PL179839B1

PL179839B1 - i sposób wytwarzania ukladu cienkowarstwowych ruchomych zwierciadel,zawierajacego warstwy dielektryczne PL PL PL

Info

Publication number: PL179839B1
Application number: PL96322490A
Authority: PL
Inventors: Geun Yong Lim
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd; Daewoo Electronics Coltd
Priority date: 1996-01-31
Filing date: 1996-04-08
Publication date: 2000-11-30
Also published as: HUP9801148A3; JPH11503538A; PE47197A1; WO1997028653A1; PL322490A1; MX9707476A; CZ304197A3; AR001149A1; CN1104815C; TW348324B; JP4152437B2; AU5289996A; CA2216557A1; AU724477B2; CN1179871A; HUP9801148A2; UY24186A1; KR100229790B1; BR9607803A; KR970060514A

Abstract

1 U klad cienkow arstw ow ych ruchom ych zw ierciadel, zaw ierajacy w a- rstwy dielektryczne, do optycznego urzadzenia projekcyjnego, posiadajacy aktyw na m atryce zaw ierajaca podloze, uklad M x N konców ek laczacych i uklad M x N tranzystorów, przy czym kazda z konców ek laczacych jest ele- ktrycznie polaczona z odpow iednim tranzystorem w ukladzie M x N tranzy- storów, zas M i N sa liczbam i calkow itym i, zn a m ie n n y ty m , ze zawiera M x N przewodów (2 2 5 ), przy czym kazdy z tych przew odów (2 2 5 ) jest w ykonany z m aterialu przewodzacego prad elektryczny i uklad M x N struktur urucha- m iajacych (3 0 0 ), przy czym kazda z tych struktur urucham iajacych (3 0 0 ) jest zaopatrzona w czesc laczaca (3 3 0 ) i czesc (3 3 5 ) odbijajaca swiatlo, oraz kazda ze struktur urucham iajacych (3 0 0 ) zaw iera elem ent sprezysty (2 3 5 ), druga cienkow arstw ow a elektrode (2 4 5 ), elektroodksztalcalny cienkow arstw ow y element (2 5 5 ) i pierw sza cienkow arstw ow a elektrode (2 6 5 ), zas kazdy z prze- w odów (2 2 5 ) jest um ieszczony w czesc laczacej (3 3 0 ) w kazdej ze struktur urucham iajacych (3 0 0 ), siegajac od spodu drugiej cienkow arstw ow ej elektro- dy (2 4 5 ) do w ierzchu konców ki laczacej (3 1 4 ) polaczonej elektrycznie z od- pow iednim tranzystorem , i druga cienkow arstw ow a elektroda (2 4 5 ) stanowi elektrode sygnalowa w kazdym z cienkow arstw ow ych ruchomych zw iercia- del (2 0 1 ), zaz pierwsza cienkow arstw ow a elektroda z m aterialu odbijajacego swiatlo i przewodzacego prad elektryczny jest zw arta z masa, stanowiac z w ie - rciadlo i elektrode odchylania w kazdym z cienkow arstw ow ych ruchomych zw ierciadel (2 0 1 ), a ponadto zaw iera liczbe M x N w ielow arstw ow ych stosó w cienkow arstw ow ych dielektrycznych elem entów (4 0 1 ), przy czym kazdy z cienkow arstw ow ych dielektrycznych elem entów (4 0 1 ) um ieszczony jest na górze czesci (3 3 5 ) odbijajacej swiatlo w kazdej ze struktur uruchamiajacych (3 0 0 ), i kazdy z dielektrycznych cienkow arstw ow ych elem entów (4 0 1 ) ma w stepnie okreslona grubosc i wstepnie okreslony w spólczynnik zalam ania FIG. 2 PL PL PL

Description

Przedmiotem niniejszego wynalazku jest układ cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, zawierający warstwy dielektryczne i sposób wytwarzania układu cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł zawierającego warstwy dielektryczne, a dokładniej, układ Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł do optycznego urządzenia projekcyjnego i sposób jego wytwarzania, w którym każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł jest zaopatrzone w wielowarstwowy stos dielektrycznych elementów kolejno formowanych na wierzchu każdego z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł.

Optyczne urządzenia projekcyjne, spośród różnych urządzeń obrazowania wizyjnego są w stanie zapewnić obrazowanie o wysokiej jakości na wielką skalę. W optycznym urządzeniu projekcyjnym światło lampy oświetla równomiernie układ na przykład Μ χ N zwierciadeł ruchomych, przy czym każde ze zwierciadeł jest połączone z jednym elementem poruszającym. Elementy poruszające są wykonane z materiału piezoelektrycznego lub materiału elektrostrykcyjnego, który odkształca się w odporviedzi na przyłożony do niego sygnał elektryczny.

Strumień światła odbity od każdego ze zwierciadeł pada na przykład na szczelinę przegrody optycznej. Poprzez podawanie sygnałów elektrycznych do każdego elementu poruszającego, położenie każdego ze zwierciadeł względem padającego strumienia zmienia się, co powoduje odchylenie drogi optycznej promienia odbitego od każdego ze zwierciadeł. Ponieważ droga optyczna każdego z odbitych strumieni jest zmienna, ilość światła odbitego od każdego ze zwierciadeł, przechodząca przez szczelinę zmienia się, co powoduje modulowanie natężenia strumienia.

179 839

Zmodulowane strumienie przechodzące przez szczelinę padają na ekran projekcyjny poprzez układ optyczny, taki jak soczewki optyczne, i dzięki temu powstaje obraz na ekranie.

Znany jest układ cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł zawierający warstwy dielektryczne, do optycznego urządzenia projekcyjnego, posiadający aktywną matrycę zawierającą podłoże, układ M xN końcówek łączących i układ Mx N tranzystorów, przy czym każda z końcówek łączących jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem w układzie Μ χ N tranzystorów, zaś M i N są liczbami całkowitymi i sposób ich wytwarzania.

Z opisu patentowego, opublikowanego pod numerem WO 95/12287, znany jest układ Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł do optycznego urządzenia projekcyjnego, bez cienkich ceramicznych warstw elektroodkształcalnych. Wyeliminowanie tych warstw ceramicznych pozwala na wytwarzanie takiego układu za pomocą znanych technologii cienkowarstwowych powszechnie stosowanych w produkcji półprzewodników, co z kolei umożliwia uzyskanie wysokiej jakości, powtarzalności i niezawodności wyrobów przy masowej produkcji.

Z opisu patentowego, opublikowanego pod numerem WO 95/13693, znana jest także komórkowa struktura tranzystorowa, zawierająca polikrzemowe oczko bramki. W strukturze tej, poprzez ukształtowanie otworów w kształcie rombu w oczkach pohkrzemowych, metalowe paski źródła i drenu, usytuowane w kierunku krótszych przekątnych mogą być poszerzane i skracane, zmniejszając w ten sposób rezystancję pracy tranzystora bez zwiększenia jego obszaru.

Układ cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, zawierający warstwy dielektryczne, do optycznego urządzenia projekcyjnego, posiadający aktywną matrycę zawierającą podłoże, układ Μ χ N końcówek łączących i układ Μ χ N tranzystorów, przy czym każda z końcówek łączących jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem w układzie Μ χ N tranzystorów, zaś M i N są liczbami całkowitymi, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera Μ χ N przewodów, przy czym każdy z tych przewodów jest wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny i układ Μ χ N struktur uruchamiających, przy czym każda z tych struktur uruchamiających jest zaopatrzona w część łączącąi część odbijającą światło, oraz każda ze struktur uruchamiających zawiera element sprężysty, drugą cienkowarstwową elektrodę, elektroodkształcalny cienkowarstwowy element i pierwszą cienkowarstwową elektrodę, zaś każdy z przewodów jest umieszczony w części łączącej w każdej ze struktur uruchamiających, sięgając od spodu drugiej cienkowarstwowej elektrody do wierzchu końcówki łączącej połączonej elektrycznie z odpowiednim tranzystorem, i druga cienkowarstwowa elektroda stanowi elektrodę sygnałową w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, zaś pierwsza cienkowarstwowa elektroda z materiału odbijającego światło i przewodzącego prąd elektryczny jest zwarta z masą, stanowiąc zwierciadło i elektrodę odchylania w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, a ponadto zawiera liczbę Μ χ N wielowarstwowych stosów cienkowarstwowych dielektrycznych elementów, przy czym każdy z cienkowarstwowych dielektrycznych elementów umieszczony jest na górze części odbijającej światło w każdej ze struktur uruchamiających, i każdy z dielektrycznych cienkowarstwowych elementów ma wstępnie określoną grubość i wstępnie określony współczynnik załamania.

Korzystnie każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł ma strukturę bimorficzną zawierającą parę elektroodkształcalnych elementów rozdzielonych przez elektrodę.

Korzystnie każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł jest ponadto zaopatrzone w dodatkową warstwę elektroodkształcalną i dodatkową warstwę elektrodową.

Sposób wytwarzania układu cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł zawierającego warstwy dielektryczne, według wynalazku charakteryzuje się tym, że wytwarza się aktywną matrycę zawierającą podłoże, układ Μ χ N końcówek łączących i układ Μ χ N tranzystorów, przy czym każda z końcówek łączących jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem, następnie na górze aktywnej matrycy osadza się protektorową cienką warstwę, a w protektorowej cienkiej warstwie tworzy się układ Μ χ N pustych szczelin, przy czym każdą z pustych szczelin umieszcza się wokół wierzchu końcówek łączących, następnie na wierzchu protektorowej cienkiej warstwy osadza się sprężystą warstwę z materiału izolacyjnego wypełniając puste szczeliny i w tej sprężystej warstwie formuje się układ M xN przewodów, przy czym każdy z tych przewo

179 839 dów sięga od góry sprężystej warstwy do góry odpowiedniej końcówki łączącej, następnie na wierzchu sprężystej warstwy osadza się kolejno drugą cienką warstwę, elektroodkształcalną cienką warstwę i pierwszą cienką warstwę, przy czym drugą cienką warstwę wykonuje się z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaś pierwszą cienką warstwę wykonuje się z materiału przewodzącego prąd elektryczny i odbijającego światło, a następnie kształtuje się według szablonu, odpowiednio, pierwszą cienką warstwę elektroodkształcalną, drugącienką warstwę i sprężyste warstwy, aż do odsłonięcia protektorowej cienkiej warstwy, tworząc układ Μ χ N półwykończonych struktur uruchamiających, przy czym każda z półwykończonych struktur uruchamiających posiada pierwszą cienkowarstwową elektrodę, elektroodkształcalny cienkowarstwowy element, drugą cienkowarstwową elektrodę i element sprężysty, następnie na wierzchu półwykończonych struktur uruchamiających z odsłoniętą protektorową cienką warstwą osadza się kolejno kilka cienkich warstw dielektrycznych, przy czym każda z cienkich warstw dielektrycznych ma wstępnie określoną grubość, po czym te kilka cienkich warstw dielektrycznych kształtuje się według szablonu, tworząc liczbę Μ χ N wielowarstwowych stosów dielektrycznych cienkowarstwowych elementów, aż zostanie znowu odsłonięta protektorowa cienka warstwa, tworząc w ten sposób układ MxN półwykończonych ruchomych zwierciadeł, przy czym kilka cienkich warstw dielektrycznych kształtuje się według szablonu w taki sposób, że każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł jest podzielone na uruchamiającą część łączącą i część odbijającą światło, a każdy z przewodów i każdy z cienkowarstwowych dielektrycznych elementów jest umieszczony, odpowiednio, w uruchamiającej części łączącej i części odbijającej światło każdego z półwykończonych ruchomych zwierciadeł, następnie pokrywa się każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł cienką warstwą ochronną tworząc układ Μ χ N zabezpieczonych ruchomych zwierciadeł, po czym usuwa się protektorową cienką warstwę ma koniec usuwa się cienką warstwę ochronną tworząc układ Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł.

Korzystnie kilka cienkich warstw dielektrycznych osadza się przy użyciu metody rozpylania jonowego lub odparowywania pod próżnią

Korzystnie każdemu z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł nadaje się strukturę bimorficzną zawierającąparę elektroodkształcalnych elementów rozdzielonych przez elektrodę.

Korzystnie po osadzeniu warstwy elektroodkształcalnej formuje się kolejno dodatkową warstwę elektrodową i dodatkową warstwę elektroodkształcalną.

Przedmiot wynalazku w przykładach wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1A do IG przedstawiają schematyczne przekroje poprzeczne układu Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł w kolejnych etapach jego wytwarzania według znanej technologu, fig. 2 przedstawia przekrój poprzeczny układu Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł według wynalazku i figury 3 A do 3 F ukazuj ą schematyczny przekrój poprzeczny układu Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł pokazanego na fig. 2, w kolejnych etapach jego wytwarzania sposobem według wynalazku.

Na figurach 1A do IG przedstawione są schematyczne przekroje układu 10 Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 11 w kolejnych etapach wytwarzania według znanej technologii.

Proces wytwarzania układu 10 zaczyna się od przygotowania aktywnej matrycy 20 zawierającej podłoże 22, układu Μ χ N tranzystorów (nie pokazanych) i układ Μ χ N końcówek łączących 24.

W następnym etapie formuje się na wierzchu aktywnej matrycy 20 protektorową cienką warstwę 40, przy użyciu rozpylania jonowego lub metody naparowywania, jeśli protektorowa warstwa 40 z cienkiej błony jest wykonana z metalu, za pomocą osadzania chemicznego z fazy gazowej lub za pomocą pokrywania wirowego, jeśli protektorowa cienka warstwa 40 jest wykonana ze szkliwa fosforowo-krzemowego, lub za pomocą osadzania chemicznego z fazy gazowej, jeśli protektorowa cienka warstwa 40 jest wykonana z polikrzemu.

Następnie formuje się warstwę podporową 15 obejmującą układ Μ χ N elementów podporowych 30 otoczonąprzez protektorową cienką warstwę 40, gdzie warstwę podporową formuje

179 839 się w ten sposób, że tworzy się układ Μ χ N pustych szczelin (nie pokazanych) w protektorowej cienkiej warstwie 40 przy zastosowaniu metody fotolitograficznej, przy czym każda z pustych szczelin jest usytuowana wokół końcówek łączących 24, i formuje się element podporowy 30 w każdej z pustych szczelin stosując rozpylanie jonowe lub osadzanie chemiczne z fazy gazowej, jak pokazano na fig. 1 A. Elementy podporowe są wykonane z materiału izolacyjnego.

W dalszym etapie formuje się na wierzchu warstwy podporowej 30, przy użyciu zolu-żelu, rozpylania jonowego lub osadzania chemicznego z fazy gazowej, elastyczną warstwę 70, wykonaną z tego samego materiału izolacyjnego co elementy podporowe 30.

Następnie, w każdym elemencie podporowym 30 formuje się wykonany z metalu przewód 35, przy czym: najpierw tworzy się układ Μ χ N otworów (nie pokazanych), z których każdy rozciąga się od góry sprężystej warstwy 70 do góry końcówek łączących 24, stosując metodę wytrawiania, i wypełnia się go metalem dla utworzenia w ten sposób przewodu 3 5, jak pokazano na fig. 1B:

W następnym etapie formuje się na wierzchu sprężystej warstwy 70 obejmującej przewody 35, stosując metodę rozpylania jonowego, drugą cienką warstwę 60 wykonaną z materiału przewodzącego elektryczność. Ta druga cienka warstwa 60 jest elektrycznie połączona z tranzystorami poprzez przewody 35 uformowane w elementach podporowych 30.

Potem formuje się na górze drugiej cienkiej warstwy 60, stosując zol-żel, rozpylanie jonowe lub osadzanie chemiczne z fazy gazowej, elektroodkształcalną cienką warstwę 80 wykonaną z materiału piezoelektrycznego, np. tytanianu ołowiowo-cyrkonowego, jakpokazano na fig. 1C.

W następnym etapie, elektroodkształcalną cienką warstwę 80, drugą cienką warstwę 60 i sprężystą warstwę 70 kształtuje się według szablonu tworząc układ Μ χ N elektroodkształcalnych cienkowarstwowych elementów 85, układ Μ χ N drugich cienkowarstwowych elektrod 65 i układ Μ χ N sprężystych elementów 75, przy użyciu metod fotolitografii lub wykańczania laserem, aż do odsłonięcia warstwy podporowej 15, jak pokazano na fig. ID. Każda z drugich cienkowarstwowych elektrod 65 jest połączona elektrycznie z odpowiednim tranzystorem poprzez przewód 35 uformowany w każdym z elementów podporowych 30 i działa jako elektroda sygnałowa w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 11.

Następnie, każdy z elektroodkształcalnych cienkowarstwowych elementów 85 jest obrabiany cieplnie dla umożliwienia zajścia przemiany fazowej aby utworzyć w ten sposób układ Μ χ N obrobionych cieplnie struktur (nie pokazano). Ponieważ każdy z elektroodkształcalnych cienkowarstwowych elementów 85 jest dostatecznie cienki, nie ma potrzeby nadawania mu biegunowości w przypadku, gdy jest on wykonany z materiału piezoelektrycznego, ponieważ może mu być nadawana biegunowość za pomocą sygnału doprowadzanego podczas pracy cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 11.

Po powyższej operacji na wierzchu elektroodkształcalnych cienkowarstwowych elementów 85 w układzie Μ χ N obrobionych cieplnie struktur formuje się układ Μ χ N pierwszych cienkowarstwowych elektrod 55 wykonanych z materiału przewodzącego elektryczność i odbijającego światło, np. aluminium lub srebra, poprzez uformowanie najpierw warstwy 50, wykonanej z materiału przewodzącego elektryczność i odbijającego światło, całkowicie pokrywającej wierzch układu Μ χ N obrobionych cieplnie struktur, łącznie z odsłoniętą warstwą podporową 15, przy zastosowaniu metody rozpylania jonowego, jak pokazano na fig. 1E, a następnie selektywnie usuwając warstwę 50, przy użyciu metody wytrawiania, otrzymując w rezultacie układ 90 Μ χ N ruchomych struktur lustrzanych 95, gdzie każda z ruchomych struktur lustrzanych 95 zawiera górną powierzchnię i cztery boczne powierzchnie, jak pokazano na fig. 1F. Każda z pierwszych cienkowarstwowych elektrod 55 działa zarówno jako lustro, jak i jako elektroda odchylania w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł.

Po poprzedniej operacji następuje całkowite przykrycie górnej powierzchni i czterech bocznych powierzchni w każdej z ruchomych lustrzanych struktur 95 cienką warstwą ochronną (nie pokazano).

Następnie usuwa się protektorową cienką warstwę 40 w warstwie podporowej 15 przy użyciu metody wytrawienia. Na koniec, przy użyciu wytrawiania usuwa się cienką warstwę

179 839 ochronną, uzyskując w ten sposób układ 10 Μ x N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 11, jak pokazano na fig. IG.

Podczas usuwania cienkiej warstwy ochronnej stosowany przy tym środek wytrawiający może chemicznie atakować pierwszą cienkowarstwową elektrodę 55, która także działa jako lustro, w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 11. Ponadto, pierwsza cienkowarstwowa elektroda 55 może zostać utleniona, zwłaszcza wówczas, gdy pierwsza cienkowarstwowa elektroda 55 jest wykonana ze srebra, dodatkowo zmniejszając jego współczynnik odbicia. Dlatego też zgodnie z wynalazkiem zaproponowano nowy układ i nowy sposób jego wytwarzania.

Figury 2 i 3A do 3F przedstawiają, odpowiednio, przekrój poprzeczny układu 200 Μ x N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, gdzie M i N są liczbami całkowitymi, do stosowania w optycznym systemie projekcyjnym i schematyczne przekroje poprzeczne przedstawiające sposób jego wytwarzania. Podobne części, na figurach 2 i 3A do 3F, są oznaczone podobnymi oznaczeniami liczbowymi.

Figura 2 przedstawia przekrój poprzeczny układu 200 Μ x N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201 według wynalazku, przy czym układ 200 Μ x N zawiera aktywną matrycę 210, M x N przewodów 225, układ Μ x N struktur uruchamiających 300 i liczbę Μ x N wielowarstwowych stosów 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401. Przez wzgląd na prostotę, na fig. 2, pokazano układ 200 Μ x N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, przy czym każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201 ma wielowarstwowy stos 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401, gdzie wielowarstwowy stos 400 składa się z pary dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401

Aktywna matryca 210 zawiera podłoże 212, układ Μ x N końcówek łączących 214 i układ M x N tranzystorów (nie pokazano), gdzie każda z końcówek łączących 214 jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem.

Każda ze struktur uruchamiających 300 jest zaopatrzona w część łączącą 330 i część 335 odbijającą światło, i zawiera element sprężysty 235, drugą cienkowarstwową elektrodę 245, elektroodkształcalny element 255 i pierwszą cienkowarstwową elektrodę 265. Każdy z przewodów 225 wykonanych z materiału przewodzącego prąd elektryczny jest umieszczony w części łączącej 330 w każdej ze struktur uruchamiających 300, ciągnąc się od spodu drugiej cienkowarstwowej elektrody 245 do góry odpowiedniej końcówki łączącej 214 połączonej elektrycznie z tranzystorem, w ten sposób łączącej elektrycznie drugą cienkowarstwową elektrodę 245 z tranzystorem, umożliwiając działanie drugiej cienkowarstwowej elektrody 245 jako elektrody sygnałowej w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201. Pierwsza cienkowarstwowa elektroda 265 wykonana z materiału przewodzącego prąd elektryczny i odbijającego światło, np. z aluminium, jest elektrycznie połączona z masą, co pozwala jej działać zarówno jako lustro, jak i jako elektroda odchylania w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201.

Każdy z wielowarstwowych stosów 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401 jest umieszczony na górze części 335 odbijającej światło w każdej z uruchamiających struktur 300, przy czym każdy z dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401 ma z góry określoną grubość i określony współczynnik załamania.

W widzialnym obszarze możliwe jest zwiększenie współczynnika odbicia zwykłej warstwy metalowej poprzez dołożenie dodatkowych warstw dielektrycznych.

Charakterystyczny współczynnik odbicia R metalu w powietrzu przy normalnym padaniu wynosi l-[2n/(1 +n² + fc²)]

I + [2n /(1 +n² + k²)] ' gdzie n i k stanowią, odpowiednio, współczynnik załamania i współczynnik wygaszania dla metalu.

Na przykład, jeśli metal jest pokryty dwiema ćwierćfalówkami z materiału o współczynnikach załamania n, i n₂, gdzie n₂ jest następne po metalu, wówczas jego optyczny współczynnik odbicia R w powietrzu przy normalnym padaniu wynosi

179 839

1-(2(/7, /η₂)²]/[1 + (η, / η2 )⁴ (η² + fc²)] 1 + (2(/7, /Τ72)²]/(1+ (/7, /n₂)\n²+k²)]

Będzie on większy niż współczynnik odbicia samego metalu, danego przez wzór (1), j eśh

2(/7, / n₂Y n 2/7

1+(^/^7(^+^ (3) co jest spełnione przy albo

albo

(4)

2 zakładając, że n +k > 1.

Odpowiednio do równania (4), współczynnik odbicia dowolnego metalu może być zwiększony przez parę warstw ćwierćfalowych, dla których (n,/n₂> 1, gdzie n, jest na zewnątrz i n₂jest następne po metalu. Im wyższy jest ten współczynnik, tym większy jest wzrost współczynnika odbicia.

Na przykład, niepoprawiany współczynnik odbicia aluminium wynosi w przybliżeniu 91,6% dla wiązki światła mającej długość fali 550 nm przy normalnym padaniu.

Jeśli aluminium jest pokryte przez dwie ćwierćfalówki składające się z fluorku magnezu o współczynniku 1,38, następnego po aluminium, za którym znajduje się siarczek cynku o współczynniku 2,35, wówczas (n,/n₂)² = 2,9 i zgodnie z równaniem (3) współczynnik odbicia skacze do 96,9%.

Współczynnik odbicia każdego z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201 w układzie 200 może być maksymalnie powiększony poprzez optymalizację grubości i współczynnika załamania każdego z dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401 tworzących wielowarstwowy stos 400, liczby dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401 i padania poprzez symulację.

Każdy z wielowarstwowych stosów 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401, zarówno chroni pierwszą cienkowarstwową elektrodę 265 w każdej ze struktur uruchamiających 300 przed chemicznym i fizycznym uszkodzeniem, jak i zapewnia maksymalny współczynnik odbicia w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, zapewniając w ten sposób optymalną optyczną skuteczność w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201 w każdym układzie 200.

Na figurach 3A do 3F ukazano schematycznie przekroje poprzeczne układu 200 Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, pokazanego na fig. 2, w kolejnych etapach jego wytwarzania sposobem według wynalazku.

Proces wytwarzania układu 200 rozpoczyna się od przygotowania aktywnej matrycy 210 zawierającej podłoże 212, układ Μ χ N końcówek łączących 2141 układ Μ χ N tranzystorów (nie pokazano), gdzie podłoże 212 jest wykonane z materiału izolacyjnego, np. płytki krzemowej.

W następnym etapie na wierzchu aktywnej matrycy 210 formuje się protektorową cienką warstwę 220, mającą grubość 0,1 do 2 μτη, i wykonaną z metalu, np. miedzi lub niklu, szkliwa fosforowo-krzemowego lub polikrzemu. Protektorową cienką warstwę 220 formuje się przy użyciu rozpylania jonowego lub metody naparowywania, jeśli protektorowa cienka warstwa 220 jest wykonana z metalu, za pomocą osadzania chemicznego z fazy gazowej lub za pomocąpokrywania wirowego, jeśli protektorowa cienka warstwa 220 jest wykonana ze szkliwa fosforowo

179 839 krzemowego, lub za pomocą osadzania chemicznego z fazy gazowej, jeśli protektorowa cienka warstwa 220 jest wykonana z pohkrzemu.

Potem formuje się układ Μ χ N pustych szczelin (nie pokazanych) w protektorowej cienkiej warstwie 220 przy zastosowaniu metody fotolitograficznej. Każda z pustych szczelin jest usytuowana wokół góry końcówek łączących 214.

W następnym etapie osadza się na wierzchu protektorowej cienkiej warstwy 220, łącznie z pustymi szczelinami, sprężystą warstwę 230, wykonaną z materiału izolacyjnego, np. azotku krzemu, i mającą grubość 0,1 do 2 pm, przy użyciu zol-żelu, rozpylania jonowego lub osadzania chemicznego z fazy gazowej.

Następnie formuje się w sprężystej warstwie 230 Μ χ N przewodów 225 wykonanych z metalu, np. wolframu. Każdy z przewodów 225 jest formowany w ten sposób, że: najpierw, stosując metodę wytrawiania, tworzy się układ Μ χ N otworów (me pokazano), przy czym każdy z otworów ciągnie się od góry sprężystej warstwy 230 do góry końcówek łączących 214, i wypełnia się je metalem stosując metodę rozpylania jonowego, jak pokazano na fig. 3 A.

Następnie, na wierzchu sprężystej warstwy 2301 przewodów 225 formuje się, przy użyciu metody rozpylania jonowego lub odparowywania pod próżnią drugącienką warstwę 240, wykonaną z metalu przewodzącego prąd elektryczny, np. platyny lub platynotytanu i mającą grubość 0,1 do 2 pm.

Następnie na wierzchu drugiej cienkiej warstwy 240 osadza się, przy użyciu metody odparowywania pod próżnią lub rozpylania jonowego, elektroodkształcalną cienką warstwę 250, wykonaną z materiału piezoelektrycznego, np. tytanianu ołowiowo-cyrkonowego, lub materiału elektrostrykcyjnego, np. niobanu ołowiowo-magnezowego, i mającą grubość 0,1 do 2 pm. Elektroodkształcalna cienka warstwa 250jest następnie obrabiana cieplnie dla umożliwienia zajścia przemiany fazowej.

W następnej operacji na wierzchu elektroodkształcalnej cienkiej warstwy 250 formuje się, przy użyciu metody rozpylania jonowego lub odparowywania pod próżnią pierwszą cienką warstwę 260, wykonanąz materiału przewodzącego prąd elektryczny i odbijającego światło, np. aluminium lub srebra, i mającą grubość 0,1 do 2 pm, jak pokazano na fig. 3B.

W kolejnym etapie kształtuje się według szablonu, odpowiednio, pierwszą cienką warstwę 260, elektroodkształcalną cienką warstwę 250, drugą cienką warstwę 240 i sprężystą warstwę 230, aż do odsłonięcia protektorowej cienkiej warstwy 220, tworząc w ten sposób układ 340 Μ χ N półwykończonych struktur uruchamiających 341, jak pokazano na fig. 3C, gdzie każda z półwykończonych struktur uruchamiających 341 zawiera pierwszą cienkowarstwową elektrodę 265, elektroodkształcalny element 255, drugą cienkowarstwową elektrodę 245 i sprężysty element 235. Druga cienkowarstwowa elektroda 245 w każdej z półwykończonych struktur uruchamiających 341 jest elektrycznie połączona z tranzystorem poprzez odpowiedni przewód 225 i odpowiednią końcówkę łączącą 214, i w ten sposób działa jako elektroda sygnałowa w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201. Pierwsza cienkowarstwowa elektroda 265 w każdej z półwykończonych struktur uruchamiających 341 działa jako lustro i jako elektroda odchylania w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201.

Ponieważ każdy z elektroprzemieszczalnych elementów 255 jest dostatecznie cienki, więc nie ma potrzeby nadawania mu biegunowości w przypadku, gdy jest on wykonany z materiału piezoelektrycznego, ponieważ może mu być nadana biegunowość za pomocą sygnału elektrycznego doprowadzanego podczas pracy cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201.

Następnie osadza się kolejno na wierzchu półwykończonych struktur uruchamiających 341 łącznie z odsłoniętą protektorową cienką warstwą220, przy użyciu metody rozpylania jonowego lub odparowywania pod próżnią kilka cienkich warstw dielektrycznych (nie pokazano). Każda z cienkich warstw dielektrycznych ma z góry określoną grubość i współczynnik załamania. Dla uproszczenia pokazano tu tylko dwie cienkie warstwy dielektryczne.

Po powyższej operacji kształtuje się według szablonu, odpowiednio, kilka cienkich warstw dielektrycznych, aż zostanie znowu odsłonięta protektorowa cienka warstwa 220, tworząc liczbę Μ χ N wielowarstwowych stosów 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401, przy

179 839 użyciu metody litograficznej lub wykańczania laserem, tworząc w ten sposób układ 320 Μ χ N półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321, jak pokazano na fig. 3D. Kilka cienkich warstw dielektrycznych kształtuje się według szablonu w taki sposób, że każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321 ma uruchamiającą część łączącą 330 i część 335 odbijającą światło, gdzie każdy z przewodów 225 jest usytuowany w uruchamiającej części łączącej 330 w każdym z półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321, a każdy z wielowarstwowych stosów 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401 jest usytuowany w części 335 odbijającej światło w każdym z półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321. Każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321 zawiera wielowarstwowy stos 400 dielektrycznych cienkowarstwowych elementów 401, pierwszą cienkowarstwową elektrodę 265, elektroodkształcalny cienkowarstwowy element 255, drugą cienkowarstwową elektrodę 245 i sprężysty element 235.

W kolejnej operacji każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł 321 pokrywa się całkowicie cienką warstwą ochronną290, aby utworzyć w ten sposób układ 310 M xN zabezpieczonych ruchomych zwierciadeł 311, jak pokazano na fig. 3E.

Następnie usuwa się protektorową cienką warstwę 220 stosując metodę wytrawiania. Na koniec usuwa się cienką warstwę ochronną 290, aby utworzyć w ten sposób układ 200 Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, jak pokazano na fig. 3F.

Wprawdzie każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł 201, pokazane w tym przykładzie wykonania ma strukturę unimorficzną to sposób według wynalazku może być także stosowany do wytwarzania układów cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, w których każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł ma strukturę bimorficzną ponieważ ten ostatni przypadek wiąże się tylko z formowaniem dodatkowej elektroodkształcalnej warstwy i dodatkowej warstwy elektrodowej.

Sposób według wynalazku może być zmieniany dla umożliwienia wytwarzania cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł mających inne geometrie. Wynalazek został opisany tylko w odniesieniu do pewnych korzystnych postaci, zatem mogąbyć dokonywane modyfikacje i zmiany bez wychodzenia poza zakres niniejszego wynalazku.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł, zawierający warstwy dielektryczne, do optycznego urządzenia projekcyjnego, posiadający aktywną matrycę zawierającą podłoże, układ Μ x 1)1 końcówek łączących i układ Μ χ N tranzystorów, przy czym każda z końcówek łączących jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem w układzie Μ χ N tranzystorów, zaś M i N są liczbami całkowitymi, znamienny tym, że zawiera MxN przewodów (225), przy czym każdy z tych przewodów (225) jest wykonany z materiału przewodzącego prąd elektryczny i układ Μ χ N struktur uruchamiających (300), przy czym każda z tych struktur uruchamiających (300) jest zaopatrzona w część łączącą (330) i część (335) odbijającą światło, oraz każda ze struktur uruchamiających (300) zawiera element sprężysty (235), drugą cienkowarstwową elektrodę (245), elektroodkształcalny cienkowarstwowy element (255) i pierwszą cienkowarstwową elektrodę (265), zaś każdy z przewodów (225) jest umieszczony w części łączącej (330) w każdej ze struktur uruchamiających (300), sięgając od spodu drugiej cienkowarstwowej elektrody (245) do wierzchu końcówki łączącej (314) połączonej elektrycznie z odpowiednim tranzystorem, i druga cienkowarstwowa elektroda (245) stanowi elektrodę sygnałowąw każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł (201), zaś pierwsza cienkowarstwowa elektroda z materiału odbijającego światło i przewodzącego prąd elektryczny jest zwarta z masą, stanowiąc zwierciadło i elektrodę odchylania w każdym z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł (201), a ponadto zawiera liczbę Μ χ N wielowarstwowych stosów cienkowarstwowych dielektrycznych elementów (401), przy czym każdy z cienkowarstwowych dielektrycznych elementów (401) umieszczony jest na górze części (335) odbijającej światło w każdej ze struktur uruchamiających (300), i każdy z dielektrycznych cienkowarstwowych elementów (401) ma wstępnie określoną grubość i wstępnie określony współczynnik załamania.
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł (201) ma strukturę bimorficzną, zawierającą parę elektroodkształcalnych elementów rozdzielonych przez elektrodę.
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że każde z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł (201) jest ponadto zaopatrzone w dodatkową warstwę elektroodkształcalną i dodatkową warstwę elektrodową.
4. Sposób wytwarzania układu cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł zawierającego warstwy dielektryczne, znamienny tym, że wytwarza się aktywną matrycę (210) zawierającą podłoże (212), układ Μ χ N końcówek łączących (214) i układ Μ χ N tranzystorów, przy czym każda z końcówek łączących (214) jest elektrycznie połączona z odpowiednim tranzystorem, następnie na górze aktywnej matrycy (210) osadza się protektorową cienką warstwę (220), a w protektorowej cienkiej warstwie (220) tworzy się układ Μ χ N pustych szczelin, przy czym każda z pustych szczelin umieszcza się wokół wierzchu końcówek łączących (214), następnie na wierzchu protektorowej cienkiej warstwy (220) osadza się sprężystą warstwę (230) z materiału izolacyjnego wypełniając puste szczeliny i w tej sprężystej warstwie (230) formuje się układ Μ χ N przewodów (225), przy czym każdy z tych przewodów sięga od góry sprężystej warstwy (230) do góry odpowiedniej końcówki łączącej (214), następnie na wierzchu sprężystej warstwy (230) osadza się kolejno drugą cienką warstwę (240), elektroodkształcalną cienką warstwę (250) i pierwszą cienką warstwę (260), przy czym drugą cienką warstwę (240) wykonuje się z materiału przewodzącego prąd elektryczny, zaś pierwszą cienką warstwę (260) wykonuje się z materiału przewodzącego prąd elektryczny i odbijającego światło, a następnie kształtuje się

179 839 według szablonu, odpowiednio, pierwszą cienką warstwę (260) elektroodkształcalną cienką warstwę (250), drugą cienką warstwę (240) i sprężyste warstwy (230), aż do odsłonięcia protektorowej cienkiej warstwy (220), tworząc układ Μ χ N półwykończonych struktur uruchamiających (341), przy czym każda z półwykończonych struktur uruchamiających (341) posiada pierwszą cienkowarstwową elektrodę (265), elektroodkształcalny cienkowarstwowy element (255), drugą cienkowarstwową elektrodę (245) i element sprężysty (235), następnie na wierzchu półwykończonych struktur uruchamiających (341) z odsłoniętą protektorową cienką warstwą (220) osadza się kolejno kilka cienkich warstw dielektrycznych, przy czym każda z cienkich warstw dielektrycznych ma wstępnie określoną grubość, po czym te kilka cienkich warstw dielektrycznych kształtuje się według szablonu, tworząc liczbę M xN wielowarstwowych stosów dielektrycznych cienkowarstwowych elementów (401), aż zostanie odsłonięta protektorowa cienka warstwa (220), tworząc w ten sposób układ Μ χ N półwykończonych ruchomych zwierciadeł (321), przy czym kilka cienkich warstw dielektrycznych kształtuje się według szablonu w taki sposób, że każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł (321) jest podzielone na uruchamiającą części łączącą (330) i część (335) odbijającą światło, a każdy z przewodów (225) i każdy z cienkowarstwowych dielektrycznych elementów (401) jest umieszczony, odpowiednio, w uruchamiającej części łączącej (330) i części (335) odbijającej światło każdego z półwykończonych ruchomych zwierciadeł (321), następnie pokrywa się każde z półwykończonych ruchomych zwierciadeł (321) cienką warstwą ochronną (290), tworząc układ (310) Μ χ N zabezpieczonych ruchomych zwierciadeł (311), po czym usuwa się protektorową cienką warstwę (220) i na koniec usuwa się cienką warstwę ochronną (290), tworząc układ (200) Μ χ N cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł (201).
5. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że kilka cienkich warstw dielektrycznych osadza się przy użyciu metody rozpylania jonowego lub odparowywania pod próżnią.
6. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że każdemu z cienkowarstwowych ruchomych zwierciadeł nadaje się strukturę bimorficzną, zawierającąparę elektroodkształcalnych elementów rozdzielonych przez elektrodę.
7. Sposób według zastrz. 4, znamienny tym, że po osadzeniu warstwy elektroodkształcalnej formuje się kolejno dodatkową warstwę elektrodową i dodatkową warstwę elektroodkształcalną.