微型可調諧紅外濾光器的製作方法

2023-06-12 08:30:11 2

專利名稱：微型可調諧紅外濾光器的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於微光學器件，涉及一種用於紅外成像的紅外可調諧濾光器的改進。
已有技術現狀目前國際上用於紅外成像的紅外可調諧濾光器有聲光方法、Fabry-Perot方法和Fourier變頻光譜方法等，均具有高透射、寬接收角和寬可調型焦平面變頻等優點。其共同的不足是體積過大。近幾年國外也提出了微型化結構及製作方法，由於其各部分分別採用微機械和機械方法製作，使得濾光器的製造沒有完全解決微型化、集成化過程中存在的工藝兼容這一關鍵問題。
已有結構(T.R.Ohnstein，J.D.Zook，等Proc.MEMS′95，MICROElectro Mechanical Sytems，PP170-174，IEEE，Amsterdam(1995))由支撐體、光柵固定端、可調諧光柵主體、光柵插棒、驅動器組成，微型可調諧光柵包括光柵固定端、光柵主體及光柵插棒。可調諧光柵主體的兩端分別與光柵固定端及光柵插棒相連接，驅動器的空氣隙與光柵插棒相對並且光柵插棒插入驅動器空氣隙，可調諧光柵及驅動器的支撐體位於二者的正下方，支撐體與光柵固定端及驅動器為固定連接，在可調諧光柵主體下方無支撐體，光柵插棒懸浮在支撐體上方。
已有結構中光柵插棒懸浮在支撐體上方雖然減少摩擦，但不利於工藝製作，同時易引起可調諧光柵在與支撐體平面垂直方向上引起光柵主體彎曲，降低器件工作精度。原文獻並沒有給出驅動器的具體結構，只用圖示說明其有電磁鐵及空氣隙。
本實用新型的目的是解決上述已有技術的問題，將典型的微機械工藝與微電子有機結合，利於批量製作及與其它器件與電路的集成，將提供一種集成化微型可調諧紅外濾光器。
本實用新型如圖1所示包括在襯底(1)的上表面集成製備有光柵固定端(2)、光柵主體(3)、光柵滑動端(4)、驅動器(5)、驅動器引線(6)、(7)、驅動器電極(8)、(9)、線圈(10)、空氣隙(11)、鐵芯(12)。可調諧光柵包括光柵固定端(2)、光柵主體(3)及光柵滑動端(4)。光柵主體(3)的兩端分別與光柵固定端(2)的一端及光柵滑動端(4)的一端相連接，光柵滑動端(4)另一端的部分插入驅動器(5)的開口端，襯底(1)作為可調諧光柵及驅動器(5)的支撐體位於二者的正下方，襯底(1)的上表面與光柵固定端(2)的下表面及驅動器(5)的下表面固定連接，在襯底(1)本體上製備有空氣隙(11)，光柵主體(3)置於空氣隙(11)的上方，驅動器引線(6)(7)及電極(8)(9)位於襯底(1)的上表面，光柵滑動端(4)與襯底(1)間為可滑動接觸連接，光柵主體(3)與襯底(1)間為非接觸，驅動器(5)中的線圈(10)繞制在鐵芯(12)周圍。
本實用新型工作原理如下當驅動器不工作(即驅動器電極間不加電壓)時，可調諧光柵處於自由狀態，可調諧光柵間距為a。當驅動器電極間加直流電壓V時，在驅動器線圈中有電流I通過。驅動器開口端的磁場使光柵滑動端向驅動器方向移動，從而引起為光柵間距均勻增加Δa。這時光柵間距變為a＋Δa。通過外加電路調節驅動器電壓V，可使光柵間距在一定範圍內連續改變，使可調諧光柵工作波長在3-13微米範圍內變化，從而使紅外可調諧濾光器輸出成像信息。
本實用新型優點在於1、採用準LIGA技術作為本實用新型的基礎工藝，製備了具有工藝簡化、低成本、高效率的顯著特點，集成化、微型可調諧紅外濾光器；2、本實用新型採用典型的三維微細加工技術將可調諧光柵與驅動器集成製作在同一襯底上，不需裝配對準，可以與其他微器件或電路集成，便於製成微光電機械系統晶片；減少器件中各部分的位置誤差，提高器件的可靠性及成品率。解決已有技術採用分離件裝配製作器件，不利於批量製作，不能與其它器件及電路集成；同時也增加了由工藝引起的位置誤差，降低了器件精度的問題。
本實用新型隨著器件原理、工藝及微集成技術的深入研究，使其不僅作為微型紅外截止濾光器使用，還可將其作為重要元件，用於高精度的微重量測試的電子秤、壓力傳感器、加速度傳感器、應變/溫度測試儀及位移傳感器等。以這種器件為主體製造的微型化儀器將可望用於遙感探測、太陽光譜、熱輻射探測、空間科學、環境科學、光纖通信等領域。


圖1是本實用新型主剖視圖圖2是圖1的俯視圖本實用新型的實施例如圖1所示包括有襯底(1)、光柵固定端(2)、光柵主體(3)、光柵滑動端(4)、驅動器(5)、驅動器引線(6)、(7)、驅動器電極(8)、(9)、線圈(10)、空氣隙(11)、鐵芯(12)。
襯底(1)採用3吋(100)晶向矽片，將襯底雙面化學拋光。光柵固定端(2)、光柵主體(3)、光柵滑動端(4)、鐵芯(12)採用坡莫合金材料製成。光柵主體(3)採用透射光柵。驅動器(5)採用微型電磁驅動器。驅動器引線(6)、(7)和驅動器電極(8)、(9)、線圈(10)採用銅材料。空氣隙(11)是在襯底(1)背面光刻並用KOH溶液進行溼法刻蝕。
襯底清潔處理步驟為1)、以甲苯、丙酮、乙醇等去除油汙等有機物；2)、用王水煮沸去除金屬離子；3)、用去離子水超聲清洗，無水乙醇脫水後烘乾；襯底用PECVD方法雙面分別生長厚度約1微米的氮化矽絕緣層；在襯底的氮化矽絕緣層表面上射頻濺射厚度為500納米的二氧化矽薄膜，採用微電子技術中的薄膠光刻、溼法腐蝕，在光柵滑動端氮化矽薄膜之間形成光柵滑動端的犧牲層；驅動器線圈底層繞線、驅動器電極、外引線的電鑄陰極為厚度700納米的金屬銅；驅動器線圈底層繞線及驅動器電極、外引線是用精密脈衝電鑄銅製作；塗覆的光敏材料為聚醯亞胺；濺射的電鑄陰極為坡莫合金；採用電鑄坡莫合金作為可調諧光柵和線圈鐵芯；去膠並幹法刻蝕坡莫合金材料的電鑄陰極；幹法刻蝕的光敏絕緣材料為聚醯亞胺；濺射銅薄膜作電鑄陰極，厚膠光刻並電鑄銅作為線圈中層。在光刻、電鑄銅形成線圈上層；襯底背面光刻並進行用KOH溶液作為腐蝕液進行深刻蝕，形成可調諧光柵主體背面空氣隙；幹法刻蝕除去線圈上層以外的絕緣層。
權利要求1.微型可調諧紅外濾光器，包括光柵固定端(2)、光柵主體(3)、光柵滑動端(4)，其特徵在於在襯底(1)的上表面集成製備有光柵固定端(2)、光柵主體(3)、光柵滑動端(4)、驅動器(5)、驅動器引線(6)、(7)、驅動器電極(8)、(9)、線圈(10)、空氣隙(11)、鐵芯(12)，光柵主體(3)的兩端分別與光柵固定端(2)的一端及光柵滑動端(4)的一端相連接，光柵滑動端(4)的另一端部分插入驅動器(5)的開口端，襯底(1)作為可調諧光柵及驅動器(5)的支撐體位於二者的正下方，襯底(1)的上表面與光柵固定端(2)的下表面及驅動器(5)的下表面固定連接，在襯底(1)本體上製備有空氣隙(11)，光柵主體(3)置於空氣隙(11)的上方，驅動器引線(6)(7)及電極(8)(9)位於襯底(1)的上表面，光柵滑動端(4)與襯底(1)間為可滑動接觸連接，光柵主體(3)與襯底(1)間為非接觸，驅動器(5)中的線圈(10)繞制在鐵芯(12)周圍。
專利摘要本實用新型屬於微光學器件,包括襯底、光柵固定端、光柵主體、光柵滑動端、驅動器、驅動器引線、驅動器電極、線圈、空氣隙、鐵芯,用準LIGA技術工藝簡化、低成本、效率高;用典型的三維微細加工技術將可調諧光柵與驅動器集成製作在同一襯底上,不需裝配對準,便於製成微光電機械系統晶片;本實用新型提供微型可調諧紅外濾光器,可用於微重量測試的電子秤、壓力傳感器、加速度傳感器、應變/溫度測試儀及位移傳感器等。可用於遙感探測、太陽光譜、熱輻射探測、空間科學、環境科學、光纖通信等領域。
文檔編號G02B27/42GK2478134SQ0122232
公開日2002年2月20日 申請日期2001年4月30日 優先權日2001年4月30日
發明者梁靜秋, 姚勁松, 王立軍 申請人:中國科學院長春光學精密機械與物理研究所