一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜制造技术

本发明专利技术公开了一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，其中包括：镜面，为一矩形的平板镜面；上电极，为一矩形的平板上电极；梁，是含有四根矩形的柱体梁；两个锚点，分别固接于每根梁的两个端部，且两个锚点分别位于每根梁相互垂直的平面上；硅基底，在其内部是一凹形体，在凹形体的底部有一通孔；绝缘层，固接于硅基底的凹形体的表面上形成一行程腔；在行程腔的凹底部设置有下电极，下电极的导线贯穿于硅基底的通孔中；梁平行放置于上电极板和绝缘层的上部之间，上电极板通过梁和锚点固定在行程腔的上面，上电极板与镜面平行，支撑柱位于上电极板和镜面之间，上电极板通过支撑柱支撑变形镜的镜面。

【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静电吸引型MEMS变形镜。
技术介绍
在变形镜领域，静电驱动的MEMS变形镜具有响应速度快、能耗低、体积小、单元密度高以及与集成电路兼容性好的优点，而成为一种最具有发展潜力的微变形镜。然而，现有的静电驱动MEMS变形镜，因受到静电吸引(pull-1n)现象的限制，其有效行程只有上、下电极初始间隙的三分之一。且由于表面硅工艺的限制，一般采用二氧化硅做牺牲层，厚度较小(< 3μπι)，造成变形镜的有效行程小，实用化性能差。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有大厚度牺牲层难加工的不足，本专利技术提供一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，它可以有效的克服现有加工工艺的限制，增大上、下电极之间的初始间距，使变形镜获得大的有效行程，提高MEMS变形镜的实用化性能。本专利技术大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，解决技术问题所采用的技术方案是该变形镜由支撑柱、镜面、上电极、梁、锚点、绝缘层、硅基底、通孔、下电极和行程腔组成，其中镜面，为一矩形的平板镜面；上电极，为一矩形的平板上电极；梁，是含有四根矩形的柱体梁；两个锚点，分别固接于每根梁的两个端部，且分别两个锚点位于每根梁相互垂直的平面上；硅基底，在其内部是一凹形体，在凹形体的底部有一通孔；绝缘层，固接于硅基底的凹形体的表面上形成一行程腔；在行程腔的凹底部设置有下电极，下电极的导线贯穿设于硅基底上的通孔中；梁平行放置于上电极板和绝缘层的上部之间，上电极板通过梁和锚点固定在行程腔的上面，上电极板与镜面平行，支撑柱位于上电极板和镜面之间，上电极板通过支撑柱支撑变形镜的镜面。优选实施例，所述的行程腔，是采用微细加工技术在硅基底上去除一部分材料实现平底的V形槽的腔体，或U形槽的腔体，其深度控制在O.1 μ m-100 μ m之间。优选实施例，所述的下电极铺满整个行程腔的底部、或仅仅铺满行程腔底部的一部分、或铺满整个行程腔表面，或铺满整个行程腔表面和梁下方的硅基底上。优选实施例，所述的行程腔底部加工有通孔，其内部填充导电介质，做为下电极的导线。优选实施例，所述的下电极是一个下电极块组成，或是由多个下电极块组成。本专利技术的有益效果针对现有大厚度牺牲层难加工的不足，本专利技术的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，可以有效的克服现有加工工艺的限制，增大上、下电极之间的初始间距，使变形镜获得大的有效行程，提高MEMS变形镜的实用化性能。本专利技术的结构下电极的面积又进一步增大，因而在相同驱动电压下上下电极驱动力也会更大，达到同样行程所需的驱动电压会更低，因而可进一步降低系统功耗以及驱动电路复杂度。附图说明图1是本专利技术大行程结构的静电驱动MEMS变形镜的结构示意图。图2是本专利技术中下电极铺满行程腔底部表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。图3是本专利技术中下电极铺满整个行程腔表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。图4是本专利技术中下电极铺满整个行程腔表面和上电极下方硅基底表面的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。 图5是本专利技术中多下电极块组成下电极的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜示意图。图6是本专利技术中大行程结构的变形镜的一种实现方式的结构爆炸图。图7是图6所示的大行程结构的变形镜的三维结构示意图。图8是图6所示的大行程结构的变形镜的三维结构剖视图。图9是图6所示的大行程结构的变形镜在施加驱动电压后的变形的三维示意图。图中标记号说明I是支撑柱， 2是镜面， 3是上电极，4是梁，5是铺点， 6是绝缘层，7是娃基底，8是通孔，9是下电极，10是行程腔。具体实施例方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术做进一步详细说明。下面结合附图和具体实施方式详细介绍本专利技术。图1是本专利技术大行程结构的静电驱动MEMS变形镜的结构示意图，包括支撑柱I、镜面2、上电极3、梁4、锚点5、绝缘层6、基底7、通孔8、下电极9。由上电极3、梁4、锚点5、绝缘层6、基底7、下电极9组成行程腔10。镜面2，为一矩形的平板镜面；上电极3，为一矩形的平板上电极；梁4，是四根矩形的柱体梁；两个锚点5，分别固接于每根梁4的两个端部，且两个锚点(5)分别位于每根梁相互垂直的平面上；硅基底7，在其内部是一凹形体，在凹形体的底部有一通孔8 ;绝缘层6，固接于硅基底7的凹形体的表面上形成一行程腔10 ；在行程腔10的凹底部设置有下电极9，下电极9贯穿设于硅基底7的底部的通孔8中；梁4平行放置于上电极板3和绝缘层6的上部之间，上电极板3通过梁4和锚点5固定在行程腔10的上面，上电极板3与镜面2平行，支撑柱I位于上电极板3和镜面2之间，上电极板3通过支撑柱I支撑变形镜的镜面2。所述的行程腔10，是采用微细加工技术在硅基底7上去除一部分材料实现平底的V形槽的腔体，或U形槽的腔体，其深度控制在O.1 μ m-100 μ m之间。所述的下电极9铺满整个行程腔10的底部、或仅仅铺满行程腔10底部的一部分、或铺满整个行程腔10表面，或铺满整个行程腔表面和梁4下方的硅基底7上。所述的行程腔底部加工有通孔8，其内部填充导电介质。所述的下电极9是一个下电极块阵列组成，或是由多个下电极块阵列组成。所述的通孔8的内壁上有绝缘层6，与硅基底7形成电绝缘，通孔8内填充导电材料。梁3距硅基底7的绝缘层6上表面，即锚点5的高度在I μ m_5 μ m之间，当工艺加工的牺牲层只有2 μ m时，上电极3与下电极9的间距可以达到2.1 μ m-102 μ m,在不增加加工工艺难度的情况下，有效提高了变形镜的行程。所述的上电极3的厚度为1μπι-15μπι，材料为多晶硅或金属；支撑柱I是高度为Iμ m-12 μ m，材料为多晶硅或金属。镜面2是单层金属或者多晶硅与金属的结合体，总厚度O. 5 μ m-15 μ m。下面以下电极9铺在行程腔10的底部，下电极9为尺寸为3 μ mX 5 μ m的长方形，梁4为L型梁的大行程结构的静电驱动MEMS变形镜为例，结合附图1对本专利技术作具体描述。在静电驱动MEMS变形镜的最下层为基底7，基底7为中空凹形体部，具有中空凹形侧壁71、底部72、上部73和通孔8，在中空凹形侧壁71、底部72和上部73的内表面设有绝缘层6，中空凹形侧壁71的底端与底部72连接，中空凹形侧壁71的上端与上部73连接，通孔8贯穿绝缘层6和底部72，并设于底部72的中间位置，下电极9位于底部72上部的绝缘层6上；支撑柱I的上端部与镜面2的底部的中间位置连接，上电极3的上部的中间位置与支撑柱I的下端部连接，上电极3的两端部分别与梁4和锚点5连接。在静电驱动MEMS变形镜的最下层为基底7，基底7为硅基底，其厚度2 μ m_63 μ m ；通孔8直径5 μ m，贯穿基底7 ;基底7上面是绝缘层6 ;绝缘层6是氮化硅绝缘层，绝缘层6的厚度422nm。行程腔深10 μ m，梁4的截面是2 μ mX6 μ m的长方形，L型梁，长边长79 μ m，短边长12 μ m，材料为多晶硅。锚点5的截面是5μπι Χ6 μ m的长方形，高45 μ m，材料为铝。变形镜上电极3材料为铝，厚8 μ m，尺寸89 μ mX 89 μ m，其上用支撑柱I，支撑本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大行程结构的静电驱动MEMS变形镜，其特征在于：该变形镜由支撑柱(1)、镜面(2)、上电极(3)、梁(4)、锚点(5)、绝缘层(6)、硅基底(7)、通孔(8)、下电极(9)和行程腔(10)组成，其中：镜面(2)，为一矩形的平板镜面；上电极(3)，为一矩形的平板上电极；梁(4)，是含有四根矩形的柱体梁；两个锚点(5)，分别固接于每根梁(4)的两个端部，且两个锚点(5)分别位于每根梁相互垂直的平面上；硅基底(7)，在其内部是一凹形体，在凹形体的底部有一通孔(8)；绝缘层(6)，固接于硅基底(7)的凹形体的表面上形成一行程腔(10)；在行程腔(10)的凹底部设置有下电极(9)，下电极(9)的导线贯穿于硅基底(7)的通孔(8)中；梁(4)平行放置于上电极板(3)和绝缘层(6)的上部之间，上电极板(3)通过梁(4)和锚点(5)固定在行程腔(10)的上面，上电极板(3)与镜面(2)平行，支撑柱(1)位于上电极板(3)和镜面(2)之间，上电极板(3)通过支撑柱(1)支撑变形镜的镜面(2)。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邱传凯，庄须叶，王强，汪为民，张铁军，熊伟，罗吉，张建飞，姚军，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：