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基于MEMS技术Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究pdf

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  博士学位论文 姓名:向民 申请学位级别:博士 专业:微电子学与固体电子学 指导教师:王跃林 20040701 摘要 基于MEMS技术的 Fabry.Perot腔可调光学滤波器研究 向民(微电子学与固体电子学) 指导老师:王跃林教授 摘要 可调谐光学滤波器是现代光通信系统和传感器网络的关键器件,利用微机电系统 高、成本低等优点成为众多解决方案中有力的竞争者之一。本论文以该类型滤波器为 研究对象,从理论与实际工艺制备等方面对其进行了探索。 论文阐述了F.P干涉仪的一般理论,利用矩阵法计算了多种的四分之一波堆光学 介质薄膜的反射率和反射相移。以此为基础,较为系统地研究了高反射镜面的反射相 移及其色散对短腔长的F-P干涉仪光学性能的影响。首次从理论上解释了由高反射镜 面的反射相移和色散导致的短腔长的法布里一珀罗干涉仪自由谱域缩短效应,并由实 验得到了验证。 论文研究将压电驱动精密、稳定的特点同MEMS批量制造优势相结合,自主设 计了一种新型的压电驱动F.P腔可调光学滤波器,设计中采用了独特的阻挡块结构将 两镜面的平行度保持在一个合适的范围。制备中先后尝试了普通硅片湿法腐蚀工艺、 选择性外延工艺和利用SOI材料制作三种路线方案。 本论文首次利用湿法腐蚀工艺制备了F.P腔。经测试其插入损耗约为8dB,半波 宽1.5~2rim,精细因子在50以上,两镜面无需静电调节机构即可保持良好的平行度。 本论文在国内首先开展了选择性外延工艺在MEMS领域的前期研究,尝试利用 选择性外延工艺制作法布里一珀罗腔光学器件,总结了在选择性外延工艺当中的一些 重要现象和效应,包括一些尚未见文献报道的现象。 本论文利用SOI硅片制备了新型的压电驱动F—P腔体可调光学滤波器并进行了初 步的光学测试。在制备中笔者利用简单的各向异性湿法腐蚀工艺和金属溅射(或真空 蒸发)工艺实现了将电极从硅片的一面引到另一面,该电极导引方法在本实验之前未 见相关报道。 经初步测试可调滤波器的插入损耗约为8dB,半波宽5nm,加电驱动后透射峰值 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 摘要 波长移动量可达20hm。笔者对实验结果进行了分析,对下一步的工作进行了展望, 确定了改进方向与揞施。 关键词:F—P干涉仪,微机电系统,可调光学滤波器,自由谱域,介质薄膜 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论之 ABSTRACT of TunableFilter StudyFabry-PerotOptical MEMS employingtechnology XIANG andSolidState Min(MicroelectronicsElectronics) DirectedProf.WANGYuelin by ABSTRACT Tunablefilteristhe deviceofmodem communicationandsensor optical key optical the ofsmall low systems.Withadvantages cost,the volume,highperformance,and filter theMicro—Electro—Mechanical Fabry—Perot(F—P)tunableemploying isoneofthemost all tunablefilter technology challengingamongoptical thesisfocusedontIlerelatedtheoriesoftheMOEMStunablefilteraswellasitsfabrication techniques. TheconventionaloftheF-P was Interferometerintroduced thenthe theory firstly,and madreflectionshiftof afewkindsofdielectricfilms reflectivity of phase quite consisting wavestackswerecalculated.Theinfluenceofthereflectionshiftandits quarter phase onthe ofthe interferometerwas dispersionopticalperformanceshort—cavity(SC)F-P indetails.Thefree effectinthe SCF-P analyzed spectralrange(FS鼢shortening interferometerwas forthefirst matchedthe theoreticallyproved time,which data well. very withthe and characteristics stabile of and Bycombiningprecise piezoelectricdriving thebatchfabrication oftheMEMS novelF—Ptunablefilterwas advantage technology,a and ofthetwoF-PreflectionmirrorsCanbewell designed.The proposed parallelism the controlled structure.Threefabrication by proposed etching, selective silicon siliconon (ii)the epitaxialgrowth(SEG)onwafers,and(iii)using studied. insulator(SOI)wafers,were TheF—Pcavities thewet wasfabricatedforthefirsttime. process employingetching Theinsertionlosswereabout fullwidthathalf 1.5~2 8dB,the thefinessemorethan50.The ofthetworeflectionmirrorswas nin,and highparallelism achievedwithout additionelectrostaticcontr01. automatically applying The oftheSEG on MEMSfield andthe the was effortto application process explored F-Pbased devices theSEG was fabricate made.The optical employing technology intheSEG were ofwhichwerefirst summarized,some phenomenonappeared experiments 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论支 ABSTRACT observed. the AnovelF-Ptunablefilterdrivea wasfabricatedwithSO[ byusingpiezoelectrics wet andmetal material.Byemployingsimpleanisotropicetchingprocess electrical betweentheelectrodesonboth ofthe interconnect sides evaporating)process,the waferwasrealizedforthe time. silicon first Themeasuredresultsshowedthattheinsertionlossofthetunablefilterwasabout8 20 FWHMabout5 thetransmittedredshiftedaboutnm.Thetest dB,the mn,and peak were to werealso results furthermeasures the analyzed.The improveperformance inthis discussedthesis. Words:F·P films Key interferometer,MEMS,tunableopticalfilter,FSR,dielectrics 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学痣波器研究 第一章绪论 1.1.1.光纤通信系统 光纤通信主要是指利用激光作为信息的载波信号并通过光导纤维来传递信息的 通信系统,现今的光纤通信己成为信息社会的神经系统。一个典型的光纤通信系统通 常由发射电端机、发射光端机、接收光端机、接收电端机以及连接发射和接收光端机 的光纤线路组成。随着信息量的不断扩大,必须提高光纤的传输比特(Bit)率。早 期系统是采用电子时分复用技术,即在发送方面,把低比特速率的电信号用时分复用 逐级合成为高速率的电信号,然后以强度调制激光二极管;在接收方面,由光电探测 Division Fiber 使用掺铒光纤放大器(EDFA:Erbium—Doped WavelengthDivisionMultiplexing)技术已被系统大量采用。 未来的光通信网络的发展趋势是全光网络。所谓全光网络,就是网络中直到用户 端点之间的信号通路仍保持着光的形式,即只有信号在进入和离开网络时才进行电/ 光(E/o)和光电(O/E)转换,而在网络中的传输和交换过程中始终以光的形式存 在。在全光网络中,由于没有光电转换的障碍,所以允许存在各种不同的协议和编码 形式,是信息传输更具有透明性,且无须面对电子器件处理信息速率难以提高的困难, 因此全光网络成为宽带通信网未来的发展目标。 为了实现基于DWDM的仝光通信,必须具备一系列的关键技术:光多址技术、 全光交换、光插/分复用(OADM:OpticalAdd/Drop Cross OpticalConnect)、波长变换、信道争夺解决技术、同步技术、前端识别技术、 全光信息再生技术、网络管理与控制技术等Ill。这些技术需要一系列新型的光通信器 件加以实现,可调光学滤波器就是其中的核心部分。 可调光学滤波器的发展对于推动全光网络架构扮演着关键性的角色。以光性能监 Performance 测器(OPM:OpticalMonitor)为例,发展全光网络的一个先决条件是必 须做到光层面的网络临控与管理,以目前的技术而言,若要对光讯号做控管,必须先 将光讯号拾取后,经过光电转换,刁能做下一步的讯号监控或路由控制。然而,这种 方式不但所需的设备昂贵,且线路复杂、管理不易,随着网络鼠务的快速增加,显然 是没有经济效益的。利用可调式滤波器为基础的OPM,则不须针对每一个波长分别 建置光电转换及监测设备,只需要透过可调式滤波器,将要处理的波长筛选出来即可, 因此可大大简化光纤监管系统的架构。 传统的可调OADM必须用波分复用器将所有波长分别独立,再透过电路控制选 择要下载的波氏,如果用可调式滤波器来取代波分复用器,则不须将个别波长分别独 立,只需使用一个可调光学滤波器将要下载的波长筛选出来即可。 可调光学滤波器和激光源的结合就成为可调激光器。目前的DWDM系统普遍已 中国科学院上海微系统与信.包技术研咒所博士学位论文 经达到40路波分复用,若在这种情形下使用固定波长的激光源,则40个波长就要搭 配40个激光源,再加上每个波长都要准备3至5个备品,将形成庞大的成本负担, 对于系统的可靠度也是挑战。如果采用可调式激光源,就可以1颗激光器取代多个固 定波长之激光,同时备品总共也只需要3至5颗即可,大大的降低了系统成本。 光通信系统的进步也带动了光传感器系统的发展,现代的光传感器系统『F朝着智 能化、小型化、网络化发展。可调光学滤波器也在其中占据着重要地位。例如,在光 纤通信中可调偕滤波器的基础上研制出的光纤光栅、光纤干涉仪等光学传感器件,己 经在分布式、多功能传感系统起到了重要作用。光纤光栅传感器具有体积小、重量轻、 灵敏度高等优点,将光纤光栅埋入建筑物或飞行器中,可以对建筑物或飞行器的应力 状况、机械性能、外部环境等进行实时隘测,真正形成一个智能感应的网络。 总之,光学滤波器在光纤通信系统和光传感器系统中有着重要应用,这些应用可 归纳为: · 半导体激光器和光纤激光器的反射腔镜和窄带滤波; ●光波长复用/J辑复用器; PerformanceMonitor): ·光性能监测器(OPM:Optical ·光放大器中的噪声抑制; ·波长选择器; ·波长转换器; ●色散补偿器及延时器等。 1.1.2.微机电系统 Circuit)微细加工技术 速的发展。这种技术以成熟的半导体集成电路(IC:Integrated 为基础,结合超精密机械加工技术,把多个领域的技术诸如微机械技术、微光学技术、 光电子技术、微电子技术结合到同一块芯片上的,将信息获取处理和执行一体化地集 成在一起,共同组成一个完整的多功能系统,具有高性能、低成本、小型化的特征。 andActuators 1981年发起的国际学术会议Transducers’××和学术刊物Sensors 述文章【2I,从而确立了硅材料在微机电系统制造技术中的主体地位。经过20多年的 发展,硅微机械技术逐渐被划分为两大类。一类是对硅片体材料的整个厚度进行加工 的体微机械技术[3】,主要包括静电键合、共融键合、硅硅直接键合、各向同性腐蚀、 各向异性腐蚀和腐蚀中止技术等等。另一类是只将硅片作为衬底看待,着重在硅片表 面制作微机械结构的表面微机械技术【4J。这类技术首先是利用微电子工艺来制作各种 低应力且有一定厚度的薄膜,利用光刻技术和等离子刻蚀或反应离子刻蚀形成结构图 形,再用千法或湿法对衬底材料进行牺牲腐蚀实现可动的微机械结构。后来德国发明 了一种可以与表面微机械技术归纳在一起的LIGA技术,用同步辐射加速器产生的x 光对厚的感光材料进行深刻蚀,再用选择性金属或合金电镀来制作高深宽比的结构。 由于该技术所要求的设备昂贵,不利于推广,又产生了所谓准LIGA技术,即用深紫 UserMEMS 外光源来替代进行光刻。自从1992年MUMPspJ(MultiProcess)工艺标 利用MUMPs工艺标准已经可以制作出多达五层的表面微机械结构。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 运用体微机械技术加工的器件,性能较好,但体微机械加工一般是双面工艺,与 集成电路的兼容性也不如表面微机械,器件体积也比较大。表面微机械技术是一种单 面工艺,与集成电路兼容性好,制成的器件体积小,便于单片集成,但是由于表面结 构层很薄,机械强度和质量有限,使表面微机械器件的性能收到一些限制。 最早实现实用化的MEMS技术是在惯性器件方面。体硅微机械技术成功地开发 出了种类繁多的力敏传感器,压阻式压力传感器和加速度传感器正是在该类技术的依 展示微机械马达部件制成成果时开始为人们所认识【6J,然而最成功的杰作应是AD[ 该产品在汽车安全气囊等领域的成功应用为MEMS技术的发展竖立了一座里程碑。 此外,MEMS加工手段还应用在集成电路、热学、化学、生物、流体、光学等 多个技术领域,其中MEMS在光学特别是在光通信领域的应用最为引人注目。 1.1.3.光学与微机电系统的结合 大的发展,人们已经可以在一块衬底上集成几乎所有的波导光学器件。但足,在光学 成像、投影、数据存储、开关、传感等领域有重要应用的自由空间光学器件却有很多 无法被集成进来。MEMS技术的出现使这一问题出现了解决的曙光。换而言之,光 能够比其它微小物体更容易被操纵:MEMS执行器微小的力输出与位移变化能适合 件的精确定位特性大大减少了光电器件耦合与封装的难度。 光学与微机电技术的结合诞生了微机电技术的一个重要分支:微光机电系统 (MOEMS:Micro—Opto—Electro—Mechanical Micromirrors attenuater) Device)[10l、光开关(Opticalswitch)、可调光衰减器(Optical 等已经在商品化的投影显示、光通信设备中得到重要应用。另外一些如可调谐滤波器 (Tunable filter)、可调谐激光器(Tunablelaser)、微光学平台(Microbench)、 optical 微透镜阵列(Mirolens array)等器件也在光通信、光传感、光信息读取等应用方面显 示了巨大的潜力,成为各国MOEMS研究人员争相发展的热ti。 本论文的工作即围绕可调光学滤波器展开,以下首先对光学滤波器作一概述,简 述各种类型的光学滤波器的原理、特点及应用范围,再分类详细介绍利用MEMS技 节介绍本论文:L作的目的、意义、创新点和内容。 1.2.光学滤波器概述 光学滤波器按滤波原理可以分为三种类型:棱镜滤波器,衍射光栅滤波器以及干 涉滤波器。另外,根据滤波器能否提供光增益,还可以把滤波器分为无源和有源滤波 器两大类,有源光学滤波器是无源器件和可调谐检波器的组合,每个检波器调渚到一 个特定的频率。本节主要以无源光学滤波器为主介绍各种光学滤波器的原理、特点和 应用范围。无源光学滤波器的分类如图1.1所示。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 第一章绪论 ,光纤光栅滤波器 按原理分 1光纤取锥型滤波器 L.全光纤卢光可调谐滤波器 J I光纤光栅七按特性分丁墨 、波导光栅 ,干涉薄膜滤波器 【 I声光效应滤波器 I磁光效应滤波器 、F-P腔滤波器 1.2.1.棱镜型光学滤波器 棱镜型光滤波器是最早的光学滤波器件,它是利用棱镜对不同波长的光有不同折 射率,从而使不同频率的光具有不同的偏折角,最终达到滤波的功能。棱镜型滤波器 具有较强的峰值透过率,由于采用的是玻璃棱镜,所以价格低廉。但由于棱镜是块状 元件,其色散系数小,故而棱镜型滤波器的带宽较宽,不能用作窄带滤波器,现用波 分复用器一般不采用棱镜。 1.2.2.衍射光栅型光学滤波器 Planar Circuit)器件。 Lightwave 1.2.2.1.传统光栅滤波器 传统光栅滤波器是利用入射光入射到光栅表面时,每个波长分量朝着空间内不同 的点衍射。使用透镜系统或凹面衍射光栅可将衍射的各个波长聚焦,从而把不同波长 光分开,实现滤波功能。这种类型的滤波器比较成熟,并在光信息处理、可调谐激光 器等诸多领域得到广泛应用[1l,lz],但由于传统衍射光栅的体积较大,一般在光纤通信 系统中很少采用。 4 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论丈 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 1.2.2.2.光纤光栅 只光纤光栅以来,由=丁=:其优良和独特的性质,光纤光栅已被应用在光纤通信、光纤传 感器等领域。光纤光栅是利用光纤材料的光敏性(外界入射光子和纤芯内锗离子相互 作用引起折射率的永久性变化),在纤芯内产生沿纤芯轴向的折射率的周期性变化, 从而形成一个窄带的(透射或反射)滤波器或反射镜。利用这一特性可以构成许多性 能独特的光纤无源滤波器件。 对光纤通信来说,最感兴趣的是光纤Bragg光栅(FBG:FiberBraggGrating)[141, FBG是完成全光通信网络波长选择的关键元件之一。根据滤光原理和滤光器结构, 器、光纤双锥型滤波器和全光纤声光可调谐滤波器等。根据光纤光栅的特性,可将光 纤光栅滤波器(FGF:Fiber Grating (1520~1560hm)就可以容纳1600个通道复用,插损与一致性也非常好。 光纤光栅是通过紫外光在高掺锗或普通氢载光纤上按一定的掩膜刻制光栅的器 件。k周期光纤光栅还具有宽带滤波的性能,特别适合制作EDFA增益平坦的滤波器。 光纤光栅器件的困难在于温度稳定性,由于光栅的中心波长会随温度而变化,所以实 用化的器件必须解决这个问题。 1.2.2.3.平面光路器件 随着集成光学技术的发展,平面光路器件(即集成光波导)也迅速发展起来。集 成光波导滤波器件主要是一种阵列波导光栅(AWG:ArrayedWaveguideGradng), 由集成在同一块衬底上的输入/输出波导、阵列波导和平板波导构成。从功能上讲, 可把AWG看成由。个相位控制器、一个衍射光栅和外加辅助的输入/输出波导组成。 On 的成分必须仔细选定以产乍合适的折射率。这些玻璃层按一定形状用光刻、反应离子 刻蚀等标准的半导体工艺制备在衬底上。同样地入制光在光栅中产生干涉滤波。这种 技术的难点在于制作波导光栅,即控制玻璃膜的厚度,成分与缺欠等。这种器件的优 点在于集成性,频率间隔可以达到100GHz,50GHz的器件也可以做出来。 1.2.3.干涉光滤波器 干涉滤波器是利用相干光干涉的原理来实现窄带滤波的。常见的十涉滤波器有模 式耦合型滤波器、多层介质薄膜滤波器以及F-P腔干涉滤波器。本小节简要介绍应用 较多的声光效应滤波器和介质薄膜干涉滤波器,F—P腔滤波器在下-d,节详细阐述。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论丈 1.2.3.1.声光效应滤波器 Tunable 一般由一个卢一光变换器(从TE到TM)、两个正交偏振器和两个靠得很近的光波导 组成。若入射光的能量都处于TE模式,将射频(RF:Ratio 于透明光波导,使折射率发生周列性的起伏。施加在波导上的声频(振动)对它的分 子结构产生周期性的扰动,这个周期就决定了折射率变化的周期,凡是符合Bragg条 件的光波的偏振也从TE转换到TM,从而实现波长选择滤波。AOTF可用于可调单/ 多波长接收机、波长选择空分开关。典型的AOTF有两个缺点:一是不易对准输入光 的偏振状念,从而引起偏振失配的耦合损耗;二是容易造成光谱偏移。 1.2.3.2.介质薄膜干涉滤波器 介质薄膜干涉滤波器【弛”l是使用最广泛的一种滤波器,主要应用在400GHz到 200GHz频率间隔的低通道波分复用系统中。这种技术十分成熟,可以提供良好的温 度稳定性和通道隔离度和很宽的带宽。主要工作原理是在玻璃衬底上蒸镀多层电介质 薄膜,多层膜的作用使光产生干涉选频,镀膜的层数越多选择性越好,一般都要镀 200层以上。镀膜后的玻璃经过切割,研磨,再与光纤准直器封装在‘起。这种技术 的不足之处在于要实现频率问隔100GHz以下非常困难,限制了通道数只能在16以 下。另外薄膜滤波器一经制备好后其中心波长和通道数就已经固定了, ‘般不具备可 调功能。 1.2.4.F.P腔滤波器 1.2.4.1.传统的F.P干涉仪 早在19世纪术,F—P腔就被用于光谱分析pq。F.P干涉滤波器是由平行放置的两 块平面板组成。为了提高端面反射率,在两平面板上镀有多层介质膜或金属膜。若两 个平行平面的问隔固定不变(通常采用石英或殷钢做间隔),该仪器称为F—P标准具; 若两个平行平面之间的间隔可以改变,则该仪器称为F—P干涉仪。同迈克耳孙 因此F,P腔在光谱精细结构分析、激光谐振腔、光学滤波器等方丽得到了广泛的运用。 图1.2为传统的F—P于涉仪结构图例。 Loss),即峰值透 F—P腔一般有四个主要的光学参数:1.插入损耗(IL:Insertion 射率;2.自由谱域(FSR:FreeSpectralRange),即透射峰之间的波长(或频率)间 WidthatHalfMaxim), 隔,一般来说腔长越火则自由谱域越短;3.半波宽(FWHM:Full 比值,精细因子表示了波形的“精细”程度。各个参数对F—P腔的光学性能的影响和 相互之间的关系将在第二章详述。 F—P腔滤波器是主要类型的带通滤波器。早期的F-P型干涉滤波器结构如图1.2 6 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学住论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 所剥34]。这种滤波器可用加膜方法制备于玻璃平面上,上下为反射膜(金属膜或介质 膜),中间为介质膜(间隔层)。在正入射下如果腔长的光学厚度为入射光半波长的整 数倍时,这个波长下的光可以低损耗地透射过去,而不满足这个条件的波长则被反射, 从而实现滤波的功能。 图1.2传统的F—P干涉仪结构图 介质 部分 问隔 反射膜 图1.3早期的F.P型干涉滤波器 1.2.4.2.传统的压电驱动F-P腔可调滤波器 F-P型滤波器透射(或反射)的峰值波长主要同间隔层的光学厚度相关,因此改 变间隔层的物理厚度、折射率和光的入射角都可以改变透射(或反射)的峰值波长, 从而实现可调滤波。其中以改变腔长最为直观,最初的可调滤波器采用压电驱动的办 法(图1.4)【3”,先是将整块玻璃抛光并镀上高反膜后,再用压电陶瓷粘合起来,这 种方法依靠压电陶瓷来调节腔长和两镜面的平行度,器件尺寸较大,而且腔长一般都 在毫米量级以上。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学住论文 第一章绪论 0 bomm 图1,4早期的压电驱动可调滤波器 目前市场上主要的F—P腔可调滤波器是利用光纤端面作为反射镜面,采用压电驱 动的办法来改变两个光纤端面的间距,从而实现可调滤波的功能【3“40l。 第一种类型的结构如图1.5(a)所示。一段长约为几个厘米的光纤两个端面抛光, 蒸镀上高反射薄膜,光纤外部用套管和环氧胶沾在可以轴向伸缩的压电结构上,这段 光纤的两个端面构成了F—P腔体的高反射镜面,光纤的K度即为腔长。若外部电压加 在压电部件上,压电部件在伸长的同时也拉动中间的光纤伸长,从而改变腔长实现可 调滤波功能。因为这种结构的腔体为光纤波导,所以在保持较大的腔长的同时大大减 短的腔长(小于lcrn)制作相当困难,从而限制了它在大自由谱域滤波器巾的应用。 第二种类型(图I.5(b))是将高反射膜燕镀在两段光纤相对的抛光端面上作为 F—P腔的镜面。两端光纤依然被套管、环氧胶和压电部件组合成一个整体。这种类型 的优点是两个高反射的光纤端而可以靠得很近,从而适合在对自由谱域要求较大的场 半波宽为0.55nm,精细因子约为200。这个结构的不足之处也恰恰在于光纤端面的距 离不能大于10岬,否则会由于光束的发散导致腔内的衍射损耗非常严重。 第三种类型(图1.5(C))将一小段光纤先放进了套管中问,其中。端的表面蒸 镀上高反射薄膜,另。端面蒸镀上减反射薄膜。另外两段光纤分别与中间光纤的两端 对准,其中与中问光纤蒸镀高反射薄膜的一端相对的光纤端面蒸镀减反射薄膜,与中 间光纤蒸镀减反射薄膜的一端相对的光纤端面则蒸镀高反射薄膜。用这种结构中间光 纤的长度可以比第一种类型短,比第二种类型长,因而得到的自由谱域在前两种类型 小可以为lmm),因而在使用方面不是很灵活,另外多个光纤端面之间的对准也增加 了装配的难度。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学住论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 (a) (b) $0ln07solid :jrcon∞$teeve (C) 图1.5三种光纤型F—P腔可调滤波器结构示意图 这三种类型基本上涵盖了光纤型F—P腔滤波器的主要结构形式。这种滤波器经过 20多年的发展,现在已经日趋成熟,成为目前市场上的F—P腔可调滤波器的主要形 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 第一章绪论 式。由于是压电驱动,其调谐速度为毫秒级,若在两光纤的缝隙中填入液晶(LC: LiquidCrystal),由于液晶的折射率在通电后能迅速改变,则可以将调谐时间缩短到 波长分辨率为0.05--lOnm,精细因子可达几百乃至上千14“。 这种类型的可调滤波器性能可靠,重复性好,缺点是需精细调节光纤径向偏差及 两光纤端面的平行度,制作成本高,器件体积偏大,大量采用装配工艺,难于与IC 工艺兼容,不利于和其它光电器件集成,不利于批量化生产。 1.3.利用F.P腔结构的MEMS器件 F—P腔以其简单的结构特别适合于用MOEMS技术手段加以微小化,其中无源器 件(如滤波器、传感器)以硅材料为主,有源器件(如激光器)以三、五族材料特别 器方面的发展,其中可调光滤波器的调节方式又可分为调节腔长、调节入射角和调节 折射率三大类。 1.3.1.腔长可调滤波器 调节腔长、腔体折射率和入射光角度即可以实现对滤波的可调控制,其中凋节腔 长最为直观,在MOEMS技术当中也最为常用。依据光线传播方向同衬底的关系, 町以把F—P腔滤波器分为“横向”和“纵向”两大类。“横向”滤波器中的光线传播 方向同衬底甲行,而“纵向”滤波器的光线传播方向则同衬底垂直。而依据使用的工 艺不同又可以分为体工艺和表面工艺两大类。因此我们分别介绍应用体工艺的“横 向”、“纵向”滤波器以及应用表面工艺的“横向”、“纵向”滤波器。 1.3.1.1.体工艺“横向”滤波器 横向滤波器的最大优点是光线传播方向同衬底平行,这给同其它光器件之间的集 成带来了很大的方便。由于“横向”滤波器的镜面垂直于衬底,用通常的镀膜工艺很 难把高反射薄膜(金属膜或介质膜)蒸镀到镜面上,所以在体工艺的“横向”滤波器 中一般采用分布式Bragg反射镜(DBR:DistributedBragg 反射镜。即制作高低折射率间隔的四分之一波长夹层,其中又以硅一空气H9分之一波 长夹层最为常见。 Sik On SungYun[42峙艮道了在SOl(Silicon L。的大小可以调节,这个F·P 射率层为体硅,低折射率层为空气,由于静电的作IEj 腔体用来可调滤波。在这个F—P腔体之后还有一个相距为La的平行硅层,其中La的 大小也可以由静电调节,这个结构用来衰减光的强度。DBR和平行硅层都由深反应 ReactiveIon 离子刻蚀(DRIE:Deep Etching)工艺一次刻蚀完成,两端的进出光纤 插槽也一道完成,这给后道的光纤对准操作带来了很大的便利。经测试这个器件可以 在1525~1625nm波长范围内调节特定波长的透射光功率,衰减幅度可达12dB。 10 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论丈 基于MEMS技术的Fabry—Pcrot腔可调光学穗波器研究 (a)鬈然黜器鬻麓鬈缸 ∞3露盏篙盥?础“撇却胁 图1.6带有DBR的特定波长光衰减器 1.3…12表面工艺“横向”滤波器 Micro—OpticM 准插槽均采用表面工艺制作。这种方法的优势在于利用v形槽进行光线的输入与输 出,便于对准和同微光学平台上的其它光学器件级联从而形成一体化的系统。 虽然“横向”F—P腔滤波器便于一体化的集成,但足由于对反射率较高的镜面不 易设计以及列工艺的限制比较多等因素,基于这种形式的滤波器总体而言数量铰少。 图1.7采用表面工艺的“横向”F.P干涉仪 1.3.1.3.体工艺“纵向”滤波器 同“横向”滤波器相比,光线传播方向垂直于衬底的“纵向”滤波器则有更广阔 的设计空问,国内外所报道的资料电比较多。我们也分为体工艺和表面工艺两类,选 择其中有代表性的器件加以阐述。 JamesD 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 11 第一章绪论 艺在单块(111)晶向的硅片上制备悬臂梁结构的F—P腔可调滤波器的方法,其单元 长好氧化硅的(111)硅衬底上刻蚀出几个微米深度的KOH腐蚀的窗口和悬臂梁的掩 模,再用KOH各向异性湿法腐蚀工艺将暴露出的硅衬底侧壁腐蚀掉,释放由氧化硅 构成的悬臂梁结构。再分别采用电镀和蒸发的方法在腐蚀出的(111)底面和氧化硅 悬臂粱的表面生成金属商反射镜面,构成一个F—P腔体,同时两个镜面上的金属还作 为电极,在电极上施加一定的电压即可调节悬臂粱和底部的间距(即F—P腔的腔长)。 精细因子约为2.4,进~步结构参数优化可以使精细因子达到30。该器件工艺简单, 若腔长小于1岬时,5v电压即可提供175nm的波长偏移量,显示了良好的同互补金 Metal—Oxide 属氧化物半导体(CMOS:Complementary 势。 (a)Schefrmtic 彻SEM 图1.8单片(111)硅衬底上的F—P腔滤波器 大多数基于体工艺的“纵向”滤波器还是采用两块或多块硅片分别制备高反射镜 面,然后再相互键合构成F.P腔。 腐蚀的方法制作出可动质量块结构和周围的薄硅层,另一块硅片用腐蚀和金属蒸发的 工艺制作出几个微米的凹坑和驱动、探测电极,两块硅片在两面分别蒸镀上高反射膜 和减反射膜后,将两块硅片有高反射膜的一面相互键合起来,形成F.P腔体,其中腔 长即为下面硅片上腐蚀的凹坑的深度。下面的驱动电极和卜面的悬浮硅质量块之间加 上电压,即可使质量块受静电力的作用向下运动,从而改变F—P腔的腔长。 需要指出的是该器件在底部另外采用了多个探测电极,每个探测电极同上面的质 量块之间形成一个探测电容,若电极的面积固定,则探测电容值只同腔长的大小相关。 因而感知不同位置的探测电容值的大小,即可知道质量块相对于底电极的倾斜状况, 从而对两个镜面的平行度进行动态的调节,使整个器件保持较好的动态光学性能。这 个动态调节的原理具有重要的实际意义,以后的很多基于MEMS技术的F—P器件均 采用了这个设计思路来保证两镜面的平行度。 经测试透射谱线,显示了在光通信领域WDM系统中应用的潜力。 中圆科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 基于MEMS技术的F曲ry—Perot腔可调光学滤波器研究 ;Docef drIpF秸ecfro加,ef棒Or删¨0如 图1.9体硅工艺平坦薄膜结构的滤波器 图1.10体硅工艺褶皱薄膜结构的滤波器 同时这个器件也存在明屁的不足,由于上镜面硅片的薄膜是由平坦的硅膜构成 又于1991年没计了改进结构,其结构示意图如图1.10所示。其特点是利用在下镜面 上扩散浓硼形成白停止腐蚀层,当中间质量块结构释放时周围的薄膜由于张力的影响 产生褶皱,这个结构有效地增加了动态驱动线性范围,同时该结构采用了电极的间距 小于两镜面问距的设计,也有效地减小了驱动电压。最初的器件驱动电压120V时波 长的移动量约为40nm,在改进的器件中达到同样的波长移动量其驱动电压只要70V, 同时线性度也有了明显改善。 上面的滤波器件在动态调节改变腔长时,是靠电容反馈来保持两个高反射镜面的 平行度,特别是图1.10中的器件驱动电极和检测电极是同一个,这种“有源”调节 的设计思路对电路处理提出了较高的要求。 德国研究者Kurth等人4 7J设计了专门结构以求“无源”保持两镜面平行度。图 3层和第4层之间形成F-P腔结构和下面的驱动电极,第2层和第3层构成一个平行 度控制弹簧结构,第l层和第2层之间形成上面的驱动电极。各层硅片之间用专门的 照片。其中第2层和第3层键合在一起,由于每层中间的质量快结构是以4个硅梁连 接于锚点,则两层硅片共8个硅梁形成了上下两层的支撑结构,这个结构将保证上镜 面沿镜面的法线方向运动,而在其它方向上的刚性很大,从而可以有效防止镜面倾斜 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论丈 13 第一章绪论 带来的平行度下降问题,故这个复合的结构被称为平行度控制弹簧。 另外该滤波器还采用了上下两个相对的驱动电极设计。即第2、3层接地,第1、 2层分别加载正、负电压,这种设计改变了在静电驱动的F—P腔中只能使腔长变小的 模式,增大了腔长可以调节的范围。 目前这个器件还没有进行最后的测试,但所采用的设计思想无疑是值得借鉴的。 本论文工作中关于阻挡块结构的设计与制作正是在“无源”控制F—P腔两镜面平行度 方面作了有益的探索和尝试。 MovablemfⅣ0r Upperelectrode Layerl Layer2 Layer3 Layer4 and Fixedreflector 0rivingsensingAntireflectJon electrodes layer sectiohal oftheFPI 辑》(,oss drawing 2and3 (b)SEMoflayers picture (c)parallels盥qngsuspension 图1.11平行度弹簧结构的滤波器 以上介绍的键合型体硅F—P腔滤波器都是以较厚的衬底硅表面作为反射镜面,这 样可以有效避免高反射镜面由于面上的应力作用发生翘曲进而影响光学性能。但其局 限性就在于可调光波段要受到硅材料本身的限制而只能对红外波段的光(波长大于 1100nm)进行调制,对于I叮见光波段(波长范围为400800nm)就无能为力了。 波器。 图1.11为该滤波器结构斜视图与截面图。其制备过程是分别在两块硅片上采用 EnhancedChemical 等离子增强型化学气相淀积(PECVD:Plasma VaporDeposition) 工艺生成的氮化硅薄膜为支撑,再在上面蒸发银膜为高反射镜面,蒸发铝膜为电极, 从反面将镜面下方的衬底硅湿法腐蚀掉,最后将上下两块硅片单元用粘接剂粘合起 其透射峰较低的主要原因可能是镜面的质量较差和银膜的吸收所致。 14 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 (a) of (a)Fabry-Perot删∽】uterfervmeterfF胁lI).【b,Cross-seetioa №mieromachiatxlF—P filter. optical 图1.11可见光波段的F—P腔滤波器 1.3.1.4.表面工艺“纵向”滤波器 与体工艺人多需要两块或两块以上的衬底不同,表面工艺在同一块衬底上制作出 高反射镜面、F—P腔体和电极,提供了“一体化”的解决方案。由于所用的工艺大部 分可以被成熟的Ic工艺兼容,对衬底的依赖性小等优点使利用表面工艺的方案更加 容易被集成并应用在表面发射激光器和调制器上,因此这一类滤波器目前种类比较 多。依据反射镜的类型又可大致分为“平平”腔多层介质膜反射镜型、“平凹”腔体 型、空气和介质的DBR型等。 图1.12为1996年Tran等人15 0J采用表面工艺制备的可调滤波器示意图。该方案 作为牺牲层,再在其上面蒸镀多层介质高反膜和硎合金作为支撑结构,最后腐蚀 掉两通光孔之问的牺牲层释放结构。该方案的关键的工艺在于聚酰亚胺的旋涂要保证 厚度的一致性很好。Tran等人采用多模光纤对光学性能进行了测试,其插入损耗约为 -SdB,半波宽约为5rim,加电压在60V以内时波长可调谐范围可达60rim。 这种可调滤波器两个高反射镜面均为平面,采用多层介质来增加反射率,利用牺 研制的MEMS减反射开关基本结构也与之类似,特别值得指出的是该器件经过了较 The Home)系统对相关器件的指标要求。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 第一章绪论 Sammary饵协e雠群静懈mn珀嚣辩妣e档,(田l呻铽$目哺糊酏椭a峙a OnOdl$s埘d。t t,dease of丑培d确唑拄f确删卵midee蜒Iing姐d∞也。啪 device. 嘶efuai排ed 图1.12采用表面工艺的滤波器 间的空气腔体形成的F.P腔体。 在通常的设计中各层LaP的厚度是相同的,这在加电的过程中有可能导致微镜变 这两层不同厚度的InP上。加电后两层InP受静电力相互吸引,由于厚度不同,静电 力造成的形变主要发生在比较薄的haP层上,则该层的中部要向上略微突起,因而从 底部看E层的高反射镜为凹形,这为一稳定的谐振结构,因而可在动态调节中保持较 好的光学性能。经测试所加电压为2lV时调谐幅度可达65rim,在整个动态调—岢过程 中半波宽为4.3±0.2nm,显示了良好的一致性。 dr‰№mⅢ№呼Ⅲ㈣fittm. (a)s“Ⅲk日m1日.EignⅢ№h眇P∞fn№ (b1)sEM 图1.13haP衬底上的DBR滤波器 CarlosER.Mateus等人【58]采用静电驱动悬臂梁的办法制备出了应用在垂直腔表 Lasers)上的F—P腔滤波器, 面发射激光器(VCSEL:Vertical—CavitySurface—Emitting 如图1.14所示。该结构的特点是采取“翘翘板”式的结构,驱动电极和光学腔体分 别在扭转梁的两端,扭转梁上和衬底上的高反射微镜均为DBR结构。当驱动电极的 16 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学住论丈 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 一端加电压而使扭转梁向下运动时,另一端的DBR随之向上运动,从而改变了F-P 腔的腔长。该设计值得称道之处在于驱动电极和光学腔分布于扭转梁的两端,当由于 静电驱动发生吸合(PullIn)时,该现象不会出现在光学腔所在的位置,而出现在另 一端的驱动电极处,因而不会在光学腔的位置发生放电现象而导致器件的损坏,这在 MEMS有源器件中是非常重要的。 view the view armdirectionof the髓her (a)Topand(b)sidealong MEMstructure。Thesacrificialla、erunderthe torsional in{a)is gr蟛region thedark removed、vhereasthatunder remains。 selectively region (c)SEM ofafabricateddeviee+ photograph 图1.14悬臂梁扭转结构的DBR滤波器 上面谈到“平凹”的结构具有良好的稳定性,基于这个目的有不少研究者尝试制 备“平凹”结构的谐振腔滤波器p““,其中M.Aziz等人【59】的成果具有代表性。Aziz 等人分别在InP和玻璃衬底l制备高反射介质薄膜和电极,再从InP衬底的反面腐蚀 至介质薄膜,其结构被释放后由于存在应力介质薄膜会中间翘曲形成球弧的形状,将 InP衬底和玻璃衬底粘合起来中间用聚合物绝缘,则形成球弧状的高反射薄膜和玻璃 上的高反射薄膜就形成“平凹”形状的谐振腔体。上下加电后可导致上下高反射薄膜 间距的变化,从而改变腔长,器件的示意图如图1.15所示。经测试透射峰的插入损 系统中应用的巨大潜力。该结构的器件突破了单一腔长的概念,大大减低了对镜面平 行度的要求,但同时要求比较精细地控制球弧的曲率半径,即精确地控制薄膜的应力, 这对工艺条件的控制提出了较高的要求。 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 17 第一章绪论 图1.15平凹腔结构的滤波器 1.3.2.角度可调滤波器 图1.16为一个通过改变入射角的角调谐F—P腔滤波器示意图陌31,角调谐的滤波 器一般作为窄带滤波器使用,也呵以作为WDM通道的光学噪声滤波器使用。 翔b料删[talon FP(:Fiber p罅all耐colllmator.0髓Optical即ec曲埘a豫l弘瓯 图1.16角调谐的F—P腔滤波器示意图 由于静电驱动是一个非线性的过程,因此用MEMS技术制备具有精确角度调节 向”的滤波器,垂直于衬底的镜面由底部的微静电马达驱动进行“横向”地旋转,从 而改变光线入射的角度。该滤波器采取标准的表面制作,镜面材料为多晶硅并且单面 蒸金。该器件的插入损耗约为7dB,精细因子约为4.1,可以旋转角度达70。,在 1310nm刚近的波长调谐宽度为45nm。当用在多晶硅微镜双面蒸镀多层高反射介质薄 膜代替单面蒸金后,精细因子可达11,但同时插入损耗变为一17dB。其损耗较大的原 因是多晶硅表面质量不是很好,导致上面的金属或介质膜的面型、粗糙度都不是很理 想,散射损耗严重。 18 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 图1.17表面工艺角度可调的滤波器 _飞溺r I¨ SOtⅥ壤f打 view view (面Plane f棚Cr。s和s睡畦。黼i 图1.18基于硅的热光效应的滤波器 1.3.3.折射率可调滤波器 折射率可调滤波器‘般要用到材料的电光效应或热光效应。利用电光效应的典型 材料显然是液晶,前面介绍压电驱动光纤型的F-P腔滤波器时就曾谈到若在两光纤端 面的间隙中加入液晶,由于通光后折射率可迅速改变,则可以大大缩短调谐时间。 Sung—Sik 示。该器件在SOI硅片上刻蚀出垂直于衬底的两个DBR式高反射镜、中问的标准具 中间的标准具即可构成一个F—P腔体。中削的标准具可以通过电极来加热并同两边的 DBR热隔绝,由于体硅的折射率随温度上升而随之增加,则当用加电的方法给中间 的硅标准具加热时,即可改变F—P腔体内材料的折射率从而对谐振波长加以调制。经 时,谐振波长偏移量约为9rim,波长调制的敏感度约为0.9nm/K。 该器件也可以看成是一个平面的“横向”滤波器,由于光纤插槽和F—P腔体是一 次刻蚀完成的,这给光纤对准带来了很大的便利并且易于同其它光电器件集成。需要 中国科学院上海微系统与信.包技术研究所博士学位论文 19 第一幸绪论 晓明的是,在刻蚀完DBR和中间的标准具后还采用了氧化抛光的工艺来提高刻蚀体 硅侧壁的质量,减小粗糙度。在本论文的工作中也采用了相似的抛光工艺来提高腐蚀 底面的质量,并取得了良好的效果。 1.3.4.F.P腔结构的传感器 1.3.4.1.压力传感器 力传感器为研究对象开始发展起来。1959年世界上首个商用化的硅压阻压力传感器 个世纪的发展,压阻式压力传感器现在已经非常成熟了。但以F—P腔光学信号为检测 手段的压力传感器在高灵敏度和抗电磁干扰等方面仍具有独特的优势02,68—7IJ,另外 由于器件微小,在一些需要测量表面压力分布的场合得到重要应用[7”。 Kiml4 图1.19为Youngmin2’…1等人利用硅表丽工艺和体工艺结合研制出的F-P腔 结构的压力传感器。Kim利用氮化硅和氧化硅的夹层充当F—P腔的高反射镜面,镜面 的横向尺寸为100×1009m,腔体原来由多晶硅填充,待上镜而的氮化硅和氧化硅层 长好之后多晶硅层被去掉,形成约600nm厚的F—P空腔,并同外部的气体环境连通。 的多模光纤在下端用于接收光信号。当上部和下部的气体环境存在压力差时,下面的 镜面就会由于压力而产生翘曲,透过检测多模光纤中的光信号就能感知压力的大小。 用这种方法制成的压力传感器量程约为20Pa,解析度在2%,甚至可以达到1%以下 【68,691. 图1.19 F—P腔压力传感器 中圆科学院上海微系统与信息技幂研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry-Perot腔可调光学滤波器研究 1.3.4.2.加速度计 微机械加速度计也是MEMS技术产业化的成功范例p”。微机械加速度计一般为 压阻式或电容式,其原理是将加速度的量先转化为电阻值的变化或电容值的变化,再 用电学检测的办法加以感知。而F—P腔式的加速度计是将加速度转化为光学信号的相 位变化,再用光电检测的办法检测出相位,最终也转化为电学信号的检测。F.P式的 加速度计在需要抗电磁干扰、高灵敏度、和单信道多个信号输出的场合有着特殊的运 用。 其制备方法是首先在(100)硅片衬底上腐蚀出一个双粱双端固支的质量块结构,该 质量块振动结构在X和z方向刚性很大,易于感知Y方向的加速度而产生位移形变。 下体硅表面和光纤端面的反射率分别为30%和4%,因此这两个端面构成的F—P腔体 的精细凶子是不高的。光电二极管发出1.285Itm的红外光由光纤端面射至体硅侧壁, 再反射至光纤内。当Y方向存在加速度时,体硅和光纤端面的问距发生变化,从而 导致反射光相位的变化。利用光源、起偏器、MZ干涉仪以及反馈电路构成的检测系 统可以通过检测相位将端面间距的变化线性转化为电路反馈电压的变化,从而达到检 测加速度的目的。 用这种方法制成的加速度计灵敏度高达1.8V/g,量程为±109,解析度小于lmg。 另外这种设计还可以很方便地在同一硅衬底上制备出对x和z方向加速度的检测结 构,实现三维全方位检测的功能,如冈1.20(b)所示。 (a)单轴加速度芯片结构 (b)三轴加速度计芯片 图1.20F—P腔加速度计芯片结构示意图 1.3.4.3.光纤应变传感器 Frederick iii[751报道了分别利用表面工艺和体工艺制作三轴光纤应变 Rosenberger 传感器信号读出(Readout)系统的方案。这两种方案均制作出平行于光纤端面的微 中国科学院上海微系统与信息技术研究所博士学位论丈 2I 第一章绪论 镜部件以构成一个F—P腔体,谐振马达机构驱动微镜部件在垂直于光纤端面的方向移 动以改变F-P腔的腔长,由此检测出带有应变信息的光学信号的相位变化,从而读出 应变量。 一种方案采用表面工艺制作出微镜部件、驱动机构和光纤插槽,四个与微镜运动 方向成45。的微型梳状振子构成驱动部件。驱动电源为带有『F弦波动的直流偏置电 压,经测试微镜部件的谐振频率约为20KHz,运动幅度可达200 J_tm,最小移动量可 达0.16lxm,整个驱动过程均可在1秒内完成,满足光学检测的要求。这种方案的示 意图和SEM照片如图1.21所示。 另一种采用SOI硅片上的体硅工艺制作出微镜部件、驱动结构和光纤插槽,这 种方案直接利用体硅的干法刻蚀侧面作为镜面,驱动部件采用单一的梳状振子,其示 意图和SEM照片如图1.22所示。 @Schematic 曲SEM 图1.2l表面工艺制作的光纤应变传感器信号读出系统 @Schematic 嘞s硎 图I.22SOI硅片上体工艺制作的光纤应交传感器信号读出系统 1.3.4.4.气体传感器 在很多生物医药和安全生产等领域,常常需要对某些气体进行含量检测。传统的 气体传感器基于电化学的原理。基于光学原理的气体传感器以其抗电磁干扰能力强、 灵敏度高等特点特别适合于在上述领域应用。F—P腔气体传感器的原理是当F—P腔体 中国科学院上海微系统与信息技末研究所博士学位论文 基于MEMS技术的Fabry—Perot腔可调光学滤波器研究 内存在待检测气体时,透射或反射光谱会发生变化,特别是对应待检测气体原子特长 光谱上的波长变化最为显著,通过检测这种变化即可达到检测气体及其浓度的目的。 Jaeheon 图1.23为其工艺示意图。其特点是在制作出F—P腔体后,在腔体内又涂上了一层聚 的应力,导致了F—P腔体镜面的变形,使透射光强发生显著的变化,因而大大加强了 气体检测的灵敏度。 MEMS气体传感器的优势之一也在于可实现阵列化,便于分布式测量,图1.24 为CarlosCalaza等人研制的气体传感器单元示意图和阵列照片【8”。 图1.23F—P腔气体传感器 ^ t)f#vIHFreleasedFobr” 嗨SttuctureoJlthe阮6吁,沁rotim-:{i已㈣kr∞Permlmf扛r。mm;m㈣H№Celhdafdes。ignSEMmicrograph basvd。H cells。 h&vagonal

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