[发明专利]全铝型静电驱动微镜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种MEMS微反射镜器件，属于微细加工领域，具体地，涉及一种全铝型静电驱动微镜及其制备方法。

背景技术

近年来，随着MEMS技术的迅速发展，各种光学器件也逐渐向微型化和集成化的方向发展。微镜器件是一种使用微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems,MEMS）加工技术制作的微小且可驱动的反射镜。其中，MEMS加工工艺是指由微电子加工技术发展而来，并结合一些特有的体硅和表面硅的加工工艺。微镜通常是在半导体硅上制作，通过外在激励驱动镜面的旋转来控制反射后光线的方向，其驱动方式可以分为静电型、电磁型、压电型、热电型。电磁型微镜扫描范围大，频率高，但需外加磁场整体体积大，适合对体积要求不太高的体外成像。压电型微镜驱动力大，但扫描范围小，对其研究不多。热电型微镜驱动电压低，频率低，适合大角度体内成像产品。而静电型微镜的研究比较早，且技术成熟，它的驱动电压相对较高，偏转角度小，扫描频率高，适合微型投影、扫描及光通信。所以静电驱动型微镜的研究引起了科研人员的注意。

经文献检索发现，TI公司在1986提出了一种数字微镜器件（DMD）的结构，获美国发明专利4615595（1986.10.7），它主要由数百万个可偏转的微镜、CMOS静态存储器、寻址电极、偏置电极、轭架、枢纽等组成，DMD作为一种成像器件，广泛应用与投影设备中，这种集成结构的微镜片在数字驱动信号的控制下能够迅速改变角度，一旦接收到相应信号，微镜片就会倾斜10°，从而使入射光的反射方向改变；微镜的转动由CMOS存储器单元的状态来控制，并由微镜本身与存储单元之间的电压差所产生的静电吸引来完成；当存储单元处于“开”即“1”状态时，微镜转到+10°，光线就被微镜直接反射出去，这时银幕上的对应像素达到最亮；当存储单元处于“关”即“0”状态时，微镜转到-10°，光线就会被反射到光吸收器上，这时银幕上的对应像素就会变黑；当微镜在0°时，则处于停止工作状态。但这种数字微镜器件的微镜部与电极部采用不同的金属，复杂的多层结构与数字控制，价格高昂。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种全铝型静电驱动微镜，微镜部与电极部均采用铝结构，并可以兼用，减少堆积层，结构更加简洁，同时采用更加简单的加工工艺来实现，克服现有产品结构复杂、价格高昂的不足。

根据本发明的一方面，提供一种全铝型静电驱动微镜，包括微镜部、支柱和下电极，其中：最上层为微镜部，中间为支柱，下层为下电极，微镜部兼做反射镜与上电极，微镜部与下电极通过支柱连接和支撑，微镜部、下电极和支柱三层均为铝结构。

优选地，所述微镜部设计参数为：驱动电压30V，回转角度5°～10°，镜面尺寸20*20～30*30μm²。这种全铝结构的微镜部可以大幅度提高阵列中反射镜的面积，能使微镜部的旋转角度取得5°～10°的连续变化。

本发明基于平行板静电致动器的原理，在微镜部与下电极之间外加激励电压，微镜部与下电极之间形成电压差，产生静电引力来驱动微镜部旋转。设静电引力F(x)，外加电压V，电极面积S，介电常数ε₀，初始间隙g，位移x，则静电引力大小可以由下式来确定：

F(x)=12ϵ0S(g-x)2V2]]>

从以上公式可知，静电力的大小与电极板之间的距离平方成反比，与电极板的面积成正比，降低板间距离和增加电极板面积都能增加静电力。

根据本发明的另一方面，提供一种上述全铝型静电驱动微镜的制备方法，该方法经过三次光刻、二次溅射，最后利用等离子灰化去除光刻胶，巧妙简单。

所述方法具体步骤如下：