Микрооптоэлектромеханические системы - Microoptoelectromechanical systems

Микрооптоэлектромеханические системы (MOEMS), также записываемый как микро-опто-электромеханические системы или микрооптоэлектромеханические системы, также известные как оптические микроэлектромеханические системы или оптический МЭМС, не являются особым классом микроэлектромеханические системы (MEMS), а скорее комбинация MEMS, объединенная с микрооптика; это включает в себя обнаружение или управление оптическими сигналами в очень маленьком масштабе с использованием интегрированных механических, оптических и электрических систем. MOEMS включает в себя широкий спектр устройств, например оптический переключатель, оптическое кросс-соединение, настраиваемый VCSEL, микроболометры. Эти устройства обычно изготавливаются с использованием микрооптики и стандартных технологий микрообработки с использованием таких материалов, как кремний, диоксид кремния, нитрид кремния и арсенид галлия.

Объединение технологий

Эту цифру впервые представил М. Эдвард Мотамеди.
Схема цифровое микрозеркало показано зеркало, установленное на подвесной вилке, с торсионной пружиной, движущейся снизу слева направо (светло-серый), с электростатическими подушками ячеек памяти внизу (вверху слева и внизу справа)
DLP CINEMA. Технология Texas Instruments

MOEMS включает в себя две основные технологии, микроэлектромеханические системы и микрооптика. Обе эти две технологии независимо друг от друга включают в себя пакетную обработку, аналогичную интегральным схемам, и микрообработку, аналогичную производству микродатчика.

MEMS предлагает по своей сути миниатюризацию устройства и широкое применение в датчиках и исполнительных механизмах, робототехнике, акселерометрах, микроклапанах, контроллерах потока, системах глобального позиционирования (GPS ) миниатюризация компонентов; и множество других датчиков и исполнительных механизмов для применения в космических, воздушных, наземных и морских транспортных средствах, а также в промышленности, биотехнологии и бытовой электронике.

В течение 1980-х годов аббревиатура MEMS принесла огромные деньги за публикации, получение государственных заказов и рекламу. DARPA назначили руководителя программы в этой области, и очень скоро MEMS стала королем технологии. Несколько издаваемых высокотехнологичных журналов были присоединены к МЭМС, поддерживая миниатюризацию и низкую стоимость производства. Многие частные компании, не имевшие достаточных знаний о МЭМС, также начали прыгать на подножку.

Параллельно с разработками MEMS и даже раньше, сенсорная технология была продвинута до микродатчиков и соединения с микроактюаторами. Развитие микросенсоров и микроактюаторов также произошло благодаря материнской технологии микромеханической обработки. Микрообработка - это основа всего, что у нас есть сегодня в области высоких технологий. Эта технология никогда не получила должного признания в истории. Он был коммерчески использован в 1960-х годах в Швейцарии для микрообработки. кварц на несколько порядков сложнее, чем микрообработка кремния. Аббревиатура МЭМС была настолько мощной в 80-е годы, что без выбора микродатчиков и микроактюаторов, включая микромеханическую обработку, все присоединились к МЭМС путем мягкой посадки. В результате аббревиатура MEMS стала более привлекательной для рекламы и даже сегодня доминирует в микротехнологиях, не отдавая должного своим настоящим родителям.

В эпоху МЭМС и до этого времени Rockwell International участвовала в коммерческой разработке МЭМС по государственным контрактам. В начале 1980-х годов компания Rockwell успешно создала первый высокопроизводительный КМОП-МЭМС-чип акселерометра с высоким ускорением для космических приложений.[1] Пластина обрабатывалась внутри Rockwell СБИС лаборатория в Анахайме, Калифорния. Это был прорыв в технологии MEMS, но в литературе он не появлялся до 1988 года.

В 1992 году компания Rockwell применила микрооптику для разработки систем для нескольких промышленных приложений, включая микролинзы для кремниевых фокальных плоскостей,[2] высокоскоростная бинарная микролинза в GaAs,[3] просветляющие поверхности из кремния,[4] массивы тонкопленочных микролинз,[5] устройство управления лучом,[6] интеграция микролинз с решетками фокальной плоскости,[7] и оптический преобразователь и коллиматор.[8] Научный центр Роквелла также разработал технологию преломляющих микролинз, включая фотолитографию в оттенках серого.[9] Дифракционные микролинзы, основанные на бинарных оптических структурах, обычно изготавливаются в объеме материала с помощью нескольких последовательных слоев фоторезистного рисунка и реактивного ионного травления (RIE), чтобы сформировать многоступенчатый фазовый профиль. Этот профиль приближается к идеальной поверхности киноформной линзы. Для изготовления дифракционных компонентов используется специальный ступенчатый процесс, называемый бинарной оптикой.

После стольких успехов в микрооптике и МЭМС исследователи Rockwell, которые участвовали как в МЭМС, так и в микрооптике, инициировали разработку нескольких инновационных идей фотоники, сочетающих обе технологии.

MOEMS - многообещающая мульти-технология для миниатюризации критических оптических систем. Акроним определяет три высокотехнологичных области: микрооптика, микромеханика и микроэлектроника. MOEMS могут косвенно объединиться в области микрообработки, микродатчиков и микроактюаторов, если их процессы совместимы с интегральными схемами.

Объединение всех этих мульти-технологий сделало MOEMS идеальным ноу-хау для многих промышленных демонстраций коммерческих устройств, таких как оптические переключатели, цифровые микрозеркальные устройства (увидеть DLP ), бистабильные зеркала, лазерные сканеры, оптические шторки и динамические микрозеркальные дисплеи. Все технологии MOEMS обладают потенциалом пакетной обработки и репликации с тиснением, что, опять же, делает их очень привлекательными и необходимыми для коммерческих приложений. MOEMS - это технология, позволяющая решать задачи, которые невозможно решить с помощью одной только микрооптики, и в настоящее время она играет важную роль во многих оптических приложениях. Тенденция к миниатюризации и интеграции обычных оптических систем ускорит внедрение технологии MOEMS в коммерциализацию многих промышленных компонентов, которые сегодня являются наиболее востребованными элементами оптической связи.

История МОЭМС

В 1991–1993 годах доктор М. Эдвард Мотамеди, бывший новатор Rockwell International в обеих областях микроэлектромеханические системы и микрооптика, внутреннее сокращение от MOEMS для микрооптоэлектромеханических систем. Это было сделано для того, чтобы различать оптические MEMS и MOEMS, где оптические MEMS могут включать объемную оптику, но MOEMS действительно основана на микротехнологии, где устройства MOEMS обрабатываются партиями точно так же, как интегральные схемы, но в большинстве случаев это неверно для оптических MEMS.

В 1993 году д-р Мотамеди впервые официально представил MOEMS, как мощную комбинацию MEMS и микрооптики, в приглашенном выступлении на конференции. SPIE Конференция «Критические обзоры оптической науки и технологий» в Сан-Диего. В своем выступлении д-р Мотамеди представил рисунок ниже, чтобы показать, что MOEMS - это взаимодействие трех основных микротехнологий; а именно микрооптика, микромеханика и микроэлектроника.[10]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ М. Э. Мотамеди, "Акустические акселерометры", IEEE Trans. по ультразвуку, сегнетоэлектрикам и контролю частоты, Vol. UFFC-34, № 2, стр. 237, март 1988 г.
  2. ^ М.Е. Мотамеди и др., «Кремниевые микролинзы для улучшенной оптической связи с кремниевыми фокальными плоскостями», Труды SPIE, 1544, стр. 22-32, июль 1991 г.
  3. ^ М.Е. Мотамеди и др., «Высокоскоростные бинарные микролинзы в GaAs», Труды, SPIE, 1544, pp. 33–44, июль 1991 г.
  4. ^ М.Е. Мотамеди и др. «Антиотражающие поверхности в кремнии с использованием бинарной оптической технологии», Applied Optics, 1 августа 1992 г., Vo., 31, № 22, стр. 4371-4376.
  5. ^ М.Е. Мотамеди и др., «Интеграция МФП и тонкопленочных бинарных оптических микролинз», SPIE 2687, 70-77, 1996
  6. ^ М. Э. Мотамеди и др., Конференция по бинарной оптике «Устройство управления лазерным лучом», Хантсвилл, Алабама, публикация НАСА № 3227, PP 345-358, 1993.
  7. ^ М.Е. Мотамеди и др., «Интеграция микрооптики с решетками фокальной плоскости», Optical Eng. т. 36, № 5, п.п. 1374-1382, май 1997 г.
  8. ^ М.Э. Мотамеди и др., «Оптический преобразователь и коллиматор для оптоволоконной связи» будет опубликован в следующем выпуске SPIE конференция "Миниатюрные системы с микрооптикой и микромеханикой II" в Сан-Хосе, Калифорния, 8–14 февраля 1997 г. (приглашенный доклад)
  9. ^ H.O. Санкур и др., «Изготовление матриц ИК-микролинз путем реактивного ионного измельчения», SPIE Труды миниатюры, микрооптики и микромеханики, 2687, стр 150-155, 1996
  10. ^ М. Э. Мотамеди, «Слияние микрооптики с микромеханикой: микрооптоэлектромеханические (MOEM) устройства», Критические обзоры оптической науки и технологий, V. CR49, SPIE Ежегодное собрание, Труды по дифракционной и миниатюрной оптике, стр. 302-328, июль 1993 г.

Список используемой литературы