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研究生:鄭智文
研究生(外文):Chih-Wen Cheng
論文名稱:直立式可旋轉微光學鏡片之製作與測試
論文名稱(外文):Fabrication and Testing of a Vertical Tunable Micromirror
指導教授:趙儒民趙儒民引用關係
指導教授(外文):Ru Min Chao
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:系統及船舶機電工程學系碩博士班
學門:工程學門
學類:機械工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2004
畢業學年度:92
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:再流動微光學鏡片SOI晶片
外文關鍵詞:reflowmicro-mirrorSOI wafer
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摘 要
本論文的目的在利用微機電製程技術,製作出一直立式可旋轉微光學鏡片。主要使用SOI晶片作為材料,利用控制蝕刻犧牲層時間的方式使矽結構懸浮,配合BCB光阻之再流動特性作為三維鏡片的自動組裝方式,完成直立式的微光學鏡片,再利用靜電力梳形致動器使鏡片旋轉。微光學鏡片以及致動器部分都在同一層矽結構製作完成,因此整個過程只需要兩道光罩即可,大幅減少微光學鏡片製作的複雜性。
研究的重點在於使鏡片旋轉的方式,包含了不同的旋轉彈簧以及靜電力梳形致動器的設計:一種是“吸附式”旋轉微鏡片,利用靜電力致動器直接帶動鏡片懸浮結構使其旋轉;另一種是“推壓式”旋轉微鏡片,利用靜電力致動器帶動桿件由兩側同時推擠鏡片懸浮結構使其旋轉。
最後經由測試探討不同設計之直立式微光學鏡片的旋轉情形,未來可將其實際應用於微光機電系統上。
Abstract
The purpose of this research is to fabricate a vertical tunable micro mirror by using the MEMS technology. We use SOI wafer and a two-mask process. By a timed etching process, the mirror is patterned and released. Finally the vertical micro mirror is self-assembly by reflow property of the BCB photo-resist, and then the comb-drive is DC activated to tune the vertical mirror. In order to reduce the complication of the process, all the components of the device are integrated onto the structure layer of the SOI wafer, and therefore only two masks are needed.
The key point of this research is how to rotate the mirror. There are two different rotation modes. One is “the pull-mode” that the comb-drive will move along a curved path and directly rotate the mirror; another is “the push-mode” that the comb-drive will push the mirror with a shuttle from both sides of the mirror. These two different designs defer not only the push-pull characters, but also the use of different spring design.
The rotation angle of the tunable vertical micro mirror is reported, and the application of such mirror in the micro-optic-electric-mechanical system will remain.
摘要 Ι
誌謝 III
目錄 IV
圖目錄 VII
表目錄 XI

第一章 緒論 1
1.1 研究動機及目的 1
1.2 文獻回顧 2
1.3 研究方法 3

第二章 BCB光阻之再流動特性 5
2.1 BCB光阻之性質 5
2.2 BCB光阻再流動特性之探討 7
2.3 BCB光阻再流動特性之實驗結論及問題 9

第三章 直立式可旋轉微光學鏡片之設計 11
3.1 直立式可旋轉微光學鏡片之架構 11
3.2 光罩設計 15
3.2.1 矽結構之光罩圖案設計 15
3.2.2 BCB鉸鏈之光罩圖案設計 26
3.2.3 兩道光罩之整合 27
3.3 梳形致動器之相關計算 30
3.3.1 靜電力之計算 30
3.3.2 折疊樑之彈性係數計算 32
3.4 旋轉彈簧之有限元素模擬分析 33

第四章 製程 40
4.1 材料選擇 40
4.2 製作流程 40
4.2.1 矽結構圖案之微影製程 42
4.2.2 蝕刻矽結構層 44
4.2.3 BCB鉸鏈圖案之微影製程 45
4.2.4 蝕刻犧牲層 47
4.2.5 BCB光阻之再流動 48
4.3 製程結果 48
4.4 製程問題與討論 52

第五章 測試 54
5.1 測試儀器 54
5.2 測試方法 55

第六章 結果與討論 58
6.1 微光學鏡片之自動組裝 58
6.2 微光學鏡片之旋轉測試 65
6.3 改善方法 70
6.4 結論 74

參考文獻 75
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