本发明涉及设计光开关抗高过载结构的技术领域，具体涉及一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法。
背景技术：
引信全电子安全系统是集引信起爆技术与微电子技术于一体的高新技术，有别于传统的引信安全系统，它具有可靠性高、安全性强和作用迅速等优点。但在实际的使用过程中其也存在大量的电磁安全隐患：由于引信安全系统的电子元器件繁多且各集成电路较为复杂，导致各部分之间容易产生电磁干扰能量，从而导致引信安全系统内部产生严重的电磁干扰现象，并且外部环境的电磁能量也容易对引信系统产生电磁干扰，进而引起引信系统的失效或者早炸。将moems光开关引入引信安全系统可以有效的切断电磁能量的传输途径，实现由电到光再到电的能量传输，避免电磁干扰现象的产生，提高引信安全系统的电磁兼容性。
moems光开关的主流制备工艺可分为体硅加工工艺和表面微加工工艺，由于硅刻蚀工艺比较成熟且应用较为广泛，因此目前大部分的moems光开关都是以单晶硅作为基体材料进行加工制备的。但硅材料硬而脆，当受到高加速度冲击时容易变形和断裂，导致光开关发生变形或损毁。因此，能否提升抗高过载能力是moems光开关能否高效的运用于引信全电子安全系统的关键因素之一。除此之外，国内外对如何提高moems光开关抗高过载能力的研究也相对较少。
技术实现要素：
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法，其作用为：衬底层镂空的网格形状可以有效的减小高加速度冲击时光开关受到的形变应力，进而提升光开关的抗高过载能力，保护光开关结构不会发生过度变形和损毁。
本发明对moems光开关装置进行了结构优化设计，提高了光开关的抗高过载性能，推动了光开关在引信全电子安全系统中的运用。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：参考图1，光开关结构由器件层(1)(输入光纤、输出光纤、可动式微镜、电热保险机构和电热驱动机构)、埋氧层(2)和衬底层(3)组成。其特征在于：将衬底层设计为镂空的网格形状，参考图3，整个衬底层被设计成方形与梯形的各种网格模块，参考图4，衬底层与器件层装配时衬底层和可动式微镜之间有0.5μm的间隙。其作用为：当光开关结构受到高加速度冲击时，这种优化的网格结构可以有效的分散形变应力并且最大程度的减小最大形变应力，从而防止光开关器件层因高过载产生无法复原的塑性形变。
本发明设计一种镂空网格的衬底层结构改善光开关抗高过载能力的方法中：光开关结构由器件层(输入光纤、输出光纤、可动式微镜、电热保险机构和电热驱动机构)、埋氧层)和衬底层组成。该结构可以有效提升光开关的抗高过载能力。
本发明设计一种镂空网格的衬底层结构改善光开关抗高过载能力的方法中：光开关结构的埋氧层可以将器件层悬空使其能够自由运动，从而达到光开关正常断开和导通的功能。
本发明设计一种镂空网格的衬底层结构改善光开关抗高过载能力的方法中：光开关结构的衬底层被设计成各种方形的镂空网格形状。
本发明设计一种镂空网格的衬底层结构改善光开关抗高过载能力的方法中：利用电感耦合等离子体技术加工衬底层的抗过载镂空网格。
本发明设计一种镂空网格的衬底层结构改善光开关抗高过载能力的方法中：参考图3，衬底层被设计成方形与梯形的各种网格，参考图4，衬底层和可动式微镜之间有0.5μm的间隙。当器件层的上表面受到高加速度冲击时，该抗高过载网格可以有效的减小等效应力，使光开关不会产生结构性破坏的过度变形。
附图说明
图1是moems光开关的结构示意图
图2是光开关(含镂空网格的衬底层)样品的加工制备流程图
图3是衬底层网格结构示意图
图4是衬底层网格加可动式微镜结构示意图
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰明白，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方法中的技术方案进行清晰、完整地描述。需注意的是，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，并不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工说明艺和技术，以便更清楚的理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
本发明中的moems光开关主要由器件层、埋氧层以及衬底层组成，图1为光开关的结构示意图。器件层由输入光纤、输出光纤、可动式微镜、电热保险机构和电热驱动机构组成，它是实现光通路断开和接通的关键部件之一；埋氧层可保证器件层悬空，进而保证其能够自由运动，达到光通路断开和接通的目的；衬底层则为本发明中提升光开关抗高过载能力的关键部件。
本发明设计光开关抗过载网格的方法中，主要是利用电感耦合等离子体技术加工制备光开关样品以及衬底层的抗过载网格。图2是光开关及镂空网格形状的衬底层样品的加工制备流程图，加工流程包括匀胶光刻、制作电极、正面icp刻蚀、背面icp刻蚀、去氧化硅等。在soi晶圆上加工微光开关，器件层、埋氧层和衬底层的厚度分别为125μm，0.5μm和350μm。使用具有电感耦合等离子体(icp)技术的双面蚀刻工艺来加工光开关。通过标准的匀胶，光刻和显影过程，将金属层图案转移到晶圆的前表面上。通过溅射和剥离工艺产生了cr/au(厚度为20/500nm)电极。然后通过旋涂，光刻和显影工艺将器件层图案转移到晶圆上表面。使用图案化的304正胶作为掩模层，通过电感耦合等离子体(icp)工艺蚀刻器件层。接着在晶圆下表面溅射一层al掩模,然后通过旋涂，光刻和显影工艺将抗过载网格图案转移到晶圆下表面。先对晶圆上表面器件层进行贴片保护，然后通过电感耦合等离子体(icp)工艺刻蚀350μm至埋氧层形成抗过载网格。晶圆后处理是实现大气隙的关键步骤。在进行释放结构之前，用丙酮浸泡去胶，再用硫酸双氧水清洗、烘干，然后用hf溶液去除多余的sio2层，释放器件。刻蚀进程结束后，即已完成整个加工过程。
为了实现光开关在高加速度冲击下不会发生变形、断裂和损毁，本发明提供一种设计方法即把衬底层做成镂空的网格形状，图3是衬底层网格结构示意图，该抗过载网格既能防止器件层向下发生过度的变形，又可以起到对器件层的限位作用。在光开关的结构中，器件层的可动式微镜与衬底层的抗过载网格间存在0.5μm的间隙，图4是网格加可动式微镜结构示意图，当光开关受到器件层上表面的加速度冲击时，器件层向下运动0.5μm即可和衬底层的抗过载网格接触，进而对器件层起到限位作用，此时器件层会受到抗过载网格的限制不能继续向下运动，确保光开关结构不会因高过载而产生过度的变形和损毁，有效地提高了光开关的抗高过载能力。
利用仿真软件ansys对未加抗过载网格的可动式微镜和加网格后的可动式微镜进行瞬态动力学仿真，仿真的运动参数设置成加速度为15000g，冲击时间为150μs，由此可以得到两类微镜受到的等效应力分布云图，对比仿真结果，即未加网格时光开关的等效应力图和加网格后光开关的等效应力图可知：微镜受到的最大等效应力发生了非常明显的变化。未加抗过载网格的可动式微镜受到的最大等效应力值为1823mpa；加抗过载网格的可动式微镜受到的最大等效应力值为37mpa，对比未加抗过载网格的可动式微镜，其受到的最大等效应力减小了约50倍。由此可以看出，把衬底层加工成镂空的网格形状后，当微镜受到高加速度冲击时，其受到的最大形变应力发生了非常明显的减小，光开关的抗高过载能力得到了显著的提升。
1.一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法。参考图1，其结构由器件层(1)(输入光纤、输出光纤、可动式微镜、电热保险机构和电热驱动机构)、埋氧层(2)和衬底层(3)组成。其特征在于：将衬底层设计为镂空的网格形状，参考图3，整个衬底层被设计成方形的各种网格形状，参考图4，衬底层与器件层装配时衬底层和可动式微镜之间有0.5μm的间隙。其作用为：当光开关结构受到高加速度冲击时，这种优化的网格结构可以有效的分散形变应力并且最大程度的减小最大形变应力，从而防止光开关器件层因高过载产生无法复原的塑性形变。
2.根据权利要求1所述的一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法，其特征在于：该抗高过载光开关结构的埋氧层可以将器件层悬空使其能够自由运动，从而达到光开关正常断开和导通的功能。
3.根据权利要求1所述的一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法，其特征在于：光开关结构的衬底层被设计成各种方形和梯形的镂空网格形状。
4.根据权利要求1所述的一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法，其特征在于：利用电感耦合等离子体技术加工衬底层的抗过载镂空网格。
5.根据权利要求1所述的一种moems光开关抗高过载结构的网格设计方法，其特征在于：参考图3，衬底层被设计成方形与梯形的各种网格，参考图4，衬底层和可动式微镜之间有0.5μm的间隙。当器件层的上表面受到高加速度冲击时，该抗高过载网格可以有效的减小等效应力，使光开关不会产生结构性破坏的过度变形。
技术总结