Design of a Silicon Beam Resonator for a Novel Gas Sensor

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器

研究了一种基于硅悬臂梁谐振器的新型气体传感器.该传感器在敏感环境中,可同时获得敏感膜电导率和质量变化,测量被测气体分子的荷质比,具有高灵敏度和高选择性.根据这一原理,针对气体传感器的需求,设计了硅悬臂梁谐振器化学传感器结构,进行了仿真优化,并采用MEMS表面牺牲层工艺制备该器件,激光频率仪测量验证了该微型谐振梁的谐振频率.     

微悬臂梁谐振技术检测溶液粘度的研究

提出了一种测量溶液粘度的微悬臂梁谐振技术。推导了溶液粘度与微悬臂梁的谐振频率的理论关系式，并利用原子力显微镜的微悬臂梁测量了不同质量分数的甘油溶液和蔗糖溶液的粘度。与落球法测量结果的比较表明，利用微悬臂梁谐振频率技术测量液体粘度的误差小于4％。这种方法不仅可以作为液体粘度的一般性测量方法，也可以通过检测溶液粘度变化来监测溶液中的化学反应。     

谐振法确定热激励微梁谐振器厚度及残余应变

精确测量热激励微梁(悬臂梁和桥)谐振器的厚度和残余应变对研究其谐振特性具有重要意义。由于组成谐振器的薄膜厚度远小于占优层厚度，本文首先利用单层梁谐振频率推算得梁的厚度的近似值，从而得到热激励梁的等效杨氏模量和等效密度。在此基础上利用双层梁谐振频率精确推算梁的厚度和残余应变，结果与测量值符合较好。该方法具有非破坏性的优点。     

毛细石英管构成的高灵敏度光纤气压传感器

为实现高精度的气压测量,提出一种利用飞秒激 光微加工技术与光纤熔接技术制作的法布里- 珀罗(FP)干涉仪(FPI)型光纤气压传感器。利用波长800nm的飞秒 激光脉冲在毛细石英管侧壁上加工一微孔, 利用光纤熔接技术把毛细石英管熔接在一段单模光纤(SMF)和一段多模光纤(MMF)之间,制备 出一种光纤气压传 感器。通过改变传感器的FP腔内气压大小,导致FP腔内气体折射率改变,从而引起传感器 的透射 谱线性漂移,通过计算气压变化量与透射谱的谐振峰波长漂移量之间的关系就能够实现传感 器的气 压测量。理论分析了传感器实现气压测量的机理,实验测量了传感器的灵敏度。实验结 果表明, 传感器对周围气压变化的响应较大,透射谱的谐振峰波长随气压线性变化的灵敏度达到4.22nm/Mpa,而传感器对环境温度变化的响应很小,减少了温度对气压 测量的交叉感染。     

MEMS硅梁谐振式传感器的研究

通过对硅梁谐振式传感器工作原理的研究,结合Intellisuite软件对硅微悬臂梁谐振器的振动特性进行了分析,设计了具有悬臂梁结构的电热激励/压阻拾振的谐振式传感器,这种传感器具有体积小、功耗低、灵敏度高、准数字信号输出、成本低、与集成电路工艺兼容等优点。对研究制作过程中的关键工艺——各向异性腐蚀技术,尤其是对低温下的腐蚀工艺进行了实验研究,采用高低温相结合的湿法腐蚀工艺制作了微悬臂梁结构,通过实验分析了利用新型有机薄膜对各向异性腐蚀过程中的MEMS器件金属电极的保护效果,为实际生产和设计提供了参考依据。     

压电微悬臂梁微弱压电信号检测

压电微悬臂梁是一种利用压电元件的逆压电效应驱动微悬臂梁使其振动，并利用压电元件的压电效应来检测梁的变形量的集成微驱动器和微传感器。文中讨论了压电微悬臂梁中的压电元件的两种等效电路模型，并且提出了检测微压电信号的检测系统以及两种前放电路。在检测微悬臂梁频率响应特性的实验中得到了较好的结果。     

硅微板条谐振式传感器谐振频率分析及计算

对硅微机械谐振式传感器的谐振频率计算提出了新的物理模型—两端固支薄板条模型，该模型不同于常说的硅桥（梁）或硅弦模型。计算结果表明该模型更符合实际，优于有关文献结果。     

硅微板条谐振式传感器谐振频率率分析及计算

对硅微机械谐振式传感器的谐振频率计算提出了新的物理模型－两端固支薄板条模型，该模型不同于常说的硅桥（梁）或硅弦模型。计算结果表明该模型更符合实际，优于有关文献结果。     

谐振式力传感器敏感结构的研究

利用材料力学及弹性力学法，对石英晶体谐振式力传感器的悬臂梁结构进行了研究，得出了双梁单岛及三梁单岛悬臂梁结构的力转移系数，在与实验结果进行了比较后证明，支承结构的理论推导与实验结果一致。     

大通光孔径气动窗口光学特性研究

实验研究了引射式大通光孔径气动窗口光学特性。由哈特曼激光光束诊断仪采集的数据给出了激光束通过气动窗口后的Strehl比,波像差,Zernike多项式各系数。从这些光学特性参数可以分析引射气压、气动窗口结构对通光光束质量的影响。研究表明随引射气压增加使通光光束发散,这和环形喷嘴喷出的气流形成的轴向气体密度分布的梯度变大有关。非均匀分布的抽口使波阵面偏斜,这会使光束漂移。     

A MicroPirani Pressure Sensor Based on the Tungsten Microhotplate in a Standard CMOS Process

This paper reports a tungsten microhotplate fabricated in a standard CMOS process and the implementation of a MicroPirani pressure sensor with it. A monolithic constant-current circuit including an operational amplifier is used to bias the tungsten microhotplate to measure the gas pressure. The sensor shows a linear response to the gas pressure in the range of 1-100 Pa when driven by a constant current of 7 mA. In this regime, the sensitivity of the sensor is 0.23 mV/Pa, the linearity is 4.95%, and the hysteresis is 8.69%. The MicroPirani pressure sensor in this paper can be used in a medium-vacuum measurement. Because tungsten in a standard CMOS process has a large temperature coefficient regardless of the different manufacturing processes, the design of the tungsten microhotplate can be applied to other thermal-based sensors, even in different standard CMOS processes.     

体声波谐振器质量负载等效电感的量化方法

体声波(BAW)谐振器受到质量负载时,谐振器的Butterworth Van Dyke(BVD)电路模型中会增加1个质量负载等效电感,为得到该电感与负载质量的量化关系,以便对BAW传感器进行系统行为仿真,该文提出了3D多物理场-等效电路仿真对比建模的方法。通过对比COMSOL Multiphysics软件的3D多物理场仿真结果与ADS的等效电路仿真结果得到质量负载等效电感和负载质量的量化关系。以一个薄膜体声波谐振器(FBAR)为例,介绍了该方法的详细过程,并得到案例中的量化关系为:质量负载等效电感每增加1nH,负载质量增加0.1ng。最后将该量化关系应用于基于Pierce振荡器的BAW传感器检测电路的系统级行为仿真。仿真结果表明,质量负载等效电感每增加1nH,振荡频率减小6 MHz,即振荡频率的变化情况与等效电路仿真结果相吻合,从而验证了该检测电路能用于BAW传感器的频率信号的检测。该量化方法同样适用于石英晶体微天平(QCM)。     

Universal Spectral Modulation Sensors：（Ⅰ）Theory and Structure^①

A universal spectral modulation sensor with low cost,stable,reliable and accurate performances is presented.The optical measuring device using a universal spectral modulation sensor is immune to change the intensities of the light source and light transmission due to optical fiber bending and optical fiber connector loss.The spectral modulation sensor system can detect and measure various physical parameters such as pressure,temperature,gas density,and various chemical species.     

一种实用的光纤Bragg光栅压力传感器

设计了一种弹性圆筒为衬底的光纤Bragg光栅(FBG)压力传感头,采用参考光栅补偿温度变化对FBG测量压力的影响。在温度为20～100℃、压力为0～20MPa的范围内测试了传感器的特性,并给出了修正温度变化后压力引起波长漂移的实验曲线。结果表明,传感器压力灵敏度为-0.0127nm/MPa,其绝对值约是裸FBG压力灵敏度的4倍,实现了压力增敏。传感头采用密封设计,避免了液体和气体的渗漏,通过选择不同的内径和壁厚,可调整传感头的量程和灵敏度。     

准^型四能级原子系统中的多重电磁诱导光透明

运用密度矩阵方程,研究了在外加相干耦合场作用下呈现可调谐多透明窗口的准 型四能级系统。数值计算结果表明：通过调节外加相干耦合光场的拉比频率强度,该系统可以三重、双重、单重电磁诱导光透明现象,并在缀饰态表象中给出了定性解释;在三重电磁诱导透明中,透明窗口的位置和吸收峰值可以通过调节外加相干耦合场的失谐量来进行控制。每个透明窗口在吸收最低时都伴随着高折射率,因此可以在此介质中能实现超光速传播。     

Controlled beam dry etching of InP by using Br2-N2 Gas

Indium phosphide dry etching is carried out using a reactive beam extracted from a Br₂-N₂ gas discharge plasma. Keeping the N₂ gas pressure constant at 0.23 mTorr, the Br₂ gas pressure was varied from 0 to 0.1 mTorr and the sample temperature was varied from 40 to 200°C. The etched shapes and etching rates are investigated in terms of the etching beam composition. Two distinct types of etching mechanisms come into play depending on the Br₂ gas pressure. Smooth vertical side walls and a temperature independent etching rate can be obtained at a Br₂ gas pressure of 0.04 mTorr or less and a temperature above 100°C, where the etching is induced by the ambient Br₂ gas species and N₂ beam. Undercut etching with a temperature dependent etching rate is seen at a Br₂ gas pressure of 0.07 mTorr or higher, where the etching beam contains both N₂ and Br₂ gas species. Neutralized Br species generated by the discharge of the Br₂ gas are shown to form the undercut. A waveguide corner mirror with a loss of less than 1 dB is made by using an etching beam with no neutralized Br species.