[发明专利]一种电磁驱动珐珀滤波芯片及其圆片级制作工艺

说明书

本发明公开一种电磁驱动珐珀滤波芯片及其圆片级制作工艺，属于智能光电芯片和半导体领域，主要涉及微机电系统、微纳光学、电磁驱动等技术。芯片主要结构包括可动镜体1、固定镜体2、可动反射镜3、固定反射镜4,支撑薄膜5、键合层6、永磁体7、间隔层8、PCB驱动/控制电路9和封装外壳10。本发明提出的电磁驱动珐珀滤波芯片可实现双向宽幅线性调制，增大珐珀滤波芯片调谐范围，克服其他驱动式的珐珀滤波芯片调制范围有限、非线性驱动和响应速度慢等缺点。所采用的MEMS圆片级体加工技术可实现大孔径珐珀滤波芯片的低成本、高保真和高效率加工。本发明所提出的电磁驱动珐珀滤波芯片及其圆片级加工技术将促进相关实际应用系统的发展与推广。

技术领域

本发明涉及智能光电芯片技术领域，尤其是涉及一种电磁驱动的珐珀滤波芯片及其圆片级制作工艺。

背景技术

珐珀滤波器是一种采用多光束干涉原理进行干涉滤波的光功能器件，其最早于1897年由法国物理学家C.Fabry和A.Perot提出，其基本结构由两片带有半透半反镜的平板组成，两镜面之间形成特定长度珐珀干涉腔。当入射光进入珐珀腔内，若珐珀腔长度等于入射光半波长的整数倍时，可在珐珀腔内形成稳定的谐振，产生多光束干涉，并以较高的能量透射出来，其余波长的光波则在珐珀腔内逐渐消减。通过调节珐珀腔的长度，即可实现可调滤波功能。

传统的珐珀标准具难以实现可调谐滤波，微机电系统技术(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)的发展为可调谐珐珀滤波器的实现及其微型化、集成化和芯片化提供了技术支撑，MEMS珐珀滤波芯片在武器制导、无线通信和遥感遥测等领域有着广阔的应用前景。1987 年，Mallinson等人最早采用MEMS技术制作出了用于波分多路复用的MEMS珐珀滤波芯片 (Electronics Letters,vol.9,pp.1041-1043,1987)，其所采用的静电驱动方式是现有珐珀滤波芯片最常用的驱动方式，通过两驱动电极之间的静电力驱动可动镜移动，从而改变珐珀腔长度实现可调谐滤波功能。静电驱动MEMS珐珀滤波芯片可实现快速响应，但大范围调节需施加较大的电压，因此其驱动范围有限，且存在非线性响应、“下拉”效应以及易击穿等缺点。1997年，J.Peerlings等人报道一种采用热驱动的MEMS珐珀滤波芯片(IEEE Photon. Technol.Lett,vol.9,pp.1235-1237,1997)，通过热电阻的电热效应驱动可动镜运动，当停止施加电压，热量逐渐消散后珐珀腔复位。采用热驱动的MEMS珐珀滤波芯片，需要较长时间的加热与散热，因此响应速度慢、功耗大。2013年，芬兰国家技术研究中心开发了一款采用压电驱动技术的MEMS珐珀滤波芯片(Proc.SPIE,vol.8870,887002,2013)，其原理是采用压电材料逆压电效应，通过对压电材料施加电压发生形变，改变珐珀腔长度实现光谱调控。但压电材料较难采用MEMS加工技术进行加工，因此影响滤波芯片的批量化、高效率生产。随着光谱成像、红外监控和医疗诊断等方面的发展，对成像质量和光谱大数据的要求越来越高，因此，具有较大通光孔径的宽幅调制MEMS珐珀滤波芯片成为研究的热点。同时，所采用的MEMS加工方法的设计合理性也会大大影响滤波芯片的光学性能以及系统的成像性能。所以，设计合理的加工流程对获得高品质的大孔径MEMS珐珀滤波芯片至关重要。