基于（100）硅片的MOEMS光开关的研制

论文摘要

微机械电子系统（Micro-electro-mechanical System, MEMS）是以微传感器、微执行器以及驱动和控制电路为基本元器件组成的自动性能高、可以活动和控制、机电合一的微机械装置。MEMS器件和系统具有体积小、重量轻、功耗低、性能稳定、可靠性高、适于大批量生产、生产成本低、惯性小、谐振频率高、响应时间短等传统器件无法比拟的优点,因此在航空、航天、汽车、生物医学、环境监控、军事以及几乎人们接触到的所有领域中都有着十分广阔的应用前景。文章首先介绍了基于微电子机械系统（MEMS）技术的MEMS光开关的应用范围、研究现状和一些典型的光开关结构。然后在文中详细叙述了一种基于（100）硅片的2×2 微光机械光开关产 品的结构设计、实验工艺,并进行了产品的性能测试。所研制的光开关插入损耗小于3dB,开关时间小于5ms,串话小于-50dB,尺寸小于1cm3,能耗小于10mW,寿命大于100 万次。

论文目录

• 内容提要
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 微光机电系统的构成要素
• 1.3 微光机电系统的相关制造工艺
• 1.4 微光机电系统的应用及产业化前景
• 1.5 光开关的应用
• 1.6 光开关的类型
• 1.6.1 热光效应光开关
• 1.6.2 液晶光开关
• 1.6.3 气泡光开关
• 1.6.4 声光光开关
• 1.6.5 MOEMS 光开关
• 1.7 MOEMS 光开关的制作工艺
• 1.7.1 平面微机械加工工艺制作的光开关
• 1.7.2 体硅微机械加工工艺制作的光开关
• 1.7.3 体硅工艺和平面工艺相结合制作的光开关
• 1.8 MOEMS 光开关的现状和市场前景
• 1.9 本课题的研究意义及主要研究内
• 1.9.1 研究意义
• 1.9.2 主要研究内容
• 第二章 MOEMS 开关的结构设计
• 2.1 开关单元的结构和工作原理
• 2.2 微反射镜和光纤槽的尺寸的设计
• 2.3 静电驱动结构的设计和分析
• 2.3.1 悬臂驱动结构的分析
• 2.3.2 平面下电极的扭臂驱动结构的分析
• 2.3.3 倾斜下电极的扭臂驱动结构的分析
• 2.4 开关时间的计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 MOEMS 光开关的制作工艺研究
• 3.1 MOEMS 光开关的基本制作工艺
• 3.1.1 各向异性湿法化学腐蚀掩膜的制作
• 3.1.2 光刻工艺
• 3.1.3 反应离子刻蚀（RIE）工艺
• 3.1.4 湿法刻蚀工艺
• 3.2 MOEMS 光开关的制作工艺流程
• 3.3 下电极的制作
• 3.4 微机械光开关的组装
• 3.4.1 组装需要的仪器和元件
• 3.4.2 组装过程
• 3.5 本章小结
• 第四章 MOEMS 光开关性能的测试
• 4.1 MOEMS 光开关的性能指标
• 4.2 微反射镜表面粗糙度的测试
• 4.3 MOEMS 光开关光学性能的测试
• 4.3.1 插入损耗的测试
• 4.3.2 串话的测试
• 4.4 开关时间的测试
• 4.5 开关寿命的测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 全文总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT