微機電製程技術於光通訊元件之應用研究

====章節目錄====

第一章　緒論…1-1

　　第一節　研究緣起及目的…1-1

　　　　一、緣起…1-1

　　　　二、目的…1-2

　　第二節　研究範圍…1-4

　　　　一、方法…1-4

　　　　二、架構…1-4

第二章　MEMS技術及其在光通訊上的發展與市場…2-1

　　第一節　光通訊發展概況…2-1

　　　　一、光通訊網路系統…2-1

　　　　二、光通訊發展方向…2-3

　　　　三、光通訊網路技術…2-4

　　　　四、光通訊網路元件…2-8

　　第二節　MEMS光通訊元件市場…2-11

　　　　一、MEMS光通訊元件市場…2-11

　　　　二、MEMS光通訊元件整體市場…2-12

　　　　三、主要元件－Optical Switch…2-13

　　　　四、其他元件－可調變器…2-17

　　第三節　MEMS微加工製程技術…2-21

　　　　一、MEMS矽基微加工技術…2-21

　　　　二、MEMS-LIGA微加工技術…2-25

　　第四節　我國MEMS光通訊產學研現況…2-27

　　　　一、國科會北中南三個微機電中心…2-27

　　　　二、工研院電子所微系統技術中心…2-30

　　　　三、工研院光電所…2-32

　　　　四、工研院機械所…2-33

　　　　五、亞太優勢微系統公司…2-33

　　　　六、華新麗華微機電事業…2-34

第三章 MEMS矽基微加工在光通訊的主要元件－Optical Switch…3-1

　　第一節　Optical Switch結構…3-1

　　第二節　功能及應用…3-3

　　　　一、加強網路功能…3-3

　　　　二、應用範圍…3-11

　　第三節　設計和製程…3-13

　　第四節　元件優點…3-17

　　第五節　技術挑戰…3-21

　　　　一、如何擴充埠數…3-21

　　　　二、尚待突破的技術…3-26

　　　　三、競爭之技術…3-29

　　第六節　廠商現況與發展機會…3-32

　　　　一、廠商現況…3-32

　　　　二、發展機會…3-34

第四章 MEMS矽基微加工在光通訊的新興應用 －調變元件…4-1

　　第一節　MEMS可調元件的需求…4-1

　　第二節　MEMS調變元件的製作…4-3

　　第三節　MEMS調變元件的應用…4-6

　　　　一、可調雷射…4-6

　　　　二、可調光濾波器…4-8

　　　　三、可調光衰減器…4-10

　　　　四、光調變器…4-12

　　　　五、增益等量器…4-12

　　第四節　廠商現況與發展機會…4-14

　　　　一、廠商現況…4-14

　　　　二、發展機會…4-16

第五章 MEMS-LIGA微加工在光通訊的應用 －高分子平面波導…5-1

　　第一節　技術需求…5-1

　　第二節　元件應用…5-3

　　　　一、可溫控調變折射率型…5-3

　　　　二、低成本的高分子光波導元件…5-9

　　　　三、整合於光電基板…5-11

　　第三節 製程及材料…5-13

　　　　一、波導元件的全程步驟…5-13

　　　　二、相關製程技術回顧…5-15

　　　　三、MEMS的LIGA技術…5-18

　　　　四、相關製程材料回顧…5-27

　　　　五、製程材料的影響…5-30

　　第四節 廠商現況與發展機會…5-33

　　　　一、廠商現況…5-33

　　　　二、發展機會…5-34

第六章 結論與建議…6-1

　　第一節　結論…6-1

　　　　一、MEMS製程在光通訊的應用…6-1

　　　　二、MEMS製程在光通訊的元件…6-2

　　第二節　建議(我國發展的策略)…6-6

　　　　一、整合CMOS與MEMS製程…6-6

　　　　二、MEMS光通訊元件…6-7

====表目錄====

表2-1 MEMS光通訊元件銷售值、銷售量、單價預測(2001~2006年)…2-12

表2-2 MEMS 2D/3D Optical Switch單價 (2001~2006年)…2-14

表2-3 全球MEMS Optical Switch單價(埠數別) (2001~2006年)…2-16

表2-4 MEMS光通訊其他元件單價 (2001~2006年)…2-19

表2-5 中區地區各研究單位微機電的關鍵技術…2-29

表2-6 工研院電子所微系統技術中心核心技術與服務功能…2-31

表2-7 工研院電子所微系統技術中心提供服務的項目…2-32

表3-1 MEMS Optical Switch製造業者與產品…3-33

表4-1 可調雷射技術比較…4-8

表4-2 MEMS光通訊可調變元件業者及其產品…4-15

表5-1 波導元件的全程製作步驟…5-14

表6-1 我國發展MEMS光通訊元件的SWOT分析及建議和策略…6-10

表6-1 我國發展MEMS光通訊元件的SWOT分析及建議和策略(續)…6-11

表A-1 微機電系統的發展歷程…附-3

表A-2 各種微加工技術比較…附-7

表A-3 MEMS 感測器 與MEMS致動器之主要元件…附-11

表A-4 2001~2006年全球MEMS市場發展趨勢…附-12

表A-5 2001~2006年全球感測器市場發展趨勢…附-17

表A-6 2001~2006年全球致動器市場發展趨勢…附-23

表A-7 2001~2006年全球MEMS應用市場值結構分析…附-26

表A-8 2001~2006年全球MEMS應用市場量結構分析…附-27

表A-9 2001~2006年全球汽車用MEMS市場結構分析…附-29

表A-10 2001~2006年全球PC用MEMS市場結構分析…附-30

表A-11 2001~2006年全球工業用MEMS市場結構分析…附-32

表A-12 2001~2006年全球醫療用MEMS市場結構分析…附-33

表A-13 2001~2006年全球消費性電子MEMS市場結構分析…附-34

表A-14 2001~2006年全球通訊用MEMS市場結構分析…附-35

表A-15 1999~2002年上半年全球MEMS VC投資情形…附-37

表A-16 Company表A-16 全球主要MEMS晶圓廠…附-38

表A-17 全球主要MEMS晶圓廠經營模式…附-39

表A-18 全球主要MEMS設備供應商產品…附-41

表A-18 全球主要MEMS設備供應商產品(續)…附-42

表A-19 全球主要MEMS慣性感測器製造商…附-43

表A-20 全球主要MEMS壓力感測器製造商…附-43

表A-21 全球主要MEMS其他感測器製造商…附-44

表A-22 全球主要MEMS fluidics致動器製造商…附-44

表A-23 全球主要MEMS LOC製造商…附-45

表A-24 全球主要Mirror Array製造商…附-46

表A-25 全球主要MEMS 微馬達製造商…附-47

表A-26 全球主要MEMS 微擴音器製造商…附-47

表A-27 全球主要RF MEMS製造商…附-48

表A-28 全球其他MEMS致動器主要製造商…附-48

表A-29 我國主要MEMS製造廠…附-49

表A-30 華新麗華MEMS計畫的發展歷程…附-51

表A-31 亞太優勢系統公司簡介…附-53

====圖目錄====

圖1-1 本文研究架構…1-5

圖2-1 DWDM中OADM與OXC的應用…2-7

圖2-2 光通訊元件的基本分類…2-9

圖2-3 MEMS光通訊元件整體市場的比例(2001~2006年)…2-13

圖2-4 MEMS Optical Switch 2D/3D銷售值成長 (2001~2006年)…2-14

圖2-5 MEMS Optical Switch 2D/3D銷售量成長 (2001~2006年)…2-15

圖2-6 MEMS Optical Switch銷售值成長(埠數別) (2001~2006年)…2-16

圖2-7 MEMS Optical Switch埠數別銷售量成長 (2001~2006年)…2-17

圖2-8 其他MEMS光通訊元件銷售值成長 (2001~2006年)…2-19

圖2-9 MEMS光通訊其他元件銷售量成長 (2001~2006年)…2-20

圖2-10 面型微加工示意圖…2-22

圖2-11 體型微加工示意圖…2-23

圖2-12 單晶矽非等向性蝕刻…2-24

圖2-13 非等向性蝕刻之V型溝槽…2-24

圖2-14 非等向性蝕刻之U型溝槽與金字塔結構…2-24

圖2-15 LIGA製程示意圖…2-26

圖2-16 北區MEMS研究中心技術發展規劃…2-28

圖3-1 2D MEMS-Micromirror Optical Switch示意圖…3-2

圖3-2 3D MEMS-Micromirror Optical Switch示意圖…3-2

圖3-3 光學交連(OXC)網路的橋式運作…3-4

圖3-4 兼具橋式功能的Optical Switch(示意圖)…3-5

圖3-5 兼具橋式功能的Optical Switch (SEM照 片)…3-6

圖3-6 光學信號監測系統：OCCIS 較OTS回復速度快…3-7

圖3-7 具信號監視功能的光學連接…3-8

圖3-8 光偵測器與分光鏡模組的SEM照片…3-8

圖3-9 光偵測器Eye-Diagram…3-8

圖3-10 光學對稱連接架構圖…3-10

圖3-11 Optical Switch對稱連接－節點度為2 (上視照片)…3-10

圖3-12 Optical Switch對稱連接－節點度為3(六邊形)…3-11

圖3-13 MEMS Optical Switch陣列…3-14

圖3-14 微致動自由旋轉開關振鏡…3-15

圖3-15 抓式致動器的操作原理…3-15

圖3-16 抓式致動器鋸齒狀邊緣可以減低靜 摩擦力…3-16

圖3-17 8x8 Optical Switch陣列的SEM照片…3-16

圖3-18 微致動振鏡的切換反應圖…3-17

圖3-19 Optical Switch之PDL與入射光波長的關係…3-19

圖3-20 不同鏡面半徑之損耗與傳播距離關係圖…3-23

圖3-21 不同鏡面半徑之失配角度與額外損耗關係圖…3-25

圖3-22 角度失配效應理論與實驗結果…3-25

圖3-23 3D MEMS Optical Switch…3-28

圖3-24 液晶Optical Switch系統…3-29

圖3-25 全像Optical Switch系統…3-30

圖3-26 熱光式Optical Switch系統…3-31

圖3-27 聲光式Optical Switch系統…3-31

圖4-1 光纖通訊網路與MEMS元件之關聯…4-2

圖4-2 MEMS機械式反反射開關 (MARS) 的製作…4-4

圖4-3 MEMS增益等量器的結構剖面示意圖…4-4

圖4-4 採用MARS的MEMS可調光衰減器…4-5

圖4-5 MEMS可調濾波器…4-5

圖4-6 Tunable OADM…4-9

圖4-7 光開關型與Tunable Filter型OADM比較…4-10

圖4-8 聲光式可調濾波器…4-10

圖4-9 利用光纖間隔或錯位方式製作的光衰減器…4-11

圖4-10 液晶調變光衰減器工作原理…4-12

圖5-1 陣列波導光柵結構示意圖…5-5

圖5-2 NTT的可調波長式陣列波導光柵結構及其特性…5-5

圖5-3 可調式波導光柵元件及其特性…5-6

圖5-4 溫控光開關結構…5-7

圖5-5 高分子溫控光開關…5-7

圖5-6 高分子光開關之特性…5-8

圖5-7 結合MZI後之可調變光衰減器…5-9

圖5-8 IMM利用LIGA技術所製成的1x2分光波導元件…5-10

圖5-9 IMM利用LIGA技術所製成的4x4光耦合器結構與製程…5-10

圖5-10 IMM利用LIGA技術所開發的星型光耦合波導元件…5-11

圖5-11 光學損失量測…5-11

圖5-12 核蕊核背附層間的折射率差值不變，其光傳輸性質可維持穩定…5-12

圖5-13 高分子波導整合於光電基板…5-12

圖5-14 感光性高分子波導製程示意圖…5-15

圖5-15 在波導元件上準確的切出45°的鏡面斜角以精確的插入定位…5-15

圖5-16 利用負型光阻所製做出的Y-branch分光微結構…5-16

圖5-17 Ericsson利用苯甲環丁烯(BCB)高分子材料製作波導…5-16

圖5-18 準分子雷射加工示意圖…5-18

圖5-19 高分子波導微結構製作流程圖…5-19

圖5-20 Cl2氣流量與蝕刻速率關係圖…5-20

圖5-21 高深寬比之微結構鈍化與蝕刻步驟…5-21

圖5-22 微蝕刻幕罩(Micro Mask)…5-22

圖5-23 經ICP蝕刻後所得之光波導元件矽晶母模SEM圖…5-23

圖5-24 原子力顯微鏡(AFM) 量測結果…5-24

圖5-25 光波導元件電鑄翻模模具…5-25

圖5-26 高分子光波導成型技術的製程步驟…5-26

圖5-27 高分子成形結構圖…5-26

圖5-28 高分子光波導微結構剖面圖(紅線標示處為Core Material)…5-27

圖A-1 MEMS製造技術分類…附-4

圖A-2 微機械加工法分類…附-6

圖A-3 接合技術分類…附-7

圖A-4 組裝技術分類圖…附-8

圖A-5 檢測技術分類圖(續)…附-10

圖A-6 2001/2006年全球MEMS市場結構分析…附-13

圖A-7 2001/2006年全球MEMS致動器市場結構分析…附-24

圖A-8 2001~2006年全球MEMS應用市場值結構發展趨勢…附-26

圖A-9 2001~2006年全球MEMS應用市場量結構發展趨勢…附-28