KR20020028689A - micro-mirror - Google Patents
micro-mirror Download PDFInfo
- Publication number
- KR20020028689A KR20020028689A KR1020000059811A KR20000059811A KR20020028689A KR 20020028689 A KR20020028689 A KR 20020028689A KR 1020000059811 A KR1020000059811 A KR 1020000059811A KR 20000059811 A KR20000059811 A KR 20000059811A KR 20020028689 A KR20020028689 A KR 20020028689A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- mirror
- mirror plate
- plate
- piezoelectric
- driving
- Prior art date
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B26/00—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements
- G02B26/08—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light
- G02B26/0816—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements
- G02B26/0833—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD
- G02B26/0858—Optical devices or arrangements for the control of light using movable or deformable optical elements for controlling the direction of light by means of one or more reflecting elements the reflecting element being a micromechanical device, e.g. a MEMS mirror, DMD the reflecting means being moved or deformed by piezoelectric means
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B7/00—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems
- B81B7/02—Microstructural systems; Auxiliary parts of microstructural devices or systems containing distinct electrical or optical devices of particular relevance for their function, e.g. microelectro-mechanical systems [MEMS]
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B81—MICROSTRUCTURAL TECHNOLOGY
- B81B—MICROSTRUCTURAL DEVICES OR SYSTEMS, e.g. MICROMECHANICAL DEVICES
- B81B2201/00—Specific applications of microelectromechanical systems
- B81B2201/04—Optical MEMS
- B81B2201/045—Optical switches
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Mechanical Light Control Or Optical Switches (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 광 스위치 시스템에 관한 것으로, 특히 광통신 시스템의 크로스 커넥트 스위치용 압전 구동 마이크로 미러에 관한 것이다.The present invention relates to an optical switch system, and more particularly, to a piezoelectric drive micromirror for a cross connect switch of an optical communication system.
최근의 정보 관련 기술인 컴퓨터 및 통신 기술은 다량의 정보를 실시간으로 송수신할 수 있는 광섬유 통신을 통해 비약적으로 발전하고 있다. 특히, 동화상, 음성 신호 및 문자 신호등의 다양한 형태의 데이터를 포함한 멀티미디어 정보의 고속 전송, 쌍방향의 대화형(interactive) 통신 환경, 가입자 수의 폭발적 증가 등의 추세에 따라 기존의 구리 전송을 이용한 통신망은 그 한계에 봉착하였으며, 높은 반송 주파수(carrier frequency)의 고속, 무왜곡 전송이 가능한 광 신호 형태의 통신망이 그 대안으로 대두되고 있다.Recently, computer and communication technology, which is an information technology, is rapidly developing through optical fiber communication capable of transmitting and receiving a large amount of information in real time. In particular, in accordance with the trend of high-speed transmission of multimedia information including various types of data such as moving picture, voice signal and text signal, interactive interactive communication environment, and explosive increase in the number of subscribers, the existing network using copper transmission It has reached its limit, and an optical signal type communication network capable of high speed and distortionless transmission at a high carrier frequency is emerging as an alternative.
전기적 신호를 송수신하는 기존의 통신망은 논리 회로(logic circuit), 증폭기, 스위치 등 집적회로(integrated circuits) 등으로 가입자 데이터 인터페이스를 저렴하게 구성할 수 있었다. 반면에, 광을 정보 전달 신호로 이용하는 광 통신망의 경우에는 가입자와 중계기 혹은 통신 사업자를 연결해 주는 인터페이스가 전자 회로를 이용한 논리 집적회로가 아닌 광 스위치 및 포토 다이오드, 레이저 다이오드 등으로 구성된 광 커넥터 모듈로 구성되어야 한다.Existing communication networks that transmit and receive electrical signals are inexpensive to configure subscriber data interfaces with integrated circuits such as logic circuits, amplifiers, and switches. On the other hand, in the case of an optical communication network using light as an information transmission signal, the interface connecting the subscriber and the repeater or the communication service provider is not a logic integrated circuit using an electronic circuit but an optical connector module composed of an optical switch, a photodiode, and a laser diode. It must be constructed.
현재 상품화되어 있는 광 통신망용 데이터 인터페이스는 전송선인 광섬유(optical fiber)와 가입자를 연결시키기 위해 광섬유 커넥터(fiberoptic connector), 광 스위치(optical switches), 레이저 다이오드를 포함한 광 송신기(transmitter) 등으로 구성되어 있으며, 정밀 가공 및 각 부품의 조립에 의존한 제조방법 등으로 가격이 비싼 단점이 있다. 특히, 광 데이터 인터페이스의 핵심 부품인 광 스위치의 경우 입력측 또는 출력측 광섬유의 선단부를 기계적으로 움직여 광 축을 정렬함으로써 스위칭(switching) 기능을 수행하도록 되어 있어 스위치의 크기를 소형화하기 어렵고, 소모 전력이 많으며, 고가인 단점이 있다.Currently commercialized data interface for optical communication network consists of optical fiber, which is a transmission line, and optical fiber connector, optical switches, and optical transmitter including laser diode. In addition, there is a disadvantage that the price is expensive due to the manufacturing method depending on the precision machining and assembly of each component. In particular, the optical switch, which is a key component of the optical data interface, performs a switching function by mechanically aligning the optical axis by mechanically moving the distal end of the input or output optical fiber, making it difficult to miniaturize the size of the switch and consume a lot of power. There is an expensive disadvantage.
그리고, 기존의 광통신 용도의 멀티플렉싱 스위치는 전술한 바와 같이 기계적 장치에 의해 입력 광섬유 및 출력 광섬유를 이동시켜 필요한 입출력 광섬유를 연결 또는 단락하는 방식을 채용하거나, 광도파로 바이패스 스위치(bypass switch)를 확장하여 구성하는 방법 등이 제안되고 있다.In addition, the conventional multiplexing switch for optical communication adopts a method of connecting or shorting input and output optical fibers by moving input optical fibers and output optical fibers by a mechanical device as described above, or extending an optical waveguide bypass switch. Has been proposed.
그러나, 기계적 장치에 의해 입력 광섬유 및 출력 광섬유를 이동시켜 필요한 입출력 광섬유를 연결 또는 단락하는 방식은 기계장치가 크고, 스위칭 속도가 낮으며, 스위칭 할 수 있는 용량이 극히 제한적이라는 단점이 있고, 광 도파로 바이패스 스위치를 확장하여 구성하는 방법은 n×n 크로스 커넥트 스위치를 구성하기 위해서는 n2개의 바이패스 스위치가 필요하게 되어 구동 및 제어 시스템이 복잡해지는 단점이 있다.However, the method of connecting or shorting the required input and output optical fibers by moving the input and output optical fibers by a mechanical device has the disadvantages of a large mechanical device, low switching speed, and extremely limited switching capacity. The extended configuration of the bypass switch requires n 2 bypass switches in order to configure the n × n cross connect switch, which causes a complicated driving and control system.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 각각의 압전 구동기에 인가되는 전압을 조절함으로써 미러의 구동 방향을 조절을 용이하게 할 수 있는 마이크로 미러를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a micro-mirror that can easily adjust the driving direction of the mirror by adjusting the voltage applied to each piezoelectric driver.
도 1은 광 크로스 커넥트 스위치 시스템을 나타낸 도면1 shows an optical cross connect switch system;
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 자유 공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 1 실시예를 나타낸 도면2A and 2B show a first embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention.
도 3은 본 발명에 따른 자유공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 2 실시예를 나타낸 도면3 is a view showing a second embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention;
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 자유공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 3 실시예를 나타낸 도면4A and 4B show a third embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로미러의 제 4 실시예를 나타낸 도면5 shows a fourth embodiment of a micromirror according to the invention.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로미러의 제 5 실시예를 나타낸 도면6 shows a fifth embodiment of a micromirror according to the invention.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로미러의 제 6 실시예를 나타낸 도면7 shows a sixth embodiment of a micromirror according to the invention.
도 8은 본 발명에 따른 마이크로미러의 제 7 실시예를 나타낸 도면8 shows a seventh embodiment of a micromirror according to the invention.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 마이크로미러의 힌지를 나타낸 도면9a and 9b show the hinge of a micromirror according to the invention.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로미러의 미러 플레이트 구동을 나타내기 위한 단면도10 is a cross-sectional view showing the mirror plate drive of the micromirror according to the present invention.
도 11a 및 도 11b는 본 발명에 따른 마이크로미러의 미러 플레이트 구동을 나타내기 위한 평면도11A and 11B are plan views showing the mirror plate driving of the micromirror according to the present invention.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명에 따른 마이크로미러의 제조방법의 제 1 실시예를 나타낸 도면12a to 12e is a view showing a first embodiment of a method of manufacturing a micromirror according to the present invention
도 13a 내지 도 13e는 본 발명에 따른 마이크로미러의 제조방법의 제 2 실시예를 나타낸 도면13A to 13E illustrate a second embodiment of a method of manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 14a 내지 도 14f는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조방법의 제 3 실시예를 나타낸 도면14A to 14F show a third embodiment of a method for manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조방법의 제 4 실시예를 나타낸 도면15A to 15E show a fourth embodiment of the method for manufacturing a micromirror according to the present invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
11: 기판 13: 멤브레인11: substrate 13: membrane
15: 하부전극 17: 압전물질15: lower electrode 17: piezoelectric material
19: 상부전극 21: 미러 플레이트19: upper electrode 21: mirror plate
23: 앵커(anchor) 25: 패시베이션 레이어23: anchor 25: passivation layer
27: 희생층 29: 범퍼27: sacrificial layer 29: bumper
31: 힌지31: hinge
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 마이크로 미러는 기판과, 상기 기판 상부에 형성된 미러 플레이트와, 상기 미러 플레이트 각 측면의 소정 영역에 형성된 압전 물질이 외부의 인가된 전압에 따라 개별적으로 구동되어 상기 미러 플레이트를 구동시키는 압전 구동기(PZT actuator)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, a micromirror includes a substrate, a mirror plate formed on an upper portion of the substrate, and a piezoelectric material formed on a predetermined region of each side of the mirror plate, respectively, according to an externally applied voltage. And a piezoelectric actuator (PZT actuator) for driving the mirror plate.
여기서, 상기 미러 플레이트는 상기 압전 구동기와 연결되는 구동판, 상기 구동판 상부에 형성된 미러, 그리고 상기 구동판의 소정 영역에 형성되어 상기 구동판과 미러를 연결시키는 비어 인터커넥션(via interconnection)으로 구성될 수도 있다.The mirror plate may include a driving plate connected to the piezoelectric driver, a mirror formed on the driving plate, and a via interconnection formed in a predetermined region of the driving plate to connect the driving plate to the mirror. May be
그리고, 상기 압전 구동기와 미러 플레이트 사이에는 힌지 및 범퍼가 다양한 위치와 모양으로 형성될 수 있다.In addition, hinges and bumpers may be formed at various positions and shapes between the piezoelectric driver and the mirror plate.
본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 따른 마이크로 미러 및 그 제조방법의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the micromirror according to the present invention and a method of manufacturing the same will be described below with reference to the accompanying drawings.
도 1은 광 크로스 커넥트 스위치 시스템을 나타낸 도면이다.1 is a diagram illustrating an optical cross connect switch system.
도 1에 도시한 바와 같이, 광 크로스 커넥트 스위치는 입출력 섬유 배열 렌즈, MEMS 스위치, 그리고 반사기(reflector)로 구성된다.As shown in Fig. 1, the optical cross connect switch is composed of an input / output fiber array lens, a MEMS switch, and a reflector.
입력 광섬유 배열로부터 들어오는 다수개의 입력 광신호를 임의의 개수를 갖는 출력단으로 스위칭하기 위한 핵심소자가 바로 자유 공간 2차원 구동 마이크로미러 배열이다. n개의 입출력을 갖는 광 크로스 커넥트 스위치를 구현하기 위하여서는 2n개의 마이크로미러가 필요하다. 즉, 구동 마이크로미러 배열과 특정한 각도로 정렬되어 있는 입력 광섬유 배열로부터 방출되는 레이저 빔은 각 입력 섬유에 대응하는 마이크로미러의 2축 자유도를 갖는 회전 구동에 의하여 광의 진행 방향이 임의로 조절되게 된다.A key element for switching a plurality of input optical signals from an input optical fiber array to an arbitrary number of output stages is a free space two-dimensional driving micromirror array. 2n micromirrors are required to implement an optical cross connect switch having n inputs and outputs. That is, the laser beam emitted from the input optical fiber array aligned with the drive micromirror array at a particular angle allows the direction of light propagation to be arbitrarily adjusted by rotational drive with biaxial freedom of the micromirror corresponding to each input fiber.
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따른 자유 공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다.2A and 2B show a first embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention.
도 2a 및 도 2b에 도시한 바와 같이, 마이크로 미러는 압전 구동기(PZT actuator), 힌지(hinge), 그리고 미러 플레이트(mirror plate)로 구성되어 있다.As shown in Figs. 2A and 2B, the micromirror is composed of a piezoelectric actuator (PZT actuator), a hinge, and a mirror plate.
기판(11) 위에 미러 플레이트(21)에 형성되고, 상기 미러 플레이트(21) 각 측면 끝부분에 네 개의 압전 구동기(17)가 캔틸레버(cantilever) 타입으로 형성된다.It is formed on the mirror plate 21 on the substrate 11, and four piezoelectric actuators 17 are formed in the cantilever type at each end of each side of the mirror plate 21.
이때, 네 개의 압전 구동기(17)는 상기 미러 플레이트(21)에 형성된 힌지(31)에 의해 연결되고, 외부의 인가한 전압에 따라 각각 개별적으로 구동하게 된다.At this time, the four piezoelectric drivers 17 are connected by the hinge 31 formed in the mirror plate 21, and are driven individually according to the externally applied voltage.
도 3은 본 발명에 따른 자유공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.3 is a view showing a second embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 압전 구동기의 위치를 변화시킨 마이크로 미러를 나타낸 도면이다.3 is a view illustrating a micro mirror in which the positions of the piezoelectric drivers of FIGS. 2A and 2B are changed.
도 3에 도시한 바와 같이, 도 2a 및 도 2b와 달리 압전 구동기(17)가 미러 플레이트(21) 각 측면의 중앙에 형성된다. 즉, 미러 플레이트(21) 각 측면의 중앙에 힌지(31)가 형성되고, 상기 힌지(31)에 압전 구동기(17)가 연결된다.As shown in FIG. 3, unlike FIG. 2A and FIG. 2B, a piezoelectric driver 17 is formed at the center of each side surface of the mirror plate 21. That is, a hinge 31 is formed at the center of each side of the mirror plate 21, and the piezoelectric driver 17 is connected to the hinge 31.
이때, 상기 힌지는 미앤더(meander) 타입, 원형 타입, 바(bar) 타입 등이 될수 있다.In this case, the hinge may be a meander type, a circular type, a bar type, or the like.
도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 자유공간 3차원 구동 마이크로미러의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다.4A and 4B show a third embodiment of a free space three-dimensional driving micromirror according to the present invention.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 마이크로미러는 압전 구동기(17), 힌지(31), 범퍼(29), 그리고 미러 플레이트(21)로 구성된다.As shown in FIGS. 4A and 4B, the micromirror is composed of a piezoelectric driver 17, a hinge 31, a bumper 29, and a mirror plate 21.
이때, 상기 범퍼(29)는 상기 미러 플레이트(21)와 압전 구동기(17) 사이에 위치하고, 미러 플레이트(21)가 휘지 않고 평평하게 구동되도록 한다. 압전 구동기(17)가 움직임으로써 상기 범퍼는 움직이게 되고, 상기 범퍼가 움직임으로써 미러 플레이트가 움직이게 된다.In this case, the bumper 29 is positioned between the mirror plate 21 and the piezoelectric driver 17 to allow the mirror plate 21 to be driven flat without being bent. The bumper moves as the piezoelectric actuator 17 moves, and the mirror plate moves as the bumper moves.
도 5 내지 도 7은 도 4a 및 도 4b의 압전 구동기의 위치와 범퍼의 구조 및 위치를 변화시킨 마이크로미러를 나타낸 도면이다.5 to 7 are diagrams illustrating micromirrors in which the positions of the piezoelectric actuators of FIGS. 4A and 4B and the structures and positions of the bumpers are changed.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제 4 실시예를 나타낸 도면이다.5 shows a fourth embodiment of a micromirror according to the present invention.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제 5 실시예를 나타낸 도면이다.6 shows a fifth embodiment of a micromirror according to the present invention.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제 6 실시예를 나타낸 도면이다.7 shows a sixth embodiment of a micromirror according to the present invention.
도 8에 도시한 바와 같이, 도 2a 및 도 2b, 도 3 내지 도 7의 마이크로미러는 마이크로 플레이트 양옆에 압전 구동기가 위치해 있지만, 도 8의 마이크로미러는 미러 플레이트 하부에 아번 구동기를 만듦으로써 미러의 전체 크기를 줄이고, 필 팩터(fill factor)를 크게 할 수 있다.As shown in FIG. 8, the micromirrors of FIGS. 2A and 2B and FIGS. 3 to 7 have piezoelectric drivers positioned on both sides of the microplate, but the micromirror of FIG. It can reduce the overall size and increase the fill factor.
도 9a 및 도 9b는 본 발명에 따른 마이크로미러의 힌지 구조를 나타낸 도면이다.9A and 9B illustrate a hinge structure of a micromirror according to the present invention.
도 9a의 힌지는 미앤더(meander) 타입의 힌지는 스트레스를 줄이기 위해서 사용되고, 도 9b의 바(bar) 타입의 힌지이다.The hinge of FIG. 9A is used to reduce stress and the meander type hinge is the bar type hinge of FIG. 9B.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 마이크로미러의 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The operation of the micromirror according to the present invention configured as described above will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 10은 본 발명에 따른 마이크로미러의 미러 플레이트 구동을 나타내기 위한 도면이다.10 is a view for showing the mirror plate drive of the micromirror according to the present invention.
도 11a 및 11b는 본 발명에 따른 마이크로미러의 미러 플레이트 구동을 나타내기 위한 도면이다.11A and 11B are views for showing mirror plate driving of the micromirror according to the present invention.
본 발명에 따른 미러들의 구동은 도 2a 및 도 2b, 도 3과 같이 PZT 구동기에 연결된 힌지가 미러 플레이트의 가장자리 또는 중앙에 위치하느냐에 따라 차이가 있다. 또한, 도 4a 내지 도 7과 같이 압전 구동기에 연결된 힌지가 범퍼의 가장자리 또는 중앙에 위치하느냐에 따라 미러들의 구동은 차이가 있다.The driving of the mirrors according to the present invention differs depending on whether the hinge connected to the PZT driver is located at the edge or the center of the mirror plate as shown in FIGS. 2A, 2B and 3. In addition, the driving of the mirrors is different depending on whether the hinge connected to the piezoelectric driver is located at the edge or the center of the bumper as shown in FIGS. 4A to 7.
먼저, PZT 구동기에 연결된 힌지가 미러 플레이트 가장자리에 위치한 도 2a 및 도 2b를 예를 들어 마이크로미러의 구동을 설명하면 다음과 같다.First, the driving of the micromirror will be described with reference to FIGS. 2A and 2B where the hinge connected to the PZT driver is located at the edge of the mirror plate.
V1,V2,V3 그리고 V4에 V'의 전압을 인가하면 4개의 PZT 구동기가 Z축 방향으로 움직이게 됨으로써 미러 플레이트가 수직으로 올라가게 된다.Applying a voltage of V 'to V1, V2, V3, and V4 causes the four PZT drivers to move in the Z-axis direction, thereby raising the mirror plate vertically.
여기서, V3과 V4에는 V 만큼의 전압을 줄이고 V1과 V2에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10의 A와 같이 미러 플레이트는 한쪽 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11a에서 Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 올라오게 되고, 왼쪽은 내려가게 된다.Here, if the voltage by V is applied to V3 and V4 and the voltage by V is further applied to V1 and V2, the mirror plate is inclined in one direction as shown in FIG. That is, in FIG. 11A, the right side is raised and the left side is lowered based on I ′.
반대로 V1과 V2에는 V만큼의 전압을 줄이고 V3과 V4에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10의 B와 같이 미러 플레이트는 도 10의 A와 다른 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11a에서 Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 내려가게 되고, 왼쪽은 올라오게 된다.On the contrary, if the voltage of V1 and V2 is reduced and the voltage of V is further applied to V3 and V4, the mirror plate is inclined in a different direction from A of FIG. That is, in FIG. 11A, the right side is lowered and the left side is raised based on II ′.
그리고, V1과 V3에 V만큼의 전압을 더 인가하고 V2와 V4에 V만큼의 전압을 줄이거나, V1과 V3에 V만큼의 전압을 줄이고 V2와 V4에 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 11a에서 Ⅱ-Ⅱ′를 기준으로 미러 플레이트가 움직이게 된다.Further, if V is further applied to V1 and V3 and V is reduced to V2 and V4, or V is reduced to V1 and V3 and V is further applied to V2 and V4, FIG. 11A. At Ⅱ-Ⅱ ', the mirror plate moves.
한편, V3에는 V만큼의 전압을 줄이고 V2에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10과 같이 미러 플레이트는 한쪽 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11b에서Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 내려가고 왼쪽은 올라오게 된다.On the other hand, if V3 is reduced to V3 and V2 is further applied to V2, the mirror plate is inclined in one direction as shown in FIG. That is, in FIG. 11B, the right side is lowered and the left side is raised based on I-I ′.
그리고, V1에 V만큼의 전압을 더 인가하고 V4에 V만큼의 전압을 줄이거나 V1에 V만큼의 전압을 줄이고 V4에 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 11b의 Ⅱ-Ⅱ′를 기준으로 미러 플레이트가 움직이게 된다.Further, if V is further applied to V1 and V is reduced to V4 or V is decreased to V1 and V is further applied to V4, the mirror is based on II-II 'of FIG. 11B. The plate will move.
이어, PZT 구동기에 연결된 힌지가 미러 플레이트 중앙에 위치한 도 3을 예를 들어 마이크로미러의 구동을 설명하면 다음과 같다.Next, the driving of the micromirror will be described with reference to FIG. 3 in which the hinge connected to the PZT driver is located at the center of the mirror plate.
V1,V2,V3, 그리고 V4에 V'의 전압을 인가하면 4개의 PZT 구동기가 Z축 방향으로 움직이게 됨으로써 미러 플레이트가 수직으로 올라가게 된다.Applying a voltage of V 'to V1, V2, V3, and V4 causes the four PZT drivers to move in the Z-axis direction, thereby raising the mirror plate vertically.
여기서, V1에는 V만큼의 전압을 줄이고 V4에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10의 A와 같이 미러 플레이트는 한쪽 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11a에서 Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 올라오고 왼쪽은 나려가게 된다.Here, if the voltage by V is applied to V1 and the voltage by V is further applied to V1, the mirror plate is inclined in one direction as shown in FIG. That is, in FIG. 11A, the right side is raised and the left side is separated based on II ′.
반대로 V4에는 V만큼의 전압을 줄이고 V1에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10의 B와 같이 미러 플레이트는 도 10의 A와 다른 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11a에서Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 내려가고 왼쪽은 올라오게 된다.On the contrary, if V4 is applied to V4 and V is applied to V1, the mirror plate is inclined in a different direction from A of FIG. That is, in FIG. 11A, the right side is lowered and the left side is raised based on I-I ′.
그리고, V2에 V만큼의 전압을 더 인가하고 V3에 V만큼의 전압을 줄이거나, V3에 V만큼의 전압을 줄이고 V2에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 11a에서 Ⅱ-Ⅱ′를 기준으로 미러 플레이트가 움직이게 된다.Further, if V is further applied to V2 and V is reduced to V3, or V is reduced to V3 and V is further applied to V2, the voltage is increased to V2 based on II-II 'in FIG. 11A. The mirror plate will move.
한편, V1, V2에는 V만큼의 전압을 줄이고 V3, V4에는 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 10과 같이 미러 플레이트는 한쪽 방향으로 기울어지게 된다. 즉, 도 11b에서Ⅰ-Ⅰ′를 기준으로 오른쪽은 올라오고 왼쪽은 내려가게 된다.On the other hand, if the voltage by V is applied to V1 and V2 and the voltage by V is further applied to V3 and V4, the mirror plate is inclined in one direction as shown in FIG. That is, in FIG. 11B, the right side is up and the left side is down based on I-I ′.
그리고, V2, V4에 V만큼의 전압을 더 인가하고 V1, V3에 V만큼의 전압을 줄이거나, V2, V4에 V만큼의 전압을 줄이고 V1, V3에 V만큼의 전압을 더 인가하면 도 11b의 Ⅱ-Ⅱ′를 기준으로 미러 플레이트가 움직이게 된다.Further, if V is further applied to V2 and V4 and the voltage is reduced by V to V1 and V3, or V is reduced to V2 and V4 and V is further applied to V1 and V3, FIG. 11B. The mirror plate is moved based on II-II 'of.
도 12a 내지 도 12e와 도 13a 내지 도 13e는 도 2a 및 도 2b에 나타낸 본 발명에 따른 3축 회전 구동 자유도를 갖는 압전 구동 마이크로미러를 마이크로머시닝 기술 및 반도체 소자 제조공정에 의해 가공하는 방법이다.12A to 12E and 13A to 13E illustrate a method of processing a piezoelectric drive micromirror having a three-axis rotational driving degree of freedom according to the present invention shown in FIGS. 2A and 2B by a micromachining technique and a semiconductor device manufacturing process.
도 12a 내지 도 12e는 본 발명에 따른 마이크로미러의 제조방법의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다.12A to 12E are diagrams illustrating a first embodiment of a method of manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 12a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11) 위에 소자의 멤브레인(13)으로 이용하기 위하여 질화물을 형성한다.As shown in Fig. 12A, nitride is formed on the silicon substrate 11 for use as the membrane 13 of the device.
그리고, 압전 구동기를 형성하기 위해 상기 멤브레인(13) 상에 소정 간격을갖도록 하부 전극(15)을 형성하고, 상기 하부 전극(15) 위에 압전물질(17)을 형성한다.In order to form a piezoelectric driver, a lower electrode 15 is formed on the membrane 13 to have a predetermined distance, and a piezoelectric material 17 is formed on the lower electrode 15.
이때, 상기 압전물질(17)은 졸-겔(sol-gel) 방법이나 스퍼터링(sputtering) 방법을 사용하여 증착된다.In this case, the piezoelectric material 17 is deposited using a sol-gel method or a sputtering method.
이어, 도 12b에 도시한 바와 같이, 상기 압전물질(17) 위에 상부 전극(19)을 형성하여 압전 구동기를 형성한다. 그리고, 상기 상부 전극(19) 사이에 미러 플레이트(21)를 형성한다. 그리고, 상기 하부 전극(15) 양측에는 상기 하부 전극(15)과 앵커(anchor)(23)가 형성된다.Next, as shown in FIG. 12B, an upper electrode 19 is formed on the piezoelectric material 17 to form a piezoelectric driver. The mirror plate 21 is formed between the upper electrodes 19. The lower electrode 15 and the anchor 23 are formed at both sides of the lower electrode 15.
그리고, 도 12c에 도시한 바와 같이, 상기 상부 전극(19) 및 앵커(23) 전 면을 덮도록 패시베이션 레이어(25)를 형성한다.As shown in FIG. 12C, the passivation layer 25 is formed to cover the entire surfaces of the upper electrode 19 and the anchor 23.
이어, 도 12d에 도시한 바와 같이, 상기 압전 물질(17) 및 미러(21)가 형성된 영역의 실리콘 기판(11)이 노출되도록 상기 실리콘 기판(11)의 뒷면을 식각한다.Next, as shown in FIG. 12D, the back surface of the silicon substrate 11 is etched to expose the silicon substrate 11 in the region where the piezoelectric material 17 and the mirror 21 are formed.
마지막으로 도 12e에 도시한 바와 같이, 상기 패시베이션 레이어(25)를 제거한다.Finally, as shown in FIG. 12E, the passivation layer 25 is removed.
도 13a 내지 도 13e는 본 발명에 따른 마이크로미러의 제조방법의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다.13A to 13E illustrate a second embodiment of a method of manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 13a에 도시한 바와 같이, 실리콘 기판(11) 위에 폴리실리콘이나 실리콘 산화물 등과 같은 희생층(27)을 입히고 상기 기판의 양측을 식각한 후, 상기 희생층(27) 및 기판(11) 위에 멤브레인(13)으로 이용하기 위하여 질화물을 형성하고 패터닝한다.As shown in FIG. 13A, a sacrificial layer 27 such as polysilicon or silicon oxide is coated on the silicon substrate 11, and both sides of the substrate are etched, and then a membrane is formed on the sacrificial layer 27 and the substrate 11. A nitride is formed and patterned for use as (13).
이어, 도 13b에 도시한 바와 같이, 상기 희생층(27) 위에 형성된 멤브레인(13) 위의 일정 간격을 갖도록 소정 영역 상에 하부전극(15)을 형성하고, 상기 하부전극(15) 위에 압전물질(17)을 형성한다.Subsequently, as shown in FIG. 13B, a lower electrode 15 is formed on a predetermined region to have a predetermined interval on the membrane 13 formed on the sacrificial layer 27, and a piezoelectric material on the lower electrode 15. (17) is formed.
이때, 상기 압전물질(17)은 PZT, ZnO, PLZT, PMN-PT 등이 사용된다.In this case, the piezoelectric material 17 may be PZT, ZnO, PLZT, PMN-PT, or the like.
그리고, 도 13c에 도시한 바와 같이, 상기 압전물질(17) 위에 상부전극(19)을 형성하고, 상기 하부전극(15) 사이의 상기 멤브레인(13) 위에 미러(21)를 형성한다. 상기 하부전극(15) 양측의 상기 멤브레인(13) 위에 앵커(23)를 형성한다.13C, an upper electrode 19 is formed on the piezoelectric material 17, and a mirror 21 is formed on the membrane 13 between the lower electrodes 15. An anchor 23 is formed on the membrane 13 on both sides of the lower electrode 15.
이어, 도 13d에 도시한 바와 같이, 상기 하부전극(15) 사이에 형성된 미러(21)와 상기 각각의 하부전극(15) 사이의 희생층(27)이 노출되도록 상기 멤브레인(13)을 제거하고, 상기 하부전극(15) 양측에 형성된 앵커(23)와 상기 각각의 하부전극(15) 사이의 희생층(27)이 노출되도록 상기 멤브레인(13)을 제거한다.Subsequently, as shown in FIG. 13D, the membrane 13 is removed to expose the sacrificial layer 27 between the mirror 21 formed between the lower electrode 15 and each of the lower electrodes 15. The membrane 13 is removed to expose the sacrificial layer 27 between the anchors 23 formed on both sides of the lower electrode 15 and the respective lower electrodes 15.
마지막으로 도 13e에 도시한 바와 같이, 상기 희생층(27)을 제거한다.Finally, as shown in FIG. 13E, the sacrificial layer 27 is removed.
도 14a 내지 도 14f와 도 15a 내지 도 15e는 도 4a 및 도 4b에 나타낸 본 발명에 따른 3축 회전 구동 자유도를 갖는 압전 구동 마이크로미러를 마이크로머시닝 기술 및 반도체 소자 제조공정에 의해 가공하는 방법이다.14A to 14F and 15A to 15E illustrate a method of processing a piezoelectric drive micromirror having a three-axis rotational driving degree of freedom according to the present invention shown in FIGS. 4A and 4B by a micromachining technique and a semiconductor device manufacturing process.
도 14a 내지 도 14f는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조방법의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다.14A to 14F illustrate a third embodiment of a method for manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 14a 내지 도 14f는 도 12a 내지 도 12e에서 나타낸 제조공정과 유사하고, 도 14b에서 도 12b와 같이 미러 플레이트(21)를 형성할 때 동시에 범퍼(29)가 하부전극(15)과 미러 플레이트(21) 사이에 형성되는 것이 차이점이다.14A to 14F are similar to the manufacturing process shown in FIGS. 12A to 12E, and when the mirror plate 21 is formed as shown in FIG. 12B to FIG. 14B, the bumper 29 is formed by the lower electrode 15 and the mirror plate ( 21) is the difference between them.
그리고, 도 14f에 도시한 바와 같이, 상기 범퍼(29) 및 미러 플레이트(21)가 변형되는 것을 방지하기 위하여 상기 범퍼(29) 및 미러 플레이트(21) 하부를 도핑(doping)하거나 실리콘을 형성할 수 있다.As shown in FIG. 14F, the bumper 29 and the mirror plate 21 may be doped or silicon may be formed to prevent the bumper 29 and the mirror plate 21 from being deformed. Can be.
도 15a 내지 도 15e는 본 발명에 따른 마이크로 미러의 제조방법의 제 4 실시예를 나타낸 도면이다.15A to 15E are views showing a fourth embodiment of the method of manufacturing a micromirror according to the present invention.
도 15a 내지 도 15e는 도 13a 내지 도 13e에서 나타낸 제조공정과 유사하고, 도 15c에서 도 13c와 같이 미러 플레이트(21)를 형성할 때 동시에 범퍼(29)가 하부전극(15)과 미러 플레이트(21) 사이에 형성되는 것이 차이점이다.15A to 15E are similar to the manufacturing process shown in FIGS. 13A to 13E, and when the mirror plate 21 is formed as shown in FIG. 13C to FIG. 13C, the bumper 29 is formed by the lower electrode 15 and the mirror plate ( 21) is the difference between them.
한편, 도 2a 내지 도 7의 제조공정과 달리 도 8의 제조공정은 마이크로미러는 미러 플레이트 하부에 압전 구동기가 위치하기 때문에 도 12a 내지 도 12e, 도 13a 내지 도 13e, 도 14a 내지 도 14f, 도 15a 내지 도 15e의 제조공정과 달리 비어 인터커넥션(via interconnection)을 전기도금이나 스퍼터링(sputtering)을 이용하여 형성한 후 그 위웨 미러 플레이트를 형성하게 된다.On the other hand, unlike the manufacturing process of Figures 2a to 7 the manufacturing process of Figure 8 is a micromirror because the piezoelectric actuator is located under the mirror plate 12a to 12e, 13a to 13e, 14a to 14f, FIG. Unlike the manufacturing process of FIGS. 15A to 15E, via interconnection is formed by electroplating or sputtering, and then the Wiewe mirror plate is formed.
이와 같은 마이크로미러의 구조와 동작은 고주파용 용량형 및 저항형 마이크로 스위치에 응용가능하고, 집적화된 가변 캐패시터에 응용가능하며, 고밀도의 광데이터 저장을 위한 미세 트랙킹 소자를 개발하는데 응용 가능하다.Such a structure and operation of the micromirror can be applied to high frequency capacitive and resistive micro switches, to integrated variable capacitors, and to develop fine tracking devices for high density optical data storage.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 마이크로미러는 각각의 압전 구동기에 인가되는 전압을 조절함으로써 미러의 구동 방향을 조절을 용이하게 할 수있다.The micromirror according to the present invention as described above can easily adjust the driving direction of the mirror by adjusting the voltage applied to each piezoelectric driver.
또한, 압전 구동을 이용함으로써 구동 전압을 낮추고 구동 속도를 증가시킬 수 있다.In addition, by using piezoelectric driving, it is possible to lower the driving voltage and increase the driving speed.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020000059811A KR20020028689A (en) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | micro-mirror |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020000059811A KR20020028689A (en) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | micro-mirror |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20020028689A true KR20020028689A (en) | 2002-04-17 |
Family
ID=19692981
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020000059811A KR20020028689A (en) | 2000-10-11 | 2000-10-11 | micro-mirror |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20020028689A (en) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682958B1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-02-15 | 삼성전자주식회사 | Two-axes micro optical scanner |
| KR100695170B1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-03-14 | 삼성전자주식회사 | Micro mirror employing piezo actuator |
| WO2008102963A1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Ewha University-Industry Collaboration Foundation | An independent two-axis micro-electro-mechanical systems mirror using a piezoelectric force |
| CN103324208A (en) * | 2013-06-20 | 2013-09-25 | 山东理工大学 | Novel method and device for double-axis laser scanning |
| CN107324275A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 山东大学 | A kind of structure for the micro- servo platform of ring sector piezoelectric three-dimensional of connecting |
| CN107555399A (en) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 山东大学 | A kind of structure of the three-dimensional micro- servo platform of parallel piezoelectric |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07270691A (en) * | 1994-03-29 | 1995-10-20 | Nec Corp | Mirror deflector |
| US5508841A (en) * | 1993-09-15 | 1996-04-16 | Texas Instruments Incorporated | Spatial light modulator based phase contrast image projection system |
| US5579148A (en) * | 1993-11-29 | 1996-11-26 | Nippondenso Co., Ltd. | Two-dimensional optical scanner |
| JPH08320441A (en) * | 1995-05-24 | 1996-12-03 | Nec Corp | Mirror deflector |
| KR960040178A (en) * | 1996-09-09 | 1996-12-17 | 변재형 | Method for preparing low molecular weight alginic acid of physiological functional food material and method for preparing food containing same |
| JPH0996768A (en) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Omron Corp | Light deflector |
-
2000
- 2000-10-11 KR KR1020000059811A patent/KR20020028689A/en not_active Application Discontinuation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5508841A (en) * | 1993-09-15 | 1996-04-16 | Texas Instruments Incorporated | Spatial light modulator based phase contrast image projection system |
| US5579148A (en) * | 1993-11-29 | 1996-11-26 | Nippondenso Co., Ltd. | Two-dimensional optical scanner |
| JPH07270691A (en) * | 1994-03-29 | 1995-10-20 | Nec Corp | Mirror deflector |
| JPH08320441A (en) * | 1995-05-24 | 1996-12-03 | Nec Corp | Mirror deflector |
| JPH0996768A (en) * | 1995-09-29 | 1997-04-08 | Omron Corp | Light deflector |
| KR960040178A (en) * | 1996-09-09 | 1996-12-17 | 변재형 | Method for preparing low molecular weight alginic acid of physiological functional food material and method for preparing food containing same |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100682958B1 (en) * | 2006-01-10 | 2007-02-15 | 삼성전자주식회사 | Two-axes micro optical scanner |
| KR100695170B1 (en) * | 2006-01-25 | 2007-03-14 | 삼성전자주식회사 | Micro mirror employing piezo actuator |
| WO2008102963A1 (en) * | 2007-02-22 | 2008-08-28 | Ewha University-Industry Collaboration Foundation | An independent two-axis micro-electro-mechanical systems mirror using a piezoelectric force |
| CN103324208A (en) * | 2013-06-20 | 2013-09-25 | 山东理工大学 | Novel method and device for double-axis laser scanning |
| CN107324275A (en) * | 2017-08-29 | 2017-11-07 | 山东大学 | A kind of structure for the micro- servo platform of ring sector piezoelectric three-dimensional of connecting |
| CN107555399A (en) * | 2017-08-29 | 2018-01-09 | 山东大学 | A kind of structure of the three-dimensional micro- servo platform of parallel piezoelectric |
| CN107324275B (en) * | 2017-08-29 | 2019-01-04 | 山东大学 | A kind of structure for the micro- servo platform of ring sector piezoelectric three-dimensional of connecting |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6215222B1 (en) | Optical cross-connect switch using electrostatic surface actuators | |
| US6363183B1 (en) | Reconfigurable and scalable intergrated optic waveguide add/drop multiplexing element using micro-opto-electro-mechanical systems and methods of fabricating thereof | |
| US6360036B1 (en) | MEMS optical switch and method of manufacture | |
| US6379510B1 (en) | Method of making a low voltage micro-mirror array light beam switch | |
| US5367584A (en) | Integrated microelectromechanical polymeric photonic switching arrays | |
| US20040022483A1 (en) | Systems and methods for overcoming stiction using a lever | |
| US6681063B1 (en) | Low voltage micro-mirror array light beam switch | |
| US7005775B2 (en) | Microfabricated torsional drive utilizing lateral electrostatic force | |
| US6995499B2 (en) | Micro piezoelectric actuator and method for fabricating same | |
| US20040264847A1 (en) | Micro-opto-electro-mechanical waveguide switches | |
| JP2002528759A (en) | MEMS optical switch filled with fluid | |
| US6614581B2 (en) | Methods and apparatus for providing a multi-stop micromirror | |
| EP1164404A1 (en) | An optical switch having an impact printer head actuator | |
| TW535016B (en) | Optical switching element having movable optical transmissive microstructure and method of switching an optical signal | |
| US7003188B2 (en) | Low loss optical switching system | |
| KR20020028689A (en) | micro-mirror | |
| KR100370079B1 (en) | micromirror array and method for fabrication the same | |
| KR100447183B1 (en) | Optical switch and method for fabricating the same | |
| KR20030050798A (en) | Magnetic Drive Micromirror and Method for Fabricating the same, and Optical Switch using the same | |
| US6643426B1 (en) | Mechanically assisted release for MEMS optical switch | |
| KR100374486B1 (en) | Thin film micromirror array for free-space optical switching using Micro Electro Mechanical System and method for manufacturing the same, and multidimensional optical switching mode therefrom | |
| US20020154851A1 (en) | Optical modular switching system | |
| KR20040103977A (en) | Micro piezoelectric actuator and method for fabricating same | |
| US20020025106A1 (en) | Mechanically latching optical switch | |
| KR20030050799A (en) | Electrostatic Drive Micromirror and Fabrication Method for the same, Optic Switch using the Micromirror |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| N231 | Notification of change of applicant | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |