Entwicklung einer Stressausgleichsstruktur für spannungsfreie aktive Membranspiegel in SOI Technologie

Abstract:
Es wurde ein neues Konzept für dynamisch fokussierende und elektrostatisch betriebene Membranspiegel mit großem Durchmesser (6 mm) entwickelt. Mit diesem Konzept können Verformungen von Membranen aufgrund innerer Druckspannungen vermieden werden, die in unterschiedlichsten Materialien und selbst in kristallinen in SOI Technologie gefertigten Membranen auftreten. Um den Einfluss innerer Restspannungen (Zug.- und Druckspannungen) zu eliminieren, wurde eine Membranaufhängung mit einer neuen Stressausgleichsstruktur mit Hilfe von Finite Elemente Simulation (FEM) entwickelt. Der Stressausgleich wurde durch eine besondere Membranaufhängung mit tangential verlaufenden Stegen erreicht, die eine Dehnung oder eine Kontraktion der Membran in der Membranebene erlauben und damit zu einer Entspannung der Membran führen. Damit lassen sich nahezu spannungsfreie und glatte Mikrospiegel hoher optischer Güte (Verformungen < λ/10, λ =1064 nm) herstellen. Messungen an fertiggestellten Membranen zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit den zuvor simulierten Werten. Membranen mit der neuen stressmindernden Aufhängung, 6 mm Durchmesser und einer Dicke von 10 µm zeigen typische Verformungen im Bereich Deltaz = 50 nm – 100 nm im Vergleich mit 340 nm einer konventionell fest eingespannten Membran, die mit gleichem Prozess hergestellt wurde.