本發明專利技術公開了一種基于電鍍工藝的靜電驅動式微型扭轉器件，其典型應用是微型扭轉器件，其包括硅襯底1、由下至上依次生長于所述硅襯底1上的氧化硅層2、氮化硅層3、金屬鋁層4、金屬Cr層5、金屬Cu層6和金屬Ni層7。本發明專利技術結構工作原理和制備工藝簡單，成本低廉，同時功能完備，可提供足夠大的偏轉角度，適用于大規模工業化生產，具有重要的實用價值和產業化前景。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及微型光學器件領域，特別是涉及。
技術介紹
靜電驅動式微型扭轉器件具有驅動方式簡單，頻率響應好，工藝兼容性好等優點，廣泛應用于光學微機電系統領域(M0EMS)。目前主流的靜電驅動式微鏡器件有兩種，德州儀器(TI, Texas Instrument)公司的 DMD (Digital Micro-mirror Device)和基于 SOI 娃片的梳齒式驅動微鏡。這些器件各有利弊:前者為平板驅動式器件，電極之間的間距小，轉角范圍小，轉角與驅動電壓之間的線性度差，但在小角度轉動下可做線性近似處理，其制造工藝為表面犧牲層工藝，對橫向和縱向結構的尺度精度高，對工藝均勻性和設備的要求也比較高。后者為梳齒式驅動器件，改善了轉角與驅動電壓之間的線性度，其制造工藝為體娃工藝，需要使用SOI硅片進行制備，另外還需要有深刻蝕專用設備，工藝成本較高。
技術實現思路
針對上述現有技術中的不足，本專利技術的目的是簡化靜電驅動式微鏡器件的制備工藝流程，降低工藝成本和對工藝設備的要求，同時使其能夠完成足夠大偏角的轉動，符合光路系統的整體設計要求。為實現上述專利技術目的，本申請提供了如下技術方案:—種基于電鍍工藝的靜電驅動式微型扭轉器件，所述微型扭轉器件包括娃襯底1、由下至上依次生長于所述硅襯底I上的氧化硅層2、氮化硅層3、金屬鋁層4、金屬Cr層5、金屬Cu層6和金屬Ni層7。其中，所述氧化硅層2和氮化硅層3的復合層構成方形KOH腐蝕掩模。其中，所述金屬鋁層4為釋放微鏡可動結構的犧牲層。其中，所述金屬Cr層5和金屬Cu層6作為電鍍工藝的種子層。其中，所述金屬Ni層7為微鏡器件的主體結構。其中，所述硅襯底I由KOH溶液進行濕法腐蝕，以釋放微鏡結構。一種基于電鍍工藝的靜電驅動式微型扭轉器件的制作方法，包括如下步驟:第一步，襯底準備，硅襯底I ;第二步，在所述硅片襯底的上表面依次生長氧化硅層2和氮化硅層3，形成復合層；第三步，對所述復合層進行圖形化刻蝕，形成后續KOH深腐蝕工藝的掩模；第四步，在所述硅片襯底及復合層表面淀積金屬鋁4，并對其進行圖形化刻蝕，作為后續微鏡結構釋放的犧牲層；第五步，在第四步所述硅片I和復合層以及圖形化的金屬鋁4表面濺射金屬Cr5，再濺射金屬Cu6，形成后續電鍍工藝的種子層；第六步，在第五步所述金屬種子層上用光刻定義電鍍圖形區域，電鍍Ni7形成微鏡器件的主體結構；第七步，以第六步中的電鍍Ni7圖形為掩模，去除第五步中濺射的種子層Cu6和Cr5 ；第八步，用濕法腐蝕的方法去除第四步中淀積的金屬鋁4 ；第九步，采用KOH各向異性腐蝕的方法對第八步中露出的硅襯底I進行深腐蝕，釋放微鏡結構，完成靜電驅動式微鏡的制備優選地，所述依次生長于硅襯底上的氧化硅層的厚度為100_400nm，最佳厚度為300nm,氮化娃層的厚度為100-200nm,最佳厚度為150nm。優選地，所述金屬鋁層的厚度為200-600nm，最佳厚度為400nm。優選地，所述金屬Ni層的厚度為1-4 μ m,最佳厚度為2 μ m。優選地，第一步中的襯底硅為(100)晶向的硅。優選地，第三步驟中對復合層的圖形化刻蝕，應使圖形的外邊緣與襯底硅的(110)晶向平行。優選地，第九步中的腐蝕硅襯底的深度為250-350 μ m，最佳為300 μ m。有益效果在本專利技術中，我們提出一種基于電鍍和濕法腐蝕工藝的靜電驅動式微鏡器件。采用電鍍工藝制備微鏡器件的主體結構，制備工藝簡單，成本低廉；在條件受到限制，沒有深刻蝕專用設備的情況下，采用KOH的濕法腐蝕工藝代替深刻蝕工藝，可謂物美價廉；該器件使用普通的硅片襯底就可制備，不用SOI基片，大大降低工藝成本；此外，該器件制備的工藝大部分為低溫工藝，與CMOS工藝的兼容性好。總之，該制備方法對工藝設備的要求寬松，制備成本低廉，工藝兼容性好，適用于大規模工業生產，具有廣泛的應用前景。本專利技術通過采用電鍍工藝和濕法腐蝕工藝作為制備靜電驅動式微鏡結構的關鍵工藝，制備出的金屬微鏡能夠將入射到鏡面表面的光線反射到特定的位置。在金屬微鏡和襯底硅之間加上一定的電壓時，金屬微鏡在靜電力的作用下發射扭轉，鏡面的轉動引起光線入射角和反射角的變化，進而使光線的反射點位置(反射光斑)發生偏移。用適當的電信號控制微鏡器件的轉動，可以使入射的光線達到定向投影的效果。相比于目前主流的基于體硅工藝的梳齒驅動式微鏡，本專利技術結構和工藝相對簡單，制備成本低廉，對設備的要求更低，同時功能完備，可提供足夠大偏角的轉動，具有重要的實用價值和產業化前景。附圖說明圖1是依據本專利技術實施方式的于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡的結構示意圖，其中圖1 (a)是俯視圖，圖1 (b)是沿(a)中AB線段所截得的剖面圖；圖2是依據本專利技術實施方式的于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡的制作方法流程示意圖；圖3是依據本專利技術實施方式的于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡的工作原理示意圖。其中，1:娃襯底；2:氧化娃層；3:氮化娃層；4:金屬招層；5:金屬Cr層；6:金屬Cu層；7:金屬Ni層；8、金屬Ni微鏡器件鏡面部分；9、金屬Ni微鏡器件扭轉梁部分；10、金屬Ni微鏡器件錨點(Anchor)部分；11、一種基于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡器件；12、入射激光源；13、激光接收器；14、入射激光；15:反射激光；16:微鏡偏轉后的反射激光；17:微鏡器件中的鏡面位置；18:偏轉后的微鏡器件鏡面位置；19、提供偏轉電壓的電源。具體實施例方式下面結合附圖和實施例，對本專利技術的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本專利技術，但不能用來限制本專利技術的范圍。本專利技術實施例基于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡結構如圖1所示，主要由硅襯底1，以及依次形成于其上的圖形化的氧化硅層2、氮化硅層3、金屬Cr層5、金屬Cu層6和金屬Ni層7組成。所述金屬Ni層7構成微鏡器件主體結構，硅襯底I以圖形化的氧化硅層2、氮化硅層3復合層為掩模，進行KOH的濕法腐蝕，腐蝕深度優選為300 μ m。本專利技術實施例基于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡結構的制作流程截面圖如圖2(a)- (f)所示，所取截面為圖1中沿AB線段所截取的剖面。第一步，在準備好的硅襯底I上依次生長氧化硅層2、氮化硅層3，并對氧化硅層2、氮化硅層3的復合層進行圖形化刻蝕，形成進行KOH濕法腐蝕的掩模層(見圖2 (a))。第二步，在表面淀積一層金屬鋁層4，并對其進行圖形化腐蝕，作為微鏡器件結構的犧牲層(見圖2 (b))。第三步，在表面淀積一層金屬Cr層5、金屬Cu層6，作為后續電鍍工藝的種子層(見圖2 (C))。第四步，在種子層上進行圖形化電鍍金屬Ni層7，形成微鏡器件的主體結構(見圖2 (d))。第五步，對第三步中淀積的金屬Cr層5、金屬Cu層6，和第二步中淀積的金屬鋁層4進行濕法腐蝕，去除多余的種子層并裸露出微鏡器件下方的襯底硅，以便進行結構釋放(見圖2 (e))。最后一步，對襯底硅進行KOH的濕法腐蝕，釋放微鏡器件結構，從而形成本專利技術基于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡結構(見圖2 (f))。本專利技術實施例基于電鍍工藝的靜電驅動式微鏡結構的工作原理如圖3所示。實際使用時，入射光線14 (例如由激光器12產生的一束激光)以一定的入射角照射在微鏡器件表面，鏡面以相同的反射角將光線反射出去，反射光線15投射在處本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種基于電鍍工藝的靜電驅動式微型扭轉器件，其特征在于：所述微型扭轉器件包括硅襯底（1），依次生長于硅襯底（1）上并進行了圖形化刻蝕的氧化硅層（2）、氮化硅層（3），生長于硅襯底（1）以及氮化硅層（3）表面并進行了圖形化腐蝕的金屬鋁層（4），依次生長于硅襯底（1）、氮化硅層（3）以及金屬鋁層（4）表面的金屬Cr層（5）、金屬Cu層（6），經光刻定義圖形區域后電鍍生長于金屬Cu層（6）上的金屬Ni層（7）。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：李志宏，劉坤，
申請(專利權)人：北京大學，
類型：發明
國別省市：
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