欧姆接触式RF MEMS开关设计与仿真

利用表面微加工工艺设计了一种双悬臂梁支撑的欧姆接触式MEMS开关,开关的材料为Au。通过对开关驱动电压的理论分析得出,悬臂梁的刚度越低,下拉电压就会越小;又因为刚度与悬臂梁厚度的三次方呈比例,所以,降低刚度最有效的办法就是减少梁的厚度。通过对开关的性能仿真发现:开关的闭合电压为44V;触点的接触力为22.45μN;谐振频率为25.5kHz。开关闭合时,触点接触后并非立即稳定,而是要弹跳数次后才趋于稳定,此现象增加了开关从闭合到稳定的时间。驱动电压为50,60 V时开关的弹跳时间分别为174.94,66.84μs,由此可见,通过适当增加电压可有效降低开关时间和由闭合到稳定的时间。     

悬臂梁接触式RF MEMS开关的关键工艺研究

采用厚度为2μm的Au制作成共平面波导（CPW）、聚酰亚胺作为牺牲层、PECVD法淀积Si3N4薄膜作为悬臂梁,制作成悬臂梁接触式RF MEMS开关。着重对开关的关键工艺-CPV的Au剥离工艺和悬臂梁制作工艺进行研究,讨论了工艺中存在的问题及其解决方法。通过实验获得较佳的工艺参数,并制作出驱动电压为12-20V的悬臂梁接触式RF MEMS开关。     

宽带直接接触式RF MEMS开关

本文提出一种静电驱动直接接触式宽带MEMS开关,包含CPW传输线、双U型金属悬臂梁、触点和锚区,兼顾了开关接触可靠、克服微结构粘连和低驱动电压三大结构可靠性设计因素。本开关为三端口开关,使用低温表面微机械工艺,制作在400μm厚的高阻硅衬底上,芯片尺寸0.8mm×0.9mm。样品在片测试结果表明,在6GHz频点,开关本征损耗0.1dB,隔离度24.8dB,等效开关接触电阻0.6Ω,关态电容6.4fF,开关时间47μs,开关驱动电压为20-60V。     

三相六开关容错逆变器驱动异步电机FCS-MPTC

针对异步电机驱动系统中三相六开关逆变器单管故障问题,提出一种逆变器在故障状态下的三相六开关容错控制策略,较三相四开关容错控制可以提供较多的电压矢量,进而可以有效抑制转矩脉动.结合有限集预测控制思想,提出一种基于三相六开关容错逆变器的异步电机有限控制集模型预测转矩控制策略,同时采用模糊PI转速控制器替代固定参数的PI控制器,进一步提高系统的稳定性、快速性和鲁棒性.仿真结果表明, 采用此方案进行控制的异步电机驱动系统能够持续稳定运行,具有良好的动态性能,进一步验证了所提出方法的有效性.     

RF MEMS悬臂梁开关的设计与仿真

利用有限元软件HFSS和ANSYS系统研究了串联MEMS开关的微波性能和力学性能与其结构参数之间的关系,并在此基础上优化出悬臂梁开关的几何结构参数,设计了RF MEMS开关,实验表明：在外施电压为10V左右时,悬臂梁的挠度可达3μm左右,5GHz时,回波损耗小于0．2dB,隔离度大于35dB。     

基于移相控制的并联谐振型非接触供电系统设计

传统非接触供电系统谐振补偿不够充分,导致两端传输电压相位不同、供电传输效率较差.为此,设计了基于移相控制的并联谐振型非接触供电系统.在硬件设计中优化供电装置,重新定义耦合线圈和主控电路,使其满足芯片驱动电压要求.在软件设计中计算供电电压谐振补偿参数,确保两端输出电压同相,再获取开关管最优移相角比例,得到供电最小回流功率...     

本期摘要

MEMS扭转光开关压模阻尼研究 摘要基于MEMS技术的光开关是光通信领域实现全光交换的核心器件。针对一种常用的静电扭转驱动光开关,基于流体动力学方程．采用格林函数（Green’s function）分析了压膜阻尼系数的解析求解方法．并以流场分析技术进行了气体压强分布仿真．进而求解压膜阻尼．运用解析计算与数值仿真得到的参数进行系统仿真与实验数据比对．证实了建模的准确性。     

基于分布式射频MEMS移相器电容开关的分析与设计

通过分析MEMS电容开关的工作原理,设计出一种适合分布式射频MEMS移相器电路的新型电容开关.采用Intel lisuiteTM软件优化电容开关的驱动电压、响应时间、释放时间和机械振动模式.结果表明,开关驱动电压为2.5 V、响应时间小于30μs,释放时间大于60 μs和所有振动模式固有频率都大于15 KHz.与普通开关结构比较,该新型电容开关结构具有优越射频机电性能和响应时间,同时也对电容开关的制备工艺进行分析.     

低驱动电压k波段电容耦合式RFMEMS开关的设计

设计了一种低驱动电压的电容耦合式射频微机械(RF MEMS)开关.RF MEMS开关采用共面波导传输线,双电极驱动,悬空金属膜采用弹性折叠梁支撑.使用MEMS CAD软件CoventorWare、微波CAD软件HFSS,分别仿真了开关的力学性能和电磁性能,仿真结果表明:开关的驱动电压为2.5V,满足低驱动电压的设计目标;开关开态的插入损耗约为0.23 dB@20 GHz,关态的隔离度约为18.1 dB@20 GHz.最后给出了这种RF MEMS开关的微制造工艺.     

MEMS薄膜平均应力梯度及等效弹性模量在线提取方法

薄膜沿厚度方向的平均应力梯度及薄膜的弹性模量对器件性能有重要影响.提出了一种利用静电作用下悬臂梁的吸合电压提取薄膜沿厚度方向的平均应力梯度及等效弹性模量的方法,该方法的关键在于实现悬臂梁吸合电压的快速精确计算.考虑了悬臂梁由应力梯度引起的沿宽度方向的弯曲及实现其固定端接近理想固支的方法,提高了吸合电压的计算精度.实际模拟表明该测量方法计算速度快、精度高,能够应用于实际工艺过程中材料参数的在线测量.     

大功率白光LED驱动电路的双环检测方法

基于CSMC0.5μm标准CMOS工艺,设计了一种带有双环检测的大功率LED恒流驱动芯片。仿真结果表明,芯片可在2MHz频率下工作,驱动电流最高可达1.5A,在24V电源电压时,电源效率可达95%。当电源电压在6V跳变±10%,驱动1W350mA的LED时,LED电流精度达0.02%。对比单环检测模式,该电路的LED驱动电流响应时间缩短了近2/3。此模式在保持高精度恒流和高效率的同时,有效地缩短了LED驱动电流的响应时间。     

弹光调制压电晶体驱动控制器的设计

针对弹光调制器需要高压、小电流双向正弦电源的工作特点,设计了一种压电晶体驱动控制器,主要由功率放大电路、充放电回路、LC谐振电路等部分组成。它能提供正负输出,并能对压电晶体进行快速充放电。输出正弦电压频率为50.018 kHz,峰-峰值电压可达1 500 V,ZnSe晶体的最大振动位移可以达到4.5μm。实验结果表明,该驱动控制器可满足压电晶体的驱动要求。     

多量子阱空间光调制器的驱动电路研制

研制了一种通用可编程的多量子阱空间光调制器驱动电路。该电路利用软件预处理单元产生非线性光电转换控制信号,采用先粗扫再细扫的二次扫描方式,在保证扫描速度及分辨率的同时,有效降低像素单元电路的面积。通过调整驱动电路开关网络结构,减小了开关噪声,提高了输出精度。采用0.35 ?滋m CMOS模拟工艺,完成了64×64阵列的多量子阱空间光调制器驱动电路的版图设计及流片。测试结果显示,芯片可以很好地工作,驱动电压摆幅为0~VDD,驱动电压分辨率可调,最高至256级,单个像素版图面积仅为65 ?滋m×65 ?滋m,可以与多量子阱空间光调制器倒装在一起,满足多量子阱空间光调制器对驱动电路的要求。     

基于绝缘液体充填封装RFMEMS开关特性分析

提出并设计一种采用绝缘液体充填封装的RF MEMS开关,分析其工作原理,并以高压油、蓖麻油、甘油为绝缘液体充填封装,仿真分析绝缘液体对RF MEMS开关的驱动电压、冲击速度、响应时间、开关电容等方面的影响。结果表明:绝缘液体充填封装有效地将驱动电压降为原来的1/εr,降低上极板对下极板的冲击速度。对3种液态封装材料性能分析,蓖麻油效果最好:阈值电压下降了一半,约为10 V;当驱动电压为20 V时,响应时间为40.6μs,优于高压油(91.3μs)、甘油(89.9μs),冲击速度约为1.26 m/s。     

Driving characteristics of the electrowetting-on-dielectric device using atomic-layer-deposited aluminum oxide as the dielectric

Electrowetting on dielectric (EWOD) is useful in manipulating droplets for digital (droplet-based) microfluidics, but its high driving voltage over several tens of volts has been a barrier to overcome. This article presents the characteristics of EWOD device with aluminum oxide (Al₂O₃, ε _r  ≈ 10) deposited by atomic layer deposition (ALD), for the first time as the high-k dielectric for lowering the EWOD driving voltage substantially. The EWOD device of the single-plate configuration was fabricated by several steps for the control electrode array of 1 mm × 1 mm squares with 50 μm space, the dielectric layer of 1,270 Å thick ALD Al₂O₃, the reference electrode of 20 μm wide line electrode, and the hydrophobic surface treatment by Teflon-AF coating, respectively. We observed the movement of a 2 μl water droplet in an air environment, applying a voltage between one of the control electrodes and the reference electrode in contact with the droplet. The droplet velocity exponentially depending on the applied voltage below 15 V was obtained. The measured threshold voltage to move the droplet was as low as 3 V which is the lowest voltage reported so far in the EWOD researches. This result opens a possibility of manipulating droplets, without any surfactant or oil treatment, at only a few volts by EWOD using ALD Al₂O₃ as the dielectric.     

用于硅基氮化镓可调微镜的静电梳齿型微驱动器设计

提出并设计了一种用于硅基氮化镓(GaN)可调微镜的静电梳齿型微驱动器.利用有限元软件建立了该器件的几何结构模型,对器件的结构进行了仿真优化.此外,采用微机电系统(MEMS)加工工艺,制作出了用于硅基氮化镓可调微镜的梳齿型微驱动器,并对其驱动特性进行测试.测试结果表明:所制作的微驱动器的位移随着电压的变化呈二次方关系,与仿真结果基本一致.当加载驱动电压为200 V时,微驱动器的驱动位移可达到1.08 μm.     

A MEMS conical spring actuator array

A new MEMS conical spring actuator array is proposed. Previously, we have developed conical spring microactuators having a long stroke (180 /spl mu/m) in the out-of-plane direction. However, the maximum output force and the packing density were not satisfactory. In the present paper, mechanical and electrical models of a conical spring are described for the calculation of the maximum output force and the driving voltage. Geometrical parameters were optimized using these models and a new geometry for the actuator was derived. The new geometry incorporates a wider and thicker spring that increased the maximum output force from 0.087 mN up to 0.83 mN. The packing density was increased up to 1 actuator/mm/sup 2/ using an additional interconnect layer. In addition, the driving voltage was decreased using a thinner insulating layer. The use of an ac drive prevented the sticking of the actuator during operation. A detailed investigation of the ac drive was also performed.     

一种基于粘滑运动原理的微小型机器人建模与实验

为实现微小型机器人的精密运动定位,提出一种基于粘滑运动原理的足式微小型机器人.机器人足由双压电膜驱动,本身为空间不等截面的弹性梁结构.首先建立了柔性足的有限自由度模型和机器人系统的动力学模型.然后根据粘滑驱动中的粘滞和滑移过程的不同特点,分别对粘滞过程的静力学与滑移过程的瞬态动力学进行了分析,得到了机器人运动位移、分辨力与驱动电压之间的关系,并分析了粘滞-滑移过程中摩擦力的变化以及足尖的状态切换过程.分析结果表明,在粘滞阶段,基体的静态位移与驱动电压近似呈线性关系,且随驱动电压的增高而增大;在滑移阶段,由于柔性足的振动及振动与摩擦力的耦合关系,足端的滑移距离及基体位移与驱动电压之间存在非线性关系.建立了机器人样机,对机器人的运动分辨力和位移响应进行了测试,实验数据显示,基于粘滑运动原理,机器人可以实现0.88μm的高运动分辨力.     

A rotary comb-actuated microgripper with a large displacement range

This paper reports a novel design for electrostatic microgrippers. The new structure utilizes rotary comb actuators to solve the pull-in problem of microgrippers during large displacement manipulation and therefore avoids the widely used conversion systems which necessitate a high driving voltage. The gripper is fabricated using a SOI process with a 60 μm structural layer. Test results show the gripper obtained a displacement of 94 μm with an applied voltage of 100 V. An animal hair is gripped to demonstrate the applicability of the gripper for micro object manipulations.     

Fringing capacitance and tolerance of DRIE effect on the performance of bulk silicon comb-drive actuator

A bulk silicon comb-drive actuator with low driving voltage and large displacement is presented in this paper. The bulk silicon comb-drive actuator is fabricated by a simple bulk micromachining process based on the low temperature Au–Au bonding technology. A cascade folded beam is designed to improve the displacement of comb-drive actuator at low driving voltages. The instability of the whole system decreases by utilizing unequal wide comb fingers design. The fringing capacitance and the fabrication tolerances together with their effects on the performances of the comb-drive actuators are also discussed. The measurement results show that the capacitance change rate and the displacement change rate of the comb-drive actuator are 1.5 fF/V² and 0.125 μm/V², respectively. The displacement of the actuator can reach 28.5 μm at 15 V driving voltages. The experimental results of the comb-drive actuator are in good agreement with the modified theoretical predictions.