一种电磁驱动珐珀滤波芯片及其制作方法

本发明涉及光机电智能芯片和半导体的，具体而言，涉及一种电磁驱动珐珀滤波芯片及其制作方法。

背景技术：

1、珐珀滤波芯片是一种将传统珐珀滤波器与微机电系统技术(micro-electro-mechanical systems,mems)结合的光学可调谐光谱滤波芯片，其基本结构由两片带有半透半反镜的平板组成，其中一片为可动镜，一片为固定镜，两镜面以特定的间距隔开形成珐珀(fabry-perot,fp)干涉腔，当入射光进入珐珀腔内，若珐珀腔长度等于入射光半波长的整数倍时，可在珐珀腔内形成稳定的谐振，产生多光束干涉，并以较高的能量透射出来，其余波长的光波则在珐珀腔内逐渐消减，通过mems微驱动技术驱动可动镜体运动，珐珀腔的长度发生变化，从而实现可调光谱滤波功能，基于珐珀滤波芯片构建的微型化、轻量化和智能化的光谱探测系统，可实现与无人机、导引头和智能移动设备等小型平台的系统集成搭载，在武器制导、目标探测、工业监测、环境保护和遥感遥测等领域有着广阔的应用前景。

2、现有的珐珀滤波芯片通常采用压电驱动、热驱动、静电驱动、电磁驱动实现珐珀腔的调节，不同驱动方式的珐珀滤波芯片展现出不同的特点，压电驱动珐珀滤波芯片利用逆压电效应实现珐珀腔的变化从而实现光谱调控，可适用于不同波段的珐珀滤波芯片，但受限于压电材料的制备，很难与硅基工艺进行晶圆级集成；热驱动珐珀滤波芯片利用热电效应改变珐珀腔长，需要较长时间的加热与散热，因此响应速度慢、功耗大；静电驱动珐珀滤波芯片采用静电力作为驱动力进行光谱调谐，具有工艺兼容性强、器件集成度高的优势，但受限于静电驱动方式本身“pull-in”现象的影响，其调谐范围有限；电磁驱动技术采用电磁感应产生的电磁力实现mems结构的致动，驱动力较大，且利用洛伦兹力与电流的线性关系，可实现mems器件的线性调节，电磁驱动珐珀滤波芯片采用通电电磁线圈与永磁体之间的电磁力作为驱动力，实现fp腔长和透射光谱的调控，根据驱动电流、电磁力、结构应变与透射波长之间的线性关系，电磁驱动珐珀可实现宽幅线性调制滤波，在未来光谱探测领域具有广阔的应用前景。

3、现有电磁驱动珐珀滤波芯片通常采用独立的绕组线圈作为驱动结构，其与滤波芯片主体通过封装工艺结合在一起，造成了芯片体积大、封装精度低的问题，从而限制了电磁驱动珐珀滤波芯片的性能和使用场景。

技术实现思路

1、本发明要解决的问题是：提供一种电磁驱动珐珀滤波芯片，能够减少电磁驱动珐珀滤波芯片体积，提高封装精度。

2、为解决上述问题，本发明提供一种电磁驱动珐珀滤波芯片，包括：

3、一固定镜体，所述固定镜体的底端设有一键合层且所述键合层的顶端开设有一第一通孔；

4、一第一反射镜，设于所述固定镜体的底端并位于所述键合层的所述第一通孔内，所述第一反射镜的反射面背向所述固定镜体；

5、一可动镜体，所述可动镜体的顶端连接所述键合层背向所述固定镜体的一端；

6、一第二反射镜，设于所述可动镜体的顶端并位于所述键合层的所述第一通孔内，所述第二反射镜与所述第一反射镜正相对且所述第二反射镜的反射面朝向所述第一反射镜，所述第二反射镜与所述第二反射镜之间形成珐珀干涉腔，所述固定镜体、所述键合层、所述第一反射镜、所述可动镜体和所述第二反射镜构成所述电磁驱动珐珀滤波芯片的光学结构；

7、一间隔层，设于所述可动镜体的底端且所述间隔层的顶端开设有一第二通孔；

8、一环形永磁体，设于所述可动镜体的底端并位于所述间隔层的所述第二通孔内；

9、一单片式驱动线圈，所述单片式驱动线圈的顶端连接所述间隔层背向所述可动镜体的一端；

10、所述可动镜体的底端开设有一永磁体槽以供所述环形永磁体嵌入；

11、所述可动镜体的顶端开设有一环形通孔且所述环形通孔内设有一悬臂梁；

12、所述光学结构、所述间隔层、所述环形永磁体和所述单片式驱动线圈采用单片集成封装的固定方式得到所述电磁驱动珐珀滤波芯片。

13、优选的，所述键合层包括一第一子键合层和一第二子键合层，所述第一子键合层的底端连接所述可动镜体的顶端，所述第一子键合层的顶端与所述第二子键合层的底端相连接，所述第二子键合层的顶端连接所述固定镜体的底端。

14、优选的，所述单片式驱动线圈包括：

15、一第一基底，所述第一基底的顶端连接所述间隔层背向所述可动镜体的一端，所述第一基底的中部开设有一通光孔且所述通光孔的中心点、所述第一反射镜的中心点和所述第二反射镜的中心点位于同一水平线上；

16、一驱动线圈，绕制于所述第一基底的顶端，且所述环形永磁体位于所述驱动线圈的覆盖范围内。

17、本发明还提供一种电磁驱动珐珀滤波芯片制作方法，应用于上述的电磁驱动珐珀滤波芯片，所述键合层包括一第一子键合层和一第二子键合层，所述电磁驱动珐珀滤波芯片制作方法包括一光学结构制作过程、一单片式驱动线圈制作过程和一单片集成封装过程，所述光学结构制作过程包括：

18、步骤s1，选取第二基底，并在所述第二基底顶端沉积固定所述第二反射镜，以及使所述第二反射镜的反射面背向所述第二基底；

19、步骤s2，在所述第二基底底端刻蚀得到永磁体槽，并于所述第二基底顶端制作得到所述第一子键合层；

20、步骤s3，于所述第二基底的顶端刻穿环形通孔，并于所述环形通孔内制作得到悬臂梁；

21、步骤s4，选取第三基底，并在所述第三基底的顶端沉积固定所述第一反射镜，以及使所述第一反射镜的反射面背向所述第三基底；

22、步骤s5，于所述第三基底的顶端制作得到所述第二子键合层；

23、步骤s6，翻转所述第三基底，并键合所述第一子键合层和所述第二子键合层形成所述键合层，得到所述光学结构；

24、所述单片式驱动线圈制作过程包括：

25、步骤a1，选取第一基底，并在所述第一基底的顶端镀制种子层，以及在所述种子层上表面敷涂光刻胶层；

26、步骤a2，于所述光刻胶层上镀制驱动线圈镀层，并于所述驱动线圈镀层上镀制驱动线圈；

27、步骤a3，溶解所述光刻胶层，剥离多余的所述驱动线圈镀层，并刻蚀多余的所述种子层；

28、步骤a4，于所述第一基底的中部开设通光孔，得到所述单片式驱动线圈；

29、所述单片集成封装过程包括：

30、步骤c1，将环形永磁体嵌入所述第二基底上的所述永磁体槽内；

31、步骤c2，将间隔层集成于所述第一基底的顶端；

32、步骤c3，将所述间隔层的顶端与所述第二基底的底端相固定并对所述光学结构和所述单片式驱动线圈进行单片集成封装得到所述电磁驱动珐珀滤波芯片。

33、优选的，所述步骤s1和所述步骤s4中，采用金属反射镜或电介质多层膜反射镜或带有周期性微纳结构的光子晶体反射镜作为所述第一反射镜和所述第二反射镜。

34、优选的，所述步骤s2和所述步骤s5中，采用聚合物或金薄膜或硅薄膜或氧化硅薄膜作为所述第一子键合层和所述第二子键合层。

35、优选的，所述步骤s6中，所述光学结构的中心波长、干涉等级、所述第一反射镜的厚度、所述第二反射镜的厚度、所述键合层的厚度满足以下表达式：

36、

37、其中，

38、d3表示所述键合层的厚度；

39、m表示所述光学结构的干涉等级；

40、λm表示所述光学结构的中心波长；

41、d1表示所述第一反射镜的厚度；

42、d2表示所述第二反射镜的厚度。

43、优选的，所述步骤s6中，通过聚合物键合工艺或金-硅键合工艺或金-金键合工艺或硅-玻键合工艺键合所述第一子键合层和所述第二子键合层。

44、优选的，所述步骤c1中，采用硅或玻璃或石英作为所述第一基底的材质。

45、本发明具有以下有益效果：本发明中将固定镜体、键合层、第一反射镜、可动镜体和第二反射镜集成化制作出光学结构，并将第一基底和驱动线圈集成化制作出单片式驱动线圈，然后采用单片集成封装的固定方式将光学结构、间隔层、环形永磁体和单片式驱动线圈集成化得到电磁驱动珐珀滤波芯片，使得芯片体积减小，并且能够提高封装精度。