1、微型光柵編碼器 MEMS grating encoder 07級電科4班 制造：岳森 趙建濤 王亮 趙博征 盧禮平 栗力我將從以下幾個(gè)方面給大家做出介紹： 1.開發(fā)微型光柵編碼器的意義； 2.微型光柵編碼器的原理及結(jié)構(gòu)尺寸； 3.以投影型編碼器為例詳細(xì)介紹制作工藝; 4.近幾年發(fā)展的新MEMS grating encoder; 5.部分微系統(tǒng)光柵讀碼器在我們生活中的應(yīng)用開發(fā)微型光柵編碼器的意義； 編碼器是一種探測位置、位移、角度、速度和旋轉(zhuǎn)方向等用途的位置傳感器。隨著計(jì)算機(jī)的普及，伴隨由模擬控制向數(shù)字控制轉(zhuǎn)變而必然產(chǎn)生的模/數(shù)(A/D)變換器。最初編碼器實(shí)施數(shù)字化的目的只是為了適應(yīng)自動化、省力

2、化和高速化發(fā)展的需要。近年來又向高精度化和多功能化方面發(fā)展。 對于復(fù)雜拋物線形狀等的X線,用金屬反射鏡、非球面透鏡，要求實(shí)現(xiàn)高精度化的呼聲也日益提高。他們都要求用小于20nm的節(jié)距進(jìn)行測量，有人提出用原子作為刻度的方法，這種方法也要求高分辨率。這樣, 就勢必要求實(shí)現(xiàn)微結(jié)構(gòu)化。還有一個(gè)研究課題, 就是期待在高功能化方面實(shí)現(xiàn)集光傳感器、執(zhí)行元件、電子電路于一體化的光微級機(jī)。前往微型光柵編碼器的原理及結(jié)構(gòu)尺微型光柵編碼器的原理及結(jié)構(gòu)尺寸寸MEMS grating encoder 本身非常小, 可以將多個(gè)編碼器編入微小的執(zhí)行元件中, 有利于執(zhí)行元件的高功能化。encoder是一種變位測定器, 所以也適

3、用于速度傳感器、加速度傳感器和壓力傳感器等。Encoder 在三維測定器方面的應(yīng)用并不妨礙目前變位計(jì)的高功能化。另外, 即使做成載物臺，只要把線標(biāo)度和編碼器主體內(nèi)藏在載物臺中, 那么也可以把載物臺作為確定位置使用, 有利于載物臺的高功能化。因此, 在編碼器等測量和傳感器領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)微型化, 是有很大實(shí)用價(jià)值的。下面就介紹光編碼器實(shí)現(xiàn)微型化的意義。 對于小型、可高精度測定的光衍射編碼器進(jìn)行了微型化實(shí)驗(yàn)。將衛(wèi)星透鏡和多角形激光去一體化，支撐了0.5mm見方的超小型編碼器，與以前的尺寸比為1:100照片1）。希望在功能和性能分辨率10nm方面能達(dá)到與目前最高級產(chǎn)品同等的水平。由于采用了可成批大量生活殘的

4、光刻集成一體化技術(shù)，打破了以前小型輕零花的界限50nm區(qū)間）。 可以在直徑2in的基板上同時(shí)制作8000個(gè)。照片2示出的是放大的衛(wèi)星編碼器。倒U字型上能看到的是對角型半導(dǎo)體激光器的一部分，在U字中間的光電二極管，設(shè)置在它們前面的是將透鏡膜堆積后，腐蝕成透鏡形狀，在制成厚度約為10um的微透鏡。其他部分則則為測量電源用的底座部。微編碼器的重量, 制成商品時(shí)應(yīng)該帶著外殼, 主體很輕,只有0.05mg，所以，不容易受慣性的影響，高速響應(yīng)性好。圖2示出了微編碼器的原理圖。從有兩個(gè)全反射面的多角形半導(dǎo)體激光器兩端射出的兩束激光, 通過微透鏡變成平行光,斜照射到微細(xì)凹凸周期排列的標(biāo)度衍射光柵上。此時(shí)所產(chǎn)生

5、的衍射光, 具有光柵一移動其相位就發(fā)生變化的性質(zhì)。這時(shí), 如果用被激光器包圍的中央部分的光電二極管干涉士次衍射光, 就會象照片所示那樣, 從其光電二極管中獲得把衍射一半間距的移動量作為一周期的正弦波輸出。前往 投影型編碼器投影型編碼器 圖3 為投影型微編碼器的概略圖。它由硅透過型衍射光柵(其作用相當(dāng)于圖1 中的G1 , G3) 、集成在該光柵的光電探測器PD、反射型光柵(其作用相當(dāng)于圖1 中的G2) 及非相干光源組成。從傳感器后方的非相干光源發(fā)出的光照射在硅光柵上,光從穿透部分發(fā)出。制作步驟首先熱氧化厚200m的n 型Si 基板,基板表面上生長一層SiO2 膜。接著,TMAH刻蝕使光柵穿透部分

6、減薄到40m。進(jìn)行腐蝕部分的尺寸大小為2. 5 mm 5. 7 mm然后,硼注入形成p2n 結(jié),制作鋁電極完成光柵型光電探測器部分。最后反應(yīng)離子刻蝕形成垂直的透過型光柵G1 。完成光柵，柵距為40m 和80m ,器件的尺寸為10 mm 10 mm。這是分立開的步驟 下列圖 所示為制作出的柵距80m 照片。器件底下的文字通過硅的刻穿部分作的光柵能被清楚地看到。測出光電探測器光電探測器的靈敏度約為21 mA/ W。前往近幾年新發(fā)展的各種MEMS Grating Encoderx射線衍射光柵的制備 環(huán)氧樹脂包封粘合框架去除基質(zhì) Integrated Bragg Gratings 綜合光柵Bragg Gratings布拉格光柵拆卸波導(dǎo)光柵掩,揭示潛藏在面具澆注蝕刻圖案基材面具在波導(dǎo)光柵掩面具模式去除多余的光柵掩蝕刻波導(dǎo)