一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜制造技术

本发明专利技术公开了一种静电排斥力驱动的ＭＥＭＳ变形镜，包含两个电源接线端、硅基底、位于硅基底之上的Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］绝缘层、位于绝缘层之上的多晶硅或金属下极板和下极板锚点，以及位于下极板上方的多晶硅或金属上极板、上极板锚点和上极板支撑梁，其特征在于：所述下极板各条边或者每间隔一条边的外面均有三个条形下电极；本发明专利技术的静电排斥力驱动的ＭＥＭＳ变形镜能够消除静电拉（ｐｕｌｌ－ｉｎ）现象、增大光学像差校正能力、结构简单；且本发明专利技术的静电排斥力驱动的ＭＥＭＳ变形镜可构成连续或分离的镜面，由其构成的自适应光学系统能够适用于各种要求大行程变形镜的光学系统，具有十分重要的应用价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及微光机电系统
，特别涉及一种适用于自适应光学系统的静电驱动 MEMS变形镜。技术背景在变形镜领域，静电驱动的MEMS变形镜具有响应速度快、能耗低、体积小、单元密 度高以及与集成电路兼容性好的优点，而成为一种最具发展潜力的微变形镜；然而，现有 的静电驱动MEMS变形镜都是基于静电吸引力驱动的，其缺点是行程小和存在静电拉入 (pull-in)形象。这种变形镜的最大行程因受静电拉入现象的影响而不会超过上、下电极初 始间隙的l/3; —旦出现静电拉入现象，会使得上、下电极短路，导致整个器件失效。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种静电排斥力驱动的MEMS 变形镜，它能有效地消除静电拉入现象，并提高变形镜的行程。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是 一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜，包含电源接线端1、电源接线端2、硅基底、位于硅基底之上的Si3N4绝缘层、位于绝缘层 之上的下极板3和下极板锚点7，以及位于下极板上方的上极板8、上极板锚点10和支撑 梁9，其特征在于所述下极板3各边缘或者每间隔一条边的边缘外面均排布有三个条形下 电极4、下电极5和下电极6。所述的三个条形下电极4、下电极5和下电极6的排布方向平行于所排布的边。 所述的上极板3和下极板8可以是正多边形，其材料可以是多晶硅材料或金属材料。 所述的上极板3中有个小孔11。所述的三个条形下电极4、下电极5和下电极6之间的间距、以及下电极6与下极板3 的间距均为3 8^m，而且保持相等。所述的三个条形下电极4、'下电极5和下电极6中，下电极4和下电极6电压相等，并 通过导线与电源接线端2相连。所述的三个条形下电极中间的一个下电极5与下极板3、接线端1以及距离接线端1 最近的一个锚点7的电压都相等。所述的三个条形下电极4、下电极5和下电极6与支撑梁9保持平行，且下电极5的中心线与上极板的支撑梁9中心线重合。所述的三个条形下电极4、下电极5和下电极6的宽度与上极板支撑梁9的宽度之比为 1:1 5:2。所述的上极板3和下极板8之间的间距为0.1 10u m。本专利技术与现有技术相比所具有的优点本专利技术通过在下极板各边(或者每间隔一条边)外面分别引入三个下电极，使得通电后上极板支撑梁受到的静电合力表现为竖直向上的排斥力，从而带动上极板一起向上运动，这样不仅消除了静电拉入(pull-in)现象，而且增大了变形镜的行程，提高了变形镜在自适应光学系统应用中校正像差的能力。附图说明图l是四边驱动的变形镜的下极板结构示意图。 图2是四边驱动的变形镜的上极板结构示意图。 图3是四边驱动的变形镜的三维结构示意图。 图4是四边驱动的变形镜三维结构图的侧视图。 图5是四边驱动的变形镜施加电压时形变示意图。 图6是隔边驱动的变形镜的下极板结构示意图。 图7是隔边驱动的变形镜施加电压时形变示意图。图中l为电源接线端，2为电源接线端，3为下极板，4为下电极，5为下电极，6为 下电极，7为下极板锚点，8为上极板，9为上极板支撑梁，IO为上极板锚点，ll上极板小 孔。具体实施例下面结合附图和具体实施方式详细介绍本专利技术。下面以上、下极板尺寸均为400iimx 400um的正方形、采用静电排斥力驱动的MEMS 分离式(Segmented)变形镜为例，结合附图对本专利技术作具体描述。变形镜的最下层为硅基底，位于硅基底之上的是Si3N4绝缘层，位于绝缘层之上的是下极板3，下极板3的结构示意图如图1所示，其中下极板3的材料为多晶硅或金属，在下极 板3各边缘外面均排布有三个条形下电极4、下电极5和下电极6，电源接线端l通过导线 连接到下电极5、下极板3和锚点7，电源接线端2通过导线连接到下电极4、下电极6。 下极板锚点7分布在下极板3的四个角之外。其中三个条形下电极4、下电极5和下电极6的间距、以及下电极6与下极板3的间距 均为4um;三个条形下电极4、下电极5和下电极6中，下电极4和下电极6电压相等均 为Vp下电极5与下极板3、电源接线端1以及距离龟源接线端I最近的一个锚点7的电压都相等,均为V2; V!与V2不相等，从而能够产生一个电势差。变形镜的上极板8位于下极板3的正上方，上极板8的结构示意图如图2所示；其中 上极板8的材料也可以为多晶硅或金属；在上极板8的每个边的边缘均排布有一个"L"型 的上极板支撑梁9，同时上极板支撑梁9位于条形电极5的正上方，且与三个条形下电极4、 下电极5、下电极6保持平行；上极板支撑梁9的另一端连接上极板锚点10，这里选择上 极板锚点10是尺寸为30n mx30y m，四个上极板锚点10分别和其正下方的下极板锚点7 相连；可以得到整个变形镜的结构示意图如图3所示；在上极板8中还有一个小孔11主要 用于湿法腐蚀过程中释放牺牲层和降低上极板的应力。三个条形下电极4、下电极5和下电极6的宽度与上极板支撑梁9的宽度之比为5:4， 例如每条下电极宽度为10um，上极板支撑梁的宽度为8"m。如附图4所示为变形镜的侧面示意图；这里选择上、下极板之间的空气间隔为lum。如附图5所示为变形镜接通电源后的工作示意图；不施加电压吋，上极板8处于静止 平衡状态；当给两个电源接线端1加120Vol和电源接线端2加OVol电压时，下电极5与 下极板3、电源接线端1以及锚点7的电压为120Vol，下电极4和下电极6通过导线与电 源接线端2相连，所以下电极4和下电极6电压为OVol，而且锚点7与锚点10是相连接的， 从而使上极板8的电压也为120Vol。上极板8与下极板3的电压一样，并且上极板支撑梁9与下电极5电压也相同，由此 产生一个较大的静电排斥电场；而上极板支撑梁9与下极板3的条形下电极4和下电极6 的电压不同，具有电势差，将产生一个较小的静电吸引电场；因此，对上极板8和上极板 支撑梁9产生一个非均匀分布的电场，形成的一个合力方向向上的静电排斥力，从而使上 极板竖直向上运动，达到10um的位移，这样不仅避免了静电拉入现象的发生，而且行程 不再受限于上下极板初始间隙的1/3,从而增强了变形镜的像差校正能力。以上是正方形上极板的每个边缘外面均排布有三个条形下电极4、下电极5和下电极6 的情况；如果只在变形镜相隔一条边的边缘外面排布三个条形下电极4、下电极5和下电极 6，而变形镜上极板8、下极板3、下极板的锚点7和上极板的锚点10、各条形下电极4， 下电极5和下电极6的结构参数均保持不变，变形镜下极板3的示意图如图6所示，没有 排布下电极的两边的锚点7通过导钱和下极板3相连接，'锚点7的位置与四边驱动的情况 下是相同的；变形镜接通电源后的形变图如图7所示，与四边边缘均有下电极不同的是， 要达到相同的10ym的位移量，需要施加150伏的电压，施加电压值比四个边缘均有下电 极的情况时要大。权利要求1、一种静电排斥力驱动的MEMS变形镜，包含电源接线端(1)、电源接线端(2)、硅基底、位于硅基底之上的Si3N4绝缘层、位于绝缘层之上的下极板(3)和下极板锚点(7)，以及位于下极板上方的上极板(8)、上极板锚点(10)和上极板支撑梁(9)，其特征在于所述下极板(3)各边缘或者每间隔一条边的边缘外面均排布有三个条形下电极(4)、下电极(5)和下电极(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种静电排斥力驱动的ＭＥＭＳ变形镜，包含电源接线端（１）、电源接线端（２）、硅基底、位于硅基底之上的Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］绝缘层、位于绝缘层之上的下极板（３）和下极板锚点（７），以及位于下极板上方的上极板（８）、上极板锚点（１０）和上极板支撑梁（９），其特征在于：所述下极板（３）各边缘或者每间隔一条边的边缘外面均排布有三个条形下电极（４）、下电极（５）和下电极（６）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚军，胡放荣，邱传凯，
申请(专利权)人：中国科学院光电技术研究所，
类型：发明
国别省市：51[中国|四川]