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基于静电驱动的平行平板型微反射镜的研制

微纳电子技术 2023年第6期60卷 924-930页

作者：吴嘉琦赖丽燕李以贵上海应用技术大学理学院上海201418

设计了一种基于静电驱动的平行平板型微反射镜,主要由镜面、下电极、支柱和玻璃基板构成。通过有限元模拟分析得到的仿真结果表明,带孔结构的微镜模型模拟位移量是传统双横梁支撑结构微镜模型的1.5倍,确定了制备的微镜装置结构。在制备... 详细信息

设计了一种基于静电驱动的平行平板型微反射镜,主要由镜面、下电极、支柱和玻璃基板构成。通过有限元模拟分析得到的仿真结果表明,带孔结构的微镜模型模拟位移量是传统双横梁支撑结构微镜模型的1.5倍,确定了制备的微镜装置结构。在制备过程中只采用了溅射、光刻、机械切割及反应离子刻蚀等工艺,简化了工艺流程,降低了制备成本。使用反应离子刻蚀(RIE)去除牺牲层,为了克服光刻胶OFPR800灰化速度慢、灰化时间过长会损伤器件的问题,提出添加氟类气体的解决方法。实验结果表明,使用O_(2)和SF_(6)混合气体作为刻蚀气体刻蚀牺牲层后,射频(RF)溅射成的铝膜平均表面粗糙度为5.33 nm,均方根粗糙度为7.44 nm,在250~850 nm的波长范围内能够得到70%以上的反射率,并且无光刻胶的残留,刻蚀效果最理想,因此采用了O_(2)/SF_(6)RIE工艺去除牺牲层。针对仿真中出现镜面层厚度变化影响驱动位移的现象,制备了镜面层厚度分别为0.5和0.8μm两种微镜样品进行了测试。实验结果表明:0.5μm厚的样品不能承受自重而凹陷,0.8μm厚的样品镜面驱动位移接近0.1μm,符合设计要求。

关键词：微电子机械系统(MEMS) 微反射镜静电驱动平行平板型玻璃基板

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基于体硅工艺的微反射镜的原理性实验

清华大学学报（自然科学版） 2004年第8期44卷 1057-1060页

作者：王子旸徐永青杨拥军尤政任大海清华大学精密仪器与机械学系北京100084 中国电子科技集团电子第十三研究所石家庄050002

基于体硅工艺的微反射镜具有体积小、质量轻、驱动电压低、偏转角度大等优点,在激光敌我识别和光通信等领域都有着广泛的应用。该文设计了一种基于体硅工艺的微反射镜,其偏转角度可以通过驱动电压控制;对这种结构建立了理论模型,对吸合... 详细信息

基于体硅工艺的微反射镜具有体积小、质量轻、驱动电压低、偏转角度大等优点,在激光敌我识别和光通信等领域都有着广泛的应用。该文设计了一种基于体硅工艺的微反射镜,其偏转角度可以通过驱动电压控制;对这种结构建立了理论模型,对吸合电压、吸合角度和固有频率进行了分析;简要介绍了这种微反射镜的加工工艺;并对微反射镜样机做了原理性实验研究。微反射镜镜面面积为1240μm×980μm,最大偏转角度约为2.6°,吸合电压约为27V,固有频率为750Hz左右。

关键词：物理光学仪器微光机电系统微反射镜激光

（100）硅片的各向异性腐蚀及微反射镜的制作

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光子学报 2002年第Z2期31卷 151-154页

作者：纪平潘建旋徐宝琨董玮陈维友刘彩霞张歆东贾翠萍张龙吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室长春130023

在（100）硅片上进行各向异性腐蚀时，能暴露垂直的{100}面、倾角为45°的{110}面和倾角54°的{111}面，{111}面是沿着方向形成的，{100}和{110}面是沿着方向形成的。用纯KOH水溶液和KOH+IPA（异丙醇）混合水溶液在（100）硅片上沿方向... 详细信息

在（100）硅片上进行各向异性腐蚀时，能暴露垂直的{100}面、倾角为45°的{110}面和倾角54°的{111}面，{111}面是沿着方向形成的，{100}和{110}面是沿着方向形成的。用纯KOH水溶液和KOH+IPA（异丙醇）混合水溶液在（100）硅片上沿方向腐蚀所暴露的平面是不同的，使用纯KOH水溶液总是能暴露与衬底垂直的{100}面，在使用KOH+IPA混合溶液时，当KOH的浓度较低的，暴露与裤底倾角是45℃的{110}面，当KOH溶度高于50％时，暴露出光滑且与衬底垂直的{100}面。根据这一结论，使用KOH浓度高于50％的KOH+IPA混合水溶液，在（100）硅片上沿着方向制作出微反射镜，微镜的表面粗糙度低于100nm。

关键词： (100)硅片各向异性腐蚀微反射镜制作工艺纯KOH水溶液表面粗糙度倾角

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飞秒激光在玻璃材料中制备光波导和微反射镜

光子学报 2002年第Z2期31卷 137-140页

作者：高仁喜张家骅孙江亭张立功郑杰中国科学院长春光学精密机械与物理研究所长春130021 中国科学院激发态开放实验室长春130021

飞秒激光脉冲与物质相互作用会产生多种非线性现象，会引起材料结构的改变和材料折射率n的变化。我们利用波长为800nm，脉宽为120fs，频率为1kHz的飞秒激光脉冲，在不同玻璃材料中制作出了横截面直径在5μm—10μm，长度为1.5cm的柱状... 详细信息

飞秒激光脉冲与物质相互作用会产生多种非线性现象，会引起材料结构的改变和材料折射率n的变化。我们利用波长为800nm，脉宽为120fs，频率为1kHz的飞秒激光脉冲，在不同玻璃材料中制作出了横截面直径在5μm—10μm，长度为1.5cm的柱状区域。用He—Ne激光器的632.8nm激光进行光耦合，观察到光波导效应。由NA=（2n^*△n^1/2）粗测△n为0.001—0.008。在K9玻璃中制作出厚为2μm，长为1.5cm的片状区域，发现全反射现象，表明n变小，变化量大约为—0.006。这些现象可为在集成光学上制备光波导、光栅、光反射镜、三维集成光路等微结构制做提供崭新的方法。同时，利用光谱和原子力显微形貌（AFM）对结构变化引起n变化的物理机制进行了讨论。

关键词：飞秒激光玻璃材料光波导微反射镜制备物理机制

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甲虫对可调微反射镜的启发

激光与光电子学进展 2007年第7期44卷 13-14页

作者：夏天(编译)

英国的物理学家认为，可调微反射镜的制造可以从南美有着层叠纳米层奇异外壳的甲虫得到启示。埃克塞特（Exeter）大学的SharonJewell等发现，甲虫奇异的微结构能控制反射光的偏振和波长，这还是动物界的首例。甲虫Plusiotic家族的许多... 详细信息

英国的物理学家认为，可调微反射镜的制造可以从南美有着层叠纳米层奇异外壳的甲虫得到启示。埃克塞特（Exeter）大学的SharonJewell等发现，甲虫奇异的微结构能控制反射光的偏振和波长，这还是动物界的首例。甲虫Plusiotic家族的许多成员有着仅反射左旋圆偏振光的闪光外壳。有些甲虫壳的蛋白质基质中含有几丁质纤维，其结构与胆甾相液晶的螺旋面微结构很相似。

关键词：微反射镜甲虫可调圆偏振光胆甾相液晶微结构物理学家纳米层

微机械光开关微反射镜的制作和驱动结构的有限元分析

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微机械光开关微反射镜的制作和驱动结构的有限元分析

作者：纪平吉林大学

学位级别：硕士

将微机电系统（MEMS）与光器件融合于一体的微光机电系统（MOEMS）是MEMS的一个重要的研究方向，它采用微细加工的技术手段，把微光学器件、微电子器件和微机械结构或装置集成在相兼容的基体材料上，充分发挥三者的综合性能，不仅能够... 详细信息

将微机电系统（MEMS）与光器件融合于一体的微光机电系统（MOEMS）是MEMS的一个重要的研究方向，它采用微细加工的技术手段，把微光学器件、微电子器件和微机械结构或装置集成在相兼容的基体材料上，充分发挥三者的综合性能，不仅能够使光学系统微型化而降低成本，而且可实现光学元件间的自对准，更重要的是这种组合还会产生新的光学器件和装置。MOEMS的出现将极大的促进信息通讯，航天技术以及光学工具的发展，对整个信息化时代将产生深远的影响。随着信息时代的到来，光通信系统中器件的小型化、大阵列、低成本将是光通信技术的主要发展方向。光开关是新一代全光网络的关键器件，微机电系统（MEMS）光开关具有体积小、重量轻、能耗低、性能稳定;适于大批量生产、生产成本低;惯性小、谐振频率高、响应时间短等优点，有着巨大的市场潜力和广阔的应用前景。对MEMS光开关在其理论分析、结构设计以及加工工艺等方面的研究具有十分重要的意义，将大大促进光纤通信事业的发展。本文确定了制作光开关为反射镜的工艺条件，设计并制作了硅各向异性湿法腐蚀过程中晶向对准图形，在（100）硅片上制作了微反射镜，光纤槽。通过对硅晶体的结构特点和其在氢氧化钾溶液(KOH)中各向异性腐蚀特性的研究，充分利用了硅晶体的{111}面在KOH溶液中腐蚀自停止效应，采用表面微机械加工工艺和体硅微机械加工工艺来制作MEMS光开关为反射镜。本文还阐述了利用(100)硅片的各向异性腐蚀性质制作微镜的基本原理，在（100）硅片上进行各向异性腐蚀时，能暴露垂直的{100}面、倾角为45度的{110}面和倾角为54.74度的{111}面。{111}面沿着较蛐纬傻模瑊100}和{110}面是沿着较蛐纬傻摹１疚氖褂么縆OH水溶液和KOH＋IPA混合水溶液对（100）硅片沿着较蚪懈矗圆啾诘那憬怯氡砻婀饣潭冉蟹治觯縆OH的浓度为35﹪和50﹪水溶液中腐蚀出的样品，浓度低于35％时表面较粗糙，KOH和IPA混合溶液KOH的浓度分别20%时，出现倾角为45°的侧壁，而且表面较粗糙，能明显地看到沉淀物：在浓度上升到35%时侧壁的倾角为45°，但表面明显比浓度为20%时光滑;当KOH浓度上升至50%，出现了陡直的侧壁。本文对所涉及到的低压化学气相沉积工艺(LPCVD)、切片工艺、光刻工艺、反应离子刻蚀工艺、湿法刻蚀工艺和磁控溅射工艺进行了深入的研究与反复的实验测试，得出了较理想的工艺参数。 ANSYS是目前世界顶端的有限元商业应用程序。美国JohnSwanson博士于1970年创建ANSYS公司后,便开发出了该应用程序,以此用计算机模拟工程结构分析,历经30多年的不断完善和修改,现成为全球的工程应用最受欢迎的应用程序。该应用程序的主要特点是紧跟计算机硬件、软件发展的最新水平,功能丰富,用户界面好,前后处理和图形功能完备,并且使用高效的有限元系统。它拥有丰富的、完善的单元库、材料模型库和求解器,保证了它能够高效地求解各类结构的静力、动力、振动、线性和非线性问题,并能有效地求解温度场问题、散热场以及多场耦合问题;它的友好的图形界面和程序结构使用户易学易用,通常专业人员在一个月左右的时间内就能掌握其应用方法和技巧;它的完全交互式前后处理和图形文件,大大减轻了用户创建工程模型,生成有限元模型以及分析和评价结果的工作量;它的统一和集中的数据库,保证了系统各模块之间的可靠和灵活的集成;它的DDA模块实现了它与多个CAD软件产品的有效连接。ANSYS的各种产品适应于各种计算机平台的版本,为用户提供了各种可能的选择。该软件的另一主要优点是耦合场分析功能———磁场分析的耦合载荷可被自动耦合到结构、流体及热单元上,在对电路耦合器件的电磁场分析时,电路可被直接耦合到导体或电源,同时也可计及运动的影响。在理论上用ANSYS分析并模拟了开关运动的情况，在50伏电压下上电极可以运动31um,这和我们运用传统方法计算分析的结果基本相似。分析结果也反映出随着驱动电压的升高，偏移量随着增加，当驱动电压升高到一定高度时（阈值）时,上电极就会很快到达下电极.以此为基础将更好的为MEMS光开关的研制铺平道路。在测量方面, 我们利用稳定化光源和光功率计对光开关的插入损耗和串话进行了测量，直通状态下的插入损耗小于2dB，反射状态下的插入损耗小于3dB，串话小于-50 dB。采用单模光纤连接损耗理论对光开关的插入损耗进行了分析，在直通状态时引起插入损耗的主要原因是：两根单模光纤连接时的轴向、径向和角度偏移。而反射状态时引起插入损耗的原因除了光纤连接引起的损耗以外，还包括反射镜的表面粗糙和反射镜的厚度引起的损耗。并且指出若要求反射状态的插入损耗小于2dB，使用普通的单模光纤耦合的难度是相当大，因此需要在光纤的端部进行适当的加工处理。

关键词：微机械光开关微反射镜驱动结构有限元光通信 MEMS光开关

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微反射镜和光纤自对准V型槽的制作

微细加工技术 2002年第4期 66-69,74页

作者：董玮阮圣平张歆东刘彩霞张龙纪平潘建旋贾翠萍陈维友吉林大学电子科学与工程学院集成光电子学国家重点实验室长春130023

用纯KOH水溶液和KOH +IPA混合水溶液在 ( 1 0 0 )硅片上沿方向上腐蚀所暴露的平面是不同的。纯KOH水溶液中总是能暴露与衬底垂直的 {1 0 0 }面 ,在KOH +IPA溶液中 ,随着KOH的浓度不同将暴露 {1 1 0 }和 {1 0 0 }面。使用KOH浓度为 50 %... 详细信息

用纯KOH水溶液和KOH +IPA混合水溶液在 ( 1 0 0 )硅片上沿方向上腐蚀所暴露的平面是不同的。纯KOH水溶液中总是能暴露与衬底垂直的 {1 0 0 }面 ,在KOH +IPA溶液中 ,随着KOH的浓度不同将暴露 {1 1 0 }和 {1 0 0 }面。使用KOH浓度为 50 %的KOH +IPA溶液 ,在 ( 1 0 0 )硅片上一次掩模制作微反射镜和光纤自对准V型槽 ,微镜的表面粗糙度低于 1 0nm。

关键词：微反射镜光纤自对准V型槽制作 KOH溶液 KOH+IPA溶液氢氧化钾光开关

微反射镜非掩膜光刻方法引起美国防机构强烈兴趣

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半导体信息 2003年第6期 25-26页

作者：郑冬冬

《亚太电子商情》2003年10月报道:由Semiconductor Research公司(SRC)及美国国防先进研究项目局组织的Low Volume Patterning Workshop预计将讨论基于微反射镜阵列的非掩膜光刻方法所存在的技术挑战。工作组旨在基于一个可编程或可重配... 详细信息

《亚太电子商情》2003年10月报道:由Semiconductor Research公司(SRC)及美国国防先进研究项目局组织的Low Volume Patterning Workshop预计将讨论基于微反射镜阵列的非掩膜光刻方法所存在的技术挑战。工作组旨在基于一个可编程或可重配置的掩膜,从5000万～1亿个微反射镜阵列生成一个扫描器,每一个反射镜测量不到10个微米。

关键词：掩膜微反射镜技术挑战图形生成研究项目光脉冲演示工具光阻小批量产品合资企业

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利用(110)硅片制作微反射镜

吉林大学学报（信息科学版） 2003年第2期21卷 97-99页

作者：张龙董玮刘彩霞张歆东陈维友徐宝琨吉林大学集成光电子国家重点联合实验室吉林长春130023

采用体硅微机械加工方法,通过光刻、反应离子刻蚀和氢氧化钾水溶液湿法刻蚀等工艺,根据(110)硅片结晶学原理,在(110)硅片上制作出微反射镜。微反射镜的镜面为{111}晶面,利用扇形定位区域,精确地沿(110)硅片的{111}晶面进行定向腐蚀,可... 详细信息

采用体硅微机械加工方法,通过光刻、反应离子刻蚀和氢氧化钾水溶液湿法刻蚀等工艺,根据(110)硅片结晶学原理,在(110)硅片上制作出微反射镜。微反射镜的镜面为{111}晶面,利用扇形定位区域,精确地沿(110)硅片的{111}晶面进行定向腐蚀,可使微反射镜镜面垂直度达到90°±1°,表面粗糙度经测量低于6nm,在上面蒸金后其反射率可达95%。

关键词：微反射镜 {111}晶面刻蚀