WO2003027750A1 - Micro-actionneur de miroir - Google Patents

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WO2003027750A1
WO2003027750A1 PCT/FR2002/003202 FR0203202W WO03027750A1 WO 2003027750 A1 WO2003027750 A1 WO 2003027750A1 FR 0203202 W FR0203202 W FR 0203202W WO 03027750 A1 WO03027750 A1 WO 03027750A1
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micro
actuator
fingers
branches
silicon
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PCT/FR2002/003202
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English (en)
Inventor
Roberto Gemi
Sylvain Paineau
Caroline Coutier
Original Assignee
Phs Mems
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    • G02B6/3518—Optical coupling means having switching means involving stationary waveguides with moving interposed optical elements the optical element being reflective, e.g. mirror the reflective optical element being an intrinsic part of a MEMS device, i.e. fabricated together with the MEMS device
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    • B81B3/00—Devices comprising flexible or deformable elements, e.g. comprising elastic tongues or membranes
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Definitions

  • the present invention relates to a moving part micro-actuator, and more particularly to a micro-actuator for small mobile optical elements, such as mirrors.
  • Very small mobile mirrors can be used as switches in fiber optic networks.
  • a mirror can occupy two positions. In a first position, it allows passage to a light beam emitted from the end of a first optical fiber towards the end of a second optical fiber. In a second position, it deflects the light beam emitted from the end of the first optical fiber to the end of a third optical fiber.
  • the movable mirror is moved between the two positions by the micro-actuator.
  • micro-actuators have been developed in recent years using manufacturing techniques similar to those of integrated circuits.
  • micro-actuators have been produced in a substrate of the silicon on insulator type (Silicon On Isolator, or SOI), comprising upper and lower wafers of monocrystalline silicon separated by an insulating layer.
  • SOI silicon on Isolator
  • the mirror and the micro-actuator are made in the upper edge.
  • the micro-actuator comprises mobile parts, supporting the part to be moved, connected to the rest of the substrate by zones of reduced thickness which can deform elastically, and thus allowing the displacement of the mobile parts relative to the fixed parts.
  • the driving force at the origin of the displacement of the mobile parts relative to the fixed parts comes from electrostatic actuators comprising interdigitated combs.
  • the fixed and mobile parts are electrically independent and polarized by direct voltages so as to produce electrostatic forces.
  • Such a structure can be manufactured in the following way: the upper edge of the substrate is etched anisotropically by wet or dry means to make the moving parts and the areas of reduced thickness connecting the moving parts to the fixed parts. The insulation is then removed by the wet method, generally silicon oxide, present under the moving parts in order to separate them from the rest of the substrate.
  • micro-actuators lie in the difficulty in achieving the release of the movable parts with respect to the fixed parts, and in their great sensitivity to shocks and to contamination by external particles.
  • the latter is under-etched both under the moving parts and under the surrounding fixed parts.
  • the respective dimensions of the mobile and fixed parts must be determined with precision so that during the under-etching of the oxide layer, only the mobile parts are released and that no fixed part is detached from the substrate. It is then necessary to provide numerous openings in the moving parts so as to facilitate the under-etching of the silicon oxide layer.
  • the moving parts of the micro-actuator are spaced from the lower edge of the substrate only by a gap resulting from the removal of the layer of silicon oxide, which is of the order of a micrometer. Following an impact which has brought the surfaces of the moving parts and the lower edge of the substrate into contact, the parts in contact may remain stuck under the effect of Van der Vais type chemical bonding forces. Likewise, particles can be inserted into the gap separating the moving parts of the lower silicon wafer and hinder or even prevent the movement of the moving parts.
  • the micro-actuator is associated with a mirror
  • the latter is produced in the upper section in the same plane as the micro-actuator, for example at the end of an arm of the mobile parts of the micro-actuator.
  • the volume occupied by the micro-actuator and the mirror can then be relatively large.
  • the manufacture of the mirror may require specific treatment steps, such as a metal coating, the implementation of which is complicated by the presence of the micro-actuator.
  • the present invention aims to propose a moving part micro-actuator, in particular a mirror, which does not have the drawbacks mentioned above.
  • the present invention provides a micro-actuator of a moving part formed from first and second silicon wafers separated by an insulating layer, in which the moving part is produced in the first silicon wafer and the micro -actuator is produced in the second silicon wafer.
  • the micro-actuator comprises a support for the movable part in the form of H, the two parallel branches of which include fingers parallel to each other and in the direction of movement of the movable part interdigitated with fingers 'fixed elements, the branches being connected to a fixed stud by an elastic arm.
  • the fingers of the branches of the support are supplied by a power source at a first determined potential, the fingers of one of the fixed elements being supplied by a power source at a second potential to produce electrostatic forces to move the support relative to the edges.
  • the two branches are connected by a central branch supporting the moving part.
  • each branch is connected to each other by a main elastic arm which extends partly parallel to the branches, and partly parallel to the central branch and in the vicinity thereof, the main arm being connected to the fixed stud by a secondary elastic arm parallel to the branches.
  • the fingers of one of the branches penetrate more between the fingers of the associated fixed element than the fingers of the opposite branch between the fingers of the associated fixed element.
  • the movable part is a movable mirror.
  • the first wafer comprises a set of channels each receiving an optical fiber and arranged in a star around the micro-actuator.
  • the invention also provides a method of manufacturing a moving part micro-actuator in first and second silicon wafers separated by an insulating layer, consisting in etching the silicon wafers, the insulating layer forming an etching stop, for respectively forming in the first section the movable part and an opening substantially at the level of mobile parts of the micro-actuator, and in the second section the micro-actuator; and etching the exposed insulating layer on the side of the first wafer.
  • Figure 1 shows a perspective view of a movable mirror set in motion by a micro-actuator according to the present invention
  • 2 shows a bottom view in section of the drawing of Figure 1
  • Figure 3 shows a section of Figure 2 along the line III-III
  • Figure 4 shows a section of Figure 2 along the line IV-IV
  • FIG. 5 represents a detail of FIG. 2.
  • FIG. 1 The general appearance of a micro-actuator according to the present invention is illustrated in perspective in FIG. 1, and in section in FIG. 2.
  • the micro-actuator 10 is produced on a silicon-on-insulator (SOI) type substrate which comprises first 11 and second 12 silicon wafers, separated by an insulating layer 13, for example silicon oxide.
  • SOI silicon-on-insulator
  • the micro-actuator 10 is produced in the second silicon wafer 12 at an opening 14 passing through the first wafer 11. It comprises a support 15 in the form of
  • the central branch 16 supports a mirror 20, produced in the first silicon wafer 11 by means of a portion 21 of the silicon oxide layer 13.
  • the first section 11 has a height between 100 and 250 ⁇ m
  • the second section 12 has a height between 50 and 150 ⁇ m
  • the insulating layer 13 has a height between 0.5 and 2 .mu.m.
  • the opening 14 corresponds to a parallelepiped whose dimensions are 800 ⁇ m by 1800 ⁇ m.
  • Each branch 17, 18 comprises a comb 23, 24 composed of fingers, in the form of blades, which respectively interdigit with the fingers of a comb 25, 26 located on a fixed element 27, 28.
  • Each main arm 29, 30 has, in FIG. 2, the general shape of a " U "whose base 33, 34 extends parallel near the central branch 16 and the sides extend parallel to the branches 17, 18 then tilt to join the ends of the branches 17, 18.
  • the bases 33, 34 of the main arms 29, 30 are respectively connected to studs 39, 40, fixed relative to the substrate, by two secondary arms 35, 36, 37, 38 which extend parallel to the branches 17, 18.
  • the main arms 29, 30 and secondary 35, 36, 37, 38 can flex around an axis perpendicular to the silicon wafers so as to allow the movement of the support 15, in a direction D perpendicular to the branches 17, 18.
  • the main arms 29, 30 have a thickness in the part where they are parallel to the branches 17, 18 of the order of 3 to 6 ⁇ m and a thickness in the part where they are perpendicular to the branches 17, 18 of in the range of 10 to 15 ⁇ m.
  • the secondary arms 35, 36, 37, 38 have a thickness of the order of 3 to 6 ⁇ m.
  • Figure 5 shows a detail of Figure 2.
  • the elements shown are the branch 18 and the fixed element 28 located at the top left of Figure 2.
  • Each finger of the combs 24, 26 is a blade whose height is equal to that of branch 18.
  • each comb may have approximately 150 fingers.
  • the main arms 29, 30 and secondary 35, 36, 37, 38 are shown in the rest position.
  • the micro-actuator 10 is not symmetrical so that in the rest position, the fingers of the comb 24 of the branch 18, located on the right in FIG. 2, penetrate more between the fingers of the comb 26 of the fixed element 28 associated with the fingers of the comb 23 of the branch 17, located on the left in FIG. 2, between the fingers of the comb 25 of the associated fixed element 27.
  • the fixed pads 39, 40 and the fixed elements 27, 28, illustrated in FIG. 2 are connected, by contacts not shown, to electrical power sources.
  • the first silicon wafer 11 comprises channels 45, 46, 47, 48 of section in the shape of a "V", intended to receive optical fibers (not shown).
  • each optical fiber extends overhang over the micro-actuator 10 to come as close as possible to the mirror 20.
  • the operation of the micro-actuator according to the present invention is as follows.
  • the support 15 is electrically connected to the ground by means of the studs 39, 40.
  • the fixed element 28, located to the right of FIG. 2 is also electrically connected to the ground while the fixed element 27, located at left in Figure 2, is connected to a DC voltage. This difference in potential is the source of electrostatic forces which tend to move the support 15 in the direction D, to the left in FIG.
  • the method of manufacturing the micro-actuator 10 and the mirror 20 according to the present invention can be obtained according to the steps described below.
  • the channels 45, 46, 47, 48, and the mirror 20 and the opening 14 are formed by etching in the first wafer of silicon 11. silicon, as is known, along the privileged planes of the crystal so as to obtain directly by etching the channels
  • the silicon oxide layer 13 plays the role of etching stop.
  • the second silicon wafer 12 is then etched so as to produce the micro-actuator 10.
  • the silicon oxide layer 13 also plays the role of etching stop.
  • the silicon oxide layer 13 exposed on the side of the first wafer 11 is eliminated by etching so as to free the mobile parts of the micro-actuator 10. It is of course possible to form the micro-actuator 10 before the mirror 20
  • the present invention provides many advantages.
  • the micro-actuator and the mirror are made in physically separate slices which allows the use of suitable methods for the manufacture of each of them.
  • the two wafers may be of different nature or be slices of monocrystalline silicon with different orientations, the first wafer being chosen to optimize the optical properties of the mirror.
  • Metallic coatings can be made on the mirror to, for example, improve the reflection coefficient of the walls of the mirror.
  • the realization of the channels coming to support the optical fibers by a suitable wet etching makes it possible to directly obtain the V shape of the channels with a perfect 45 ° angle, as well as a perfectly vertical mirror and a very good surface quality of the mirror.
  • the arrangement of the different channels is not limited by the presence of the micro-actuator.
  • one assembly formed by the mirror and the micro-actuator occupies a small space compared to the devices of the prior art.
  • the tolerance of the movements of the support in the direction perpendicular to the edges is important insofar as the moving parts of the micro-actuator cannot come, in this direction, into contact with another element of the substrate.
  • the position of the mirror can be easily adjusted on the central branch of the micro-actuator as required.
  • the micro-actuator has been described for use with an optical mirror. It is clear that the micro-actuator can be used to move all moving parts.
  • the micro-actuator has been described comprising four combs interdigitated two by two.

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Abstract

L'invention concerne un micro-actionneur (10) d'une pièce mobile (20) formé à partir de première (11) et deuxième (12) tranches de silicium séparées par une couche isolante (13), dans lequel la pièce mobile (20) est réalisée dans la première tranche (12) de silicium et le micro-actionneur (10) est réalisé dans la deuxième tranche (11) de silicium.

Description

MICRO-ACTIONNEUR DE MIROIR
La présente invention concerne un micro-actionneur de pièce mobile, et plus particulièrement un micro-actionneur de petits éléments optiques mobiles, tels que des miroirs.
De très petits miroirs mobiles peuvent être utilisés en tant que commutateurs dans des réseaux de fibres optiques. De façon générale, un tel miroir peut occuper deux positions. Dans une première position, il laisse le passage à un faisceau lumineux émis depuis l'extrémité d'une première fibre optique vers l'extrémité d'une deuxième fibre optique. Dans une seconde posi- tion, il dévie le faisceau lumineux émis depuis l'extrémité de la première fibre optique vers l'extrémité d'une troisième fibre optique . Le déplacement du miroir mobile entre les deux positions est réalisé par le micro-actionneur.
On a développé ces dernières années divers types de micro- actionneurs utilisant des techniques de fabrication voisines de celles des circuits intégrés.
Par exemple, on a réalisé des micro-actionneurs dans un substrat du type silicium sur isolant (Silicon On Isolator, ou SOI) , comprenant des tranches supérieure et inférieure de silicium monocristallin séparées par une couche isolante. Le miroir et le micro-actionneur sont réalisés dans la tranche supérieure. Le micro-actionneur comprend des parties mobiles, supportant la pièce à déplacer, reliées au reste du substrat par des zones de moindre épaisseur pouvant se déformer élastiquement, et permettant ainsi le déplacement des parties mobiles par rapport aux parties fixes. De façon générale, la force motrice à 1 ' origine du déplacement des parties mobiles par rapport aux parties fixes provient d'actionneurs électrostatiques comprenant des peignes interdigités. Les parties fixe et mobile sont électriquement indépendantes et polarisées par des tensions continues de façon à produire des forces électrostatiques. Une telle structure peut être fabriquée de la façon suivante : on vient graver de façon anisotrope par voie humide ou sèche la tranche supérieure du substrat pour réaliser les parties mobiles et les zones de moindre épaisseur reliant les parties mobiles aux parties fixes. On vient ensuite supprimer par voie humide l'isolant, de façon générale de l'oxyde de silicium, présent sous les parties mobiles pour les désolidariser du reste du substrat.
Les inconvénients principaux de tels micro-actionneurs résident dans la difficulté à réaliser la libération des parties mobiles par rapport aux parties fixes, et dans leur grande sensibilité aux chocs et à la contamination par des particules extérieures .
En effet, lors de l'opération d'élimination de la couche d'oxyde de silicium, celle-ci est sous-gravée aussi bien sous les parties mobiles que sous les parties fixes avoisinantes . Les dimensions respectives des parties mobile et fixe doivent être déterminées avec précision afin qu'au cours de la sous-gravure de la couche d'oxyde, seules les parties mobiles soient libérées et qu'aucune partie fixe ne soit désolidarisée du substrat. Il est alors nécessaire de prévoir de nombreuses ouvertures dans les parties mobiles de façon à faciliter la sous-gravure de la couche d'oxyde de silicium.
En outre, les parties mobiles du micro-actionneur ne sont espacées de la tranche inférieure du substrat que par un interstice résultant de l'élimination de la couche d'oxyde de silicium, qui est de l'ordre du micromètre. A la suite d'un choc ayant mis en contact les surfaces des parties mobiles et de la tranche inférieure du substrat, les parties en contact peuvent rester collées sous l'effet de forces de liaisons chimiques de type Van der Vais. De même, des particules peuvent s'insérer dans 1 ' interstice séparant les parties mobiles de la tranche de silicium inférieure et gêner voire empêcher le déplacement des parties mobiles.
Dans le cas où le micro-actionneur est associé à un miroir, ce dernier est réalisé dans la tranche supérieure dans le même plan que le micro-actionneur, par exemple à l'extrémité d'un bras des parties mobiles du micro-actionneur. Le volume occupé par le micro-actionneur et le miroir peut alors être relativement important. En outre, la fabrication du miroir peut requérir des étapes de traitement spécifiques, telles qu'un revêtement métallique, dont la mise en oeuvre est compliquée par la présence du micro-actionneur. La présente invention vise à proposer un micro-actionneur de pièce mobile, notamment un miroir, ne présentant pas les inconvénients mentionnés précédemment.
Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un micro-actionneur d'une pièce mobile formé à partir de première et deuxième tranches de silicium séparées par une couche isolante, dans lequel la pièce mobile est réalisée dans la première tranche de silicium et le micro-actionneur est réalisé dans la deuxième tranche de silicium.
Selon un mode de réalisation de 1 ' invention, le micro- actionneur comporte un support de la pièce mobile en forme de H dont les deux branches parallèles comprennent des doigts parallèles entre eux et au sens de déplacement de la pièce mobile interdigités avec des doigts d'éléments fixes, les branches étant reliées à un plot fixe par un bras élastique. Selon un mode de réalisation de l'invention, les doigts des branches du support sont alimentés par une source d'alimentation à un premier potentiel déterminé, les doigts de l'un des éléments fixes étant alimentés par une source d'alimentation à un deuxième potentiel de façon à produire des forces électrostatiques pour déplacer le support par rapport aux tranches . Selon un mode de réalisation de 1 ' invention, les deux branches sont reliées par une branche centrale supportant la pièce mobile.
Selon un mode de réalisation de 1 ' invention, les extrémités en vis-à-vis de chaque branche sont reliées l'une à l'autre par un bras élastique principal qui s'étend en partie parallèlement aux branches, et en partie parallèlement à la branche centrale et au voisinage de celui-ci, le bras principal étant relié au plot fixe par un bras élastique secondaire parallèle aux branches.
Selon un mode de réalisation de 1 ' invention, en l'absence de forces électrostatiques, les doigts de l'une des branches pénètrent davantage entre les doigts de 1 ' élément fixe associé que les doigts de la branche opposée entre les doigts de l'élément fixe associé.
Selon un mode de réalisation de l'invention, la pièce mobile est un miroir mobile.
Selon un mode de réalisation de 1 ' invention, la première tranche comprend un ensemble de canaux recevant chacun une fibre optique et agencé en étoile autour du micro-actionneur.
L'invention propose également un procédé de fabrication d'un micro-actionneur de pièce mobile dans des première et deuxième tranches de silicium séparées par une couche isolante, consistant à graver les tranches de silicium, la couche isolante formant un arrêt de gravure, pour former respectivement dans la première tranche la pièce mobile et une ouverture sensiblement au niveau de parties mobiles du micro- actionneur, et dans la deuxième tranche le micro-actionneur; et graver la couche isolante exposée du côté de la première tranche.
Cet objet, ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente une vue en perspective d'un miroir mobile mis en mouvement par un micro-actionneur selon la présente invention ; la figure 2 représente une vue de dessous en coupe du dessin de la figure 1 ; la figure 3 représente une section de la figure 2 selon la ligne III-III ; la figure 4 représente une coupe de la figure 2 selon la ligne IV-IV ; et la figure 5 représente un détail de la figure 2.
L'allure générale d'un micro-actionneur selon la présente invention est illustrée en perspective sur la figure 1, et en coupe sur la figure 2.
Le micro-actionneur 10 est réalisé sur un substrat de type silicium sur isolant (SOI) qui comprend des première 11 et deuxième 12 tranches de silicium, séparées par une couche isolante 13, par exemple de l'oxyde de silicium.
Le micro-actionneur 10 est réalisé dans la deuxième tranche de silicium 12 au niveau d'une ouverture 14 traversant la première tranche 11. Il comprend un support 15 en forme de
"H" ayant une branche centrale 16 et deux branches parallèles 17, 18. La branche centrale 16 supporte un miroir 20, réalisé dans la première tranche de silicium 11 par l'intermédiaire d'une portion 21 de la couche d'oxyde de silicium 13. A titre d'exemple, la première tranche 11 a une hauteur comprise entre 100 et 250 μm, la deuxième tranche 12 a une hauteur comprise entre 50 et 150 μm et la couche isolante 13 a une hauteur comprise entre 0,5 et 2 μm. L'ouverture 14 correspond à un parallélépipède dont les dimensions sont de 800 μm par 1800 μm. Chaque branche 17, 18 comporte un peigne 23, 24 composé de doigts, en forme de lames, qui interdigitent respectivement avec les doigts d'un peigne 25, 26 situé sur un élément fixe 27, 28. Les extrémités d'une branche 17, 18 sont reliées aux extrémités de l'autre branche 17, 18, placées en vis-à-vis, par un bras principal 29, 30. Chaque bras principal 29, 30 présente, sur la figure 2, la forme générale d'un "U" dont la base 33, 34 s'étend parallèlement à proximité de la branche centrale 16 et les côtés s'étendent parallèlement aux branches 17, 18 puis s'inclinent pour rejoindre les extrémités des branches 17, 18. Les bases 33, 34 des bras principaux 29, 30 sont respectivement reliées à des plots 39, 40, fixes par rapport au substrat, par deux bras secondaires 35, 36, 37, 38 qui s'étendent parallèlement aux branches 17, 18.
Les bras principaux 29, 30 et secondaires 35, 36, 37, 38 peuvent fléchir autour d'un axe perpendiculaire aux tranches de silicium de façon à permettre le déplacement du support 15, selon une direction D perpendiculaire aux branches 17, 18. A titre d'exemple, les bras principaux 29, 30 ont une épaisseur dans la partie où ils sont parallèles aux branches 17, 18 de 1 ' ordre de 3 à 6 μm et une épaisseur dans la partie où ils sont perpendiculaires aux branches 17, 18 de l'ordre de 10 à 15 μm. Les bras secondaires 35, 36, 37, 38 ont une épaisseur de l'ordre de 3 à 6 μm.
Comme on le voit en considérant les figures 3 et 4, un retrait 41 est réalisé sur l'ensemble du support 15, des bras principaux 29, 30 et secondaires 35, 36, 37, 38 et une partie des éléments fixes 27, 28 et des plots fixes 39, 40. Ce retrait permet d'éviter tout contact direct du micro-actionneur 10 avec une surface sur laquelle la deuxième tranche 12 serait déposée.
La figure 5 représente un détail de la figure 2. Les éléments représentés sont la branche 18 et l'élément fixe 28 situés en haut et à gauche de la figure 2. Chaque doigt des peignes 24, 26 est une lame dont la hauteur est égale à celle de la branche 18. A titre d'exemple, chaque peigne peut comporter environ 150 doigts.
Sur les différentes figures, les bras principaux 29, 30 et secondaires 35, 36, 37, 38 sont représentés en position de repos. De préférence, le micro-actionneur 10 n'est pas symétrique de sorte qu'en position de repos, les doigts du peigne 24 de la branche 18, située à droite sur la figure 2, pénètrent davantage entre les doigts du peigne 26 de l'élément fixe 28 associé que les doigts du peigne 23 de la branche 17, située à gauche sur la figure 2, entre les doigts du peigne 25 de l'élément fixe 27 associé. Les plots fixes 39, 40 et les éléments fixes 27, 28, illustrés en figure 2, sont reliés, par des contacts non représentés, à des sources d'alimentation électrique.
Comme l'illustre la figure 1, la première tranche de silicium 11 comporte des canaux 45, 46, 47, 48 de section en forme de "V", destinés à recevoir des fibres optiques (non représentées) . De façon générale, chaque fibre optique s'étend en porte-à-faux par dessus le micro-actionneur 10 pour venir le plus près possible du miroir 20. Le fonctionnement du micro-actionneur selon la présente invention est le suivant. Le support 15 est électriquement relié à la masse par 1 ' intermédiaire des plots 39, 40. L'élément fixe 28, situé à droite de la figure 2, est également électriquement relié à la masse tandis que l'élément fixe 27, situé à gauche sur la figure 2, est relié à une tension continue. Cette différence de potentiel est à l'origine de forces électrostatiques qui tendent à déplacer le support 15 dans la direction D, vers la gauche sur la figure 2, de façon à augmenter les surfaces en regard des doigts du peigne 25 de l'élément fixe 27 à la tension positive et les doigts du peigne 23 de la branche 17 en regard reliée à la masse. Le support 15 se déplace donc vers la gauche de la figure 2 selon la direction D jusqu'à parvenir à une position d'équilibre sous l'action des forces électrostatiques et des forces élastiques de rappel issues des bras principaux 29, 30 et secondaires 35, 36, 37, 38 qui tendent à le ramener dans sa position de repos.
Lorsque l'on cesse de relier l'élément fixe 27, situé à gauche sur la figure 2, à une tension continue, les forces de rappel tendent à ramener le support 15 vers la position de repos représentée sur la figure 2.
Pour accélérer et contrôler le retour du support mobile vers la position de repos, il est possible d'inverser temporairement la polarisation des éléments fixes 27, 28, c'est- à-dire de relier pendant une durée limitée l'élément fixe 28, situé sur la droite de la figure 2, à une tension continue et l'élément fixe 27, situé à gauche sur la figure 2, à la masse. Les forces électrostatiques qui apparaissent tendent à déplacer le support 15 selon la direction D, vers la droite sur la figure 2, de façon à faire pénétrer au maximum les doigts du peigne 24 de la branche 18 entre les doigts du peigne 26 de l'élément fixe 28 situé à droite de la figure 2. Ces forces électrostatiques s'ajoutent alors aux forces de rappel élastiques des bras principaux 29, 30 et secondaires 35, 36, 37, 38.
Les valeurs des différentes tensions à appliquer sur les éléments fixes 27, 28, et les durées d'application de ces tensions dépendent de la cinématique du support 15 souhaitée. On obtient une course du support 15, et donc du miroir 20, de l'ordre de quelques dizaines de micromètres.
Le procédé de fabrication du micro-actionneur 10 et du miroir 20 selon la présente invention peut être obtenu selon les étapes décrites ci-après. On vient former par gravure dans la première tranche de silicium 11 les canaux 45, 46, 47, 48, et le miroir 20 et l'ouverture 14. Dans le cas où la première tranche 11 est constituée de silicium monocristallin, on peut venir graver le silicium, comme cela est connu, suivant les plans privilégiés du cristal de façon à obtenir directement par gravure des canaux
45, 46, 47, 48 en forme de "V". La couche d'oxyde de silicium 13 joue le rôle d'arrêt de gravure. On grave ensuite la deuxième tranche 12 de silicium de façon à réaliser le micro-actionneur 10. La couche d'oxyde de silicium 13 joue également le rôle d'arrêt de gravure. On élimine finalement la couche d'oxyde de silicium 13 exposée du côté de la première tranche 11 par gravure de façon à libérer les parties mobiles du micro- actionneur 10. Il est bien sûr possible de former le micro- actionneur 10 avant le miroir 20. La présente invention apporte de nombreux avantages.
Premièrement, le micro-actionneur et le miroir sont réalisés dans des tranches physiquement séparées ce qui permet d'utiliser des procédés adaptés pour la fabrication de chacun d'entre eux. En particulier, les deux tranches peuvent être de nature différente ou être des tranches de silicium monocristallin d'orientations différentes, la première tranche étant choisie pour optimiser les propriétés optiques du miroir. En outre, il est possible de réaliser un miroir de grande dimension étant donné que la hauteur du miroir et donc l'épaisseur de la première tranche n'est pas limitée par la présence du micro-actionneur. Des revêtements métalliques peuvent être réalisés sur le miroir pour, par exemple, améliorer le coefficient de réflexion des parois du miroir. La réalisation des canaux venant supporter les fibres optiques par une gravure humide adaptée permet d'obtenir directement la forme en V des canaux avec un angle de 45° parfait, ainsi qu'un miroir parfaitement vertical et une très bonne qualité de surface du miroir.
Deuxièmement, la disposition des différents canaux n'est pas limitée par la présence du micro-actionneur. En outre, 1 ' ensemble formé par le miroir et le micro-actionneur occupe un espace restreint par rapport aux dispositifs de l'art antérieur.
Troisièmement, la position de repos du support, en
1 ' absence de toutes forces électrostatiques, correspond à une position où les doigts de peigne de l'une des branches pénètrent pratiquement au maximum entre les doigts du peigne d'un premier élément fixe. Ainsi, lorsque le support se déplace vers le second élément fixe, les bras principaux et secondaires exercent des forces de rappel qui s'opposent au déplacement. A l'inverse, lorsque le support revient vers le premier élément fixe, les forces de rappel des bras s'ajoutent aux forces électrostatiques, si bien que l'on peut obtenir, pour ce déplacement, des vitesses de déplacement importantes, et ainsi augmenter la vitesse de commutation d'un système de commutation à miroir actionné par le micro-actionneur selon la présente invention. (Quatrièmement, la tolérance aux mouvements du support selon la direction perpendiculaire aux tranches est importante dans la mesure où les parties mobiles du micro-actionneur ne peuvent pas venir, dans cette direction, en contact avec un autre élément du substrat. Enfin, la position du miroir peut être facilement ajustée sur la branche centrale du micro-actionneur selon les besoins . Bien entendu, la présente invention est susceptible de diverses variantes et modifications qui apparaîtront à 1 'homme de l'art. En particulier, le micro-actionneur a été décrit pour une utilisation avec un miroir optique. Il est clair que le micro-actionneur peut être utilisé pour déplacer toutes pièces mobiles. De plus, le micro-actionneur a été décrit comportant quatre peignes interdigités deux à deux. Il est clair qu'il pourrait comporter une unique paire de peignes assurant le déplacement du support vers une première position, tandis que le déplacement vers une seconde position ne serait obtenu que par les forces de rappel élastiques. En outre, la position de repos du support mobile du micro-actionneur, en l'absence de forces électrostatiques, pourrait être équidistante des deux éléments fixes, le support se déplaçant, sous l'action des forces électrostatiques, vers l'un ou l'autre des éléments fixes. Enfin, pour déplacer le support mobile, au lieu de relier un élément fixe à la masse, et l'autre élément fixe à une tension continue, il est possible de relier les deux éléments fixes à des tensions continues de signe opposé.

Claims

REVENDICATIONS
1. Micro-actionneur (10) d'une pièce mobile (20), formés à partir de première (11) et deuxième (12) tranches de silicium séparées par une couche isolante (13) , ledit micro- actionneur comportant des parties fixes (27, 28, 39, 40) et des parties mobiles (15, 17, 18) , la pièce mobile étant supportée par les parties mobiles, caractérisé en ce que la pièce mobile (20) est réalisée dans la première tranche (11) de silicium et en ce que le micro-actionneur (10) est réalisé dans la deuxième tranche (12) de silicium.
2. Micro-actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un support (15) de la pièce mobile (20) en forme de H dont les deux branches (17, 18) parallèles comprennent des doigts parallèles entre eux et au sens de déplacement de la pièce mobile (20) interdigités avec des doigts d'éléments fixes (27, 28), les branches (17, 18) étant reliées à un plot fixe (39, 40) par un bras élastique (29, 30, 35, 36, 37, 38).
3. Micro-actionneur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les doigts des branches (17, 18) du support (15) sont alimentés par une source d'alimentation à un premier potentiel déterminé, les doigts de l'un des éléments fixes (27, 28) étant alimentés par une source d'alimentation à un deuxième potentiel de façon à produire des forces électrostatiques pour déplacer le support (15) par rapport aux tranches (11, 12) .
4. Micro-actionneur (10) selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux branches (17, 18) sont reliées par une branche centrale (16) supportant la pièce mobile (20) .
5. Micro-actionneur . (10) selon la revendication 4, caractérisé en ce que les extrémités en vis-à-vis de chaque branche (17, 18) sont reliées l'une à l'autre par un bras élastique principal (29, 30) qui s'étend en partie parallèlement aux branches (17, 18) , et en partie parallèlement à la branche centrale (16) et au voisinage de celui-ci, le bras principal (29, 30) étant relié au plot fixe (39, 40) par un bras élastique secondaire (35, 36, 37, 38) parallèle aux branches (17, 18) .
6. Micro-actionneur (10) selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'en l'absence de forces électrostatiques, les doigts de l'une des branches (17, 18) pénètrent davantage entre les doigts de l'élément fixe associé (27, 28) que les doigts de la branche opposée (17, 18) entre les doigts de l'élément fixe associé (27, 28) .
7. Micro-actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pièce mobile (20) est un miroir mobile.
8. Micro-actionneur (10) selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première tranche (11) comprend un ensemble de canaux (45, 46, 47, 48) recevant chacun une fibre optique et agencé en étoile autour du micro-actionneur (10) .
9. Procédé de fabrication d'un micro-actionneur (10) de pièce mobile (20) dans des première (11) et deuxième (12) tranches de silicium séparées par une couche isolante (13) , caractérisé en ce qu'il comprend les étapes suivantes :
- graver les tranches (11, 12) de silicium, la couche isolante (13) formant un arrêt de gravure, pour former respectivement dans la première tranche (11) la pièce mobile (20) et une ouverture sensiblement au niveau de parties mobiles du micro- actionneur (10) , et dans la deuxième tranche (12) le micro- actionneur (10) ; et - graver la couche isolante (13) exposée du côté de la première tranche (11) .
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