一种压电驱动微镜及制造方法

技术领域

本发明涉及一种压电驱动微镜及制造方法，属于微镜技术领域。

背景技术

远距离激光应用，需要微镜能够转动更大的角度、以及更大的反射镜面，这样可以获得更大的通光口径；但是要同时实现大镜面和大转角，存在很高的难度。由于驱动力不足，为了得到更大的角度，需要把结构刚度做小，但是大镜面意味着大质量，即刚度设计过小，又不能支撑大镜面，因此现有技术还未有产品能够同时实现大镜面和大转角。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种压电驱动微镜，采用双压电驱动结构设计，能够同时实现大镜面与大转角应用，提高实际工作效率。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种压电驱动微镜，包括边框衬底（1）、镜面（2）、以及两个第一运动梁装置，其中，两个第一运动梁装置的结构彼此相同，各个第一运动梁装置分别均包括一根折叠梁（3）、以及各段压电片（4），各个第一运动梁装置结构中：每两段压电片（4）划分为一组压电装置，各组压电装置沿折叠梁（3）长度方向依次分布对应折叠梁（3）上的各个位置，且相邻两组压电装置之间彼此不对接，各组压电装置中的两段压电片（4）分别设置于折叠梁（3）对应位置的上下表面，折叠梁（3）、以及其表面所设各段压电片（4）结构以折叠梁（3）中垂线为轴呈轴对称，且对称轴单侧方向具有至少两组压电装置；

各第一运动梁装置中折叠梁（3）中点位置的一侧分别连接镜面（2）边缘上彼此过镜面（2）中心位置相对的两位置，两个第一运动梁装置中折叠梁（3）中点位置的另一侧分别连接边框衬底（1），基于对各第一运动梁装置中各段压电片（4）的供电，驱动各第一运动梁装置中的折叠梁（3）运动带动镜面转动。

作为本发明的一种优选技术方案：还包括两个结构均与第一运动梁装置结构相同的第二运动梁装置，两个第一运动梁装置分别与两个第二运动梁装置一一对应，构成两组运动组合梁装置，各组运动组合梁装置结构中：第一运动梁装置中折叠梁（3）的两端分别与对应第二运动梁装置中折叠梁（3）的两端相连接，第一运动梁装置中折叠梁（3）的中垂线与第二运动梁装置中折叠梁（3）的中垂线相共线，第一运动梁装置与第二运动梁装置的整体结构相对该共线呈轴对称；

各组运动组合梁装置中其中一侧折叠梁（3）中点位置的外侧分别连接镜面（2）边缘上彼此过镜面（2）中心位置相对的两位置，各组运动组合梁装置中另外一侧折叠梁（3）中点位置的外侧分别连接边框衬底（1），基于对各组运动组合梁装置中各段压电片（4）的供电，驱动各组运动组合梁装置中第一运动梁装置、第二运动梁装置中的折叠梁（3）运动带动镜面转动。

与上述相对应，本发明还设计了实现压电驱动微镜的制造方法，基于SOI硅片，应用生长、刻蚀、以及金属键合的方式，高效实现所设计压电驱动微镜。

本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种压电驱动微镜的制造方法，包括如下步骤：

步骤A. 针对第一SOI硅片表面进行cavity刻蚀，形成空腔；

步骤B. 针对第一SOI硅片表面对应空腔外侧的位置，采用生长加刻蚀Au的方法，构建驱动电极；

步骤C. 针对第二SOI硅片的其中一表面，采用生长加刻蚀的方法，构建压电复合层，构成压电片（4）；

步骤D. 针对第二SOI硅片的其中一表面，采用生长加刻蚀Au的方法，构建镜面（2）、以及驱动电极；

步骤E. 以第二SOI硅片表面上镜面（2）生长面面向第一SOI硅片空腔的方向，将第二SOI硅片与第一SOI硅片进行键合，第二SOI硅片上各驱动电极与第一SOI硅片上对应位置驱动电极相接触；

步骤F. 针对第二SOI硅片另一表面进行减薄操作，使得第二SOI硅片满足预设厚度；

步骤G. 针对第二SOI硅片表面的另一表面，采用生长加刻蚀的方法，构建压电复合层，构成压电片（4）；

步骤H. 针对第二SOI硅片表面的另一表面，采用生长加刻蚀Au的方法，构建镜面（2）、以及驱动电极；

步骤I. 针对第二SOI硅片进行DRIE刻蚀，形成边框衬底（1）、镜面（2）、以及各个运动梁装置。

作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤C与步骤G中，采用生长加刻蚀的方法，构建pt/pzt/pt组成的压电复合层，构成压电片（4）。

本发明所述一种压电驱动微镜及制造方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明所设计压电驱动微镜，包括边框衬底（1）、镜面（2）、以及两个第一运动梁装置与两个第二运动梁装置彼此一一对应组合构建的两组运动组合梁装置，通过在折叠梁（3）两侧对应位置设置多段压电片（4）构成运动梁装置，如此通过对折叠梁（3）两侧压电片（4）的同时驱动，即可以得到更大的驱动力，使镜面（2）偏转更大的角度，同时，采用差分驱动的方式，可以得到正反两个方向对称的角度，使得镜面（2）扫描指标更好，驱动效率大大提高，实现了大镜面与大转角的同时具备，同时设计实现该压电驱动微镜的制造方法，应用两片SOI硅片，在生长、刻蚀的基础上，通过两片SOI硅片之间的金属键合，高效获得压电驱动微镜。

附图说明

图1是本发明设计压电驱动微镜的俯视图；

图2是本发明设计压电驱动微镜中运动梁装置的测试图；

图3是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤A的示意图；

图4是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤B的示意图；

图5是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤C的示意图；

图6是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤D的示意图；

图7是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤E的示意图；

图8是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤F的示意图；

图9是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤G的示意图；

图10是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤H的示意图；

图11是本发明设计压电驱动微镜制造方法中对应步骤I的示意图。

其中，1. 边框衬底，2. 镜面，3. 折叠梁，4. 压电片。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

本发明所设计一种压电驱动微镜，实际应用当中，如图1所示，包括边框衬底（1）、镜面（2）、以及两个第一运动梁装置、两个第二运动梁装置，两第一运动梁装置的结构与两第二运动梁装置的结构均相同，各运动梁装置分别均包括一根折叠梁（3）、以及各段压电片（4）；如图2所示，各个第一运动梁装置结构中：每两段压电片（4）划分为一组压电装置，各组压电装置沿折叠梁（3）长度方向依次分布对应折叠梁（3）上的各个位置，且相邻两组压电装置之间彼此不对接，各组压电装置中的两段压电片（4）分别设置于折叠梁（3）对应位置的上下表面，折叠梁（3）、以及其表面所设各段压电片（4）结构以折叠梁（3）中垂线为轴呈轴对称，且对称轴单侧方向具有至少两组压电装置。

如图1所示，两个第一运动梁装置分别与两个第二运动梁装置一一对应，构成两组运动组合梁装置，各组运动组合梁装置结构中：第一运动梁装置中折叠梁（3）的两端分别与对应第二运动梁装置中折叠梁（3）的两端相连接，第一运动梁装置中折叠梁（3）的中垂线与第二运动梁装置中折叠梁（3）的中垂线相共线，第一运动梁装置与第二运动梁装置的整体结构相对该共线呈轴对称。

如图1所示，各组运动组合梁装置中其中一侧折叠梁（3）中点位置的外侧分别连接镜面（2）边缘上彼此过镜面（2）中心位置相对的两位置，各组运动组合梁装置中另外一侧折叠梁（3）中点位置的外侧分别连接边框衬底（1），基于对各组运动组合梁装置中各段压电片（4）的供电，驱动各组运动组合梁装置中第一运动梁装置、第二运动梁装置中的折叠梁（3）运动带动镜面转动。

实际应用当中，具体设计了实现压电驱动微镜的制造方法，具体设计执行如下步骤A至步骤I。

步骤A. 针对第一SOI硅片表面进行cavity刻蚀，形成空腔，如图3所示；

步骤B. 针对第一SOI硅片表面对应空腔外侧的位置，采用生长加刻蚀Au的方法，构建驱动电极，如图4所示；

步骤C. 针对第二SOI硅片的其中一表面，采用生长加刻蚀的方法，构建pt/pzt/pt组成的压电复合层，构成压电片（4），如图5所示；

步骤D. 针对第二SOI硅片的其中一表面，采用生长加刻蚀Au的方法，构建镜面（2）、以及驱动电极，如图6所示；

步骤E. 以第二SOI硅片表面上镜面（2）生长面面向第一SOI硅片空腔的方向，将第二SOI硅片与第一SOI硅片进行键合，第二SOI硅片上各驱动电极与第一SOI硅片上对应位置驱动电极相接触，如图7所示；

步骤F. 针对第二SOI硅片另一表面进行减薄操作，使得第二SOI硅片满足预设厚度，如图8所示；

步骤G. 针对第二SOI硅片表面的另一表面，采用生长加刻蚀的方法，构建pt/pzt/pt组成的压电复合层，构成压电片（4），如图9所示；

步骤H. 针对第二SOI硅片表面的另一表面，采用生长加刻蚀Au的方法，构建镜面（2）、以及驱动电极，如图10所示；

步骤I. 针对第二SOI硅片进行DRIE刻蚀，形成边框衬底（1）、镜面（2）、以及各个运动梁装置，如图11所示。

上述技术方案所设计压电驱动微镜，包括边框衬底（1）、镜面（2）、以及两个第一运动梁装置与两个第二运动梁装置彼此一一对应组合构建的两组运动组合梁装置，通过在折叠梁（3）两侧对应位置设置多段压电片（4）构成运动梁装置，如此通过对折叠梁（3）两侧压电片（4）的同时驱动，即可以得到更大的驱动力，使镜面（2）偏转更大的角度，同时，采用差分驱动的方式，可以得到正反两个方向对称的角度，使得镜面（2）扫描指标更好，驱动效率大大提高，实现了大镜面与大转角的同时具备，同时设计实现该压电驱动微镜的制造方法，应用两片SOI硅片，在生长、刻蚀的基础上，通过两片SOI硅片之间的金属键合，高效获得压电驱动微镜。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。