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A P P L I C A T I O N S

Optical Pickup Actuator

Micro Systems Lab. in AJOU UNIVERSITY

Fig. 1. The fabricated micro actuator.

Fabrication of a Micro Actuator with p+ Si Cantilevers for Optical Devices
T. G. Park and S. S. Yang

ABSTRACT
The paper represents the design and fabrication of an electrostatic micro actuator with p+ Si cantilevers. The micro actuator consists of a plate suspended by four p+ silicon cantilevers and an electrode on a glass substrate. The p+ Si structure is fabricated by the boron diffusion process and the anisotropic wet etch process. The cantilevers of the micro actuator curl down because of the residual stress gradient in p+ silicon. When the electrostatic force is applied to the p+ cantilevers, the vertical displacement of the plate can be achieved. The deflection of the cantilever due to the residual stress gradient and the vertical displacement by electrostatic force were calculated. The displacement of the plate was measured with a laser displacement by electrostatic force were calculated. The displacement of the plate was measured with a laser displacement meter for various input voltages and frequencies. The feasibility of the proposed micro actuator for the applications to optical pickup devices or optical communication devices was confirmed by the experiments.

Fig. 2. The Structure of a micro actuator.

KOREAN ABSTRACT

Micro Systems Lab. in AJOU UNIVERSITY

최근 마이크로머시닝 시술의 발달과 함께 기존의 센서 및 기계소자의 소형화가 가능해지고 이에 따른 대량생산, 원가 절감 치 신뢰도 향상 등으로 마이크로시스템으로의 응용 분야가 넓어지고 있다. 상업화의 요구가 커지고 있는 응용 분야중 하나가 광학 스위치, 광 픽업, 스캐너, 홀로그램 등의 광학시스템이다. 이들 광학용 마이크로 소자 중 대표적인 것으로는 광학 스위칭 소자나 스캐너에 사용되는 마이크로미러와 마이크로 구동기 등을 들 수 있다. Miyauchi 등은 광통신을 위해 광경로를 스위칭할 수 있도록 폴리실리콘을 이용한 마이크로미러를 어레이 형태로 제작하였다 [1]. 이 마이크로미러는 정전방식으로 구동하므로 수 백 볼트의 높은 인가 전압이 필요하여, 실제 응용에는 제약이 있다. 또한, 표면 몸체 가공기술을 이용한 미러 어레이 제작에 관한 연구를 Conant등이 진행하였다 [2]. 이 미러 어레이의 경우 다층 폴리실리콘을 이용한 공정을 수행하여야 하므로 공정이 복잡하다. 그 외에도 Hiller 등과 Dickensheets 등이 제작한 정전력을 이용한 비틀림 거울은 인가전압에 비해 미러의 구동각이 작다는 단점이 있다 [3,4]
본 연구에서는 광통신 소자에 응용될 수 있는 새로운 구조의 마이크로 구동기를 제안한다. 이 구동기는 기존의 빗살형 혹은 평판형 정전 구동기와는 달리 잔류 응력 구배로 인해 휘어진 p+ 실리콘 외팔보에 정전력을 가하여 큰 변위를 얻을 수 있도록 고안되어 있고 제작 공정이 간단하며, 고전압을 필요로 하지 않는다. 본 연구에서는 마이크로 구동기를 제작하고 그 동작 특성을 시험하여 광학 소자의 구동에 적용 가능함을 보이고자 한다.