杠杆放大原理的MEMS变形镜的立体示意图2是未加电压时基于杠杆放大原理的MEMS变形镜的结构图3是施加电压时基于杠杆放大原理的MEMS变形镜(不包括镜面)的结构变形图4单个杠杆驱动器的结构，包括锚点，上下极板，悬臂梁，长臂。图中1为连接梁，2为支撑结构，3为连接体，4为锚点，5为静电驱动器上极板(即短臂)，6为静电驱动器的下极板，7为长臂，8为镜面，9为悬臂梁。具体实施例下面结合附恩及具体实施方式详细介绍本专利技术。但以下的实施例仅限于解释本专利技术，本 专利技术的保护范围应包括权利要求的全部内容，而且通过以下实施例本领域的技术人员即可以 实现本专利技术权利要求的全部内容。本实施例以镜面尺寸为450|^m x450nm的基于杠杆结构的MEMS静电驱动变形镜，以 四个杠杆放大静电驱动器为例，结合附图对本专利技术作具体描述。图1为基于杠杆放大原理的MEMS变形镜的立体示意图；本实施例的基于杠杆放大原理 的静电驱动MEMS变形镜中的支撑结构2位于整个结构的中央，四周对称的连有4个基于杠 杆放大原理的静电驱动器，对应具有4个连接梁1;每个静电驱动器由锚点4，悬臂梁9，长 臂7，上极板5和下极板6组成，如图4所示；4个静电驱动器的上极板(即短臂)5分别通 过悬臂梁9，长臂7和连接梁1与支撑结构2相连，且镜面、支撑结构、四个连接梁(看作 一个整体)、四个驱动器(看作一个整体)的几何中心共线；4个静电驱动器的下极板6和 锚点4位于基底上(基底在图中省略)，且驱动器的下极板6与锚点4彼此分离；所述的4 个静电驱动器采用近似"工"字形结构,在每个"工"字形一端的两个臂的末端分别有一个锚点4， 起到固定作用，每个驱动器由两个锚点固定，致使4个静电驱动器的上极板5与锚点4呈一4个整体结构；而4个静电驱动器的下极板6呈分离状；当上极板5和下极板6之间加上电压 时，因为静电吸引作用，上极板会有一个向下的位移。这里取4个静电驱动器的上极板5的 尺寸分别为200nmx3(^m, 4个下极板6的尺寸分别为190^inix20Hm，悬臂梁9的尺寸是 17(Hmix2tim，长臂尺寸是180nmx20tim，连接梁宽度为3pm，所述的静电驱动器的锚点4、 上极板5、下极板6，驱动器的长臂7，上极板5，支撑结构IO，连接体3的材料均为半导体 材料，镜面8是两层结构，上层是高反射率抗氧化的金属或者合金，下层是半导体材料。图2为未加电压时基于杠杆放大原理的MEMS变形镜的结构图。上极板5和下极板6 没有接驱动电压时，整个杠杆和镜面处于初始平衡状态，上极板5和下极板6之间的间隙最 大，镜面没有发生沿竖直方向的运动。当入射光线以任一角度入射到镜面时，会被直接反射， 不改变光程。图3是施加电压时基于杠杆放大原理的MEMS变形镜(不包括镜面)的结构变形图。 当上极板5接高电位，下极板6接接低电位，这样会在上极板5和下极板6之间产生电压场 和静电吸引力。由于静电吸引作用，.所有的上极板5会趋向下极板6发生弯曲变形，根据杠 杆作用，长臂7会向上移动，通过连接梁l,支撑结构2，连接体3带动镜面向上位移，直到 静电吸引力与上极板5的弹性恢复力大小相等，上极板5 (即短臂)达到新的平衡状态；如 图3所示；此时镜面和基底的位移将增大，对于同未加电压时的同一条入射光线而言，当光 线被反射时，与未加电压时的情况相比，光程会变短，从而起到变形镜的作用。由以上可知，本专利技术的基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，其驱动器通过静电驱动产生 竖直方向位移，通过杠杆将位移放大，然后通过连接梁和支撑结构将镜面顶起，从而实现变 形镜的功能；该变形镜通过杠杆放大作用降低静电拉入的影响，提高了行程。权利要求1、一种基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，其特征在于包含至少两个杠杆放大静电驱动器，至少两个连接梁(1)，一个支撑结构(2)和一个镜面(8)；杠杆放大静电驱动器通过连接梁(1)与支撑结构(2)连接，支撑结构(2)通过连接体(3)与镜面(8)相连。2、 根据权利要求1所述的一种基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，其特征在于所述 的至少两个杠杆放大静电驱动器成旋转对称地分布在支撑结构(2)四周。3、 根据权利要求1所述的一种基于杠杆放大原理的MEMS变形镜，其特征在于所述 的杠杆放大静电驱动器由锚点(4)，悬臂梁(9)，长臂(7)，上极板(5)和下极板(6)组 成；其长臂(7)与连接梁(1)相连，其短臂用作上极板(5),锚点(4)和下极板(6)固 定在同一平面上。4、 根据权利要求2所述的杠杆放大静本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于杠杆放大原理的ＭＥＭＳ变形镜，其特征在于：包含至少两个杠杆放大静电驱动器，至少两个连接梁（１），一个支撑结构（２）和一个镜面（８）；杠杆放大静电驱动器通过连接梁（１）与支撑结构（２）连接，支撑结构（２）通过连接体（３）与镜面（８）相连。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，任豪，王大甲，
申请(专利权)人：姚军，任豪，王大甲，
类型：发明
国别省市：90