CN118226636A - 一种滤波器及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例提供了一种滤波器及其制备方法,滤波器包括基板、盖板、MEMS执行器、第一微镜和第二微镜。MEMS执行器包括第一弹性框架和第二弹性框架,第一微镜设置在第二弹性框架上;第二微镜设置在基板上或第二微镜设置在盖板上,第一微镜和第二微镜之间形成FP腔体;第一弹性框架配置为在第一电容被施加第一电压时,第一弹性框架沿垂直方向发生形变,带动第二弹性框架及第一微镜靠近或远离第二微镜;第二弹性框架配置为在第二电容被施加第二电压时,第二弹性框架沿相同方向发生形变,带动第一微镜靠近或远离第二微镜。本申请的滤波器通过将第一弹性框架和第二弹性框架组合,形成级联式调节框架,扩大了滤波器的自由光谱范围。
Description
技术领域
本发明涉及传感器技术领域,特别是涉及一种滤波器及其制备方法。
背景技术
可调谐光学滤波器是一种重要的光学元件,可在一定光谱范围内选择性透过特定波长位置的光线,目前已广泛应用于光谱探测、光通信等领域。基于MEMS(Micro-Electro-Mechanical System,微机电***)技术的FP(Fabry–Pérot,法布里-珀罗)可调谐滤波器因***损耗低、调谐速度快、可调范围广、光谱精细度高等优势,受到了广泛关注。FP可调谐滤波器中的关键部件是FP腔,FP腔通常包含平行且相对设置的可动微镜和固定微镜,可动微镜和固定微镜之间的空间形成FP腔体,可动微镜和固定微镜之间的距离为FP腔体的腔长。在静电、电热、压电等驱动力作用下,可动微镜的位置会发生改变,使得两个镜面之间的距离发生改变,也就是FP腔体的腔长发生改变,进而使得透过FP腔体的光的中心波长在光谱中的位置随之发生改变,从而实现可调滤波的功能。可见,FP可调谐滤波器的FSR(FreeSpectral Range,自由光谱范围)可调谐范围由镜面距离的可调范围决定。
目前静电平板电容驱动的方式应用最为广泛,通电后平板电容之间产生静电吸引力,在静电吸引力的作用下可动微镜向固定微镜靠近,可动微镜与弹簧连接,弹簧提供的拉力与静电吸引力相互平衡,以保持可动微镜和固定微镜之间的距离。
然而,随着电压增加,电压到达临界点,可动微镜所在基板的位移也到达临界点,通常是在约三分之一镜面初始间距位置,由于镜面非常的薄,镜面间距和基板间距可以视作相等,弹簧提供的拉力无法平衡静电吸引力,平板电容的基板会迅速吸合失效。这导致FP腔的镜面间距的可调节范围有限,进而导致滤波器的自由光谱范围有限。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种滤波器及其制备方法,以扩大滤波器的自由光谱范围。具体技术方案如下:
本申请第一方面的实施例提出了一种滤波器,滤波器包括基板、盖板、MEMS执行器、第一微镜和第二微镜;所述基板和所述盖板相对间隔设置,形成容纳空间;所述MEMS执行器设置在所述基板和所述盖板之间的容纳空间内,所述MEMS执行器与所述盖板之间间隔设置;所述MEMS执行器包括第一弹性框架和第二弹性框架,所述第一弹性框架具有镂空区域,所述第二弹性框架设置在所述镂空区域内,并与所述第一弹性框架固定连接,所述第一微镜设置在所述第二弹性框架上;所述第一弹性框架和所述第二弹性框架与所述基板之间间隔设置;所述第二微镜设置在所述基板上或所述第二微镜设置在所述盖板上,所述第一微镜和所述第二微镜平行且相对设置,所述第一微镜和所述第二微镜之间形成FP腔体;所述第一弹性框架上设有第一电极,所述第二弹性框架上设有第二电极,所述盖板或所述基板上设有第三电极和第四电极,所述第一电极和所述第三电极平行且相对设置,所述第二电极和所述第四电极平行且相对设置,所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极彼此绝缘;其中,所述第一电极和所述第三电极构成第一电容的两极,所述第二电极和所述第四电极构成第二电容的两极。
在本申请的一些实施例中,所述MEMS执行器包括主体部和支撑部;
所述主体部具有镂空区域,所述第一弹性框架和所述第二弹性框架形成在所述镂空区域内,所述第一弹性框架与所述主体部固定连接;
所述主体部通过所述支撑部与所述基板连接,使得所述第一弹性框架和所述第二弹性框架与所述基板之间形成间隔设置。
在本申请的一些实施例中,所述滤波器还包括连接件,所述盖板通过所述连接件与所述MEMS执行器的主体部连接。
在本申请的一些实施例中,在所述第二弹性框架背向所述第一微镜的位置设置有增透膜,所述增透膜位于通光孔径处。
在本申请的一些实施例中,所述滤波器还包括供电线组,所述供电线组包括第一金属走线、第二金属走线、第三金属走线和第四金属走线;
所述第一金属走线与所述第一电极连接,用以为所述第一电极供电,所述第二金属走线与所述第二电极连接,用以为所述第二电极供电,所述第三金属走线与所述第三电极连接,用以为所述第三电极供电,所述第四金属走线与所述第四电极连接,用以为所述第四电极供电。
在本申请的一些实施例中,所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
所述第二弹性框架包括微镜平台和N个第二子部,所述每个第二子部的一端与所述第一弹性框架固定连接,所述每个第二子部的另一端与所述微镜平台固定连接,所述第一微镜设置在所述微镜平台上;
所述第二电极覆盖所述N个第二子部靠近所述盖板的面,并部分覆盖所述微镜平台靠近所述盖板的面,所述第二电极形成在所述微镜平台的通光孔径范围之外,以使所述N个第二子部上方覆盖的所述第二电极连接成一体;
所述第四电极包括N个第四子电极,所述N个第四子电极与所述N个第二子部一一对应并相对设置;
所述第四金属走线包括N个第四子走线,所述N个第四子走线与所述N个第四子电极一一对应,所述N个第四子走线用以向所述N个第四子电极分别供电。
在本申请的一些实施例中,所述第一弹性框架包括N个第一子部,所述N个第一子部之间彼此绝缘;
所述第一电极包括N个第一子电极,所述N个第一子电极之间彼此绝缘,所述N个第一子电极与所述N个第一子部一一对应设置,所述第一子电极覆盖所述第一子部靠近所述盖板的面;
所述第一金属走线包括N个第一子走线,所述N个第一子走线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述N个第一子走线用以向所述N个第一子电极分别供电;
所述第三电极包括N个第三子电极,所述N个第三子电极彼此绝缘,所述N个第三子电极与所述N个第一子电极一一对应并相对设置;所述第三金属走线包括N个第三子走线,所述N个第三子走线与所述N个第三子电极一一对应连接,所述N个第三子走线用以向所述N个第三子电极分别供电。
在本申请的一些实施例中,相邻的所述第一子部之间设有绝缘沟槽,所述绝缘沟槽将相邻的所述第一子部隔开,所述绝缘沟槽的内侧开口与所述第二子部靠近所述第一子部的端部一一对应设置,所述绝缘沟槽内设有绝缘介质和第一绝缘层,所述第一绝缘层设置在所述绝缘沟槽的侧壁,并将所述绝缘介质与所述第一子部和所述第二子部隔开,以使所述N个第一子部之间彼此绝缘,所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,所述金属连接线与所述第二电极和所述第二金属走线分别连接。
在本申请的一些实施例中,所述盖板具有第一面和第二面,所述第一面远离所述MEMS执行器,所述第二面靠近所述MEMS执行器;
所述盖板上设有多个过孔;
所述第三子走线和所述第四子走线设置在所述第一面,所述第三子电极和所述第四子电极设置在所述第二面,所述第三子走线通过所述过孔与所述第三子电极连接,所述第四金属走线通过所述过孔与所述第四子电极连接;
所述供电线组还包括第五金属走线和第六金属走线,所述第五金属走线和所述第六金属走线分别包括第一部分和第二部分,所述第五金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五金属走线的第二部分和所述第六金属走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五金属走线的第一部分和所述第五金属走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第六金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第二部分通过所述过孔连接;
所述MEMS靠近所述盖板的一侧设置有第二绝缘层,所述第二绝缘层覆盖所述主体部靠近盖板的一面;
所述第一金属走线和所述第二金属走线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,所述N个第一子走线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述第二金属走线与所述金属连接线连接,所述金属连接线与所述第二电极连接;
所述盖板和所述MEMS之间设有导电连接介质,所述N个第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五金属走线的第二部分连接,所述第二金属走线通过所述导电连接介质与所述第六金属走线的第二部分连接。
在本申请的一些实施例中,所述第一弹性框架包括N个第一子部,一个所述第一子部作为绝缘子部与其余所述第一子部绝缘,其余所述第一子部依次连接;
所述第一电极包括N个第一子电极,所述N个第一子电极与所述N个第一子部一一对应设置,所述第一子电极覆盖所述第一子部靠近所述盖板的面,所述绝缘子部上的第一子电极与其余所述第一子电极绝缘,其余所述第一子电极彼此相连;
所述第一金属走线包括两个第一子走线,一个所述第一子走线与所述绝缘子部上的第一子电极连接,另一所述第一子走线与其余所述第一子电极的任一个连接;
所述第三电极包括N个第三子电极,所述N个第三子电极彼此绝缘,所述N个第三子电极与所述N个第一子电极一一对应并相对设置;
所述第三金属走线包括N个第三子走线,所述N个第三子走线与所述N个第三子电极一一对应连接,所述N个第三子走线用以向所述N个第三子电极分别供电。
在本申请的一些实施例中,相邻的所述第一子部之间设有绝缘沟槽,所述绝缘沟槽的内侧开口与所述第二子部靠近所述第一子部的端部一一对应设置,所述绝缘沟槽内设有绝缘介质和第一绝缘层,所述第一绝缘层设置在所述绝缘沟槽的侧壁,并将所述绝缘介质与所述第一子部和所述第二子部隔开,以使所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
所述绝缘沟槽包括第一绝缘沟槽和第二绝缘沟槽,所述绝缘子部两端分别设有一个第一绝缘沟槽,所述第一绝缘沟槽将所述绝缘子部与所述其余第一子部隔开,并将所述第一弹性框架和所述第二弹性框架隔开;所述其余第一子部中,相邻所述第一子部之间设有第二绝缘沟槽,所述第二绝缘沟槽将相邻所述第一子部部分隔开,并将所述第一弹性框架和所述第二弹性框架隔开;
任一所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,所述金属连接线与所述第二电极和所述第二金属走线分别连接。
在本申请的一些实施例中,所述盖板具有第一面和第二面,所述第一面远离所述MEMS执行器,所述第二面靠近所述MEMS执行器;
所述盖板上设有多个过孔;
所述第三子走线和所述第四子走线设置在所述第一面,所述第三子电极和所述第四子电极设置在所述第二面,所述第三子走线通过所述过孔与所述第三子电极连接,所述第四金属走线通过所述过孔与所述第四子电极连接;
所述供电线组还包括第五金属走线和第六金属走线,所述第五金属走线和所述第六金属走线分别包括第一部分和第二部分,所述第五金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五金属走线的第二部分和所述第六金属走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五金属走线的第一部分和所述第五金属走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第六金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第二部分通过所述过孔连接;
所述MEMS靠近所述盖板的一侧设置有第二绝缘层,所述第二绝缘层覆盖所述主体部靠近盖板的一面;
所述第一金属走线和所述第二金属走线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,一个所述第一子走线与所述绝缘子部上的所述第一子电极连接,另一所述第一子走线与其余所述第一子电极的任一个连接,所述第二金属走线与所述金属连接线连接,所述金属连接线与所述第二电极连接;
所述盖板和所述MEMS之间设有导电连接介质,所述两个第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五金属走线的第二部分连接,所述第二金属走线通过所述导电连接介质与所述第六金属走线的第二部分连接。
在本申请的一些实施例中,所述第五金属走线包括多个第五子走线,所述第五子走线包括第一部分和第二部分,所述第五子走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五子走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五子走线的第一部分和所述第五子走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五子走线的第二部分连接,一个所述第五子走线对应一个所述第一子走线或一个所述第五子走线对应多个所述第一子走线。
在本申请的一些实施例中,所述绝缘沟槽为哑铃型沟槽。
在本申请的一些实施例中,所述N个第一子部旋转对称,所述N个第二子部旋转对称,所述N个第一电极旋转对称,所述N个第二电极旋转对称,所述N个第三电极旋转对称,所述N个第四电极旋转对称,并沿旋转轴均匀分布。
在本申请的一些实施例中,所述盖板为玻璃盖板,所述过孔采用玻璃通孔技术制作。
在本申请的一些实施例中,所述滤波器还包括保护线组,所述保护线组包括第一接地线、第二接地线、第三接地线和第四接地线;
所述第三接地线和所述第四接地线分别包括第一部分和第二部分,所述第三接地线的第一部分和所述第四接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三接地线的第二部分和所述第四接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三接地线的第一部分和所述第三接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第四接地线的第一部分和所述第四接地线的第二部分通过所述过孔连接;
任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,其余任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上上形成有接地连接线,所述接地连接线与所述第二电极连接;
所述第一接地线和所述第二接地线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,所述第一接地线包括N个第一子接地线,所述N个第一子接地线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述第二接地线与所述接地连接线连接;
所述N个第一子接地线通过所述导电连接介质与所述第三接地线连接,所述第二接地线通过所述导电连接介质与所述第四接地线连接。
在本申请的一些实施例中,所述滤波器还包括保护线组,所述保护线组包括第一接地线、第二接地线、第三接地线和第四接地线;
所述第三接地线和所述第四接地线分别包括第一部分和第二部分,所述第三接地线的第一部分和所述第四接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三接地线的第二部分和所述第四接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三接地线的第一部分和所述第三接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第四接地线的第一部分和所述第四接地线的第二部分通过所述过孔连接;
任一所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,另一个所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有接地连接线,所述接地连接线与所述第二电极连接;
所述第一接地线和所述第二接地线设置在所述绝缘层靠近所述盖板的一面,所述第一接地线包括两个第一子接地线,一个所述第一子接地线与所述绝缘子部上的所述第一子电极连接,另一个所述第一子接地线与其余所述第一子电极的任一个连接,所述第二接地线与所述接地连接线连接;
所述两个第一子接地线通过所述导电连接介质与所述第三接地线的第二部分连接,所述第二接地线通过所述导电连接介质与所述第四接地线的第二部分连接。
在本申请的一些实施例中,所述第三接地线包括多个第三子接地线,所述第三子接地线包括第一部分和第二部分,所述第三子接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三子接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三子接地线的第一部分和所述第三子接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第一子走线通过所述导电连接介质与所述第三子接地线的第二部分连接,一个所述第三子接地线对应一个所述第一子接地线或一个所述第三子接地线对应多个所述第一子接地线。
本申请第二方面的实施例提出了一种滤波器的制备方法,用于制备第一方面实施例的滤波器;包括:
制备MEMS执行器;
在MEMS执行器上制备第一微镜;
提供基板,在基板上制备第二微镜;
将设有第一微镜的MEMS执行器与设有第二微镜的基板组装在一起;
提供盖板,在盖板上制备第三电极和第四电极、第三金属走线、第四金属走线、第五金属走线、第六金属走线、第三接地线和第四接地线;
将制备好的盖板与装配好的MEMS执行器和基板组装在一起;
或,包括:
制备MEMS执行器;
在MEMS执行器上制备第一微镜;
提供基板;
将设有第一微镜的MEMS执行器与基板组装在一起;
提供盖板,在盖板上制备第三电极和第四电极、第三金属走线、第四金属走线、第五金属走线、第六金属走线、第三接地线、第四接地线和第二微镜;
将制备好的盖板与装配好的MEMS执行器和基板组装在一起。
在本申请的一些实施例中,制备MEMS执行器包括:
SOI晶圆处理,以去除SOI晶圆表面的自然氧化层,SOI晶圆包括依次设置的SOI器件层、埋氧层和底硅层;
绝缘沟槽图形化,在SOI器件层形成绝缘沟槽;
绝缘沟槽第一绝缘层生长,使得第一绝缘层覆盖SOI器件层的顶部,以及绝缘沟槽的侧壁;
绝缘沟槽填充,在绝缘沟槽中填充绝缘介质;
采用化学机械抛光工艺,去掉多余的导电介质;
绝缘层沉积,在SOI器件层上表面生成绝缘层;
绝缘层图形化,去掉多余的绝缘层,形成第二绝缘层;
金属层沉积;
金属层图形化,形成第一电极、第二电极、第一金属走线、第二金属走线、金属连接线、接地连接线、第一接地线和第二接地线;
增透膜制备;
SOI器件层图形化,形成第一弹性框架、第二弹性框架和微镜平台;
第三绝缘层沉积及图形化,在器件背面沉积一层SiO2,并使用涂胶、光刻、干法刻蚀形成MEMS执行器活动位置刻蚀窗口;
背部腔体深硅刻蚀,去除部分底硅层,形成背部腔体;
埋氧层去除,使用干法刻蚀去除背部腔体中的埋氧层,释放出执行器活动位置。
本申请的滤波器包括基板、盖板、MEMS执行器、第一微镜和第二微镜。MEMS执行器设置在基板和盖板之间的容纳空间内,MEMS执行器包括第一弹性框架和第二弹性框架,第一弹性框架和第二弹性框架固定连接,第一微镜设置在第二弹性框架上,第二微镜设置在基板上或第二微镜设置在盖板上,第一微镜和第二微镜平行且相对设置;第一弹性框架上设有第一电极,第二弹性框架上设有第二电极,盖板上设有第三电极和第四电极,第一电极和第三电极平行且相对设置,第二电极和第四电极平行且相对设置。
也就是说,第一电极和第三电极分别构成第一电容的两极,第二电极和第四电极分别构成第二电容的两极,两个电容分别由不同的驱动电压控制,当在电容两极施加电压时,会产生静电力,静电力使得第一弹性框架和第二弹性框架产生形变。具体过程为:向第一电容施加第一电压,第一弹性框架向垂直方向发生形变,带动第二弹性框架及第一微镜靠近或远离第二微镜,向第二电容施加第二电压,第二弹性框架向相同方向发生形变,带动第一微镜靠近或远离第二微镜。第一弹性框架和第二弹性框架的形变方向相同,第一弹性框架和第二弹性框架形成级联式调节框架。
由于第一微镜设置在第二弹性框架上,第二微镜设置在盖板或基板上,第一微镜和第二微镜之间形成FP腔体,第一微镜和第二微镜之间的距离为FP腔体的腔长,当第一弹性框架和第二弹性框架向垂直方向形变时,带动第一微镜靠近或远离第二微镜,改变了FP腔体的腔长,从而调节了透过光的中心波长。一个弹性框架的形变量是有限的,本申请的滤波器通过将第一弹性框架和第二弹性框架组合,形成级联式调节框架,在使用过程中通过在电容上施加电压,使两个弹性框架的形变方向一致,则二者产生的位移具有叠加效果,从而增大了FP腔腔长的可调节量范围,进而扩大了滤波器的自由光谱范围。
当然,实施本发明的任一产品或方法并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,还可以根据这些附图获得其他的实施例。
图1为电容电压和微镜距离之间的函数关系图;
图2A为本申请实施例的一种MEMS执行器的俯视图;
图2B为本申请实施例的一种MEMS执行器的仰视图;
图3A为图2A中A-A方向剖视图;
图3B为本申请实施例的第二种滤波器的剖视图;
图4A为本申请实施例的玻璃盖板的俯视图;
图4B为本申请实施例的玻璃盖板的仰视图;
图5A为本申请实施例的另一种MEMS执行器的俯视图;
图5B为本申请实施例的另一种MEMS执行器的仰视图;
图6为本申请实施例的隔离沟槽的俯视图;
图7A为本申请实施例的第一种滤波器制备方法流程图;
图7B为本申请实施例的第二种滤波器制备方法流程图;
图8为应用MEMS执行器制备步骤S101制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图9为应用MEMS执行器制备步骤S102制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图10为应用MEMS执行器制备步骤S103制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图11为应用MEMS执行器制备步骤S104制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图12为应用MEMS执行器制备步骤S105制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图13为应用MEMS执行器制备步骤S106制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图14为应用MEMS执行器制备步骤S107制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图15为应用MEMS执行器制备步骤S108制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图16为应用MEMS执行器制备步骤S109制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图17为应用MEMS执行器制备步骤S110制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图18为应用MEMS执行器制备步骤S111制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图19为应用MEMS执行器制备步骤S112制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图20为应用MEMS执行器制备步骤S113制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图21为应用MEMS执行器制备步骤S114制备后的图2A中B-B方向剖视图;
图22为在MEMS执行器上形成第一微镜后的图2A中B-B方向剖视图;
图23为将MEMS执行器和基板组装后的图2A中B-B方向剖视图;
图24为将MEMS执行器、基板和玻璃盖板组装后的图2A中B-B方向剖视图。
附图标记说明:
滤波器10;基板100;盖板200;第三电极210;第三子电极211;第四电极220;第四子电极221;第一面201;第二面202;过孔203;MEMS执行器300;第一弹性框架310;第一子部311;第二弹性框架320;第二子部321;第一端3211;第二端3212;第一电极330;第一子电极331;第二电极340;微镜平台350;主体部301;支撑部302;绝缘沟槽360;内侧开口363;第一绝缘沟槽361;第二绝缘沟槽362;绝缘介质370;第一绝缘层380;第二绝缘层390;SOI器件层303;埋氧层304;底硅层305;金属层306;第三绝缘层307;增透膜400;第一微镜500;第二微镜600;第一金属走线710;第一子走线711;第二金属走线720;第三金属走线730;第三子走线731;第四金属走线740;第四子走线741;第五金属走线750;第五子走线751;第五子走线的第一部分7511;第五子走线的第二部分7512;第六金属走线760;第六金属走线的第一部分761;第六金属走线的第二部分762;金属连接线770;焊盘780;第一接地线810;第一子接地线811;第二接地线820;第三接地线830;第三子接地线831;第三子接地线的第一部分8311;第三子接地线的第二部分8312;第四接地线840;第四接地线的第一部分841;第四接地线的第二部分842;接地连接线850;导电连接介质900。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员基于本申请所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同;本文中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的,不是旨在于限制本申请;本申请的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形,意图在于覆盖不排他的包含。
在本文中提及“实施例”意味着,结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例,也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是,本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
在本申请实施例的描述中,术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系,表示可以存在三种关系,例如A和/或B,可以表示:单独存在A,同时存在A和B,单独存在B这三种情况。另外,本文中字符“/”,一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
在本申请实施例的描述中,术语“多个”指的是两个以上(包括两个)。
在本申请实施例的描述中,技术术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请实施例的限制。
在本申请实施例的描述中,除非另有明确的规定和限定,技术术语“安装”“相连”“连接”“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或成一体;也可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
需要指出的是,在附图中,为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解,当元件或层被称为在另一元件或层“上”时,它可以直接在其他元件上,或者可以存在中间的层。另外,可以理解,当元件或层被称为在另一元件或层“下”时,它可以直接在其他元件下,或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外,还可以理解,当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时,它可以为两层或两个元件之间唯一的层,或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
应理解的是,文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的,而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出,否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的,并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行,除非明确指出执行顺序。还应当理解,可以使用另外或者替代的步骤。
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段,但是,这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出,否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此,以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
为了便于描述,可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系,这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如,如果在图中的装置翻转,那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此,示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向,例如旋转90度或者在其它方向,并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。
目前静电平板电容驱动FP可调谐滤波器的方式应用最为广泛,平板电容静电驱动器的电压在达到临界点时会出现Pull-in效应,其具体含义如下:
在平板电容两基板加载正负电压后,由于两间存在静电吸引力,会吸引基板产生位移;当静电吸引力与弹性量的回复力平衡时,基板位移停止,两基板保持一定相对间距。
静电吸引力Fp公式为:
式中,ε0为真空介电常数,εr为介质相对介电常数,d0为初始基板间距,A为两基板的正对面积,V为电容电压,δd为基板位移;
由上式可知,当两基板在静电驱动力的作用下接近时,随着基板位移δd的增加,Fp非线性增加。
弹性梁回复力Fr公式为:
Fr=kδd
式中,δd为基板位移,k为弹性系数;
由上式可知,随着基板位移δd的增加,Fr线性增加。
静电吸引力Fp与弹性梁回复力Fr平衡时,***稳定:
基板间距和电容电压的关系如图1所示,总体来讲,电压越大,静电吸引力越大,基板位移量越大;但由于静电吸引力Fp和弹性梁回复力Fr随着基板间距的变化,增加速度不同,静电吸引力Fp比弹性梁回复力Fr的增加速度快。当电压值大于某一临界电压值,基板位移至临界点,如图1所示Pull-in电压时,弹性梁回复力Fr已无法平衡静电吸引力Fp,两基板会迅速吸合到一起,使得器件失效,这便是Pull-in效应。
由于Pull-in效应的存在,无法通过无限制地增加电压来增加基板位移量,且临界点处基板位移量通常约为初始基板间距的三分之一,这一效应导致电容静电驱动器存在位移量较小的问题,为了解决这一问题,本申请提出了一种滤波器。
如图2A至图5B所示,本申请第一方面的实施例提出了一种滤波器10,滤波器10包括基板100、盖板200、MEMS执行器300、第一微镜500和第二微镜600。具体地,基板100和盖板200相对间隔设置,形成容纳空间;MEMS执行器300设置在基板100和盖板200之间的容纳空间内,MEMS执行器300与盖板200之间间隔设置;MEMS执行器300包括第一弹性框架310和第二弹性框架320,第一弹性框架310具有镂空区域,第二弹性框架320设置在镂空区域内,并与第一弹性框架310固定连接,第一微镜500设置在第二弹性框架320上;第一弹性框架310和第二弹性框架320与基板100之间间隔设置;第二微镜600设置在基板100上或第二微镜600设置在盖板200上,第一微镜500和第二微镜600平行且相对设置,第一微镜500和第二微镜600之间形成FP腔体;第一弹性框架310上设有第一电极330,第二弹性框架320上设有第二电极340,盖板200或基板100上设有第三电极210和第四电极220,第一电极330和第三电极210平行且相对设置,第二电极340和第四电极220平行且相对设置,第一电极330、第二电极340、第三电极210和第四电极220彼此绝缘;第一电极330和第三电极210构成第一电容的两极,第二电极340和第四电极220构成第二电容的两极;第一弹性框架310配置为在第一电容被施加第一电压时,第一弹性框架310沿垂直方向发生形变,带动第二弹性框架320及第一微镜500靠近或远离第二微镜600;第二弹性框架320配置为在第二电容被施加第二电压时,第二弹性框架320沿相同方向发生形变,带动第一微镜500靠近或远离第二微镜600。
本申请的滤波器10包括基板100、盖板200、MEMS执行器300、第一微镜500和第二微镜600。MEMS执行器300设置在基板100和盖板200之间的容纳空间内,MEMS执行器300包括第一弹性框架310和第二弹性框架320,第一弹性框架310和第二弹性框架320固定连接,第一微镜500设置在第二弹性框架320上,第二微镜600设置在基板100上或第二微镜600设置在盖板200上,第一微镜500和第二微镜600平行且相对设置;第一弹性框架310上设有第一电极330,第二弹性框架320上设有第二电极340,盖板200上设有第三电极210和第四电极220,第一电极330和第三电极210平行且相对设置,第二电极340和第四电极220平行且相对设置。
也就是说,第一电极330和第三电极210分别构成第一电容的两极,第二电极340和第四电极220分别构成第二电容的两极,两个电容分别由不同的驱动电压控制,当在电容两极施加电压时,会产生静电力,静电力使得第一弹性框架310和第二弹性框架320产生形变。具体过程为:向第一电容施加第一电压,第一弹性框架310向垂直方向发生形变,带动第二弹性框架320及第一微镜500靠近或远离第二微镜600,向第二电容施加第二电压,第二弹性框架320向相同方向发生形变,带动第一微镜500靠近或远离第二微镜600。第一弹性框架310和第二弹性框架320的形变方向相同,第一弹性框架310和第二弹性框架320形成级联式调节框架。
由于第一微镜500设置在第二弹性框架320上,第二微镜600设置在盖板200或基板100上,第一微镜500和第二微镜600之间形成FP腔体,第一微镜500和第二微镜600之间的距离为FP腔体的腔长,当第一弹性框架310和第二弹性框架320向垂直方向形变时,带动第一微镜500靠近或远离第二微镜600,改变了FP腔体的腔长,从而调节了透过光的中心波长。一个弹性框架的形变量是有限的,本申请的滤波器10通过将第一弹性框架310和第二弹性框架320组合,形成级联式调节框架,在使用过程中通过在电容上施加电压,使两个弹性框架的形变方向一致,则二者产生的位移具有叠加效果,从而增大了FP腔腔长的可调节量范围,进而扩大了滤波器10的自由光谱范围。
需要说明的是,垂直方向指的是平行于FP腔体腔长的方向。
可以理解的是,第一弹性框架310和第二弹性框架320可以为绝缘体,第一电极330直接设置在第一弹性框架310上,第二电极340直接设置在第二弹性框架320上即可实现第一电极330和第二电极340之间的绝缘;第一弹性框架310和第二弹性框架320可以为导体或半导体,第一弹性框架310和第二弹性框架320之间相互绝缘,也可以实现第一电极330和第二电极340之间的绝缘;再有,可以在第一弹性框架310和第一电极330之间设置隔离两者的绝缘件,在第二弹性框架320和第二电极340之间设置隔离两者的绝缘件,也可以实现第一电极330和第二电极340之间的绝缘。
如图3A和图3B所示,当向第二电容施加第二电压后,第二电容两极之间具有静电吸引力,第二弹性框架320在静电吸引力的作用下向上形变,第二弹性框架320和盖板200之间的距离缩短;如图3A所示,第二微镜600设置在基板100上,则在上述静电吸引力的作用下第一微镜500和第二微镜600之间的距离增大,FP腔体的腔长变长;如图3B所示,第二微镜600设置在盖板200上,则在上述静电吸引力的作用下第一微镜500和第二微镜600之间的距离缩短,FP腔体的腔长变短。上述两种设置方式均可以实现FP腔体腔长的调节,从而实现透过光的中心波长的改变。第一弹性框架310的原理与第二弹性框架320的原理一致,在此不再赘述。
由此可知,可以通过采取以下三种方式调节滤波器10透过光的中心波长,一是只向第一弹性框架310施加电压,二是只向第二弹性框架320施加电压,三是向第一弹性框架310和第二弹性框架320均施加电压,根据不同的滤波需求选择即可。
第一微镜500和第二微镜600可以为高反射镜,可以使用溅射金、银、铝等金属形成高反射层;也可使用DBR(Distributed Bragg Reflector,分布式布拉格光栅),利用高低折射率材料交替叠加构成的堆栈式周期性薄膜结构。可采用膜系(HL)n,在可见光波段,H材料优选TiO2、L材料优选Al2O3和SiO2等介质材料;在短波或中波红外波段,H材料优选Ge和Si,L材料优选SiO2等介质材料;在长波红外波段,H材料优选Ge材料,L材料优选ZnS材料;此膜系中,H、L材料的光学厚度均为1/4波长;n通常为奇数,通常可以为3、5、7等。
第一微镜500和第二微镜600之间的间距变化范围可以为0.1μm-2.4μm,器件工作波段可以为0.3μm-12μm,可以适当调整结构参数,以匹配光波段位置。
在本申请的一些实施例中,如图3A和图3B所示,MEMS执行器300包括主体部301和支撑部302;主体部301具有镂空区域,第一弹性框架310和第二弹性框架320形成在镂空区域内,第一弹性框架310与主体部301固定连接;主体部301通过支撑部302与基板100连接,使得第一弹性框架310和第二弹性框架320与基板100之间形成间隔设置。支撑部302使得第一弹性框架310和第二弹性框架320与基板100之间形成间隔设置,MEMS执行器300与盖板200之间间隔设置,为第一弹性框架310和第二弹性框架320提供活动空间,使其可以垂直运动。
具体地,MEMS执行器300可以由加工SOI(Silicon-On-Insulator,绝缘衬底上的硅)晶圆获得,支撑部302可以为加工SOI晶圆的底硅层形成。
在本申请的一些实施例中,滤波器10还包括连接件(图中未示出),盖板200通过连接件与MEMS执行器300的主体部301连接。具体地,连接件可以为绝缘连接件,当盖板200和MEMS之间具有导电连接线时,绝缘连接件起到绝缘作用,避免不同的导电连接线发生短路。
在本申请的一些实施例中,如图3A所示,在第二弹性框架320背向第一微镜500的位置设置有增透膜400,增透膜400位于通光孔径处。增透膜400具有减少或消除透镜、棱镜和平面镜等光学表面的反射光,从而增加透光量的作用,在通光孔径处设置增透膜400利于提高滤波器10的透光率。增透膜400选用膜系(HL)n,在可见光波段,H材料优选TiO2、L材料优选Al2O3和SiO2等介质材料;在短波或中波红外波段,H材料优选Ge和Si,L材料优选SiO2等介质材料;在长波红外波段,H材料优选Ge材料,L材料优选ZnS材料;此增透膜系中,H、L材料的光学厚度均为1/2波长。具体地,通光孔径可以为0.5mm-2mm。具体地,微镜平台350可以为圆台,其直径大于通光孔径。
在本申请的一些实施例中,如图2A、图3A至图5A所示,滤波器10还包括供电线组,供电线组包括第一金属走线710、第二金属走线720、第三金属走线730和第四金属走线740;第一金属走线710与第一电极330连接,用以为第一电极330供电;第二金属走线720与第二电极340连接,用以为第二电极340供电;第三金属走线730与第三电极210连接,用以为第三电极210供电;第四金属走线740与第四电极220连接,用以为第四电极220供电。第一电极330和第三电极210构成第一电容,第二电极340和第四电极220构成第二电容,通过第一金属走线710和第三金属走线730向第一电容施加第一电压,通过第二金属走线720和第四金属走线740向第二电容施加第二电压,实现第一电容和第二电容的分别控制。第一电压和第二电压可以相同也可以不同,根据第一弹性框架310和第二弹性框架320需要产生的形变大小设置。
在本申请的一些实施例中,如图2A、图2B、图4A至图5B所示,第一弹性框架310和第二弹性框架320彼此绝缘;第二弹性框架320包括微镜平台350和N个第二子部321,每个第二子部321的第一端3211与第一弹性框架310固定连接,每个第二子部321的第二端3212与微镜平台350固定连接,第一微镜500设置在微镜平台350上;第二电极340覆盖N个第二子部321靠近盖板200的面,并部分覆盖微镜平台350靠近盖板200的面,第二电极340形成在微镜平台350的通光孔径范围之外,以使N个第二子部321上方覆盖的第二电极340连接成一体;第四电极220包括N个第四子电极221,N个第四子电极221与N个第二子部321一一对应并相对设置;第四金属走线740包括N个第四子走线741,N个第四子走线741与N个第四子电极221一一对应,N个第四子走线741用以向N个第四子电极221分别供电。第二子部321的两端分别与第一弹性框架310和微镜平台350固定连接,可以通过控制不同第二子部321的形变程度,以实现对微镜平台350的调平,进而控制第一微镜500与第二微镜600之间的平行关系。具体地,第四子电极221与第四子走线741一一对应连接,即可实现对N个第四子电极221的分别供电,N个第四子电极221与N个第二子部321一一对应并相对设置,形成N个第二子电容,通过对不同第二子电容的分别供电,实现对第二子部321的形变量调整,进而实现微镜平台350的调平,利于提高滤波器10的设备精度。如图2A、图2B、图4A至图5B所示的为N=3的情况。
具体地,第二弹性框架320可以以微镜平台350为中心,整体呈螺旋形;第二子部321的端部较宽,中段较窄,利于实现第二弹性框架320的弹性性能,同时,端部设计较宽,接触面积大,利于实现第二弹性框架320与其他结构之间的连接稳定性;第二电极340的形状与第二弹性框架320的形状可以一致(除去微镜平台350所占位置),便于加工。
在本申请的一些实施例中,如图2A、图2B、图4A和图4B所示,第一弹性框架310包括N个第一子部311,N个第一子部311之间彼此绝缘;第一电极330包括N个第一子电极331,N个第一子电极331之间彼此绝缘,N个第一子电极331与N个第一子部311一一对应设置,第一子电极331覆盖第一子部311靠近盖板200的面;第一金属走线710包括N个第一子走线711,N个第一子走线711与N个第一子电极331一一对应连接,N个第一子走线711用以向N个第一子电极331分别供电;第三电极210包括N个第三子电极211,N个第三子电极211彼此绝缘,N个第三子电极211与N个第一子电极331一一对应并相对设置;第三金属走线730包括N个第三子走线731,N个第三子走线731与N个第三子电极211一一对应连接,N个第三子走线731用以向N个第三子电极211分别供电。第一弹性框架310和第二弹性框架320连接,通过控制第一弹性框架310的不同第一子部311的形变程度,可实现对微镜平台350的调平,进而控制第一微镜500与第二微镜600之间的平行关系。具体地,第一子电极331与第一子走线711一一对应连接,第三子电极211与第三子走线731一一对应连接,即可实现对N个第一子电极331和第三子电极211的分别供电,N个第三子电极211与N个第一子电极331一一对应并相对设置,形成N个第一子电容,通过对不同第一子电容的分别供电,实现对第一子部311的形变量调整,进而实现微镜平台350的调平,利于提高滤波器10的设备精度。如图2A、图2B、图4A和图4B所示的为N=3的情况。
具体地,第一弹性框架310可以以微镜平台350为中心,整体呈圆环形;第一弹性框架310与MEMS执行器300的主体部301连接处具有凸起结构,通过该凸起结构实现二者之间的连接,并使得第一弹性框架310的其他部分不与主体部301接触,以实现第一弹性框架310的弹性性能;第一子电极331的形状与第一弹性框架310的形状可以一致,便于加工。
在本申请的一些实施例中,如图2A和图2B所示,相邻的第一子部311之间设有绝缘沟槽360,绝缘沟槽360将相邻的第一子部311隔开,绝缘沟槽360的内侧开口363与第二子部321靠近第一子部311的端部一一对应设置,绝缘沟槽360内设有绝缘介质370和第一绝缘层380,第一绝缘层380设置在绝缘沟槽360的侧壁,并将绝缘介质370与第一子部311和第二子部321隔开,以使N个第一子部311之间彼此绝缘,第一弹性框架310和第二弹性框架320彼此绝缘;任一绝缘沟槽360内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,金属连接线770与第二电极340和第二金属走线720分别连接。绝缘沟槽360内填充有绝缘介质370,绝缘介质370和绝缘沟槽360之间设有第一绝缘层380,进一步提升了绝缘沟槽360的绝缘性能;绝缘沟槽360设置在相邻的第一子部311之间,以实现相邻第一子部311之间的绝缘;绝缘沟槽360的内侧开口363与第二子部321靠近第一子部311的端部一一对应设置,用以实现第一弹性框架310和第二弹性框架320之间的绝缘连接;任一绝缘沟槽360内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,金属连接线770与第二金属走线720分别连接,以实现第二金属走线720对第二电极340的供电。
在本申请的一些实施例中,如图2A至图3A、图4A和图4B所示,盖板200具有第一面201和第二面202,第一面201远离MEMS执行器300,第二面202靠近MEMS执行器300;盖板200上设有多个过孔203;第三子走线731和第四子走线741设置在第一面201,第三子电极211和第四子电极221设置在第二面202,第三子走线731通过过孔203与第三子电极211连接,第四金属走线740通过过孔203与第四子电极221连接;供电线组还包括第五金属走线750和第六金属走线760,第五金属走线750和第六金属走线760分别包括第一部分和第二部分,第五金属走线750的第一部分和第六金属走线的第一部分761设置在第一面201,第五金属走线750的第二部分和第六金属走线的第二部分762设置在第二面202,第五金属走线750的第一部分和第五金属走线750的第二部分通过过孔203连接,第六金属走线的第一部分761和第六金属走线的第二部分762通过过孔203连接;MEMS靠近盖板200的一侧设置有第二绝缘层390,第二绝缘层390覆盖主体部301靠近盖板200的一面;第一金属走线710和第二金属走线720设置在第二绝缘层390靠近盖板200的一面,N个第一子走线711与N个第一子电极331一一对应连接,第二金属走线720与金属连接线770连接,金属连接线770与第二电极340连接;盖板200和MEMS之间设有导电连接介质900,N个第一子走线711通过导电连接介质900与第五金属走线750的第二部分连接,第二金属走线720通过导电连接介质900与第六金属走线的第二部分762连接。如图2A至图3A、图4A和图4B所示的为N=3的情况。
第三子走线731通过过孔203与第三子电极211连接,第四子走线741通过过孔203与第四子电极221连接;第五金属走线750通过导电介质与第一子走线711连接,第一子走线711与第一电极330连接,第六金属走线760通过导电连接介质900与第二金属走线720连接,第二金属走线720通过金属连接线770与第二电极340连接;第三子走线731、第四子走线741、第五金属走线750的第一部分和第六金属走线的第一部分761均设置在盖板200的第一面201,相当于施加电压的引脚,如此,在施加电压的时候,可以将外部引线直接连接至盖板200的第一面201,利于外部引线与滤波器10的连接。
在本申请的一些实施例中,如图4A和图4B所示,第一弹性框架310包括N个第一子部311,一个第一子部311作为绝缘子部与其余第一子部311绝缘,其余第一子部311依次连接;第一电极330包括N个第一子电极331,N个第一子电极331与N个第一子部311一一对应设置,第一子电极331覆盖第一子部311靠近盖板200的面,绝缘子部上的第一子电极331与其余第一子电极331绝缘,其余第一子电极331彼此相连;第一金属走线710包括两个第一子走线711,一个第一子走线711与绝缘子部上的第一子电极331连接,另一第一子走线711与其余第一子电极331的任一个连接;第三电极210包括N个第三子电极211,N个第三子电极211彼此绝缘,N个第三子电极211与N个第一子电极331一一对应并相对设置;第三金属走线730包括N个第三子走线731,N个第三子走线731与N个第三子电极211一一对应连接,N个第三子走线731用以向N个第三子电极211分别供电。如图4A和图4B所示的为N=3的情况。
绝缘子部上方的第一电极330与其余第一子电极331绝缘,其余第一子电极331彼此连接,一个第一子走线711与绝缘子部上的第一子电极331连接,另一第一子走线711与其余第一子电极331的任一个连接,也就是说第一子电极331包括相互绝缘的两部分,两部分通过不同的第一子走线711分别供电;相较于设置多个第一子走线711,只设置两个第一子走线711可以降低走线布置难度和加工难度,利于提高生产效率。另外,N个第一子电极331与N个第三子电极211一一对应并相对设置,第三子电极211通过第三子走线731分别供电,第一电极330被分为彼此绝缘的两部分,两部分第一子电极331分别供电,也具有一定的调平能力,利于提高滤波器10的设备精度。
在本申请的一些实施例中,如图4A和图4B所示,相邻的第一子部311之间设有绝缘沟槽360,绝缘沟槽360的内侧开口363与第二子部321靠近第一子部311的端部一一对应设置,绝缘沟槽360内设有绝缘介质370和第一绝缘层380,第一绝缘层380设置在绝缘沟槽360的侧壁,并将绝缘介质370与第一子部311和第二子部321隔开,以使第一弹性框架310和第二弹性框架320彼此绝缘;绝缘沟槽360包括第一绝缘沟槽361和第二绝缘沟槽362,绝缘子部两端分别设有一个第一绝缘沟槽361,第一绝缘沟槽361将绝缘子部与其余第一子部311隔开,并将第一弹性框架310和第二弹性框架320隔开;其余第一子部311中,相邻第一子部311之间设有第二绝缘沟槽362,第二绝缘沟槽362将相邻第一子部311部分隔开,并将第一弹性框架310和第二弹性框架320隔开;任一第一绝缘沟槽361内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,金属连接线770与第二电极340和第二金属走线720分别连接。如图4A和图4B所示的为N=3的情况。
绝缘沟槽360内填充有绝缘介质370,绝缘介质370和绝缘沟槽360之间设有第一绝缘层380,进一步提升了绝缘沟槽360的绝缘性能;绝缘沟槽360的内侧开口363与第二子部321靠近第一子部311的端部一一对应设置,用以实现第一弹性框架310和第二弹性框架320之间的绝缘连接;绝缘子部两端分别设有一个第一绝缘沟槽361,第一绝缘沟槽361将绝缘子部与其余第一子部311隔开,实现绝缘子部与其余第一子部311之间的绝缘;其余第一子部311中,相邻第一子部311之间设有第二绝缘沟槽362,第二绝缘沟槽362将相邻第一子部311部分隔开,使得其余第一子部311彼此相连,并与第二弹性框架320绝缘;任一第一绝缘沟槽361内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,金属连接线770与第二电极340和第二金属走线720分别连接,以实现第二金属走线720对第二电极340的供电。
在本申请的一些实施例中,如图4A至图5B所示,盖板200具有第一面201和第二面202,第一面201远离MEMS执行器300,第二面202靠近MEMS执行器300;盖板200上设有多个过孔203;第三子走线731和第四子走线741设置在第一面201,第三子电极211和第四子电极221设置在第二面202,第三子走线731通过过孔203与第三子电极211连接,第四金属走线740通过过孔203与第四子电极221连接;供电线组还包括第五金属走线750和第六金属走线760,第五金属走线750和第六金属走线760分别包括第一部分和第二部分,第五金属走线750的第一部分和第六金属走线的第一部分761设置在第一面201,第五金属走线750的第二部分和第六金属走线的第二部分762设置在第二面202,第五金属走线750的第一部分和第五金属走线750的第二部分通过过孔203连接,第六金属走线的第一部分761和第六金属走线的第二部分762通过过孔203连接;MEMS靠近盖板200的一侧设置有第二绝缘层390,第二绝缘层390覆盖主体部301靠近盖板200的一面;第一金属走线710和第二金属走线720设置在第二绝缘层390靠近盖板200的一面,一个第一子走线711与绝缘子部上的第一子电极331连接,另一第一子走线711与其余第一子电极331的任一个连接,第二金属走线720与金属连接线770连接,金属连接线770与第二电极340连接;盖板200和MEMS之间设有导电连接介质900,两个第一子走线711通过导电连接介质900与第五金属走线750的第二部分连接,第二金属走线720通过导电连接介质900与第六金属走线的第二部分762连接。如图4A至图5B所示的为N=3的情况。
第三子走线731通过过孔203与第三子电极211连接,第四子走线741通过过孔203与第四子电极221连接;第五金属走线750通过导电介质与第一子走线711连接,第一子走线711与第一电极330连接,第六金属走线760通过导电连接介质900与第二金属走线720连接,第二金属走线720通过金属连接线770与第二电极340连接;第三子走线731、第四子走线741、第五金属走线750的第一部分和第六金属走线的第一部分761均设置在盖板200的第一面201,相当于施加电压的引脚,如此,在施加电压的时候,可以外部引线直接连接至盖板200的第一面201,利于外部引线与滤波器10的连接。
在本申请的一些实施例中,如图4A和图4B所示,第五金属走线750包括多个第五子走线751,第五子走线751包括第一部分和第二部分,第五子走线的第一部分7511设置在第一面201,第五子走线的第二部分7512设置在第二面202,第五子走线的第一部分7511和第五子走线的第二部分7512通过过孔203连接,第一子走线711通过导电连接介质900与第五子走线的第二部分7512连接,一个第五子走线751对应一个第一子走线711或一个第五子走线751对应多个第一子走线711。可以通过一个第五金属走线750与N个第一子走线711连接,实现对第一电极330的供电,也可以通过多个第五子走线751与N个第一子走线711连接,实现对第一电极330的供电,走线方式较为灵活。如图4A至图5B所示,即为通过两个第五子走线751与三个第一子走线711的连接实现对第一电极330的供电,其中一个第五子走线751与一个第一子走线711连接,另一个第五子走线751与两个第一子走线711连接。
具体地,如图2A、图2B、图4A至图5B所示,N可以为3,当N=3的时候,第一弹性框架310通过三个点与MEMS执行器300的主体部301连接,第二弹性框架320通过三个点与第一弹性框架310连接,相较于N<3的情况,三个连接点可以形成稳定的三角形结构,可以较好的实现第一弹性框架310和第二弹性框架320固定,同时利于微镜平台350的调平,相较于N>3的情况,更易加工。
上述的导电连接介质900可以为导电胶,第一绝缘层380可以为二氧化硅,二氧化硅的厚度可以为0.1μm-1μm,绝缘介质370可以为无掺杂的多晶硅,无掺杂的多晶硅电阻率很高,可作为绝缘材料。
在本申请的一些实施例中,如图6所示,绝缘沟槽360为哑铃型沟槽。哑铃型沟槽端部较大,利于实现第一弹性框架310和第二弹性框架320之间的绝缘,并且哑铃型沟槽与其他结构的接触面积更大,结合力强,可增加绝缘沟槽360的机械连接性能。
具体地,绝缘沟槽360深度可以为50μm-100μm。在本申请的其他一些实施例中,绝缘沟槽360形状可以为直线形、锯齿形和S型,本申请对此不作限制。
在本申请的一些实施例中,如图2A、图2B、图4A至图5B所示,N个第一子部311旋转对称,N个第二子部321旋转对称,N个第一电极330旋转对称,N个第二电极340旋转对称,N个第三电极210旋转对称,N个第四电极220旋转对称,并沿旋转轴均匀分布。旋转对称的设置方式,利于实现第一弹性框架310和第二弹性框架320的受力平衡和微镜平台350的调平,也利于加工。当N=3时,旋转对称的角度为120°。
在本申请的一些实施例中,如图4A和图4B所示,盖板200为玻璃盖板,过孔203采用玻璃通孔技术制作。玻璃盖板为透明盖板200,利用玻璃材料的光学透过率高,可以提高滤波器10的光效及透过光的强度;当盖板200上未设置通孔时,位于盖板200一面的走线若想连接至另一面需要从盖板200的侧面跨过,走线长度上,连接复杂,不利于走线的布置,利用TGV(Through Glass Via,玻璃通孔)技术在玻璃盖板上形成多个通孔,走线方式更加灵活简单,极大的简化了***电连接的复杂程度。
具体地,玻璃盖板厚度可以为0.1mm-0.7mm,TGV的直径为50μm-100μm;电压输入可以为0V-75V;如图4A所示,金属走线的端部通常设有焊盘780,焊盘780大小可以为0.1mm-0.5mm,用以与其他走线连接。
同理,基板100可以为玻璃基板,可选厚度为0.1mm-0.7mm,材料可选有碱玻璃。
在本申请的一些实施例中,如图2A、图2B、图4A和图4B所示,滤波器10还包括保护线组,保护线组包括第一接地线810、第二接地线820、第三接地线830和第四接地线840;第三接地线830和第四接地线840分别包括第一部分和第二部分,第三接地线830的第一部分和第四接地线的第一部分841设置在第一面201,第三接地线830的第二部分和第四接地线的第二部分842设置在第二面202,第三接地线830的第一部分和第三接地线830的第二部分通过过孔203连接,第四接地线的第一部分841和第四接地线的第二部分842通过过孔203连接;任一绝缘沟槽360内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,其余任一绝缘沟槽360内的绝缘介质370上形成有接地连接线850,接地连接线850与第二电极340连接;接地连接线850与第二电极340连接;第一接地线810和第二接地线820设置在第二绝缘层390靠近盖板200的一面,第一接地线810包括N个第一子接地线811,N个第一子接地线811与N个第一子电极331一一对应连接,第二接地线820与接地连接线850连接;N个第一子接地线811通过导电连接介质900与第三接地线830连接,第二接地线820通过导电连接介质900与第四接地线840连接。第二电极340与接地连接线850连接,接地连接线850与第二接地线820连接,第二接地线820通过导电连接介质900与第四接地线840连接;N个第一子接地线811与N个第一子电极331一一对应连接,N个第一子接地线811通过导电连接介质900与第三接地线830连接,实现第一电极330和第二电极340的接地;第三接地线830的第一部分和第四接地线的第一部分841设置在第一面201,将接地线均引盖板200的第一面201,利于接地线与外部引线的连接。
在本申请的一些实施例中,如图4A至图5B所示,滤波器10还包括保护线组,保护线组包括第一接地线810、第二接地线820、第三接地线830和第四接地线840;第三接地线830和第四接地线840分别包括第一部分和第二部分,第三接地线830的第一部分和第四接地线的第一部分841设置在第一面201,第三接地线830的第二部分和第四接地线的第二部分842设置在第二面202,第三接地线830的第一部分和第三接地线830的第二部分通过过孔203连接,第四接地线的第一部分841和第四接地线的第二部分842通过过孔203连接;任一第一绝缘沟槽361内的绝缘介质370上形成有金属连接线770,另一个第一绝缘沟槽361内的绝缘介质370上形成有接地连接线850,接地连接线850与第二电极340连接;接地连接线850与第二电极340连接;第一接地线810和第二接地线820设置在绝缘层靠近盖板200的一面,第一接地线810包括两个第一子接地线811,一个第一子接地线811与绝缘子部上的第一子电极331连接,另一个第一子接地线811与其余第一子电极331的任一个连接,第二接地线820与接地连接线850连接;两个第一子接地线811通过导电连接介质900与第三接地线830的第二部分连接,第二接地线820通过导电连接介质900与第四接地线的第二部分842连接。第二电极340与接地连接线850连接,接地连接线850与第二接地线820连接,第二接地线820通过导电连接介质900与第四接地线840连接;一个第一子接地线811与绝缘子部上的第一子电极331连接,另一个第一子接地线811与其余第一子电极331的任一个连接,两个第一子接地线811通过导电连接介质900与第三接地线830的第二部分连接;第三接地线830的第一部分和第四接地线的第一部分841设置在第一面201,将接地线均引盖板200的第一面201,利于接地线与外部引线的连接。
在本申请的一些实施例中,如图2A至图5B所示,第三接地线830包括多个第三子接地线831,第三子接地线831包括第一部分和第二部分,第三子接地线的第一部分8311设置在第一面201,第三子接地线的第二部分8312设置在第二面202,第三子接地线的第一部分8311和第三子接地线的第二部分8312通过过孔203连接,第一子走线711通过导电连接介质900与第三子接地线的第二部分8312连接,一个第三子接地线831对应一个第一子接地线811或一个第三子接地线831对应多个第一子接地线811。可以通过一个第三接地线830与N个第一子走线711连接,实现对第一电极330的保护,也可以通过多个第三子接地线831与N个第一子走线711连接,实现对第一电极330的保护,走线方式较为灵活。如图4A至图5B所示,即为通过三个第三子接地线831与三个第一子接地线811的连接实现对第一电极330的保护,第三子接地线831与第一子接地线811一一对应连接。
MEMS执行器300的主体部301通常包括SOI器件层,第二绝缘层390覆盖部分SOI器件层靠近盖板200的一侧,第二绝缘层390的主要作用是为防止形成在MEMS执行器300上第一金属走线710、第二金属走线720、第一接地线810和第二接地线820的电压泄露,传导至周围的SOI器件层硅材料,影响加载于第一弹性框架310和第二弹性框架320的电压值,具体地,第二绝缘层390可以为SiO2。
在一些实施例中,第五金属走线750和第三金属走线730可以为第一弹性框架310的两个电压输入引脚,第六金属走线760和第四金属走线740可以为第二弹性框架320的两个电压输入引脚,第三接地线830和第四接地线840可以分别为第一弹性框架310和第二弹性框架320的接地端。
在本申请的一些实施例中,如图7A和图7B所示,用于制备上述任一实施例的滤波器10,包括以下步骤:
S1、制备MEMS执行器300;
S2、在MEMS执行器300上制备第一微镜500;
S3、提供基板100,在基板100上制备第二微镜600;
S4、将设有第一微镜500的MEMS执行器300与设有第二微镜600的基板100组装在一起;
S5、提供盖板200,在盖板200上制备第三电极210、第四电极220、第三金属走线730、第四金属走线740、第五金属走线750、第六金属走线760、第三接地线830和第四接地线840;
S6、将制备好的盖板200与装配好的MEMS执行器300和基板100组装在一起;
上述制备方法适用于第二微镜600设置在基板100上的情况。
或,包括:
S1、制备MEMS执行器300;
S2、在MEMS执行器300上制备第一微镜500;
S3、提供基板100;
S4、将设有第一微镜500的MEMS执行器300与基板100组装在一起;
S5、提供盖板200,在盖板200上制备第三电极210、第四电极220、第三金属走线730、第四金属走线740、第五金属走线750、第六金属走线760、第三接地线830、第四接地线840和第二微镜600;
S6、将制备好的盖板200与装配好的MEMS执行器300和基板100组装在一起。
上述制备方法适用于第二微镜600设置在盖板200上的情况。
在本申请的一些实施例中,如图8至图24所示,制备MEMS执行器300包括以下步骤:
S101、SOI晶圆处理,以去除SOI晶圆表面的自然氧化层,SOI晶圆包括依次设置的SOI器件层303、埋氧层304和底硅层305;
具体地,可以使用氢氟酸溶液清洗硅片,以除去SOI硅片表面的自然氧化层。如图8所示,SOI晶圆包括依次设置的SOI器件层303、埋氧层304和底硅层305;
S102、绝缘沟槽360图形化,如图9所示,在SOI器件层303形成绝缘沟槽360;
具体地,可以在SOI器件层303上旋涂光刻胶,采用光刻、显影工艺,再结合ICP(Inductively Coupled Plasm,各向异性电感耦合等离子体刻蚀),在SOI器件层303中形成高深宽比为预定数值的沟道。但由于ICP各项异形导致侧壁过于陡直,后续可采用氧化清洗、各项同性刻蚀降低侧壁的陡直程度,实现对沟槽外貌的修正。
其中,绝缘沟槽360深度可以为50μm-100μm,沟槽形状可以为直线形、锯齿形、S型,本申请使用哑铃形沟槽。
S103、绝缘沟槽360第一绝缘层380生长,如图10所示,使得第一绝缘层380覆盖SOI器件层303的顶部,以及绝缘沟槽360的侧壁;
具体地,第一绝缘层380可以为氧化层,即二氧化硅层,使用湿法氧化工艺,于绝缘沟槽360的两侧壁和SOI器件层303的顶部上沉积一层氧化层,实现与周围硅材料的电隔离;
其中,二氧化硅的厚度可以为0.1μm-1μm。
S104、绝缘沟槽360填充,如图11所示,在绝缘沟槽360中填充绝缘介质370;
具体地,可以采用LPCVD(Low Pressure Chemical Vapour Deposition,低压化学气相沉积)工艺,在绝缘沟槽360内填充多晶硅材料,后退火提高多晶硅的致密性,重复沉积和退火步骤3-5次。由于无掺杂的多晶硅其电阻率很高,可作为绝缘材料,再结合之前沉积的SiO2,可以在保证机械性能良好的情况下,实现很好的电隔离绝缘效果,最终形成填充后的电隔离沟。
S105、如图12所示,采用化学机械抛光工艺,去掉多余的导电介质;
具体地,采用多晶硅CMP(Chemical Mechanical Polishing,化学机械抛光)工艺,由于步骤S104中沉积的多晶硅会高出周围硅片表面,因此需要采用CMP工艺出处表面的多余的多晶硅和步骤S103中形成的二氧化硅。
S106、绝缘层沉积,如图13所示,在SOI器件层303上表面生成绝缘层;
具体地,在SOI器件层303表面氧化生长一层SIO2,形成绝缘层;
S107、绝缘层图形化,如图14所示,去掉多余的绝缘层,形成第二绝缘层390;
具体地,采用涂胶、显影和干刻工艺形成出SOI器件层303表面所需的金属走线及焊盘780区域。
S108、如图15所示,金属层306沉积;
具体地,于SOI器件层303正面沉积一层金属层306,金属材料可以为铜、铝和金等;
S109、如图16所示,金属层306图形化,形成第一电极330、第二电极340、第一金属走线710、第二金属走线720、金属连接线770、接地连接线850、第一接地线810和第二接地线820;
具体地,采用涂胶光刻和刻蚀工艺形成第一电极330、第二电极340、第一金属走线710、第二金属走线720、金属连接线770、接地连接线850、第一接地线810、第二接地线820及焊盘780。
S110、增透膜400制备;
具体地,为增加MEMS法布里珀罗干涉腔的光效,如图17所示,在通光孔径处镀制光学增透膜400。
S111、如图18所示,SOI器件层303图形化,形成第一弹性框架310、第二弹性框架320和微镜平台350,如图18视角所示,绝缘介质370将第一弹性框架310遮挡。
具体地,SOI器件层303整面涂胶、光刻,使用ICP刻蚀形成第一弹性框架310、第二弹性框架320和微镜平台350等结构;
S112、第三绝缘层307沉积及图形化,如图19所示,在SOI器件层303背面沉积一层SiO2,并使用涂胶、光刻、干法刻蚀形成MEMS执行器300活动位置刻蚀窗口;
具体地,在SOI器件层303背面使用PECVD(Plasma Enhanced Chemical VapourDeposition,等离子体增强化学气相沉积)沉积一层SiO2,并使用涂胶、光刻、干法刻蚀等工艺形成MEMS执行器300活动位置刻蚀窗口;
S113、背部腔体深硅刻蚀,如图20所示,去除部分底硅层305,形成背部腔体;
具体在,使用ICP工艺刻蚀去除底硅层305的Si,形成背部腔体。
S114、如图21所示,埋氧层304去除,使用干法刻蚀去除背部腔体中的埋氧层304,释放出执行器活动位置。
如图22所示,第一微镜500和第二微镜600的制备包括:可以在微镜平台350的底部制备第一微镜500,在基板100的顶部制备第二微镜600;也可以在微镜平台350的顶部制备第一微镜500,在盖板200的底部制备第二微镜600;可以采用溅射金、银和铝等金属形成高反镜面,即第一微镜500和第二微镜600,也可使用DBR。
如图23所示,基板100和MEMS执行器300的键合包括:酸清去除底部二氧化硅(第三绝缘层307),然后使用阳极键合工艺将MEMS执行器300与基板100连接。
如图24所示,盖板200制备以及盖板200与MEMS执行器300的组装包括:在盖板200上使用TGV工艺制备玻璃通孔,玻璃通孔直径可以为50μm-100μm,然后在玻璃通孔内电镀一层金属铜,用于电信号传输走线;然后在盖板200上下表面制备金属走线及焊盘780,包括第三金属走线730、第四金属走线740、第五金属走线750、第六金属走线760、第三电极210、第四电极220、第三接地线830及第四接地线840,最后将盖板200与MEMS执行器300使用导电连接介质900粘接,并可以通过其他连接件将导电连接介质900之间绝缘,得到滤波器10。
本申请的级联式MEMS法布里-珀罗可调谐滤波器可广泛应用于光谱探测、光谱成像、光纤传感等领域,在食品检测、识别伪装、智慧农业和安全识别场景具有广泛的应用前景。
以高光谱相机为例,说明其功能应用。基于MEMS法布里-珀罗可调谐滤波器的高光谱相机模组,由光学镜头组、MEMS法布里-珀罗腔可调滤波器、CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互补金属氧化物半导体)组成。使用高光谱对地面实际场景进行扫描拍照,电压控制MEMS法布里-珀罗可调滤波器的腔长,继而不断改变MEMS法布里-珀罗滤波器的透过光波段,这样不同波段的光到达CMOS传感器上,依次排出不同波段下的图片,即可得到图中的包含光谱信息的三维数据立方体。统计不同波段下,某处物体的光强度,即可得到该物体的光谱曲线,由于光谱曲线包含物质信息,不同物质的存在其特异的光谱曲线,所以可广泛应用于食品检测、识别伪装、智慧农业、安全识别等应用。
需要说明的是,在本文中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述,各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其,对于***实施例而言,由于其基本相似于方法实施例,所以描述的比较简单,相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (21)
1.一种滤波器,其特征在于,包括:基板、盖板、MEMS执行器、第一微镜和第二微镜;
所述基板和所述盖板相对间隔设置,形成容纳空间;
所述MEMS执行器设置在所述基板和所述盖板之间的容纳空间内,所述MEMS执行器与所述盖板之间间隔设置;
所述MEMS执行器包括第一弹性框架和第二弹性框架,所述第一弹性框架具有镂空区域,所述第二弹性框架设置在所述镂空区域内,并与所述第一弹性框架固定连接,所述第一微镜设置在所述第二弹性框架上;所述第一弹性框架和所述第二弹性框架与所述基板之间间隔设置;
所述第二微镜设置在所述基板上或所述第二微镜设置在所述盖板上,所述第一微镜和所述第二微镜平行且相对设置,所述第一微镜和所述第二微镜之间形成FP腔体;
所述第一弹性框架上设有第一电极,所述第二弹性框架上设有第二电极,所述盖板或所述基板上设有第三电极和第四电极,所述第一电极和所述第三电极平行且相对设置,所述第二电极和所述第四电极平行且相对设置,所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极彼此绝缘;其中,所述第一电极和所述第三电极构成第一电容的两极,所述第二电极和所述第四电极构成第二电容的两极。
2.根据权利要求1所述的滤波器,其特征在于,
所述MEMS执行器包括主体部和支撑部;
所述主体部具有镂空区域,所述第一弹性框架和所述第二弹性框架形成在所述镂空区域内,所述第一弹性框架与所述主体部固定连接;
所述主体部通过所述支撑部与所述基板连接,使得所述第一弹性框架和所述第二弹性框架与所述基板之间形成间隔设置。
3.根据权利要求2所述的滤波器,其特征在于,所述滤波器还包括连接件,所述盖板通过所述连接件与所述MEMS执行器的主体部连接。
4.根据权利要求1所述的滤波器,其特征在于,在所述第二弹性框架背向所述第一微镜的位置设置有增透膜,所述增透膜位于通光孔径处。
5.根据权利要求1所述的滤波器,其特征在于,所述滤波器还包括供电线组,所述供电线组包括第一金属走线、第二金属走线、第三金属走线和第四金属走线;
所述第一金属走线与所述第一电极连接,用以为所述第一电极供电,所述第二金属走线与所述第二电极连接,用以为所述第二电极供电,所述第三金属走线与所述第三电极连接,用以为所述第三电极供电,所述第四金属走线与所述第四电极连接,用以为所述第四电极供电。
6.根据权利要求5所述的滤波器,其特征在于,
所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
所述第二弹性框架包括微镜平台和N个第二子部,所述每个第二子部的第一端与所述第一弹性框架固定连接,所述每个第二子部的第二端与所述微镜平台固定连接,所述第一微镜设置在所述微镜平台上;
所述第二电极覆盖所述N个第二子部靠近所述盖板的面,并部分覆盖所述微镜平台靠近所述盖板的面,所述第二电极形成在所述微镜平台的通光孔径范围之外,以使所述N个第二子部上方覆盖的所述第二电极连接成一体;
所述第四电极包括N个第四子电极,所述N个第四子电极与所述N个第二子部一一对应并相对设置;
所述第四金属走线包括N个第四子走线,所述N个第四子走线与所述N个第四子电极一一对应,所述N个第四子走线用以向所述N个第四子电极分别供电。
7.根据权利要求6所述的滤波器,其特征在于,
所述第一弹性框架包括N个第一子部,所述N个第一子部之间彼此绝缘;
所述第一电极包括N个第一子电极,所述N个第一子电极之间彼此绝缘,所述N个第一子电极与所述N个第一子部一一对应设置,所述第一子电极覆盖所述第一子部靠近所述盖板的面;
所述第一金属走线包括N个第一子走线,所述N个第一子走线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述N个第一子走线用以向所述N个第一子电极分别供电;
所述第三电极包括N个第三子电极,所述N个第三子电极彼此绝缘,所述N个第三子电极与所述N个第一子电极一一对应并相对设置;所述第三金属走线包括N个第三子走线,所述N个第三子走线与所述N个第三子电极一一对应连接,所述N个第三子走线用以向所述N个第三子电极分别供电。
8.根据权利要求7所述的滤波器,其特征在于,
相邻的所述第一子部之间设有绝缘沟槽,所述绝缘沟槽将相邻的所述第一子部隔开,所述绝缘沟槽的内侧开口与所述第二子部靠近所述第一子部的端部一一对应设置,所述绝缘沟槽内设有绝缘介质和第一绝缘层,所述第一绝缘层设置在所述绝缘沟槽的侧壁,并将所述绝缘介质与所述第一子部和所述第二子部隔开,以使所述N个第一子部之间彼此绝缘,所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,所述金属连接线与所述第二电极和所述第二金属走线分别连接。
9.根据权利要求8所述的滤波器,其特征在于,
所述盖板具有第一面和第二面,所述第一面远离所述MEMS执行器,所述第二面靠近所述MEMS执行器;
所述盖板上设有多个过孔;
所述第三子走线和所述第四子走线设置在所述第一面,所述第三子电极和所述第四子电极设置在所述第二面,所述第三子走线通过所述过孔与所述第三子电极连接,所述第四金属走线通过所述过孔与所述第四子电极连接;
所述供电线组还包括第五金属走线和第六金属走线,所述第五金属走线和所述第六金属走线分别包括第一部分和第二部分,所述第五金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五金属走线的第二部分和所述第六金属走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五金属走线的第一部分和所述第五金属走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第六金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第二部分通过所述过孔连接;
所述MEMS靠近所述盖板的一侧设置有第二绝缘层,所述第二绝缘层覆盖所述主体部靠近盖板的一面;
所述第一金属走线和所述第二金属走线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,所述N个第一子走线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述第二金属走线与所述金属连接线连接,所述金属连接线与所述第二电极连接;
所述盖板和所述MEMS之间设有导电连接介质,所述N个第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五金属走线的第二部分连接,所述第二金属走线通过所述导电连接介质与所述第六金属走线的第二部分连接。
10.根据权利要求6所述的滤波器,其特征在于,
所述第一弹性框架包括N个第一子部,一个所述第一子部作为绝缘子部与其余所述第一子部绝缘,其余所述第一子部依次连接;
所述第一电极包括N个第一子电极,所述N个第一子电极与所述N个第一子部一一对应设置,所述第一子电极覆盖所述第一子部靠近所述盖板的面,所述绝缘子部上的第一子电极与其余所述第一子电极绝缘,其余所述第一子电极彼此相连;
所述第一金属走线包括两个第一子走线,一个所述第一子走线与所述绝缘子部上的第一子电极连接,另一所述第一子走线与其余所述第一子电极的任一个连接;
所述第三电极包括N个第三子电极,所述N个第三子电极彼此绝缘,所述N个第三子电极与所述N个第一子电极一一对应并相对设置;
所述第三金属走线包括N个第三子走线,所述N个第三子走线与所述N个第三子电极一一对应连接,所述N个第三子走线用以向所述N个第三子电极分别供电。
11.根据权利要求10所述的滤波器,其特征在于,
相邻的所述第一子部之间设有绝缘沟槽,所述绝缘沟槽的内侧开口与所述第二子部靠近所述第一子部的端部一一对应设置,所述绝缘沟槽内设有绝缘介质和第一绝缘层,所述第一绝缘层设置在所述绝缘沟槽的侧壁,并将所述绝缘介质与所述第一子部和所述第二子部隔开,以使所述第一弹性框架和所述第二弹性框架彼此绝缘;
所述绝缘沟槽包括第一绝缘沟槽和第二绝缘沟槽,所述绝缘子部两端分别设有一个第一绝缘沟槽,所述第一绝缘沟槽将所述绝缘子部与所述其余第一子部隔开,并将所述第一弹性框架和所述第二弹性框架隔开;所述其余第一子部中,相邻所述第一子部之间设有第二绝缘沟槽,所述第二绝缘沟槽将相邻所述第一子部部分隔开,并将所述第一弹性框架和所述第二弹性框架隔开;
任一所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,所述金属连接线与所述第二电极和所述第二金属走线分别连接。
12.根据权利要求11所述的滤波器,其特征在于,
所述盖板具有第一面和第二面,所述第一面远离所述MEMS执行器,所述第二面靠近所述MEMS执行器;
所述盖板上设有多个过孔;
所述第三子走线和所述第四子走线设置在所述第一面,所述第三子电极和所述第四子电极设置在所述第二面,所述第三子走线通过所述过孔与所述第三子电极连接,所述第四金属走线通过所述过孔与所述第四子电极连接;
所述供电线组还包括第五金属走线和第六金属走线,所述第五金属走线和所述第六金属走线分别包括第一部分和第二部分,所述第五金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五金属走线的第二部分和所述第六金属走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五金属走线的第一部分和所述第五金属走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第六金属走线的第一部分和所述第六金属走线的第二部分通过所述过孔连接;
所述MEMS靠近所述盖板的一侧设置有第二绝缘层,所述第二绝缘层覆盖所述主体部靠近盖板的一面;
所述第一金属走线和所述第二金属走线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,一个所述第一子走线与所述绝缘子部上的所述第一子电极连接,另一所述第一子走线与其余所述第一子电极的任一个连接,所述第二金属走线与所述金属连接线连接,所述金属连接线与所述第二电极连接;
所述盖板和所述MEMS之间设有导电连接介质,所述两个第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五金属走线的第二部分连接,所述第二金属走线通过所述导电连接介质与所述第六金属走线的第二部分连接。
13.根据权利要求9或12所述的滤波器,其特征在于,所述第五金属走线包括多个第五子走线,所述第五子走线包括第一部分和第二部分,所述第五子走线的第一部分设置在所述第一面,所述第五子走线的第二部分设置在所述第二面,所述第五子走线的第一部分和所述第五子走线的第二部分通过所述过孔连接,所述第一子走线通过所述导电连接介质与所述第五子走线的第二部分连接,一个所述第五子走线对应一个所述第一子走线或一个所述第五子走线对应多个所述第一子走线。
14.根据权利要求8或9或11或12所述的滤波器,其特征在于,所述绝缘沟槽为哑铃型沟槽。
15.根据权利要求7-12任一项所述的滤波器,其特征在于,所述N个第一子部旋转对称,所述N个第二子部旋转对称,所述N个第一电极旋转对称,所述N个第二电极旋转对称,所述N个第三电极旋转对称,所述N个第四电极旋转对称,并沿旋转轴均匀分布。
16.根据权利要求9或12所述的滤波器,其特征在于,所述盖板为玻璃盖板,所述过孔采用玻璃通孔技术制作。
17.根据权利要求9所述的滤波器,其特征在于,所述滤波器还包括保护线组,所述保护线组包括第一接地线、第二接地线、第三接地线和第四接地线;
所述第三接地线和所述第四接地线分别包括第一部分和第二部分,所述第三接地线的第一部分和所述第四接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三接地线的第二部分和所述第四接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三接地线的第一部分和所述第三接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第四接地线的第一部分和所述第四接地线的第二部分通过所述过孔连接;
任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,其余任一所述绝缘沟槽内的所述绝缘介质上上形成有接地连接线,所述接地连接线与所述第二电极连接;
所述第一接地线和所述第二接地线设置在所述第二绝缘层靠近所述盖板的一面,所述第一接地线包括N个第一子接地线,所述N个第一子接地线与所述N个第一子电极一一对应连接,所述第二接地线与所述接地连接线连接;
所述N个第一子接地线通过所述导电连接介质与所述第三接地线连接,所述第二接地线通过所述导电连接介质与所述第四接地线连接。
18.根据权利要求12所述的滤波器,其特征在于,所述滤波器还包括保护线组,所述保护线组包括第一接地线、第二接地线、第三接地线和第四接地线;
所述第三接地线和所述第四接地线分别包括第一部分和第二部分,所述第三接地线的第一部分和所述第四接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三接地线的第二部分和所述第四接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三接地线的第一部分和所述第三接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第四接地线的第一部分和所述第四接地线的第二部分通过所述过孔连接;
任一所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有金属连接线,另一个所述第一绝缘沟槽内的所述绝缘介质上形成有接地连接线,所述接地连接线与所述第二电极连接;
所述第一接地线和所述第二接地线设置在所述绝缘层靠近所述盖板的一面,所述第一接地线包括两个第一子接地线,一个所述第一子接地线与所述绝缘子部上的所述第一子电极连接,另一个所述第一子接地线与其余所述第一子电极的任一个连接,所述第二接地线与所述接地连接线连接;
所述两个第一子接地线通过所述导电连接介质与所述第三接地线的第二部分连接,所述第二接地线通过所述导电连接介质与所述第四接地线的第二部分连接。
19.根据权利要求17或18所述的滤波器,其特征在于,所述第三接地线包括多个第三子接地线,所述第三子接地线包括第一部分和第二部分,所述第三子接地线的第一部分设置在所述第一面,所述第三子接地线的第二部分设置在所述第二面,所述第三子接地线的第一部分和所述第三子接地线的第二部分通过所述过孔连接,所述第一子走线通过所述导电连接介质与所述第三子接地线的第二部分连接,一个所述第三子接地线对应一个所述第一子接地线或一个所述第三子接地线对应多个所述第一子接地线。
20.一种滤波器的制备方法,其特征在于,用于制备权利要求1所述的滤波器;
包括:
制备MEMS执行器;
在MEMS执行器上制备第一微镜;
提供基板,在基板上制备第二微镜;
将设有第一微镜的MEMS执行器与设有第二微镜的基板组装在一起;
提供盖板,在盖板上制备第三电极和第四电极、第三金属走线、第四金属走线、第五金属走线、第六金属走线、第三接地线和第四接地线;
将制备好的盖板与装配好的MEMS执行器和基板组装在一起;
或,包括:
制备MEMS执行器;
在MEMS执行器上制备第一微镜;
提供基板;
将设有第一微镜的MEMS执行器与基板组装在一起;
提供盖板,在盖板上制备第三电极、第四电极、第三金属走线、第四金属走线、第五金属走线、第六金属走线、第三接地线、第四接地线和第二微镜;
将制备好的盖板与装配好的MEMS执行器和基板组装在一起。
21.根据权利要求20所述的滤波器的制备方法,其特征在于,制备MEMS执行器包括:
SOI晶圆处理,以去除SOI晶圆表面的自然氧化层,SOI晶圆包括依次设置的SOI器件层、埋氧层和底硅层;
绝缘沟槽图形化,在SOI器件层形成绝缘沟槽;
绝缘沟槽第一绝缘层生长,使得第一绝缘层覆盖SOI器件层的顶部,以及绝缘沟槽的侧壁;
绝缘沟槽填充,在绝缘沟槽中填充绝缘介质;
采用化学机械抛光工艺,去掉多余的导电介质;
绝缘层沉积,在SOI器件层上表面生成绝缘层;
绝缘层图形化,去掉多余的绝缘层,形成第二绝缘层;
金属层沉积;
金属层图形化,形成第一电极、第二电极、第一金属走线、第二金属走线、金属连接线、接地连接线、第一接地线和第二接地线;
增透膜制备;
SOI器件层图形化,形成第一弹性框架、第二弹性框架和微镜平台;
第三绝缘层沉积及图形化,在器件背面沉积一层SiO2,并使用涂胶、光刻、干法刻蚀形成MEMS执行器活动位置刻蚀窗口;
背部腔体深硅刻蚀,去除部分底硅层,形成背部腔体;
埋氧层去除,使用干法刻蚀去除背部腔体中的埋氧层,释放出执行器活动位置。
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