1 引言

　　微光电子机械系统(moems)是一种新兴技术，日前已成为全球最热门的技术之一。moems是利用光子系统的微电子机械系统(mems)，内含微机械光调制器、微机械光学开关、ic及其他构件，并利用了mems技术的小型化、多重性、微电子性，实现了光器件与电器件的无缝集成。简单地说，moems就是对系统级芯片的进一步集成。与大规模光机械器件相比，moems器件更小、更轻、更快速(有更高的谐振频率)，并可采用批量制作技术。与波导方式相比，这种自由空间方式优点是具有较低的耦合损耗和较小的串话。光子学和信息技术的变革直接促进了moems的发展，图1示出了微电子学、微机械学、光电子学、纤维光学、mems与moems的关系。如今信息技术迅速发展、不断更新，到2010年光开天速度可达tb／s。日益增长的数据率和更高性能的新一代设备需求，驱动了对moems和光互连的需求，使moems器件在光电子学领域的应用不断增长。

2 moems器件与技术

　　moems器件按其物理工作原理分为干涉、衍射、透射、反射型(见表1)，大多数采用反射型器件。moems在过去几年中已获得显著发展。最近几年，由于对高速率通信和数据传输需求的增长，大大激发了对moems技术及其器件的研发。已开发出所需的低损耗、低emv敏感性、低串话的高数据率反射光型moems器件。

　　如今，除了诸如可变光衰减器(voa)之类的简单器件之外，采用moems技术也可制作可调谐垂直腔面发射激光器(vcsel)、光调制器、可调波长选择光探测器等光有源器件和滤波器、光开关、可编程波长光插／分复用器(oadm)等光无源器件及大规模光交叉连接(oxc)。

　　在信息技术中，光学运用的关键之一是商品化的光源，除单片光源(如热辐射源、led、ld、vcsel)之外，特别受到关注的是具有活动器件的moems光源。例如，在可调谐vcsel中，通过微机械改变谐振器的长度即可改变其发射波长，由此实现了高性能wdm技术。目前，已开发了支撑悬臂调谐方式和具有支撑臂的活动结构。

　　还开发出具有可移动反射镜和反射镜阵列的moems光开关，用于组装oxc、并联和开／关(on／off)开关阵列。图2示出了自由空间moems纤维光学开关，它具有一对用于光纤横向移动的u形悬臂式致动器。与传统的波导开关相比，其优点是耦合损耗较低、串话较小。

　　具有宽范围连续可调的光滤波器是可变dwdm网络中非常重要的器件，已开发了采用各种材料系统的moems f_p滤波器。由于可调膜片和有效光腔长度的机械灵活性限制，这些器件的波长可调谐范围仅为70nm。日本opnext公司开发了具有创纪录可调谐宽度的moems f_p滤波器。该滤波器基于多个inp／空气隙moems技术，垂直结构由6层悬浮的inp膜片构成，薄膜为圆形结构，并由三个或四个悬浮架支撑，并分别与三个或四个矩形支撑台连接。其连续可调谐f_p滤波器阻带极宽，覆盖了第二和第三个光通信窗口(1 250～l 800nm)，其波长调谐宽度大于ll2nm，致动电压低至5v。

3 moems设计与制作技术

　　大多数moems制作技术是直接由ic工业及其制造标准演化而来。因此，在moems中采用体和表面微机械加工及高产量的微机械加工(harm)技术。但有管芯尺寸、材料均匀性、三维技术、表面构形和最后加工、不平度和温度敏感性等其他挑战。

　　一般广泛采用光刻技术制作结构图形。此外，无掩膜光刻技术也可用于制作常规图形。如用于聚合物一类光敏材料的表面。为了获得低折射率表面，也可制作二维图形，该表面可取代传统的多层抗反射涂层，并可用于moems以改善其性能。所采用的材料及其淀积技术类似于标准的ic工艺，如si热氧化、lpcvd、pecvd、溅射、电镀等，也可采用不同类型的湿法腐蚀和干法腐蚀技术。例如，通过湿法各向异性腐蚀可很精确地制作siv形槽，并广泛用于光纤与光电器件的对准与封装。通过湿法反应离子刻蚀(drie)和表面微机械加工可制作微反射镜。采用精珩磨技术也可获得具有大纵模比的非平面结构。

　　目前，采用最多的方法是带有芯片焊凸的微机械硅晶片平面技术，它使标准和低成本ic组装的方法成为可能。为保护芯片，可通过凝胶涂层封闭晶片平面，并可采用凹槽同流焊方法(irs)作为改进晶片级封装的方法。一些新型moems产品对温度特别敏感，带引线的器件一般采用手工焊接，而表面贴装器件则采用激光焊接。

　　在moems中已采用模拟反馈环路(fea)、工艺最佳化和二次设计等成功的技术。除机械、热、电模拟之外，还引入了光模拟(bpm)和性能鉴定。此外，由于光对准要求高，为了实现完整的光器件封装和互连要求，在设计模拟中已引入了封装技术。图3示出moems设计模拟和技术工艺程序。

4 moems封装技术

　　除了研发实用的moems器件之外，目前主要挑战是在专用管壳中组装和封装可靠的器件。虽然已开发了许多器件，但在市场中能可靠工作的器件很少。原因之一是封装困难和难以实现可靠的低成本光链路。特别是随着moems器件进入应用领域，主要问题是光对准与封装。