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1、微细加工技术在微光开关制造中的应用第l期2002年3月徽细.~Dq-技术MICR()n蝴ICATIoNTECH0LOGY?】Ma3".2002文童编号:1003-8213(2002)01—0071—05微细加工技术在微光开关制造中的应用茅昕辉,陈丹晔.,吴茂松,蔡炳初(I上海交通大学微纳米科学技术研究院,上海200030;2东南大学机械工程系,南京210096)摘要:微光开关是新一代奎光通信网络中的关键器件.利用微细加工技术制造微光开关具有很多突出的优点,受到广泛的研究.总结了几种典型的微光开关制造中运用的微细加工技术,并介绍了它们的应用
2、和相应的特点.关键词:光开关;全光网络;微细加工技术;表面加工;体加工中图分类号:TM564文献标识码:A1前言由于光纤通信所具有的诸多优点,例如:体积小,重量轻,保密性好,通信通信容量大,质量高,价格相对低廉等,它已经成为现代通信系统最重要的组成部分.信息技术的飞速发展,特别是宽带技术的引入,对光纤通信网络的传输容量和速度提出了更高的要求.在目前情况下,光纤网络中的电交换体制成为进一步提高光纤网络性能的瓶颈.因此全光光纤通信网络受到广泛的重视,成为目前研究开发的热点….光开关是新一代全光网络中的关键器件J,主要用来实现全光层次的路由选择
3、,波长选择,光交叉连接,自愈保护等功能.目前已经报道的光开关器件大致包括以下几类:微机电系统(MEMS)光开关,液晶光开关,气泡光开关,热光光开关,全息光开关,液晶光栅光开关和声光光开关等.其中,MEMS光开关由于具有下列较为突出的特点,因而成为目前光开关产品研究和开发的:主流方向之一_j一5J(1)微型化.MEMS器件体积小,重量轻,耗能低,惯性小,谐振频率高,响应时间短.整个系统结构小型化;2)器件光学和机械性能优良.插入损(耗小,线路问相互串扰极低,对光的波长和偏振不敏感,器件的抗老化和抗干扰性能好.并且通常采用硅为主要材料,机械和
4、电气性能优良;(3)批量生产.采用类似集成电路的生产工艺和过程,容易进行大批量生产,从而大大降低生产成本,使其在经济方面具有较强的竞争力;(4)集成化.可以把多种不同的微传感器,微执行器和微电子电路集成在一起,形成复杂的微系统,从而大大增加系统的功能程度;(5)方便扩展.采用模块化的设计,系统收稿日期:2001—06-01作者简介:茅昕辉(t970一),男,江苏省启东市人,上海交通大学微纳米科学技术研究院在读博士生.微细加工技术2002可以很方便地进行扩展和升级.目前各国正在研究中的不同种类MEMS光开关几乎运用了微细加工所有的技术,包括
5、体微加工技术,表面加工技术,高宽深比微加工技术以及微组装,键合和器件封装技术等本文两类典型的,VIEMS光开关,即微镜为基础的光开关和移动光纤式的微光开关为例,对其中所使用的微细加工技术进行简要的分析2微镜为基础的光开关匕l微镜为基础的光开关系统的两种主要构成方式如图1所示.两种光开关系统通常都是静电驱动,均能构成N×N多端口数的光交叉连接结构.所不同的是,图la中所示的系统采用N,个具有两个稳定状态的微镜构成(它所用的微镜结构如图2a所示);而图lb所示的系统采用2N个具有多个稳图l微镜为基础的光开关系统构成示意固定状态的微镜构成(它所
6、用的微镜结构如图2b中的照片所示)相比之下,图1b的系统在相同的端口数目下采用的微镜数目较少,在多端口数的系统应用中占有一定的优势.执.精图2微镜光开关的结构构成这两种光开关系统的部件主要有微镜,支撑结构,铰链和驱动结构等,它们的制造都是采用表面微加工技术.目前国际上对此类器件制作工艺已经相当成熟.例如,美国北卡罗来纳微电子中心(MicroelectronicsCenterofNorthCarolina,MCNC)开发成功了标准的多用户微机电系统工艺(Multi—user.MEMSProcess,MUMPS),用于此类器件的制造.图3结出
7、了主要结构为三层多品硅的MUMPS表面加工技术的断面示意图,用户也可以根据各自器件不同的设计,改变各层薄膜的厚度和所用的材料.两种以微镜为基础的光开关都已经用这种标准第1期茅听辉等:微细加工技术在撒光开关制造中的应用工艺进行了成功的制备.在这两种微镜光开关的制备过程中,该工艺体现出下几方面的特色:蓄蓬-r曼篓罂塑璺噔二图3M:,MLJ啪PS工艺中所用的材料和其厚度(1)该工艺中多晶硅薄膜的沉积采用r低气压化学气相沉积工艺(LowPressureChemicalVaporDeposition,LPC~qD)LPCVD使得所沉积的薄膜具备良好
8、的多晶结构,形成的结构可通过化学腐蚀来释放,而且更为重要的是,沉积的薄膜中几乎没有残余应力存在.这样当制备较大的镜面结构时,镜面在释放后不发生翘曲.这对提高器件的光学性能,降低光开关的插损至关
