一种多检测质量块的光学微机电结构的制作方法

本发明属于光学微电子机械系统，涉及一种多检测质量块的光学微机电结构。

背景技术：

1、随着物联网(iot)的发展，各领域需要更精确、更紧凑的动态传感设备，包括可穿戴的人体活动识别系统、虚拟现实设备、多功能机器人等。因此，微电子机械系统(mems)作为传感设备的核心组件，使得各种mems结构方面得到广泛研究。其中，光学微电子机械系统(optomems)作为一种新型的mems技术，因其能够结合微纳尺度电子学和光子学的优点而迅速成为研究和开发的热点领域。特别的是，optomems能够在微纳尺度上操纵光线的能力，使其在传感、通信和生物医学成像等领域具有广泛的应用前景。与此同时，对传感产品性能的要求在多个方面不断提高，包括能力、紧凑性、可扩展性和灵敏度。因此，现今提高optomems结构性能的方法显得至关重要。

2、传统的光学微机电系统使用基于光学腔体的mems结构，该mems结构包括悬置的检测质量块，检测质量块的质量决定了mems系统的机械共振频率。由于系统的机械共振频率决定了系统工作带宽的上限，所以对系统的机械共振频率调制就能调制系统的工作带宽。目前已经开发出了一些方法来扩大optomems的波长调谐范围，以提高其灵活性和功能性，包括使用带有optomems器件的主动调谐装置。然而，带有额外能量源的主动调谐模块会降低optomems的紧凑性，增加成本，并可能在系统中引入额外的噪声。

3、鉴于上述情况，如何提供一种具有更宽的调谐范围且结构更为紧凑的光学微电子机械系统，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要问题。

4、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本申请的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的。不能仅仅因为这些方案在本申请的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种多检测质量块的光学微机电结构，用于解决现有光学微机电结构难以平衡较宽的波长调节范围与较高的结构紧凑性的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种多检测质量块的光学微机电结构，包括：

3、悬置波导；

4、悬置支撑梁，位于所述悬置波导的y方向一侧并与所述悬置波导间隔设置；

5、检测质量块组，位于所述悬置支撑梁远离所述悬置波导的一侧，所述检测质量块组包括在x方向上依次排列且间隔设置的n个质量不同的悬置检测质量块，其中，n为大于1的整数；

6、光学腔体组，位于所述悬置支撑梁与所述检测质量块组之间，所述光学腔体组包括在x方向上依次排列且间隔设置的n个共振波长相同的光学腔体，每一所述光学腔体分别包括在y方向上间隔设置的第一悬置光子晶体与第二悬置光子晶体，n个所述第一悬置光子晶体均固定于所述悬置支撑梁，n个所述第二悬置光子晶体与n个所述悬置检测质量块一一对应连接。

7、可选地，任意两个所述悬置检测质量块，质量较大的一个悬置检测质量块的质量至少是质量较小的一个悬置检测质量块的质量的10倍。

8、可选地，至少有两个所述悬置检测质量块的厚度相同，但沿xy平面的横截面积不同。

9、可选地，至少有两个所述悬置检测质量块沿xy平面的横截面积相同，但厚度不同。

10、可选地，n个所述悬置检测质量块均采用相同的材质。

11、可选地，相邻两个所述悬置检测质量块之间设有子锚块，相邻两个所述悬置检测质量块的相向两端分别通过悬置系绳与所述子锚块连接。

12、可选地，所述光学微机电结构还包括在x方向上依次排列且间隔设置的第一主锚块与第二主锚块，所述悬置支撑梁的x方向两端分别与所述第一主锚块及所述第二主锚块连接，最接近所述第一主锚块的一个所述悬置检测质量块通过悬置系绳与所述第一主锚块连接，最接近所述第二主锚块的一个所述悬置检测质量块通过悬置系绳与所述第二主锚块连接。

13、可选地，所述光学微机电结构应用于陀螺仪或加速度计。

14、可选地，所述光学腔体包括缺陷区域及镜像区域，所述镜像区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧，或者所述镜像区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧与y方向两侧。

15、可选地，所述光学微机电结构包括支撑层及位于所述支撑层上的功能层，所述悬置波导、所述悬置支撑梁、所述第一悬置光子晶体、所述第二悬置光子晶体、所述悬置检测质量块均基于所述功能层形成。

16、可选地，所述支撑层包括硅层，所述功能层包括氮化硅层。

17、如上所述，本发明的多检测质量块的光学微机电结构采用多个悬置检测质量块来替代主动调谐模块，其中，多个悬置检测质量块与多个具有相同共振波长的光学腔体一一对应连接，组成多个子传感系统，多个悬置检测质量块具有不同的质量，使得多个子传感系统具有不同的机械共振频率，从而能够在紧凑的结构中展现出更大的机械共振频率范围，提供更宽广的工作带宽，实现更宽的波长调谐范围，进而能够在空间有限的条件下实现更多、更复杂的功能，从而适用于更广泛的应用，包括但不限于可穿戴设备、植入式传感器等。本发明的光学微机电结构由于采用了多个检测质量块，可以为设备设计提供更大的灵活性，因为可以根据需要设置不同特定质量的多个检测质量块以选择性地响应不同的特定加速度，从而实现特定的波长调谐范围。此外，本发明的多检测质量块的光学微机电结构将多个机械组件集成到单个设备中，由于无需额外的主动调谐模块，可以降低成本和功耗，且本发明的多检测质量块的光学微机电结构可以使用mems技术大规模制造，这种可扩展性有利于推进光学微机电结构在通信、传感和生物医学成像等领域的的商业化应用。

技术特征：

1.一种多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：任意两个所述悬置检测质量块，质量较大的一个悬置检测质量块的质量至少是质量较小的一个悬置检测质量块的质量的10倍。

3.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：至少有两个所述悬置检测质量块的厚度相同，但沿xy平面的横截面积不同。

4.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：至少有两个所述悬置检测质量块沿xy平面的横截面积相同，但厚度不同。

5.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：n个所述悬置检测质量块均采用相同的材质。

6.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：相邻两个所述悬置检测质量块之间设有子锚块，相邻两个所述悬置检测质量块的相向两端分别通过悬置系绳与所述子锚块连接。

7.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：所述光学微机电结构还包括在x方向上依次排列且间隔设置的第一主锚块与第二主锚块，所述悬置支撑梁的x方向两端分别与所述第一主锚块及所述第二主锚块连接，最接近所述第一主锚块的一个所述悬置检测质量块通过悬置系绳与所述第一主锚块连接，最接近所述第二主锚块的一个所述悬置检测质量块通过悬置系绳与所述第二主锚块连接。

8.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：所述光学微机电结构应用于陀螺仪或加速度计。

9.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：所述光学腔体包括缺陷区域及镜像区域，所述镜像区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧，或者所述镜像区域分布于所述缺陷区域的x方向两侧与y方向两侧。

10.根据权利要求1所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：所述光学微机电结构包括支撑层及位于所述支撑层上的功能层，所述悬置波导、所述悬置支撑梁、所述第一悬置光子晶体、所述第二悬置光子晶体、所述悬置检测质量块均基于所述功能层形成。

11.根据权利要求10所述的多检测质量块的光学微机电结构，其特征在于：所述支撑层包括硅层，所述功能层包括氮化硅层。

技术总结本发明提供一种多检测质量块的光学微机电结构，包括悬置波导、悬置支撑梁、检测质量块组及光学腔体组，其中，检测质量块组包括N个质量不同的悬置检测质量块，光学腔体组包括N个共振波长相同的光学腔体，每一光学腔体分别包括第一、第二悬置光子晶体，N个第一悬置光子晶体均固定于悬置支撑梁，N个第二悬置光子晶体与N个悬置检测质量块一一对应连接。本发明采用多个悬置检测质量块来替代主动调谐模块，不仅可以在紧凑的结构中展现出更大的机械共振频率范围，提供更宽广的工作带宽，实现更宽的波长调谐范围，进而能够在空间有限的条件下实现更多、更复杂的功能以适用于更广泛的应用，还可以降低成本和功耗，且能够为设备设计提供更大的灵活性。技术研发人员：王晨璐,张洪波,任恒江,罗杰受保护的技术使用者：意子科技私人投资有限公司技术研发日：技术公布日：2024/1/13