微型硅基弯曲板波器件

介绍了基于ZnO压电薄膜的微型弯曲板波(FPW)器件的设计与制作。为减小薄膜的应力,器件采用LTO/ZnO/LTO/Si3N4多层复合板结构,并采用直流磁控溅射工艺制备ZnO压电薄膜,在压电复合板结构上沉积两对叉指电极,分别用于Lamb波的激发和接收。X射线衍射分析表明,沉积的ZnO薄膜C轴高度择优;扫描电子显微镜分析表明,制备的ZnO薄膜平整、致密,晶粒生长呈现明显的柱状结构;通过分析制备的高次谐波体声波谐振器(HBAR)器件性能来间接检验ZnO压电薄膜的电学性能,HBAR器件的品质因子较高,表明薄膜有较好的压电性能。利用安捷伦E5071C网络分析仪检测FPW器件的频率响应,结果表明反对称A0模式Lamb波的实测中心频率与理论计算的频率结果基本一致。     

基于柔性基底的压电能量收集器的设计

以PDMS为柔性基底设计的PVDF压电薄膜新型压电能量收集器压电性能良好,柔韧性强,可适应复杂的振动环境,具有广阔的应用前景.首先设计了具有柔性基底的压电能量收集器的结构;其次,用PVDF颗粒采用静电纺丝法制备了PVDF压电薄膜;最后,实验表明设计的压电能量收集器在振动频率为25 Hz,振动幅度为2 mm的激励下,开路输出峰值电压为8.38 V,输出功率密度为6.32 μW/cm2;经Ansys有限元分析,发现增大激励源的振动幅度,可以提高压电能量收集器的开路输出电压和输出功率.     

乐甫波传感器及其应用进展

乐甫波是声表面波的一种,它是在沉积于基片表面的薄层声波导中传播的波。介绍了乐甫波器件的构成和制造工艺,乐甫波传感器传感原理和常用的结构形式,论述了乐甫波传感器当前的研究情况。     

供能于无线传感器网络的微型振动发电机结构性能研究

应用微机电加工技术制造的振动发电机可以无限、持续地为无线传感器网络提供能源。为了提高发电能力,通过有限元仿真与实验分析了单压电片型式、双压电片并联型式和双压电片串联型式振动发电机的结构参数对发电能力的影响规律。结果表明,厚度比小的双压电片串联型式发电机输出开路电压较高;存在某一最优负载,在给定的激励频率下,使得输出功率最大;相同材料、结构参数下,双压电片串联和双压电片并联型式发电机的输出功率基本相同且高于单压电片型式发电机。     

短沟道SOI中的阈值电压下降问题的研究

运用电荷分享模型推导出背界面处于耗尽状态的单栅和双栅薄膜SOIMOSFET中短沟道效应引起的闽值电压下降的理论模型。利用MatLab进行了数值模拟计算．并比较了单栅和双栅器件的结果。同时分析了沟道区掺杂浓度、硅膜厚度、栅氧化层厚度对阈值电压下降的影响。结果表明．薄膜器件有利于减小短沟道效应．而双栅器件短沟道效应比单栅器件减小4倍。另外．对于薄膜器件来说,改变器件结构要比改变器件参数对短沟道效应的抑制作用好得多。     

一种聚合物血压传感器

讨论了应用压电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜制作的血压传感器件的设计原理、结构和信号检测。实验结果发现这种传感器具有质量轻、结构简单、灵敏度高、没有人为因素影响等优点。     

一种IDT/(002)ZnO/SiO2/Si多层结构的声表面波器件

以IDT/(002)ZnO/SiO2/Si多层结构的声表面波器件为研究对象,通过有限元软件对单对叉指的三维结构进行有限元仿真,得到了不同的ZnO膜厚对SAW器件所激发瑞利波的相速度、机电耦合系数的影响规律,以及SiO2膜厚与SAW器件频率温度系数之间的关系.采用热氧化、射频磁控溅射以及光刻工艺在Si衬底上分别制备SiO2膜、ZnO膜和IDT,制备了三组不同ZnO膜厚的延迟线型SAW器件.通过X射线衍射仪对制备的ZnO薄膜进行检测,结果表明ZnO薄膜具有良好的(002)晶体取向以及良好的结晶质量.采用矢量网络分析仪对所制作SAW器件进行了测试,得到了器件的传输曲线,实验结果与有限元仿真结果具有较好的一致性.     

BCTZ纳米线的制备及其在能量采集中的应用

(Ba_(0. 85)Ca_(0. 15))(Ti_(0. 9)Zr_(0. 1))O_3(BCTZ)是一种具有优异压电性能且无污染的无铅压电陶瓷。采用静电纺丝的方法,制备得到了纯钙钛矿结构的BCTZ纳米线,通过与聚二甲基硅氧烷(PDMS)混合,制得了能量采集器件。为了提高器件的输出性能,实验引入了介电泳的方式来改善纳米线在PDMS中的取向性。实验表明:经介电泳定向后的器件的最大开路电压和短路电流分别可达2. 25 V和27. 3 n A。PDMS具有良好的生物相容性和延展性,基于BCTZ/PDMS薄膜的压电器件在可穿戴微纳米电子器件中将具有巨大的应用潜能。     

基于薄膜体声波谐振器的柔性有机挥发性气体传感器

本文制造了一种基于薄膜压电体声波谐振器的柔性有机挥发性（VOCs）气体传感器。通过转移印刷的方法,柔性体声波谐振器的电极与压电层采用的无机材料薄膜被从硅衬底上转移到超薄的聚酰亚胺基底上。该柔性谐振器的品质因数达到了1920,且在2.5 mm的弯曲半径下仅有相对于基频十万分之一左右的频率偏移。谐振器表现出了对于环己烷与乙醇气体良好的频率响应特性,且通过在器件表面修饰聚异丁烯（PIB）薄膜作为气体吸附材料,使得器件对于环己烷的响应提升了10倍以上。该柔性VOC气体传感器具有尺寸小,质量轻,机械柔性好的优点,在可穿戴环境检测设备,健康监测设备,食品变质检测的电子标签等领域有着广泛的应用前景。     

一种新型MEMS器件中的近场辐射传热现象研究

以近场辐射传热方式利用光电器件中的热能制作热光电器件从而提高整个器件转换效率的思想已经被提出。本文基于该思想设计一种新型的具有双悬空薄膜的器件,两个薄膜面对面相互平行,间距为1 ?m。每个悬空薄膜中制作白金薄膜电阻。这个器件利用MEMS工艺中的牺牲层技术制作。在存在近场辐射传热和不存在近场辐射传热两种情况下,通过测量将下方结构加热到相同温度的输入功率差,测量出两个薄膜间的辐射热功率。实验数据表明该器件中薄膜间的传热已经大于黑体辐射传热;并且,当上方薄膜温度为317.2 K时,通过近场辐射传热可以使下方薄膜的温度从293 K升高294.2 K,该温度变化为热电转换提供了条件。     

Modeling the performance of a micromachined piezoelectric energy harvester

Piezoelectric energy microgenerators are devices that generate continuously electricity when they are subjected to varying mechanical strain due to e.g. ambient vibrations. This paper presents the mathematical analysis, modelling and validation of a miniaturized piezoelectric energy harvester based on ambient random vibrations. Aluminium nitride as piezoelectric material is arranged between two electrodes. The device design includes a silicon cantilever on which AlN film is deposited and which features a seismic mass at the end of the cantilever. Euler–Bernoulli energy approach and Hamilton’s principle are applied for device modeling and analysis of the operation of the device at various acceleration values. The model shows good agreement with the experimental findings, thus giving confidence into model. Both mechanical and electrical characteristics are considered and compared with the experimental data, and good agreement is obtained. The developed analytical model can be applied for the design of piezoelectric microgenerators with enhanced performance.     

Love波传感器及其质量灵敏度测试

为实现流体领域的液相传感,设计并制作了基于36°-YX LiTaO3作为压电衬底、PMMA薄膜作为波导层的Love波传感器;通过微电流电铸实验测量得到Love波传感器的质量灵敏度为-2.281 g-1cm2.分析了波导层厚度、器件温度和电铸电极的厚度三个因素对灵敏度的影响,为进一步提高灵敏度提供了参考.     

圆片级低真空封装的MEMS压电振动能量收集器结构设计

MEMS低真空封装技术能为MEMS器件的可动部分提供低阻尼环境,降低能量损耗,有效提高器件的能量转换效率,具有重要的研究意义和应用前景,是MEMS技术的研究热点和难点。为了进一步提高MEMS压电振动能量收集器的输出性能,提出了圆片级低真空封装的共质量块MEMS压电悬臂梁阵列振动能量收集器新结构,通过有限元分析方法对器件结构参数进行了优化设计,在优化结构参数下仿真器件输出性能：在610 Hz、2 gn加速度下,器件的输出电压为8.88 V,输出功率为1220μW,能满足实际应用需求;根据器件结构设计了加工工艺流程,对低真空封装结构的实现和封装工艺探索具有重要意义。     

基于八悬臂梁-中心质量块结构MEMS压电振动能量采集器

高能量密度输出、低频范围响应、环境适应性强的自供电振动能量采集器已成为微能源技术领域的一个重要发展方向。提出一种d31型工作模式下MEMS压电式振动能量采集器,设计八悬臂梁-中心质量块结构代替传统的单悬臂梁结构,利用溶胶-凝胶（Sol-Gel）技术在每个悬臂梁上异质集成制备锆钛酸铅（Pb（Zr0.53Ti0.47）O3,PZT）压电功能厚膜层,通过MEMS工艺和引线键合技术完成器件础结构制造。输出性能测试结果表明,器件一阶谐振频率为41 Hz,3 gn加速度激励下输出电压峰峰值为264.00 mV;在器件两端加载3.00 MΩ负载时输出功率最大,为0.72 nW。     

埋入混凝土式压电陶瓷声-压特性的路径映射分析

将压电陶瓷埋入混凝土结构构成压电埋入式混凝土机敏模块,它是利用压电陶瓷的逆电压效应对混凝土健康状况进行实时在线检测。为了提高接收端检测数据的可靠性,本文采用对压电陶瓷在混凝土中传输声能信号进行路径映射方法研究其传播规律。该方法是基于形函数插值运算的一种后处理技术,能将机敏模块中的位置结果信息映射到模型的任何路径上,通过提取不同路径上的声压能量信息,从而分析压电埋入式中声能的传播规律。实验表明：振源附近声场能量最大,其径向方向能量衰减迅速;能量声压值与映射半径服从乘幂函数衰减特性;对声压值进行不同角度的分析还表明,除径向方向外,声压值与映射角度呈递减特性。     

新型双并联电渗微泵的制备与测试

设计了一个双并联电渗驱动泵,它由三条并联的主通道和叉指型电极两部分组成,其中每条主通道由若干个与电渗流形成方向成45°角的沟槽并联构成。通过选用ITO载玻片作为芯片基底并获得其最佳工艺参数,制作了带电极的PDMS-玻璃微流控芯片。最后对制作的电渗微泵进行测试,通过记录一段时间内单个主通道泵输送液体的体积,得出单个主通道的流速与微泵总流速。实验发现在5V内,微泵泵送液体的能力随着电压的增加而增大,微泵流速可以达到正常人体眼球房水生成速度,该结构在未来房水引流器件制作方面具有潜在的应用价值。     

Microfabricated Lamb wave device based on PZT sol-gel thin film formechanical transport of solid particles and liquids

The fabrication using silicon micromachining and characterization of an acoustic Lamb wave actuator is presented. The intended use of the device is for mass transport and sensor applications. The device consists of dual interdigitated transducers patterned on a thin-film composite membrane of silicon nitride, platinum, and a sol-gel-derived piezoelectric ceramic (PZT) thin film. The acoustic properties of the device are presented along with preliminary applications to mechanical transport and liquid delivery systems. Improved acoustic signals and improved mass transport are achieved with PZT over present Lamb wave devices utilizing ZnO or AlN as the piezoelectric transducer     

双通道压电式密度传感器的研究

在同一压电石英晶片上制备两个石英晶体谐振器 ,实验结果表明双通道之间的相互干扰可以忽略。在石英晶体表面修饰多孔TiO2 膜层 ,可大大提高传感器对液体密度的灵敏度。采用两个修饰不同厚度TiO2 膜层的双通道压电传感器的频率差作为测量信号 ,可以消除液体粘度的影响 ,并获得与液体密度有良好线性关系的工作曲线 ,实现液体密度的测定