Abstract:

Ein monolithischer mikromechanischer Aktuator zur optischen Weglängenmodulation ist entworfen und mit Technologie der Volumen-Mikromechanik aus einkristallinem Silizium (BSOI) gefertigt worden. Eine 1,5 mm x 1,1 mm große verspiegelte Platte schwingt resonant parallel zur Flächennormalen. Unter einem Druck von 10 Pa bis 4000 Pa werden mit elektrostatischen Antriebspannungen zwischen 20 V und 140 V Amplituden von bis zu ± 100 µm erreicht. Die nichtlinearen Bauelemente haben Eigenfrequenzen zwischen 5 kHz und 10 kHz und zeigen eine maximale Güte von 25000. Die dynamische Deformation der Spiegelplatte bleibt unter 1 µm im Betrieb. Ein elektrostatischer Frequenzabgleich ergibt bei einer verwendeten Spannung von bis zu 225 V eine Frequenzverschiebung von ca. 10 Hz bei maximaler Amplitude. Dauertests mit über 1,5 x 10^9 Schwingungen haben die Stabilität der Bauelemente nachgewiesen. Während der Fertigung wurde der Effekt einer Feldverzerrung in einer Plasmaätzung nachgewiesen der zu einer Abweichung der geätzten Geometrie führt. Zur Berechnung der Güte wird ein aus der Literatur zitiertes molekulares Modell sowie eine Korrektur desselben vorgestellt. Mit dem Bauelement wurde zudem ein neuartiges Prinzip zur Erfassung von senkrecht zur Substratebene auftretenden Beschleunigungen untersucht. Die Schwerpunkte der Arbeit beziehen sich auf die Entwicklung des Fertigungsprozesses sowie auf die Charakterisierung der Bauelemente.