C型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

设计了一种新型的C型微机电系统(MEMS)平面微弹簧,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧在3个方向(即x,y和z方向)上的弹性系数计算公式,用ANSYS进行有限元仿真,结果验证了公式推导的正确性。在公式计算和仿真的基础上,研究了各种结构参数对其弹性系数的影响规律。     

O型MEMS平面微弹簧弹性系数研究

对封闭O型MEMS平面微弹簧建立力学分析模型,用卡氏第二定律和胡克定律推导出这种平面微弹簧弹性系数的计算公式,并用ANSYS进行有限元仿真,仿真结果表明,两者的相对误差低于2％.在计算公式和仿真的基础上,研究了各种结构参数对弹性系数的影响规律,结果表明,弹性系数随节数和弯半径的增大而减小,随梁宽和厚度的增大而增大.研究...     

MEMS微弹簧力学特性分析

基于微机电系统(MEMS)工艺,设计并加工了一种"L"型微弹簧。根据经典材料力学理论进行的分析表明,在微弹簧竖直方向所受10mN力的作用下,微弹簧内部最大应力为88.75MPa,且最大应力位于连接处。有限元仿真表明在同等条件下,微弹簧的最大应力为89.326 MPa,与理论分析吻合。采用Tytron250拉伸实验机进行微弹簧拉伸实验,"L"型微弹簧的断裂位置位于连接处,实验结果验证了理论分析和仿真的正确性。在此基础上,提出增大微弹簧连接处的宽度是提高微弹簧作用可靠性的一条有效途径。     

MEMS镍平面弹簧非线性力学性能仿真及研究

工程应用中,平面微弹簧存在弹性系数的非线性现象且难以被忽略,弹簧结构的几何非线性是引起这种现象的主要原因。针对特定形状的弹簧运用Ansys软件进行了非线性有限元静力学仿真,计算出弹簧弹性力F与弹性形变x之间的对应关系,并与采用MEMS微细加工技术制得弹簧样品实测实验结果比较,相对误差低于3.2%,验证了分析模型的可靠性。而后设计了5种不同平面形状的微弹簧,仿真计算它们的力学性能曲线,以及改变弹簧臂宽度厚度后的力学性能曲线,分别进行比较以讨论影响非线性的主要因素,为弹簧的设计工作提供参考依据。     

MEMS加工误差对微弹簧力学特性的影响分析

S型微弹簧是一种在微机电系统中应用广泛的微弹性元件,利用力学分析法,首次推导出S型微弹簧在空间3个方向上的弹性系数计算公式,ANSYS仿真验证了公式推导的正确性.采用LIGA工艺,设计加工了一种金属镍S型微弹簧.用精密微小型计算机显微测量仪测量得到微弹簧的线宽,长度和厚度与设计值的误差分别为4 μm、50 μm和24 μm.分析了微弹簧各个结构参数的加工误差对微机电系统(MEMS)微弹簧力学特性的影响,指出微弹簧线宽的加工误差对其力学特性影响最大,Tytron250微小力拉伸实验机实验验证了结论的正确性.     

MEMS电容式加速度计的动态特性分析

针对梳齿电容形式的微机械加速度计,对其工作原理和动态性能进行了分析。该微结构的质量块由4个折叠梁支撑,采用梳齿结构形成差分检测电容用于检测质量块的位移。通过理论推导得到了结构的质量、刚度和阻尼的计算公式。组成梳齿结构的两平行极板间的气体在极板运动时产生两种作用力:阻尼力和弹性力,运动频率较低时阻尼力为主要表现形式,高频时弹性力则占主要因素。针对一组特定的结构参数,对气体压强分别为100Pa和0.1MPa时微机械加速度计的频率响应特性进行了分析,当气体压强太小时,会造成系统带宽的降低,而当气体压强较高时,系统的动态特性表现良好,并在电容极板间隙约为3μm时,系统的动态特性达到最优。     

GaAs MESFET平面型变容管高频特性分析

本文分析了用于GaAs MMIC调频器件MESFET平面型变容管的微波特性,讨论了器件几何结构与直流参数、S参数之间的关系.重点研究了器件串联电阻对微波特性的影响,给出了变容管变电容比与器件几何尺寸.     

平面型RTD与BJT构成的串联单元特性分析

采用了n+-GaAs衬底和硼离子注入的新型工艺实现了共振隧穿二极管(RTD)的平面化,解决了台面型RTD工艺的不足,得到常温电流峰谷比为2.51∶的平面型RTD(PRTD);利用高级设计系统ADS电路模拟和实验测量对PRTD与BJT串联单元的不同串联方式的电压-电流特性进行了深入分析。这一特性的研究对RTD与异质结双极晶体管(HBT)、MOSFET、高电子迁移率晶体管(HEMT)等三端器件的结合具有普遍意义。     

一种雪花型MEMS单刀五掷开关的研究与设计

针对MEMS单刀多掷(SPMT)开关插入损耗及隔离度较差的问题,设计了一种基于雪花型功分器的单刀五掷(SP5T)MEMS开关,通过雪花型功分器实现信号的均衡分配和低损耗传输.通过设计H形上电极结构,有效减小开关弱接触,增强开关接触稳定性,实现信号的高隔离.采用HFSS仿真软件,对开关的插入损耗、隔离、驱动电压和应力分布...     

Zn_(1-x)Cd_xSe/ZnS量子阱材料的共振遂穿特性研究

本文通过对共振隧穿电流密度随外加偏压及应力而变的依赖关系的理论研究,模拟了Zn1-xCdxSe/ZnS共振隧穿电流密度随外加偏压及应力的变化曲线.给出了等效电阻系数随外加偏压及应力而变的依赖关系,得出了介观压阻系数与外应力的变化符合线性关系的结论.这些结论为将机械信号转换为电学信号的介观效应器件的设计提供了理论指导.     

一种新型微机械硅弹簧的设计与制作

介绍了一种新型的微机械硅弹簧的设计和制作,运用能量方法推导出了弹性常数的计算公式,并用有限元模拟分析方法求出了其固有频率。有限元模拟工具ANSYS模拟的结果验证了弹性常数的计算公式,理论分析和实际加工表明设计方案是可行的。     

基于静电平行板驱动器的MEMS变形镜特性分析

静电平行板驱动器是基于静电驱动的MEMS变形镜的关键部件,其静态及动态性能对MEMS变形镜有重要影响.设计并利用表面硅工艺加工制作了三种基于不同弹性系数的静电平行板驱动器的MEMS变形镜,分别采用解析公式和有限元仿真方法分析了弹性系数对变形镜的三项性能参数即行程、吸合电压和固有频率的影响,并利用白光表面轮廓仪进行实验测试,验证了理论和仿真结果的有效性.实验结果表明三种变形镜中半圆环梁驱动器变形镜具有适中的吸合电压和较大的行程,最适合于自适应光学系统的应用需求.     

RF MEMS开关的桥膜弹性系数计算

桥膜弹性系数是影响RFMEMS开关启动电压的重要参量。对RFMEMS开关进行静态力学分析,指出常用的桥膜弹性系数的计算公式未考虑开关实际采用的共面波导(CPW)结构。考虑桥膜上实际的静电力分布,修正了桥膜弹性系数的计算公式。根据修正后的计算公式,进一步探讨了减小桥膜弹性系数的方法,以降低开关的启动电压。     

非线性锥形梯度折射率透镜的光学特征

本文对非线性锥形梯度折射率透镜进行了分析,根据稳态自聚焦理论以及ABCD定律,导出了高斯光束通过这种透镜光斑尺寸及其位置的公式。讨论了几种特殊的情况,得到了一些重要的结果。     

MEMS开关辐照实验研究

进行了MEMS开关的辐照试验,并对结果进行了分析。所述的MEMS开关采用单晶硅悬臂梁结构实现金属电极接触,工作电压小于50V,最大工作频率大于10kHz。进行了中子辐照和γ辐照实验,其中中子注量为2.73×1013cm-2,γ总剂量为50krad(Si)。并通过对MEMS开关辐照前后性能的测试,获得了辐照对MEMS开关性能影响的实验数据。结果表明,在辐照剂量大于10krad(Si)时MEMS开关性能有明显变化。借鉴国外的相关研究成果,对MEMS器件的辐照失效机理进行了初步分析。     

MEMS中几何量的测试方法

MEMS测试技术及方法是MEMS设计、制造、仿真及质量控制和评价的关键环节之一，讨论了应用于MEMS几何量测量的微视觉、扫描探针、光切、干涉、共焦、光栅投影等方法及基于材料和微结构特性的特殊测量方法，并详细论述了在MEMS微几何量测量中的微视觉检测原理及方法。结合干涉测量技术的微视觉测试方法能够涵盖从纳米级到毫米级的几乎全部的微几何量分布范围。     

热致封装效应对MEMS器件谐振特性影响的单元库模型

 大量试验和数值仿真结果均已确认封装-器件的热失配对MEMS器件性能及可靠性有显著影响,即热致封装效应.然而迄今为止仍缺乏有效的物理模型对此加以系统描述.本文基于单元库法思想和节点法分析手段构建了MEMS热致封装效应的理论模型.通过对非器件结构如锚区、衬底等标准化单元建模,扩充了节点分析法在封装级MEMS仿真领域的应用.文中以常见MEMS基本器件和封装结构为例进行了研究,计算了热致封装效应对器件谐振特性的影响,并利用有限元仿真进行验证.最后讨论了封装级MEMS设计面临的挑战.