二维扫描镜轴系非正交分析

二维扫描镜绕两轴摆动,实现大的扫描视场。其两维摆角由与扫描镜连接的两个编码器读出。二维扫描镜轴系的非正交性会导致扫描镜实际摆角与编码器显示角不相吻合,从而导致物方指向范围偏差。在利用经纬仪测量扫描镜摆角的测试思想基础上对二维扫描镜轴系非正交的影响进行分析,给出了一种计算扫描镜轴系非正交公差的方法。     

几种分立式微变形镜的性能模拟与比较

采用形状函数法描述变形镜校正时的曲面,从适配误差、Streh l比两方面比较了四种不同单元排列方式的微变形镜。结果表明方形与砖形排列的微变形镜设计简单,但波前校正性能较差;圆形及蜂窝形微变形镜具有较高的波前校正性能,但设计加工复杂。     

基于气体润滑技术的MEMS透平研究进展

高能密度和微型化已经成为动力设备发展的必然趋势,然而,润滑技术的发展直接制约着高速透平的极限转速。微机电系统(MEMS)中的高速透平内轴承与转子间最小间隙为微米量级甚至更小,必然会给装置的设计和制造带来一些新问题。文中简要介绍了基于气体润滑技术的MEMS透平国内外发展状况,并对相关领域的研究进展进行了展望。     

微机电系统(MEMS)磨损的分形分析

基于M-B分形磨损模型,建立微机电系统(MEMS)表面磨损率与分形维数之间的关系,对MEMS表面的磨损规律与表面特性进行相关分析.结果表明,分形维数对MEMS表面磨损率的影响具有一定的规律性,当分形维数在某一范围时,磨损率随着分形维数的减小而迅速增大;当分形维数为1.5时,磨损率达到最小值.当分形维数一定时,磨损率随着尺度系数、磨损概率常数的增大而增加,随着MEMS材料性能参数的增大而减小.当其它影响参数保持一定时,磨损率随着MEMS表面接触面积的增大而增加.     

MEMS设计中的2.5维六面体网格划分

介绍了一种用于MEMS设计的六面体网格划分方法。MEMS工艺决定了大部分MEMS模型都是层状结构,本文针对这种结构提出了一种简便的2.5维划分方法,适用于所有面平行于(x, y)平面或者z轴的层状结构。该方法在(x, y)平面内将模型划分为四边形网格,然后在z方向延伸形成六面体。相比于如今使用最多的Sweep划分算法,它在划分前的预处理更少,由于仅仅需要输入划分大小, 使得整个划分过程更加方便,速度也比Sweep方法快了10~1 000倍,10 000个六面体以内的划分可在10 s内完成。同时,该方法也可以通过输入工艺过程参数按照实际MEMS工艺步骤产生3维MEMS模型, 完成从2维版图到3维网格的直接生成。     

非接触式表面电势测量的MEMS微型静电压仪

针对工业中的表面电势测量应用,研制了一种新型的基于微机械加工技术(MEMS技术)的微型静电压仪.为了提高器件的信噪比和灵敏度,传感器敏感结构基于谐振式工作原理,并采用差分激励和差分敏感的结构设计.基于高速数字芯片和数字信号处理技术,研制了传感器的数字化检测系统原理样机.该传感器可实现非接触式表面电势测量,在距离目标表面20 mm位置,该传感器最小分辨电压优于10 V,精度优于10%.文中还进行了摩擦泡沫表面电势的测量,试验结果表明:该传感器可反映表面电势的变化和电荷衰减.     

高精度石英全息透镜的MEMS工艺制作

通过微电子机械技术(MEMS)在抛光的熔融石英基材表面制作了平面精度达到0.4μm的超大单片面积的全息透镜。采用了分辨率达到0.2μm的步进投影式拼接光刻,适合石英基材的专用等离子耦合刻蚀(ICP)干法刻蚀技术,特殊的物理清洗方法,以及相关的多项辅助工艺。透镜理想面形横截面曲线为分段抛物线,每一片由23个柱状结构单元周期横向排列构成,采用等深度不等宽度的4台阶结构拟合,单元宽度约为2.966mm。在4in(10.16cm)圆片上,获得了单片尺寸为68mm×68mm的方形透镜。采用接触式台阶仪,扫描电子显微镜(SEM),高倍光学显微镜等方法进行不同阶段检测。结果显示:台阶平面精度为0.4μm,垂直精度为30nm,有非常好的立墙陡直度和刻蚀均匀性。此工艺方案可实现小规模批量生产,成本适中,可以直接用于制作6in(15.24cm)以上同等级要求的石英透镜,经适当改进也可用于蓝宝石等基底材料的制作。     

用于MEMS惯性开关的微弹簧有限元动力学分析

设计水平和垂直方向两种驱动形式MEMS( micro-electro-mechanical system)惯性开关,应用ANSYS10.0有限元软件对其中的镍质微弹簧结构进行实体建模和动力学模拟分析,得到其在动载荷下的应力分布情况和端部位移响应曲线,并比较静动载荷下结构参数对微弹簧水平和垂直方向上弹性常数( klevel和kvertic)的影响规律.文中的有限元动力学分析方法为较准确地评定类似MEMS微弹簧弹性常数提供一条有效途径,具有工程实际应用价值,特别是为动载荷下工作的惯性类微器件中弹簧的进一步优化与加工提供重要依据.     

谐振式MEMS温度传感器设计

为了实现以频率输出为信号的气象温度测量,提出了一种基于双层悬臂梁的谐振式微温度传感器。基于双悬臂梁不同材料热膨胀系数的差异会导致悬臂梁谐振频率偏移的原理,采用压电方式同时实现悬臂梁的驱动及其谐振频率的检测,从而实现温度的测量。根据硅基传感器的正面腐蚀工艺,设计了谐振悬臂梁的双层结构,采用有限元方法分析了悬臂梁的谐振模态、可利用的振型及其温度与各模态谐振频率的关系,并利用多普勒振动系统对悬臂梁的谐振特性进行了研究。实验发现悬臂梁的二阶弯曲振型Q值相对于其它振型是最大的,其Q值约为150;高阶振型特别是二阶弯曲振型适合用于以ZnO为压电材料的温度传感器的频率检测,并且具有相对较高的灵敏度(约为20Hz/℃)和频率温度系数(1.9×10-4/℃)。结果表明,微型温度传感器能够满足气象温度检测的要求,并具有抗干扰能力强、灵敏度高、信号传输接口简单等优点。     

基于节点分析法的复杂MEMS系统级仿真研究

系统级仿真在MEMS产品的设计开发过程中具有重要作用。本文在概要介绍两种统一环境下MEMS系统级仿真建模方法,即模拟/混合信号硬件描述语言（VHDL-AMS、Verilog-A等）表述法和等效电路法的基础上,借鉴MEMS结构化设计即节点分析的思想,提出了一种有别于常规信号流类比方法,适于复杂MEMS系统快速仿真的等效电路建模思路与方法,并结合一类典型MEMS集成系统——梳齿式静电反馈微加速度计的分析实例,对其进行了具体介绍和验证。最后,对VHDL-AMS语言描述法与本文所提出的等效电路法各自的应用原理、特点等进行了比较和总结。     

一种从器件三维实体到工艺版图的MEMS CAD技术

研究了标准三维实体文件和版图文件的格式,在此基础上提出了一种在MEMS CAD中从三维实体到工艺版图的转换方法,实现了直接基于文件到文件的三维实体到工艺版图的转换,使用C++语言开发了相应的转换接口。通过典型MEMS器件——微机械加速度计和微机械陀螺的多种结构,验证了三维实体到二维版图转换的可行性与效率。结果表明,这种转换方法切实可行,且效率较高,为实现MEMS自顶向下与基于任意流程的设计方法、简化版图绘制、提高设计效率提供了一种有效的途径。     

复合式MEMS微夹持器的研制

为实现对亚毫米微小构件稳定夹取及可靠释放等操作,研制了一种复合式微夹持器.采用有限元软件分析了微夹持器的机构及动力特性.应用MEMS体硅工艺将静电梳齿驱动与气动吸放集成构成复合式驱动,气动吸放的引入改善了微夹持器的操作性能,S形柔性梁结构的设计将梳齿驱动的直线运动转化成末端夹爪的转动实现了夹持操作.两种不同尺寸的微夹持器,有效扩展了微夹持器的夹持范围.根据微夹持器的操作控制需求,设计了微夹持器静电驱动控制系统以及气压控制系统.在80 V的驱动电压下,微夹持器末端夹爪位移可达25 μm.针对100～200 μm的小球进行了微操作实验,实验结果表明,静电梳齿驱动结合真空吸附能够使夹取操作更加稳定,基于闭环控制的气路正压力能有效克服小球与夹爪之间的粘附力,实现可靠的释放操作.微夹持器基本满足100～200 μm微小构件的操作需求.     

A 2D MEMS mirror with sidewall electrodes applied for confocal MACROscope imaging

This paper presents microelectromechanical system micromirrors with sidewall electrodes applied for use as a Confocal MACROscope for biomedical imaging. The MACROscope is a fluorescence and brightfield confocal laser scanning microscope with a very large field of view. In this paper, a microelectromechanical system mirror with sidewall electrodes replaces the galvo-scanner and XYZ-stage to improve the confocal MACROscope design and obtain an image. Two micromirror-based optical configurations are developed and tested to optimize the optical design through scanning angle, field of view and numerical aperture improvement. Meanwhile, the scanning frequency and control waveform of the micromirror are tested. Analysing the scan frequency and waveform becomes a key factor to optimize the micromirror-based confocal MACROscope. When the micromirror is integrated into the MACROscope and works at 40 Hz, the micromirror with open-loop control possesses good repeatability, so that the synchronization among the scanner, XYZ-stage and image acquisition can be realized. A laser scanning microscope system based on the micromirror with 2 μm width torsion bars was built and a 2D image was obtained as well. This work forms the experimental basis for building a practical confocal MACROscope.     

微电子机械技术的研究和发展趋势

MEMS技术作为一门新兴的技术，越来越受到世界各国的重视。文中主要阐述了MEMS的研制背景、加工工艺、现状和发展趋势，并对MEMS技术面临的问题进行了简要分析。     

微电子机械技术的研究和发展趋势

MEMS技术是一门新兴的技术,近年来,越来越受到业界各国的重视。以下主要阐述了MEMS的研制背景、加工工艺、现状和发展趋势,并对MEMS技术面临的问题进行了简要的讨论和分析。     

MEMS器件微装配系统的设计与研制

在分析微装配特点的基础上,讨论了微装配系统的功能需求和组成。提出了一种新型MEMS器件微装配系统设计方案,描述了系统样机关键技术模块的研制方案。以微型光谱分析仪极板对准为示范目标开展了实验研究,结果表明该系统适用于典型MEMS芯片的微对准和封装研究。     

基于MEMS技术的微阵列生物芯片研制

本论文主要利用MEMS技术进行了聚二甲基硅氧烷（PDMS）与光胶两种材质的微阵列生物芯片的研究,研制了不同材料、不同规格的微阵列生物芯片。本研究一方面为生物样品在微阵列芯片的测定提供平台,另一方面为微阵列芯片与微流控芯片的系统整合提供支撑,为实现生物样品的自动化、集成化、小型化奠定基础。     

基于MEMS技术的微型气相色谱仪的研制

介绍了一种采用微电子机械系统(MEMS)的新型微型气相色谱仪,重点介绍了微进样系统、微热导检测器(TCD)的设计和制做技术.通过微细加工技术,将微通道、微阀、微检测器等三维器件像IC芯片一样集成在硅片上,并将这些关键器件和常规的毛细管分析柱连用,达到快速、高灵敏度和经济的样品分析.该仪器具有便于携带、功耗低、能在线分析、使用简单等特点.     

中国MEMS的研究与开发进程

微机电系统（Micro Electro Mechanical Systems)是80年代发展起来的新兴交叉学科，其系统包括能源、微驱动器、微执行器、微传感器、微控制器以及与外界的接口等。由于该系统能够实现各类产品的微型化、集成化与便携化，因而在天上、地面和海洋的诸多领域有广泛的应用与产业前景。本文概括地介绍微机电系统学科的重大意义，13年来中国MEMS研发的总体概况，以及关注的热点。