FI125897B - Mikromekaanisesti säädettävä Fabry-Perot-interferometri ja menetelmä sen valmistamiseksi - Google Patents

Description

Mikromekaanisesti säädettävä Fabry-Perot interfere»metri ja menetelmä sen valmistamiseksi

Tekniikan ala

Keksintö koskee Fabry-Perot interferometriä ja menetelmää Fabry-Perot interferometrin valmistamiseksi. Tarkemmin sanottuna keksintö koskee sähköisesti säädettäviä Fabry-Perot interferometrejä, jotka on valmistettu mikro-optoelektromekaanisella (MOEMS) teknologialla. Keksinnön tekniikan ala on määritelty itsenäisen vaatimuksen johdanto-osassa.

Tekniikan taustaa

Fabry-Perot interferometrejä käytetään esimerkiksi optisina suodattimina ja spektroskooppisissa sensoreissa. Fabry-Perot interferometri perustuu samansuuntaisiin peileihin, kuten neljännesaalto Braggin peileihin, jolloin peilien väliin muodostuu Fabry-Perot ontelo. Fabry-Perot interferometrin päästökaistan aallonpituutta voidaan ohjata säätämällä peilien välistä etäisyyttä, ts. ontelon leveyttä. Fabry-Perot interferometrien valmistamisessa on yleistä käyttää mikromekaanista teknologiaa. Tällainen ratkaisu on selitetty esimerkiksi kuulutusjulkaisussa Fl 95838.

Kuvio 1a havainnollistaa mikromekaanisen Fabry-Perot interferometrin tekniikan tasoa, joka tuotetaan substraatille 130. Mikromekaanisen interferometrin peilit yleensä sisältävät useampia kerroksia 102, 104, 106, 112, 114, 116, jolloin vierekkäisten kerroksien materiaaleilla on eri taitekerroin. Mikromekaaniset interferometrit, joita käytetään näkyvän valon lyhyen aallonpituuden toiminta-alueilla ja lähi-infrapuna säteilyssä, yleensä omaavat kiinteät peilikerrokset, kuten piidioksidi tai piinitridi kerrokset 104, 114 piikerrosten 102, 106, 112, 116 välissä. Kuitenkin, piioksidi ja piinitridi omaavat suhteellisen korkean vaimennuksen pitkillä aallonpituuksilla, ja siksi on parempi käyttää kerrosta ilmaa piikerrosten välissä infrapunan toiminta-alueella, varsinkin yli 5 pm allonpituuden toiminta-alueella, ts. termisellä infrapunasäteilyllä (TIR).

Peilin 112, 114, 116 liike on mahdollistettu poistamalla uhrautuva kerros 111 optiselta alueelta A sekä ympäröivältä alueelta optisen alueen ympäriltä, jolloin muodostuu ontelo 123. Uhrautuva kerros voi olla esim. piidioksidia, jonka voi poistaa etsaamalla se esim. fluorivetyhapolla (HF). Jotta etsausaineen voi päästää uhrautuvaan kerrokseen asti, on siirrettävään peiliin muodostettu reiät (eivät näy kuvassa 1a). Jäljelle jäänyt osa uhrautuvasta kerroksesta toimii tukena siirrettävälle peilille. Substraatti on valinnaisesti poistettu optisesta alueesta 125, jotta vältyttäisiin substraatin aiheuttamalta vaimennukselta ja heijastumiselta.

Siirrettävän peilin positiota säädetään johtamalla jännite peilirakenteisiin sisältyviin elektrodeihin valmistamalla yksi kerros 106, 112 kummastakin peilistä johtavaksi esim. seostuksella. Elektrodit 110a ja 110b kytkevät jännitteen elektrodeihin. Kun ohjausjännite johdetaan kiinteän ja siirrettävän peilin elektrodien väliin, saa jännite aikaan voiman, joka liikuttaa siirrettävää peiliä kohti kiinteää peiliä. Jos elektrodit peittävät koko peilin, siirrettävä peili taipuu koko onteloalueella. Tämä aiheuttaa sähköisen aktivoitumisen aikana välimatkan vaihtelun siirrettävän ja kiinteän peilin välillä optisen alueen A sisällä. Tämä on havainnollistettu kuviossa 1b. Siirrettävän peilin epätasomaisuus optisen alueen sisäpuolella aiheuttaa päästökaistan taajuuden vaihtelun optisen alueen sisäpuolella sekä kaistaleveyden laajentumisen. Suotimen laatutekijä eli finessi huononee tämän vuoksi. Tuloksena tällaisen interferometrin finessi ei ole riittävän korkea useimmille sovelluksille, jossa korkea finessi vaaditaan.

Siirrettävän peilin epätasomaisuus optisen alueen sisäpuolella voidaan välttää johtamalla ohjausjännite vain peilien optisen alueen ulkopuolelle. Tämä ratkaisu on havainnollistettu kuviossa 1b. Kerros 106 on yhdistetty vain ohjausjännitteeseen optisen alueen ulkopuolisella alueella ja elektrodiin johdettu jännite ei ole niin tehokas optisella alueella. Tässäkin lähestymistavassa on kuitenkin eräitä haittapuolia.

Ensinnäkin johtuen pienemmästä elektrodi alueesta vaaditaan suurempi jännite elektrodien välille, jotta saataisiin riittävä voima peilien välille. On usein vaikeaa johtaa korkeita jännitteitä pienikokoisiin sensoripiireihin ja myös energian kulutus voi kasvaa johtuen energiahäviöistä tarvittavassa jännitemuunnoksessa.

Toiseksi, vaikka poikkeutusjännitettä ei ole johdettu optiselle alueelle, on silti tarpeellista ulottaa elektrodit tälle alueelle. Tämä johtuu siitä, että peilien optisten alueiden tulee olla kytkettyinä vakioon jännitepotentiaaliin, jotta vältyttäisiin staattisen sähkön kytkeytymiseltä optiselle alueelle, mikä voi aiheuttaa virheitä peilin asemassa. Siirrettävän ja kiinteän peilin tulee olla samassa sähköisessä potentiaalissa optisella alueella, jotta vältyttäisiin voimasta peilien välillä sillä alueella. Sen vuoksi optisen alueen johtava kerros tulee erottaa sähköisesti elektrodista optisen alueen ulkopuolelta ja nämä peilin johtavat alueet tulee olla kytkettyinä eri jännitepotentiaaleihin. Johtavien alueiden kytkeminen eri potentiaaleihin edellyttää sähköisesti johtavia läpivientejä ja johtimia eri peilikerroksiin. Jotta kerroksiin saataisiin sähköisiä läpivientejä ja johtimia, on käytettävä kuviointia sekä seostamista. Tuloksena mikromekaanisen prosessin vaiheiden määrä kasvaa. Tämä tekee interferometrien valmistuksesta monimutkaista ja valmistuskustannuksista liian korkeita kustannusherkille sovelluksille.

Lisäksi yksi haittapuoli liittyy interferometrin muotoon. Peileillä tulisi olla pyöreä muoto, koska mikä tahansa muu lateraalinen muoto voisi aiheuttaa rypistymistä vetorasittuneelle ohutkalvopeilille, kun se on pystysuorasti siirtynyt elektro-staattisen voiman ansiosta. Toisaalta komponentin pyöreä muoto ei yleensä ole elektroniikassa suositeltava, koska komponenttien tiheys substraatilla tai sähköisellä piirillä ei ole optimaalinen.

Keksinnön yhteenveto

Esillä olevan keksinnön tavoitteena on välttää tekniikan tason epäkohdat tai lieventää niitä. Keksinnön tarkoituksena on siten aikaansaada interferometri, jolla on hyvä finessi ja joka ei ole liian monimutkainen valmistaa.

Keksinnön tavoite saavutetaan sähköisesti säädettävällä Fabry-Perot interferometrillä, joka käsittää - substraatin, - substraatin päällä olevan ensimmäisen peilin, - toisen, siirrettävän peilin, - toisella peilillä on siirrettävä optinen alue ja siirrettävä alue optisen alueen ympärillä, - Fabry-Perot ontelon ensimmäisen ja toisen peilin välissä, - ensimmäisellä ja toisella peilillä on elektrodit peilien välisen etäisyyden sähköiseksi ohjaamiseksi, - ainakin toista peiliä ympäröivässä alueessa on väli peilin kahden kerroksen välissä, ja peilikerrokset välin vastakkaisilla sivuilla on yhdistetty ankkuroinnilla välin läpi, joka interferometri on tunnettu siitä, että - ensimmäisen ja toisen peilin elektrodit ulottuvat optiselle alueelle, ja - ankkuroinnin toteutus on sellainen, että toisen peilin jäykkyys on alhaisempi ympäröivällä alueella kuin toisen peilin jäykkyys optisella alueella, jolloin toinen peili on järjestetty taipumaan enemmän ympäröivällä alueella kuin optisella alueella elektrodien aktivoituessa ohjausjännitteellä.

Keksinnön tavoite saavutetaan myös menetelmällä, jolla tuotetaan sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, jolloin - muodostetaan substraatti, - muodostetaan ensimmäinen peili substraatin päälle, - muodostetaan toinen siirrettävä peili, jolloin toisella peilillä on siirrettävä optinen alue ja lisäksi optista aluetta ympäröivä siirrettävä alue, - muodostetaan Fabry-Perot ontelo ensimmäisen ja toisen peilin väliin, - muodostetaan elektrodit ensimmäiseen ja toiseen peiliin peilien välisen etäisyyden sähköiseksi ohjaamiseksi, - muodostetaan väli ainakin toisen peilin ympäröivään alueeseen peilin kahden kerroksen väliin, ja muodostetaan ankkurointi yhdistämään välin vastakkaisten puolien pelikerrokset ankkuroinnilla välin läpi, joka menetelmä on tunnettu siitä, että - ensimmäisen ja toisen peilin elektrodit muodostaan ulottumaan optiselle alueelle, ja - ankkurointi toteutetaan niin, että ympäröivän alueen jäykkyys on alhaisempi kuin optisen alueen jäykkyys, jolloin siirrettävä peili on järjestetty taipumaan enemmän ympäröivällä alueella kuin optisella alueella aktivoitaessa elektrodi ohjausjännitteellä.

Keksinnöllä voidaan saavuttaa huomattavia etuja verrattuna tekniikan tason ratkaisuihin. Keksintö mahdollistaa saavuttamaan siirrettävän peilin, jonka optisen alueen jäykkyys on korkea verrattuna optista aluetta ympäröivään alueeseen. Näin ollen on mahdollista saavuttaa siirrettävän alueen hyvä tasomaisuus, vaikka elektrodit ulottuvat peilien optiselle alueelle. Näin voidaan valmistaa hyvän finessin omaava interferometri.

Elektrodit on mahdollista ulottaa peilin siirrettävän alueen koko alueelle. Näin ollen ei ole tarpeellista aikaansaada muita, sähköisesti eroteltuja johtavia alueita peileissä. Vastaavasti voidaan välttää peilikerroksien johtimet ja läpiviennit ja siten valmistusprosessi on yksinkertainen.

Kun ohjauselektrodit ulottuvat peilien optiselle alueelle, vaadittu siirrettävän peilin liike saadaan aikaan matalammalla ohjausjännitteellä. Näin ollen on mahdollista käyttää interferometrejä laitteissa, joissa korkeaa jännitettä ei ole saatavilla ja ilman tiettyä jännitteen nosto-muunninta.

Keksintö sallii elektrodien eri geometriat ja elektrodit voivat kattaa pienempiä tai isompia osuuksia optisesta alueesta. Keksinnön yhden suoritusmuodon mukaan ohjauselektrodit ulottuvat peilien koko optisten alueiden yli. Tällä suoritusmuodolla on mahdollista saavuttaa vaadittujen ohjausjännitteiden minimaaliset arvot.

Keksinnön erään piirteen mukaan ankkurointiin kuuluu yksittäisiä ankkureita välin läpi, jotka ovat esimerkiksi palkin tai sylinterin muotoisia. Tällaiset palkit voidaan valmistaa samoista materiaaleista kuin välin vastakkaisten puolten kerrokset ja ankkurit voidaan edullisesti kasvattaa samalla, samanaikaisella prosessilla kuin kerros ankkurien yläpuolelle. Ankkurin leveys on edullisesti pienempi tai suunnilleen samankokoinen kuin ankkurin korkeus. Ankkurit ovat edullisesti kohtisuorassa peilitasoihin.

Ankkureiden tiheys on edullisesti korkeampi siirrettävän peilin optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Tällä tavalla optisella alueella saavutetaan korkeampi jäykkyys verrattuna ympäröivään alueeseen. Toinen vaihtoehto on käyttää eri geometrioita ankkureiden jaottelussa, ja/tai käyttää ankkurien eri muotoja ja/tai käyttää ankkurien eri leveyksiä. On lisäksi mahdollista, että peilijäykkyys siirrettävän peilin optisen alueen ja ympäröivän alueen välissä perustuu ankkureiden materiaalisiin ominaisuuksiin.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan interferometrin molemmissa peileissä on välit, jotka toimivat peilin kerroksina. Tällainen rakenne on edullinen pitkien aallonpituuksien sovelluksissa, kuten TIR sovelluksissa.

Keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan siirrettävässä peilissä on välit vain optisen alueen ulkopuolella ja kiinteä peili voi olla ilman väliä. Kun kiinteitä peilikerroksia käytetään siirrettävän peilin optisella alueella, on siirrettävän peilin ympäröivästä alueesta tehty joustavampi väli/ankkuri rakenteella.

Peilin väli sisältää edullisesti ilmaa, mutta väli voi myös sisältää muuta kaasua, joka on läpinäkyvää interferometrin toiminnallisessa aallonpituusalueessa. Väli voi myös sisältää tyhjön.

Keksinnön erään piirteen mukaan toisen peilin siirrettävän alueen muoto on ei-pyöreä, edullisesti suorakaide tai neliö. Tämä keksintö mahdollistaa ei-pyöreän muodon käytön siirrettävällä alueella, käyttämällä paikallisesti epäsäännöllistä ankkuroinnin jaottelua. Tällä tavoin on mahdollista kompensoida peilin epäsäännöllistä taipumista ei-pyöreässä geometriassa. On mahdollista käyttää samaa tai eri geometriaa peilin optisen alueen ja siirrettävän alueen muodoissa. Esimerkiksi siirrettävä alue voi olla neliö ja optinen alue voi olla ympyrä.

Jos peilin siirrettävä alue on ei-pyöreä, edullisesti neliö, on mahdollista sisällyttää useampi interferometri tunnettuun substraattialueeseen kuin jos käytettäisiin pyöreää siirrettävää aluetta. On myös mahdollista tuottaa tietyn optisen alueen omaava interferometrikomponentti, jolla on pienempi komponenttikoko kuin jos käytettäisiin pyöreää siirrettävää aluetta.

Keksinnön erään suoritusmuodon mukaan peilin pinnalla on kohoumia, jotka ulottuvat peilin pinnalta toista peiliä kohti ja estävät siirrettävän ja kiinteän peilin tasaisten pintojen kosketuksen keskenään. On edullista aikaansaada kohoumat ankkureiden kohdalle peilin pinnalla.

Lisäksi keksinnön eräitä edullisia piirteitä on esitetty epäitsenäisissä vaatimuksissa.

Koska monikiteisellä piillä ja ilmalla on kummallakin infrapunan toiminta-alueen aallonpituuksilla matala vaimennus, on mahdollista aikaansaada interferometri, jolla on hyvä suorituskyky jopa pitkien aallonpituuksien toiminta-alueella, kuten 5-30 pm. On kuitenkin on mahdollista käyttää keksinnön mukaisia interferometrejä myös lyhyempien aallonpituuksien toiminta-alueilla.

Tässä patenttihakemuksessa termi ”peili” tarkoittaa rakennetta, jossa on joukko kerroksia, jotka heijastavat valoa peilin optisella alueella. ”Peili” sisältää myös kerroksien alueita, jotka ovat optisen alueen ulkopuolella.

Tässä patenttihakemuksessa termejä ”säteily” tai ”valo” käytetään tarkoitettaessa mitä tahansa säteilyä aallonpituuksien optisella toiminta-alueella.

Tässä patenttihakemuksessa ”uhrautuva kerros” tarkoittaa materiaalista kerrosta, joka on ainakin osittain poistettu lopullisesta tuotteesta.

Tässä patenttihakemuksessa termi ”ankkurien tiheys” tarkoittaa ankkurien määrää tunnetulla alueella peilissä.

Tässä patenttihakemuksessa termit ”piioksidi”, ”piidioksidi” ja ”SiO/ käsittää materiaaleja, jotka voidaan muodostaa eri vaihtoehtoisilla metodeilla, kuten PECVD, LPCVD, lämpöhapetuksella, vaihtolasilla SOG, ja jotka voidaan vaihtoehtoisesti seostaa eri lisäaineilla, kuten fosforilla tai boorilla, ja jotka voidaan sakkauttaa vaihtoehtoisilla lähdemateriaaleilla, kuten silaanilla, TEOS etc. Materiaalia ei siten ole rajoitettu yhteen stoikiometriseen yhdisteeseen.

Kuvioiden lyhyt esittely

Seuraavassa osiossa keksinnön edulliset suoritusmuodot on kuvailtu yksityiskohtaisemmin, viitaten liitettyihin kuviin, joissa:

Kuva 1a havainnollistaa poikkileikkausta lepotilassa olevasta tekniikan tason Fabry-Perot interferometristä.

Kuva 1b havainnollistaa poikkileikkausta aktiivisesta tekniikan tason Fabry-Perot interferometristä.

Kuva 1c havainnollistaa poikkileikkausta toisesta aktiivisesta tekniikan tason Fabry-Perot interferometristä.

Kuva 2 havainnollistaa poikkileikkausnäkymää esimerkinomaisesta keksinnön mukaisesta sähköisesti säädettävästä Fabry-Perot interferometristä, jossa molemmat peilit sisältävät ilmavälin optisella alueella.

Kuva 3 havainnollistaa poikkileikkausnäkymää toisesta esimerkinomaisesta keksinnön mukaisesta sähköisesti säädettävästä Fabry-Perot interferometristä, jolloin molemmat peilit sisältävät kiinteät kerrokset optisella alueella.

Kuva 4 havainnollistaa keksinnön mukaista sähköisesti säädettävää Fabry-Perot interferometriä päältä katsottuna.

Kuvat 5a-5e havainnollistavat esimerkinomaista valmistusprosessia keksinnön mukaiselle esimerkinomaiselle Fabry-Perot interferometrille.

Kuva 6 havainnollistaa suurennettua näkymää siirrettävän peilin osasta ankkurin valmistusvaiheissa.

Suoritusmuotojen yksityiskohtainen kuvaus

Kuviot 1a, 1b ja 1c on esitetty selityksen tekniikan tason osiossa.

Kuva 2 havainnollistaa poikkileikkausta keksinnön mukaisesta esimerkinomaisesta Fabry-Perot interferometristä. Interferonietrillä on substraatti 130 esimerkiksi yksikiteisestä piimateriaalista, jolloin interferometrin optisella alueella voi olla aukko 125, jolloin aikaansaadaan optinen aukko interferometrille. Jos substraatti on vahvasti seostettu, substraattikerros vaimentaa säteilyä ja estää säteilyn siirtymisen optisen aukon ulkopuolelle. Aukko voidaan kuitenkin myös aikaansaada erillisellä läpinäkymättömällä kerroksella, poistamatta substraattia.

Kiinteän peilin heijastavat kerrokset aikaansaadaan kerroksilla 102, 104, 106, jolloin kerrokset 102, ja 106 ovat monikiteistä piitä ja kerros 104 on väli, joka sisältää tyhjiön, ilmaa tai muuta kaasua, joka on läpinäkyvää aallonpituuden toiminta-alueella. Väli on muodostettu poistamalla optiselta alueelta uhrautuva piioksidi 113 kerros. Kerros 106 on tehty seostetusta monikiteisestä piistä ja se toimii kiinteän peilin ohjauselektrodina.

Interferonietrillä on toinen, siirrettävä peili, jolla on heijastavat kerrokset 112, 114, 116. Kerrokset 112 ja 116 ovat monikiteistä piitä ja kerros 114 on väli, joka sisältää tyhjiön, ilmaa tai muuta läpinäkyvää kaasua. Väli on muodostettu poistamalla uhrautuva piioksidikerros 113 optiselta alueelta. Kerros 112 on tehty seostetusta monikiteisestä piistä ja se toimii siirrettävän peilin sähköä johtavana ohjauselektrodina.

Alemman kiinteän peilin elektrodi on sähköisesti kytketty kontaktiin 110a ja siirrettävän peilin elektrodi 112 on kytketty kontaktiin 110b. Sähköiset kontaktit 110a, 110b on tehty esimerkiksi alumiinista. Elektrodit peittävät olennaisesti koko peilin alueen. Tällä tavoin ohjausjännite peilin elektrodien välillä tuottaa maksimaalisen voiman peilien välille, tämän mukaisesti vaaditaan minimi voima saavuttamaan siirrettävän peilin määrätty poikkeama. Aikaansaamalla elektrodeja koko peilin alueelle, on mahdollista välttää elektrostaattisesti latautuneet kytkennät peileissä.

Peilin rakenteissa olevat ankkurit 105, 115 pitävät aukkojen leveydet tasaisina koko optisen alueen läpi. Ankkurit yhdistävät välin vastakkaisten puolien kerrokset mekaanisesti toisiinsa. Edullisesti ankkurit peittävät vain pienen osan optisesta alueesta, kuten 1-10%, jotta vältyttäisiin merkittävältä vaimennukselta. Kunkin ankkurin leveys voi olla esimerkiksi muutaman pm. Tulisi huomata, että ankkureiden ja reikien koko on huomattavasti suurennettu poikkileikkauskuvissa tässä hakemuksessa, jotta voitaisiin paremmin havainnollistaa ankkurien rakennetta. Ankkurit voidaan valmistaa esimerkiksi samasta monikiteisestä piimateriaalista kuin kerrokset. On edullista muodostaa ankkurit samalla prosessilla kuin kerros ankkuroinnin yläpuolella.

Kyseessä olevan keksinnön mukaan siirrettävän peilin jäykkyys on suurempi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Jotta tämä saavutettaisiin, on ankkurien tiheys edullisesti suurempi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Jotta saavutettaisiin vaadittu jäykkyyden vaihtelu, on mahdollista käyttää ankkureissa eri jakautumisgeometrioita. Lisäksi on mahdollista käyttää ankkureille epähomogeenistä jaottelua, jotta kompensoitaisiin paikallista vaihtelua peilin tarpeellisessa venymisessä, jos peilin liikkuva osa on ei-pyöreä.

Peilin välin leveyden arvo on edullisesti λ/4, jolloin λ on keskiaallonpituus interferometrin päästökaistalla. Optinen paksuus muilla peili kerro ks i I la on edullisesti myös λ/4. Kuitenkin välin leveys/optinen paksuus voi vaihtoehtoisesti olla jokin λ/4 kerrannainen.

Interferometrin ontelo on muodostettu tilaan 123, josta uhrautuva piioksidikerros on poistettu. Uhrautuva kerros on etsattu esimerkiksi nesteellä tai höyryllä HF toisen peilin reikien 151 läpi. Näin toisesta peilistä tulee liikkuva. Piioksidikerros on poistettu interferometrin optiselta alueelta, mutta sitä ei ole poistettu piioksidikerroksen reunoilta 111. Jäljellä oleva piioksidikerros siirrettävän ylemmän peilin ja alemman kiinteän peilin reunojen välillä toimii tukena siirrettävälle ylemmälle peilille.

Kuva 3 havainnollistaa sähköisesti ohjattavaa Fabry-Perot interferometriä keksinnön toisen suoritusmuodon mukaan. Tässä interferometrissä kaikki peilikerrokset ovat kiinteää materiaalia optisella alueella. Tämä interferometri on näin käyttökelpoinen säteilyn lyhyillä aallonpituuksilla. Kiinteällä peilillä on piioksidi tai piinitridi kerros 104, piikerroksien 102 ja 106 välissä. Kerros 106 on seostettu, jotta aikaansaataisiin sähköisesti johtava elektrodi kiinteään peiliin. Siirrettävän peilin optisella alueella on piioksidi tai piinitridi kerros 114 piikerroksien 112 ja 116 välissä, joka on kytketty ankkureilla 115. Kerros 112 on seostettu, jotta aikaansaataisiin sähköisesti johtava elektrodi kiinteään peiliin.

Siirrettävän peilin alue, joka sisältää ilmavälin ankkureilla, on tehty joustavammaksi kuin kiinteästä materiaalista tehty alue. Näin ollen siirrettävän peilin jäykkyys on korkeampi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Tuloksena siirrettävän peilin taipuminen siirrettävässä peilissä tapahtuu pääasiassa optisen alueen ulkopuolella samalla, kun optisen alueen peilialue pysyy olennaisesti tasaisena.

Kuva 4 havainnollistaa keksinnön mukaista sähköisesti säädettävää Fabry-Perot interferometriä päältä katsottuna. Interferometrin optinen alue 461 on pyöreä ja optisen alueen ympärillä on lisäksi alue 462, jossa ylempi alue on liikkuva. Pisteet kuvassa havainnollistavat ankkureita siirrettävän peilin ja kiinteän peilin välissä. Ankkureiden tiheys on korkeampi optisella alueella 461 kuin optisen alueen ulkopuolisella alueella 462. Keksinnön mukaan siirrettävän peilin jäykkyys on korkeampi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Näin ollen siirrettävän peilin taipuminen tapahtuu ympäröivällä alueella 462 ja siirrettävä peili pysyy suhteellisen tasaisena optisella alueella 461.

Siirrettävään peiliin on aikaansaatu pieniä reikiä (ei kuvattu), joita on käytetty poistamaan uhrautuva kerros. Reiät on edullisesti jaoteltu tasaisesti toisen peilin poikki. Jokaisen reiän halkaisija voi olla esimerkiksi 100nm-5um. Reiät voivat peittää toisen peilin optisesta alueesta 0,01 %-5%. Pienen kokonaisalueen myötä kyseisillä rei’illä ei ole olennaisesti vaikutusta interferometrin suorituskykyyn.

Kuva 4 havainnollistaa myös elektrodien kontakteja 110a ja 110b ylemmässä ja alemmassa peilissä. Kontaktit on sijoitettu interferometrien kulmiin.

Kuvat 5a, 5b, 5c, 5d ja 5e havainnollistavat virtauskaaviota esimerkinomaisesta keksinnön mukaisesta menetelmästä, jolla tuotetaan sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri. Valmistusprosessi aloitetaan aikaansaamalla kiekkosubstraatti 51. Substraatti voi olla esimerkiksi yksikiteistä piitä. Seuraavaksi eristävä piioksidikerros muodostetaan substraattiin LTO (low temperature oxidation) kasvatksella 52. Sitten muodostetaan kiinteän peilin kerrokset.

Vaiheessa 53 muodostetaan monikiteinen piikerros. On mahdollista aikaansaada reikiä tähän kerrokseen uhrautuvan kerroksen etsaamista varten, jos tarvitaan. Tulisi huomata, että tässä keksinnön suoritusmuodossa ei ole tarpeellista aikaansaada ioni-implantaatiota tähän kerrokseen, koska sähköisesti johtavia alueita ei tarvita. Monikiteisen piikerroksen muodostamisen jälkeen suoritetaan lämpökäsittely, mutta tätä ei erityisesti mainita seuraavassa jatkovaiheiden selityksessä.

Seuraavaksi uhrautuva kerros muodostetaan esimerkiksi LPCVD S1O2 kasvatuksella, 54, joka sen jälkeen kuvioidaan , 55 ankkureille. Sitten monikiteinen piikerros muodostetaan, 56, ja johtavat kerrokset muodostetaan ioni-implantaatiolla, 57. Tulisi huomata, että tässä keksinnön suoritusmuodossa on mahdollista saada koko kerros sähköisesti johtavaksi, koska eristävää aluetta ei tarvita kerroksessa. Sen jälkeen monikiteinen pii kuvioidaan, 58, jotta aikaansaataisiin reikiä uhrautuvan kerroksen etsausta varten. Näin kerrokset kiinteälle peilille on valmistettu.

Fabry-Perot onkalon muodostava uhrautuva kerros on muodostettu LPCVD S1O2 kasvatuksella, 59. Uhrautuvaa kerrosta ei ole tarpeen kuvioida. Seuraavaksi tuotetaan kerrokset siirrettävälle peilille. Kerros monikiteistä piitä kasvatetaan, 80, ja johtava alue muodostetaan ioni-implantaatiolla, 81. Kerros kuvioidaan 82, jotta saadaan aikaan reiät uhrautuvan kerroksen etsausta varten. Seuraavaksi tehdään seuraava uhrautuva kerros LPCVD S1O2 kasvatuksella, 83, ja kerros kuvioidaan, 84. Tällä kuvioinnilla määritetään siirrettävän peilin ankkureiden paikat. Ankkureiden tiheys on edullisesti suurempi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella. Tällä tavoin saavutetaan suurempi jäykkyyden arvo optisella alueella verrattuna ympäröivään alueeseen. Monikiteinen piikerros muodostetaan LPCVD kasvatuksella, 85, ja reiät etsataan, 86. Näin kerrokset siirrettävälle peilille on valmistettu.

Kontakteja varten suoritetaan metallointi alumiinilla sputteroinnilla ja kuvioinnilla, 87. Seuraavaksi pino oksidi- ja poly-Si -kerroksia kuvioidaan interferometrin, 88 kääntöpuolella. Piin ICP etsauksella substraattiin, 89, voidaan tehdä reikä/syvennys optisella alueella. Lopulta interferometrisirut leikataan ja uhrautuva kerros etsataan, 90.

Kuva 6 on suurennettu näkymä siirrettävän peilin osasta ankkurin tuotantovaiheissa. Kuva 6 kuvaa myös kohoumaa, joka muodostetaan estämään peilien tarttumista toisiinsa pintojen koskettaessa sähköisen aktivaation seurauksena. Kun siirrettävän peilin ensimmäinen pohjakerros 61 on kasvatettu uhrautuvan kerroksen 60 päälle, (vaiheet 80, 81 kuvissa 5b ja 5c) kerros kuvioidaan (vaihe 82), jotta aikaansaataisiin reiät 62a etsausta varten ja aikaansaadaan reikä 62b kohoumalle 68. Siirrettävän peilin uhrautuva kerros 63 kasvatetaan (vaihe 83) ja ankkurien reiät kuvioidaan (vaihe 84). Siirrettävän peilin päällimmäinen kerros 65 kasvatetaan (vaihe 85), jolloin myös ankkurit 67 ja kohouma 68 muodostetaan. Kuvassa 6 havainnollistetulla ankkurilla 67 on sylinterimäinen muoto. Peilin päällimmäinen kerros kuvioidaan (vaihe 86) reikien muodostamiseksi 66 etsausta varten. Lopulta uhrautuvat kerrokset 60, 63 poistetaan etsaamalla (vaihe 90) ne reikien 66 ja 62a läpi.

Keksintö on kuvailtu viittaamalla liitettyihin suoritusmuotoihin. On kuitenkin selvää ettei keksintö rajoitu niihin, vaan käsittää kaikki suoritusmuodot, jotka voi kuvitella keksinnöllisyyden sekä oheisten patenttivaatimusten rajoissa.

Esimerkiksi, jotkin materiaalit, dimensiot ja muodot ovat mainittu esimerkkeinä keksinnön implementaation vuoksi. Kuitenkin on selvää, että dimensiot, muodot ja materiaalit niin kuin rakenteen muodot ovat muunneltavissa ja optimoitavissa jokaiseen implementaatioon ominaisten vaatimustensa mukaisesti.

Keksinnöllisillä interferometreillä on useita edullisia sovelluksia. Niitä voidaan käyttää ohjattavina suodattimina optisissa spektrometreissä, värianalysaattoreissa, kuvannuslaitteissa, optisissa data kommunikaatioissa sekä vaihtelevissa spektroskopiaa hyödyntävissä laitteissa orgaanisilla yhdisteillä tai polymeereillä kaasussa tai nesteessä. Keksintö on edullisimmillaan käytettynä infrapunan mittaamiseen, ja erityisesti termisen infrapunan toiminta-alueella.

Claims (15)

1. Sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferonietri, joka käsittää - substraatin (130), - substraatin päällä olevan ensimmäisen peilin (102-106), - toisen, siirrettävän peilin (112-116) - toisella peilillä on siirrettävä optinen alue (461) ja siirrettävä alue optisen alueen ympärillä (462), - Fabry-Perot ontelo ensimmäisen ja toisen peilin välissä (123) - ensimmäisellä ja toisella peilillä on elektrodit peilien välisen etäisyyden sähköiseksi ohjaamiseksi (106,112), - ainakin toisen peilin ympäröivässä alueessa on väli(104, 114) peilin kahden kerroksen välissä, ja peilikerrokset välin vastakkaisilla puolilla on yhdistetty ankkuroinnilla (105, 115) välin läpi, tunnettu siitä, että - ensimmäisen ja toisen peilin elektrodit ulottuvat optiselle alueelle (461), ja - ankkuroinnin (115) toteutus on sellainen, että jäykkyys on alhaisempi ympäröivällä alueella kuin jäykkyys optisella alueella, jolloin siirrettävä peili on järjestetty taipumaan enemmän ympäröivällä alueella kuin optisella alueella aktivoitaessa elektrodit ohjausjännitteellä.

2. Vaatimuksen 1 mukainen sähköisesti ohjattava Fabry-Perot interferometri tunnettu siitä, että ohjauselektrodit (106, 112) ulottuvat olennaisesti ensimmäisen ja toisen peilin koko optisen alueen (461) yli.

3. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että toiseen siirrettävään peiliin sisältyy väli (114) myös optisella alueella (461).

4. Vaatimuksen 3 mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että ankkurien tiheys toisen, siirrettävän peilin välissä on korkeampi optisella alueella (461) kuin ympäröivällä alueella (462).

5. Vaatimuksen 3 tai 4 mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että erot peilin jäykkyydessä optisen alueen ja ympäröivän alueen välillä perustuvat ankkurien sijoittelukuvioon ja/tai muotoon ja/tai ankkurien leveyteen.

6. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että ensimmäiseen ja toiseen peiliin sisältyy väli (104, 114) kerroksien välissä optisella alueella.

7. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että välin (104, 114) leveys on λ/4, jolloin λ on keskiaallonpituus interferometrin päästökaistalla.

8. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että välissä (104, 114. on tyhjö tai että väli sisältää ilmaa tai muuta kaasua, joka on läpinäkyvää interferometrin toiminnallisella aallonpituusalueella.

9. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että interferometrin siirrettävä alue (461,462) on ei-pyöreä, edullisesti suorakaide tai edullisimmin neliö.

10. Vaatimuksen 9 mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että toisen peilin ankkureiden jaottelussa on paikallista epäsäännöllisyyttä peilin rypistymisen estämiseksi.

11. Minkä tahansa edellisen patenttivaatimuksen mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että ensimmäisessä ja/tai toisessa peilissä on kohoumia (68), jotka ulottuvat peilin pinnalta toista peiliä kohti ja estääkseen ensimmäisen ja toisen peilin tasaisten pintojen kosketuksen keskenään.

12. Vaatimuksen 11 mukainen sähköisesti säädettävä Fabry-Perot interferometri, tunnettu siitä, että kohoumat (68) on sijoitettu ankkureiden paikoille peilin pinta-alueella.

13. Menetelmä sähköisesti säädettävän Fabry-Perot interferometrin valmistamiseksi, jolloin - muodostetaan substraatti (51), - muodostetaan ensimmäinen peili substraatin päälle (53-58), - muodostetaan toinen siirrettävä peili, jolloin toisella peilillä on siirrettävä optinen alue ja lisäksi optista aluetta ympäröivä siirrettävä alue (80-86), - Muodostetaan Fabry-Perot ontelo ensimmäisen ja toisen peilin väliin (59, 90), - Muodostetaan elektrodit ensimmäiseen ja toiseen peiliin peilien välisen etäisyyden sähköiseksi ohjaamiseksi (57, 81), - muodostetaan väli ainakin toisen peilin ympäröivään alueeseen peilin kahden kerroksen väliin, ja muodostetaan ankkurointi yhdistämään välin vastakkaisten puolien pelikerrokset ankkuroinnilla välin läpi (83, 84, 86), tunnettu siitä, että - ensimmäisen ja toisen peilin elektrodit muodostetaan ulottumaan optiselle alueelle (57, 81), ja - ankkurointi toteutetaan niin, että ympäröivän alueen jäykkyys on alhaisempi kuin optisen alueen jäykkyys, jolloin siirrettävä peili on järjestetty taipumaan enemmän ympäröivällä alueella kuin optisella alueella aktivoitaessa elektrodi ohjausjännitteellä (83, 84, 86).

14. Vaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ankkurointi toteutetaan ankkureiden depositiolla, jolloin ankkureiden tiheydestä toisen, siirrettävän peilin välissä tehdään suurempi optisella alueella kuin ympäröivällä alueella.

15. Vaatimuksen 13 tai 14 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ohjauselektrodit saatetaan ulottumaan ensimmäisen peilin ja toisen peilin koko optisen alueen yli.