微镜驱动臂、微镜阵列芯片和光开关

摘要

本申请提供一种微镜驱动臂、微镜阵列芯片和光开关。微镜驱动臂包括驱动结构层(410)和加热电阻材料层(420)，加热电阻材料层包括第一部分(422A)、第二部分(424)和第三部分(422B)，其中，第一部分与第一热隔离连接件(340A)的一端连接，第一热隔离连接件的另一端与镜面(40A)连接，第三部分与第二热隔离连接件(340B)的一端连接，第二热隔离连接件的另一端与外框(40B)连接，第二部分是加热电阻材料层除第一部分和第三部分以外的部分，第一部分和第三部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。使第一部分和第三部分产生更多的热量，可以补偿热隔离连接件处的热量散失，均衡微镜驱动臂上的温度分布。

权利要求

1.一种微镜驱动臂，其特征在于，包括驱动结构层和加热电阻材料层，所述加热电阻材料层用于接通电流产生热量，所述驱动结构层在所述热量作用下发生形变，所述加热电阻材料层包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第一部分与第一热隔离连接件的一端连接，所述第一热隔离连接件的另一端与镜面连接，所述第三部分与第二热隔离连接件的一端连接，所述第二热隔离连接件的另一端与外框连接，所述第二部分是所述加热电阻材料层除所述第一部分和所述第三部分以外的部分，所述第一部分的线电阻率和所述第三部分的线电阻率均大于所述第二部分的线电阻率。

2.根据权利要求1所述的微镜驱动臂，其特征在于，所述第一部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，和/或所述第一部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的电阻率；

所述第三部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，和/或所述第三部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的电阻率。

3.根据权利要求2所述的微镜驱动臂，其特征在于，所述第一部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，包括：所述第一部分满足下列条件中的任意一个或多个：所述第一部分的宽度小于所述第二部分的宽度，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第一部分包括多个孔或至少一个空条带；

所述第三部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，包括：所述第三部分满足下列条件中的任意一个或多个：所述第三部分的宽度小于所述第二部分的宽度，所述第三部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第三部分包括多个孔或至少一个空条带。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的微镜驱动臂，其特征在于，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，距离所述热隔离连接件越近，所述第一部分的线电阻率越大；和/或在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，距离所述热隔离连接件越近，所述第三部分的线电阻率越大。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的微镜驱动臂，其特征在于，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，所述第一部分的线电阻率保持不变；和/或在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，所述第三部分的线电阻率保持不变。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的微镜驱动臂，其特征在于，还包括位于所述加热电阻材料层外的导热材料层。

7.根据权利要求6所述的微镜驱动臂，其特征在于，所述导热材料层包括导热金属层和/或导热碳材料层。

8.根据权利要求6所述的微镜驱动臂，其特征在于，所述导热材料层位于所述加热电阻材料层的上方和/或下方，或者所述导热材料层包裹在所述加热电阻材料层的外周。

9.根据权利要求6所述的微镜驱动臂，其特征在于，所述第一部分外的所述导热材料层的导热率小于所述第二部分外的所述导热材料层的导热率，所述第三部分外的所述导热材料层的导热率小于所述第二部分外的所述导热材料层的导热率。

10.一种微镜阵列芯片，其特征在于，所述微镜阵列芯片包括外框、以阵列方式排列的多个镜面、多个热隔离连接件和多个根据权利要求1至9中任一项所述的微镜驱动臂，在任一个所述镜面处，具有多个所述微镜驱动臂位于所述外框和所述镜面之间，所述多个所述微镜驱动臂用于驱动所述镜面运动，所述微镜驱动臂的一端通过所述热隔离连接件与所述镜面连接，所述微镜驱动臂的另一端通过所述热隔离连接件与所述外框连接。

11.一种光开关，其特征在于，所述光开关包括输入端口阵列、输出端口阵列和至少一个根据权利要求10所述的微镜阵列芯片，所述输入端口阵列用于接收光信号，所述光信号经所述至少一个微镜阵列芯片反射后，经所述输出端口阵列输出。

说明书

微镜驱动臂、微镜阵列芯片和光开关

技术领域

[0001] 本申请涉及光通信领域，并且更具体地，涉及一种微镜驱动臂、微镜阵列芯片和光开关。

背景技术

[0002] 微机电系统(micro electro‑mechanical system，MEMS)技术是一种基于微电子技术将电子、机械和光学等功能模块集成为微米级系统的技术。MEMS技术将机械构件、光学
系统、驱动部件和电控系统集成为一个整体单元，不仅能够实现采集、处理与发送信息或指
令，还能够实现按照信息采取行动。与传统机械系统相比，采用MEMS技术的系统具有微型
化、集成化、低能耗、低成本、高精度、长寿命，以及动态性好等优势。

[0003] 热电MEMS驱动技术是一种依靠材料热形变产生驱动力的MEMS技术。相比其他的MEMS驱动，热电MEMS驱动具有驱动力强，位移量大等优点，拥有很广阔的应用前景。在光通
信领域，通过热电MEMS驱动技术，将MEMS微镜制作成微镜阵列芯片，采用两块微镜阵列芯片
组建光路，通过驱动微镜阵列上的MEMS微镜偏转至合适的位置，可以实现将通信光由输入
端口切换至任意输出端口的光交叉连接(optical cross‑connect，OXC)功能。由于基于热
电MEMS驱动技术的MEMS微镜具备大转角的优势，其可以支持大端口的OXC模块(例如，光开
关)的组装，这将极大的扩展OXC模块的交换容量，以应对高速增长的通信数据的传输需求。

[0004] 然而，基于热电MEMS驱动技术的微镜阵列芯片具有以下缺点。驱动微镜的微镜驱动臂上的不同部位散失热量的速度是不相同的，这会导致微镜驱动臂的温度分布不均匀。
微镜驱动臂上的局部高温会恶化微镜驱动臂的性能，对微镜的响应度和稳定性有很大的影
响。

发明内容

[0005] 本申请提供一种微镜驱动臂、微镜阵列芯片和光开关，能够解决微镜的响应度和稳定性不足的问题。

[0006] 第一方面，提供了一种微镜驱动臂，包括驱动结构层和加热电阻材料层，所述加热电阻材料层用于接通电流产生热量，所述驱动结构层在所述热量作用下发生形变，所述加
热电阻材料层包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第一部分与第一热隔离连接
件的一端连接，所述第一热隔离连接件的另一端与镜面连接，所述第三部分与第二热隔离
连接件的一端连接，所述第二热隔离连接件的另一端与外框连接，所述第二部分是所述加
热电阻材料层除所述第一部分和所述第三部分以外的部分，所述第一部分的线电阻率和所
述第三部分的线电阻率均大于所述第二部分的线电阻率。

[0007] 第一方面的微镜驱动臂包括驱动结构层和加热电阻材料层，加热电阻材料层包括与热隔离连接件连接的第一部分、第三部分以及远离热隔离连接件的第二部分，通过使得
第一部分和第三部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率，使得第一部分和第三部分产生
更多的热量，可以补偿热隔离连接件处连接外部部件导致的热量散失，从而均衡微镜驱动
臂上的温度分布，进而能够改善微镜的响应度和稳定性。

[0008] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，和/或所述第一部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的
电阻率；所述第三部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，和/或所述第三
部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的电阻率。

[0009] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积，包括：所述第一部分满足下列条件中的任意一个或多个：所述第一
部分的宽度小于所述第二部分的宽度，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所
述第一部分包括多个孔或至少一个空条带；所述第三部分的横截面的面积小于所述第二部
分的横截面的面积，包括：所述第三部分满足下列条件中的任意一个或多个：所述第三部分
的宽度小于所述第二部分的宽度，所述第三部分的厚度小于所述第二部分的厚度，所述第
三部分包括多个孔或至少一个空条带。

[0010] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积。该实现方式通过使第一部分的横截面面积小于第二部分的横截面
面积，使得第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。

[0011] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分的横截面的面积小于所述第二部分的横截面的面积。

[0012] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的宽度小于所述第二部分的宽度。该实现方式通过使第一部分的宽度小于第二部分的宽度，其他唯独上尺寸一样，使得
第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。

[0013] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分的宽度小于所述第二部分的宽度。

[0014] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的厚度小于所述第二部分的厚度。该实现方式通过使第一部分的厚度小于第二部分的厚度，其他唯独上尺寸一样，使得
第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。

[0015] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分的厚度小于所述第二部分的厚度。

[0016] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分内包括多个孔或至少一个空条带。该实现方式通过使第一部分中分布有孔或空条带，使得第一部分的线电阻率大于第
二部分的线电阻率。

[0017] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分内包括多个孔或至少一个空条带。

[0018] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的电阻率。该实现方式通过使第一部分和第二部分材料的电阻率不同，使得
第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。

[0019] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分的材料的电阻率大于所述第二部分的材料的电阻率。

[0020] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分包括由第一材料形成的层，所述第二部分包括由第一材料形成的层还包括由第二材料形成的层。该实现方式通过在加
热电阻材料层的厚度方向或宽度方向上，第二部分形成比第一部分更多的层，第二部分并
联形成的线电阻率比第一部分的线电阻率小。

[0021] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分包括由第一材料形成的层，所述第二部分包括由第一材料形成的层还包括由第二材料形成的层。

[0022] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二部分和所述第一部分均包括第一材料，所述第一部分还包括第二材料，所述第一部分中的所述第二材料掺杂分布在所述第
一材料中，所述第二材料的电阻率大于所述第一材料。该实现方式通过在第一部分中掺杂
电阻率大的第二材料，使得第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率。

[0023] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第二部分和所述第三部分均包括第一材料，所述第三部分还包括第二材料，所述第三部分中的所述第二材料掺杂分布在所述第
一材料中，所述第二材料的电阻率大于所述第一材料。

[0024] 在第一方面的一种可能的实现方式中，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，所述第一部分的线电阻率均匀变化或跳变，距离所述热隔离连接件越近，所述第一部分的
线电阻率越大。该实现方式通过使得第一部分的线电阻率均匀变化或跳变，有可能使得微
镜驱动臂具有更均衡的温度分布效果。

[0025] 在第一方面的一种可能的实现方式中，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，距离所述热隔离连接件越近，所述第三部分的线电阻率越大。

[0026] 在第一方面的一种可能的实现方式中，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，所述第一部分的线电阻率保持不变。该实现方式使得制备微镜驱动臂更简单，成本更低。

[0027] 在第一方面的一种可能的实现方式中，在沿所述加热电阻材料层的长度方向上，所述第三部分的线电阻率保持不变。

[0028] 在第一方面的一种可能的实现方式中，微镜驱动臂还包括位于所述加热电阻材料层外的导热材料层。本实现方式中，微镜驱动臂包括驱动结构层和加热电阻材料层，还增加
具有较高导热系数的导热材料层，可以改善微镜驱动臂的热量分布，从而均衡微镜驱动臂
上的温度。

[0029] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导热材料层包括导热金属层和/或导热碳材料层。该实现方式中导热金属层或导热碳材料层易于制备，导热效果良好。

[0030] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述导热材料层位于所述加热电阻材料层的上方和/或下方，或者所述导热材料层包裹在所述加热电阻材料层的外周。该实现方式
中，导热材料层贴近加热电阻材料层，导热效果良好。

[0031] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分外的所述导热材料层的导热率小于所述第二部分外的所述导热材料层的导热率。该实现方式中，与热隔离连接件连接
的第一部分的导热率小于远离热隔离连接件的第二部分，使得第二部分的热量更易散失，
从而均衡微镜驱动臂上的温度。

[0032] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分外的所述导热材料层的导热率小于所述第二部分外的所述导热材料层的导热率。

[0033] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第一部分外的所述导热材料层的成分与所述第二部分外的所述导热材料层的成分相同。该实现方式使得制备导热材料层更简
单，成本更低。

[0034] 在第一方面的一种可能的实现方式中，所述第三部分外的所述导热材料层的成分与所述第二部分外的所述导热材料层的成分相同。

[0035] 第二方面，提供了一种微镜驱动臂，包括驱动结构层、加热电阻材料层和位于所述加热电阻材料层外的导热材料层。

[0036] 第二方面的微镜驱动臂包括驱动结构层和加热电阻材料层，还增加具有较高导热系数的导热材料层，可以改善微镜驱动臂的热量分布，从而均衡微镜驱动臂上的温度，进而
能够改善微镜的响应度和稳定性。

[0037] 应理解，所述加热电阻材料层用于接通电流产生热量；所述驱动结构层在所述热量作用下产生热变形；所述导热材料层用于加速所述加热电阻材料层上的热传导。

[0038] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热材料层包括导热金属层。

[0039] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热金属层的成分包括金、银、铜和铝中的至少一种。

[0040] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热金属层通过溅射工艺得到。

[0041] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热材料层包括导热碳材料层。

[0042] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热碳材料层的成分包括石墨烯、碳纳米管、石墨和金刚石中的至少一种。

[0043] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热碳材料层之内包括种子层，所述种子层的成分包括镍、钴、钼、铂、铅、钌和铱中的至少一种。该实现方式中，种子层用于在制
造过程中促进导热碳材料层的生长。

[0044] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热碳材料层通过化学气相沉积CVD工艺或等离子体增强的化学气相沉积PECVD工艺得到。

[0045] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述导热材料层位于所述加热电阻材料层的上方和/或下方，或者所述导热材料层包裹在所述加热电阻材料层的外周。

[0046] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述加热电阻材料层包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第一部分与第一热隔离连接件的一端连接，所述第一热隔离连
接件的另一端与镜面连接，所述第三部分与第二热隔离连接件的一端连接，所述第二热隔
离连接件的另一端与外框连接，所述第二部分是所述加热电阻材料层除所述第一部分和所
述第三部分以外的部分，所述第一部分和所述第三部分外的所述导热材料层的导热率小于
所述第二部分外的所述导热材料层的导热。该实现方式中，与热隔离连接件连接的第一部
分和第三部分的导热率小于远离热隔离连接件的第二部分，使得第二部分的热量更易散
失，从而均衡微镜驱动臂上的温度。

[0047] 在第二方面的一种可能的实现方式中，所述加热电阻材料层包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，所述第一部分与第一热隔离连接件的一端连接，所述第一热隔离连
接件的另一端与镜面连接，所述第三部分与第二热隔离连接件的一端连接，所述第二热隔
离连接件的另一端与外框连接，所述第二部分是所述加热电阻材料层除所述第一部分和所
述第三部分以外的部分，所述第一部分和所述第三部分外的所述导热材料层的成分与所述
第二部分外的所述导热材料层的成分相同。该实现方式使得制备导热材料层更简单，成本
更低。

[0048] 第三方面，提供了一种微镜阵列芯片，所述微镜阵列芯片包括外框、以阵列方式排列的多个镜面、多个热隔离连接件和多个第一方面或第二方面所述的微镜驱动臂，在任一
个所述镜面处，具有多个所述微镜驱动臂位于所述外框和所述镜面之间，所述多个所述微
镜驱动臂用于驱动所述镜面运动，所述微镜驱动臂的一端通过所述热隔离连接件与所述镜
面连接，所述微镜驱动臂的另一端通过所述热隔离连接件与所述外框连接。

[0049] 第四方面，提供了一种光开关，所述光开关包括输入端口阵列、输出端口阵列和至少一个第三方面所述的微镜阵列芯片，所述输入端口阵列用于接收光信号，所述光信号经
所述至少一个微镜阵列芯片反射后，经所述输出端口阵列输出。

附图说明

[0050] 图1是本申请提供的一个实施例的微镜阵列芯片中一个MEMS微镜处的局部结构的示意图。

[0051] 图2是一种bimorph结构的示意图。

[0052] 图3是一种微镜驱动臂的结构的示意图。

[0053] 图4是本申请提供的一个实施例的微镜驱动臂的结构的示意图。

[0054] 图5是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的宽度示意图。

[0055] 图6是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的宽度示意图。

[0056] 图7是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的厚度示意图。

[0057] 图8是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的厚度示意图。

[0058] 图9是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。

[0059] 图10是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。

[0060] 图11是本申请的又一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。

[0061] 图12是本申请的又一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。

[0062] 图13是本申请的一个实施例提供的微镜驱动臂的剖面图。

[0063] 图14是本申请的一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0064] 图15是本申请的另一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0065] 图16是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0066] 图17是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0067] 图18是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0068] 图19是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。

[0069] 图20是本申请一个实施例提供的微镜阵列芯片的结构示意图。

[0070] 图21是光开关的工作原理的示意图。

[0071] 图22是本申请的一个实施例提供的光开关的结构示意图。

具体实施方式

[0072] 下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。

[0073] MEMS技术基于微电子技术将电子、机械和光学等功能模块集成到微米级系统。与传统机械系统相比，采用MEMS技术的系统具有以下优势。

[0074] 1.微型化和集成化：即几何尺寸小，易于集成。采用MEMS技术可以制造出微米尺寸的传感元件和敏感元件，并将其集成为二维或三维的传感器阵列，再在传感器阵列上加上
一体化集成的大规模集成电路，最终形成尺寸为毫米级的系统。

[0075] 2.低能耗和低成本：采用一体化技术，可以使系统的能耗大大降低。由于采用硅微加工技术和半导体集成电路工艺，使得系统易于实现规模化生产，从而降低成本。

[0076] 3.高精度和长寿命：采用集成化技术，可以使系统的传感器性能均匀，各元件间配置协调，匹配良好，不需校正调整，从而提高精度、寿命以及可靠性。

[0077] 4.动态性好：采用MEMS技术的系统由于微型化、质量小、响应速度快、固有频率高，因而具有优异的动态特性。

[0078] 通过热电MEMS驱动技术，可以将多个MEMS微镜制作成微镜阵列芯片。图1是本申请提供的一个实施例的微镜阵列芯片中一个MEMS微镜处的局部结构的示意图。如图1所示，该
局部结构中包括镜面110、微镜驱动臂122、微镜驱动臂124、微镜驱动臂126、微镜驱动臂128
和外框(图1中未示出)。为便于说明，图1中示出了坐标系，即图1中的x轴、y轴和z轴。其中，
本文中以沿z轴的正方向为上方，相对应地以沿z轴的负方向为下方。如图1所示，微镜驱动
臂的主体可以由环状带形成的可动臂构成。在本文中，环状带在沿z轴方向的尺寸称为厚
度；微镜驱动臂122和微镜驱动臂126的环状带在沿x轴方向的尺寸称为宽度，微镜驱动臂
124和微镜驱动臂128的环状带在沿y轴方向的尺寸称为宽度；微镜驱动臂122和微镜驱动臂
126的环状带在沿y轴方向的尺寸称为长度，微镜驱动臂124和微镜驱动臂128的环状带在沿
x轴方向的尺寸称为长度。

[0079] 如图1所示，微镜驱动臂122、微镜驱动臂124、微镜驱动臂126和微镜驱动臂128均匀分布于镜面110下方的四周，从而驱动镜面110进行两轴转动。此结构下，在镜面110转动
的过程，当微镜驱动臂122和微镜驱动臂126驱动镜面110沿y轴转动时，微镜驱动臂124和微
镜驱动臂128充当转动轴；当微镜驱动臂124和微镜驱动臂128驱动镜面110沿x轴转动时，微
镜驱动臂122和微镜驱动臂126充当转动轴。

[0080] 本申请各实施例的微镜驱动臂基于热致变形原理。本申请各实施例中，微镜驱动臂可以具有层叠的至少两种热膨胀系数不同的材料层，本文中将该至少两种热膨胀系数不
同的材料层称为驱动结构层。当微镜驱动臂上层叠两种热膨胀系数不同的材料层时，这种
结构也可以称作双压电晶片(bimorph)结构。

[0081] 图2是一种bimorph结构的示意图。图2所示的结构是图1中微镜驱动臂122、微镜驱动臂124、微镜驱动臂126或微镜驱动臂128的一半结构。图2所示的是微镜驱动臂的驱动结
构层的结构，例如可以是沿x轴的负方向观察微镜驱动臂122的局部视图。驱动结构层用于
变形产生驱动力。微镜驱动臂还包括加热电阻材料层，用于接通电流产生热量，使得驱动结
构层产生变形。图2所示的驱动结构层是由两种热膨胀系数不同的材料层(例如，材料层A和
材料层B)构成的。其中，材料层A可以是Al层，材料层B可以是SiO2层。材料层A和材料层B在
相同的温度下的变形量不同，结合图2所示的驱动结构层的结构，使得微镜驱动臂产生沿上
下方向的力，从而驱动微镜。本申请各实施例中，材料层A可以是Cu层，材料层B可以是SiO2
层，或者材料层A和材料层B也可以是其他具有不同的热膨胀系数的材料层，本申请对此不
作限定。本申请各实施例中，驱动结构层还可以有更多层，本申请对此不作限定。相比静电
式或压电式的MEMS微镜，热电式的MEMS微镜具有更强的驱动能力，可以实现更大的偏转范
围。

[0082] 应理解，由于微镜驱动臂需要与外部部件连接，例如与镜面或者外框连接，因此微镜驱动臂和镜面或者外框之间可以设置有热隔离连接件，用于将微镜驱动臂与镜面或者外
框等外部部件连接起来。

[0083] 图3是一种微镜驱动臂的结构的示意图。图3所示的是微镜驱动臂的结构，例如可以是沿y轴的负方向观察微镜驱动臂124的视图。如图3所示，微镜驱动臂320位于镜面310和
外框330之间。微镜驱动臂320通过热隔离连接件340A与外框330连接。微镜驱动臂320通过
热隔离连接件340B与镜面310连接。微镜驱动臂320的其余部分为可动臂。微镜驱动臂320上
靠近热隔离连接件340A和热隔离连接件340B的两个部位由于与热隔离连接件和外部部件
连接，导致该两个部位散失热量的速度较快，这会导致微镜驱动臂的温度分布不均匀。微镜
驱动臂320上的局部高温会恶化微镜驱动臂的性能，对微镜的响应度和稳定性有很大的影
响。

[0084] 应理解，图3中所示的微镜驱动臂上与外部部件连接的热隔离连接件仅是示例性的，微镜驱动臂还可以以其他方式与镜面和/或外框连接。微镜驱动臂还可以通过热隔离连
接件与其他外部部件连接，本申请对此不作限定。

[0085] 图1至图3示出的微镜驱动臂为“S”形的，但本申请并不限于此，微镜驱动臂还可以是半圆形过度的或其他形状的，本申请对此不作限定。此外，图1示出的微镜驱动臂为一级
的，即只有一级环状带，但本申请并不限于此，微镜驱动臂还可以有更多级，例如二级或三
级等，其中，多级微镜驱动臂可以在宽度方向上平行设置。本申请的微镜驱动臂不限于是否
增加阻尼孔。

[0086] 针对微镜驱动臂上温度分布不均匀的问题，本申请提供了一种微镜驱动臂，通过改变微镜驱动臂的加热电阻材料层的电阻，从而达到均衡微镜驱动臂上热分布的目的。

[0087] 图4是本申请提供的一个实施例的微镜驱动臂400的结构的示意图。其中图4的上部分为微镜驱动臂的整体示意图，图4的下部分为上部分中虚线框中的具体结构的局部放
大图，其中为了清楚起见，局部放大图未示出外框。图4是沿着z轴的负方向观察微镜驱动臂
的视图，即图4是俯视图。应注意，图4所示的是三级微镜驱动臂结构。如图4所示，微镜驱动
臂400可以包括驱动结构层410和加热电阻材料层420。加热电阻材料层420用于接通电流产
生热量，驱动结构层410在热量作用下发生形变。加热电阻材料层420包括第一部分422A、第
二部分424和第三部分422B。其中，第一部分422A与第一热隔离连接件340A的一端连接，第
一热隔离连接件340A的另一端与镜面40A连接，第三部分422B与第二热隔离连接件340B的
一端连接，第二热隔离连接件340B的另一端与外框40B连接，第二部分424是加热电阻材料
层420除第一部分422A和第三部分422B以外的部分，第一部分422A的线电阻率和第三部分
422B的线电阻率大于第二部分424的线电阻率。镜面40A或外框40B在本文中可以统一称为
外部部件40。

[0088] 本申请实施例的微镜驱动臂包括驱动结构层和加热电阻材料层，加热电阻材料层包括与热隔离连接件连接的第一部分、第三部分以及远离热隔离连接件的第二部分，通过
使得第一部分和第三部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率，使得第一部分和第三部分
产生更多的热量，可以补偿热隔离连接件处连接外部部件导致的热量散失，从而均衡微镜
驱动臂上的温度分布，进而能够改善微镜的响应度和稳定性。

[0089] 其中，加热电阻材料层用于接通电流产生热量；驱动结构层在所述热量作用下产生热变形。

[0090] 本文中，线电阻率即为单位长度的电阻值。

[0091] 可选地，在一些实施例中，如图4所示，外部部件40可以包括镜面40A，相对应地，第一部分422A通过热隔离连接件340A与镜面40A连接；外部部件40可以包括外框40B，相对应
地，第三部分422B通过热隔离连接件340B与外框40B连接。微镜驱动臂的加热电阻材料层的
电流输入端和电流输出端可以均固定在外框40B中。电流输入端用于输入电流Iin，电流输出
端用于输出电流Iout，由此在微镜驱动臂上形成电回路并产生焦耳热。微镜驱动臂的加热电
阻材料层还可以具有与其他外部部件连接的第一部分，本申请对此不作限定。

[0092] 应理解，本申请各实施例不对加热电阻材料层和驱动结构层的相对位置进行限定。驱动结构层可以包裹在加热电阻材料层的外周。加热电阻材料层也可以包裹在驱动结
构层的外周。加热电阻材料层和驱动结构层也可以不是包裹关系，而是一者位于另一者的
上方、下方，前方、后方、左方或右方等，本申请对此不作限定。图4以驱动结构层包裹在加热
电阻材料层的外周进行示例。

[0093] 下面基于上述实施例，对本申请的一些具体例子进行说明。

[0094] 在一些例子中，为使第一部分的线电阻率大于第二部分的线电阻率，可以使第一部分的横截面的面积小于第二部分的横截面的面积。为使第三部分的线电阻率大于第二部
分的线电阻率，可以使第三部分的横截面的面积小于第二部分的横截面的面积。应理解，本
文中的横截面可以是沿垂直于微镜驱动臂的长度方向对微镜驱动臂进行切割得到的截面。

[0095] 可选地，在一些例子中，第一部分的宽度小于第二部分的宽度，和/或第三部分的宽度小于第二部分的宽度。整个第一部分的宽度和/或第三部分的宽度可以变化也可以不
变。第一部分的宽度和/或第三部分的宽度变化可以是均匀渐变或非均匀跳变的，或者说可
以是连续变化或分段变化的。相对于第二部分，降低第一部分的宽度和/或第三部分的宽
度，可以提高第一部分和/或第三部分的局部电阻，从而实现第一部分和/或第三部分的局
部焦耳热较第二部分的局部焦耳热多，可以补偿微镜驱动臂与热隔离连接件连接处的热量
散失，由此可以提高微镜驱动臂的温度均匀性。这些例子的第一部分和/或第三部分的形状
可以通过光刻或刻蚀工艺实现，也可以通过其他工艺实现，本申请对此不作限定。

[0096] 在图4所示的例子中，加热电阻材料层的两个第三部分422B在宽度上可以采用梯形形状，第一部分422A在宽度上可以采用一对相对的梯形形状。第三部分422B和第一部分
422A的平均宽度小于第二部分的宽度。由此均匀地改变加热电阻材料层的线电阻率梯度分
布。这使得越靠近热隔离连接件处的第一部分和第三部分的线电阻率越大，以补偿由于第
一部分和第三部分通过热隔离连接件连接外部部件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂
的温度均匀性。

[0097] 图5是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的宽度示意图。在图5所示的例子中，加热电阻材料层的第三部分422B和第一部分422A在宽度上可以采用矩形形状。第三
部分422B和第一部分422A的宽度小于第二部分的宽度。这使得第一部分和第三部分的线电
阻率大于第二部分的线电阻率，以补偿由于第一部分和第三部分通过热隔离连接件连接外
部部件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0098] 图6是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的宽度示意图。在图6所示的例子中，加热电阻材料层的两个第三部分422B在宽度上可以采用阶梯形状，第一部分422A
在宽度上可以采用一对相对的阶梯形状。第三部分422B和第一部分422A的平均宽度小于第
二部分的宽度，由此改变加热电阻材料层的线电阻率梯度分布。这使得越靠近热隔离连接
件处的第一部分和第三部分的线电阻率越大，以补偿由于第一部分和第三部分通过热隔离
连接件连接外部部件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0099] 应理解，图4至图6中微镜驱动臂位于外框中的部分的结构仅是示意性的，不构成对本申请的限定。

[0100] 可选地，在一些例子中，第一部分的厚度小于第二部分的厚度，和/或第三部分的厚度小于第二部分的厚度。整个第一部分的厚度和/或第三部分的厚度可以变化也可以不
变。第一部分的厚度和/或第三部分的厚度变化可以是均匀渐变或非均匀跳变的，或者说可
以是连续变化或分段变化的。相对于第二部分，降低第一部分和/或第三部分的厚度，可以
提高第一部分和/或第三部分的局部电阻，从而实现第一部分和/或第三部分的局部焦耳热
较第二部分的局部焦耳热多，可以补偿微镜驱动臂与热隔离连接件处的热量散失，由此可
以提高微镜驱动臂的温度均匀性。这些例子的第一部分和/或第三部分的形状可以通过采
用多次沉积、多次光刻或刻蚀工艺实现，也可以通过其他工艺实现，本申请对此不作限定。

[0101] 图7是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的厚度示意图。如图7所示，图7中包括沿点划线C‑C的剖面图的局部放大图。图7中上部分是沿着z轴的负方向观察微镜驱
动臂的视图，即是俯视图。图7中下部分是沿着x轴或沿着y轴方向观察微镜驱动臂的沿点划
线C‑C的剖面图的局部放大图，即是侧视图。图7中下部分体现微镜驱动臂的厚度。在图7所
示的例子中，加热电阻材料层的第三部分422B和第一部分422A在厚度上可以采用矩形形
状。第三部分422B和第一部分422A的厚度小于第二部分的厚度。这使得第一部分和第三部
分的线电阻率大于第二部分的线电阻率，以补偿由于第一部分和第三部分通过热隔离连接
件连接外部部件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0102] 图8是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的厚度示意图。在图6所示的例子中，加热电阻材料层的两个第三部分422B可以采用阶梯形状，第一部分422A可以采用
一对相对的阶梯形状。第三部分422B和第一部分422A的平均厚度小于第二部分的厚度。由
此改变加热电阻材料层的线电阻率梯度分布。这使得越靠近热隔离连接件处的第一部分和
第三部分的线电阻率越大，以补偿由于第一部分和第三部分通过热隔离连接件连接外部部
件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0103] 在另一个例子中，加热电阻材料层的两个第三部分422B可以采用梯形形状，第一部分422A可以采用一对相对的梯形形状。第三部分422B和第一部分422A的平均厚度小于第
二部分的厚度。由此均匀地改变加热电阻材料层的线电阻率梯度分布。这使得越靠近热隔
离连接件处的第一部分和第三部分的线电阻率越大，以补偿由于第一部分和第三部分通过
热隔离连接件连接外部部件造成的热量散失，以此提高微镜驱动臂的温度均匀性。为了简
洁，该例子不再以附图示出。

[0104] 可选地，在一些例子中，第一部分内可以包括多个孔或至少一个空条带，和/或第三部分内可以包括多个孔或至少一个空条带。相对于第二部分，在第一部分和/或第三部分
中设置孔或空条带，可以提高第一部分和/或第三部分的局部电阻，从而实现第一部分和/
或第三部分的局部焦耳热较第二部分的局部焦耳热多，可以补偿热隔离连接件处的热量散
失，由此可以提高微镜驱动臂的温度均匀性。这些例子的第一部分和/或第三部分的形状可
以通过光刻和刻蚀工艺实现，也可以通过其他工艺实现，本申请对此不作限定。

[0105] 图9是本申请的一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。图9所示的加热电阻材料层中包括多个孔。这些孔可以是通孔也可以不是通孔。当孔为通孔时，其可以贯通宽度
方向也可以贯通厚度方向。图9可以是沿z轴方向观察加热电阻材料层的第一部分及和/或
第三部分附近处的仰视图或俯视图，也可以是沿x轴或y轴方向观察加热电阻材料层的第一
部分和/或第三部分及附近处的侧视图。应理解，第一部分和/或第三部分中的孔也可以是
其他形状的，或按照其他方式排布，本申请对此不作限定。相对于第二部分，在第一部分和/
或第三部分中设置孔，可以提高第一部分和/或第三部分的局部电阻，从而实现第一部分
和/或第三部分的局部焦耳热较第二部分的局部焦耳热多，可以补偿热隔离连接件处的热
量散失，由此可以提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0106] 图10是本申请的另一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。图10所示的加热电阻材料层中包括一个或多个空条带。这些空条带沿着长度方向，其可以贯通宽度方向也
可以贯通厚度方向，也可以不贯通宽度方向或厚度方向。图10可以是沿z轴方向观察加热电
阻材料层的第一部分和/或第三部分及附近处的仰视图或俯视图，也可以是沿x轴或y轴方
向观察加热电阻材料层的第一部分和/或第三部分及附近处的侧视图。应理解，第一部分
和/或第三部分中的空条带也可以是其他形状的，或按照其他方式排布，本申请对此不作限
定。相对于第二部分，在第一部分和/或第三部分中设置空条带，可以提高第一部分和/或第
三部分的局部电阻，从而实现第一部分和/或第三部分的局部焦耳热较第二部分的局部焦
耳热多，可以补偿热隔离连接件处的热量散失，由此可以提高微镜驱动臂的温度均匀性。

[0107] 可选地，在一些例子中，第一部分的材料的电阻率大于第二部分的材料的电阻率，和/或第三部分的材料的电阻率大于第二部分的材料的电阻率。在一种具体实现中，可以对
第一部分和第二部分选取不同的材料，以使得二者的电阻率不同；和/或可以对第三部分和
第二部分选取不同的材料，以使得二者的电阻率不同。在另一种具体实现中，可以通过相对
于第二部分，在第一部分中掺杂高电阻率的材料实现；和/或可以通过相对于第二部分，在
第三部分中掺杂高电阻率的材料实现。具体而言，第二部分和第一部分可以均包括第一材
料，第一部分还可以包括第二材料，第二材料的电阻率与第一材料的电阻率不同。加热电阻
材料层可以使用任何导电材料制作，包括但不限于金属、金属化合物、合金、单晶硅，多晶硅
或其他半导体材料。第一材料和第二材料可以选自这些材料。类似地，第二部分和第三部分
可以均包括第一材料，第三部分还可以包括第二材料，第二材料的电阻率与第一材料的电
阻率不同。

[0108] 应理解，第一部分的横截面的面积小于第二部分的横截面的面积，第三部分的材料的电阻率大于第二部分的材料的电阻率，也可以使得第一部分和第三部分的线电阻率大
于第二部分的线电阻率，使得第一部分和第三部分产生更多的热量，补偿热隔离连接件处
连接外部部件导致的热量散失，从而均衡微镜驱动臂上的温度分布，改善微镜的响应度和
稳定性。同理，第三部分的横截面的面积小于第二部分的横截面的面积，第一部分的材料的
电阻率大于第二部分的材料的电阻率；第一部分的横截面的面积小于第二部分的横截面的
面积，且第一部分的材料的电阻率大于第二部分的材料的电阻率，第三部分的横截面的面
积小于第二部分的横截面的面积，且第一三分的材料的电阻率大于第二部分的材料的电阻
率等等实现方式，都在本申请的保护范围之内。

[0109] 在一个例子中，第二部分在厚度方向或宽度方向上形成多层，第一部分在厚度方向或宽度方向上形成至少一层，第一部分的层数少于第二部分的层数。第一部分包括由第
一材料形成的层，第二部分包括由第一材料形成的层还包括由第二材料形成的层。图11是
本申请的又一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。图11所示的加热电阻材料层中包
括第一材料形成的第一层、第二材料形成的第二层，还可以包括第三材料形成的第三层。这
些层沿着长度方向，其可以垂直于宽度方向也可以垂直于厚度方向。图11可以是沿z轴方向
观察加热电阻材料层的第一部分及附近处的仰视图或俯视图，也可以是沿x轴或y轴方向观
察加热电阻材料层的第一部分及附近处的侧视图。应理解，第一部分中的各层也可以是其
他形状的，或按照其他方式排布，本申请对此不作限定。如图11所示的加热电阻材料层420，
其包括并联的第一层、第二层和第三层。左侧的第二部分包括并联的第一层、第二层至第三
层，其电阻值最小；中间的包括并联的第一层至第二层的第一部分的电阻值大于第二部分
的电阻值；最右侧仅包括第一层的第一部分的电阻值最大，其也最靠近热隔离连接件。应理
解，可以采用堆栈工艺制作上述具有并联结构的加热电阻材料层。类似地，第三部分可以与
第一部分类似的设置，此处不再赘述。

[0110] 在另一个例子中，第二部分和第一部分均包括第一材料，第一部分还包括第二材料，第一部分中的第二材料掺杂分布在第一材料中，第二材料的电阻率大于第一材料。图12
是本申请的又一个实施例提供的加热电阻材料层的示意图。图12所示的加热电阻材料层主
要由第一材料构成，通过在第一部分中沿着长度方向掺杂不同量的第二材料，可以调整第
一部分的线电阻率。图12可以是沿z轴方向观察加热电阻材料层的第一部分及附近处的仰
视图或俯视图，也可以是沿x轴或y轴方向观察加热电阻材料层的第一部分及附近处的侧视
图。如图12所示的加热电阻材料层420，其左侧远离热隔离连接件，因此其中不掺杂第二材
料，电阻值最小；中间段逐渐靠近热隔离连接件，其中掺杂较少量的第二材料，电阻值较左
侧大；右侧最靠近热隔离连接件，其中掺杂较多量的第二材料，电阻值最大。应理解，第二材
料的掺杂量可以沿着长度方向突变的(如图12所示)，也可以是逐渐均匀变化的，整个第一
部分中第二材料的掺杂量还可以是保持不变的，本申请对此不作限定。应理解，可以采用掺
杂制作上述具有类似串联结构的加热电阻材料层。类似地，第三部分可以与第一部分类似
的设置，此处不再赘述。

[0111] 应理解，上述通过改变微镜驱动臂的加热电阻材料层的电阻，从而达到均衡微镜驱动臂上热分布的目的的各实施例之间可以相互组合，得到组合的方案，均应涵盖在本申
请的保护范围之内。

[0112] 针对微镜驱动臂上温度分布不均匀的问题，本申请还提供了一种微镜驱动臂，通过在微镜驱动臂中加入具有较高导热系数的材料，从而达到均衡微镜驱动臂上热分布的目
的。

[0113] 图13是本申请的一个实施例提供的微镜驱动臂500的剖面图。图13可以是沿着可以是沿x轴的负方向观察微镜驱动臂122的局部视图。如图4所示，微镜驱动臂500可以驱动
结构层510、加热电阻材料层520和位于所述加热电阻材料层520外的导热材料层530。

[0114] 本申请实施例的微镜驱动臂包括驱动结构层和加热电阻材料层，还增加具有较高导热系数的导热材料层，可以改善微镜驱动臂的热量分布，从而均衡微镜驱动臂上的温度，
进而能够改善微镜的响应度和稳定性。

[0115] 应理解，通常微镜驱动臂的驱动结构层包括至少两层热膨胀系数不同的材料，本申请实施例在驱动结构层和加热电阻材料层的基础上，增加一层或几层导热材料层，对微
镜驱动臂的响应性能影响不大。

[0116] 还应理解，图13所示出的导热材料层位于加热电阻材料层的上方，此外，导热材料层还可以位于加热电阻材料层的下方，或者导热材料层还可以位于加热电阻材料层上方和
下方，或者导热材料层包裹在加热电阻材料层的外周，或者导热材料层位于加热电阻材料
层外的任意方向上。能够使得改善加热电阻材料层上热量分布的导热材料层的方案，均应
涵盖在本申请的保护范围之内。

[0117] 可选地，在一些实施例中，导热材料层中可以包括导热金属，或者导热材料层中可以包括导热碳材料，或者导热材料层中可以包括导热金属和导热碳材料二者。其中，导热金
属可以包括金、银、铜和铝中的一种，或者包括多种构成的合金。导热碳材料可以包括石墨
烯、碳纳米管、石墨和金刚石中的至少一种。

[0118] 可选地，在一些实施例中，导热材料层中可以包括导热金属层，或者导热材料层中可以包括导热碳材料层，或者导热材料层中可以包括导热金属层和导热碳材料层二者。其
中，导热金属层的成分可以包括金、银、铜和铝中的一种，或者包括多种构成的合金。导热金
属层可以通过溅射工艺得到。导热碳材料层的成分可以包括石墨烯、碳纳米管、石墨和金刚
石中的至少一种。导热碳材料层可以通过化学气相沉积(chemical vapor deposition，
CVD)工艺或等离子体增强的化学气相沉积(plasma enhanced chemical  vapor 
deposition，PECVD)工艺得到。在通过CVD工艺或PECVD工艺制备导热碳材料层之前，通常需
要制备种子层，以便于导热碳材料层在其上生长。因此，导热材料层还可以包括种子层。种
子层的成分可以包括镍、钴、钼、铂、铅、钌和铱中的至少一种。

[0119] 可选地，在一些实施例中，与图4所示的微镜驱动臂的结构类似地，加热电阻材料层520可以包括第一部分、第二部分和第三部分，其中，第一部分与第一热隔离连接件的一
端连接，第一热隔离连接件的另一端与镜面连接，第三部分与第二热隔离连接件的一端连
接，第二热隔离连接件的另一端与外框连接，第二部分是加热电阻材料层除第一部分和第
三部分以外的部分，第一部分和第三部分外的导热材料层的导热率小于第二部分外的导热
材料层的导热率。其中，热隔离连接件与镜面或外框连接。这使得第一部分和第三部分处的
热量散失量小于第二部分处的热量散失量，从而更好地均衡微镜驱动臂上的温度分布。在
一些具体的实现方式中，使得导热率不同，可以通过不同成分的导热材料层实现。在另一些
具体的实现方式中，使得导热率不同，可以通过不同厚度的导热材料层实现。在又一些具体
的实现方式中，使得导热率不同，可以通过不同成分的不同层数的导热材料层实现，本申请
对此不作限定。

[0120] 可选地，在一些实施例中，加热电阻材料层520可以第一部分、第二部分和第三部分，其中，第一部分与第一热隔离连接件的一端连接，第一热隔离连接件的另一端与镜面连
接，第三部分与第二热隔离连接件的一端连接，第二热隔离连接件的另一端与外框连接，第
二部分是加热电阻材料层除第一部分和第三部分以外的部分，第一部分和第三部分外的导
热材料层的成分与第二部分外的导热材料层的成分相同。这种方案可以均衡微镜驱动臂上
的温度分布，并且能够降低加工微镜驱动臂的复杂度，同时降低制造微镜驱动臂的成本。

[0121] 下面结合具体的制备过程，对本申请各实施例的微镜驱动臂的各层进行详细说明。

[0122] 图14是本申请的一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图14的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流程
中也将步骤省略)，导热材料层为导热金属层。导热金属层位于驱动结构层和加热电阻材料
层的上方。整个微镜驱动臂的导热金属层成分相同。

[0123] 如图14所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0124] 步骤a)准备绝缘体上硅(silicon‑on‑insulator，SOI)片。

[0125] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0126] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0127] 步骤d)溅射导热金属，形成导热金属层。

[0128] 步骤e)首先涂光刻胶，之后曝光显影，由光罩保护形成微镜驱动臂的图形(保留有光刻胶的部分)。光刻胶可以包括但不限于SU8、AZ4620等正胶或负胶。

[0129] 步骤f)将未受光刻胶保护的导热金属层中的金属腐蚀去除。

[0130] 步骤g)去除微镜驱动臂上的光刻胶。

[0131] 步骤h)对背面中的硅进行深反应离子刻蚀(deep reactive ion etching，DRIE)，对背面中的绝缘层进行反应离子刻蚀(reactive ion etching，RIE)。

[0132] 步骤i)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放。

[0133] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热金属层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可以均衡微镜驱动
臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0134] 图15是本申请的另一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图15的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流
程中也将步骤省略)，导热材料层为导热碳材料层。导热碳材料层位于驱动结构层和加热电
阻材料层的上方。整个微镜驱动臂的导热碳材料层成分相同。

[0135] 如图15所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0136] 步骤a)准备SOI片。

[0137] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0138] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0139] 步骤d)溅射种子金属，形成种子层。

[0140] 步骤e)CVD法或PECVD法生长石墨烯/碳纳米管，形成导热碳材料层。

[0141] 步骤f)首先涂光刻胶，之后曝光显影，由光罩保护，对微镜驱动臂进行导热碳材料层的图形化。光刻胶可以包括但不限于SU8、AZ4620等正胶或负胶。此外通过等离子刻蚀法
去除微镜驱动臂以外的部分上的导热碳材料层。

[0142] 步骤g)将未受光刻胶保护的种子层中的种子金属腐蚀去除，通常可以采用湿法金属腐蚀法或者干法金属腐蚀法去除种子层。

[0143] 步骤h)对背面中的硅进行DRIE，对背面中的绝缘层进行RIE。

[0144] 步骤i)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放。

[0145] 步骤j)去除微镜驱动臂上的光刻胶。

[0146] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热碳材料层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可以均衡微镜驱
动臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0147] 图16是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图16的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流
程中也将步骤省略)，导热材料层为导热金属层和导热碳材料层。导热金属层和导热碳材料
层位于驱动结构层和加热电阻材料层的上方。整个微镜驱动臂的导热金属层成分相同。整
个微镜驱动臂的导热碳材料层成分相同。

[0148] 如图16所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0149] 步骤a)准备SOI片。

[0150] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0151] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0152] 步骤d)首先涂光刻胶，之后曝光显影，由光罩保护形成微镜驱动臂以外部分的图形。光刻胶可以包括但不限于SU8、AZ4620等正胶或负胶。

[0153] 步骤e)溅射导热金属，形成导热金属层；溅射种子金属，形成种子层。

[0154] 步骤f)去除保护微镜驱动臂以外部分的光刻胶及其上的导热金属层和种子层。这样，仅微镜驱动臂留有导热金属层和种子层。

[0155] 步骤g)CVD法或PECVD法生长石墨烯/碳纳米管，在没有种子层的部分不会生长出石墨烯/碳纳米管，形成导热碳材料层。用光刻胶保护微镜驱动臂。

[0156] 步骤h)对背面中的硅进行DRIE，对背面中的绝缘层进行RIE。

[0157] 步骤i)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放。

[0158] 步骤j)去除微镜驱动臂上的光刻胶。

[0159] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热金属层和导热碳材料层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可
以均衡微镜驱动臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0160] 图17是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图17的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流
程中也将步骤省略)，导热材料层为导热金属层。导热金属层位于驱动结构层和加热电阻材
料层的下方。整个微镜驱动臂的导热金属层成分相同。

[0161] 如图17所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0162] 步骤a)准备SOI片。

[0163] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0164] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0165] 步骤d)对背面中的硅进行DRIE，对背面中的绝缘层进行RIE。

[0166] 步骤e)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放。在背面溅射导热金属，形成导热金属层，得到最终的微镜驱动臂结构。

[0167] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热金属层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可以均衡微镜驱动
臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0168] 图18是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图18的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流
程中也将步骤省略)，导热材料层为导热金属层和导热碳材料层。导热金属层和导热碳材料
层位于驱动结构层和加热电阻材料层的下方。整个微镜驱动臂的导热金属层成分相同。整
个微镜驱动臂的导热碳材料层成分相同。

[0169] 如图18所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0170] 步骤a)准备SOI片。

[0171] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0172] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0173] 步骤d)对背面中的硅进行DRIE，对背面中的绝缘层进行RIE。

[0174] 步骤e)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放，并将晶圆片翻转。

[0175] 步骤f)在背面溅射导热金属，形成导热金属层；溅射种子金属，形成种子层。

[0176] 步骤g)CVD法或PECVD法生长石墨烯/碳纳米管，形成导热碳材料层，得到最终的微镜驱动臂结构。

[0177] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热金属层和导热碳材料层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可
以均衡微镜驱动臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0178] 图19是本申请的又一个实施例提供的制备微镜驱动臂的流程的示意图。图19的流程所制备的微镜驱动臂中，驱动结构层包括Al层和SiO2层，加热电阻材料层隐去未示出(流
程中也将步骤省略)，导热材料层为导热碳材料层。导热碳材料层位于驱动结构层和加热电
阻材料层的下方。整个微镜驱动臂的导热碳材料层成分相同。

[0179] 如图19所示，制备微镜驱动臂的流程包括以下步骤。

[0180] 步骤a)准备SOI片。

[0181] 步骤b)进行bimorph结构的第一层，即Al层的图形化。

[0182] 步骤c)进行bimorph结构的第二层，即SiO2层的图形化。

[0183] 步骤d)对背面中的硅进行DRIE，对背面中的绝缘层进行RIE。

[0184] 步骤e)再次进行DRIE，使制备得到的结构进行释放，并将晶圆片翻转。

[0185] 步骤f)在背面溅射种子金属，形成种子层。

[0186] 步骤g)CVD法或PECVD法生长石墨烯/碳纳米管，形成导热碳材料层，得到最终的微镜驱动臂结构。

[0187] 当微镜驱动臂因产热或散热引起温度分布不均衡的情况时，具备良好的导热性能的导热碳材料层会及时地将微镜驱动臂上局部热点的温度导通至其他处，可以均衡微镜驱
动臂整体的温度分布，提升系统的性能。

[0188] 应理解，图14至图19所示的制备微镜驱动臂的过程以及微镜驱动臂的结构仅是示例，而非对本申请的限定。图14至图19所示的各个步骤可以相互组合形成其他的制备过程，
图14至图19所示的各结构要素可以相互组合形成其他的微镜驱动臂结构，上述内容均应涵
盖在本申请的保护范围之内。

[0189] 本申请还提供了一种微镜阵列芯片。图20是本申请一个实施例提供的微镜阵列芯片600的结构示意图。该微镜阵列芯片600包括外框610、以阵列方式排列的多个镜面620(仅
示例性的示出)、多个热隔离连接件(省略未示出)和结构如前文所描述的多个微镜驱动臂
630(示例性的示出)。在任一个镜面处，具有多个(例如四个)微镜驱动臂位于外框和该镜面
之间，多个微镜驱动臂用于驱动该镜面运动。微镜驱动臂的一端通过热隔离连接件与该镜
面连接，微镜驱动臂的另一端通过热隔离连接件与外框连接。

[0190] 图20所示的微镜阵列芯片在硅晶上刻出若干微小的镜片，通过微镜驱动臂的热电驱动力的作用，使可以活动的镜面产生升降、旋转或移动，从而改变输入光的传播方向以实
现光路通断和交换的功能。本申请实施例的微镜阵列芯片的开关时间在毫秒数量级，可以
使用集成电路(integrated circuit，IC)技术制造，体积小、集成度高。本申请实施例的微
镜阵列芯片的工作方式与光信号的格式、协议、波长、传输方向、偏振方向、调制方式均无
关，可以处理任意波长的光信号。同时，本申请实施例的微镜阵列芯片具备机械式光开关的
低插损、低串扰、低偏振敏感性、高消光比和波导开关的高开关速度、小体积、易于大规模集
成的优点。

[0191] 应理解，本申请实施例的微镜阵列芯片的结构仅是示例，而非对本申请的限定。基于本申请实施例的所作的变化或替换得到的微镜阵列芯片，都应涵盖在本申请的保护范围
之内。

[0192] 本申请还提供了一种光开关。光开关也成为光交换模块，是全光网络的关键技术之一。在现代通信网中，全光网是未来宽带通信网的发展方向。全光网可以克服电子交换在
容量上的瓶颈限制，可以大量节省建网成本，可以大大提高网络的灵活性和可靠性。光交换
是指不经过任何光/电转换，将输入端口的光信号直接交换到任意的输出端口。

[0193] 图21是光开关的工作原理的示意图。如图21所示，光信号从光开关的输入端口输入，经过交换，可以从光开关任意的输出端口输出。

[0194] 本申请实施例的光开关，可以包括输入端口阵列、输出端口阵列和至少一个结构如前文所描述的微镜阵列芯片。输入端口阵列用于接收光信号，光信号经至少一个微镜阵
列芯片反射后，经输出端口阵列输出。图22是本申请的一个实施例提供的光开关700的结构
示意图。如图22所示，该光开关为MXM的光开关。光开关700具有输入端口阵列710(具有M个
输入端口)，输出端口阵列720(具有M个输出端口)，以及两个微镜阵列芯片730来实现M路光
信号的交换。本申请实施例还可以应用于1XM光开关、MX1的光开关或NXM的光开关等，N和M
为大于2的整数。

[0195] 应理解，图22所示的光开关的结构仅是示例，而非对本申请的限定。基于本申请实施例的所作的变化或替换得到的光开关，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

[0196] 应理解，本申请各实施例中不相互排斥的方案可以互相结合。例如，图4所示的实施例可以与图13所示的实施例结合，本申请对此不作限定。

[0197] 应理解，本申请各实施例中，第一部分、第二部分和第三部分的划分仅是示例性的。在具体实现中，技术人员可以根据微镜驱动臂的形状、材料和热分布等因素，确定第一
部分和第二部分的界限，本申请对此不作限定。

[0198] 应理解，本文中涉及的第一、第二以及各种数字编号仅为描述方便进行的区分，并不用来限制本申请的范围。

[0199] 应理解，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。

[0200] 应理解，在本申请实施例中，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构
成任何限定。

[0201] 以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵
盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。