DE112016006668T5

DE112016006668T5 - Piezoelektrisch betätigte Spiegel für optische Nachrichtenübertragungen

Info

Publication number: DE112016006668T5
Application number: DE112016006668.6T
Authority: DE
Inventors: Sasha N. OSTER; Johanna M. Swan; Feras Eid; Thomas L. SOUNART; Aleksandar Aleksov; Shawna M. Liff; Baris Bicen; Valluri R. Rao
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2016-04-01
Filing date: 2016-04-01
Publication date: 2018-12-20
Anticipated expiration: 2036-04-02
Also published as: US10816733B2; WO2017171882A1; DE112016006668B4; US20200064555A1

Abstract

Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, die ein organisches Substrat aufweist. Gemäß einer Ausführungsform ist eine Anordnung von Hohlräumen in dem organischen Substrat gebildet, und eine Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln kann an dem organischen Substrat verankert sein, wobei sich jeder piezoelektrisch betätigte Spiegel über einen Hohlraum erstreckt. Um eingehende optische Signale richtig zu leiten, kann die optische Leitweglenkungsvorrichtung auch einen Leitweglenkungs-Chip, der auf dem organischen Substrat montiert ist, aufweisen. Der Leitweglenkungs-Chip kann elektrisch an jeden der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt sein und ist in der Lage, eine Spannung durch die erste und zweite Elektrode eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels zu erzeugen. Außerdem kann ein Photodetektor elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt sein. Gemäß einer Ausführungsform kann eine Anordnung von Glasfaserkabeln optisch mit einem der piezoelektrisch betätigten Spiegel und optisch mit dem Photodetektor gekoppelt sein.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen im Allgemeinen die Herstellung von piezoelektrischen Spiegeln auf organischen Substraten. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung piezoelektrische Spiegel, die in optischen Schaltern verwendet werden, und Verfahren zur Herstellung solcher Vorrichtungen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Haupttrasse des derzeitigen globalen Telekommunikationsnetzes ist die Glasfaser-Nachrichtenübertragung. Bei Glasfaser-Nachrichtenübertragungsnetzen werden Pakete in der elektrischen Domäne erzeugt, zur Fernübertragung in die optische Domäne umgewandelt, zur Leitweglenkung zurück in die elektrische Domäne geschaltet, zur Übertragung zurück in die optische Domäne geschaltet und schließlich in der Nähe des endgültigen Bestimmungsortes zurück in die elektrische Domäne geschaltet. Die zwischengeschaltete Wandlung von optisch zu elektrisch zu optisch für die Leitweglenkung wird als OEO-Wandlung bezeichnet und muss an jedem Router entlang des Weges des Pakets erfolgen. Versuche, auf die OEO-Wandlung zu verzichten, erfuhren eine erhebliche Aufmerksamkeit, da die OEO-Wandlung in derzeitigen Glasfasernetzen als größeres Nadelöhr angesehen wird. Außerdem ist die OEO-Wandlung energieintensiv, da ein elektrisches Signal in ein optisches Signal umgewandelt werden muss.
Ein Ansatz, die OEO-Wandlung abzuschaffen, besteht darin, eine optische Leitweglenkungsvorrichtung zu verwenden. Optisches Schalten, das derzeit verfügbar ist, beruht auf Silicium-basierten mikro-elektromechanischen Systemen (MEMS). Zum Beispiel können Mikrospiegel, bei denen eine elektrostatische, piezoelektrische oder magnetische Betätigung eingesetzt wird, unter Verwendung von Silicium-MEMS-Techniken gefertigt werden. Silicium-basierte MEMS-Vorrichtungen haben jedoch erhebliche Nachteile. Ein Nachteil besteht darin, dass Siliciumsubstrate und die Verarbeitungsoperationen, die verwendet werden, um MEMS-Vorrichtungen zu bilden, im Vergleich zu anderen Fertigungsmaterialien und -prozessen in der Elektronik, wie organische Substrate, die zur Bestückung oder Leiterplattenherstellung verwendet werden, relativ kostspielig sind. Außerdem werden Silicium-MEMS oft auf Wafer-Ebene gefertigt. Daher kann bei der Fertigung von Mikrospiegeln auf Silicium auf Grund der Beschränkung der Wafer-Größen (z. B. 4 Zoll oder 6 Zoll) das Skalieren auf größere Substrate nicht genutzt werden. Ferner müssen Silicium-basierte MEMS-Spiegelvorrichtungen, nachdem sie gefertigt worden sind, immer noch bestückt und dann in ihr endgültiges System eingebaut werden. Daher bedeuten MEMS-Spiegel heutzutage hohe Kosten, Herausforderungen bei der Montage und eine größere Gesamtgröße.
In Bezug auf piezoelektrisch betätigte Spiegel ist es derzeit nicht möglich, die Halbleiterfertigung durch Niedertemperaturmaterialien, wie organische Substrate, zu ersetzen. Piezoelektrische Systeme sind darauf begrenzt, auf Hochtemperatur-kompatiblen Substraten gebildet zu werden, da ein Glühprozess erforderlich ist, um die piezoelektrische Schicht zu kristallisieren. Typischerweise liegen die Glühtemperaturen über 500 °C. Als solche können Niedertemperatursubstrate, wie organische Substrate, derzeit nicht verwendet werden, um piezoelektrische Systeme zu bilden, da die erhöhten Temperaturen das Substrat zum Schmelzen bringen oder anderweitig beschädigen können.
Figurenliste

1A ist eine Querschnittsansicht eines optischen Routers, der piezoelektrische Spiegel aufweist, die auf einem organischen Substrat gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1B ist eine Querschnittsansicht des optischen Routers aus 1A, wobei einer der piezoelektrischen Spiegel zum Schalten eines optischen Signals betätigt ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
2 ist eine Draufsicht eines organischen Substrats, das eine Anordnung von piezoelektrischen Spiegeln zum optischen Schalten aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3A ist eine Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Spiegels, der auf einem organischen Substrat gebildet ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3B ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen Spiegels in 3A, der betätigt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4A ist eine Querschnittsansicht eines piezoelektrischen Spiegels, der auf einem organischen Substrat gebildet ist, gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung.
4B ist eine Querschnittsansicht des piezoelektrischen Spiegels in 4A, der betätigt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5A ist eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels, der sich über einen Hohlraum erstreckt und an einem organischen Substrat entlang einer Kante des Hohlraums verankert ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5B ist eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels, der zwei Betätigungsarme aufweist, die an einem organischen Substrat verankert sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5C ist eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels, der mehrere Betätigungsarme aufweist, die an einem organischen Substrat verankert sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5D ist eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels mit zwei Betätigungsarmen, die an verschiedenen Kanten der betätigten Struktur gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
5E ist eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels, der einen einzelnen Betätigungsarm aufweist, der eine Ablenkung in mehrere Richtungen ermöglicht, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6A ist eine Querschnittsansicht eines organischen Substrats, nachdem die erste Elektrode gebildet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6B ist eine Querschnittsansicht des organischen Substrats, nachdem die piezoelektrische Schicht gebildet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6C ist eine Querschnittsansicht des organischen Substrats, nachdem die zweite Elektrode gebildet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6D ist eine Querschnittsansicht des organischen Substrats, nachdem die Reflexionsfläche gebildet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
6E ist eine Querschnittsansicht des organischen Substrats, nachdem ein Hohlraum in dem organischen Substrat unterhalb des piezoelektrisch betätigten Spiegels gebildet worden ist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
7 ist eine schematische Ansicht einer Rechenvorrichtung, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung aufgebaut ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hier werden Systeme, die eine optische Leitweglenkungsvorrichtung aufweisen, die piezoelektrisch betätigte Spiegel aufweist, die auf einem organischen Substrat gebildet sind, und Verfahren zur Bildung solcher optischer Leitweglenkungsvorrichtungen beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der veranschaulichenden Implementierungen unter Verwendung von Begriffen beschrieben, die üblicherweise von den Fachleuten verwendet werden, um anderen Fachleuten das Wesen ihrer Arbeit zu vermitteln. Es wird den Fachleuten jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung mit nur einigen der beschriebenen Aspekte praktiziert werden kann. Zu Erklärungszwecken werden spezifische Zahlen, Materialien und Konfigurationen aufgeführt, um ein gründliches Verständnis der veranschaulichenden Implementierungen bereitzustellen. Es wird einem Fachmann auf dem Gebiet jedoch klar sein, dass die vorliegende Erfindung ohne die spezifischen Einzelheiten praktiziert werden kann. In anderen Fällen werden bekannte Merkmale weggelassen oder vereinfacht, um die veranschaulichenden Implementierungen nicht unübersichtlich zu machen.
Es werden wiederum diverse Operationen als mehrfache getrennte Operationen auf eine Art und Weise beschrieben, die zum Verständnis der vorliegenden Erfindung äußerst hilfreich ist, jedoch sollte die Reihenfolge der Beschreibung nicht so ausgelegt werden, dass sie impliziert, dass diese Operationen notwendigerweise von der Reihenfolge abhängen. Insbesondere müssen diese Operationen nicht in der Reihenfolge der Darstellung ausgeführt werden.
Ausführungsformen der Erfindung ermöglichen eine optische Leitweglenkung in Glasfasernetzen. Demgemäß kann das vorstehend beschriebene Nadelöhr auf Grund der OEO-Wandlung im Wesentlichen ausgeschaltet werden. Ferner weisen Ausführungsformen der Erfindung piezoelektrisch angetriebene Spiegel auf, die auf organischen Substraten gefertigt werden. Als solche werden die vorstehend in Bezug auf Silicium-basierte MEMS-Vorrichtungen beschriebenen Probleme der hohen Kosten und begrenzten Skalierung vermieden.
Die Herstellung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln auf organischen Substraten ermöglicht eine Senkung der Herstellungskosten. Zum Beispiel sind Technologien und Materialien, die zur Baueinheit-/Leiterplattenverarbeitung entwickelt wurden, erheblich günstiger als Technologien und Materialien, die zur Halbleiterverarbeitung verwendet werden. Die Fertigung von Lenkspiegeln direkt in dem Substrat oder der Leiterplatte senkt die Kosten im Vergleich zu Silicium-MEMS, und zwar auf Grund der großen Platte (z. B. 510 mm x 515 mm), die für die Fertigung des organischen Substrats und der Platte verwendet wird, der günstigeren Verarbeitungsoperationen und der im Vergleich zu Silicium-MEMS günstigeren Materialien, die in diesen Systemen verwendet werden. Außerdem erfordern die Spiegel, da sie direkt als Teil des Baueinheitsubstrats oder der Leiterplatte hergestellt werden, keinen zusätzlichen Montagevorgang.
Auf Grund dieser Vorteile können große Zahlen von Spiegeln kosteneffektiver in ein einzelnes System integriert werden, als es mit Ansätzen von Silicium-MEMS möglich wäre. Demgemäß können große Anordnungen von Lenkspiegeln auf einem einzelnen organischen Substrat gefertigt werden, um eine erhöhte Schaltkapazität bereitzustellen. Zum Beispiel können derzeit verfügbare Leitweglenkungstechnologien zwischen 526 und 1162 Spiegel aufweisen, während Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr Spiegel aufweisen und nur durch die Fläche begrenzt sein können, die die Spiegel einnehmen (d. h. Größen- und Kostenüberlegungen). Zusätzlich ist die Gesamtdicke sehr gering (z. B. im Bereich von mehreren zehn Mikrometern), da eine zusätzliche Bestückung, die bei Silicium-MEMS-Vorrichtungen nötig ist, nicht erforderlich ist.
Nun mit Bezug auf 1A ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts eines optischen Routers 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der optische Router 100 kann eine Anordnung von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 180 aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die Anordnung von Eingangs-/Ausgangsanschlüssen 180 mehrere Glasfaserkabel 182 aufweisen. Die Glasfaserkabel 182 ermöglichen die Übertragung von optischen Signalen (z. B. Paketen) über ein Netz. Gemäß einer Ausführungsform kann die Übertragung des optischen Signals jede Übertragungsart sein (z. B. bidirektional, Mehrfach-Wellenlänge usw.), und jedes Glasfaserkabel 182 kann je nach den Bedürfnissen der Vorrichtung als Eingangs- und/oder Ausgangsanschluss dienen. Jedes Glasfaserkabel 182 kann auch eine Linse 184 aufweisen, um das optische Signal zu fokussieren, das in jedes oder aus jedem Glasfaserkabel 182 kommt.
In einer Ausführungsform kann eine Montagestruktur 183 verwendet werden, um jedes der Glasfaserkabel 182 zu sichern. Die Montagestruktur 183 kann so positioniert werden, dass jedes Glasfaserkabel 182 optisch an einen piezoelektrisch betätigten Spiegel 130, der auf einem organischen Substrat 105 gebildet ist, gekoppelt ist. Wie hier verwendet, bezieht sich „optisch gekoppelt“ auf ein optisches Signal, das von einer ersten Stelle zu einer zweiten Stelle übertragen werden kann. Zum Beispiel ist das Glasfaserkabel 182_A optisch an den piezoelektrisch betätigten Spiegel 130_A gekoppelt. Als solches wird ein optisches Signal, das aus dem Glasfaserkabel 182_A durch die Linse 184 übertragen wird, von dem piezoelektrisch betätigten Spiegel 130_A reflektiert. Wenn der piezoelektrisch betätigte Spiegel 130_A nicht betätigt wird (z. B. der piezoelektrisch betätigte Spiegel 130_A im Wesentlichen parallel zu einer Oberfläche des organischen Substrats 105 ist), kann das optische Signal zurück in das Glasfaserkabel 182_A reflektiert werden. Zusätzlich kann, wenn der piezoelektrisch betätigte Spiegel 130_A betätigt wird, das optische Signal zu einem anderen Glasfaserkabel 182 geleitet werden, wie es nachstehend genauer beschrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann der optische Router 100 ein optisch-elektrisches Wandlersystem aufweisen, das verwendet wird, um die piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 zu steuern, um optische Signale richtig zu leiten. Zum Beispiel kann das optisch-elektrische Wandlersystem Nachrichtenkopf-Informationen von jedem Paket auslesen, um zu bestimmen, wohin das Paket geleitet werden soll. In einer Ausführungsform werden die Nachrichtenkopf-Informationen von einem Paket durch einen optischen Verteiler erhalten, der einen Teil der Energie von Signalen, die über jedes Glasfaserkabel übertragen werden, herausnimmt und diesen entlang eines Lichtleiters 186 zu einem Photodetektor 192 leitet, der auf dem organischen Substrat 105 montiert ist. In der veranschaulichten Ausführungsform ist auf dem obersten Glasfaserkabel 182 eine einzelne optische Abzweigung gezeigt, um die Figur nicht unnötigerweise unübersichtlich zu machen, obwohl es ersichtlich ist, dass jedes der Glasfaserkabel 182 einen optischen Verteiler aufweisen kann. Der optische Verteiler kann einen kleinen Teil der Energie aus dem optischen Signal (z. B. in etwa 1 % der Energie) herausnehmen und das Paket über den Lichtleiter 186 dem Photodetektor 192 zuführen. In einer Ausführungsform kann der Photodetektor 192 eine Linse 194 zum Fokussieren des optischen Signals aufweisen. Der Photodetektor 192 kann jede geeignete Vorrichtung zum Umwandeln eines optischen Signals in ein elektrisches Signal sein. Zum Beispiel kann der Photodetektor 192 eine Photodiode sein.
Nachdem das optische Signal von dem Photodetektor 192 in ein elektrisches Signal umgewandelt worden ist, kann das elektrische Signal zu einem Leitweglenkungs-Chip 198 übertragen werden, der an dem organischen Substrat 105 montiert ist. In einer Ausführungsform kann das elektrische Signal durch (nicht gezeigte) Leiterbahnen, die auf oder in dem organischen Substrat 105 ausgebildet sind, vom Photodetektor 192 zum Leitweglenkungs-Chip 198 übertragen werden. Der Leitweglenkungs-Chip 198 kann Schaltungen zur Verarbeitung des elektrischen Signals aufweisen, um zu bestimmen, wohin das Paket geleitet werden soll. Zum Beispiel kann der Leitweglenkungs-Chip die Nachrichtenkopf-Informationen verwenden, um zu bestimmen, über welchen Lichtleiter 182 das Paket gerade zu welchem Lichtleiter 182, über den das Paket geführt werden muss, geleitet wird. Demgemäß kann der Leitweglenkungs-Chip 198 bestimmen, welcher piezoelektrisch betätigte Spiegel 130 betätigt werden muss und in welchem Winkel der piezoelektrisch betätigte Spiegel 130 gehalten werden soll, um das eingehende Paket richtig zu leiten. Der Leitweglenkungs-Chip 198 kann dann ein Betätigungssignal an den passenden Spiegel 130 senden, welches bewirkt, dass der Spiegel 130 in einem Winkel betätigt wird, der das optische Signal zu dem gewünschten Glasfaserkabel 182 reflektiert. Zum Beispiel kann bei einem piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 das Betätigungssignal eine Spannung sein, die an Elektroden angelegt wird, die auf gegenüberliegenden Oberflächen eines piezoelektrischen Materials gebildet sind, wie es nachstehend genauer beschrieben wird.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Glasfaserkabel 182 auch eine optische Verzögerung 188 aufweisen, die zwischen dem optischen Verteiler und der Linse 184 gebildet ist. Die optische Verzögerung 188 vergrößert die Entfernung, die das optische Signal nach dem Verteiler zurücklegen muss, um Zeit bereitzustellen, damit der Leitweglenkungs-Chip 198 die Schaltanweisungen verarbeiten und das Leitweglenkungssignal an den richtigen piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 senden kann. In der veranschaulichten Ausführungsform ist die optische Verzögerung 188 als Schleife veranschaulicht, aber die Ausführungsformen sind nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel kann die optische Verzögerung irgendeine zusätzliche Faserlänge haben, die die Weglänge zwischen dem Verteiler und dem piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 erhöht.
Nun mit Bezug auf 1B ist eine Querschnittsansicht eines Beispiels für ein optisches Signal 185, das mit einem optischen Leitweglenkungssystem 100 von einem ersten Glasfaserkabel 182_A zu einem zweiten Glasfaserkabel 182_B geschaltet wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Wie veranschaulicht ist, wird das optische Signal 185 ursprünglich entlang des Glasfaserkabels 182_A übertragen. Obwohl ein Verteiler auf dem Glasfaserkabel 182_A nicht veranschaulicht ist, ist ersichtlich, dass ein Abschnitt des optischen Signals 185 entlang des Lichtleiters 186 zum Photodetektor 192 und schließlich zum Leitweglenkungs-Chip 198 geleitet werden kann. Gemäß einer Ausführungsform können die Nachrichtenkopf-Informationen von dem optischen Signal 185 den Leitweglenkungs-Chip 198 anweisen, das optische Signal 185 zum Glasfaserkabel 182_B zu schalten. Als solches kann der Spiegel 130_A , an den das Glasfaserkabel 182_A optisch gekoppelt ist, in einen Winkel gebracht werden, der das optische Signal 185 zur Linse 184 des Glasfaserkabels 182_B reflektiert.
Gemäß einer Ausführungsform hängt der Betätigungswinkel von dem Raum S zwischen der Linse 184 der Glasfaserkabel 182 und den piezoelektrisch betätigten Spiegeln 130 und dem Abstand D zwischen den Glasfaserkabeln 182, die an der Schaltoperation beteiligt sind, ab. In der veranschaulichten Ausführungsform ist der Winkel des piezoelektrisch betätigten Spiegels 130_A von dem organischen Substrat 105 weg gerichtet. Es ist jedoch ersichtlich, dass die piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 auch in einem Winkel zum organischen Substrat 105 hin abgelenkt werden können. Als solche können die piezoelektrisch betätigten Spiegel 130 über Hohlräume 120 gebildet werden, die in dem organischen Substrat 105 gebildet sind, um eine Ablenkung zum organischen Substrat hin zu ermöglichen. Ferner sind, während die in 1B veranschaulichte Schaltung eindimensional ist (d. h. alle Glasfaserkabel 182 sind in einer Flucht ausgerichtet), die Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel kann die Anordnung von Glasfaserkabeln 180 und piezoelektrisch betätigten Spiegeln 130 in zwei Dimensionen gebildet sein.
Nun mit Bezug auf 2 ist eine Draufsicht einer Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln 230, die in zwei Dimensionen gebildet sind, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In 2 sind die Lichtleiter weggelassen, um die Figur nicht unnötig unübersichtlich zu machen, es ist jedoch ersichtlich, dass eine Anordnung von Lichtleitern 180 mehrere Glasfaserkabel aufweisen kann, die jeweils optisch an einen der Spiegel 230 gekoppelt sind, die auf dem organischen Substrat 205 gebildet sind. Um eine Betätigung der Spiegel 230 in mehr als eine Richtung zu ermöglichen, können Ausführungsformen der Erfindung Spiegel 230 aufweisen, die zwei Betätigungsarme 252 haben, die im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Gemäß einer Ausführungsform kann es sich bei den Betätigungsarmen 252 um einen piezoelektrischen Stapel handeln, der nachstehend näher beschrieben wird. Jeder der Betätigungsarme 252 kann mit auf oder in dem organischen Substrat 205 gebildeten (nicht gezeigten) Leiterbahnen elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip 298 gekoppelt sein. Die Fähigkeit, die Spiegel 230 um zwei Achsen zu betätigen, ermöglicht es jedem Spiegel 230, ein optisches Signal an irgendeines der Glasfaserkabel in der Anordnung zu reflektieren, und zwar ungeachtet der X- und Y-Koordinaten des Spiegels 230 und des angestrebten Glasfaserkabels.
Es ist ersichtlich, dass die Anordnung von Spiegeln 230, die in 2 veranschaulicht ist, von Natur aus beispielhaft ist und nicht als einschränkendes Beispiel dienen soll. Zum Beispiel kann jede Zahl von Reihen oder Spalten von Spiegeln 230 verwendet werden. Zum Beispiel können Tausende Spiegel 230 auf einem organischen Substrat 205 gebildet sein. Außerdem ist die Anordnung der Spiegel 230 nicht auf Reihen und Spalten beschränkt und kann in jedem gewünschten Muster angeordnet werden. Ferner ist auch die Darstellung der Spiegel 230 als im Wesentlichen quadratisch und der Betätigungsarme 252, die in den veranschaulichten Positionen und Formen ausgebildet sind, beispielhaft veranschaulicht. Weitere Ausführungsformen, die nachstehend näher beschrieben werden, geben eine genauere Erklärung der Konfigurationen und Formen der Spiegel 230, zusätzlich zu einer genaueren Erklärung, wie die Spiegel 230 betätigt werden.
Nun mit Bezug auf 3A ist eine Querschnittsansicht eines organischen Substrats 305, das einen piezoelektrisch betätigten Spiegel 330 aufweist, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. In einer Ausführungsform kann das organische Substrat 305 irgendein geeignetes organisches Material sein. Als Beispiel kann das organische Substrat 305 ein Polymermaterial sein, wie zum Beispiel Polyimid, Epoxidharz oder ein Aufbaufilm. Das organische Substrat 305 kann eine oder mehrere Schichten (z. B. Aufbauschichten) aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform kann die mikroelektronische Baueinheit auch eine oder mehrere Leiterbahnen 307, Durchgänge 306 und Kontaktflecken 308 aufweisen, um eine elektrische Leitweglenkung in dem organischen Substrat 305 bereitzustellen. Die Leiterbahnen 307, Durchgänge 306 und Kontaktflecken 308 können aus jedem geeigneten leitfähigen Material sein, das typischerweise in organischen Bestückungsanwendungen verwendet wird (z. B. Kupfer, Zinn, Aluminium, Legierungen von leitfähigen Materialien, und sie können auch Mehrfachschichten aufweisen, wie Impfschichten, Sperrschichten oder dergleichen).
Gemäß einer Ausführungsform kann der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 an dem organischen Substrat 305 verankert und so ausgerichtet sein, dass er sich über einen Hohlraum 320 erstreckt, der in dem organischen Substrat 305 gebildet ist. Der Hohlraum 320 kann so bemessen sein, dass er größer ist als der Spiegel 330, damit der Spiegel 330 in den Hohlraum 320 verlagert werden kann. Gemäß einer Ausführungsform kann die Tiefe D des Hohlraums 320 so gewählt sein, dass das gewünschte Ausmaß der Verlagerung des piezoelektrisch betätigten Spiegels 330 in den Hohlraum 320 ermöglicht wird. Zum Beispiel ermöglicht die Vergrößerung der Tiefe D eine stärkere Verlagerung des piezoelektrisch betätigten Spiegels 330.
Gemäß einer Ausführungsform weist der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 eine piezoelektrische Hochleistungsschicht 334 auf, die zwischen einer ersten Elektrode 332 und einer zweiten Elektrode 336 gebildet ist. Piezoelektrische Hochleistungsmaterialien erfordern typischerweise ein Hochtemperaturglühen (z. B. höher als 500 °C), um die passende Kristallstruktur zu erreichen, um die piezoelektrische Wirkung bereitzustellen. Als solche erfordern bisherige piezoelektrisch betätigte Spiegel, wie die vorstehend beschriebenen, ein Substrat, das in der Lage ist, hohen Temperaturen standzuhalten (z. B. Silicium). Organische Substrate, wie die hier beschriebenen, können typischerweise Temperaturen über 260 °C nicht standhalten. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen jedoch das Ausbilden einer piezoelektrischen Schicht 334 bei viel geringeren Temperaturen. Zum Beispiel weisen Ausführungsformen, an Stelle eines Hochtemperaturglühens, das Auftragen der piezoelektrischen Schicht 334 in einer amorphen Phase und dann das Verwenden eines Impulslasers, um die piezoelektrische Schicht 334 zu kristallisieren, auf. In einer Ausführungsform kann für das Impulslaserglühen ein Excimer-Laser mit einer Energie zwischen etwa 10-100 mJ/cm² und einer Impulsbreite zwischen etwa 10-50 Nanosekunden verwendet werden. Zum Beispiel kann die piezoelektrische Schicht 334 mit einem Sputter-Prozess, einem Tintenstrahlprozess oder dergleichen aufgetragen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die piezoelektrische Schicht Bleizirkonattitanat (PZT), Kaliumnatriumniobat (KNN), Zinkoxid (ZnO) oder Kombinationen von diesen sein.
Die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 können durch Leiterbahnen 307 in der mikroelektronischen Baueinheit elektrisch an eine Spannungsquelle gekoppelt sein. Zum Beispiel kann die Spannungsquelle ein Leitweglenkungs-Chip (nicht gezeigt) sein, ähnlich wie der vorstehend beschriebene Leitweglenkungs-Chip. Als solches kann eine Spannung erzeugt werden, die an die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 angelegt wird. Die an die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 angelegte Spannung induziert eine Belastung in der piezoelektrischen Schicht 334, die eine Verlagerung des Spiegels 330 bewirkt. In einer Ausführungsform ist die Verlagerung des piezoelektrisch betätigten Spiegels 330 proportional zur Spannung durch die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336, wie es nachstehend näher beschrieben wird. In 3A sind die piezoelektrische Schicht 334 und die zweite Elektrode 336 über der gesamten oberen Fläche der ersten Elektrode 332 ausgebildet, obwohl die Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen beschränkt sind.
Gemäß einer Ausführungsform sind die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 mit einem leitfähigen Material ausgebildet. Bei manchen Ausführungsformen können die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 mit dem gleichen leitfähigen Material gebildet werden, das verwendet wird, um die Leiterbahnen 307, Durchgänge 306 und Kontaktflecken 308, die in dem organischen Substrat 305 ausgebildet sind, zu bilden. Eine solche Ausführungsform ermöglicht eine Vereinfachung der Herstellung der mikroelektronischen Baueinheit, da keine zusätzlichen Materialien erforderlich sind, obwohl die Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen beschränkt sind. Zum Beispiel können die Elektroden 332, 336 aus anderen Materialien sein als die Leiterbahnen 306. Weitere Ausführungsformen können eine erste Elektrode 332 aufweisen, die aus einem anderen Material ist als die zweite Elektrode 336. Das leitfähige Material, das für die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 verwendet wird, kann jedes leitfähige Material sein (z. B. Kupfer, Aluminium, Legierungen usw.).
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Reflexionsfläche 338 auf dem piezoelektrisch betätigten Spiegel 330 ausgebildet sein. In der veranschaulichten Ausführungsform kann die Reflexionsfläche 338 im Wesentlichen eine obere Fläche der zweiten Elektrode 336 bedecken. Als solches ermöglicht die Verlagerung des Spiegels 330 eine Verlagerung auch der Reflexionsfläche 338. Die Reflexionsfläche 338 kann so bemessen sein, dass sie ein optisches Signal erfasst, das von einem Glasfaserkabel ausgegeben wird. Das Minimieren der Größe der Reflexionsfläche 338 und des piezoelektrisch betätigten Spiegels 330 kann das Ausbilden von mehr Spiegeln in einem gegebenen Bereich ermöglichen, oder es kann das Ausbilden von zusätzlichen Komponenten auf der mikroelektronischen Baueinheit 300 ermöglichen. Zum Beispiel kann die Reflexionsfläche 338 eine Mantelfläche zwischen etwa 50 µm - 100 µm mal 200 µm - 500 µm aufweisen, obwohl auch Reflexionsflächen 338 mit kleineren oder größeren Mantelflächen gemäß Ausführungsformen der Erfindung ausgebildet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform kann die Reflexionsfläche 338 eine Oberflächenrauhigkeit aufweisen, die weniger als etwa 300 nm beträgt. Weitere Ausführungsformen können Reflexionsflächen 338 aufweisen, die eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 100 nm aufweisen. Eine noch weitere Ausführungsform kann eine Oberflächenrauhigkeit von weniger als etwa 10 nm haben. Die Oberflächenrauhigkeit kann von den Ablagerungstechniken abhängen, die verwendet werden, um die Reflexionsfläche 338 zu bilden. Außerdem können Oberflächenbehandlungen verwendet werden, um die Oberflächenrauhigkeit der Reflexionsfläche 338 weiter zu verringern. Gemäß einer Ausführungsform kann die Reflexionsfläche 338 aus irgendeinem reflektierenden Material sein. Zum Beispiel kann es sich bei der Reflexionsfläche 338 um Aluminium, Silber, Gold, Zinn, Legierungen von reflektierenden Materialien oder dergleichen handeln. Weitere Ausführungsformen können eine Auswahl des Materials oder der Oberflächenbehandlung der Reflexionsfläche 338 derart aufweisen, dass Wellenlängen-selektive oder polarisierende Wirkungen bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann Gold verwendet werden, um Wellenlängen herauszufiltern (z. B. die Wellenlängen von etwa 550 nm oder weniger). Gemäß einer Ausführungsform kann ein Schutzüberzug 339 über der Reflexionsfläche 338 gebildet werden, um eine Oxidation oder einen anderen Schaden zu vermeiden. Zum Beispiel kann der Schutzüberzug aus irgendeinem optisch klaren Material sein.
Während eine getrennte Materialschicht in 3A als Reflexionsfläche 338 veranschaulicht ist, können Ausführungsformen auch die Verwendung einer oberen Fläche einer Elektrode 332, 336 als Reflexionsfläche 338 aufweisen. Zum Beispiel kann bei typischen mikroelektronischen Bestückungsoperationen Kupfer mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 100 nm aufgetragen werden, und die Oberflächenrauhigkeit wird dann mit einem Oberflächen-Aufrauhungsvorgang erhöht, um die Haftung zwischen den Schichten zu erhöhen. In einer Ausführungsform kann der Oberflächen-Aufrauhungsvorgang ausgelassen werden, und das Kupfer mit einer Oberflächenrauhigkeit von etwa 100 nm kann als Reflexionsfläche 338 verwendet werden.
Nun mit Bezug auf 3B ist eine Querschnittsansicht eines organischen Substrats 305 mit einem piezoelektrisch betätigten Spiegel 330 in einem betätigten Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 kann durch Anlegen einer Spannung an die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 velagert werden. Die Spannung erzeugt eine Belastung in der piezoelektrischen Schicht 334, die bewirkt, dass der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 sich je nach Vorspannung der Spannung zum Substrat 305 hin oder von diesem weg verlagert.
Wie in 3B veranschaulicht ist, wird der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 in einem Winkel θ von dem Substrat 305 weg abgelenkt. Der Ablenkwinkel θ kann proportional zur Spannung durch die erste Elektrode 332 und die zweite Elektrode 336 sein. In einer Ausführungsform ist der Ablenkwinkel θ durch die plastische Verformung der ersten und zweiten Elektrode 332, 336 begrenzt (d. h. der Winkel θ kann bis zu dem Punkt gehen, an dem der Verformungszustand der Elektroden von einer elastischen Verformung zu einer plastischen Verformung übergeht). Zum Beispiel kann der Ablenkwinkel θ in etwa 30° oder weniger betragen, wenn Kupfer für die erste und zweite Elektrode 332, 336 verwendet wird. Es ist jedoch ersichtlich, dass je nach der Geometrie des piezoelektrisch betätigten Spiegels 330 Ablenkwinkel von etwa 10° oder weniger durch Anlegen von Spannungen zwischen etwa 10 bis 20 Volt erhalten werden.
Die Ausführungsformen der Erfindung sind auch nicht auf digitale Reaktionen beschränkt (d. h. maximale Ablenkung oder keine Ablenkung). Stattdessen kann der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 analog in jeden Ablenkwinkel von weniger als dem maximalen Ablenkwinkel θ abgelenkt werden. Demgemäß können Ausführungsformen der Erfindung das Eingehen von optischen Signalen zur Reflexion an mehr als eine Stelle ermöglichen. Daher kann der piezoelektrisch betätigte Spiegel 330 in Winkel abgelenkt werden, die ein Schalten eines optischen Signals an jeden Eingangs-/Ausgangsanschluss in einem optischen Leitweglenkungssystem ermöglichen. In einer Ausführungsform kann die Verlagerung der Reflexionsfläche 338 statisch sein (z. B. durch Anlegen einer konstanten Spannung an die piezoelektrische Schicht 334).
Nun mit Bezug auf 4A ist eine Querschnittsansicht eines organischen Substrats mit einem piezoelektrisch betätigten Spiegel 430 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Der piezoelektrisch betätigte Spiegel 430 in 4A ist im Wesentlichen ähnlich dem piezoelektrisch betätigten Spiegel 330, der in den 3A und 3B veranschaulicht ist, mit der Ausnahme, dass sich die piezoelektrische Schicht 434 und die zweite Elektrode 436 nicht über die gesamte obere Fläche der ersten Elektrode 432 erstrecken. Gemäß einer Ausführungsform können sich die piezoelektrische Schicht 434 und die zweite Elektrode 436 immer noch über zumindest einen Abschnitt des Hohlraums 420 erstrecken. Die Erstreckung der piezoelektrischen Schicht 434 über den Hohlraum ermöglicht eine Ablenkung des piezoelektrisch betätigten Spiegels 430, wenn eine Spannung an die erste und zweite Elektrode 432, 436 angelegt wird, wie nachstehend beschrieben wird.
Bei einer solchen Ausführungsform kann die erste Elektrode 432 als Kontaktfleck dienen, auf dem die Reflexionsfläche 438 ausgebildet werden kann. Wie veranschaulicht, ist die Reflexionsfläche 438 über einen Abschnitt der freigelegten ersten Elektrode 432 ausgebildet, obwohl die Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen beschränkt sind. Zum Beispiel kann die Reflexionsfläche 438 über im Wesentlichen die gesamte obere Fläche der ersten Elektrode 432 gebildet sein, die nicht von der piezoelektrischen Schicht 434 bedeckt ist.
Nun mit Bezug auf 4B ist eine Querschnittsansicht eines organischen Substrats 405 mit einem piezoelektrisch betätigten Spiegel 430 in einem betätigten Zustand gemäß einer Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Ähnlich wie bei der vorstehend beschriebenen Ablenkung des piezoelektrisch betätigten Spiegels 430 erzeugt das Anlegen einer Spannung an die erste und zweite Elektrode 432, 436 eine Belastung in der piezoelektrischen Schicht 434, die bewirkt, dass der piezoelektrisch betätigte Spiegel 430 von dem organischen Substrat 405 weg oder zu diesem hin bewegt wird. Ein Vorteil, dass sich die piezoelektrische Schicht 434 nicht über die gesamte obere Fläche der ersten Elektrode 432 erstreckt, besteht darin, dass die Ablenkung linearer wird. Wie veranschaulicht ist, weist der piezoelektrisch betätigte Spiegel 430 einen nichtlinearen (z. B. gekrümmten) Abschnitt 441, in dem die piezoelektrische Schicht 434 gebildet ist, und einen linearen Abschnitt 442 auf, in dem sich keine piezoelektrische Schicht 434 befindet. Demgemäß kann die Reflexionsfläche 438 auf einer Oberfläche gebildet sein, die sich nicht krümmt, wenn das Stellglied abgelenkt wird.
Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform der Erfindung kann der auf dem Stellglied gebildete Spiegel auch eine getrennte Komponente sein, die an das Stellglied gebunden und nicht auf dem Stellglied aufgetragen ist. In einer Ausführungsform kann die Reflexionsfläche ein Chip sein, der mit einer Bindeschicht an den piezoelektrisch betätigten Spiegel montiert ist. Zum Beispiel kann die Bindeschicht ein Epoxidharz, ein Lot oder dergleichen sein. Das Ausbilden der Reflexionsfläche als getrennter Chip kann die Fertigung von mehreren Reflexionsflächen auf einem anderen Substrat als das organische Substrat 305 ermöglichen, und dann kann der Chip mit einem Bestückungswerkzeug oder einer anderen Montagetechnik auf einem piezoelektrisch betätigten Spiegel montiert werden. Das Ausbilden der Reflexionsfläche als getrennte Komponente kann auch die Verwendung von mehreren Spiegeln ohne wesentliche Verringerung des Durchsatzes ermöglichen. Zusätzlich zur Verwendung eines Chips für die Reflexionsfläche können Ausführungsformen auch eine Reflexionsfläche aufweisen, die eine dünne Lage von reflektierendem Material ist (z. B. Aluminium, Silber, Gold, Zinn, Legierungen von reflektierenden Materialien usw.).
Nun mit Bezug auf die 5A bis 5E ist eine Reihe von Draufsichten von piezoelektrisch betätigten Spiegeln 530 gemäß verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung gezeigt. Um die Figuren nicht unnötig unübersichtlich zu machen, wird die Reflexionsfläche weggelassen. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Reflexionsfläche ähnlich wie bei den vorstehend beschriebenen Vorrichtungen auf den piezoelektrisch betätigten Spiegeln 530 montiert oder auf diesen ausgebildet werden können. Außerdem wurden leitfähige Merkmale (z. B. Durchgänge, Bahnen usw.), die in dem organischen Substrat gebildet werden können, weggelassen. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Elektroden des Stellglieds durch eine oder mehrere Bahnen und/oder Durchgänge elektrisch an eine Spannungsquelle gekoppelt sein können.
Nun mit Bezug auf 5A erstreckt sich die zweite Elektrode 536 aus dem organischen Substrat 505 heraus über den Hohlraum 520. Gemäß einer Ausführungsform kann die Breite der ersten und zweiten Elektrode 532, 536 im Wesentlichen gleich sein. Als solche erstrecken sich die zweite Elektrode 536 und die piezoelektrische Schicht (in 5A nicht sichtbar) im Wesentlichen entlang einer ganzen Kante der ersten Elektrode 532. Demgemäß bildet der piezoelektrisch betätigte Spiegel 532 einen Auslegerbalken, der in den Hohlraum 520 oder von dem organischen Substrat 505 weg abgelenkt werden kann. Eine solche Ausführungsform kann eine Ablenkung um eine einzelne Achse ermöglichen und daher zur Verwendung in eindimensionalen Schaltanwendungen geeignet sein.
Nun mit Bezug auf 5B ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung eine Draufsicht eines piezoelektrisch betätigten Spiegels 530, der an dem organischen Substrat 505 verankert ist, mit zwei Betätigungsarmen 552 gezeigt. Wie in 5B veranschaulicht ist, sind Betätigungsarme 552A und 552B an entgegengesetzten Enden einer Kante 558 der ersten Elektrode 532 gebildet. In einer Ausführungsform können die Betätigungsarme 552 Balken sein, die sich von dem organischen Substrat 505 über den Hohlraum 520 heraus erstrecken. Jeder Betätigungsarm 552 kann einen Stapel aufweisen, der einen Abschnitt der piezoelektrischen Schicht (in 5B nicht sichtbar) aufweist, der zwischen einem Abschnitt der ersten Elektrode 532 und einem Abschnitt der zweiten Elektrode 536 ausgebildet ist. Es ist ersichtlich, dass ein Abschnitt der ersten Elektrode 532 auch an dem organischen Substrat 505 angebracht ist. Demgemäß kann die erste Elektrode 532 eine einzelne kontinuierliche Schicht sein, die balkenartige Abschnitte hat, die sich aus dem organischen Substrat 505 heraus erstrecken und an einem Kontaktfleckenabschnitt angebracht sind, an dem die Reflexionsschicht (nicht gezeigt) angeordnet oder ausgebildet sein kann. Im Gegensatz dazu kann die zweite Elektrode 536 eine diskontinuierliche Schicht sein. Zum Beispiel kann der erste Betätigungsarm 552A einen ersten Abschnitt der zweiten Elektrode 536A aufweisen, und der zweite Betätigungsarm 552 kann einen zweiten Abschnitt der zweiten Elektrode 536B aufweisen. In einer Ausführungsform kann der erste Abschnitt 536A elektrisch von dem zweiten Abschnitt 536B isoliert sein, um eine unabhängige Steuerung für jeden Betätigungsarm 552 zu ermöglichen. Bei alternativen Ausführungsformen können der erste Abschnitt 536A und der zweite Abschnitt 536B elektrisch aneinander gekoppelt sein und die gleiche Spannung haben.
Nun mit Bezug auf 5C ist eine Draufsicht gezeigt, die genauer veranschaulicht, wie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein piezoelektrisch betätigter Spiegel 530 mit mehreren Betätigungsarmen 552 an dem organischen Substrat 505 verankert ist. Der piezoelektrisch betätigte Spiegel 530 ist im Wesentlichen ähnlich dem vorstehend in 5B beschriebenen piezoelektrisch betätigten Spiegel 530, mit der Ausnahme, dass mehr als zwei Betätigungsarme 552 eingeschlossen sind. Ähnlich wie vorstehend kann jeder Abschnitt der zweiten Elektrode 536A-536D elektrisch isoliert sein und eine unabhängige Steuerung eines jeden Betätigungsarms 552 ermöglichen, oder sie können elektrisch gekoppelt und zusammen betätigt werden.
Bei den piezoelektrisch betätigten Spiegeln, die in den 5A bis 5C veranschaulicht sind, erstrecken sich die zweite Elektrode 536 und die piezoelektrische Schicht (nicht sichtbar) nicht vollständig über die obere Fläche der ersten Elektrode 532. Die Ausführungsformen sind jedoch nicht auf solche Konfigurationen beschränkt. Zum Beispiel können sich die zweite Elektrode 536 und die piezoelektrische Schicht vollständig über eine obere Fläche der ersten Elektrode 532 erstrecken, ähnlich wie bei den in 3A und 3B gezeigten Querschnittsansichten. Die erhöhte Länge der piezoelektrischen Schicht und der zweiten Elektrode 536 kann einen größeren Ablenkwinkel bei den gleichen Spannungen ermöglichen, im Vergleich zu Ausführungsformen, bei denen sich die piezoelektrische Schicht und die zweite Elektrode nicht über die gesamte Länge der ersten Elektrode erstrecken.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die piezoelektrisch betätigten Spiegel in mehr als eine Richtung abgelenkt werden, um ein zweidimensionales Schalten zu ermöglichen. Ein Beispiel für eine solche Ausführungsform ist in 5D veranschaulicht. Wie veranschaulicht ist, kann ein piezoelektrisch betätigter Spiegel 530 einen ersten Betätigungsarm 552A, der entlang einer ersten Kante 561 der ersten Elektrode 532 gebildet ist, und einen zweiten Betätigungsarm 552B haben, der entlang einer zweiten Kante 562 der ersten Elektrode 532 gebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Betätigungsarm 552A eine zweite Elektrode 536 aufweisen, die über eine piezoelektrische Schicht (in 5D nicht sichtbar) gebildet ist, und der zweite Betätigungsarm 552B kann eine dritte Elektrode 533 aufweisen, die auch über eine piezoelektrische Schicht (in 5D nicht sichtbar) gebildet ist. Gemäß einer Ausführungsform können die zweite Elektrode 536 und die dritte Elektrode 533 elektrisch voneinander isoliert und in der Lage sein, unabhängig voneinander zu arbeiten. Demgemäß kann der piezoelektrisch betätigte Spiegel 530 von dem ersten Betätigungsarm 552A um eine Achse im Wesentlichen parallel zur ersten Kante 561 und von dem zweiten Betätigungsarm 552B um eine Achse im Wesentlichen parallel zur zweiten Kante 562 abgelenkt werden.
Nun mit Bezug auf 5E ist gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung eine Draufsicht einer mikroelektronischen Baueinheit 500 mit einem Stellglied 530 gezeigt, das in mehr als eine Richtung abgelenkt werden kann. Anstatt des Erfordernisses von zwei Betätigungsarmen, die an verschiedenen Kanten der ersten Elektrode 532 angebracht sind, können Ausführungsformen der Erfindung einen Betätigungsarm aufweisen, der eine erste Länge 571 und eine zweite Länge 572 hat. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Länge 572 im Wesentlichen orthogonal zur ersten Länge 571 sein. Um die Betätigung auf die verschiedenen Längen des Betätigungsarms zu isolieren, kann eine zweite Elektrode 536 primär entlang der ersten Länge 571 gebildet sein, und eine dritte Elektrode 533 kann entlang der zweiten Länge 572 gebildet sein. Wie in 5E gezeigt ist, legt der Raum zwischen der zweiten Elektrode 536 und der dritten Elektrode 533 einen Abschnitt der piezoelektrischen Schicht 534 frei, der unterhalb der zweiten und der dritten Elektrode 536, 533 gebildet ist.
Bei manchen Ausführungsformen kann sich die zweite Elektrode 536 auch entlang der zweiten Länge 572 erstrecken, um elektrisch an einen Kontakt auf dem organischen Substrat 505 gekoppelt zu werden. Es ist jedoch ersichtlich, dass die Mantelfläche der dritten Elektrode 533 über der piezoelektrischen Schicht 534 in der zweiten Länge 572 größer ist als die Mantelfläche der zweiten Elektrode 536. Als solches wird die Betätigung, die durch die zweite Länge bereitgestellt wird, primär durch Anlegen einer Spannung an die dritte Elektrode 533 und die erste Elektrode 532 gesteuert, und die Betätigung, die durch die erste Länge 571 bereitgestellt wird, wird primär durch Anlegen einer Spannung an die zweite Elektrode 536 und die erste Elektrode 532 gesteuert.
Während die in den vorstehenden Figuren beschriebenen Ausführungsformen Stellglieder mit im Wesentlichen rechteckig geformten Kontaktflecken zum Tragen der Reflexionsfläche aufgewiesen haben, ist es ersichtlich, dass die Ausführungsformen nicht auf solche Konfigurationen begrenzt sind. Zum Beispiel veranschaulicht 5E einen piezoelektrisch betätigten Spiegel 530, der einen im Wesentlichen kreisförmigen Kontaktflecken zum Tragen einer Reflexionsfläche hat. Die Verwendung eines kreisförmig geformten Kontaktfleckens kann das Ausschalten von Eckreflexionseffekten, die bei Verwendung von rechteckig geformten Kontaktflecken zu beobachten sind, ermöglichen. Außerdem ist ersichtlich, dass Ausführungsformen der Erfindung auch ein Stellglied mit einer piezoelektrischen Schicht und einer zweiten Elektrode aufweisen können, die die gesamte obere Fläche der ersten Elektrode bedecken und die im Wesentlichen auch kreisförmig sind. Ferner können Ausführungsformen einen im Wesentlichen kreisförmig geformten Kontaktflecken in Kombination mit irgendeiner der hier beschriebenen Konfigurationen des Betätigungsarms aufweisen (z. B. einzelner Arm, Mehrfacharm mit mehrfacher Achsablenkung, einzelner Arm mit mehrfacher Achsablenkung usw.).
Nun mit Bezug auf die 6A-6E ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Verfahrensablauf zum Bilden eines Stellglieds in einem organischen Substrat gezeigt. Nun mit Bezug auf 6A ist die erste Elektrode 632 über einer oberen Fläche eines organischen Substrats 605 gebildet. Gemäß einer Ausführungsform kann die erste Elektrode 1332 mit in der Halbleiter- und Substrat-Herstellungsindustrie bekannten Herstellungsprozessen gebildet werden, wie mit einem Semi-Additiwerfahren, einem Subtraktivverfahren oder dergleichen.
Nun mit Bezug auf 6B kann ein piezoelektrisches Material über der ersten Elektrode 632 gebildet werden, um eine piezoelektrische Schicht 634 zu bilden. Gemäß einer Ausführungsform kann die piezoelektrische Schicht in einer amorphen Phase aufgetragen werden. Um die piezoelektrischen Eigenschaften der piezoelektrischen Schicht 634 zu erhöhen, kann die amorphe Schicht mit einem Laserglühprozess kristallisiert werden. Zum Beispiel kann die piezoelektrische Schicht 634 mit einem Sputter-Prozess, einem Tintenstrahlprozess oder dergleichen aufgetragen werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die piezoelektrische Schicht 634 PZT, KNN, ZnO oder Kombinationen davon sein. In einer Ausführungsform kann der Laserglühprozess ein Impulslaserglühen sein und so implementiert sein, dass die Temperatur des organischen Substrats 605 nicht über etwa 260 °C steigt. In einer Ausführungsform kann für das Impulslaserglühen ein Excimer-Laser mit einer Energie zwischen etwa 10-100 mJ/cm² und einer Impulsbreite zwischen etwa 10-50 Nanosekunden verwendet werden.
Nun mit Bezug auf 6C kann eine zweite Elektrode 636 über der piezoelektrischen Schicht 634 gebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die zweite Elektrode 636 mit Damascene-Prozessen gebildet werden. Wie veranschaulicht ist, kann die zweite Elektrode 636 elektrisch an eine Leiterbahn 607 auf dem organischen Substrat 605 gekoppelt sein, das elektrisch von der ersten Elektrode 632 isoliert ist. Demgemäß kann eine Spannung an die erste Elektrode 632 und die zweite Elektrode 636 angelegt werden. Ferner ist ersichtlich, dass zusätzliche Elektroden über der piezoelektrischen Schicht 634 gebildet werden können, um zusätzliche Betätigungsarme bereitzustellen, die eine Ablenkung des Stellglieds um mehr als eine Achse zu ermöglichen.
Nun mit Bezug auf 6D kann eine Reflexionsfläche 638 über der zweiten Elektrode 636 gebildet werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Reflexionsfläche 638 durch Auftragen und Musteranbringung einer Schicht von reflektierendem Material gebildet werden (z. B. Silber, Aluminium, Zinn, Gold usw.). Zum Beispiel kann das Auftragungsverfahren ein Sputter-, Verdampfüngs- oder ein anderer geeigneter Auftragungsprozess sein, der mit organischen Substraten kompatibel ist. Bei manchen Ausführungsformen kann auch ein Schutzüberzug 639 über der Reflexionsfläche 638 aufgetragen werden, um eine Oxidation oder eine andere Beschädigung zu verhindern.
Nun mit Bezug auf 6E wird der piezoelektrisch betätigte Spiegel 630 von dem organischen Substrat 605 gelöst, um eine Betätigung zu ermöglichen. Der piezoelektrisch betätigte Spiegel 630 kann durch Bilden eines Hohlraums 620 unterhalb eines Abschnitts der ersten Elektrode 632 gelöst werden. Zum Beispiel kann der Hohlraum mit einem photolithographischen und ätzenden Verfahren gebildet werden, der das organische Substrat 605 selektiv entfernt. Zum Beispiel kann das Ätzverfahren ein reaktives Ionen-Ätzverfahren oder ein anderes anisotropes Ätzverfahren sein. In Ausführungsformen, in denen der Kontaktfleckenbereich zu groß ist, dass ein angemessenes Entfernen des organischen Substrats 605 unter dem Kontaktflecken möglich ist, können ein oder mehrere Löcher durch den piezoelektrisch betätigten Spiegel 630 gebildet werden, um es dem Plasma des Ätzverfahrens zu ermöglichen, durch den piezoelektrisch betätigten Spiegel 630 hindurchzugehen und das organische Substrat 605 darunter zu entfernen. Wie veranschaulicht ist, können Ausführungsformen eine Bahn 607 als Ätz-Stoppschicht verwenden, um die gewünschte Tiefe des Hohlraums bereitzustellen.
Während das Verfahren zum Bilden des Stellglieds in den 6A-6E einen piezoelektrisch betätigten Spiegel ähnlich dem vorstehend in Bezug auf 1A beschriebenen veranschaulicht, ist ersichtlich, dass im Wesentlichen ähnliche Operationen verwendet werden können, um einen der hier beschriebenen piezoelektrisch betätigten Spiegel zu bilden. Zum Beispiel kann die Bildung der piezoelektrischen Schicht 634 und der zweiten Elektrode 636 so modifiziert werden, dass ein Abschnitt der ersten Elektrode 632 freigelegt bleibt und die Reflexionsfläche 638 über der ersten Elektrode 632 gebildet ist, ähnlich wie beim anhand von 4A beschriebenen piezoelektrisch betätigten Spiegel. Weitere Ausführungsformen können das Bilden des Spiegels mit einem getrennten Chip aufweisen, der an dem piezoelektrisch betätigten Spiegel 630 montiert und nicht auf einer Elektrode aufgetragen ist. Außerdem ist ersichtlich, dass ein oder mehrere Betätigungsarme auch mit den Muster- und Auftragungsprozessen definiert werden können.
7 veranschaulicht eine Rechenvorrichtung 700 gemäß einer Implementierung der Erfindung. Die Rechenvorrichtung 700 nimmt eine Leiterplatte 702 auf. Die Leiterplatte 702 kann eine Zahl von Komponenten aufweisen, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, einen Prozessor 704 und mindestens einen Kommunikationschip 706. Der Prozessor 704 ist physisch und elektrisch an die Leiterplatte 702 gekoppelt. Bei manchen Implementierungen ist auch der mindestens eine Kommunikationschip 706 physisch und elektrisch an die Leiterplatte 702 gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 706 Teil des Prozessors 704.
Je nach Anwendungen kann die Rechenvorrichtung 700 andere Komponenten aufweisen, die physisch und elektrisch an die Leiterplatte 702 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten umfassen unter anderem einen flüchtigen Speicher (z. B. DRAM), einen nichtflüchtigen Speicher (z. B. ROM), einen Flash-Speicher, einen Graphikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Kryptoprozessor, ein Chipset, eine Antenne, eine Anzeige, eine Berührungsbildschirmanzeige, eine Berührungsbildschirm-Steuereinheit, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, eine Satelliten-Navigationssystem-Vorrichtung (GPS-Vorrichtung), einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und eine Massenspeichervorrichtung (wie ein Festplattenlaufwerk, eine Kompaktdisk (CD), eine DVD und so weiter).
Der Kommunikationschip 706 ermöglicht drahtlose Kommunikationen für die Übertragung von Daten von der Rechenvorrichtung 700 und zu dieser. Der Begriff „drahtlos“ und seine Ableitungen können verwendet werden, um Schaltungen, Vorrichtungen, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle usw. zu beschreiben, die durch Verwendung von modulierter elektromagnetischer Strahlung durch ein nicht festes Medium Daten übertragen. Der Begriff impliziert nicht, dass die zugehörigen Vorrichtungen keine Drähte enthalten, obwohl dies bei manchen Ausführungsformen vielleicht der Fall ist. Der Kommunikationschip 706 kann jede Zahl von drahtlosen Standards oder Protokollen implementieren, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, WLAN (der Reihe IEEE 802.11), WiMAX (der Reihe IEEE 802.16), IEEE 802.20, langfristige Weiterentwicklung (Long Term Evolution, LTE), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon sowie andere drahtlose Protokolle, die als 3G, 4G, 5G und höher bezeichnet werden. Die Rechenvorrichtung 700 kann mehrere Kommunikationschips 706 aufweisen. Zum Beispiel kann ein erster Kommunikationschip 706 drahtlosen Kommunikationen im näheren Bereich gewidmet sein, wie WLAN und Bluetooth, und ein zweiter Kommunikationschip 706 kann drahtlosen Kommunikationen im weiteren Bereich gewidmet sein, wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO und sonstige.
Der Prozessor 704 der Rechenvorrichtung 700 weist einen Chip mit integrierter Schaltung auf, der innerhalb des Prozessors 704 verbaut ist. Bei manchen Implementierungen der Erfindung kann der Chip mit integrierter Schaltung des Prozessors auf ein organisches Substrat gepackt werden und Leitweglenkungssignale zur Betätigung eines oder mehrerer piezoelektrisch betätigter Spiegel gemäß Implementierungen der Erfindung bereitstellen. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf jede Vorrichtung oder jeden Abschnitt einer Vorrichtung beziehen, die/der elektronische Daten von Registern und/oder vom Speicher verarbeitet, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten zu transformieren, die in Registern und/oder einem Speicher gespeichert werden können.
Der Kommunikationschip 706 weist auch einen Chip mit integrierter Schaltung auf, der innerhalb des Kommunikationschips 706 verbaut ist. Gemäß einer anderen Implementierung der Erfindung kann der Chip mit integrierter Schaltung des Kommunikationschips auf ein organisches Substrat montiert werden, das gemäß Implementierungen der Erfindung einen oder mehrere piezoelektrisch betätigte Spiegel aufweist.
Die vorstehende Beschreibung dargestellter Implementierungen der Erfindung, einschließlich des Inhalts der Zusammenfassung, ist nicht erschöpfend und nicht dazu bestimmt, die Erfindung auf die genauen offenbarten Formen zu beschränken. Während spezielle Implementierungen der und Beispiele für die Erfindung hier zu Anschauungszwecken beschrieben werden, sind verschiedene äquivalente Modifikationen im Rahmen der Erfindung möglich, wie es die Fachleute auf dem Gebiet erkennen werden.
Diese Modifikationen können angesichts der vorstehenden ausführlichen Beschreibung an der Erfindung vorgenommen werden. Die in den folgenden Patentansprüchen verwendeten Begriffe sollten nicht so ausgelegt werden, dass sie die Erfindung auf die speziellen Implementierungen beschränken, die in der Beschreibung und den Patentansprüchen offenbart sind. Der Rahmen der Erfindung bestimmt sich vielmehr vollständig durch die folgenden Patentansprüche, die gemäß bewährten Lehren der Anspruchsinterpretation erstellt worden sind.
Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, umfassend: ein organisches Substrat; eine Anordnung von Hohlräumen, die in dem organischen Substrat gebildet sind; und eine Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln, die in dem organischen Substrat verankert sind, wobei sich jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel über einen Hohlraum erstreckt und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel Folgendes umfasst: eine erste Elektrode; eine auf der ersten Elektrode gebildete piezoelektrische Schicht; eine auf der piezoelektrischen Schicht gebildete zweite Elektrode; und eine Reflexionsfläche, die auf einer oberen Fläche des piezoelektrisch betätigten Spiegels gebildet ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, ferner umfassend: einen Leitweglenkungs-Chip, der auf dem organischen Substrat montiert ist, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jeden der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt und dafür ausgelegt ist, eine Spannung durch die erste und zweite Elektrode eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels zu erzeugen.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, ferner umfassend: einen Photodetektor, der elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist, wobei der Photodetektor ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, ferner umfassend: eine Anordnung von Glasfaserkabeln, wobei jedes der Faserkabel optisch an einen der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei jedes der Faserkabel einen optischen Verteiler aufweist, der optisch mit dem Photodetektor gekoppelt ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei jedes der Glasfaserkabel eine optische Verzögerung aufweist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei die Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln eine zweidimensionale Anordnung ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei die Reflexionsfläche auf der zweiten Elektrode gebildet ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel einen oder mehrere Betätigungsarme aufweist, und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel durch den einen oder die mehreren Betätigungsarme an dem organischen Substrat verankert ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei sich die piezoelektrische Schicht und die zweite Elektrode nicht über die Betätigungsarme erstrecken.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei die Reflexionsfläche auf der ersten Elektrode gebildet ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei ein erster Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine erste Achse ablenkt und ein zweiter Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine zweite Achse ablenkt.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei ein erster Betätigungsarm eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels eine erste Länge zum Ablenken des piezoelektrisch betätigten Spiegels um eine erste Achse und eine zweite Länge, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Länge ausgerichtet ist, zum Ablenken des piezoelektrisch betätigten Spiegels um eine zweite Achse aufweist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei die erste und die zweite Elektrode entlang der ersten und der zweiten Länge des ersten Betätigungsarms gebildet sind, eine dritte Elektrode auf der zweiten Länge des ersten Betätigungsarms gebildet ist, und wobei eine Mantelfläche der dritten Elektrode über die zweite Länge größer als eine Mantelfläche der zweiten Elektrode über die zweite Länge ist.
Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, umfassend: Bilden mehrerer erster Elektroden über dem organischen Substrat; Auftragen einer piezoelektrischen Schicht über den ersten Elektroden, wobei die piezoelektrische Schicht eine amorphe Schicht ist; Kristallisieren der piezoelektrischen Schicht mit einem Impulslaserglühen, wobei eine Temperatur des organischen Substrats 260 °C nicht übersteigt; Bilden von mehreren zweiten Elektroden über einer oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht; Bilden von mehreren Reflexionsflächen über einem Kontaktfleckenabschnitt der ersten Elektroden; Bilden von mehreren Hohlräumen unterhalb eines Abschnitts der ersten Elektroden; Montieren eines Leitweglenkungs-Chips auf dem organischen Substrat, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jede von der ersten und zweiten Elektrode gekoppelt ist; und Montieren eines Photodetektors an dem organischen Substrat, wobei der Photodetektor elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, wobei die piezoelektrische Schicht mit einem Sputter- oder Tintenstrahlprozess aufgetragen wird.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, wobei der Hohlraum mit einem reaktiven Ionen-Ätzverfahren gebildet wird und wobei eine Ätz-Stoppschicht in dem organischen Substrat unterhalb der ersten Elektrode gebildet wird.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, wobei die piezoelektrische Schicht und die zweite Elektrode eine obere Fläche der ersten Elektrode nicht vollständig bedecken.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, wobei der Spiegel auf der ersten Elektrode gebildet wird.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen ein Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat auf, wobei der Spiegel ein Chip ist, der mit einer Bindeschicht an der ersten Elektrode montiert ist.
Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, umfassend: ein organisches Substrat; eine Anordnung von Hohlräumen, die in dem organischen Substrat gebildet sind; eine Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln, die an dem organischen Substrat verankert sind, wobei sich jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel über einen Hohlraum erstreckt; einen Leitweglenkungs-Chip, der auf dem organischen Substrat montiert ist, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jeden der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt und dafür ausgelegt ist, eine Spannung durch eine erste und zweite Elektrode eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels zu erzeugen; einen Photodetektor, der elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist, wobei der Photodetektor ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt; und eine Anordnung von Glasfaserkabeln, wobei jedes der Faserkabel optisch an einen der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt ist, und wobei jedes Glasfaserkabel einen optischen Verteiler aufweist, der optisch mit dem Photodetektor gekoppelt ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei die Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln eine zweidimensionale Anordnung ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel Folgendes aufweist: eine erste Elektrode; eine auf der ersten Elektrode gebildete piezoelektrische Schicht; eine auf der piezoelektrischen Schicht gebildete zweite Elektrode; und eine Reflexionsfläche, die auf einer oberen Fläche des piezoelektrisch betätigten Spiegels gebildet ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel einen oder mehrere Betätigungsarme aufweist und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel durch den einen oder die mehreren Betätigungsarme an dem organischen Substrat verankert ist.
Weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen eine optische Leitweglenkungsvorrichtung auf, wobei ein erster Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine erste Achse ablenkt und ein zweiter Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine zweite Achse ablenkt.

Claims

Optische Leitweglenkungsvorrichtung, umfassend: ein organisches Substrat; eine Anordnung von Hohlräumen, die in dem organischen Substrat gebildet sind; und eine Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln, die in dem organischen Substrat verankert sind, wobei sich jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel über einen Hohlraum erstreckt und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel Folgendes umfasst: eine erste Elektrode; eine auf der ersten Elektrode gebildete piezoelektrische Schicht; eine auf der piezoelektrischen Schicht gebildete zweite Elektrode; und eine Reflexionsfläche, die auf einer oberen Fläche des piezoelektrisch betätigten Spiegels gebildet ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Leitweglenkungs-Chip, der auf dem organischen Substrat montiert ist, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jeden der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt und dafür ausgelegt ist, eine Spannung durch die erste und zweite Elektrode eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels zu erzeugen.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen Photodetektor, der elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist, wobei der Photodetektor ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 3, ferner umfassend: eine Anordnung von Glasfaserkabeln, wobei jedes der Faserkabel optisch mit einem der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jedes der Faserkabel einen optischen Verteiler aufweist, der optisch mit dem Photodetektor gekoppelt ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei jedes der Glasfaserkabel eine optische Verzögerung aufweist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln eine zweidimensionale Anordnung ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Reflexionsfläche auf der zweiten Elektrode gebildet ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel einen oder mehrere Betätigungsarme aufweist, und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel durch den einen oder die mehreren Betätigungsarme an dem organischen Substrat verankert ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei sich die piezoelektrische Schicht und die zweite Elektrode nicht über die Betätigungsarme hinaus erstrecken.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei die Reflexionsfläche auf der ersten Elektrode gebildet ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine erste Achse ablenkt, und ein zweiter Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine zweite Achse ablenkt.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei ein erster Betätigungsarm eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels eine erste Länge zum Ablenken des piezoelektrisch betätigten Spiegels um eine erste Achse und eine zweite Länge, die im Wesentlichen senkrecht zur ersten Länge ausgerichtet ist, zum Ablenken des piezoelektrisch betätigten Spiegels um eine zweite Achse aufweist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 13, wobei die erste und die zweite Elektrode entlang der ersten und der zweiten Länge des ersten Betätigungsarms gebildet sind, eine dritte Elektrode auf der zweiten Länge des ersten Betätigungsarms gebildet ist, und wobei eine Mantelfläche der dritten Elektrode über die zweite Länge größer als eine Mantelfläche der zweiten Elektrode über die zweite Länge ist.
Verfahren zum Bilden einer optischen Leitweglenkungsvorrichtung mit einem organischen Substrat, umfassend: Bilden mehrerer erster Elektroden über dem organischen Substrat; Auftragen einer piezoelektrischen Schicht über den ersten Elektroden, wobei die piezoelektrische Schicht eine amorphe Schicht ist; Kristallisieren der piezoelektrischen Schicht mit einem Impulslaserglühen, wobei eine Temperatur des organischen Substrats 260 °C nicht übersteigt; Bilden von mehreren zweiten Elektroden über einer oberen Fläche der piezoelektrischen Schicht; Bilden von mehreren Reflexionsflächen über einem Kontaktfleckenabschnitt der ersten Elektroden; Bilden von mehreren Hohlräumen unterhalb eines Abschnitts der ersten Elektroden; Montieren eines Leitweglenkungs-Chips auf dem organischen Substrat, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jede der ersten und zweiten Elektrode gekoppelt ist; und Montieren eines Photodetektors an dem organischen Substrat, wobei der Photodetektor elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die piezoelektrische Schicht mit einem Sputter- oder Tintenstrahlprozess aufgetragen wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Hohlraum mit einem reaktiven Ionen-Ätzverfahren gebildet wird und wobei eine Ätz-Stoppschicht in dem organischen Substrat unterhalb der ersten Elektrode gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die piezoelektrische Schicht und die zweite Elektrode eine obere Fläche der ersten Elektrode nicht vollständig bedecken.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Spiegel auf der ersten Elektrode gebildet ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der Spiegel ein Chip ist, der mit einer Bindeschicht an der ersten Elektrode montiert ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung, umfassend: ein organisches Substrat; eine Anordnung von Hohlräumen, die in dem organischen Substrat gebildet sind; eine Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln, die an dem organischen Substrat verankert sind, wobei sich jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel über einen Hohlraum erstreckt; einen Leitweglenkungs-Chip, der auf dem organischen Substrat montiert ist, wobei der Leitweglenkungs-Chip elektrisch an jeden der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt und dafür ausgelegt ist, eine Spannung durch eine erste und zweite Elektrode eines jeden piezoelektrisch betätigten Spiegels zu erzeugen; einen Photodetektor, der elektrisch an den Leitweglenkungs-Chip gekoppelt ist, wobei der Photodetektor ein optisches Signal in ein elektrisches Signal umwandelt; und eine Anordnung von Glasfaserkabeln, wobei jedes der Faserkabel optisch mit einem der piezoelektrisch betätigten Spiegel gekoppelt ist und wobei jedes Glasfaserkabel einen optischen Verteiler aufweist, der optisch mit dem Photodetektor gekoppelt ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei die Anordnung von piezoelektrisch betätigten Spiegeln eine zweidimensionale Anordnung ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 21, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel Folgendes umfasst: eine erste Elektrode; eine auf der ersten Elektrode gebildete piezoelektrische Schicht; eine auf der piezoelektrischen Schicht gebildete zweite Elektrode; und eine Reflexionsfläche, die auf einer oberen Fläche des piezoelektrisch betätigten Spiegels gebildet ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 23, wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel einen oder mehrere Betätigungsarme aufweist, und wobei jeder der piezoelektrisch betätigten Spiegel durch den einen oder die mehreren Betätigungsarme an dem organischen Substrat verankert ist.
Optische Leitweglenkungsvorrichtung nach Anspruch 24, wobei ein erster Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine erste Achse ablenkt und ein zweiter Betätigungsarm von jedem piezoelektrisch betätigten Spiegel den piezoelektrisch betätigten Spiegel um eine zweite Achse ablenkt.