[发明专利]微型单片可变电气器件以及含有这类器件的装置

说明书

本发明涉及微型单片可变电气器件，特别涉及以起着电容器或开关作用的变形镜空间光调制器(SLM)构成基体“砌块”的器件。

一个SLM由小的镜子或反射器阵列做成，每个这样的镜子或反射器可以成为一个可选择的反光象素。每个象素使入射光沿着由其镜子的位置或取向确定的路径反射。典型地，每个象素镜都可以通过偏转或形变而在一个正常的第一位置或取向以及一个或多个第二位置或取向之间活动。每个象素只在一个位置上(或者是标准位置或者是多个第二位置中的一个)把入射光沿一条经选择的路径引至初级的光接收部位，例如进入一个光学系统，再由该处到达一个观察面或者一张光敏纸上。在所有其他的象素镜位置上，不能把入射光沿着所选择的路径引至初级的光接收部位；而是把光或是引至次级的部位，或是引至一个吸收或消除光的“光汇”(“light sink”)，因此不能到达光接收部位。

一个象素阵列可用来按照某种图形把入射光反射至初级部位。象素阵列可以采取方形阵列或其他正交阵列。在这种情形中，每个象素镜的位置(可以用所附的寻址设施来逐个地控制每个象素镜的位置)可在一个光栅显示器(rasterized display)中改变，以产生一幅视觉图象。参看一般列举出的美国专利5,079,544；5,061,049；4,728,185和3,600,798。也可以参看美国专利4,356,730；4,229,732；3,896,338和3,886,310。一个象素阵列也可以取其他的形式，例如长比宽大得多的矩形列。在此情形下，由所附寻址设施确定的象素镜的位置将有选择地改变，从而反射光可在光敏纸上以每次一准行(quasi—line—at—a—time)的方式印出字符。参见一般列举出的美国专利5,101,236和5,041,851。在这两种情形以及其他的使用环境中，象素镜的适当的阵列和结构可以使SLM按幅度占优或相位占优的方式来调制光。

至少有四类SLM：电光、磁光、液晶以及可偏转(或可形变)镜。最后一类SLM，通常称之为DMD一可偏转(或可形变)镜器件(De-flectable(or Deformable)Mirror Device)或数字式微镜器件(DigitalMicromirror Device)，在该器件中含有可以电子寻址的镜元件的微型机械阵列，镜单元是一些活动的(例如可编转或可形变的)反射器，藉转动、形变或类似于活塞的上下运动，将它们逐个地变成可选择的反射结构。如上面所指出的，每个镜子构成一个可以对电气输入作出响应而作机械运动(偏转或形变)的象素。射至每个镜子的光可以通过由每个有选择地移动或取向的镜子的反射进行方向和/或相位的有选择的调制。迄今为止，DMDSLM已在光相关(例如在Van der Lugt匹配滤波相关器中)、频谱分析、光闩开关、频率册除、高清晰度显示(例如电视)、显示和显示投影、静电印刷以及神经网络中获得应用。

有数种“DMDSLM”，包括悬臂梁和扭力梁型、弹性体型和膜型。在结构上与两种类型相关联，而在工作上与弹性体型和膜型相关联的第四种DMDSLM称之为弯曲染型。对DMDSLM的象素寻址(即有选择地移动)可以用电子束输入来达到，可以用光学的办法或者用现今较好的做法，即使用单片电路、薄膜电路或含有MOS、CMOS和功能类似的器件的混合集成电路来达到。

具体地说，发现用这样的办法来单片地制作象素的集成寻址电路比较方便，即采用常规的MOS/CMOS处理技术在衬底(通常是硅)内或衬底上形成寻址电路，而象素位于衬底之上。寻址电路可以做成平面状并置于相应的象素之下，以限制光透入寻址电路，从而减少光从寻址电路和衬底的衍射。寻址电路可以用模拟的、双稳态(二进制)的和三稳态方式来影响象素。

悬臂梁型和扭力梁型DMDSLM为具有较大的刚性和较小的柔性都含有较厚的镜子或金属反射器，通常为具有较大的柔性在它们的边缘用一个或两个比较细的悬臂梁(或弹簧)或扭力梁(或弹簧)与之连成一体并加以支承。每个镜子在结构上由其梁来支承，并且用隔离物或支撑杆(梁就连接或附着在其上)使镜子与相关联的寻址电路以及作为寻址电路的一部分或由该电路控制的寻址电极相隔开。

当没有偏转力加在每个镜子或金属反射器上时，镜子由其梁保持在它的正常位置上。当从寻址电路对于控制或寻址电极加上一个电压而使之激励时，结果电场均使与电极对准的镜子的一部分经电场线而移动。这一移动是镜子的一部分因库仑或静电引力趋向电极(或在较少情况下是斥离电极)的结果。