DE60023788T2

DE60023788T2 - Spiegel mit deformierbarer Membran

Info

Publication number: DE60023788T2
Application number: DE2000623788
Authority: DE
Inventors: Robert Gilles; Lionel Babadjian; Serge Spirkovitch; Jean-Louis Carel; Arnaud Coville; Jean-Pierre Herriau
Original assignee: Sagem SA
Current assignee: Safran Electronics and Defense SAS
Priority date: 1999-05-27
Filing date: 2000-05-25
Publication date: 2006-06-08
Anticipated expiration: 2020-05-26
Also published as: EP1055949B1; EP1055949A1; FR2794251A1; DE60023788D1; FR2794251B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Spiegel mit deformierbarer Membran. Spiegel mit deformierbarer Membran sind heutzutage gängig bekannt.
Diese Spiegel gestatten es, indem sie unter der Wirkung einer äußeren Steuerung die Form ihrer reflektierenden Fläche verändern, bestimmte Eigenschaften des reflektierten Strahls umzuwandeln, um beispielsweise eine Richtungsänderung, eine räumliche Veränderung der Wellenfläche, eine Phasenverschiebung etc. herbeizuführen.
Spiegel mit deformierbarer Membran werden in zahlreichen Bereichen angewendet (Astronomie, elektrooptische Zieleinrichtungen, Ophtalmologie, Interferometrie und Holographie, Bildgebung im trüben Medium, etc.) oder sie können zur Ausführung verschiedener Funktionen verwendet werden und insbesondere, um folgendes auszuführen: optische Ausrichtungen (Mikro-Positionierung, Angleichung optischer Achsen), Mikro-Abtastungen, Strahlstabilisierungen, Mikro-Fokalisierung/Defokalisierung, Korrekturen der Wellenfront (optische Abberationen, Turbulenzen, Strahlanamorphose ...), Phasenverschiebungen, etc.
Ein bekannter Aufbau eines Spiegelbauteils mit deformierbarer Membran ist in 1 dargestellt.
Der in dieser 1 dargestellte Spiegel umfaßt eine metallisierte Membran 1, die von einem Substrat 2 getragen wird, das eine Aushöhlung 2a aufweist. Die Membran 1 verschließt die Aushöhlung 2a und der Boden dieser Aushöhlung 2a trägt der Membran 1 gegenüberliegend ein Gitter von Steuerelektroden 2b.
Die metallisierte Seite der Membran 1 – die diejenige Seite der Membran ist, die nicht gegenüber der Aushöhlung 2a liegt – wird auf einem neutralen Potential gehalten, wohingegen auf die verschiedenen Elektroden 2b Steuerpotentiale Vi, Vj angewendet werden, um auf der Membran elektrostatische Kräfte zu erzeugen, die sie verformen.
Die metallisierten Membrane sind üblicherweise aus Siliziumnitrid und die Komponenten, die den Spiegel mit deformierbarer Membran bilden, werden im allgemeinen durch die herkömmlich bekannten Techniken realisiert, die zur Herstellung integrierter Schaltungen auf der Basis von Si3 N4 und insbesondere durch Dünnschichtauftragungen, Photolithographie, ionische oder chemische Herstellung etc. verwendet werden.
Dieser technologische Ansatz hat jedoch mehrere Einschränkungen:

1) die maximale Abmessung der Spiegel ist aufgrund der Zerbrechlichkeit der Membran auf einen Durchmesser von 1 cm oder auch 1,5 cm begrenzt.
2) die Form des Spiegels wird durch die kristallographische Struktur des Si3 N4 vorgeschrieben und ist notwendigerweise vom "quadratischen" Typ mit abgerundeten Rändern,
3) die Steuerspannung, die zur Bereitstellung der elektrostatischen Kräfte notwendig ist, ist aufgrund der hohen mechanischen Spannung der Si3 N4-Membran hoch, typischerweise 200 bis 300 V,
4) die Verschiebung der Membran geschieht aufgrund der Verwendung einer einzigen Elektrode nur in einem Halbraum.

Die Erfindung hat zum Ziel diese Nachteile zu beseitigen.
Aus US 5 022 745 ist bereits ein Spiegel mit deformierbarer Membran bekannt, der eine Siliziummembran umfaßt, die an zwei Teilen einer Oxydschicht aufgehangen ist und von der wenigstens eine Seite metallisiert ist, wobei dieses Substrat zwei Aushöhlungen hat, die sich aufeinander zu beiden Seiten der metallisierten Membran schließen, wobei der Spiegel außerdem wenigstens zwei Elektroden zur Steuerung der Membrandeformation umfaßt, wobei diese beiden Elektroden auf beiden Seiten der Membran auf den Teilen, die die Böden der Aushöhlungen bilden, angeordnet sind, wobei dasjenige der Teile, das sich direkt gegenüber der metallisierten Fläche der Membran befindet, transparent ist.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels von diesem Typ vor, dessen Siliziummembran von zwei Teilen einer Siliziumschicht gehalten wird.
Die Erfindung schlägt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegels vom zuvor genannten Typ auf der Basis einer Siliziumscheibe mit integrierter oxidierter Schicht vor.
Gemäß dem Verfahren werden die verschiedenen Schritte gemäß Anspruch 1 angewendet.
Es ist zu bemerken, daß das Silizium und die das Silizium mit integriertem Oxid betreffenden Techniken es gestatten, Membrane beliebiger Form herzustellen (kreisförmig, quadratisch, hexagonal oder auch noch komplexer), und dies mit einer sehr guten Präzision, wobei gleichzeitig große Spiegeldurchmesser möglich sind.
Vorteilhafterweise wird ein Substratteil durch Gravur einer Siliziumscheibe mit vergrabener Oxydschicht (SOI) realisiert.
Dies gestattet die präzise Steuerung der Dicke des Spalts zwischen der Membran und der ersten Elektrode (Verminderung der Steuerspannungen und Verbesserung der Reproduzierbarkeit des Verfahrens); dies trägt – aufgrund der geringen zu ätzenden Dicke – auch dazu bei es zu ermöglichen, vielfältige Membranformen herzustellen (keine Hinterschneidung bei der Gravur).
Dieses Verfahren wird vorteilhaft durch die folgenden verschiedenen Eigenschaften vervollständigt:

– vor der Montage des zweiten Substratteils wird durch das erste Substratteil eine Öffnung gebohrt;
– ein Substratteil ist ein Glasplättchen und seine Montage wird mittels anodischem Glas/Silizium-Bonden ausgeführt;
– die Dotierung ist vom P+ Typ;
– die Siliziumscheibe mit integrierter oxidierter Schicht weist folgendes auf: eine Dicke in der Größenordnung von 520 μm und eine vergrabene oxidierte Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm, die sich in einer Tiefe von 20 μm befindet.

Die Erfindung schlägt auch einen Spiegel vom zuvor genannten Typ vor. Gemäß einer Eigenschaft des von der Erfindung vorgeschlagenen Spiegels ist eine Steuerelektrode, die von dem Teil getragen wird, eine transparente Elektrode.
Ein solcher Aufbau hat den Vorteil es zu gestatten, Deformationen mit beliebigem Vorzeichen zu realisieren und die Deformationsamplitude bei konstanter Steuerspannung zu verdoppeln, wobei er gleichzeitig eine sehr gute Reflexionsqualität hat.
Gemäß einer weiteren Eigenschaft ist die Membran eine Siliziummembran und genauer eine Siliziummembran mit einer Dicke in der Größenordnung von 3 μm oder weniger.
Eine solche Siliziummembran hat geringe mechanische Spannungen, wodurch die Steuerspannungen verringert werden können, beispielsweise auf Werte von 100 bis 150 V anstatt Spannungen von 250 bis 300 V für Spiegel auf Siliziumnitridbasis.
Sie gestatten außerdem Spiegeldurchmesser, die 3 cm oder mehr erreichen können.
Gemäß noch einer weiteren Eigenschaft trägt ein Bodenteil auf der Seite, die der metallisierten Fläche der Membran gegenüberliegt, einen monolithischen Stapel, der eine transparente Elektrode und eine fotoleitfähige Schicht umfaßt, wobei der Stapel dafür eingerichtet ist, optisch gesteuert zu werden, um auf der Membran ein elektrostatisches Feld mit komplexem Profil zu erzeugen, wohingegen die Elektroden auf beiden Seiten der Membran aus einer einzigen Versorgungsquelle versorgt werden.
Mit einem solchen Aufbau ist es so möglich, durch optische Steuerung ein zeitlich dynamisches Elektrodengitter zu erzeugen.
Die Spiegel gemäß der Erfindung werden vorteilhaft durch die folgenden verschiedenen Eigenschaften vervollständigt, die einzeln oder in allen ihren technisch möglichen Kombinationen genommen werden können:

– ein Substratteil, das eine transparente Elektrode trägt, ist ein Glasplättchen;
– eine transparente Elektrode besteht aus Indium-Zinn-Oxid;
– eine transparente Elektrode ist mit einer antireflektierenden Schicht abgedeckt;
– am Rand der Membran ist ein Faltenbalg eingraviert;
– der einer metallisierten Fläche der Membran direkt gegenüberliegende Boden hat eine einzige Elektrode, die sich gleichförmig auf seiner Oberfläche erstreckt, während der Boden einer Aushöhlung, die auf der entgegengesetzten Seite einer metallisierten Fläche der Membran liegt, ein Elektrodengitter trägt;
– die Elektroden des Gitters sind nicht gleichförmig und sie sind in Abhängigkeit von den Deformationen, die der Spiegel annehmen soll, optimiert;
– das Elektrodengitter umfaßt eine quadratische Zentralelektrode, die von zwölf ebenfalls quadratischen Randelektroden umgeben ist;
– der Spiegel umfaßt Mittel, um die Steuerbefehle verschiedener Elektroden zeitlich zu multiplexen.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung werden noch aus der folgenden Beschreibung ersichtlich. Diese Beschreibung dient nur der Veranschaulichung und ist nicht einschränkend zu verstehen und sie ist mit Bezug auf die beigefügte Zeichnung zu lesen, in der:
1 eine schematische Schnittdarstellung eines aus dem Stand der Technik bekannten Spiegels mit deformierbarer Membran ist;
2 eine schematische Schnittdarstellung eines Bauelements gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist;
die 3a bis 3g verschiedene Herstellungsphasen des Bauelements aus 2 darstellen;
die 4a bis 4h verschiedene mögliche Deformationstypen für einen Spiegel gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung darstellen;
5 eine schematische Darstellung einer optimierten Konfiguration für ein Elektrodengitter eines Spiegels gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung ist;
die 6a bis 6c drei Phasen eines möglichen Herstellungsverfahrens für die Erfindung darstellen;
7a schematisch die optische Steuerung einer Elektrode eines Spiegels gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung darstellt;
7b die räumliche Leitfähigkeit des Fotoleiters des in 7a dargestellten Bauelements veranschaulicht.
In 2 ist ein Bauelement gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
Dieses Bauelement umfaßt eine Membran 1, die sich zwischen den Aushöhlungen 2a, 3a zweier Glasplättchen 2 und 3 erstreckt, die sich aufeinander schließen.
Das Plättchen 2 trägt eine einzige Elektrode 2b, die sich am Boden seiner Aushöhlung 2a erstreckt, der Membran 1 gegenüberliegend.
Das Plättchen 3 trägt am Boden seiner Aushöhlung 3a, gegenüber der Membran 1, ein Elektrodengitter 3b. Auf ihrer Seite gegenüber der Elektrode 2b trägt die Membran 1 eine Metallisierung 5.
Diese Membran 1 hat eine Dicke von 3 μm und wird in der Weise hergestellt, die nun mit Bezug auf die 3a bis 3g beschrieben wird.
Man beginnt mit einer Siliziumscheibe 6 mit integrierter oxidierter Schicht (SOI oder "Silicium on Insulator" gemäß der angelsächsischen Terminologie) (3a).
Diese Scheibe 6 hat beispielsweise die folgenden Abmessungsmerkmale: Durchmesser von etwa 25 mm oder mehr; Gesamtdicke von etwa 520 μm; vergrabene oxidierte Schicht (in den Figuren mit 7 bezeichnet) mit einer Dicke von 0,5 μm und in einer Tiefe von 20 μm angeordnet.
In einem ersten Schritt wird die Seite der Scheibe 6, die sich auf der Seite der vergrabenen Schicht 7 befindet, (p+) dotiert, wobei die so hergestellte dotierte Schicht 8 dafür vorgesehen ist, in der Fortsetzung des Verfahrens die Membran 1 mit 3 μm Dicke festzulegen. Diese selbe Seite wird anschließend metallisiert, beispielsweise durch Aufdampfen einer Aluminium- oder Silberschicht, um die Spiegelfunktionalität zu erhalten.
Das damit erhaltene Bauelement ist das in 3b dargestellte.
Danach wird auf die so metallisierte SOI-Scheibe das Plättchen 2 aufgesetzt, das zuvor vorbereitet wurde und das die Elektrode 2b am Boden seiner Aushöhlung 2a trägt (3c). Das Zusammensetzen wird durch anodisches Glas/Silizium-Bonden auf der Si-Schicht, die die Metallisierung 5 trägt, ausgeführt.
Die Vorbereitung des Plättchens 2 geschieht in folgender Weise.
Die Aushöhlung 2a wird durch chemische Gravur ausgeführt. Sie hat typischerweise eine Höhe von etwa 50 μm. Die Gravur dieser Aushöhlung wird vorzugsweise mit einer Genauigkeit von unter einem μm durchgeführt.
Es ist zu bemerken, daß das Plättchen 2 (ebenso wie das Plättchen 3) vorteilhafterweise ein Plättchen aus Silizium mit einer vergrabenen Oxydschicht ist, was eine große Gravurgenauigkeit gestattet.
Die am Boden dieser Aushöhlung 2a angeordnete Elektrode 2b ist optisch transparent und sie ist beispielsweise aus Indium-Zinn-Oxid (ITO). Sie wird beispielsweise im Vakuum durch Aufdampfen oder durch Kathodenzerstäubung aufgetragen.
Zur Vereinfachung der elektrischen Steuerung und auch um die Qualität der optischen Ausbreitung nicht zu beeinträchtigen, ist diese Gegenelektrode 2a nicht unterteilt und sie wird durch eine Schicht gebildet, die gleichförmig auf im wesentlichen dem gesamten Boden der Aushöhlung 2a aufgetragen ist.
Nachdem das Plättchen 2 auf die SOI-Scheibe aufgesetzt wurde, wird in einer nachfolgenden Phase (3d) die dickste Siliziumschicht entfernt, das heißt die Siliziumschicht, die in Bezug auf die vergrabene oxidierte Schicht 7 auf der der Metallisierung 5 entgegengesetzten Seite angeordnet ist.
Dieser Vorgang wird beispielsweise durch chemische Bearbeitung ausgeführt, wobei die vergrabene oxidierte Schicht 7 zur Aufgabe hat, diese Gravur selektiv zu stoppen. Es ist zu bemerken, daß die Stoppschicht, die diese vergrabene Schicht bildet, es somit gestattet, die Gravur des Siliziums mit einer hohen Genauigkeit auszuführen, die bei einer solchen Dicke mit reinem Silizium nicht zu erreichen wäre. Die Verwendung von Siliziumscheiben mit integriertem Oxyd (SOI) gestatten es, was sie betrifft, die erforderliche Genauigkeit für die Realisierung der Membran 1 zu erreichen.
Die folgende Phase (3e) besteht darin, durch Fotolithographie und chemische Bearbeitung gegenüber der Aushöhlung 2a ein Fenster in der oxidierten Schicht 7 zu öffnen und darin, das so freigelegte nicht oxidierte Silizium durch chemische Bearbeitung auf einer Dicke von 20 μm zu ätzen. Diese Dicke wird sehr gut gesteuert, da die chemische Bearbeitung durch die zuvor erhaltene p+ dotierte Schicht aufgehalten wird.
Das am Ende dieser ersten Phasen erhaltene Bauelement hat zahlreiche Vorteile.
Insbesondere hat es eine metallisierte Membran 1 geringer Dicke (3 μm). Durch diese geringe Dicke ist die mechanische Spannung auf dieser Membran gering (45 N/m).
Außerdem definieren die nicht geätzten Abschnitte der oxidierten Schicht eine Referenzfläche hoher Genauigkeit, die, wie weiter hinten noch genauer zu sehen sein wird, für die Montage einer zweiten Elektrode verwendet wird.
Aufgrund der Tatsache, daß die Membran 1 durch eine letzte Ätzphase freigelegt wird, die nur über eine sehr geringe Dicke einwirkt, ist es ebenfalls möglich für die Membran sehr verschiedenartige Formen vorzusehen, ohne durch die anisotropen Wirkungen der chemischen Bearbeitung im kristallinen Medium eingeschränkt zu sein.
Wie in 3e zu sehen ist, ist die so am Ende dieser ersten Phasen erhaltene Membran 1 nicht eben, sondern wird aufgrund der Druckdifferenz zwischen den beiden Seiten dieser Membran 1 in die Aushöhlung 2a gesaugt.
Der Luftdruck auf beiden Seiten der Membran 1 wird wieder hergestellt, indem eine Öffnung kleiner Abmessung (nicht dargestellt) durch die Dicke des Glasplättchens 2 angebracht wird (3f). Diese Öffnung wird außerdem dazu verwendet, einen elektrischen Kontakt auf der als Gegenelektrode dienenden ITO-Schicht einzuführen.
Schließlich wird in einer letzten Phase (3g) auf dem so erhaltenen Bauelement durch ionisches Glas/Silizium-Schweißen das vorab angefertigte Plättchen 3, das das Elektrodengitter 3b trägt, angebracht.
Die Anfertigung des Plättchens 3 geschieht im wesentlichen in derselben Weise wie für das Plättchen 2, indem eine chemische Ätzung über eine Dicke durchgeführt wird, die typischerweise etwa 50 μm beträgt, und indem dann ein Elektrodengitter 3b am Boden der so gebildeten Aushöhlung 3a aufgesetzt wird.
Es ist zu bemerken, daß das Plättchen 3 nicht notwendig transparent sein muß und aus jedem anderen Material als Glas und insbesondere aus jedem anderem elektrisch isolierenden Material bestehen kann.
Dennoch bietet ein Glassubstrat den Vorteil einer Montage durch bewährtes ionisches Schweißen.
Das Elektrodengitter 3b wird durch die Auftragung im Vakuum einer metallischen Schicht (beispielsweise Aluminium) ausgeführt. Diese Schicht wird anschließend maskiert, dann durch Lithographie chemisch geätzt.
Es ist zu bemerken, daß die Elektroden 3b keine gleichförmigen Abmessungen und Formen haben, sondern in Abhängigkeit der Basisdeformationen, die der Spiegel annehmen soll, optimiert werden.
Diese Basisdeformationen sind beispielsweise von den in den 4a bis 4h dargestellten Typen: Kippen um eine Seite (4a und 4b), Krümmung (4c), Astigmatismus mit 0° oder 45° (4d und 4e), Deformation vom "Koma"-Typ (4f und 4g), sphärische Abberation (4h).
Beispielsweise ist im Fall eines quadratischen Spiegels ein optimiertes Elektrodengitter von dem in 5 dargestellten Typ: es umfaßt eine quadratische Zentralelektrode 9, die von zwölf ebenfalls quadratischen Randelektroden 10 umgeben ist, deren Seitenlänge gleich der halben Seitenlänge der Zentralelektrode 9 ist.
Durch die geringe mechanische Spannung der Siliziummembrane (45 N/m) im Vergleich zu derjenigen der Membrane aus Siliziumnitrid (520 N/m) sind außerdem die zwischen der Elektrode 2b und dem Elektrodengitter 3b angewendeten Steuerspannungen wesentlich verringert im Vergleich zu denjenigen, die für die Bauelemente auf Siliziumnitridbasis notwendig sind. Spannungen von 100 V sind ausreichend, um Deformationen von einigen Mikrometern zu erreichen, im Gegensatz zu Spannungen von 250 V für Bauelemente auf Siliziumnitridbasis.
Außer dem Vorteil die elektrische Steuerung zu vereinfachen, gestatten es die Siliziummembrane, Deformationen mit größeren Amplituden für anspruchsvollere Anwendungen vorzusehen. Durch die Anwendung von Steuerspannungen, die mit den für Membrane aus Siliziumnitrid verwendeten (250 V) vergleichbar sind, ist es möglich Deformationen zu erhalten, die größere Amplituden (> 10 μm) haben.
Die gerade beschriebenen Bauelemente können vorteilhafterweise in der folgenden Weise vervollständigt werden.
Zur Verminderung der Störinterferenzen zwischen der reflektierenden Fläche der Metallisierung 5 und der transparenten Elektrode 2b aus ITO, ist die Elektrode 2b vorteilhafterweise mit einer antireflektierenden Schicht überzogen.
Außerdem kann im Herstellungsverfahren vorteilhaft eine Phase vorgesehen werden, die darin besteht, am Rand der Membran 1 einen Faltenbalg zu ätzen.
Denn wenn auch die Verwendung einer dünnen gespannten Siliziummembran (mit einer Dicke von etwa 3 μm) unter anderem den Vorteil geringer mechanischer Spannungen bietet, ist der Rand der Membran doch durch die Struktur, die sie trägt, versteift. Ein allgemein kreisförmiger Faltenbalg gestattet es, diese Steifigkeit zu vermindern.
So wie in den 6a bis 6c dargestellt, wird diese Gravur eines Faltenbalgs beispielsweise vor der Phase der Dotierung und der Metallisierungsauftragung auf der SOI-Scheibe ausgeführt. Der Faltenbalg wird beispielsweise durch ein oder mehrere kreisförmige Rillen 11 gebildet, die über eine Dicke des Siliziums von 20 μm geätzt sind.
In einer weiteren Variante können die Elektroden des Gitters 3b durch eine einzige Elektrode ersetzt werden, die optisch gesteuert wird.
Eine solche Lösung gestattet es tatsächlich, die Steuerelektronik in noch höherem Maße zu vereinfachen; sie gestattet unter anderem die Ausführung komplexerer Deformationen.
Diese optische Lösung ist in den 7a und 7b dargestellt.
Die einzige Elektrode (beispielsweise aus ITO) – mit 3c bezeichnet – ist am Boden der Aushöhlung 3a des Plättchens 3 angeordnet, auf einer Schicht aus fotoleitendem Material 12, an die sie somit gekoppelt ist.
Eine Lichtquelle 13, beispielsweise eine Glühlampe, beleuchtet durch einen Diffusor hindurch eine Maske 14. Diese Maske 14 repräsentiert die Verteilung und die Form des elektrostatischen Feldes, das auf der Siliziummembran erzeugt werden soll. Das Bild dieser Maske wird durch eine Linse 15 auf das Glasplättchen 3, das die Elektrode 3c trägt, abgebildet.
Der Fotoleiter kann eine Mineralschicht sein (beispielsweise ein Wismut-Silizium-Oxyd Bi12 SiO20) oder eine organische Schicht (beispielsweise aus Polyvinylcarbozol PVK).
Das Elektrode-Fotoleiter-Paar arbeitet auf folgende Weise:

– in Abwesenheit von Licht: die auf die ITO-Elektrode angewendete Spannung beeinflußt die Si-Membran nicht, da der Fotoleiter in einem isolierenden Zustand ist,
– in den hellen Punkten wird die auf die ITO-Elektrode angewendete Spannung auf die äußere Seite des Fotoleiters übertragen, da dieser leitend wird. Die elektrostatische Kraft wird somit auf die Membran angewendet, die sich deformiert.

Die räumliche Leitfähigkeit des Fotoleiters ist gegeben durch: σ(x,Y) = σ0 + I(x,y)mit

σ0: = Leitfähigkeit des Fotoleiters im Dunkeln.
σ(x,y): = Leitfähigkeit des Fotoleiters unter Beleuchtung bei der Koordinate (x,y),
I(x,y): = Beleuchtungsstärke am Punkt (x,y).

Diese Leitfähigkeit stellt damit eine Verteilung von dem Typ dar, der in 7b abgebildet ist.
Die geringe Dicke (1 μm bis einige Mikrometer) der fotoleitenden Schicht 12 gestattet es, eine hervorragende räumliche Auflösung beizubehalten. Die räumliche Verteilung der elektrischen Spannung wird ausgehend von der räumlichen Verteilung der einfallenden Beleuchtungsstärke getreu reproduziert.
Es ist zu bemerken, daß wenn auch diese optisch steuerbare Elektrode ein zusätzliches System zur optischen Adressierung benötigt, das für bestimmte Anwendungen nicht akzeptabel sein kann, dieses Konzept als eine Option für diejenigen Anwendungen eingesetzt werden kann, die die Erzeugung komplexer Deformationen benötigen, die mit einem einfachen Elektrodengitter nicht erhalten werden können.
Dieses Konzept gestattet auch die Erzeugung eines kontinuierlichen Verlaufs des elektrostatischen Kraftfelds. Hierfür ist es ausreichend eine Maske zu wählen, deren Transparenz nicht binär, sondern durch N Grauwerte gegeben ist. Im Grenzfall kann die Transparenz der Maske analog sein, mit einer kontinuierlichen Veränderung ihrer Opazität. Außerdem kann die Maske eine dynamische Funktion ihrer Transparenz haben. Anstatt eine Maske zu verwenden, bei der die räumliche Transparenz ein für alle mal festgelegt ist, kann für bestimmte Anwendungen eine dynamische Maske verwendet werden, deren Übertragungsfunktion zeitlich veränderlich ist.
Diese Eigenschaft kann für Anwendungen ausgenutzt werden, die die Erzeugung dynamischer Deformationen benötigen, die eine Sequenz reproduzieren, deren, räumliche und zeitliche, Übertragungsfunktionen vorab aufgezeichnet werden.
Eine weitere Variante der elektrischen Steuerung kann für den Fall vorgesehen werden, bei dem es notwendig ist, die Anzahl der Elektroden des Gitters 3b zu erhöhen. Wenn diese Anzahl von Elektroden hoch ist, beispielsweise in der Größenordnung von 100 oder mehr, stellt sich außer der Komplexität der elektrischen Steuerung das Problem des Zugriffs auf die verschiedenen Kontakte. Dieses Problem ist gut bekannt, insbesondere bei den Konstrukteuren von Flüssigkristall-Flachbildschirmen zur Anzeige. Der Matrixzugriff zur Adressierung jedes Koordinatenpunktes X, Y kann Zeilen und Spalten verwenden, wobei jede durch eine Spannung versorgt wird: +V/2, –V/2 oder 0. Dieses Prinzip ist jedoch, außer der Tatsache, daß es einen Schwellwerteffekt benötigt, der bei den Anwendungen mit elektrostatisch deformierbaren Membranen nicht existiert, nicht mit einer großen Anzahl Elektroden vereinbar. Tatsächlich kann ohne einen Gedächtniseffekt die Steuerspannung nur auf eine Zeile auf einmal angewendet werden. Für den Fall der Anzeigen besteht ein Kunstgriff darin, die elektrische Steuerung zeitlich zu multiplexen. Dies ist für den Beobachter nicht zu störend, der die Bilder jeder Zeile durch die Trägheit der Retina zeitlich integriert.
Ein Konzept besteht darin, zu jedem Punkt (Pixel für die Anzeige, zonale Elektrode für die MMA) einen lokalen Speicher zu erzeugen. Es können hierfür Steuermatrizen von dem Typ verwendet werden, wie er auch im Bereich der Flachbildschirme verwendet wird, und insbesondere Steuermatrizen, die die TFT-Technologie (Thin Film Transistor) verwenden.

Claims

Verfahren zur Realisierung eines Spiegels mit deformierbarer Membran, dadurch gekennzeichnet, daß es die folgenden verschiedenen Schritte umfaßt: – Dotierung der Fläche einer Siliziumscheibe mit integrierter oxidierter Schicht (SOi), die sich auf der Seite der vergrabenen Schicht der Scheibe befindet, Metallisierung der Fläche, – Montage, auf dem so erhaltenen Bauelement, eines transparenten ersten Substratteils, das eine Aushöhlung hat, auf deren Boden wenigstens eine erste Elektrode angeordnet ist, – Gravur der Siliziumschicht, die am weitesten entfernt vom so aufgesetzten ersten Substratteil liegt, bis zur oxidierten Schicht, – Fotolitographie und chemische Bearbeitung der oxidierten Schicht auf der Außenseite der Aushöhlung des ersten Substratteils, danach Gravur des Siliziums auf der Außenseite der so realisierten Öffnung, – Montage, auf dem so erhaltenen Bauelement, eines zweiten Substratteils, das eine Aushöhlung hat, auf deren Boden wenigstens eine zweite Elektrode angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Substratteil mittels Gravur einer Siliziumscheibe mit vergrabener Oxydschicht realisiert sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Montage des zweiten Substratteils durch das erste Substratteil eine Öffnung gebohrt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratteil ein Glasplättchen ist und dadurch, daß seine Montage mittels anodischem Glas/Silizium-Bonden ausgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dotierung vom P+ Typ ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziumscheibe mit integrierter oxidierter Schicht folgendes aufweist: eine Dicke in der Größenordnung von 520 μm und eine vergrabene oxidierte Schicht mit einer Dicke von 0,5 μm, die sich in einer Tiefe von 20 μm befindet.
Spiegel mit deformierbarer Membran, der eine Siliziummembran umfaßt, von der wenigstens eine Seite metallisiert ist, wobei das Substrat (2, 3) zwei Aushöhlungen (2a, 3a) hat, die sich aufeinander zu beiden Seiten der metallisierten Membran (1) schließen, wobei der Spiegel außerdem wenigstens zwei Elektroden (2b, 3b) zur Steuerung der Membrandeformation umfaßt, wobei diese beiden Elektroden auf beiden Seiten der Membran auf den Teilen, die die Böden der Aushöhlungen (2a, 3a) bilden, angeordnet sind, wobei dasjenige der Teile, das sich direkt gegenüber der metallisierten Fläche der Membran (1) befindet, transparent ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Siliziummembran mittels zweier dickerer Siliziumschichtabschnitte eines Substrats aus Silizium mit integrierter oxidierter Schicht (SOi) gehalten wird.
Spiegel nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerelektrode (2a), die von dem Teil getragen wird, eine transparente Elektrode ist.
Spiegel nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (1) eine Dicke in der Größenordnung von 3 μm oder weniger hat.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Substratteil (2), das eine transparente Elektrode trägt, ein Glasplättchen ist.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente Elektrode (2a) aus Indium-Zinn-Oxid (ITO) besteht.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine transparente Elektrode (2a) mit einer antireflektierenden Schicht abgedeckt ist.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der Membran ein Faltenbalg (11) eingraviert ist.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bodenteil auf der Seite, die der metallisierten Fläche (5) der Membran (1) gegenüberliegt, einen monolithischen Stapel trägt, der eine transparente Elektrode (3b) und eine fotoleitfähige Schicht (12) umfaßt, wobei der Stapel dafür eingerichtet ist, optisch gesteuert zu werden, um auf der Membran ein elektrostatisches Feld mit komplexem Profil zu erzeugen, wohingegen die Elektroden auf beiden Seiten der Membran aus einer einzigen Versorgungsquelle versorgt werden.
Spiegel nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der einer metallisierten Fläche (5) der Membran (1) direkt gegenüberliegende Boden eine einzige Elektrode (2b) hat, die sich gleichförmig auf seiner Oberfläche erstreckt, während der Boden einer Aushöhlung, die auf der entgegengesetzten Seite einer metallisierten Fläche (5) der Membran (1) liegt, ein Elektrodengitter (2a) trägt.
Spiegel nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (2b) des Gitters nicht gleichförmig sind, wobei ihre Anzahl und Verteilung dafür optimiert ist, die Adressierung der Membran zu vereinfachen und es gleichzeitig zu gestatten, auf der Membran die geometrischen Hauptdeformationen zu erzeugen, die die folgenden sind: Kolben-, Tilt-, Kugel-, Astigmatismus-, Koma-Deformation.
Spiegel nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrodengitter eine quadratische Zentralelektrode (9) umfaßt, die von zwölf ebenfalls quadratischen Randelektroden (10) umgeben ist.
Spiegel nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß er Mittel umfaßt, um die Steuerbefehle verschiedener Elektroden zeitlich zu multiplexen.
Spiegel nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zeitlichen Multiplexmittel ein zweidimensionales Gitter aus Transistoren vom TFT-Typ umfassen.