專利名稱：大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微光機(jī)電系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡。
背景技術(shù)：
微光機(jī)電系統(tǒng)(Micro-optical-electromechanicalsystems,M0EMS)是指利用微 加工技術(shù)用于光學(xué)系統(tǒng)的MEMS (Micro-electromechanical systems)器件與系統(tǒng)。與傳統(tǒng) 光學(xué)機(jī)械電子系統(tǒng)比較，M0EMS體積更小、重量更輕、速度更快。掃描微鏡或微鏡陣列是一 種重要的M0EMS器件，在驅(qū)動(dòng)力的作用下微鏡的反射鏡面發(fā)生偏轉(zhuǎn)從而改變?nèi)肷涔馐姆?射角度，實(shí)現(xiàn)反射光束的掃描。可廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)影像、光譜儀、條形碼閱讀等領(lǐng)域。按照微鏡驅(qū)動(dòng)方式的不同，主要分為靜電驅(qū)動(dòng)、電磁驅(qū)動(dòng)、電熱驅(qū)動(dòng)和壓電驅(qū)動(dòng)寸。靜電驅(qū)動(dòng)微鏡是目前研究最多的一種，一般在結(jié)構(gòu)中引入一對或多對電極，通過 電極間的靜電力驅(qū)動(dòng)微鏡運(yùn)動(dòng)。該驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)容易，制造工藝簡單、重復(fù)性好。 其缺點(diǎn)是變間距靜電驅(qū)動(dòng)的靜電力與極板位移之間是非線性關(guān)系，且為實(shí)現(xiàn)較大的偏轉(zhuǎn) 角度，需要較高的工作電壓(彡50V)，日本Toshiyosh H等人研制的一種梳齒電極驅(qū)動(dòng)的二 維微鏡，鏡面尺寸為500 iimX 500 iim，最大轉(zhuǎn)角為9°，但是驅(qū)動(dòng)電壓高達(dá)170Vd。。工作電 壓高不利于器件與電路的一體化集成。電磁驅(qū)動(dòng)微鏡是利用電磁體或者永磁體產(chǎn)生的磁場力作為驅(qū)動(dòng)力。電磁驅(qū)動(dòng)的優(yōu) 點(diǎn)是能夠提供較大的線性雙向作用(吸引和排斥)力，線性好、驅(qū)動(dòng)力大、驅(qū)動(dòng)電壓低；缺點(diǎn) 是磁性材料與MEMS工藝兼容性較差(通常需要手動(dòng)組裝)，驅(qū)動(dòng)電流大。美國密歇根大學(xué) 研制了基于電磁驅(qū)動(dòng)的三維微鏡，其微反射鏡面尺寸為gOOymXgOOiim，x軸方向最大偏 轉(zhuǎn)角度為士 4.2°，y軸方向最大偏轉(zhuǎn)角度為士 9. 2°，z軸方向位移為士 42i!m，但是其驅(qū) 動(dòng)電流高達(dá)120mA。電熱驅(qū)動(dòng)微鏡是利用驅(qū)動(dòng)電流使材料受熱膨脹產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，美國Florida大學(xué)提 出了一種基于電熱驅(qū)動(dòng)的雙軸多晶硅微機(jī)械扭轉(zhuǎn)微鏡，加熱器位于金屬氧化物中，通過改 變驅(qū)動(dòng)電流的大小調(diào)節(jié)鏡片偏轉(zhuǎn)的角度。對于第一個(gè)扭轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)電流為3. 6mA時(shí)，微鏡轉(zhuǎn) 動(dòng)40°，諧振頻率為445Hz;對于第二個(gè)扭轉(zhuǎn)軸驅(qū)動(dòng)電流為8mA時(shí)，微鏡轉(zhuǎn)動(dòng)25°，諧振頻 率為259Hz。電熱驅(qū)動(dòng)器的缺點(diǎn)是功耗大，且受環(huán)境溫度影響較大。壓電驅(qū)動(dòng)微鏡是利用壓電材料的逆壓電效應(yīng)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。壓電材料的驅(qū)動(dòng)力大， 電壓響應(yīng)速度快。壓電驅(qū)動(dòng)器通常采用下電極/壓電層/上電極的“三明治”結(jié)構(gòu)。日本 Stanely電子公司研制了一種壓電驅(qū)動(dòng)的二維微鏡，提出了一種折疊梁形式的壓電驅(qū)動(dòng)器 使微鏡能轉(zhuǎn)動(dòng)較大的角度，內(nèi)軸在24V驅(qū)動(dòng)電壓下轉(zhuǎn)動(dòng)5. 6°，外軸在20V驅(qū)動(dòng)電壓下轉(zhuǎn)動(dòng) 8.6°。但是該微鏡僅由壓電折疊梁在微鏡的一端支承，而另一端懸空，這種結(jié)構(gòu)在繞鏡面 一端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)會(huì)伴隨著鏡面面外的上下振動(dòng)，這樣在應(yīng)用微鏡的光學(xué)系統(tǒng)中引入擾動(dòng)，從而 降低系統(tǒng)的光學(xué)性能。近年來隨著光學(xué)系統(tǒng)的復(fù)雜化和智能化，對微鏡的性能要求不斷地提高，特別對
3微鏡反射光束提出了可控制的要求，因此需要對微鏡的偏轉(zhuǎn)角度進(jìn)行精確測量。目前一般 采用將激光投射到微鏡，經(jīng)鏡面反射到接收屏上成像的方法得到微鏡轉(zhuǎn)角。這種方法需要 外加激光器、探測器等多個(gè)器件，體積龐大。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，具有轉(zhuǎn)動(dòng)角度大、功耗 低、控制精度高、角度測量準(zhǔn)確、限制鏡面面外平動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，能夠大范圍地推廣使用。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的本發(fā)明的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡包括微 反射鏡面、多個(gè)壓電微驅(qū)動(dòng)器以及支撐框架，所述反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器以及支撐框架均 制作在同一片硅結(jié)構(gòu)層上并以硅結(jié)構(gòu)層作為其共同的底層，所述反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器 位于支撐框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述微反射鏡面包括所述硅結(jié)構(gòu)層和采用M0EMS工藝制作在硅結(jié)構(gòu)層上的反射 膜層；所述壓電微驅(qū)動(dòng)器沿微反射鏡面的縱向中軸線對稱設(shè)置在微反射鏡面的左、右兩側(cè)， 同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器之間沿微反射鏡面的橫向中軸線上、下對稱；每一壓電微驅(qū)動(dòng)器均為一只折疊梁，包括多段壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，所述壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu) 包括采用M0EMS工藝從下到上依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層上的下電極層、壓電層和上電極 層；其中，每一壓電微驅(qū)動(dòng)器靠近微反射鏡面的一側(cè)與微反射鏡面的硅結(jié)構(gòu)層相連 接，而靠近支撐框架的一側(cè)與支撐框架的硅結(jié)構(gòu)層相連接，實(shí)現(xiàn)對微反射鏡面的驅(qū)動(dòng)和支 撐；所述壓電微驅(qū)動(dòng)器的電信號通過上、下電極層進(jìn)行輸入。進(jìn)一步，所述微反射鏡面的兩側(cè)分別設(shè)置有對稱的扭轉(zhuǎn)梁，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器 以扭轉(zhuǎn)梁為對稱軸上下對稱設(shè)置；所述扭轉(zhuǎn)梁也具有與微反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器以及支 撐框架相同的硅結(jié)構(gòu)層，扭轉(zhuǎn)梁的一端通過硅結(jié)構(gòu)層與微反射鏡面相連接，另一端通過硅 結(jié)構(gòu)層與支撐框架相連接；進(jìn)一步，所述大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡還包括制作在同一片硅結(jié)構(gòu)層上的角度傳感 器，所述角度傳感器設(shè)置在扭轉(zhuǎn)梁與支撐框架相連接的端頭處且位于扭轉(zhuǎn)梁中心軸的一 側(cè)；進(jìn)一步，所述角度傳感器為壓電式角度傳感器，所述壓電式角度傳感器包括采用 M0EMS工藝從下到上依次制作在硅結(jié)構(gòu)層上的下電極、壓電層和上電極；所述壓電式角度傳感器的電信號通過上、下電極層進(jìn)行輸出；進(jìn)一步，所述角度傳感器為壓阻式角度傳感器，所述應(yīng)變式角度傳感器包括采用 摻雜工藝掩埋制作在硅結(jié)構(gòu)層內(nèi)部的電阻；所述壓阻式角度傳感器的電信號通過連接在電阻上的引線進(jìn)行輸出和測量；進(jìn)一步，所述角度傳感器為應(yīng)變式角度傳感器，所述應(yīng)變式角度傳感器包括采用 M0EMS工藝依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層上得絕緣層和應(yīng)變片，所述應(yīng)變片為Pt片；所述應(yīng)變式角度傳感器的電信號通過連接在應(yīng)變片上的引出線進(jìn)行輸出和測 量；進(jìn)一步，在壓電微驅(qū)動(dòng)器的硅結(jié)構(gòu)層與下電極層之間設(shè)置有電絕緣層；
進(jìn)一步，所述微反射鏡面的上、下兩側(cè)還設(shè)置有沿微反射鏡面的橫向中軸線上下 對稱的壓電微驅(qū)動(dòng)器，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器之間沿沿微反射鏡面的縱向軸線相互對稱。本發(fā)明的有益效果是1.本發(fā)明采用壓電驅(qū)動(dòng)方式對微鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓電驅(qū)動(dòng)器采用折疊梁結(jié)構(gòu)，該種 折疊梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)精巧，且沿微反射鏡面的軸線進(jìn)行布置，可在較低的工作電壓下實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn) 動(dòng)角度，同時(shí)既可以布置在微反射鏡面的左右兩側(cè)，也可以布置在微反射鏡面的四周，擴(kuò)大 了轉(zhuǎn)動(dòng)范圍；2.微鏡中部由一對扭轉(zhuǎn)梁進(jìn)行支承，扭轉(zhuǎn)梁的引入限制了微鏡面外的平動(dòng)，使微 鏡繞扭轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；3.該微鏡集成了壓電式角度傳感器，實(shí)現(xiàn)對掃描角度的精確測量，從而無需外接 角度檢測裝置，能夠減小光學(xué)系統(tǒng)體積；4.本發(fā)明中的壓電微驅(qū)動(dòng)器與壓電式角度傳感器采用相同的壓電材料，從而簡化 了微鏡加工工藝，降低了制造成本。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并 且在某種程度上，基于對下文的考察研究對本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可 以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書和權(quán)利要 求書來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn) 一步的詳細(xì)描述，其中圖1為本發(fā)明的微鏡結(jié)構(gòu)原理圖；圖2為圖1沿A-A向剖面示意圖；圖3為圖1在B處的放大示意圖；圖4為圖3沿F-F向剖面示意圖；圖5為本發(fā)明的制作原理圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例 僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。1-微反射鏡面；2-壓電微驅(qū)動(dòng)器；3-角度傳感器；4-支撐框架；5-硅結(jié)構(gòu)層； 7_下電極層；8-壓電層；9-上電極層；10-反射膜層；11-扭轉(zhuǎn)梁；12-壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)；13-下 電極；14-壓電層；15-上電極；16-硅片層I ；17-5102層I ；18-硅片層II ；19-5102層II ； 20-下電極層；21-壓電材料層；22-上電極層。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡包括微反射鏡面1、壓電微驅(qū)動(dòng) 器2、角度傳感器3以及支撐框架4，反射鏡面1、壓電微驅(qū)動(dòng)器2、角度傳感器3以及支撐框 架4均制作在同一片硅結(jié)構(gòu)層5上并以硅結(jié)構(gòu)層5作為其共同的底層，反射鏡面1、壓電微 驅(qū)動(dòng)器2和壓電式角度傳感器3位于支撐框架4的框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；微反射鏡面1包括硅結(jié)構(gòu)層5和采用M0EMS工藝制作在硅結(jié)構(gòu)層5上的反射膜層10，微反射鏡面1的左、右兩側(cè)設(shè)置有沿微反射鏡面1的縱向中軸線左右對稱的壓電微驅(qū)動(dòng) 器2，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器2之間沿微反射鏡面1的橫向中軸線相互對稱；本實(shí)施例中，壓 電微驅(qū)動(dòng)器2為四個(gè)。微反射鏡面1的兩側(cè)分別設(shè)置有對稱的扭轉(zhuǎn)梁11，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器2以扭轉(zhuǎn) 梁11為對稱軸上下對稱設(shè)置；扭轉(zhuǎn)梁11也具有與微反射鏡面1、壓電微驅(qū)動(dòng)器2以及支撐 框架4相同的硅結(jié)構(gòu)層5，扭轉(zhuǎn)梁11的一端通過硅結(jié)構(gòu)層5與微反射鏡面1相連接，另一端 通過硅結(jié)構(gòu)層5與支撐框架4相連接。每一壓電微驅(qū)動(dòng)器2為一只折疊梁，其上制作多段壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)12，所述壓電驅(qū) 動(dòng)結(jié)構(gòu)12包括采用M0EMS工藝從下到上依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層5上的下電極層7、壓電 層8和上電極層9 ；其中，每一壓電微驅(qū)動(dòng)器2靠近微反射鏡面1的一側(cè)與微反射鏡面1的硅結(jié)構(gòu)層 5相連接，靠近支撐框架4的一側(cè)與支撐框架4的硅結(jié)構(gòu)層相連接，實(shí)現(xiàn)對微反射鏡面1的 驅(qū)動(dòng)和支撐；壓電微驅(qū)動(dòng)器2的電信號通過上、下電極層進(jìn)行輸入，具體連接是采用交叉連接 的方式，即壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的上電極串聯(lián)相鄰壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的下電極，下電極串聯(lián)相鄰壓電 驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的上電極，從而實(shí)現(xiàn)兩路通電。如圖3和圖4所示，角度傳感器3設(shè)置在扭轉(zhuǎn)梁11與支撐框架4相連接的端頭處 且位于扭轉(zhuǎn)梁11中心軸的相同一側(cè)(該同側(cè)關(guān)系是指不同的角度傳感器在不同扭轉(zhuǎn)梁上 的位置同時(shí)位于所處扭轉(zhuǎn)梁中心軸的上側(cè)或下側(cè))，本實(shí)施例中，角度傳感器3采用壓電式 角度傳感器，包括采用M0EMS工藝從下到上依次制作在硅結(jié)構(gòu)層5上的下電極13、壓電層 14和上電極15 ；壓電式角度傳感器的電信號通過上、下電極進(jìn)行輸出。為保證絕緣效果，避免產(chǎn)生串?dāng)_，可以在壓電微驅(qū)動(dòng)器2的硅結(jié)構(gòu)層5與下電極層 7之間以及壓電式角度傳感器3的硅結(jié)構(gòu)層5與下電極15之間設(shè)置有電絕緣層(圖中未標(biāo) 示)°本發(fā)明在使用中，通過在相鄰的兩段壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)12的上、下電極上施加反向電 壓，通過壓電折疊梁末端角位移的累加，在與微反射鏡面連接處獲得大的角位移，從而驅(qū)動(dòng) 微反射鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)較大的角度。當(dāng)微反射鏡面繞扭轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，扭轉(zhuǎn)梁在與支撐框架的連接處的應(yīng)力最大，而且 該處扭轉(zhuǎn)梁對稱軸兩側(cè)的應(yīng)力類型相反，所以壓電傳感器布置在扭轉(zhuǎn)梁靠近支撐框架的一 端且僅布置在扭轉(zhuǎn)梁的對稱軸的相同一側(cè)。本發(fā)明的壓電式角度傳感器的結(jié)構(gòu)為下電極/ 壓電層/上電極的“三明治”結(jié)構(gòu)，當(dāng)微反射鏡面繞扭轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使扭轉(zhuǎn)梁產(chǎn)生應(yīng)力，從而 在角度傳感器的上下電極間產(chǎn)生電勢差，且該電勢差與扭轉(zhuǎn)梁的應(yīng)力成正比，進(jìn)而與微反 射鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度成正比。通過檢測該電勢差，可獲得微反射鏡面轉(zhuǎn)動(dòng)角度信息。本發(fā)明具有較大的通用性，在一定的工作電壓下，通過改變壓電折疊梁的段數(shù)以 及各段壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)的長度、寬度和間距來調(diào)節(jié)微鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)角度和工作頻率，以滿足不同 光學(xué)系統(tǒng)的要求。如圖5所示，本產(chǎn)品的制作過程如下1.如圖(a)所示，先在硅片I 16上熱生長5102層1 17;2.如圖(b)所示，在Si02層I 17上鍵合硅片II 18 ；
3.如圖(c)所示，采用CMP(化學(xué)機(jī)械研磨)減薄硅片II 18 ；4.如圖(d)所示，熱生長Si02層II 19，再依次淀積上Ti/Au/PZT/Au ；5.如圖(e)所示，刻蝕出上電極22和壓電材料21 ；其中，上電極22為第二層Au， 壓電材料21為PZT材料；6.如圖(f)所示，制作出下電極20和鏡面鍍層，下電極20和鏡面鍍層均為Ti/ Au(Ti層的作用是增加Au與Si/Si02的黏附性)7.如圖(g)所示，使用DRIE(深反應(yīng)離子刻蝕)工藝釋放微鏡結(jié)構(gòu)。(該圖中只 表示出了微反射鏡面、兩對壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)和一對扭轉(zhuǎn)梁)需要說明的是，本發(fā)明的角度傳感器3還可以采用壓阻式角度傳感器或應(yīng)變式角 度傳感器，其中，壓阻式角度傳感器包括采用摻雜工藝制作在硅結(jié)構(gòu)層5內(nèi)的掩埋電阻；所 述壓阻式角度傳感器的電信號通過連接在電阻上的引線進(jìn)行輸出和測量。應(yīng)變式角度傳感器包括采用M0EMS工藝依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層5上的絕緣層和 應(yīng)變片，所述應(yīng)變片為Pt片；應(yīng)變式角度傳感器的電信號通過連接在應(yīng)變片上的引出線進(jìn) 行輸出和測量。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較 佳實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技 術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述微鏡包括微反射鏡面(1)、壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)以及支撐框架(4)，所述反射鏡面(1)、壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)以及支撐框架(4)均制作在同一片硅結(jié)構(gòu)層(5)上并以硅結(jié)構(gòu)層(5)作為其共同的底層，所述反射鏡面(1)、壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)位于支撐框架(4)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；所述微反射鏡面(1)包括所述硅結(jié)構(gòu)層(5)和采用MOEMS工藝制作在硅結(jié)構(gòu)層(5)上的反射膜層(10)；所述壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)沿微反射鏡面(1)的縱向中軸線對稱設(shè)置在微反射鏡面(1)的左、右兩側(cè)，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)之間沿微反射鏡面(1)的橫向中軸線上、下對稱；每一壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)為一只折疊梁，其上制作多段壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(12)，所述壓電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)(12)包括采用MOEMS工藝從下到上依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層(5)上的下電極層(7)、壓電層(8)和上電極層(9)；其中，每一壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)靠近微反射鏡面(1)一側(cè)與微反射鏡面(1)的硅結(jié)構(gòu)層(5)相連接，而靠近支撐框架(4)一側(cè)與支撐框架(4)的硅結(jié)構(gòu)層相連接，實(shí)現(xiàn)對微反射鏡面(1)的驅(qū)動(dòng)和支撐；所述壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)的電信號通過上、下電極層進(jìn)行輸入。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述微反射鏡面(1)的 兩側(cè)分別設(shè)置有對稱的扭轉(zhuǎn)梁(11)，同側(cè)的壓電微驅(qū)動(dòng)器⑵以扭轉(zhuǎn)梁(11)為對稱軸上 下對稱設(shè)置；所述扭轉(zhuǎn)梁(11)也具有與微反射鏡面(1)、壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)以及支撐框架(4)相同的硅結(jié)構(gòu)層(5)，扭轉(zhuǎn)梁(11)的一端通過硅結(jié)構(gòu)層(5)與微反射鏡面⑴相連接， 另一端通過硅結(jié)構(gòu)層(5)與支撐框架(4)相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述大轉(zhuǎn)角壓電掃描微 鏡還包括制作在同一片硅結(jié)構(gòu)層(5)上的角度傳感器(3)，所述角度傳感器設(shè)置在扭轉(zhuǎn)梁 (11)與支撐框架(4)相連接的端頭處且位于扭轉(zhuǎn)梁(11)中心軸的同一側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述角度傳感器(3)為 壓電式角度傳感器，所述壓電式角度傳感器包括采用MOEMS工藝從下到上依次制作在硅結(jié) 構(gòu)層(5)上的下電極(13)、壓電層(14)和上電極(15)；所述壓電式角度傳感器(3)的電信號通過上、下電極層進(jìn)行輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述角度傳感器(3)為壓阻 式角度傳感器，所述壓阻式角度傳感器包括采用摻雜工藝掩埋在硅結(jié)構(gòu)層(5)內(nèi)部的電阻；所述壓阻式角度傳感器的電信號通過連接在電阻上的引線進(jìn)行輸出和測量。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述角度傳感器(3)為 應(yīng)變式角度傳感器，所述應(yīng)變式角度傳感器包括采用MOEMS工藝依次層疊制作在硅結(jié)構(gòu)層(5)上的絕緣層和應(yīng)變片，所述應(yīng)變片為Pt片；所述應(yīng)變式角度傳感器的電信號通過連接在應(yīng)變片上的引出線進(jìn)行輸出和測量。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于在壓電微驅(qū)動(dòng) 器(2)的硅結(jié)構(gòu)層(5)與下電極層(7)之間設(shè)置有電絕緣層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，其特征在于所述微反射鏡面(1)的 上、下兩側(cè)還設(shè)置有沿微反射鏡面(1)的橫向中軸線上下對稱的壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)，同側(cè)的 壓電微驅(qū)動(dòng)器(2)之間沿沿微反射鏡面(1)的縱向軸線相互對稱。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種單片集成的大轉(zhuǎn)角壓電掃描微鏡，包括微反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器、角度傳感器以及支撐框架，所述反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器以及支撐框架均制作在同一片硅基底上，反射鏡面、壓電微驅(qū)動(dòng)器位于支撐框架結(jié)構(gòu)的內(nèi)部；本發(fā)明采用壓電驅(qū)動(dòng)方式對微鏡進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，壓電微驅(qū)動(dòng)器包括多條壓電折疊梁，可在較低的工作電壓下實(shí)現(xiàn)微鏡的大角度掃描；微鏡中部由一對扭轉(zhuǎn)梁進(jìn)行支承，使微鏡繞扭轉(zhuǎn)梁轉(zhuǎn)動(dòng)，從而限制了微鏡面外的平動(dòng)，增加了系統(tǒng)的穩(wěn)定性；同時(shí)集成了壓電式角度傳感器，實(shí)現(xiàn)掃描角度的精確測量，因此無需外加角度檢測裝置，從而減小系統(tǒng)體積，本發(fā)明成果可廣泛應(yīng)用于微型光譜儀、光學(xué)成像等領(lǐng)域。
文檔編號H01L41/09GK101852917SQ201010136889
公開日2010年10月6日 申請日期2010年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月31日
發(fā)明者溫中泉, 溫志渝, 賀學(xué)鋒, 錢蓉蓉, 陳李 申請人:重慶大學(xué)