CN100570429C - 基于纤维复合材料的mems光扫描器 - Google Patents

Abstract

可以不使用基质材料而用纤维制造MEMS。在只在基片边缘连接纤维的地方可构造装置(例如悬臂、桥)。可以通过调整具有弱连接的多条纤维(如基部、末端、中间部位等)之间的连接来控制运动。驱动机构包括基部力(磁力、压电力、静电力)或尖端力(磁力)。可在悬臂梁的自由端形成反射镜来形成光扫描器。

Description

基于纤维复合材料的MEMS光扫描器

相关申请

本申请相关于2003年3月21日提交的序列号为10/395,008的美国专利申请“纤维微复合材料”。本申请要求序列号为60/582,405的美国临时申请(标题为“用于微机电***的纤维”，2004年6月24日提交)的优先权，该申请通过引用纳入本说明书中。本申请还要求序列号为60/659,736的美国临时申请(标题为“使用纤维的MEMS光扫描器”，2005年3月8日提交)的优先权，该申请通过引用纳入本说明书中。

技术领域

本发明涉及MEMS，特别涉及在MEMS中使用纤维结构。

背景技术

目前基于微机电***(MEMS)的执行器装置具有严重限制其广泛商业化的基本性能问题。虽然MEMS制造商已经努力开发了基于硅(多晶硅和单晶硅)和其他材料的结构，但所得到的***仍然缺乏所需的力学性能。具体的实例是基于MEMS的光扫描器和转换器(OMEMS)。这样的装置需要产生大角度(几十度的角)偏转和寿命可靠性超过数十亿次循环的超过几万赫兹的谐振频率。

目前用于制造MEMS的如硅、金属和陶瓷薄膜等的单片材料缺乏高弹性刚度、高强度、长疲劳寿命和低密度(每单位体积的质量)等性能的组合，即不具有在许多潜在的MEMS应用所需要的基本的机械柔性和抗断裂性。聚合物是不适合的，因为它们太柔软并且强度低，这将其限定在诸如阀门和流体泵等需要小的力量和/或位移的设备中的低频率工作中。

因此，诸如光扫描器等运动组件的MEMS目前在市场上几乎不存在。MEMS最成功的应用仍然基于如压力和加速传感器等的准静态装置。一种运动组件MEMS是基于铝制MEMS反射镜的双稳态定位的数字光处理器。

可以通过基于MEMS的光扫描器(OMEMS)这一特定的应用来说明对高性能的MEMS装置的需求。这样的扫描器设想应用于使用三色扫描的大面积显示。早期的MEMS光扫描器采用利用湿法刻蚀制造的扭转硅微镜。它能够在16.3kHz的谐振频率下使光束偏转通过0.8度的角。目前开发的大多数OMEMS扫描器仍然设计使用类似的细硅束作为扭杆(硅镜元件绕其旋转)或者悬臂梁(其振动以提供扫描运动)。这些结构类型都是有效的，并且没有运动部件的磨损。

一般的应用取决于谐振频率、最大偏转和最大回复力——具有高于每一个的正常需要的值。这些特性取决于底层材料的大小、形状和力学性能等。然而，在传统基于IC的MEMS制造中所使用的材料缺乏允许许多应用具体修整和优化所需要的力学特性。利用现有材料体系无法设计同时满足高频下工作、大振幅偏转、低工作功率、坚固性并且在周期性的压力下长期可靠的要求。硅和单片材料通常的基本问题在于，当具有足够弹性刚度时它们的强度和疲劳寿命太低且密度过高。这一组合限制了极限偏转的幅度和频率，并且增大了维持摆动所需要的力量。

目前在MEMS和微结构设备中所用的材料的性能存在基本的局限性。这些如Si、SiO₂、SiC、金属、Si₃N₄等的材料不能提供许多MEMS执行器应用中所需的在高速下(kHZ)的大偏转(＞100微米)，阻碍了它们广泛商业化。尤其是，现有材料不具有大多数执行器MEMS应用所需要的在超过数十亿次的循环中进行反复的大形变所必需的疲劳寿命。

附图说明

图1是根据一个示例性实施方案的密封在由基片支撑的基质内的单条微纤维的横截面图。

图2是根据一个示例性实施方案的密封在由基片支撑的基质内的平行对准的纤维集合的横截面图。

图3是根据一个示例性实施方案的微纤维横截面的多种变化的立体图。

图4是根据一个示例性实施方案的密封在由基片支撑的基质内的多层平行对准的纤维的集合的横截面图。

图5是根据一个示例性实施方案的双向微纤维层的立体示意图。

图6是根据一个示例性实施方案的其内具有编织层(braid)的微纤织成的织物的立体示意图。

图7是根据一个示例性实施方案的由基片支撑的多微纤维悬臂梁的立体图。

图8是根据一个示例性实施方案的由基片支撑的单微纤维悬臂梁的立体图。

图9是根据一个示例性实施方案的替代的由基片支撑的多微纤维悬臂梁的立体图。

图10A、10B、10C、10D、10E、10F、10G、10H、10I、10J和10K是根据一个示例性实施方案说明形成悬臂梁MEMS装置的过程的横截面图。

图11是根据一个示例性实施方案的实心微纤维编织层的立体图。

图12是根据一个示例性实施方案的中空微纤维编织层的立体图。

图13是根据一个示例性实施方案的实心小角度微纤维编织层的立体图。

图14是根据一个示例性实施方案的扫描器立体图，该扫描器具有嵌套的框架和由成对垂直纤维编织层支撑的反射镜。

图15是根据一个示例性实施方案的具有压电芯的编织层的横截面图。

图16说明根据一个示例性实施方案在基片内的凹槽的预刻蚀，从而在形成图14的扫描器的过程中对准纤维编织层。

图17A和17B示出了根据一个示例性实施方案的放置或者对准在适合的基片上的单纤维。

图18A和18B示出了根据一个示例性实施方案的由单条纤维形成的单悬臂梁结构。

图19A和19B示出了根据一个示例性实施方案的支撑多纤维的基片，其中该多纤维基本平行且互相邻近对准。

图20示出了根据一个示例性实施方案，纤维可在沿其长度的任一点上互相连接和连接到公共基片上。

图21示出了根据一个示例性实施方案的使用多个平行对准并互相邻近的纤维的MEMS悬臂梁结构的构造。

图22示出了根据一个示例性实施方案的在硅悬臂梁上的纤维增强件。

图23A、23B、23C、23D和23E示出了根据一个示例性实施方案可以形成的纤维的各种横截面。

图24A、24B、24C、24D、24E、24F、24G、24H、24I和24J说明根据一个示例性实施方案的一种制造MEMS结构的方法。

图25A和25B示出了根据一个示例性实施方案的光扫描器的纤维阵列。

图26A和26B示出了根据一个示例性实施方案的光扫描器的纤维阵列。

图27A和27B示出了根据一个示例性实施方案的光扫描器的形成悬臂梁的纤维阵列。

图28说明根据一个示例性实施方案的基于纤维的悬臂梁的运动。

图29说明根据一个示例性实施方案的光扫描器的基于纤维的悬臂梁阵列。

图30说明根据一个示例性实施方案，反射出光线的光扫描器。

图31A、31B、31C和31D说明根据一个示例性实施方案的光扫描器的不同长度的悬臂梁。

图32A、32B和32C说明根据一个示例性实施方案的具有不同尖端质量的悬臂梁。

图33是根据一个示例性实施方案的双悬臂梁光扫描器。

图34是根据一个示例性实施方案的双悬臂梁光扫描器的运动的说明。

图35是根据一个示例性实施方案的具有不同纤维数目的基于多纤维的悬臂梁的说明。

图36说明根据一个示例性实施方案的不同纤维横截面。

图37A、37B和37C说明根据一个示例性实施方案的密封的复合纤维悬臂梁的各种视图。

图38A和38B说明根据一个示例性实施方案的双向的悬臂梁尖端运动。

图39说明根据一个示例性实施方案的具有正交轴以提供二维偏转的悬臂梁。

图40说明根据一个示例性实施方案的在框架对角端具有悬臂梁连接件的框架的转动。

图41说明根据一个示例性实施方案的具有嵌入在纤维阵列中的驱动纤维的悬臂梁。

图42说明根据一个示例性实施方案的图41中的悬臂梁的运动。

图43说明根据一个示例性实施方案的电磁体驱动的悬臂梁的运动。

图44说明根据一个示例性实施方案的由脉冲电磁场驱动的悬臂梁的运动。

图45说明根据一个示例性实施方案的悬臂梁的静电偏转。

图46A和46B说明根据一个示例性实施方案的反射镜的初始形成。

图47A和47B说明根据一个示例性实施方案的反射镜的反射表面的形成。

图48说明根据一个示例性实施方案的反射镜的进一步形成。

图49A和49B说明根据一个示例性实施方案的形成反射镜的进一步的步骤。

图50A、50B和50C说明根据一个示例性实施方案的形成纤维阵列的步骤。

图51A和51B说明根据一个示例性实施方案将纤维阵列转换成晶片的步骤。

图52说明根据一个示例性实施方案的具有纤维阵列的晶片。

图53A和53B说明根据一个示例性实施方案的密封和锚定到基片上的纤维。

图54A和54B说明根据一个示例性实施方案的将反射镜和悬臂梁结构裸露出的刻蚀。

图55说明根据一个示例性实施方案的通过激光切割的脱离的反射镜和悬臂梁结构。

图56A和56B说明根据一个示例性实施方案的在基片上的纤维对准。

图57A和58A说明根据一个示例性实施方案的在基片上的纤维对准的一种替代方法。

图58A和58B说明根据一个示例性实施方案的在基片上的纤维对准的又一种替代方法。

图59A和59B说明根据一个示例性实施方案的在基片上的纤维对准的又一种替代方法。

图60A和60B说明根据一个示例性实施方案的构造纤维阵列的步骤。

图61A和61B说明根据一个示例性实施方案的构造纤维阵列的进一步的步骤。

图62说明根据一个示例性实施方案将纤维阵列转换成基片的方法。

图63说明根据一个示例性实施方案将纤维阵列连接到基片的方法。

图64A、64B和64C说明根据一个示例性实施方案的替代的双悬臂梁结构。

具体实施方式

在以下描述中，参照构成本发明一部分的附图，并且其中通过说明可以实施本发明的具体实施方案来展示本发明。充分具体地描述了这些实施方案，以使得本领域普通技术人员能够实施本发明。应该理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可以采用其它实施方案。可以进行结构、逻辑和电路的改变。因此，以下的描述并不具有限定的意义，并且本发明的范围通过附加的权利要求来限定。

纤维微复合材料由微纤维制成。纤维微复合材料用作一类新的MEMS的主要成分。除了单纤维复合物和微多层物(microlaminates)之外，在涉及扭转、板弯曲以及受拉线或薄膜运动的偏转引起的运动和回复力的结构中，可以使用纤维中空和/或实心编织层。在某些实施方案中，这些材料能够同时满足高工作频率、大振幅位移和/或转动、周期性应力下的高可靠性。

在一个实施方案中，纤维元件使用高强度、微米或更小尺寸的纤维形成，例如碳/石墨纤维、碳纳米管、纤维状单层或多层石墨片或其它具有类似结构形式的材料。

在另一个实施方案中，悬臂梁由单纤维、单/多层对准的纤维阵列或单/多层织物制成。这样的织物利用了特别强的各向异性力学性能和沿纤维塑性形变结构的纤维轴线的高强度，该塑性形变结构具有高抗弯刚度和低质量，以及大弯曲曲率。单纤维悬臂梁以横向刚度和强度为代价，提供了用于如RF传感器等潜在应用的高工作频率。如果发生纤维损伤或存在固有缺陷，多纤维悬臂梁受益于基于平均性能和负载共享的统计(力学)上的改进以及稳定性。自然扩张是在多个方向或者多种偏转模式上具有优化性能的更复杂的织物。这样的悬臂梁也可以由编织的扭转元件制成，该悬臂梁产生横向位移和角位移。

在其它实施方案中，用单/多层对准的纤维阵列，或单/多层织物制成片状体(可在二维最小限度变形的物体)。这种构造优化了刚度与质量比以及高频率运动所需的强度，例如在扫描器MEMS中的反射镜元件所需要的强度。可以通过纤维密度、类型、取向、位置和/或编织特点调整在两个轴线上的相对刚度来平衡驱动力。

在另一个实施方案中，使用由微尺寸纤维制成的中空或管状微编织层作为在装置中的扭转偏转元件，以提供高性能MEMS执行器。编织层允许在扭杆内沿在正/负45度处的正交纤维轴线从剪切(起源于扭转运动)到拉伸/压缩应力(带有某些弯曲)的应力变换。实际上，编织层允许纤维在其行为异常的时候起作用。可以用直径5微米的纤维制造亚100微米尺寸(与MEMS装置的尺寸类似)的扭转元件；更小的纤维相应地制造更小的编织层。

此外，通过调整编织层的尺寸、编织角、用来制造编织层的纤维类型以及编织层中的纤维的数量和尺寸，可以制造具有适宜的强度、弹性刚度、密度和其他力学性能的扭转元件。扭转元件的强度和弹性刚度的强化和调整使得MEMS能够在高频和高速下无故障地产生大角度的偏移和力。

纤维微复合材料由微纤维构成。一种新型的MEMS(微机电***)装置可以基于纤维微复合材料。这样的纤维微复合MEMS能够满足高性能应用的需求，在该高性能应用中需要大偏转和力，以及在周期性压力下的高工作频率和高可靠性，而硅和其它目前使用的MEMS材料无法满足这一需求。

MEMS装置由具有大约10微米到亚微米纤维的单纤维或多纤维结构构造。纤维可以都是相同类型的(均质的)或者是并行或共同装配在一起的不同类型(不同质的)。在一个实施方案中，大多数的纤维用来控制MEMS装置的力学性能。

可以混入少量的纤维来提供另外的电的、机械的、生物的或光学的功能。然后这些纤维可以用来，例如，以机电方式驱动MEMS装置或用作在结构内的辅助控制电路和传感元件。

将整个微复合物用适宜的粘合剂(环氧树脂、玻璃、有机粘结剂等)浸透，以约束纤维和提供纤维到纤维的负载传递。粘合剂被称为基质。在一个实施方案中，基质在化学性质上适于所选择的纤维、工艺技术和MEMS装置的工作环境。

MEMS是固有的微尺寸装置。典型的装置需要边缘至多几毫米的轨迹，并具有大约几十或者几百微米量级的厚度。直径细至亚微米的高强度纤维在市场上已可以买到。这些纤维可以容易地以任意需要的方式定向，和/或织成仍然保持在100-200微米范围内的织物。

在图1中，使用诸如硅晶片的合适的基片100来支撑固定在适宜基质102内的纤维101。单纤维101放置在晶片100的表面上。基质102将纤维密封在晶片表面上。这通过旋涂或者任意其他适宜的方法来形成，例如一种与MEMS和半导体的制造共有工艺相适合的方法。旋涂形成一层薄膜，该薄膜将纤维密封在基片表面然后热固化，或者通过光或者其他辐射来形成复合膜。

在图2中，所示出的基片200支撑多条基本平行并互相邻近的纤维201、202、203、204、205。基质210将纤维密封以提供单层纤维阵列。

碳/石墨纤维是目前可用于形成基于纤维的织物和编织层的最坚固的材料，并且甚至在高应力级别下对于张力和压力具有极强的疲劳抗性。在弯曲循环试验中已经发现纤维材料的抗拉强度超过20GPa。此外，纤维强度是随尺寸变化的，当纤维长度减少到亚毫米级或者当纤维直径继续降低到低于10微米时，纤维强度增大。在一个实施方案中，微纤维长度的也在2cm到亚毫米的范围内变化。也可以使用更长的纤维。

在长度标尺2cm时平均抗拉强度5GPa的石墨纤维在亚毫米的长度标度上可以具有10GPa的抗拉强度，这可以通过验证试验的选择来“确保”。因此，可以选择石墨纤维以使疲劳应变始终大于5％。这对于最近报道的最新型的石墨纤维尤其是可能的，该纤维具有在几厘米的测试长度时8GPa的强度，因此该强度在亚毫米的尺寸时按比例可达15GPa。

石墨纤维在所有材料中展现了最强的断裂耐性。石墨纤维的层叠和折叠的石墨“片状”性质将内部核心与纤维外表面上的断裂隔绝开来，纤维外层脱落而不损坏整条纤维。当尺寸减小时纤维也趋向于增加其强度，对于碳纤维，在4-5微米的纤维中观测到最大抗破坏应力(＞15GPa)。在另一个实施方案中，纤维被设想为包括多条平行的碳纳米管。这样的纤维可允许在微米到毫米标度的纤维束中使用纳米管。

在一个实施方案中使用了在2-3cm的测试长度下额定强度大约为1.2Msi(约8.3GPa)的2-5微米的托雷卡(Torayca)T1000碳纤维，以确保在编织层内的纤维的高强度。在一个实施方案中，只使用了已被证明超过5％应变的碳纤维来制造编织层。当然，也可以使用具有变化结果的其他纤维。

图3示出了纤维的多个不同的横截面。310示出了常用的圆形的横截面纤维。315示出了椭圆形纤维横截面。320示出了矩形纤维横截面。325示出了大致矩形但具有圆形边缘的纤维横截面。330示出了带槽的纤维横截面，而335示出了狗骨形的纤维横截面。可以使用这些纤维的每一种来制造纤维微复合结构。

为了获得微复合物的预期力学性能，基质的选择在某些实施方案中很重要。其他实施方案并不包括基质的使用。在一个实施方案中，基质足够耐用以承受很多次的变形循环，其中它可靠地在复合物中穿过单纤维传递负载。它也坚固地粘合到装置的外层包裹结构上，并用作在纤维终端的有效负载传递介质。它也适合于制造MEMS装置所使用的如沉积、刻蚀等技术和工艺。

电活性的聚合物可以用作基质。压电聚合物也可以用作基质的一部分。不同材料的混合物也可以用作基质来获得特定的机电性能。

可以使用许多不同的增强纤维/基质的结合的方法。例如，可以通过调整施用到不同纤维上的胶料(sizing)来改变基质的负载传递特性。对MEMS扫描器的反射镜、框架和弯曲元件中的要求是不同的，并且在表面处理中的显著变化可能是有利的。

除了用于增强MEMS的力学性能的纤维之外，也可以将电化学/机械/光/生物功能的纤维纳入所述MEMS结构和装置中用作驱动和或传感元件。例如，磁驱动器、在低功率下产生高速和偏转所需的大的力。相互作用的力量取决于能够纳入MEMS结构中的磁性材料的总体积。一般地，它们被电镀到MEMS装置的结构上。对于织物来说，将铁磁材料的纤维直接织入织物，将驱动器直接整合进整个织物中。此外，将其他类型的纤维纳入织物中并产生混合纤维结构也能生成具有集成的传感元件的MEMS装置。

也可以通过将图4中定向的纤维阵列410、415和420以不同结构分层来制造MEMS结构。这样的阵列被充满适宜的基质430并转化成刚性复合物。或者，通过将细丝织入织物来制造。由于纤维交织点具有附加的刚度和在工作时帮助反射镜保持平坦的横向特性，织物基片优于层压的单向纤维阵列。在MEMS内织物到特定元件或结构的对准也更简单。可以基于反射镜元件的预期刚度选择织物的编织法(平纹、斜纹、缎纹、双纹(double)等)。在此复合物中，基质主要用于在处于低剪切应力和应变的纤维之间传递负载，虽然在编织层中其也用于维持力学稳定性。可以使用和选择各种各样的基质来获得需要的刚度。这种连接到常规硅基片上的基于织物(纤维)的复合物构成了光扫描器的基座，该复合物可以潜在用于各种其他MEMS结构中。

可以单独地优化纤维、基质、织造和编织的性能中的每一个，来实现具体的需求。纤维类型、对准/取向、编织法和纤维体积比决定了微复合物的抗拉伸和抗断裂强度，以及它们的弹性刚度。由微复合物形成的扭转元件的刚度由纤维的轴向刚度和与编织层性能相关的曲率，在更小的程度上由基质的模量以及在编织层内的纤维与基质之间的粘合决定。在编织层和织物内的纤维应该充分地粘合。可以使用局部交联技术来分别修改单个基质区域，以在诸如扫描器的MEMS装置内获得最佳的力学性能。

在这种复合物中，基质主要用作在纤维之间传递负载。为了从纤维复合物MEMS获得需要的性能，可以选择各种各样的基质材料。这种连接到常规硅基片上的基于织物(纤维)的复合物构成了光扫描器的基座，该复合物潜在可以用于各种其他MEMS结构中。

在图5中以无纺类型示出了纤维的邻近层。第一层510包括布置在一个平面内的一组平行邻近的纤维，并且平行邻近的纤维组的邻近的第二层515布置在与第一层510平行的平面内。在一个实施方案中，在两个层内的纤维基本互相垂直。在两层的纤维之间形成的实际角度可以根据需要从垂直到平行显著变化。可以添加其他以相同方式或者不同方式布置的层，例如不同的编织图案。

各种各样的编织法和编织层图案能够获得反射镜和框架元件的必要力学性能。如图6所示的平纹编织物具有交织密度最大的优点，产生用于反射镜元件和框架的刚性复合物。在图6中，如600所示，织物本身是由几条微米到亚微米标尺的纤维制成的微复合物。大多数的纤维(用实线610表示)被选择用于控制织物的刚度和强度(即石墨、玻璃、碳化硅等)，而一些诸如纤维的一少部分(用虚线615表示)是铁磁性的(例如镍或坡莫合金等)以耦合到用于驱动的螺线管。扭杆也可以由纤维编织层220构成并整合到编织物中。

缎纹编织物具有最小的交织密度，不过允许织物中更大的纤维/纱线密度，提高了在最终复合物中的纤维含量。斜纹编织物的交织密度在两者之间并取决于斜纹编织物的类型。可以试验不同的编织物图案来使得它们以相对简单的制造和工艺来提供最佳的刚度。

使用本发明这样的纤维材料的一个实施例MEMS装置是一种简单摆动多纤维悬臂梁，例如像图7中标记700所示。在此实施方案中，将密封多纤维715的基质710连接到基片720上。如730所示，纤维715和基质710的一部分延伸超过基片720。延伸的长度以及纤维和基质的性能决定悬臂梁700的振荡特性。可以加入其他层，例如可以将铝或金形成在基质之上。

使用本发明这样的纤维材料的一个实施例MEMS装置是一个简单的摆动单纤维悬臂梁，例如像图8中标记800所示。在此实施方案中，将密封单纤维815的基质810连接到基片820上。如830所示，纤维815和基质810的一部分延伸超过基片820。延伸的长度以及纤维和基质的性能决定悬臂梁800的振荡特性。在另一个实施方案中，在基质之上形成另一层840，该层至少在与基片820相对应的轨迹内。在一个实施方案中，这样的其他材料包括金或铝，且它可以通过粘胶连接，或者以在半导体加工领域中已知的多种不同方式形成。

在图9中的具有多纤维悬臂梁900的MEMS装置的实施例中，几根纤维密封在基质915内。基质915连接到基片920。如940所示，纤维和基片从基片920的边缘延伸。可以根据需要剪切或修整纤维910和基片915以获得预期性能。

图10A至10L示出了制造图9中的悬臂梁MEMS结构的实施例方法。在一个实施方案中，将单石墨纤维从纤维束中抽出然后并排放置以形成图10A中的纤维阵列1001，该纤维阵列1001跨过氧化1002的硅晶片1003的表面。将纤维阵列的末端粘结以使得纤维与基片对准并且互相对准。通过将液态基质材料旋涂到基片1003上来密封纤维阵列1001，从而该基片覆盖有如聚酰亚胺等适宜的基质1004，该基片具有单向对准的纤维阵列。一旦在基片上获得预期厚度的基质并且密封了纤维，就在350-400摄氏度的炉内将基质固化。

然后将如图10B所示的基片的背面1010(即没有任何纤维密封在聚酰亚胺内的表面)掩膜以刻蚀沟槽。将该掩膜选择性裸露出1012，例如使用UV线，并利用CMOS工艺中的公知的湿法刻蚀化学处理来刻蚀该掩膜。具体地，使用如图10C中所示的HF来去除氧化物。在图10D中，均厚沉积大约1000埃的钨1015来保护在基片正面的聚酰亚胺。如图10E所示，使用KOH来制造凹槽1020，在该凹槽上悬臂梁尖端能够自由摆动。在图10F中，然后将钨1015去除，例如通过使用HF等。

在图10G中，使用第二掩膜1023来构图悬臂梁。将一层铝1024沉积在基片上并且在除了悬臂梁之外的区域内升高。如图10I所示，然后使用A1作为自对准的掩膜去除聚合物和氧化物，在CF₄/O₂的等离子体内将带有由聚酰亚胺密封的纤维的基片裸露并刻蚀。如在侧视图10J和俯视图10K中所分别示出的，这一过程制成了聚酰亚胺密封的纤维1030的矩形梁(rectangular beams)，该矩形梁悬在所刻蚀的凹槽从背侧进入基片晶片的边缘上方。可以将另一层聚酰亚胺薄膜1035旋涂到晶片上。

如图11、12、13所示，可以用纤维制造几种不同的编织层结构。为了更好地说明这些结构，编织层的图案以沿编织层长度的单线来示出。编织层的末端示出了编织层中所使用的纤维的横截面。实心编织层1100包括在实心结构内编织在一起的多条纤维。每一条纤维缠绕在筒管上，制造该编织层的工艺非常类似于在普通织物编织中所使用的工艺。中空编织层1200包括与中空芯编织在一起的一圈纤维。在中心没有放置筒管，形成邻近纤维的环，在该结构的中间没有纤维。最后，通过在编织过程中调整在编织层上的张力来形成小角度编织层1300。

使用本发明这样的纤维材料的另一个实施例MEMS装置是一种可扭转光-机械式扫描器，例如图14中标记1400所示。扫描器1400包括反射镜1410，其通过一对共轴相对的内扭转元件1420和1425连接到内框架1415上。内框架1415依次通过一对共轴相对的外扭转元件1435和1440连接到外框架1430上，该外扭转元件1435和1440垂直于内扭转元件。在一个实施方案中，两组扭转元件的轴线共面。框架和扭转元件的布置使得反射镜1410能够绕扭转元件的两个轴线运动。

在一个实施方案中，内框架1415和外框架1430使用微纤维的双轴阵列形成，扭转元件用编织纤维形成，而中心的反射镜1410使用如图6中所示的编织纤维板形成。该扭转编织层是中空的，且在不同的实施方案中为了其他目的在其芯内可以具有纤维。通过多种不同机构中的一种将编织层连接到框架。在一个实施方案中，它们与框架交织。在该结构中纤维之间的交织点提供了力学稳定性。在另一个实施方案中，扭转元件也可以是单纤维、或多纤维，具有或不具有基质。

扫描器1400是一种交错框架结构，其中该中心反射镜1410是任意预期对称形状的板，该反射镜1410通过两个在相对端的扭转元件悬挂在矩形框架上。在不同的实施方案中，可以将铝、铬、铜、银或金涂在该反射镜上。在另一个实施方案中，反射镜可以由反射金属薄膜或其他反射性材料形成，例如抛光硅、反射性金属薄膜(金、钛等)或者二向色性薄膜。通过在相对侧的扭转元件也依次将框架悬挂在基片上，尽管这些扭转元件垂直布置但与悬挂反射镜的扭转元件在同一平面内。扭转元件沿其轴线的角变形引起中心反射镜板沿两垂直但共面的轴线相应转动。

在一个实施方案中，碳/石墨纤维微编织层用作扭转元件。不同于基于硅和同类材料的MEMS扫描器，该扭转元件使用石墨纤维，其中该纤维被编织或双线缠绕(double-coiled)成螺旋结构。这样的结构在扭转元件内沿单条纤维将应力从剪切转换成拉伸或压缩。由于与剪切应力相比这些纤维一般在拉伸和压缩应力下具有更大的数量级，所以与目前使用的任何单片材料相比，可以将这些扭转元件制造得更加坚固、更轻并具有可调整的刚度。此外，通过编织层的尺寸、编织角度以及用来构造编织层的纤维类型，可以调整扭转元件的性能。强度、刚度、和密度的这些强化和调整使得MEMS扫描器能够在扩大的次数的循环下无故障地在非常高的谐振频率下进行更大角度偏转。这导致扫描器能够被修改或调整以满足特定的扫描或光交换应用。

除了使用微编织层作为扭转元件之外，也可以用由纤维阵列作为对准的阵列或织物来构成扫描器的其他元件，即框架1415和1430以及反射镜板1410。由于在织物内的纤维交织点使分层困难，与无规则或者对准的纤维阵列相反，在一个实施方案中使用了织物基底，获得了更好的力学性能。此外，也可以容易地将微编织层编织进织物中，有助于该装置的生产和制造。

用织物也可以简化在特定MEMS结构中的纤维和编织层的对准。除了在扭转元件内的微编织层之外，编织织物用于增强在装置内那些结构的力学性能，例如中心反射镜板和框架环绕元件，该中心反射镜板和框架环绕元件承受由于高频谐振所引起的惯性力所造成的显著变形。中心反射镜元件的变形会导致不一致的光学扫描，并且除反射镜板之外的框架元件的变形会使MEMS扫描器以非优选工作模式的其它模式摆动。织物基底加固这些元件以最小化在动态操作中由于惯性效应引起的变形，同时保持这些结构的质量最小。仅仅改变编织方法、纤维类型以及浸入织物的基质的数量和类型会产生具有不同性能的不同结构的装置。

给定上述性能，在编织层内组成单条螺旋线的单条细直径纤维能够连续地进行半径小于其自身直径十倍的弯曲。应注意到，在纤维壁内的拉伸应力水平反比于弯曲半径。在制造扭转元件中，初始纤维形态的局部半径是其最终能够具有的局部半径的几倍，这意味着该弯曲应力将远远小于其破裂的临界值。这使得人们能够制造动态/运动的MEMS装置，该装置利用扭转偏转(扭绞运动)来产生与使用现有MEMS材料相比具有优越扭转性能(达到数倍)的运动。

在一个实施方案中，扭转元件只是仅仅由几十条纤维组成的单编织层。在其它实施方案中，可以使用多个编织层。

螺旋角度(即单个绕圈缠绕形成编织层处的角度)和卷曲角度(即纤维交叉点处所形成的角度)影响管状编织层的扭转强度和刚度。此外，在拉伸中，其他因素也影响编织层在拉伸时的强度和刚度，例如组成编织层的纤维的直径和数量、纤维形成的交叉点的数量、在单个绕圈之间的距离、编织层的直径和长度以及在编织层内的浸渍物的数量和类型等因素。

大直径(100微米)编织层导致该编织层中的纤维被预先施加应力，该应力为其承受能力的几分之一——即半径大约为4到5倍纤维直径的弯曲，该大直径编织层是用细直径纤维(2-6微米)以小螺旋角度盘绕制成的，并且在纤维之间具有很少的交叉点，且在绕圈之间具有合适的间距。例如，对于由直径5微米的纤维以45度的螺旋角(α₀)盘绕制成的直径100微米(R₀)的编织层，在未变形的编织层中的纤维的曲率通过以下方式确定：

$k=\frac{{\sin }^2{\mathrm{\α}}_0}{R_0}=\frac{{\left(1.414\right)}^2}{100\mathrm{\μm}}=\frac{1}{50}$

在其它实施方案中，通过将纤维展成宽扇形(超过该弯曲区域)来执行锚定，然后将其嵌入反射镜和框架结构中。通过在这些区域中将编织层展开，锚定以与在扇形中的纤维数目基本相等的倍数被增加。这一方案在显微加工流程中会将装置的制造复杂化，但可以用最小数量的元件来实现。

在图6中扫描器1400内的大多数纤维(如实线610所示)被选择用来控制纤维的强度和刚度，而一些诸如纤维的一少部分(如虚线615所示)是机电功能的，用于驱动和/或感应。例如，它们可以是耦合到螺旋管的铁磁性镍或坡莫合金纤维，并在相互的磁性作用下使得整个元件运动。对于每一个扫描器1400，该编织物包括用作扭杆的单条小直径石墨纤维编织层620。

在使用磁性驱动器来摆动扫描器装置的实施方案中，在结构中所纳入的坡莫合金纤维的密度直接与螺旋管执行器的强度相联系。相互作用的强度取决于能够纳入MEMS结构中的磁性材料的总体积。通常，这些磁性材料被电镀到MEMS装置的结构上。对于织物来说，磁性功能的纤维615与定向结构纤维混合或者直接织入织物中，从而将执行器直接集成到整个织物或纤维阵列中。此外，也可以将其他类型的纤维615纳入MEMS元件中，来与一些纤维一起构造用作集成传感器元件的混合纤维结构。在光交换应用中，感应是特别关键的。例如，如图15所示，扭转编织层620可以用压电芯1510构造，或者可以通过在编织层中纳入一条或多条具有压电性能的纤维来构造。然后使用编织层620来积极地感应反射镜的角偏转。

所述可扭转扫描器的制造方法采用了来自半导体的制造和现有MEMS工艺的技术，且可以类似于上文所描述的技术。

一种所述纤维MEMS装置和扫描器的制造工艺包括将纤维阵列或织物对准在氧化硅晶片的表面上并将纤维用适宜的基质材料浸渍。该基质材料可选择性地固化在特定区域内以在扫描器装置的不同部分内提供不同程度的刚度。例如可以使用激光能以选择性地将组成反射镜和扭转元件的结构进一步固化，以增强它们的刚度。

基质的局部固化允许调整刚度和强度。在扫描器中，反射镜元件应当非常坚硬以避免在扫描时的动态变形。然而，对于高频工作，扭转梁必须是最适合的坚硬——任意额外的刚度会增加能量需求。基质在扫描器的不同部分选择性地固化来满足这些完全不同的需求。在一个实施方案中，使用脉冲式1064纳米Nd:YAG激光器和脉冲式308纳米XeCL受激准分子激光器这两种激光器来选择性地固化反射镜元件和支撑结构。该固化是为扭转元件调整过的。脉冲激光(30ns)只热作用于受辐照区域，热扩散在此时间条件下几乎完全是一维的。对于每一区域5-10次的脉冲，100mJ/cm²的能流是足够的。在这种条件下，常规受激准分子激光器(50W)在一分钟内能够很好地处理200mm的晶片面积。这样，制造出了扫描器装置，其中反射镜元件具有非常高的刚度(模量＞150GPa)，而扭杆是弹性的以承受大的剪切变形，但是足够坚硬以在高频下谐振。

在一个实施方案中，为了确保在织物内的扭转元件编织层全部包含在石版印刷所限定的区域内，可以将其精确地对准。扭转梁保持无缺陷，而且重要的是避免或者至少最小化编织层的外部元件的刻蚀。在一个实施方案中，如图16所示，进行了在硅基片内的对准槽的预刻蚀。将较粗的编织纱线(用于构造扭转梁)与其他细直径纤维分开，然后在对准槽内将其捕获。然后将定向纤维或织物对准到基片上。

在常规MEMS和IC加工中所使用的氧和其他等离子体中，碳纤维刻蚀良好。在如CF₄/H₂/O₂ or C₁₂和氩等的类似离子体中也可以刻蚀出所使用的基质和纤维。硅晶片的元件使用标准湿法刻蚀化学法刻蚀。

也可以用与双轴扫描器相同的方式纳入扭转编织层和织物反射镜元件来制造单轴扫描器。

可以通过使用诸如石墨、玻璃、金属/合金、陶瓷等的纤维的本质各向异性的材料来克服现有MEMS材料的的难题。当纤维用作MEMS结构的机械支架时，可以通过改变它们的定位、数量、材料类型等来调整纤维以提供所需的性能。此外，它们是目前现有用途最广且最耐损坏的一些材料。

代替硅或任意其他来自半导体加工的常规MEMS材料，使用纤维/单纤维以及纤维状材料来形成MEMS结构的元件，即特别对准/定向的单纤维或多纤维构成单个MEMS结构。可以将结构增加或者适宜地连接到在基片上的预构图的微结构上。可以包括或不包括用于连接的粘合剂来将它们结合到基片上或互相结合到一起。

在一个实施方案中，可以通过将纤维对准到悬臂梁、扭簧、片板、薄膜等来形成MEMS结构。单纤维可以形成悬臂梁、微桥、拉伸线(tensioned string)或扭杆；或者可以通过将多条纤维对准并将其以共同作用的方式连接来形成这样的结构。可以使用对准的纤维层来创建给定预期特性的MEMS结构。

使用纤维能够创建的最简单的结构是单纤维悬臂梁，其一端使用适宜的连接方法连接到基片上，而另一端以一频率自由摆动，该频率由纤维的材料性能、其长度和截面惯性矩等确定。此外，可将一物体连接到纤维尖端，例如在一维或二维上扫描反射波束的镜面。

在另一个实施方案中，可以使用多个共面且对准的纤维来制造悬臂梁结构，该悬臂梁结构在其尖端和基部均连接，尖端自由摆动而基部被夹紧固定。这种结构可用作阀门、泵等，或者可以结合反射元件来构造扫描反射镜，或用作传感器的生化/光/电子/压电元件。

在另一个实施方案中，可以将定向纤维沉积或放置到在基片上的预构图的结构来形成预期的MEMS结构，该结构可只包括特别定向的纤维/单纤维和用作结构元件的纤维状材料，或者可以连接到其他MEMS机构上以形成预期的MEMS装置/结构。

类似地，也可以通过将许多纤维或纤维层对准到基片上来制造微桥结构，振动膜等。该结构可以由单纤维、定向多纤维或纤维层组成。也可以将纤维用作由常规MEMS材料制成的已有MEMS结构的增强件。这将涉及将基片预构图以用硅或者相关MEMS材料制造诸如悬臂梁等的MEMS结构，以及以预定结构将定向纤维或纤维阵列施加到结构上以施予必要的物理性能。

碳/石墨纤维是目前使用的最坚硬的材料，且具有极强的抗化学腐蚀性、在大应力水平下有极强的拉伸和压缩疲劳耐性。已经发现这些材料在应变超过5％而应力接近20GPa时在弯曲中产生非常大的弹性变形，且使用寿命在kHz的频率下超过10¹⁰次循环。

石墨纤维在所有现有材料中展现了最强的断裂耐性。石墨纤维的层叠/折叠的石墨“片状”性质将内部核心与纤维外表面上的断裂隔绝开来，纤维外层脱落而不损坏整条纤维。当直径变得更细且长度减少时，纤维的强度也趋向于增大。在另一个实施方案中，该纤维期望包括碳纳米管或者由碳纳米管取代。

可以使用图6所示的纤维的多种不同的横截面。除了形成MEMS结构的纤维之外，可以结合或者连接其他电化学/生物/光/磁/机械功能的纤维以形成预期的MEMS结构。

可以结合具有不同材料类型的多条纤维以形成具有预期和特定性能的MEMS结构。

使用这样的纤维材料的一种实施例MEMS装置是一种简单摆动多纤维悬臂梁，例如在图19A和19B中所示。在此实施方案中，使用适宜的方法将纤维连接到基片上，例如将纤维密封并将其连接到基片上地粘合剂或环氧树脂。粘合剂的一些实例包括环氧树脂、SU8、光致抗蚀剂、聚酰亚胺以及其他粘合剂。纤维延伸超过基片以形成固定-自由(fixed-free)的悬臂梁。也可使用粘合剂将纤维的尖端连接来使纤维摆动一致。为了产生驱动，或者为了增强在纤维之间的连接，或者为了形成MEMS装置的功能元件，可以在尖端、基部或沿纤维长度的其他点上附加其它层，例如，为了形成反射镜可以将金属反射层沉积到这些悬臂梁的尖端，其中该反射镜能够摆动并产生扫描光束。

使用本发明这样的纤维材料的一个实施例MEMS装置是图18中所示的简单摆动单纤维悬臂梁。在此实施方案中，使用适宜的方式将纤维连接到基片。纤维延伸超过基片并能够根据由其长度、材料性能、惯性矩、在尖端的质量以及施加到其上的力的大小、方向和位置等所确定的特性自由摆动。

另一个实施例是将定向纤维增加到现有预先限定在基片上的MEMS结构上以增强力学性能。通过粘合或者使用在半导体加工领域内已知的方法可以将纤维简单地连接到这种结构上。

图24A-24J示出了一种制造图19A和19B中的悬臂梁MEMS结构的实施例方法。在一个实施方案中，将单石墨纤维从纤维束中抽出，然后并排放置以形成图24G和24H中的纤维阵列，该纤维阵列跨过构图的涂有氮化物的硅晶片(图24A、24B和24C)的表面。该晶片由在背侧的凹槽组成，氮化硅薄膜/凸部已经跨过这些凹槽形成并涂有适合的反射材料，例如图24D、24E和24F中所示出的铝。可将纤维的末端拉伸并保持在适当位置，以保持纤维与基片对准且互相对齐。如图24D、E和F所示，然后在基片上的不同部位将适宜的偶联剂施用到纤维上，以使得纤维在期望形成悬臂梁组织的区域内除了在其基部和尖端之外各处都保持未覆盖。也就是说，将纤维在晶片内的预构图的凹槽的两个相对末端中的一端处连接到基片上，从而使得一端形成基部，而连接到反射性地涂有氮化硅的凸部的一端形成悬臂梁尖端。使用YAG激光器将悬臂梁的尖端切断，然后将悬臂梁的末端从基片上松脱——这涉及使用激光能将纤维和其所连接的氮化物薄膜/凸部切断，如图24I和24J所示。反射涂层仍然保留在所形成的悬臂梁的自由端。

可以使用多种方法驱动纤维MEMS结构。通过使用磁、静电或在常规MEMS技术中驱动方法的组合，可以从尖端驱动悬臂梁和扭转结构来产生所需的大的力和偏转。或者，可以使基质材料或者电活性/机电纤维以及其他结构与石墨纤维支架在不同部位连接来产生必需的驱动或运动。在一个实施方案中，通过驱动纤维MEMS结构在其基部谐振来产生在其内的大的尖端位移和力。可以使用磁的、压电的、静电的、电致热的、电致紧缩的驱动机制或者这些驱动机制的组合来激励固定到基片的纤维MEMS结构的基部。这样的振动的能量可被耦合到这些结构的自由端，在该自由端该振动被放大以产生大的振幅和力。

图20显示了可以在沿其长度的任意点上将纤维互相连接或者连接到公共基片上。在此实施方案中，在基片上的预期位置上将纤维阵列2010在偶联剂2020内嵌入基片2025。偶联剂2020可以是环氧树脂、金属、一种合金、SiO₂或者其他为预期应用提供到基片的足够连接的材料。在一个实施方案中，可以用如环氧树脂等粘合剂将纤维阵列粘结在一起，而且也可通过适宜的偶联剂在第二末端2030将纤维阵列连接到基片。

图21显示了MEMS悬臂梁结构的构造，该悬臂梁结构使用了多个平行对准、互相邻近且连接到基片2115的纤维2110。

图22显示了在硅悬臂梁上的纤维增强件。纤维阵列2210直接连接在硅悬臂梁2215。可使用纤维2210以预期模式改变硅悬臂梁的弯曲和频率特性。纤维的数目和布置提供了很好的方式来改变选定应用的这些特性。在一个实施方案中，悬臂梁连接到基片2220。可以将纤维2210只连接到悬臂梁，或者连接到悬臂梁以及基片上，以提供预期特性。

图23A、23B、23C、23D和23E示出了可以形成的纤维的不同横截面。这些横截面从如圆、椭圆、方形、长方形等简单几何形状到如图23C所示的星形等复杂的多边形和其他图形。可以调整横截面来提供结构性能，或者增大刚度，或者通过使某些尺寸更小来在预期的方向提供更大的柔性。例如，在图23B和23E中的形状可以约束沿较粗轴的左右运动，而允许沿与较细的横截面相对应的较细轴的更多的运动。

现在描述在形成光扫描器的多种不同实施方案中纤维的使用。图25A和25B示出了光扫描器的构造。使用例如硅基片的基片2505来支撑碳纤维阵列2510。在一个实施方案中，在基片表面上有直径10、5微米的纤维，该纤维基本邻近对准、可选地基本平行。扫描器装置的结构主干由纤维阵列组成。纤维可以是在硅基片上沿其长度对准的石墨纤维。

在图26中，可将纤维阵列的末端密封在可光构图的环氧树脂2615和2620中，从而使得一端2615锚定到基片2505(锚定端)上，另一端连接到在基片(自由端)2620上预构图的光反射元件2625，同时露出一定长度的纤维并且该段纤维未固定到在锚定端和自由端之间的基片上。

可以通过包括使用电沉积材料在内的多种方法将末端锚定到基片。可使用常规光致抗蚀剂来限定晶片上锚定点处的开口，该晶片涂有一导电材料薄层。通过施加电压到晶片并将其放入电化池中，可使金属在基片上沉淀，将纤维密封并将其连接到基片。然后可以溶解去除光致抗蚀剂，选择性地留下在晶片表面且密封在电沉积金属内的锚定的纤维。也可以使用其他将纤维连接到基片的方法或者框架的方法，这些方法包括诸如SiO₂、铝、铜等薄膜的物理气相沉积法或化学气相沉积法，或者使用在玻璃上的旋涂。

如图27A和27B所示，通过将从被密封且连接到光反射元件的纤维阵列末端的下面，一直到未锚定和裸露的纤维阵列到达其被锚定到基片处的点的地方去除材料，形成了悬臂梁。

如图28所示，通过向基片提供机械激励或者直接向悬臂梁提供激励，可以在悬臂梁结构内产生摆动，该摆动引起从基片延伸的未密封的纤维挠曲或弯曲，并引起悬臂梁的自由端变形，该悬臂梁由密封且连接到光反射元件的纤维组成。组成悬臂梁结构的纤维阵列的一定长度保持未密封以形成在悬臂梁锚定端和自由端之间的类似铰链结构的弹簧。这样的悬臂梁结构利用了石墨纤维的固有优良微观力学性能，该微观力学性能是本质坚硬、具有强抗弯曲强度并且在弯曲或者挠曲变形时不产生疲劳。

如图29所示，在制造过程中，可在单个硅晶片上并行形成多悬臂梁结构，每一个悬臂梁结构互相分离和独立。这使得能够高效和廉价地制造大量扫描器。

如图30所示，通过以与其谐振频率匹配的频率反复机械刺激纤维阵列悬臂梁可以实现在纤维末端非常大的偏转。此外，通过将该光反射摆动悬臂梁置于光束3005的路径内，可穿过一表面反复扫描从位于悬臂梁末端的镜面2625反射的光线，该表面位于离开摆动纤维阵列悬臂梁结构一定距离处。当悬臂梁静止时，以3010所示的方式反射光线。当摆动时，在第一向上位置3015，以基本不同的角度3020反射光线。在向下位置3025，反射镜在入射光路径的外侧，因此没有光线被反射。可以根据需要改变入射光的位置、悬臂梁的偏转量和反射镜的位置，以扫描预期表面。

虽然这样的结构可在任意频率下工作，但在某些实施方案中在谐振下工作是理想的，因为在谐振频率下的偏转和由此产生的扫描角和长度最大，并且在***内维持最大摆动所需的能量(以及由此产生的功率)最小。

如图31A、31B、31C和31D所示，可以通过改变与基片分离且连接到反射元件的纤维阵列的长度，即改变悬臂梁的长度，控制悬臂梁扫描器的谐振摆动频率。纤维阵列悬臂梁越长则谐振摆动速度越慢。改变用于将纤维阵列连接到反射镜的“粘合剂”的数量也控制扫描器谐振摆动的频率。如图32A、32B和32C所示，通过改变将纤维尖端密封在反射元件的可光构图的环氧树脂的厚度，可以增加质量来使悬臂梁扫描器减速。图32A示出了标称程度密封的密封尖端。图32B显示了密封程度更厚的纤维尖端，而图32C显示了密封程度更宽的纤维尖端。两种密封方式在都末端增加了质量，这导致悬臂梁摆动谐振频率降低。

替代地，可以通过改变其厚度、表面积或两者都改变来改变连接到纤维阵列末端的光反射元件的质量，以影响悬臂梁的谐振速度。

尽管非常坚硬，石墨纤维能够进行非常大的弹性变形(在弯曲中最大应变接近5％)。通过既改变纤维裸露且未锚定到基片的那部分悬臂梁结构的长度，又改变悬臂梁扫描器的整体长度，可以控制扫描器的力学偏转。

如图33所示，通过将锚定有悬臂梁结构的硅基片2505连接到压电弯曲元件3315的尖端3310，可以使扫描器装置摆动。将电压施加到压电元件使其以一频率弯曲/摆动，该频率被调整为与基于纤维的MEMS悬臂梁结构的谐振频率匹配。压电元件(双压电晶片)内的运动引起锚定纤维悬臂梁的硅基片(即悬臂梁的基片或固定端)运动，该运动在悬臂梁的自由端或者尖端被放大。如果需要，可以通过夹具或紧固件3320将压电弯曲元件3315夹紧固定到另一结构，基本上形成第二悬臂梁或者其他连接结构，该结构能够在正交于扫描器装置的悬臂梁的方向上运动(旋转、扭转、弯曲)。图34说明了扫描器装置的摆动，其中由弯曲元件3315引起的基片的运动导致了悬臂梁和反射镜的摆动。在其它实施方案中，第二悬臂梁可由镍或者其他铁磁性材料形成并用电磁驱动。

如图35所示，可以使用不同数目的纤维来形成悬臂梁。可使用单纤维3510或任意数量的纤维来组成构成悬臂梁MEMS光扫描器的结构主干的纤维阵列。3515示出了二纤维悬臂梁，而3520示出了四纤维悬臂梁。纤维阵列中的单一纤维的直径在大约10纳米-100微米的范围内。也可使用更细的直径。它们也可以由除了石墨之外的材料组成，且可以是如图36中所示的除规则圆柱体之外的形状，例如在图36中示出了星形、八边形、扁平形/矩形、椭圆形、四角形和狗骨形。

在其它实施方案中，如在图37A、37B和37C中在3705处所示，悬臂梁由纤维构成，其中该纤维用最少量的“粘合剂”将其保持在适当位置，或者使其成为更复杂的复合物，其中先将纤维与基质刚性连接以形成纤维-基质复合材料悬臂梁。这实际是程度问题，从在基质和纤维(具有最少粘合剂的自由纤维)之间没有负载传递到工作时(刚性复合物)的最大工作负载传递之间变化。

如图38A和38B所示，悬臂梁也可以依据两条正交轴线3805、3810来构造来提供在二维内的偏转。图39示出了第二结构，该结构被设计为垂直于悬臂梁运动，该结构可由围绕纤维阵列悬臂梁并连接到其上的矩形框架组成，纤维3915和3920放置在对角相对的两端并且平行于在悬臂梁结构中的纤维3935。使用可光构图的环氧树脂可将框架结构4010的对角相对端处的纤维连接到框架4010上，该纤维可用作悬臂梁铰链/弹簧，该铰链/弹簧在相反的方向同时弯曲并使得框架在外力激励下垂直于扫描器的运动方向倾斜，如图40所示。

通过将纤维复合物MEMS反射镜结构连接到任何其他基部/结构上可实现二维的扫描，该其他基部/结构在垂直于反射镜摆动平面的方向上摆动或者进行非谐振运动。这些其他结构可包括杆、表面、电流计线圈等。可以使在第二方向上的运动频率显著低于扫描光线的主反射镜的频率。

也可将运动(驱动)整合到扫描器和第二支撑结构。如图41所示，这可包括将压电或铁磁纤维4110纳入到组成悬臂梁MEMS扫描器装置的纤维阵列4115。如图42所示，通过将电压施加到连接于纤维阵列的电极4210可以使压电元件4110弯曲，该纤维阵列产生在扫描器和支撑结构内的整体偏转。如图43所示，通过借助于在悬臂梁结构下的电磁体4310在扫描器的谐振频率下制造脉冲磁场使其摆动，可以使磁性纤维弯曲来在纤维阵列悬臂梁并由此在扫描器中产生整体偏转。

替代地，可以将诸如电镀载流线圈的载流线圈4410制造为扫描器和/或支撑结构的一部分。如图44所示，通过将扫描器装置放置在诸如磁体4420所提供的恒磁场内，通过改变在线圈内的电流，可以使用本领域公知的洛仑兹力作用来使扫描器和/或支撑结构摆动。如图45所示，通过制造在金属电极4510和悬臂梁之间的电荷差，可以使用在MEMS领域中已知的静电作用来引起组成悬臂梁和/或支撑结构的石墨纤维的偏转。可以将这些驱动方法用于感应以精确地确定悬臂梁和支撑框架沿其各自扫描弧线的位置。

制造工艺综述

可以使用常规工艺制造基于石墨纤维的悬臂梁MEMS光扫描器，例如在半导体和MEMS制造中所使用的工艺——光刻法、湿法/干法刻蚀、薄膜沉积等。使用更多的工艺将纤维材料沉积、对准和锚定到在硅晶片上的已构图的元件上。

在一个实施方案中，在硅基片4600上进行纤维MEMS光扫描器的制造。如图46A和46B所示，基片由覆盖有Si₃N₄的4605硅晶片组成，其中该硅晶片已经被选择性刻蚀以形成在一个表面上的100-300nmSi₃N₄薄膜4610。如图47A和47B所示，将该薄膜选择性地用100纳米厚的铝膜覆盖来制造50微米宽、275微米长、距离该薄膜的一个边缘0.5毫米的铝矩形决。铝膜的表面是光滑的，因为其形成在Si₃N₄所形成的光滑表面上。在随后的工艺中去除Si₃N₄时，留下形成良好反射镜的光滑裸露的铝面。在其它实施方案中，该反射镜可以由薄反射性金属膜或者分色镜形成。

如图48所示，然后沉积或以其他方式形成50-100纳米厚的Si₃N₄层4810来覆盖整个晶片，以使得铝矩形块4710被两Si₃N₄层夹在薄膜中间。铝矩形块4710是在Si₃N₄薄膜内的一层膜，并形成光学反射元件，将纤维连接到该光学反射元件上以形成悬臂梁光扫描结构。如图49A和49B所示，将一层可光构图的SU8环氧树脂旋涂并且石印构图到该已构图的基片上以直接在夹在Si₃N₄薄膜之间的铝结构上面产生50微米宽、275微米长和2微米厚的环氧树脂矩形。在一个实施方案中，一层Si₃N₄将碳纤维和反射性元件分隔开。这可以防止各种实施方案中反射镜的剥落。也可以使用能够在铝上选择性刻蚀的其他材料。也可以使用其他反射性材料来形成反射镜，例如抛光硅、反射性金属薄膜(金、钛等)或二向色的薄膜。

然后使用各种方法形成纤维阵列。在一个实施方案中，通过在丙酮中浸渍纤维束并牵引单个单纤维5015，从石墨纤维束5010中抽取单条直径5微米的纤维。通过将纤维绕芯棒缠绕以形成10根邻近放置的纤维5020，用单一纤维制造纤维带。将纤维阵列5020放置到在图51A和51B中的基片上，以使得每一列5110覆盖薄膜上的一排SU8矩形块。如图52所示，通过使用环氧树脂将纤维阵列粘合到晶片边缘5210或者其他将纤维阵列保持在适当位置的适宜方式，将纤维阵列5110保持在适当的位置。如图53A和53B所示，然后将SU8旋涂到覆盖有纤维阵列的基片上以达到10微米的厚度。将此SU8层5310构图，以使得纤维密封和锚定到在薄膜的一端的基片，并且连接到在薄膜顶上的2微米的SU8矩形块。

然后在CF4等离子体中将Si₃N₄薄膜刻蚀掉，形成图54A和54B中所示的结构。刻蚀的方法可以根据薄膜和反射镜所使用的材料变化。如图55所示，然后可以使用YAG激光器精确地切断纤维以形成悬臂梁MEMS结构。

制造工艺的变型

也可以使用纤维进入悬臂梁MEMS结构的射流装置。一种替代的制造工艺使用基于流体的自动装配方法来将单条纤维对准和锚定到基片上，以形成MEMS悬臂梁结构。射流运送可以是选择的方法，因为在这一尺寸中占控制地位的表面力在流体中更易于控制。这样的方法包括将基片构图以形成图56A和56B中的结合部位5610，在该处当包含纤维的溶液以箭头5620所示的方向流过基片时，纤维5615具有根据规定的能量促进方向(energetically favorable orientations)下沉的倾向。这样的结合部位可以包括尺寸和形状精密或者基本与纤维的尺寸和形状一致的凹槽。如图56B所示，然后毛细作用力使得单条纤维下沉进入凹槽中。

替代地，如图57A和57B所示，可以用互补的化学药品将纤维以及需要将纤维对准和聚集的基片部分构图，该互补的化学药品使纤维很可能将其自身定位或者“粘”到在基片上的预期位置，从而使***的表面能最小。如图58A和58B所示，期望具有纤维的在基片上的凹槽或者其他定型区域可以是具有静电电荷的，以便于纤维在这些区域被吸引和锚定。可以使用这些方法的组合来将纤维对准和锚定到在基片上的适当位置，以形成悬臂梁结构。在一个实施方案中，凹槽可以与基片的预期晶体取向对准，例如<110>来匹配各向异性刻蚀，或沿<100>来横跨类似的凹槽。

如图59A和59B所示，可以不使用流体而实施自动装配方法。在此实施方案中，可以将凹槽5910和其他限定构造悬臂梁支架的阵列结构形状限定或者构图到基片的表面。限定在基片中的形状与单一纤维的形状匹配。然后可将与凹槽的尺寸相匹配的许多精确切割的纤维5915置于该基片上并对其用超声激励。如图59B所示，该振动可以使纤维在表面上“跳跃”并进入凹槽。

在一个示例性实施方案中，描述了在制造MEMS结构的准备过程中的一种抽取并将一组纤维对准基片的方法。圆柱形芯棒6005覆盖有塑料薄板6010，该塑料薄板已切开矩形槽6015。从一束可买到的纤维(Toray T1000)开始，将纤维浸渍在丙酮中来去除上胶(粘性聚合物涂层)。一旦去除上胶，就清洗纤维并将其浸入水中。在水中将单纤维6105从纤维束中拉出并缠绕在圆柱形芯棒上，使得它们中的10根纤维并排放置在6110。芯棒覆盖有一层塑料板，该塑料板已经切开一矩形槽，在该矩形槽中放入10纤维的带子。一旦对准，就通过用粘合剂6115将纤维附着到塑料薄板6010，将纤维保持在适当位置。

如图62所示，然后将塑料薄板6010从芯棒6005上解开并平铺到铝制卡盘6205上，在该卡盘内已经切割出晶片大小的开槽。铝制卡盘位于转动的X-Y-Z载物台6210的上方，在该载物台上放置有一具有由铝制反射镜元件构图的Si₃N₄薄膜的硅晶片6215。可以使用显微镜来将纤维带对准晶片上的结构，一旦完成对准就将晶片抬起以接触纤维。如图63所示，然后将纤维粘结到晶片的边缘并将其从在铝制卡盘上的塑料薄板上切下。然后将SU8环氧树脂涂到晶片上并构图，以使得纤维在薄膜的一端附着到晶片上，并且薄膜的中间附着到反射镜元件。替代的驱动

在另一个实施方案中，通过引起在悬臂梁连接到基片的锚定部位的小运动来产生尖端偏转。通过将该锚定部位连接到压电弯曲元件并且使压电弯曲元件的谐振与纤维悬臂梁的谐振匹配(通过改变压电弯曲元件的长度)，可以获得在纤维尖端的最大振幅。如果谐振不匹配，在纤维内的偏转不会是如此大。

在一个实施方案中，如图64A、64B和64C所示，在硅基片上制造一铁磁性镍的悬臂梁6405。然后将纤维悬臂梁6410放置在镍悬臂梁上方并用如上所述的环氧树脂粘结，产生双串联悬臂梁。镍悬臂梁的长度可以被设计为与纤维悬臂梁的(大致)匹配。在一个实施方案中，选择镍悬臂梁的长度和厚度以使得其谐振匹配纤维悬臂梁。如图64C所示，然后可以垂直于镍悬臂梁施用交变磁场使其摆动。

在纤维悬臂梁内可以放大该摆动，使得尖端的偏转是镍悬臂梁的偏转的若干倍。在基部的类似的驱动方法也可包括在纤维悬臂梁基部的洛仑兹线圈的构造，或在纤维悬臂梁基部的静电力的应用。也可以使用驱动方法的组合。例如，可以使用基于压电的机制来启动摆动，可以使用诸如静电或弱脉冲磁场的较小力量驱动来维持在谐振下的摆动。由于维持悬臂梁的摆动所需的能量在谐振下最小，所以可以用大的力或者大的偏转驱动来启动悬臂梁的谐振偏转，该谐振偏转可以通过在悬臂梁的每一摆动周期施用较小的力或偏转来维持。

结论

纤维微复合材料由微纤维制成。该纤维微复合物材料用作一种新型MEMS的基础。除了单纤维复合物和薄片之外，也可以在结构中使用纤维状中空和/或实心编织层，在这些结构中由涉及扭转、平面弯曲以及拉伸线或者薄膜的运动的偏转引起运动和回复力。在某些实施方案中，这些材料能够同时满足高工作频率、大振幅位移和/或转动，在周期性压力下的高可靠性。

在一个实施方案中，纤维元件使用高强度、微米和更小尺寸的纤维形成，例如碳/石墨纤维、碳纳米管、纤维状单或多层石墨薄片，或者其他具有类似结构构造的材料。所使用纤维类型的变化可以很大。除了碳纤维(包括其次末级碳纳米管)之外的一些实施例包括但不限于玻璃纤维、凯夫拉尔纤维、金属纤维(磁性或导电)等。

使用微复合物材料形成的一种MEMS装置是一种光扫描器。该光扫描器具有反射镜，该反射镜足够坚硬可以在高频下谐振--接近并最终超过10KHz，并且足够坚硬可以承受在弯曲或扭转中的大弹性变形，以便于驱动反射镜元件进行接近40度的角度偏转。对纤维特性、纤维体积率、纤维取向、树脂材料和纤维/树脂界面特性等都可进行调整，以修改扫描器的特性。通过将一种材料的硬度和强度与另一种材料的弹性结合，可以优化扫描器的硬度和弹性。

纤维MEMS材料技术也可以适用于CMOS加工，这使得能够开发具有在相应晶片上的主动控制和感应电路的整个***开发。使用用于MEMS装置的基于纤维的材料的预期商业利益是广泛而深远的。

高速/大偏转的MEMS现在可以想象的一个最大商业市场是光学成像和通讯领域，尤其是在扫描器和光交换领域。已经知道根据电流性能限制可以将光栅扫描显示明显最小化，并且MEMS扫描器的固有尺寸和可大规模生产的特性使得这些***的成本和能源消耗显著降低。纤维微复合物MEMS扫描器也可用于视频显示应用、远程通讯网络的光交叉连接、空间光调制器、激光打印机、光数据存储磁头、条码扫描器等。存在无数其他广阔和适合的应用用于高性能扫描器，例如激光打印机中所用的内向且共焦显微镜或空间光调制器、条码扫描仪和光存储磁头等。MEMS扫描器的体积小、重量轻、低功耗和低成本在微显示市场同样具有优势。

也可以不使用基质材料用纤维制造MEMS。可在纤维只连接到基片边缘的地方构建装置(例如悬臂梁、桥)。可以通过调整具有弱连接的多条纤维(例如基部、末端、中间物)之间的连接来控制运动。目前的驱动力包括基部力(磁力、压电力、静电力)或尖端力(磁力)。基于纤维的MEMS装置在便携式仪器中是很有价值的，因为它们体积小、只需单个元件并且耗电少。通过将反射镜(或者其他反射元件，可能是全息照片)连接到一组基片上对准的纤维可以形成最简单的光扫描器组件。可以使用许多常规半导体和微机电***(MEMS)的制造技术来形成这些结构。

在一个实施方案中，可以使用单层的单个石墨纤维来制造在硅基片上的纤维复合MEMS装置。将纤维添加到MEMS中，结合在不同的制造工艺中所制造的结构单元(通过标准的硅加工技术获得基片而通过纤维制造工艺获得纤维)生成复杂的复合MEMS结构，该复杂的复合MEMS结构利用每一元件的独有特性来获得崭新的性能。开发和使用纤维材料以形成运动微观结构是在MEMS材料技术的巨大进步。在一个实施方案中，悬臂梁结构由对准的纤维组成，该纤维在第一端锚定到基片上，第二端***。可在悬臂梁纤维的自由端(在如下所描述的制造过程中，悬臂梁的“自由端”在与其所连接的结构从基片上脱离之前实际上是不能***的)制造或连接结构。可以将力施加到悬臂梁以便以预期的方式使所连接的结构运动。

在一个实施方案中，所连接的结构是反射镜。该反射镜可以在纤维MEMS悬臂梁结构的自由端制造。在入射光束中摆动该结构使得该光束被反射和扫描。扫描距离和速度取决于纤维的偏转和频率。可以调整所使用的纤维以便于控制它们。

可以使用任意类型的纤维，并且对于给定装置可以选择特殊的纤维来满足该装置的性能要求。可以使用一条或者多条纤维来制造扫描器和其他悬臂梁装置。可以使碳/石墨纤维变型来提供大角度偏转，在有效长度/横截面下具有高谐振摆动频率并具有优越的疲劳寿命。同样的，碳/石墨纤维特别适于在扫描MEMS中使用，在该扫描MEMS中的扫描角度、速度和疲劳寿命远远超过常规基于硅和其他传统MEMS材料的MEMS扫描器的能力。

可以使用标准MEMS和半导体制造工艺来制造如扫描器等的纤维复合MEMS。这些工艺包括光刻和刻蚀、旋涂和激光切割。在将纤维加入和构造独立元件(包括光扫描器的反射镜)之前使用光刻法将基片预构图。可以在使用光刻法和刻蚀法将纤维加入之前构造对纤维定位或对准的导向装置和其他结构。简单的对准方法能够将纤维沉积和汇合到在硅基片上的悬臂梁结构。可使用旋涂、可控沉积和其他方法来将纤维在基片上连接或安装。在纤维加入之后可以使用光刻法和刻蚀来进一步改变该结构，例如使某些元件(例如反射镜)脱离。已经使用激光用来处理基片和纤维。

由石墨纤维制成的悬臂梁扫描器结构影响了石墨纤维在弯曲或挠曲中的优越力学性能(特别是高强度和硬度，以及在重复应力周期下的抗疲劳性)，也影响了硅装置制造中的大量知识。基于石墨纤维的MEMS光扫描器在超过10¹¹次的摆动(扫描)周期以及超过30KHz的频率下可产生＞±80°的尖端偏转；因此能够在几乎无限制的超高速下扫描大角度穿过的光线。

对准的/定向的纤维具有许多应用，例如MEMS装置/结构的结构支架或者增强件。纤维的直径可在从纳米到微米的范围内以形成在MESM中的单个结构。一些可以使用的直径包括从5微米到1纳米的范围。也可以使用更粗或更细的直径。纤维的长度在从1毫米到大于300毫米的范围内。也可以使用更短或者更长的纤维。也可以在具有显微结构的预构图的基片上增加一条纤维或者多条具体定向的纤维来构造MEMS。也可以使用增加到基片上的MEMS结构的对准的纤维作为增强件来增加或增强某个预期性能，。

在另一个实施方案中，可将纤维连接到基片或者互相连接。可以使用微石墨纤维、凯夫拉尔纤维、生物、化学、光和电功能的纤维或者其他纤维以形成MEMS结构。可以使用这些纤维将驱动和传感功能增加到MEMS，具体而言是增加到纤维MEMS结构。可以将多条纤维与不同类型的材料结合以形成具有预期和适合性能的MEMS结构。

在其它实施方案中，一种MEMS具有基片和纤维结构，该纤维结构由可有效连接到基片的纤维制成。在一个实施方案中，该纤维结构是微悬臂梁束，并且可以用单纤维或者平行且邻近的定向纤维阵列来形成。纤维可以在MEMS结构的内部对准或者对准到MEMS结构上。在其它实施方案中，该纤维是碳纤维、石墨纤维或者碳纳米管纤维。在一个实施方案中，该纤维具有范围在10纳米-10微米内的直径。

通过有意制造非谐振元件可以获得悬臂梁的复杂运动。可以使悬臂梁以不是单纯弯曲的模式摆动。可以改变纤维的长度、在末端放置不规则块、加入具有不同力学性能的材料，以在悬臂梁内引起不同类型的运动。这可用于其他MEMS应用中。此外，通过使单悬臂梁在弯曲时处于高频(＞30kHz)摆动，并且在垂直方向处于以非常低频率(60-120Hz)的扫描，这种结构在成像应用中也是有利的。由于上述的一些因素，在纤维悬臂梁中可产生除单纯弯曲之外的运动。

在一个实施方案中，纤维的长度可以不均匀，例如在悬臂梁一侧的纤维长于在悬臂梁另一侧的纤维。在每个摆动循环中，较长纤维的较低谐振会使得悬臂梁沿较长纤维的方向倾斜。在使用悬臂梁作为光扫描器的情况下，这实际上产生了斜切扫描线而不是直线扫描线。纤维长度可以根据在摆动期间悬臂梁内逐步产生倾斜效应的方式来变化，因此悬臂梁在其第一次摆动之后倾斜一定的程度，然后在随后的每一次摆动之后倾斜相同的程度。可以使这样的扫描器在两个方向上以不同的速度扫描，这对于成像是有益的。在单纤维中，当在两垂直方向上以不同的频率激励时，可以获得纤维尖端的环形摆动路线。这种单纤维结构的应用可以包括纤毛驱动器和纳米混合器。

MEMS悬臂梁在其末端可以有反射镜。在一个实施方案中，通过从纤维束中抽取单条纤维并将抽取的纤维在特定方向上对准和连接到适合的基片上来形成MEMS装置。可以选择性地将纤维互相连接和/或连接到基片上的其他结构。然后可以将纤维选择性地构图并使其脱离以形成MEMS装置。

在一个实施方案中，可以将基片预构图以创建预期的纤维MEMS结构。可以通过在基片上预成形对准图案或凹槽来实现预先构图。可以通过使用机电功能的纤维和/或连接到结构性纤维框架来实现MEMS结构的驱动。可以使用多种方式(压电、磁、静电等)在纤维连接到基片的部位产生振动，也可以使用多种方式在纤维MEMS结构的自由端制造大偏转振幅和偏转力。

Claims (33)

1.一种微机电装置扫描器，其包括：

基片；

纤维阵列，该纤维阵列在其锚定于基片的锚定端由该基片支撑；以及

连接到纤维阵列的与锚定端相对的自由端的反射镜，其中在所述锚定端和自由端之间的一部分纤维阵列是裸露的。

2.权利要求1所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述纤维阵列包括邻近设置且大致互相平行的多条纤维。

3.权利要求1所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述纤维阵列支撑在基片的上侧，并且其中所述反射镜具有面向基片底侧的反射性表面。

4.权利要求3所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述反射镜由反射性薄膜形成。

5.权利要求4所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述反射性薄膜由铝、钛或金制成。

6.权利要求4所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述反射性薄膜由陶瓷制成。

7.权利要求4所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述反射性薄膜由二向色镜制成。

8.权利要求4所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述反射镜包括用于支撑的底板。

9.权利要求8所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述底板包括Si₃N₄。

10.权利要求1所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述基片连接到纤维阵列的自由端。

11.权利要求1所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述纤维阵列形成了第一悬臂梁，所述第一悬臂梁通过第二悬臂梁由所述基片支撑。

12.权利要求11所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述第二悬臂梁用铁磁性材料形成。

13.权利要求12所述的微机电装置扫描器，还包括用于摆动所述纤维阵列的自由端的装置。

14.权利要求12所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述用于摆动所述纤维阵列自由端的装置包括在纤维阵列中选定的纤维，所选定的纤维响应于选定的激励。

15.权利要求14所述的微机电装置扫描器，其特征在于所述选定的纤维选自由磁、压电、静电、电致热和电致伸缩响应纤维组成的组。

16.一种扫描器，其包括：

基片；

碳纤维阵列，该碳纤维阵列在其锚定端由基片支撑；以及

连接到所述碳纤维阵列的与锚定端相对的自由端的反射镜，其中通过从碳纤维阵列的自由端的下方直到碳纤维阵列与锚定端相交的位置来去除基片，在所述锚定端和自由端之间的至少一部分碳纤维阵列是裸露的。

17.权利要求16所述的扫描器，其特征在于所述反射镜是基本平坦的未抛光的反射性表面。

18.权利要求16所述的扫描器，其特征在于所述碳纤维的直径在10纳米到10微米的范围内。

19.权利要求16所述的扫描器，其特征在于所述碳纤维阵列可以将所述反射镜在超过30KHz的频率下移动大于正或负80°的角度。

20.权利要求16所述的扫描器，其特征在于所述碳纤维阵列支撑在基片的上侧，并且其中所述反射镜具有面向基片底侧的反射性表面。

21.权利要求20所述的扫描器，其特征在于所述反射镜的反射性表面由沉积在选择性刻蚀的具有基本平坦表面的沉积材料上的铝形成。

22.权利要求21所述的扫描器，其特征在于所述可选择性刻蚀的沉积材料是Si₃N₄。

23.权利要求16所述的扫描器，其特征在于所述纤维在凹槽内被基片支撑。

24.一种微机电装置，其包括：

基片；

悬臂梁，其由在基片上侧的悬臂梁的锚定端处被基片支撑的一条或多条纤维形成；以及

反射镜，其连接到所述悬臂梁的与锚定端相对的自由端，其中反射镜在基片的一侧具有反射性表面，其中光线可从基片的这一侧到达所述反射镜。

25.权利要求24所述的微机电装置，其特征在于所述反射镜由铝形成。

26.权利要求25所述的微机电装置，其特征在于所述反射镜包括用于支撑的底板。

27.权利要求26所述的微机电装置，其特征在于所述底板包括Si₃N₄。

28.权利要求24所述的微机电装置，其特征在于所述纤维能够绕两个分开的轴线运动。

29.一种形成MEMS装置的方法，所述方法包括：

在基片上以预定方向对准纤维；

将纤维连接到基片并连接到另一个结构上；以及

将纤维结构选择性刻蚀、构图和脱离来形成MEMS装置，其中所述选择性刻蚀是通过从所述纤维结构的自由端的下方、一直到未锚定和裸露的纤维到达所述纤维结构被锚定到基片处的点的地方去除基片材料来实现的。

30.权利要求29所述的方法，还包括选择性地将纤维互相连接。

31.权利要求29所述的方法，其特征在于所述纤维是从纤维束中抽取的。

32.权利要求29所述的方法，其特征在于所述基片被预构图以产生预期的纤维MEMS结构。

33.权利要求29所述的方法，还包括在基片上预成形用于对准纤维的对准图案或凹槽。

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