DE60223733T2 - Optischer Router - Google Patents

Optischer Router Download PDF

Info

Publication number
DE60223733T2
DE60223733T2 DE2002623733 DE60223733T DE60223733T2 DE 60223733 T2 DE60223733 T2 DE 60223733T2 DE 2002623733 DE2002623733 DE 2002623733 DE 60223733 T DE60223733 T DE 60223733T DE 60223733 T2 DE60223733 T2 DE 60223733T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor
layer
polysilicon layer
oxide
stator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE2002623733
Other languages
English (en)
Other versions
DE60223733D1 (de
Inventor
John Nigel PL19 9HG Ellis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Original Assignee
X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from GB0101172A external-priority patent/GB2371373A/en
Application filed by X Fab Semiconductor Foundries GmbH filed Critical X Fab Semiconductor Foundries GmbH
Publication of DE60223733D1 publication Critical patent/DE60223733D1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE60223733T2 publication Critical patent/DE60223733T2/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Optical Integrated Circuits (AREA)

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft optische Router und insbesondere integrierte optische Router.
  • Mit der zunehmenden Verwendung von optischen Fasern zur Übermittlung von Information gibt es einen wachsenden Bedarf an effizienten optischen Routern (oder Schaltern) zur Weiterleitung von Signalen zwischen optischen Fasern und/oder anderen Typen von Lichtleitern. Herkömmlicherweise sind große Router mechanischer Art verwendet worden, die zwischen einer oder mehreren Eingangsfasern und einer oder mehreren Ausgangsfasern angeordnet sind. Die Router können durch Elektromotoren oder Drehmagnete betätigt werden. Solche Router sind sowohl voluminös als auch teuer, und es sind integrierte optische Router vorgeschlagen worden.
  • Ein integrierter Ansatz betrifft die Herstellung von Wellenleitern in einem Planaren Substrat, wobei jeder Wellenleiter mit einer entsprechenden optischen Faser gekoppelt ist. In den Wellenleitern sind Phasenschieberkomponenten angeordnet, die elektrisch betätigbar sind, um die optischen Eigenschaften des Wellenleitermaterials zu verändern. Dies kann die Übertragung von Licht durch einen Wellenleiter sperren und/oder kann bewirken, daß das Licht in einen angrenzenden Wellenleiter gekoppelt wird. Ein solcher Router ist in US 6028552 beschrieben.
  • Ein anderer Ansatz zur Bereitstellung eines integrierten optischen Routen besteht darin, eine linear bewegbare Schalter-„Platte” in einem Planaren Substrat zwischen in dem Substrat ausgebildeten Eingangs- und Ausgangs-Wellenleitern bereitzustellen. Die Platte ist infolge einer elektrostatischen Kraft bewegbar. In einer ersten Stellung kann ein in der Platte ausgebildeter Wellenleiter entsprechende Eingangs- und Ausgangs-Wellenleiter auf dem Substrat koppeln, während der Wellenleiter in der Platte in einer zweiten Stellung mit den Eingangs- und Ausgangs-Wellenleitern nicht in einer Flucht ist, so daß sie nicht miteinander gekoppelt sind. Solche Vorrichtungen arbeiten grundsätzlich als Ein/Aus-Schalter, das heißt, ihre Fähigkeit, Signale weiterzuleiten (das heißt, von einem einzelnen Eingang zu einem von mehreren Ausgängen), ist begrenzt.
  • JP-A-5-241084 beschreibt einen optischen Drehschalter, der einen Rotor und einen Stator umfaßt, wobei auf dem Rotor ein Paar bogenförmiger Wellenleiter und ein linearer Wellenleiter ausgebildet sind. Der Rotor kann gedreht werden, um diese Wellenleiter mit optischen Fasern auszurichten, die am Stator befestigt sind.
  • JP-A-58-080603 beschreibt ebenfalls einen optischen Drehschalter, der einen Stapel von drehbaren Scheiben umfaßt, von denen jede mit einem Satz optischer Fasern gekoppelt ist. Jede Scheibe umfaßt einen Satz bogenförmiger Wellenleiter, die dafür angeordnet sind, bei Verwendung Licht zwischen Fasern zu koppeln.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile bekannter optischer Router zu überwinden oder wenigstens zu mildem. Diese und weitere Aufgaben werden gelöst, indem Mikrobearbeitung verwendet wird, um eine drehbare Schalterkomponente in einem Planaren Substrat zwischen Eingangs- und Ausgangs-Wellenleitern auszubilden.
  • Ein Verfahren zur Herstellung eines optischen Routen gemäß der Erfindung ist in Anspruch 1 definiert.
  • Vorzugsweise wird eine weitere Oxidschicht auf der Oberfläche des Bauelements ausgebildet, wobei eine vierte Polysiliciumschicht auf die Oberseite der Oxidschicht aufgebracht wird. Die vierte Polysiliciumschicht wird dann geätzt, um eine obere Platte des Stators auszubilden. Noch mehr bevorzugt werden nach diesem Schritt Wellenleiter auf den Oberflächen des Rotors und der den Rotor umgebenden Planaren Schicht ausgebildet. Der Schritt des Ausbilden von Wellenleitern kann das Aufbringen einer Oxidschicht auf die freigelegte Oberfläche, gefolgt von einer Nitridschicht, umfassen. Die Nitridschicht wird dann geätzt, bevor eine weitere Oxidschicht aufgebracht wird.
  • Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um zu zeigen, wie diese verwirklicht werden kann, wird nun anhand von Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, wobei diese folgendes zeigen:
  • 1 zeigt schematisch einen Querschnitt durch einen optischen Route;
  • 2A und 2B stellen schematisch eine Rotor- und eine Statorplatte des optischen Routen von 1 dar;
  • 3A und 3B zeigen schematisch eine Draufsicht des Routers von 1; und
  • 4A bis 4L zeigen eine Folge von Herstellungsschritten zur Herstellung des Bauelements von 1 und 3.
  • Ein Bauelement 1 zur Weiterleitung von Licht zwischen ausgewählten Lichtwellenleitern ist in 1 und 2 dargestellt. Das Bauelement 1 umfaßt ein Substrat 2 mit einer isolierenden Schicht 3, die auf einer oberen Oberfläche desselben angeordnet ist. Eine weitere Schicht 4 aus Polysilicium ist auf der Oberseite der Oxidschicht 3 angeordnet. Ein zylindrischer Pfeiler 5 ist in die Polysiliciumschicht 4 eingebettet, durch eine Oxidbeschichtung 6 von ihr isoliert, und steht nach außen vom Substrat hervor, um den Stator eines Motors bereitzustellen. Eine kreisförmige Polysiliciumplatte 7 schließt den Pfeiler 5 nach oben ab.
  • Ein Rotor 8, der einen zylindrischen Polysiliciumkörper 9 mit einer Wellenleiterbeschichtung 10 umfaßt, umgibt den Stator 5. Der Rotor 8 ist in einer Aussparung angeordnet, die in einer Polysiliciumschicht 11 ausgebildet ist. Die Polysiliciumschicht 11 ist nach oben durch eine Schicht aus Wellenleitermaterial 12 abgeschlossen, so daß die Schicht 12 (radial) mit der Schicht aus Wellenleitermaterial 10 des Rotors 8 ausgerichtet ist. Der Rotor 8 kann sich innerhalb der Schichten 11 und 12 um den Stator 5 bewegen.
  • 2A stellt in Draufsicht den Abschnitt der Polysiliciumschicht 4 dar, der unter dem Rotor 8 liegt. Das Polysilicium ist tatsächlich ein Satz Polysiliciumplatten 4a, die durch ein isolierendes Material wie etwa Siliciumoxid 4b voneinander getrennt sind. Jede Platte 4a ist mit einer Spannungsquelle (nicht gezeigt) elektrisch gekoppelt. Die Schicht 4 ist mit einer Schicht aus Oxid beschichtet, um die Platten 4a vom Rotor 8 galvanisch zu trennen. Der Rotor 8 ist in 2B in Draufsicht dargestellt und umfaßt ebenfalls einen Satz Polysiliciumplatten 8a. Die Platten 8a sind durch eine Polysiliciumnabe 8b gelagert.
  • Um den Rotor zu drehen, werden Spannungsimpulse (zum Beispiel 30 V) an die Statorplatten 4a angelegt. Man wird anerkennen, daß die Platten 4a in zwei oder mehr Phasen angeordnet sein können, um die Ausrichtungsgenauigkeit des Rotors 8 zu verbessern. Zwischen dem Anlegen von Impulsen an die Platten 4a können Kapazitätsmessungen vorgenommen werden, um den exakten Ort des Rotors 8 festzustellen.
  • Mit Bezug auf die Draufsicht von 3A ist eine Wellenleiter-Anordnung gezeigt, die es ermöglicht, daß Licht von einem einzelnen Eingangs-Wellenleiter (zum Beispiel A) zu einem aus einer Vielzahl von Ausgangs-Wellenleitern (zum Beispiel B bis P) weitergeleitet wird. Sowohl die Eingangs- als auch die Ausgangs-Wellenleiter (gemeinsam mit dem Bezugszeichen 13 bezeichnet) erstrecken sich durch die Wellenleiter-Beschichtung 12, die den Rotor 8 umgibt. Ein Ende jedes Wellenleiters A bis P endet an dem Raum 21, der den Rotor 8 umgibt. Obwohl es in 3 nicht gezeigt ist, können die anderen Enden der Wellenleiter an einem Rand des Bauelements enden, wo sie mit optischen Komponenten, wie etwa optischen Fasern (oder im Fall des Eingangs-Wellenleiters A, einer LED- oder Laser-Lichtquelle), gekoppelt werden können. Alternativ können die Wellenleiter Licht in und aus optischen Verarbeitungskomponenten auf dem Chip (zum Beispiel Verstärkern und weiteren Schaltern) koppeln.
  • Eine Vielzahl von bogenförmigen Wellenleitern 20 (mit den Nummern 1' bis 7') ist in der Wellenleiter-Beschichtung 10 ausgebildet, die auf der Oberseite des Rotors 8 sitzt. Die Wellenleiter 20 sind in zwei Sätzen ausgebildet, die auf den jeweiligen Hälften des Rotors 8 angeordnet sind, wobei die beiden Enden jedes Wellenleiters 20 am Umfangsrand des Rotors 8 im Raum 21 enden. Die Wellenleiter 20 sind so angeordnet, daß ihre Enden mit freiliegenden Enden der im Körper des Bauelements 1 ausgebildeten Wellenleiter 13 ausgerichtet sein können. Man wird anerkennen, daß der Eingangs-Wellenleiter A mit einem ausgewählten der fünfzehn Ausgangs-Wellenleiter (B bis P) gekoppelt werden kann, indem der Rotor 8 in die passende Winkelstellung des Rotors 8 gedreht wird. Zum Beispiel stellt 3A eine erste Stellung des Rotors 8 dar, in welcher der Rotor-Wellenleiter 1' den Eingangs-Wellenleiter A mit dem Ausgangs-Wellenleiter F koppelt, während 3B den Rotor 8 in einer zweiten Stellung zeigt, in welcher der Rotor-Wellenleiter 5' den Eingangs-Wellenleiter A mit dem Ausgangs-Wellenleiter K koppelt.
  • Mikrobearbeitungsmethoden werden verwendet, um das optische Schalter-Bauelement von 1 zu bauen. Geeignete Methoden werden zum Beispiel in „A Low Voltage Actuator Fabricated Using a Five Level Polysilicon Surface Micromachining Technology", Thomas W. Krygowski, Intelligent Micromachine Department, Sandia National Laboratories, Albuquerque, New Mexico, 871851080, beschrieben. Die Mikrobearbeitungstechnologie ist ein rasant wachsendes Gebiet, wo Methoden zur Siliciumverarbeitung verwendet werden, um kleine mechanische Systeme auszubilden.
  • Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung des mikrobearbeiteten Bauelements 1 wird nunmehr mit Bezug auf 4A bis 4L beschrieben, welche jeweils die Herstellungsschritte 1 bis 12 darstellen.
  • Schritt 1 zeigt einen Siliciumwafer 16, der oxidiert worden ist. Polysilicium 17, das stark dotiert ist, damit es leiten kann, wird in Schritt 2 auf die Oxidschicht 18 aufgebracht. Diese Schicht 17 wird dann geätzt, um elektrostatische Platten 19 in der Form auszubilden, die erforderlich ist, um den Rotor anzutreiben (das heißt, wie in 2A dargestellt), und um ein mittiges Loch für die Spindel bereitzustellen. Es werden elektrische Kontakte zu den Platten 19 hergestellt.
  • In Schritt 3 wird das Spindelloch 21 bis zur oberen Schicht des ursprünglichen Oxids 18 geätzt, und eine Oxidschicht 20 wird über die erste Polysiliciumschicht 17 aufgebracht. In Schritt 4 wird eine zweite Polysiliciumschicht 22 auf die Struktur aufgebracht, um das mittige Spindelloch 21 zu füllen, und wird dann in Schritt 5 geätzt, um das Polysilicium bis auf eine mittige Spindelsäule 23 zu entfernen.
  • In Schritt 6 wird die aufgetragene Oxidschicht entfernt. In Schritt 7 werden die Polysiliciumschichten oxidiert, um Oxidschichten 24 auszubilden, und in Schritt 8 wird eine dritte Polysiliciumschicht 25 aufgebracht. Die dritte Polysiliciumschicht 25 wird planpoliert, wodurch der Polysilicium-Achszapfen 23 freigelegt wird (Schritt 9). An diesem Punkt wird die Polysiliciumschicht 25 selektiv geätzt, um die in 2B dargestellte Rotorstruktur auszubilden. In Schritt 10 werden eine weitere Oxidschicht 26 und eine vierte Polysiliciumschicht 27 so aufgebracht, daß sie mit der freigelegten Oberseite der Spindel 23 in Kontakt kommen. Diese vierte Polysiliciumschicht 27 wird selektiv geätzt (Schritt 11), so daß die den Achszapfen 23 überlagert, um einen Anschlag auszubilden (der verhindert, daß der Rotor vom Achszapfen herunterrutscht).
  • Nach Schritt 10 werden die Lichtwellenleiter unter Verwendung von Materialien mit unterschiedlichen optischen Eigenschaften ausgebildet, wie etwa Siliciumnitrid mit dazwischen angeordnetem Siliciumdioxid oder Siliciumdioxid, das zwischen Siliciumnitrid angeordnet ist, oder Siliciumnitrid, das auf Oxid- oder anderen Säulen gelagert ist, um die optische Transmission zu verbessern. Die Wellenleiter werden aus Bahnen eines Material gebildet, das aufgebracht werden kann, und gedruckt und geätzt, um das erforderliche Muster auszubilden, und zwar auf eine Weise, die in der Halbleiterindustrie bekannt ist.
  • Ein entscheidender Schritt besteht hier darin, das Wellenleitermaterial auf das Substrat aufzubringen, ein dem Rotor entsprechendes mittiges Fenster zu öffnen, in das eine sehr dünne Schicht aufgebracht wird, gefolgt von einem zweiten Aufbringen von Wellenleitermaterial. Die Schicht wird dann planarisiert, um eine Oberfläche auszubilden, welche die dünne Schicht freilegt, die geätzt werden kann. Die Wellenleiter werden dann gedruckt, um einen Teil auf dem Substrat (a) und einen Teil auf dem Rotor (b) auszubilden.
  • Schließlich werden die Oxidschichten 24, 26, die den Achszapfen 23 umgeben, weggeätzt, um den Rotor freizumachen (an diesem Punkt ist möglicherweise zusätzlicher Schutz nötig, um zu verhindern, daß die unter dem Achszapfen 23 liegende Oxidschicht 20 vollständig geätzt wird). Die resultierende Struktur ist in Schritt 12 gezeigt.
  • Der Fachmann wird anerkennen, daß an den oben beschriebenen Ausführungsformen verschiedene Modifikationen möglich sind, ohne vom Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optischen Routers mit einem Stator und einen Rotor, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfaßt: Oxidieren einer Oberfläche eines Siliciumsubstrats, um eine Siliciumoxidschicht auszubilden (4A); Aufbringen einer ersten leitfähigen Polysiliciumschicht auf die Oxidschicht (4B); Ätzen der äußeren Hauptoberfläche der ersten Polysiliciumschicht, um elektrostatische Platten für den Stator auszubilden, und Ätzen durch einen Bereich der ersten Polysiliciumschicht bis zum Substratoxid und Oxidieren der äußeren Hauptoberfläche der ersten Polysiliciumschicht (4C); Aufbringen einer zweiten Polysiliciumschicht auf die freigelegte oxidierte Oberfläche (4D) und Rückätzen der zweiten Polysiliciumschicht bis zu dem Oxid rings um den Bereich, um dadurch den Stator auszubilden, der von dem Bereich vorsteht (4E), um den der Rotor rotieren kann; Wegätzen des Oxids rings um den vorstehenden Stator (4F) und Reoxidieren der freigelegten Polysiliciumoberfläche; Aufbringen einer dritten Polysiliciumschicht auf die reoxidierte Oberfläche (4H) und Polieren der Oberfläche, bis das einen Rotorbereich umgebende Oxid freigelegt ist (4I); Ätzen der äußeren Hauptoberfläche der dritten Polysiliciumschicht, um elektrostatische Platten für den Rotor auszubilden; Wegätzen des den Rotorbereich umgebenden Oxids, um den Rotorbereich von dem Stator und der umgebenden planaren Polysiliciumschicht freizumachen (4L), wobei der Rotor relativ zum Stator und der planaren Schicht drehbar ist; Ausbilden einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, die durch die planare Schicht getragen werden, wobei sich jeder der Wellenleiter in einen den Rotorbereich umgebenden Raum öffnet; und Ausbilden einer Vielzahl von bogenförmigen und einander nicht schneidenden optischen Wellenleitern auf jeder Hälfte des Rotorbereichs.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die optischen Wellenleiter in jeweiligen Schichten eines auf den Rotorbereich und die planare Schicht aufgebrachten Wellenleitermaterials ausgebildet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 und die folgenden Schritte umfassend: Ausbilden einer weiteren Oxidschicht auf der Oberfläche des Bauelements vor dem Schritt des Ausbilden einer Vielzahl von optischen Wellenleitern, wobei eine vierte Polysiliciumschicht auf die Oberseite der Oxidschicht aufgebracht wird, und Ätzen der vierten Polysiliciumschicht, um eine obere Platte des Stators auszubilden.
  4. Verfahren nach Anspruch 4 und die folgenden Schritte umfassend: Aufbringen eines Wellenleitermaterials auf den Rotor und die umgebende planare Schicht und Ausbilden der Wellenleiter in dem Wellenleitermaterial.
DE2002623733 2001-01-17 2002-01-14 Optischer Router Expired - Lifetime DE60223733T2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB0101172 2001-01-17
GB0101172A GB2371373A (en) 2001-01-17 2001-01-17 Optical waveguide router having stator and rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE60223733D1 DE60223733D1 (de) 2008-01-10
DE60223733T2 true DE60223733T2 (de) 2008-11-20

Family

ID=38806285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2002623733 Expired - Lifetime DE60223733T2 (de) 2001-01-17 2002-01-14 Optischer Router

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE60223733T2 (de)

Also Published As

Publication number Publication date
DE60223733D1 (de) 2008-01-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE602005000143T2 (de) Stellantrieb mit kammförmiger Elektrode
EP0679878B1 (de) Mikrosystem mit integrierter Schaltung und mikromechanischem Bauteil und Herstellverfahren
DE19509179C2 (de) Beschleunigungssensor zum Detektieren einer Drehbeschleunigung
DE60120144T2 (de) Magnetisch betriebener Aktuator für mikroelektromechanische Systeme
DE69210151T2 (de) Optischer Schalter und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102008063422A1 (de) Sensor zur Erfassung einer physikalischen Grösse
DE69025655T2 (de) Herstellungsverfahren eines Mehrspur-Magnetkopfes und Mehrspur-Magnetkopf
DE10031569A1 (de) Integrierter Mikroschalter und Verfahren zu seiner Herstellung
EP4255844A1 (de) Mems mit deckelantrieb und verfahren zum betreiben derselben
DE10243095A1 (de) Wälzlager mit intergrierter Zustandsmessung
EP0865081A2 (de) Verfahren zum Herstellen von elektronischen Elementen
DE60226262T2 (de) Digitale optische schaltvorrichtung und verfahren zu ihrer herstellung
DE3225255C2 (de)
DE102005003888A1 (de) Gelenkkonstruktion für eine Mikrospiegelvorrichtung
DE60223733T2 (de) Optischer Router
DE102017212995A1 (de) Verfahren zum Montieren einer Schalteinheit an einer Komponente eines Elektromotors
EP1402583B1 (de) Piezoelektrischer biegewandler
DE102010062056B4 (de) Mikromechanisches Bauteil
EP3907477B1 (de) Magnetische positionsmesseinrichtung
EP1225468B1 (de) Optischer Router
EP2943988B1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines multilagenelektrodensystems
DE10043549C1 (de) Mikroschalter und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2001037045A1 (de) Flachspule und lithographisches verfahren zur herstellung von mikrobauteilen
DE112019007156B4 (de) Optische scanvorrichtung und verfahren zur herstellung derselben
DE19949538C2 (de) Mikrokapillare und Verfahren zu deren Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
8364 No opposition during term of opposition