專利名稱：基于鍵合技術的集成光學干涉儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及的是一種光學干涉儀，特別是一種基于鍵合技術的集成光學干涉儀，屬于微細加工領域。
背景技術：
近年來，隨著MEMS技術的迅速發展，各種光學器件也逐漸向微型化和集成化的方向發展。光學干涉儀是一種用來測量光學表面的位移與變形的干涉計量儀器。它利用激光作為待測表面的信息載體，以干涉條紋的形式在電視監視器上顯示出試件表面位移或變形的等值線條紋，可以用于高靈敏度位移傳感器，形貌測定，折射率測定，面內位移，振動分析及材料或構件的無損檢測等方面。由于傳統的光學干涉儀由激光器，分光棱鏡，隔離器，反射鏡等構成，故體積較大，需要對準，所以集成光學干涉儀的研究引起了科研人員的注意。經文獻檢索發現，R.Sawada等人在1997的MEMS會議上(R.Sawada，etal.Integrated Micro-laser Displacement Sensor.Proc.IEEE10th Int.Workshop on Micro Electro Mechanical Systems(MEMS97)，pp.19-24(Nagoya，Japan，1997)提出了一種集成干涉儀的結構。它主要由激光二極管，波導，半反射鏡，檢測二極管等組成。這種集成的結構僅僅是利用波導技術和光反饋技術將傳統的兩臂干涉儀進行微型化，所以所需的部件比較多，從而造成各個部件間對準復雜。另外，從性能上來說，由于波導和外部目標間的耦合損失大，導致信號很小，數值在納安(nA)量級。
發明內容
本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種基于鍵合技術的集成光學干涉儀，本發明對現有技術作了進一步改進，省略了現有技術中的參考反射鏡和分光器，使其結構更加簡潔，并使其采用鍵合技術來集成光學干涉儀，集成光學干涉儀構造關鍵部件采用了超薄薄膜光電二極管，解決了背景技術中存在的問題。
本發明是通過以下技術方案實現的，本發明主要包括微光學透鏡、隔離器、超薄薄膜光電二極管，其連接方式為微光學透鏡在最上層，中間為隔離器，下層為超薄薄膜光電二極管，這三層通過鍵合連接。微光學透鏡、隔離器、超薄薄膜光電二極管分別為陣列形式，然后采用鍵合技術連接，實現大批量生產。
由于超薄薄膜光電二極管非常薄的原因，只有一小部分入射光被吸收，剩下的大部分光是透射光，這樣一來可把分光器省略掉。光的大部分穿過薄膜光電二極管的活性層。在設計中，估計吸收率小于30％，入射光的70％穿過薄膜光電二極管。參照面就是入射光的波面，這樣又把參照光的反射鏡省略掉。入射光束照射到可移動的反射鏡上，并反射進入薄膜光電二極管。透射光和反射光相互疊加產生駐波。當超薄薄膜光電二極管正好在駐波節點上時，輸出信號最小。輸出信號大小取決于超薄薄膜光電二極管和反射鏡的相對位置。利用駐波作為標準可由干涉信號測量光電二極管和反射鏡的相對位置。光學隔離器用來消除反射回來的光。為了獲得足夠的對駐波的空間分辨率，超薄薄膜光電二極管活性層的厚度應滿足mλ/4n(m＝1，3，5…，λ為光波波長，n為自然數)，但為了透光性，不能很厚。由于很薄的薄膜層中很難沿縱軸方向集成光電二極管的p-n結，因此，在硅片上沿橫軸方向集成光電二極管的p-n結。其制作流程是首先用直接鍵合方法將石英基板和硅片鍵合起來，然后，將硅片減薄到60nm，接著用光刻方法開出梳狀窗口，通過窗口進行砷和硼離子注入，以制成p-n結，然后，淬火和沉積SiO2薄膜，最后，制作鋁電極而完成工藝。
本發明具有實質性特點和顯著進步，和其它集成光學干涉儀相比，它既沒有參考反射鏡又沒有分光器，所以結構簡單。解決了集成光學干涉儀難對準，加工工藝復雜，信號小的缺點。另外，本發明的測量范圍可達激光的相干長度。
圖1本發明結構示意圖具體實施方式
如圖1所示，本發明主要包括微光學透鏡1、隔離器2、超薄薄膜光電二極管3，其連接方式為微光學透鏡1在最上層，中間為隔離器2，下層為超薄薄膜光電二極管3，這三層通過鍵合連接。微光學透鏡1、隔離器2、超薄薄膜光電二極管3分別為陣列形式，然后采用鍵合技術連接。
超薄薄膜光電二極管3采用橫向PN結的結構，在硅片上沿橫軸方向集成光電二極管的p-n結。
超薄薄膜光電二極管3中活性層的厚度滿足mλ/4n，其中m＝1，3，5…，λ為光波波長，n為自然數。
權利要求
1.一種基于鍵合技術的集成光學干涉儀，主要包括微光學透鏡(1)、隔離器(2)、超薄薄膜光電二極管(3)，其特征在于，其連接方式為微光學透鏡(1)在最上層，中間為隔離器(2)，下層為超薄薄膜光電二極管(3)，這三層通過鍵合連接。
2.根據權利要求1所述的基于鍵合技術的集成光學干涉儀，其特征是，微光學透鏡(1)、隔離器(2)、超薄薄膜光電二極管(3)分別為陣列形式，然后采用鍵合技術連接。
3.根據權利要求1或2所述的基于鍵合技術的集成光學干涉儀，其特征是，超薄薄膜光電二極管(3)中活性層的厚度滿足mλ/4n，其中m＝1，3，5…，λ為光波波長，n為自然數。
4.根據權利要求1或2或3所述的基于鍵合技術的集成光學干涉儀，其特征是，超薄薄膜光電二極管(3)采用橫向PN結的結構，在硅片上沿橫軸方向集成光電二極管的p-n結。
全文摘要
一種基于鍵合技術的集成光學干涉儀，屬于微細加工領域。本發明主要包括微光學透鏡、隔離器、超薄薄膜光電二極管，其連接方式為微光學透鏡在最上層，中間為隔離器，下層為超薄薄膜光電二極管，這三層通過鍵合連接。本發明和其它集成光學干涉儀相比，它既沒有參考反射鏡又沒有分光器，所以結構簡單，解決了集成光學干涉儀難對準，加工工藝復雜，信號小的缺點。另外，本發明的測量范圍可達激光的相干長度。
文檔編號G01B9/02GK1456861SQ03128928
公開日2003年11月19日 申請日期2003年5月29日 優先權日2003年5月29日
發明者李以貴, 宋康, 陳水良, 宓曉宇 申請人:上海交通大學