光通信MEMS光開關(guān)關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、基于光纖的全光網(wǎng)絡(luò)，是新一代高速寬帶綜合業(yè)務(wù)網(wǎng)的首選方案，全光光開關(guān)是全光網(wǎng)絡(luò)的基石，MEMS光開關(guān)則是眾多光開關(guān)方案中競爭力最強的技術(shù)之一，因此，開展MEMS光開關(guān)關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及其性能的研究，有著重要的理論意義和潛在應(yīng)用價值。本文對2DMEMS光開關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)進行了探討，采用體微加工和表面微加工技術(shù)和新型MEMS結(jié)構(gòu)材料，研制出2DMEMS光開關(guān)的微鏡及其驅(qū)動結(jié)構(gòu)，主要研究工作如下： 系統(tǒng)地對MEMS技術(shù)，尤其是MEMS微加工技術(shù)

2、進行了研究，為MEMS器件設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。系統(tǒng)地研究了MEMS光開關(guān)的核心技術(shù)一微鏡結(jié)構(gòu)與驅(qū)動技術(shù)，選定了靜電直接驅(qū)動水平扭力式微鏡光開關(guān)單元為研究重點。 對以多晶硅為結(jié)構(gòu)材料的靜電直接驅(qū)動水平扭力式微鏡光開關(guān)進行尺寸設(shè)計和工藝設(shè)計，并對其制作進行工藝實驗研究，尤其是DRIE的替代工藝一TMAH濕法深槽刻蝕技術(shù)，提出了TMAH濕法深槽的工藝參數(shù)，實現(xiàn)了與集成電路工藝兼容的MEMS體微加工工藝。對多晶硅微鏡進行應(yīng)力實驗，認為減小

3、和消除多晶硅薄膜的殘余應(yīng)力成為多晶硅微鏡技術(shù)的關(guān)鍵。 對非硅結(jié)構(gòu)材料的靜電直接驅(qū)動水平扭力式微鏡光開關(guān)進行研究，提出了鎳鉻金微結(jié)構(gòu)方案，并進行了理論分析和實驗研究，成功地制作出基于硅基的鎳鉻金光開關(guān)單元，并對其進行了測試，包括微鏡表面粗糙度、微鏡的反射率光譜曲線、微鏡的靜電驅(qū)動扭轉(zhuǎn)及循環(huán)實驗等，測試結(jié)果表明，該光開關(guān)微鏡單元光學(xué)性能良好，在15V電壓驅(qū)動下可實現(xiàn)15度的扭轉(zhuǎn)，性能穩(wěn)定，可實現(xiàn)光開關(guān)功能。 對電極進行改進，

4、對采用傾斜電極結(jié)構(gòu)的光開關(guān)單元進行了理論分析，計算結(jié)果表明，改進后的結(jié)構(gòu)將有助于進一步降低驅(qū)動電壓，對提高光開關(guān)工作的穩(wěn)定性與可靠性也是有利的。 本文的主要創(chuàng)新點包括：1、提出TMAH濕法刻蝕代替DRIE的工藝技術(shù)，并得到了TMAH刻蝕光滑表面的一組重要工藝流程參數(shù)。 2、提出了采用鎳鉻金材料的金屬微鏡光開關(guān)結(jié)構(gòu)方案，得到鎳鉻金光開關(guān)微鏡單元，通過測試表明該微鏡單元光學(xué)性能良好，機械性能穩(wěn)定，能夠?qū)崿F(xiàn)光開關(guān)功能。