IT202000016855A1 - Dispositivo a microspecchio mems chiuso in un involucro dotato di una superficie trasparente e avente una piattaforma orientabile - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo: ?DISPOSITIVO A MICROSPECCHIO MEMS CHIUSO IN UN INVOLUCRO DOTATO DI UNA SUPERFICIE TRASPARENTE E AVENTE UNA PIATTAFORMA ORIENTABILE?

La presente invenzione ? relativa ad un dispositivo microspecchio MEMS chiuso in un involucro dotato di un una superficie trasparente ed avente una piattaforma orientabile.

Sono noti dispositivi MEMS aventi una struttura a specchio realizzata con la tecnologia dei materiali semiconduttori.

Tali dispositivi a microspecchio MEMS trovano ampia applicazione, dato che consentono di rispettare requisiti stringenti per quanto riguarda l?occupazione di spazio, sia relativamente all'area sia allo spessore.

Essi vengono quindi ampiamente utilizzati in apparecchi portatili, quali computer portatili, laptop, notebook (compresi i notebook ultra-sottili), PDA, tablet, telefoni cellulari smartphone, apparecchi per applicazioni ottiche, in particolare per indirizzare con modalit? desiderate fasci di radiazioni luminose generati da una sorgente di luce, ecc.

Ad esempio, dispositivi micro-elettro-meccanici a specchio vengono utilizzati in moduli proiettori miniaturizzati (cosiddetti picoproiettori), in grado di proiettare a distanza immagini o di generare pattern di luce desiderati. Inoltre, essi sono utili in applicazioni per occhiali e visori a realt? aumentata e in dispositivi LIDAR (Light Detection And Ranging) di scansione.

Come ? noto, la tecnologia LIDAR consente la misura della distanza da un bersaglio all'interno di un campo visivo mediante l'illuminazione di un bersaglio con un raggio laser, il rilevamento del raggio laser riflesso dal bersaglio con un sensore (che rileva il ?raggio di ritorno?) e la determinazione del tempo trascorso (?tempo di ritorno?) tra la trasmissione del raggio laser verso il bersaglio e la ricezione del raggio di ritorno. Illuminando con il raggio laser obiettivi diversi all'interno del campo visivo, dalla differenza dei tempi di ritorno ? possibile costruire un insieme di punti che costituisce una rappresentazione digitale tridimensionale del campo visivo.

La tecnica LIDAR ? perci? utile per creare mappe ad alta risoluzione, con applicazioni in geodesia, geomatica, archeologia, geografia, geologia, geomorfologia, sismologia, silvicoltura, fisica atmosferica, guida laser, mappatura laser dell'andana dell'ala (ALSM - Airborne Laser Swath Mapping) e altimetria laser. La tecnologia LIDAR viene utilizzata anche nel controllo e nella navigazione di veicoli autonomi o in sistemi avanzati di assistenza alla guida in alcuni veicoli.

I dispositivi micro-elettro-meccanici a specchio includono generalmente un elemento a specchio sospeso su/in una cavit? e realizzato a partire da un corpo di materiale semiconduttore in modo tale da risultare mobile, tipicamente con movimento di inclinazione o rotazione, per indirizzare in maniera desiderata il fascio luminoso incidente.

Ad esempio, la figura 1 mostra schematicamente un picoproiettore 1 comprendente una sorgente luminosa 2, tipicamente una sorgente laser, generante un fascio di luce 3 composto da tre fasci monocromatici, uno per ogni colore base, che, attraverso un'ottica 4 mostrata solo schematicamente, viene deflesso da un elemento a specchio 5 verso uno schermo 6 dove produce una scansione 7. Nell'esempio mostrato, l'elemento a specchio 5 comprende due microspecchi 8, 9, disposti in sequenza sul percorso del fascio di luce 3 e ciascuno girevole intorno ad un proprio asse, e precisamente un primo microspecchio 8 ? girevole intorno ad un asse verticale A e un secondo microspecchio ? girevole intorno ad un asse orizzontale B, perpendicolare all'asse verticale A. La rotazione del primo microspecchio 8 intorno all'asse verticale A genera una scansione orizzontale rapida, come mostrato nel dettaglio di figura 1. La rotazione del secondo microspecchio 9 intorno all'asse orizzontale B genera una scansione verticale lenta.

In talune applicazioni, come nei sistemi a realt? aumentata e nei dispositivi LIDAR sopra citati, l'elemento a specchio o ciascun microspecchio 8, 9 ? mantenuto in ambiente a pressione ridotta tramite un involucro ermetico avente almeno un lato trasparente. In questo modo, infatti, ? possibile ottenere ottime prestazioni grazie all'aumento del fattore Q dovuto alle bassa pressione esistente.

Ad esempio, la figura 2 mostra un generico microspecchio 10, implementante il microspecchio 8 o 9 di figura 1.

Il microspecchio 10 comprende una piattaforma orientabile 11 dotata di una superficie riflettente 11A e portata da un corpo 12 attraverso una struttura di supporto e attuazione non mostrata, che consente la rotazione della piattaforma orientabile 11 almeno intorno ad un asse 15. Qui, il corpo 12 ha forma a tazza ed ? chiuso superiormente da un coperchio 16 avente una superficie esterna 16A e una superficie posteriore 16B.

Il coperchio 16 ? costituito o comprende una parete trasparente, ad esempio di vetro (in particolare, di ossido di silicio) che consente ad un raggio incidente esterno Li di raggiungere la piattaforma girevole 11 e di essere riflesso verso l'esterno, come raggio riflesso Lr, con un orientamento legato alla posizione angolare momentanea della piattaforma orientabile 11.

Durante l'uso, tuttavia, il coperchio 16 pu? dare origine ad immagini artefatte dovute a riflessioni spurie causate dal coperchio 16 stesso. Ad esempio, il raggio incidente esterno Li, in ingresso al microspecchio 10, viene in parte trasmesso dal coperchio 16 verso la piattaforma orientabile 11 e in parte riflesso direttamente dalla superficie esterna 16A come raggio spurio Ls. Analoghi raggi spuri (non mostrati) possono essere generati a partire dal raggio incidente esterno Li sulla superficie posteriore 16B del coperchio 16 e anche (a seguito di riflessioni multiple) a partire dal raggio riflesso Lr. Tali riflessioni spurie, a causa del differente cammino ottico, possono dare origine a macchie e rumore per un bersaglio, schermo o utente verso cui ? diretto il raggio riflesso Lr e/o un'unit? di rilevamento e valutazione del tempo trascorso o di altro parametro della radiazione luminosa riflessa.

Per risolvere tale problema, sono state studiate diverse soluzioni, quali la disposizione di uno strato antiriflettente (ARC - Anti Reflective Coating) sul coperchio 16 per eliminare la riflessione spuria, il trattamento delle superfici 16A, 16B per ridurne l'indice di riflessione, e la disposizione del coperchio 16 (o almeno di una parte di questo) in posizione inclinata rispetto alla superficie riflettente 11A della piattaforma orientabile. Ad esempio, quest'ultima soluzione ? mostrata in EP 1748029 e consente di dirigere il raggio spurio Ls (nonch? quello generato sulla superficie posteriore 16B del coperchio 16) in direzioni considerevolmente diverse rispetto a quella del raggio riflesso Lr, in modo che essi non colpiscano o non vengano rilevati dal bersaglio.

Tali soluzioni non risolvono tuttavia il problema in modo soddisfacente. Infatti gli strati antiriflettenti o il trattamento superficiale non sono sufficientemente efficaci nell'eliminazione della riflessione spuria, in particolare nel caso di luce visibile, in cui la macchia riflessa ? di dimensioni elevate. D'altra parte, la disposizione inclinata del coperchio o la realizzazione inclinata di una parte del coperchio comporta difficolt? di fabbricazione elevate e la fetta di vetro che viene incollata alla fetta che forma il corpo 12 ? fragile e difficile da manipolare dalle attuali apparecchiature di produzione, comportando elevati costi di fabbricazione, ridotta produzione ed elevati scarti di fabbricazione.

Scopo della presente invenzione ? realizzare un microspecchio che superi gli inconvenienti della tecnica nota.

Secondo la presente invenzione viene realizzato un microspecchio, come definito nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione ne vengono ora descritte alcune forme di realizzazione, a puro titolo di esempio non limitativo, con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 ? una rappresentazione schematica di un picoproiettore utilizzante elementi a specchio MEMS monodimensionali;

- la figura 2 ? una sezione trasversale di un elemento a specchio MEMS noto;

- la figura 3 ? una sezione trasversale di una forma di realizzazione del presente dispositivo a microspecchio MEMS;

- la figura 4 mostra l'effetto di una struttura dotata di una metasuperficie a profilo progressivo su un fronte d'onda riflesso di un raggio luminoso incidente;

- la figura 5 mostra una ingrandita del dispositivo a microspecchio di figura 3, secondo una forma di realizzazione;

- le figure 6 e 7 sono rispettivamente una vista dall'alto e una vista laterale di una possibile configurazione di una metasuperficie del presente dispositivo a microspecchio;

- le figure 8 e 9 sono rispettivamente una vista dall'alto e una vista laterale di una possibile implementazione basata sulla ripetizione della configurazione delle figure 6 e 7;

- le figure 10 e 11 sono rispettivamente una vista dall'alto e una vista laterale di una diversa configurazione di una metasuperficie del presente dispositivo a microspecchio;

- le figure 12 e 13 sono rispettivamente una vista dall'alto e una vista laterale di un'altra configurazione di una metasuperficie del presente dispositivo a microspecchio;

- le figure 14 e 15 sono viste dall'alto di varianti della configurazione mostrata nelle figure 6 e 7;

- la figura 16 mostra una implementazione di una parte del dispositivo a microspecchio di figura 3;

- le figure 17 e 18 mostrano due possibili varianti implementative di una parte del presente dispositivo a microspecchio;

- la figura 19 mostra una differente forma di realizzazione del presente dispositivo a microspecchio; e - le figure 20 e 21 mostrano due varianti di un dettaglio della forma di realizzazione di figura 19.

La figura 3 mostra schematicamente un dispositivo a microspecchio MEMS 20.

Il dispositivo a microspecchio MEMS 20 ? di tipo monoassiale e comprende una piattaforma orientabile (?tiltable?) 21. La piattaforma orientabile 21 ? dotata di una superficie riflettente 21A ed ? portata da un corpo 22 attraverso una struttura di supporto e attuazione non mostrata, che consente la rotazione della piattaforma orientabile 21 intorno ad un asse di oscillazione 25.

Qui, il corpo 22 ha forma a tazza, definisce una cavit? 23 in cui ? alloggiata la piattaforma orientabile 21 ed ? chiuso superiormente da un coperchio 26, fissato al corpo 22 attraverso uno strato adesivo 27. In alternativa, il corpo 22 pu? avere un fondo ed una parete laterale fra loro incollate, in modo da definire la cavit? 23. Il corpo 22 pu? essere realizzato di materiale semiconduttore, quale silicio e la piattaforma orientabile 21 pu? essere realizzata in modo monolitico con il corpo 22.

Il corpo 22 e il coperchio 26 costituiscono un involucro 24. Nella forma di realizzazione mostrata, l'involucro 24 ? chiuso ermeticamente dallo strato adesivo 27 e all'interno pu? essere presente una depressione, per ottenere un fattore di qualit? elevato.

Il coperchio 26 ? formato qui da una parete planare trasparente, a esempio di vetro, avente una prima superficie 26A rivolta verso l'esterno del dispositivo a microspecchio MEMS 20 ed una seconda superficie 26B rivolta verso l'interno del dispositivo a microspecchio MEMS 20, verso la superficie riflettente 21A della piattaforma orientabile 21. La prima e la seconda superficie 26A, 26B del coperchio sono planari e giacciono in piani fra loro paralleli e paralleli ad un piano orizzontale XY di un sistema di riferimento cartesiano XYZ.

Nella forma di realizzazione mostrata, l'asse di oscillazione 25 della piattaforma orientabile 21 si estende parallelamente al primo piano e ad un primo asse Y del sistema di riferimento cartesiano XYZ. Inoltre, in condizione di riposo, la superficie riflettente 21A della piattaforma orientabile 21 si estende parallelamente alle superfici 26A e 26B del coperchio 26. Di conseguenza, il dispositivo a microspecchio MEMS 20 ? configurato per ricevere una radiazione luminosa incidente Li e generare una radiazione luminosa riflessa Lr, in cui la radiazione luminosa incidente Li e la radiazione luminosa riflessa Lr formano fra loro un angolo ? dipendente dalla posizione angolare istantanea della piattaforma orientabile 21 e giacente in un piano verticale XZ del sistema di riferimento cartesiano XYZ.

In figura 3, l'angolo di scansione ottenibile per effetto della rotazione della piattaforma orientabile 21 ? indicato con ?.

Il coperchio 26 porta, sulla prima superficie 26A, una prima metastruttura 30 e, sulla seconda superficie 26B, una seconda metastruttura 31 configurate in modo da formare rispettive metasuperfici.

Come ? noto, le metasuperfici (quali quelle formate dalle metastrutture 30, 31) sono costituite da elementi ottici diffrattivi di dimensioni inferiori o comparabili a quelle della lunghezza d'onda della luce e disposti in modo regolare cos? da modificare i fronti d'onda in modo desiderato per quanto riguarda fase, ampiezza e polarizzazione (si veda ad esempio ?Flat optics with designer metasurfaces?

In figura 3, le metastrutture 30, 31 sono costituite da elementi ottici diffrattivi 35 configurati e/o disposti in modo da avere densit? variabile linearmente, cos? da essere equivalenti a superfici inclinate per quanto riguarda radiazioni luminose riflesse dal coperchio 26, come discusso sotto.

In particolare, qui gli elementi ottici diffrattivi 35 hanno densit? variabile in una prima direzione di estensione data dall'intersezione del piano orizzontale XY e del piano verticale XZ. La prima direzione di estensione ? qui perpendicolare al primo asse Y e parallela ad un secondo asse X del sistema di riferimento cartesiano XYZ e quindi in seguito indicata anche come prima direzione di estensione X.

Gli elementi ottici diffrattivi 35 sono realizzati in strati otticamente sottili (aventi spessore inferiore a quello della lunghezza della luce nel campo di frequenze considerato) e, nella prima direzione di estensione X, presentano dimensioni e/o distanziamento inferiori a quelle della lunghezza d'onda della radiazione luminosa incidente Li; in particolare, nella prima direzione di estensione X, essi possono avere dimensioni (larghezza) o distanziamento di al massimo a ?/5, con ? lunghezza d'onda della radiazione luminosa incidente, e altezza massima di ?/2.

La prima metastruttura 30 fa s? che una radiazione riflessa spuria Ls sulla prima superficie 26A del coperchio 26 sia deflessa, rispetto alla radiazione luminosa incidente Li, di un angolo ?, giacente nel secondo piano XZ, diverso dall'angolo che si avrebbe in assenza della metastruttura 30. In pratica, l'angolo ? della radiazione riflessa spuria Ls corrisponde alla riflessione che si avrebbe se la prima superficie 26A fosse inclinata rispetto al piano di giacitura XY. Un'analoga deflessione viene causata dalla seconda metastruttura 31 sulla seconda superficie 26B del coperchio 26, come indicato in figura 3 dalla radiazione riflessa spuria Ls'.

In questo modo, dimensionando opportunamente la variazione di densit? realizzata dalle metastrutture 30, 31, come descritto in dettaglio in seguito con riferimento alle figure 5-18, la radiazione riflessa spuria Ls pu? essere diretta in una direzione tale da non interferire con un bersaglio posto sul percorso di propagazione della radiazione luminosa riflessa Lr.

Infatti, come discusso nell'articolo ?Flat optics with designer metasurfaces? sopra citato, le metastrutture 30 e 31 determinano un ritardo di fase della radiazione riflessa spuria Ls rispetto alla radiazione luminosa incidente Li.

In particolare, si veda anche la figura 4 mostrante l'effetto di un andamento lineare del ritardo di fase ??, avente un profilo di ritardo di fase P lungo il secondo asse X, in conformit? al principio di Huygens. Come si nota, un ritardo di fase lineare fa s? che la radiazione luminosa riflessa LR sia inclinata (?tilted?) rispetto alla radiazione luminosa incidente Li perpendicolare al secondo asse X.

Infatti, il ritardo di fase ?? causato dal passaggio di una radiazione luminosa avente lunghezza d'onda ? in un materiale avente indice rifrattivo n in un percorso lungo il secondo asse X ? dato da:

Come indicato, nel dispositivo a specchio MEMS 20, il profilo lineare del ritardo di fase P viene ottenuto grazie alla disposizione a densit? variabile linearmente degli elementi ottici diffrattivi 35 delle metastrutture 30, 31.

Con riferimento alla figura 5, in generale, le metastrutture 30, 31 possono comprendere una pluralit? di celle elementari 40, ciascuna formata da elementi ottici diffrattivi 35 disposti a densit? variabile linearmente, in modo che i rispettivi profili di ritardo di fase P siano disposti a forma di dente di sega. In un esempio di realizzazione, una cella elementare 40 comprende almeno quattro elementi ottici diffrattivi 35.

Inoltre, in figura 5, le celle elementari 40 sono disposte a distanza pari ad un multiplo di 2pi?, in modo che l'interferenza della radiazione luminosa spuria Ls sia sempre di tipo costruttivo.

Di conseguenza, per effetto della configurazione delle metastrutture 30, 31, il coperchio 26 origina una radiazione luminosa riflessa LR inclinata.

La configurazione a densit? variabile linearmente delle metastrutture 30, 31 pu? essere ottenuta come descritto qui di seguito.

Le figure 6 e 7 mostrano una metastruttura 30, 31 utilizzabile per il dispositivo a microspecchio MEMS 20 di figura 3 e formata da una singola cella elementare 40. Qui, gli elementi ottici diffrattivi 35 sono costituiti da colonne 50 di forma cilindrica di diametro crescente lungo la prima direzione di estensione X.

Le colonne 50 sono realizzate di un materiale avente indice rifrattivo con elevato contrasto rispetto al mezzo in cui essi sono immersi, qui aria. Ad esempio la differenza fra l'indice rifrattivo del materiale delle colonne 50 e l'indice rifrattivo del mezzo in cui esse si trovano (alle frequenze della luce utilizzata) pu? essere di almeno 0,5, preferibilmente ? 1. Secondo una forma di realizzazione, le colonne 50 sono realizzate di materiale dielettrico, quale silicio amorfo, nitruro di silicio, diossido di titanio, e sono formate direttamente sul coperchio 26, sporgenti da questo, senza materiale interposto fra loro.

Nella forma di realizzazione delle figure 6 e 7, le colonne 50 sono allineate in file 51 allineate al primo asse Y, perpendicolare alla prima direzione di estensione X e costituente una seconda direzione di estensione; le file 51 sono disposte a distanza reciproca fissa lungo la prima direzione di estensione X (ad un primo passo P1); le colonne 50 di ciascuna fila 51 sono disposte a distanza reciproca fissa lungo la seconda direzione di estensione Y (ad un secondo passo P2); le colonne 50 di ciascuna fila 51 sono inoltre sfalsate rispetto alle colonne 50 delle file 51 adiacenti di una distanza pari a met? del secondo passo P2, in modo da sfruttare in modo ottimale l'area della cella elementare 40.

Le colonne 50 hanno tipicamente un'altezza H (fig. 7) compresa fra 100 e 200 nm e diametro di base variabile fra 10 e 200 nm nel caso che il dispositivo a microspecchio MEMS 20 sia progettato per lavorare nel campo della luce visibile e compreso 50 e 500 nm nel caso che esso operi nel campo della luce infrarossa. Inoltre, il primo passo P1 pu? essere compreso fra 50 e 200 nm e il secondo passo P2 pu? essere compreso fra 50 e 200 nm.

Nelle figure 6, 7, la variazione di dimensione delle colonne 50 nella prima direzione di estensione X consente di ottenere una densit? di materiale diffrattivo crescente da sinistra verso destra; di conseguenza la radiazione luminosa riflessa LR presenta un ritardo di fase crescente verso destra ed LR ? inclinata rispetto alla radiazione luminosa incidente Li, come discusso in precedente con riferimento alle figure 4-5.

Le figure 8 e 9 mostrano una metastruttura 30, 31 comprendente una pluralit? di celle elementari 40, disposte affiancate lungo la prima direzione di estensione X.

Le colonne 50 possono avere dimensioni, primo e secondo passo P1, P2 ed essere realizzate come descritto in dettaglio con riferimento alle figure 6, 7.

Le figure 10 e 11 mostrano una metastruttura 30, 31 comprendente una pluralit? di celle elementari 40 in ciascuna delle quali gli elementi ottici diffrattivi 35 sono costituiti da colonne 55 di forma cilindrica e diametro costante, disposte a distanza decrescente lungo la prima direzione di estensione X. Le colonne 55 sono disposte anche qui a distanza reciproca costante lungo l'asse Y e formano, in pratica, file (indicate ancora con 51) poste a passo P1 variabile e linearmente decrescente fra loro. Anche in questo caso, il secondo passo P2 (distanza fra le colonne 55 nella seconda direzione di estensione Y) ? costante; inoltre, qui, le colonne 55 delle diverse file 51 sono allineate anche nella prima direzione di estensione X.

Il primo passo P1 varia quindi fra un valore massimo e uno minimo compresi fra i valori sopra indicati per le colonne 55. Analogamente, il secondo passo P2 e il diametro D delle colonne 55 possono variare fra i valori sopra indicati per la forma di realizzazione delle figure 6 e 7.

Anche in questo caso, quindi, si ottiene una densit? di materiale diffrattivo crescente da sinistra verso destra tale da provocare una inclinazione della radiazione luminosa riflessa LR rispetto alla radiazione luminosa incidente Li (figura 5).

Nella metastruttura 30, 31 delle figure 12 e 13 le celle elementari 40 comprendono elementi ottici diffrattivi 35 costituiti da colonne 60 di dimensioni variabili e disposte a distanza variabile.

In pratica, in questa forma di realizzazione, nella prima direzione di estensione X, variano sia il primo passo P1 che il diametro D. Anche in questo caso, quindi, si ottiene una densit? di materiale diffrattivo crescente da sinistra verso destra.

La figura 14 mostra una variante della configurazione di figura 6. Qui, gli elementi ottici diffrattivi 35 sono costituiti da colonne 61 di forma poliedrica (nel disegno esagonale) di diametro crescente lungo la prima direzione di estensione X e poste a passi costanti P1 e P2. In questa forma di realizzazione, la vista laterale ? uguale a quella di figura 7.

La figura 15 mostra un'altra variante della configurazione di figura 6. Qui, gli elementi ottici diffrattivi 35 sono costituiti da colonne 62 di forma parallelepipeda, aventi lato lungo parallelo alla seconda direzione di estensione Y e diametro crescente lungo la prima direzione di estensione X. Qui, il primo passo P1 ? costante e la vista laterale ? uguale a quelle di figura 7.

La figura 16 mostra la disposizione delle metastrutture 30 e 31 sulle due superfici 26A, 26B del coperchio 26. Per ottenere uno stesso effetto di inclinazione della luce radiazione luminosa riflessa, le metastrutture 30 e 31 hanno la stessa configurazione, ovvero la stessa direzione ed entit? di variazione della densit? di materiale diffrattivo. In questo modo, le metastrutture 30 e 31 forniscono due uguali profili di ritardo di fase P, e quindi

??2 = ??1

con ??2 ritardo di fase sulla seconda superficie 26B e ??1 ritardo di fase sulla prima superficie 26A. In particolare, le metastrutture 30 e 31 sono fra loro uguali (ovvero comprendono solo colonne 50, o colonne 55 o colonne 60), anche se non ? necessario che queste siano verticalmente allineate fra loro.

La figura 17 mostra una forma di realizzazione in cui le colonne 50, 55 o 60 sono annegate in uno strato dielettrico 65 di un materiale avente indice rifrattivo minore delle colonne 50, 55 o 60, quale diossido di silicio, estendentesi al di sopra della prima superficie 26A del coperchio 26 e/o della seconda superficie 26B del coperchio 26.

La figura 18 mostra una differente forma di realizzazione, in cui gli elementi ottici diffrattivi sono costituiti da cavit? o aperture 66 formate, in particolare passanti, in uno strato diffrattivo 67 estendentesi sopra la prima superficie 26A e/o della seconda superficie 26B del coperchio 26 ed avente indice rifrattivo e tale per cui la differenza fra l'indice rifrattivo dello strato diffrattivo 67 e l'aria (alle frequenze della luce utilizzata) ? maggiore o uguale a 0,5. Ad esempio, lo strato diffrattivo 67 pu? essere di ossido di silicio.

La figura 19 mostra una differente forma di realizzazione di un dispositivo a microspecchio MEMS 70.

Il dispositivo a microspecchio 70 ha una struttura analoga al dispositivo a microspecchio MEMS 20 di figura 3; di conseguenza, parti simili sono state indicate con gli stessi numeri di riferimento e non verranno descritte ulteriormente.

In figura 19, il coperchio, indicato con 76, ha struttura planare standard. Uno strato antiriflettente (non mostrato) pu? essere previsto sulla sua prima superficie 26A o su entrambe le superfici 76, 76B.

Una terza metastruttura 32 ? formata sulla superficie riflettente 21A della piattaforma orientabile 21.

Ad esempio, come mostrato in figura 20, la piattaforma orientabile 21 presenta uno strato di metallizzazione 28, ad esempio di oro o alluminio, che costituisce la superficie riflettente 21A e la terza metastruttura 32 ? realizzata direttamente al di sopra dello strato di metallizzazione 28.

In alternativa, come mostrato in figura 21, lo strato di metallizzazione 28 ? coperto da uno strato dielettrico 29, ad esempio di ossido di silicio, e la terza metastruttura 32 ? formata sullo strato dielettrico 29.

La terza metastruttura 32 pu? essere configurata in un qualsiasi modo descritto sopra e mostrato nelle figure 6-18 per la prima e la seconda metastruttura 30, 31; quindi essa comprende una pluralit? di elementi ottici diffrattivi 35 (ad esempio le colonne 50, 55, 60, 61 o 62, circondate da aria o dallo strato dielettrico 65, oppure le aperture 66 di figura 16). Inoltre, essa pu? comprendere una pluralit? di celle elementari 40.

Le metastrutture 30-32 possono essere fabbricate usando usuali fasi di fotolitografia comunemente utilizzate per la lavorazione di dispositivi micromeccanici aventi parti di dimensioni inferiori alla lunghezza d'onda (si veda ad esempio ?Large area pixelated metasurface beam deflector on a 12-inch glass wafer for random point generation?, di Nanxi Li et al, Nanophotonics 2019; 8(10): pagg. 1855-1861, https://dol.org/10.1515/nanoph-2019-0208). In alternativa, possono essere usate anche tecniche di litografia a nanoimpressione (?nanoimprinting lithography).

In particolare, il dispositivo a microspecchio MEMS 20, 70 pu? essere lavorato a livello di fetta. In questo caso, il corpo 22 e la piattaforma orientabile 21 possono essere realizzati in una fetta di materiale semiconduttore per una pluralit? di dispositivi; una fetta di vetro pu? essere lavorata per formare le metastrutture 30-32 degli stessi dispositivi. Quindi le due fette possono essere incollate (?bonded?) assieme e tagliate, per ottenere una pluralit? di singoli dispositivi a microspecchio MEMS 20 o 70.

Il dispositivo a microspecchio MEMS 20, 70 qui descritto presenta numerosi vantaggi.

Esso risolve il problema della radiazione riflessa indesiderata a costi ridotti, dato che consente di utilizzare tecniche di lavorazione a livello di fetta, usando usuali tecnologie di lavorazione dei semiconduttori a partire da fette piatte standard, come sopra spiegato.

Inoltre, il dispositivo a microspecchio MEMS 20, 70 presenta dimensioni totali ridotte, grazie anche al fatto che il coperchio 26, 76 ? sostanzialmente piatto e le metastrutture 30-32 presentano spessori inferiori alla lunghezza d'onda della radiazione cui il dispositivo a microspecchio MEMS 20, 70 ? destinato.

Risulta infine chiaro che al dispositivo microspecchio MEMS qui descritto ed illustrato possono essere apportate modifiche e varianti senza per questo uscire dall?ambito protettivo della presente invenzione, come definito nelle rivendicazioni allegate. Ad esempio, le diverse forme di realizzazione descritte possono essere combinate in modo da fornire ulteriori soluzioni.

Inoltre, qualora il dispositivo a microspecchio MEMS 20 sia di tipo biassiale, e quindi sia configurato per ruotare intorno a due assi, le metastrutture 30-32 possono avere densit? variabile linearmente lungo una delle due direzioni parallele agli assi di rotazione o lungo una direzione intermedia fra di essi.

Gli elementi ottici diffrattivi 35 possono avere diverse forme, oltre a quelle sopra descritte.

Qualora desiderato, ? possibile realizzare sia la prima e la seconda metastruttura 30, 31 sul coperchio 26, sia la terza metastruttura 32 sulla piattaforma orientabile 21.

Claims (16)

RIVENDICAZIONI

1. Dispositivo a microspecchio MEMS (20; 70), comprendente:

un involucro (24) includente un corpo di contenimento (22) ed un coperchio (26) trasparente ad una radiazione luminosa, l'involucro formando una cavit? (23); e

una piattaforma orientabile (21) alloggiata nella cavit? (23) ed avente una superficie riflettente (21A);

caratterizzato dal fatto di comprendere una metastruttura (30-32) formata sull'involucro (24) e/o sulla superficie riflettente (21A) e includente una pluralit? di elementi ottici diffrattivi (35).

2. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione 1, comprendente una prima cella diffrattiva elementare (40) formata da primi elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi, la prima cella diffrattiva elementare (40) avendo un'area estendentesi in un piano (XY) e i primi elementi ottici diffrattivi (35) della prima cella diffrattiva elementare (40) sono disposti ad una prima densit? variabile linearmente lungo una direzione di variabilit? (X) appartenente al piano (XY).

3. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione precedente, in cui la piattaforma orientabile (21) ? configurata per essere girevole intorno ad un asse di rotazione (25) e la direzione di variabilit? (X) ? perpendicolare all'asse di rotazione.

4. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui i primi elementi ottici diffrattivi (35) della prima cella diffrattiva elementare (40) hanno dimensioni lungo la direzione (X) di variabilit? variabili linearmente e/o sono disposti lungo la direzione di variabilit? ad una distanza inter-elemento reciproca variabile linearmente.

5. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione precedente, in cui le dimensioni lungo la direzione di variabilit? (X) e la distanza inter-elemento sono inferiori alla lunghezza d'onda della radiazione luminosa in un campo di applicazione del dispositivo a microspecchio MEMS.

6. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 2-5, comprendente inoltre almeno una seconda cella diffrattiva elementare (40) formata da secondi elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi, i secondi elementi ottici diffrattivi (35) essendo disposti alla prima densit? variabile linearmente lungo la direzione di variabilit? (X), la prima cella diffrattiva elementare e la seconda cella diffrattiva elementare essendo poste affiancate nella direzione di variabilit? (X) ad una distanza intercella pari ad un multiplo di 2pi?, con ? lunghezza della radiazione luminosa in un campo di applicazione del dispositivo a microspecchio MEMS.

7. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui gli elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi sono costituiti da colonne (50; 55; 60; 61; 62).

8. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione precedente, in cui gli elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi sono di un materiale avente un primo indice rifrattivo e sono immersi in un mezzo avente un secondo indice rifrattivo, in cui il primo indice rifrattivo ? maggiore del secondo indice rifrattivo.

9. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui gli elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi sporgono da una superficie portante (26A; 21A).

10. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione 7 o 8, in cui gli elementi ottici diffrattivi (50; 55; 60; 61; 62) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi si estendono attraverso uno strato dielettrico (65), quale diossido di silicio.

11. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-6, in cui gli elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi sono formati da aperture (66) formate in uno strato (67) dielettrico, ad esempio di ossido di silicio.

12. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il coperchio (26) ? di materiale otticamente trasparente ed ha una superficie interna (26B) rivolta verso la piattaforma orientabile (21) ed una superficie esterna (26A) opposta alla superficie interna, in cui la metastruttura (32) ? formata sulla superficie esterna (26A) del coperchio (26).

13. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione precedente, qualora dipendente dalla rivendicazione 2, comprendente inoltre terzi elementi ottici diffrattivi (35) della pluralit? di elementi ottici diffrattivi, in cui i terzi elementi ottici diffrattivi (35) sono formati sulla superficie interna (26B) del coperchio, formano almeno una terza cella diffrattiva elementare e sono disposti con una terza densit? variabile linearmente parallelamente alla direzione di variabilit?, la terza densit? variabile linearmente essendo uguale alla prima densit? variabile linearmente.

14. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11, in cui la piattaforma orientabile (21) presenta una superficie riflettente (21A) rivolta verso il coperchio (26) e la pluralit? di elementi ottici diffrattivi (35) ? formata sulla superficie riflettente (21A).

15. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione precedente, in cui la superficie riflettente (21A) comprende uno strato di metallizzazione (28) e la metastruttura (32) ? formata direttamente sullo strato di metallizzazione (28).

16. Dispositivo a microspecchio MEMS secondo la rivendicazione 14, in cui la superficie riflettente (21A) comprende uno strato di metallizzazione (28) e uno strato dielettrico (29), e la metastruttura (32) ? formata sullo strato dielettrico (29).