MEMS变形镜用PZT厚膜致动器阵列的制备及性能表征

提出了一种基于锆钛酸铅(PZT)压电厚膜致动器阵列驱动的MEMS微变形镜,建立了该微变形镜的结构模型,分析了其结构中各层厚度对其性能的影响.PZT压电厚膜是通过基于PZT压电陶瓷体材料的湿法刻蚀技术制备的,刻蚀液为1BHF2HCl4NH4 Cl4H2O.以数字锁相方法测试了压电厚膜的介电性能,在100 kHz以下时,其介电常数和介质损耗分别优于2400和3%.利用悬臂梁方法测试了压电厚膜的也.横向压电系数,约为-250 pm/V.制备了4×4阵列的压电致动器阵列.采用激光多普勒测试压电致动器的电压位移曲线,在100 V的电压驱动下致动器的变形量大约为2.2/μm;测试了致动器的频率响应,其谐振频率高于100 kHz;致动器刚度大,带负载能力强.     

压电厚膜的研究现状及趋势

随着电子元器件向小型、高灵敏、集成、多功能化方向发展,薄/厚膜材料及器件逐渐成为研究的重点.由于压电厚膜(10～100μm)兼具有压电陶瓷与压电薄膜的优点,是各种微型传感器和执行器的核心部分,已引起世界各国研究者极大的兴趣,但是大多数研究还处于实验阶段.评述了压电厚膜的制备方法、测试表征以及应用状况,归纳了压电厚膜研究的现状及发展趋势,指出了其中存在的问题及解决办法,并对压电厚膜今后的研究提出了一些建议.     

用于MEMS变形镜的双电极压电厚膜致动器

提出了一种用于MEMS变形镜的双电极驱动的压电陶瓷（PZT）厚膜致动器．采用有限元方法分析致动器变形时的应力分布情况,优化了内外圈电极尺寸,制作了61单元六边形分布的致动器阵列．测试结果表明,致动器在100V工作电压下的;中程约为6．6μm,谐振频率为58kHz,位移迟滞为8％～9％,通过采用单边电压一位移曲线的策略有效降低了位移迟滞,并进一步提出了分时驱动的电路方案．     

薄/厚膜压电参数测量方法的研究进展

介绍了当前测量薄/厚压电参数的2大类方法:直接测量法(包括Berlincourt法、圆片弯曲技术、激光干涉法、扫描激光多普勒振动法、原子力显微镜法)和间接测量法(包括体声波响应和表面声波响应法、复合谐振法).详细分析了这些方法的基本原理、测试表征、应用状况和存在的问题,比较了这些方法的优缺点.结果表明,高分辨率的双束激光干涉和表面扫描振动相结合的方法将是评估压电参数方便、准确和可靠的方法,有望成为将来表征薄/厚膜压电特性的标准方法.     

压电微能量采集器PZT厚膜制备及其图形化研究

采用环氧树脂作为中间层的真空键合技术实现体材PZT与硅片键合,再利用机械化学抛光方法将PZT减薄到适当的厚度制备了PZT铁电厚膜,构成了SiO2/Si/SiO2/Epoxy/Ag/PZT/Cr/Cu形式的压电能量采集器悬臂梁结构。基于半导体光刻技术,通过湿法化学刻蚀和切片两种方法实现了PZT厚膜图形化问题,为基于体材PZT厚膜的高性能压电能量采集器的研制打下了良好的基础。     

丝网印刷工艺制备高T_c Ba-Y-Cu氧化物超导厚膜

本文报道以化学共沉淀法制备 Ba-Y-Cu 氧化物粉料,用丝网漏印技术在兰宝石晶体和氧化铝陶瓷衬底号印刷成膜,经多段温度下的热处理,获得超导转变温度>90K、零电阻温度达84K 以上的超导材料膜。膜层厚度一般为20～50μm。扫描电镜观测表明,材料层致密、气孔很少。时效试验表明膜层超导电性相当稳定。该技术为超导材料膜的器件应用提供了一条途径。     

新型压电驱动微流体混合器实验

鉴于MEMS技术的工艺复杂性及昂贵的制作成本,对基于MEMS技术的压电驱动微流体混合器的结构进行了改进．利用常规的激光加工方法制作了不同尺寸的混合器,并通过实验对其性能进行了研究．结果显示,新型混合器在雷诺数为6．9、悬臂梁振动频率为200Hz、驱动电压为60V时达到充分混合所需的通道长度仅为1．1mm．这比现有的混合器在性能上有很大的提高。基本可以满足目前大多数微流体系统应用的需要．     

厚膜永磁阵列微致动器的磁路研究

研究了厚膜永磁阵列微致动器中的磁场分布，并研究了永磁阵列单元几何尺寸对微致动器电磁力的影响。结果表明，厚膜永磁阵列单元高宽比和磁体单元间隔对微致动器电磁力影响较大磁徕单元高宽比为0．7是一个比较合适的尺寸。     

用EA-CVD方法制备的大尺寸金刚石厚膜的品质和膜厚均匀性的研究

根据金刚石厚膜的实际应用要求,建立了EA-CVD(E lectron Assisted Chem ical Vapor Deposition)方法,制备出直径为80mm,膜厚为1mm以上的大尺寸高品质的均匀金刚石厚膜,其膜厚不均匀性小于5%,热导率不均匀性小于10%,膜片中部和边缘磨耗比基本相同,大约在1.5×105左右。同时研究了制备参数对膜的品质和膜厚均匀性的影响。结果表明:甲烷浓度、工作气压、偏流、灯丝与基片间距等参数对金刚石厚膜的品质和膜厚均匀性都产生影响。辉光等离子体的状态对膜的均匀生长作用明显,较低的工作气压,较大的偏流和较大的灯丝与基片间距有利于气体分解和辉光等离子体的发散,从而导致大面积金刚石厚膜不同位置的品质和膜厚趋于均匀。     

车削铝镜红外高反射膜镀制

在红外光谱系统中使用的车削铝镜上镀制高反射膜时,由于铝镜镜面较柔软,用常规擦拭 清洗的方法易划伤镜面,可以在镀制前利用有机物熏蒸的方法清洗车削铝镜,既溶解清洗了表面附着的油污和灰尘,又保护了铝镜镜面。用该方法清洗后镀制的金膜反射率在近红外波段达到98%以上,膜层牢固,使用效果较好。     

自适应光学系统MEMS微变形镜的研究

指出了传统变形镜研究所面临的瓶颈，以及采用MEMS技术研究微变形镜的优点．介绍了利用静电力驱动的平板电容式分立式微变形镜．分析结果表明它具有比传统变形镜更优越的性能．指出了进一步研究与发展MEMS微变形镜还需要解决的若干重要问题．     

基于锆钛酸铅薄膜的变形镜微致动器

以锆钛酸铅（PZT）薄膜作为驱动材料,制备了变形镜的微致动器阵列．使用有限元软件对致动器进行了模拟仿真,得到了驱动器上电极尺寸、Si弹性层厚度等参数对致动器性能的影响,获得了最优化的致动器结构．以钙钛矿相的镍酸镧（LNO）作为PZT薄膜在Pt衬底上生长的缓冲层,增强了PZT薄膜的（100）取向,减小了PZT薄膜的内部应力,提高了致动器的驱动性能．最终制备出的1μm厚PZT薄膜驱动的变形镜微致动器,在10V直流电压的激励下,具有2．0μm的变形量．以PZT薄膜作为驱动材料制备的变形镜微致动器阵列,对变形镜致动器的微型化和系统集成度的提高具有重要意义．     

微机械薄膜变形镜的闭环校正模型

介绍了微机械薄膜变形镜(MMDM)面形影响函数的意义,并测量了Oko公司37通道MMDM的面形影响函数矩阵,实验验证了镜面形变和单个驱动电极电压平方之间的线性关系,分析了变形镜的校正能力,建立了自适应光学系统闭环校正的模型.搭建基于MMDM的自适应光学实验系统,采用人眼出射波前作为原始波前进行实验,结果表明,模型能快速有效的对动态畸变波前进行校正,为基于MMDM的自适应光学系统提供了算法支持.     

大行程变形镜有限元分析

针对自适应光学系统对变形镜行程的更高要求,本文对提高变形镜行程技术进行了分析,提出了一种解决变形镜大行程的方法:匹配、优化变形镜的结构参数;利用有限元软件分析了该结构的各参数对变形镜主要性能指标:最大变形量、交连值及最大应力等的影响.根据分析结果,利用有限元分析方法对一自适应光学望远镜所用变形镜的镜面、驱动器结构参数进...     

基于溶胶-凝胶的两种旋涂方法制备PZT厚膜

采用溶胶-凝胶法,研究了两种在Au/Cr/SiO2/Si基底上沉积PZT(Pb(Zr0.52Ti0.48)O3)厚膜的方法.把与PZT澄清溶胶成分相同的PZT纳米粉混入澄清PZT溶胶,然后超声混合形成PZT浆料,PZT纳米粉的粒径为50～100nm.XRD分析表明两种方法得到的PZT厚膜都获得了单相钙钛矿结构.SEM结果显示两种厚膜厚度大约4μm,第一种旋涂方法制得的PZT厚膜表面粗糙,第二种旋涂方法制得的厚膜表面致密,无裂纹.在1 kHz的测试频率下,第一种和第二种厚膜的矫顽场分别为30 kV/cm和50 kV/cm,饱和极化分别为45 μC/cm2和54 μC/cm2,剩余极化分别为25μC/cm2 and 30μC/cm2.第二种厚膜有较高的直流耐压性能,在300 kV/cm的电场下,仍然保持较好的铁电性能.因而,第二种旋涂方法能够改善PZT厚膜的表面形貌和铁电性能.     

锆钛酸铅(PZT)薄膜的制备及其改性研究

文章综述了锆钛酸铅(PZT)薄膜的主要制备方法,其中包括射频磁控溅射法、脉冲激光沉积法、溶胶-凝胶法和金属有机化学气相沉积法。讨论了不同工艺参数对于PZT薄膜的结构和性能的影响,并针对PZT薄膜出现的疲劳现象进行掺杂改性,探讨提高其抗疲劳性能的途径。     

基于转写技术的微针阵列制备与强度特性测试

为达到低成本、批量化制备微针阵列的目的,提出了一种分别制备微针针尖模具和微针立柱模具的微针模具制备方法.制备微针针尖硅模具是采用湿法刻蚀方法,SU-8微针的立柱部分则采用套刻工艺制备.以此模具为母版,采用聚二甲基硅氧烷(PDMS)二次转写技术获得PDMS二次母版.以PDMS母版为模具,分别用浇铸法制备了3种不同聚合物材料(左旋聚乳酸(PLLA),聚苯乙烯(PS),透明质酸(HA))的微针阵列;还以PDMS母版为模具,用电铸法制备了金属Ni微针阵列.该微针阵列的密度约为300根针/cm2.对制备的4种微针进行力学特性测试,实验结果表明,加工出的微针有足够的力学强度,可用于无痛注射.     

Fabrication of single crystal PZT thin films on glass substrates

 We have successfully transferred heteroepitaxial Pb(Zr,Ti)O₃ (PZT) thin films from MgO substrates on to glass substrates. The transferred PZT thin films exhibit single crystal structure with ferroelectric properties similar to the as-grown epitaxial films. The transferring process comprises coating of Cr-metallized surface of epitaxial PZT thin films, pressing and cementing the Cr-metallized surface on to the glass substrates by silicone rubber, and removing the MgO substrates by chemical etching. This process realizes a fabrication of high-temperature processed PZT thin films onto the glass at room temperature. The process is also available for the transformation of PZT thin films on organic film sheet. The present transfer process reduces the effects of the inevitable strain and/or constraint to rigid substrates for heteroepitaxial growth and has a potential for integration of single crystal piezoelectric PZT devices onto a wide variety of MEMS.     

基于ICP工艺的垂直微小硅镜的加工

利用自感应耦合等离子(ICP)蚀刻机进行硅深层反应离子刻蚀,得到了几微米宽的狭槽,其轮廓通常为正锥形,即蚀刻槽的宽度随着蚀刻深度的增大而减小.然而,对一个宽槽来说,由于等离子区内边界层的变形,其蚀刻宽度会随着蚀刻深度的增加而增加.在许多应用中,硅蚀刻轮廓侧面的垂直状况是一个关键性问题.叙述了分离式垂直镜的加工过程;研究了影响蚀刻轮廓的各种重要参数.经过引入多步制法与优化激励源、基底偏压源及加工压力,减小了等离子区边界层内的变形,改善了轮廓的蚀刻状况.得到的结果为:120μm高垂直微镜垂直度为89.7°,200μm高垂直微镜垂直度为89.3°.