[发明专利]其中带有弹出反射镜的集成光电子装置及形成与操作方法

说明书

本发明涉及光电子装置以及形成与操作所述装置的方法，更具体地，涉及利用反射面以引导光能的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

其中带有反射镜的微型电动机械(MEM)装置推荐用于引导光束穿过一个光电子衬底。这类装置可用于从显示器至光子N×N开关的各种各样应用范围。这类装置已在Motamedi等的标题为“微型电动机械(MEM)光谐振器及方法”的美国专利No.5，903，380中公开。尤其是，Motamedi等的‘380专利公开了一个集成微型电动机械光谐振器，它包括一个一端固定在衬底上、另一端在衬底上面自由伸展的悬臂梁。还提供一个双压电晶片致动器，叠加在梁固定端的上面。还有一个反射面部分地覆盖在梁自由端的上面。双压电晶片致动器包括具有不同热膨胀系数的材料层。在此双压电晶片致动器上跨接一个直流偏置的交流电压，随着通过它的电流的增减引起它发热与冷却。由此建立一个双压电晶片效应，导致悬臂梁与反射面按照电流的变化而振荡。联合带有一个光源的谐振器与致动器激励电路组成一个光扫描器发动机，发出一个超过20度的扫描角与一个高的扫描频率。遗憾的是，‘380专利的在悬臂梁上提供的反射镜面由于悬臂梁可能响应双压电晶片效应而变为弯曲或其它变形，从而不具有近似地限制衍射的光学质量。

Fleming的标题为“双稳态微型电动机械致动器”的美国专利No.5，867，302也公开了一个其中带有反射镜的MEM装置。尤其是，该‘302专利公开了一个MEM致动器，其在衬底上形成并包括一个通常为矩形的受压膜片，由于该膜片的中点连接至一个弹性构件而对边连接至一对延伸支撑，当释放时它呈现一个曲线的截面形状。受压膜片可在一对具有镜象对称的机械状态之间作静电转换，在去除编程电压后MEM致动器保持静止状态。根据本发明的各个实施例的双稳态MEM致动器可用于构成一个非易失性存贮元件，一个光调制器(带有一对支撑在膜片上面并随着膜片转换同步运动的反射镜)，一个可转换的反射镜(带有一个其中点支撑在膜片上面的单反射镜)，与一个闩锁继电器(带有一对随膜片转换而打开与闭合的触点)。也可构成双稳态MEM致动器的阵列，用于包括非易失性存贮器、光显示器与光计算机等应用场合。‘302专利的图7a-7b还公开了一个包括一个可转动反射镜的MEM致动器实施例。遗憾的是，在‘302专利中描述的用于形成一个其上支撑可转动反射镜的膜片的工艺较复杂，因而可能同常规的微电子处理技术不相适应。因此，在‘302专利中公开的装置可能不易集成常规的集成电路衬底上的电子装置。

因此，尽管上述MEM装置其中带有反射镜，仍需要能改变光束方向并具有近似地限制衍射的光学质量的光电子装置以及同常规的微电子装置制造技术相容的形成与使用所述装置的方法。

因而本发明的一个目的是提供经改进的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

本发明的另一个目的是提供能改变光束方向的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

本发明的再另一个目的是提供其中带有可动的反射微结构的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

本发明的又一个目的是提供其中带有具有近似地限制衍射的光学质量的反射微结构的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

本发明还有一个目的是提供其中带有在最大为几微米的小孔上显示极高平直度的光反射镜的光电子装置以及形成与操作所述装置的方法。

通过光电子装置可提供本发明的这些与其它的目的、优点与特性，根据本发明的一个实施例的光电子装置包括一个其中带有一个开口、至少部分地贯通延伸的衬底。在此开口中提供一个具有近似地限制衍射质量的反射镜，该反射镜通过一个铰链与衬底机械连接使该反射镜能从闭合位置转动至打开位置。根据本发明的一个优选方面，反射镜由一个厚度约大于10μm的单晶硅反射镜底层与一个在底层上面的光反射镜面组成。该镜面可包括例如金或铝，且可使用一种蒸镀或溅射技术镀施加到底层上。这个单晶硅反射镜底层能高度抵抗当承受压力时引起的弯曲或其它变形。

根据本发明的另一个优选方面，铰链包括一个多晶硅铰链，它提供一个同衬底的机械和电连接。在反射镜底层的背面上还提供一层例如镍的金属，使得对开口施加一个足够强的磁场将引起作用在金属层上的力从而将反射镜底层拉至直立位置。在单晶硅底层上还提供一个多晶硅静电压紧电极。即使在对开口施加一个足够强的磁场的情况下该压紧电极可方便地用于将反射镜压紧在闭合位置。因此，根据本发明可提供一个带有许多独立可控的反射微结构(例如“弹出(pop-up)”反射镜)的衬底。