[实用新型]一种基于氮化镓的静电梳状驱动式微镜

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于氮化镓的静电梳状驱动式微镜，属于光通信与光微 机电系统技术领域。

背景技术

静电驱动式微扫描镜是利用平行板电容或梳齿电容间异性电荷间的库仑力, 通过专门设计的特定结构驱动微扫描镜进行扭转或位移。静电驱动式微扫描镜制 作工艺易于与IC工艺集成,易于集成检测电路和驱动控制电路。因此,静电驱动是 应用最为广泛的驱动方式。

氮化镓被称为第三代新型半导体材料，具有较宽的直接带隙、很高的击穿场 强、很高的热导率、以及高峰值的饱和电子漂移速度等诸多优点，有着很强的耐 高温、耐高压以及耐强辐射的能力。由于氮化镓材料在高温、高频、大功率下独 特的材料性质优势，使其在电子器件领域有可能部分取代Si和其它半导体材料。 目前关于氮化镓材料及其器件的研究和应用是全球半导体研究的前沿和焦点，它 在光电子以及高温大功率器件有着广阔的应用前景。

目前关于基于氮化镓微驱动器的研究在国内鲜有报道，国外的相关报导也比 较少，只有日本东北大学微纳米研究所KazuhiroHane领导的小组研制出了氮化 镓基微驱动器，但这也说明，在MEMS器件上生长氮化镓材料是完全可行的。

综上所述，人们对静电梳状驱动式微镜研究已经十分细致，许多结构复杂， 功能齐全的梳状微镜已经被研究出。但是，将微镜技术与氮化镓材料相结合的研 究却少有报道，基于氮化镓的静电梳状驱动式微镜的研究更是未见公开。

实用新型内容

技术问题：本实用新型目的是设计出一种基于氮化镓的静电梳状驱动式微 镜，需设计出可利用梳状电容之间异性电荷的库仑力对微镜进行驱动的结构，还 要克服氮化镓材料在MEMS器件上的生长难题。覆盖了氮化镓结构的梳状驱动器 对微镜的驱动效果会更加显著，高效。

技术方案:基于氮化镓的静电梳状驱动式微镜，其结构为在硅层圆形微镜A 的两端各伸出一个悬臂梁G，两侧的悬臂梁各通过一个扭转臂固支在外框上；两 条悬臂梁的单侧各分布多个可动梳齿E，而固定梳齿D则固定在外框上，可动梳 齿E和固定梳齿D在垂直方向有一个高度差，每个可动梳齿E与固定梳齿D之间 都有着相同的间隙，硅层的厚度为200μm。在微镜，悬梁臂？与可动梳齿E的表 面上，还覆盖了一层200nm的氮化镓结构B。

在静电驱动器中，有平板电容驱动方式和梳齿电容驱动方式两种。平板电容 驱动方式结构简单，但存在吸合效应，导致需要很高的驱动电压。而梳齿驱动没 有吸合效应的影响，具有驱动电压低，位移距离大等优势。

当在可动梳齿和固定梳齿之间施加电压U之后，可动梳齿和固定梳齿可以形 成一组平行电容板。一对电极梳齿的总电容是由梳齿重合区域的梳齿侧壁形成的 表面电容和梳齿端部的边缘电容所组成。由于梳齿端部的边缘电容很难用解析方 式来计算，故本文中忽略不计。而整个梳齿电容器的总电容可以看作是由n对梳 齿阵列单元电容并联而成。

在重叠区域相对的可动梳齿和固定梳齿的侧壁构成了平行板电容器，其电容 与梳齿的厚度以及可动梳齿与相邻的固定梳齿的初始间距有关，厚度越大越好， 间距越小越好。

施加了电压U之后，梳齿电容器会储存电能为E的电势能，电势能会产生一 个横向驱动力，对整个微镜结构进行驱动，从而产生驱动位移。

有益效果

本实用新型的设计是基于氮化镓的静电梳状驱动式微镜，该结构微镜具有以 下优点：

(1)结构简单易设计；

(2)创新性的在原有静态梳状驱动式微镜的基础上应用MEMS加工技术成功 生长出了氮化镓材料结构，而且成品制作精良；

(3)通过材料的适当选择和结构参数的合理设计，相比于一般的静态梳状 驱动式微镜，更有利于微镜的驱动。

附图说明

图1为本发明的三维结构全图。

A:微镜B：氮化镓层C：单晶硅层

D：固定梳齿E：可动梳齿F：固定框架G：悬臂梁

图2为静电梳齿结构。

D：固定梳齿E：可动梳齿

图3为施加电压后，该微镜的位移分布图。

图4为结合体硅与氮化镓材料加工而成在扫描电镜下的结构图。

具体实施方式

为了使本实用新型的内容更加清晰，下面会给出详细的实施方式和具体的操 作过程。