MEMS扭转微镜动态特性的有限元仿真分析

使用有限元方法分析了MEMS扭转微镜在真空无阻尼状态下的各项动力学特征,包括模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析等,获得了微镜器件的模态固有频率、振型以及谐响应频率,重点研究了扭转微镜的不同部位振动状态之间的差别。     

基于MEMS的静电微泵建模与仿真

对MEMS中应用广泛的静电微泵进行有限元建模分析．对于涉及多能量域下多场耦合的静电微泵建模,在仿真过程中进行了合理简化．其中在静态分析中,利用圆型薄板的小挠度变形理论和微机电系统中的静电力驱动理论来模拟静电-结构耦合过程;在泵膜的模态分析、谐响应分析以及非线性瞬态分析中,把腔内的流体当作附加质量作用在泵膜上,近似代替流场对泵膜的影响,从而减小计算量,提高了仿真效率．     

140单元MEMS变形镜研制及测试分析

为了满足自适应光学技术更广泛的应用需求,针对传统变形镜体积大、成本高的问题,本文研制了基于微机电系统技术的MEMS变形镜并进行了实验测试。本文研制的变形镜共有140个六边形平行板电容静电驱动器,驱动器为12×12正方形排列,间距400 μm。采用表面MEMS工艺加工了变形镜样品,并利用陶瓷PGA管壳和石英玻璃盖板对样品进行了封装,同时还研制了与之配套的小型化多通道高压驱动电源。测试结果表明,该变形镜表面PV值411 nm,RMS值78 nm,在600 nm到900 nm波段的反射率接近80%,行程1.8 μm,交连值约15%,工作带宽13 kHz,阶跃响应时间23 μs,具有体积小、成本低、响应快等优势。除了进行了单元性能的测试之外,还开环控制变形镜进行了Zernike像差的拟合测试,验证了变形镜的校正能力。结果表明,该变形镜能初步满足自适应光学系统的应用需求。

     

微加工静电排斥驱动器特性分析

基于非均匀电场可产生静电排斥力的原理,设计制造了单元尺寸为300 μm的MEMS静电排斥型离面驱动器.此驱动器不受静电吸合效应的限制,行程较传统静电吸引型驱动器有显著提高.利用表面硅工艺完成了该驱动器的加工.为研究静电排斥型驱动器的动态响应特性,建立了该驱动器的等效模型并利用数值计算方法分析了驱动器的压膜阻尼特性和幅频...     

微机电系统发展动向

微机电系统（MEMS）自1988年迄今,已从初期的探索、研究和创新阶段转向了生产与应用的成熟阶段．与此同时开辟了很多新领域．对于在今后5—10年中MEMS研究和发展的动向,专家们因其背景不同而看法各异,笔者选用现有实例来说明．从现在的趋势看,传统微机电系统的未来动向可以概括为4个方面．①把“传统”的、成型的MEMS元件或系统改进后,推向大规模应用,以支持持久的研究和开发;②传感器和微系统网络,当单一效能的系统在应用上建立后,可以开拓大型系统的应用;③新的材料,使用硅或半导体以外的许多材料制作特殊的微系统;④发展新的应用领域将是“非传统”的MEMS的主要动向,这些新的领域有生物研究和医药用仪器设备,微能源无线通讯和光通讯,环境保护和监测,以及纳米系统等．笔者根据一些从事MEMS教育和研究的人员的看法．对其发展动向作一简要报告,为MEMS计划工作者提供一些参考．     

静电型微继电器的设计与研究

静电型微继电器采用静电致动原理,以静电力作为触点吸合的驱动力。在分析纵向静电型微继电器工作原理和Pull-in模型的基础上,给出了当前国内外典型的静电型继电器结构,阐述了这些微继电器的技术特点、制造工艺及其主要性能参数。对静电型继电器触点的材料选取及其性能进行比较分析。分析了静电型继电器实用化存在的主要技术难题和进一步研究可能的方向。     

MEMS封装技术

MEMS封装是在微电子封装技术基础上发展起来的一项关键的MEMS技术.首先提出了MEMS封装设计的一些基本要求,包括封装等级、封装成本、环境影响、接口问题、外壳设计以及热设计等方面.在此基础上,介绍了键合技术、倒装芯片技术、多芯片封装以及3D封装等几种重要的MEMS封装技术,并给出了一个封装实例.最后进一步探讨了MEMS封装的发展趋势及研究动向.     

MEMS领域中形状记忆合金薄膜的研究与进展

总结了近年来微机电系统(MEMS)领域中,ti-Ni形状记忆合金(SMA)薄膜的制备与微加工工艺、形状记忆性能、加工性能、防腐耐磨性能及力学性能的研究进展,由此提出了MEMS领域中,SMA薄膜的使用要求和研究方向.     

串联RF MEMS开关的结构仿真

RF微机电系统(MEMS)开关“断”状态时的隔离度依赖于其几何结构参数,因而需对其尺寸进行优化设计以获得高的隔离度。利用有限元软件HFSS对串联RFMEMS开关模型进行微波特性分析,系统研究了“断”状态下,MEMS开关的隔离度、回波损耗与其信号线宽度(w)、信号线间距(d)、气隙高度(g)、接触层面积(A)等结构参数的关系。结果表明,较小的w、较大的d、较高的g和较小的A可获得具有较小回波损耗和较大隔离度的MEMS开关。其中信号线间距对微波性能影响最大,是RFMEMS开关结构设计考虑的主要因素。设计了g=3μm,d=60μm,A=80×100μm2,w=100μm一个RFMEMS开关,在5GHz时其回波损耗小于0.2dB,隔离度大于35dB。     

双稳态MEMS电磁微继电器响应速度的分析

本文设计了一种基于微机电系统(MEMS)技术的新型双稳态电磁微继电器,并对影响其响应速度的因素进行了分析.测试后,结果表明,器件在运行过程中的脉冲间歇期间能够保持稳定状态而无需额外功耗;并且能够实现通过调节运行幅度,来提高器件的响应速度,最短的响应时间可以达到0.3ms.     

新型静电驱动双向平动MEMS变形镜(英文)

设计了一种新型静电驱动双向平动的MEMS变形镜,其结构包括3部分:中央下电极,4个静电驱动杠杆结构以及反射镜面(上电极).该变形镜有两种驱动模式:向下驱动模式和向上驱动模式.在向上驱动时,4个杠杆结构实现了位移的放大;向下驱动时,利用了非线性弹性系数法扩展了镜面的平动范围.采用表面硅工艺完成了变形镜的加工.通过白光干涉仪对变形镜的测试表明:在向上驱动模式下,变形镜在驱动电压为31 V时位移达到1.1μm;在向下驱动模式下,变形镜在6 V的驱动电压下位移达到1.1μm.变形镜的总行程为2.2μm,达到了同样工艺下传统变形镜的3倍左右.     

静电致动圆形微泵膜片的变形计算

针对静电驱动微泵（micropump）多能量域系统仿真中存在计算量大的问题,基于弹性力学小挠度变形理论和微机电系统中的静电驱动理论,建立了静电力驱动下圆形微泵膜片（membrane）的变形曲面方程,采用伽辽金加权残值法得到膜片变形和泵腔容积变化的半解析式,结果显示膜片的变形和泵的容积变化与驱动电压的平方成正比．采用本文公式建立微泵系统宏模型（macromodel）或集中参数模型,有助于提高微泵系统仿真的计算效率．     

一种高制动效率大角度硅扭转微镜MEMS光开关的设计

提出了一种利用静电力制动扭转梁带动微镜旋转,从而实现二维开关功能的MEMS光开关.使用ANSYS和COVENTOR软件对器件结构进行了模态、静态和瞬态分析,并对微镜制动梳齿的位置、器件的尺寸和扭转梁结构进行了优化.通过在微镜下方设计大空腔实现微镜90°的大角度扭转,使用新型衬底梳齿和结合扭转梁设计实现高静电制动效率,将制动电压降至18V.引入背面梳齿提高开关响应速度,模拟结果表明,光开关具有毫秒量级响应时间.与其他设计相比,该设计的微镜具有扭转角度大、制动效率高且开关速度较快的优点.     

国外静电安全标准进展

本文从静电安全管理的视角梳理了ESD标准领域的类型及拓扑关系,以期为中国静电安全标准的发展提供借鉴.     

静电梳驱动RF MEMS滤波器动力学分析

静电梳驱动硅微机械滤波器在RF通信领域有重要应用。从振动力学的角度,对硅微机械滤波器的力电耦合动态特性进行分析。分析结果表明:硅微机械滤波器输出电压V_o(t)与梳状振子振动速度成正比。谐振状态下,静电力包含直流分量和倍频分量。直流偏置电压V_p可消除系统倍频振动,为后续检测电路设计提供便利。     

频闪干涉仪在微机电系统动态表征中的应用

微机电系统(MEMS)测试的主要目的是为工程开发中的设计和模拟过程提供数据反馈，其中一个重要方面就是MEMS器件动态特性的高速可视化．介绍了一种基于计算机控制的频闪干涉测试系统，用来测量可动MEMS器件的离面运动，实现了纳米级分辨力，该系统采用改进的相移干涉算法，使用一个大功率激光二极管(LD)作为频闪照明的光源，可以实现1MHz范围内大幅值(十几微米)的微运动测量，这种高离面灵敏度的测量方法特别适合进行微机械(光学)元件的动态特性测量．通过研究一个多晶硅微谐振器的动态特性说明了系统的强大功能。     

我国ESD标准研究进展、问题分析及对策建议

ESD危害涉及电子、石油、石化、汽车、国防和航空航天等众多领域,是影响产品质量、工程项目质量、安全生产和公共安全的重要因素,其标准化已得到众多国际组织的高度重视.本文对国内ESD领域国家标准、军用标准、行业标准的发展现状进行了全面调研,分析了表征研究对象类(TC或主题)标准化活跃程度的标准数量(S)和平均标龄(Y)等两个主要因子.通过对比国外标准发展现状,发现我国ESD标准发展存在主题类型不全面,标准体系不完善,管理体系标准适用面窄、时效性差,测试模型标准缺失等四方面的重要问题.建议从“产品-检测-认证-管理”等四个层次上,尽快对接国外先进标准,建设国家静电安全标准体系.     

Improved conductivity and capacitance of interdigital carbon microelectrodes through integration with carbon nanotubes for micro-supercapacitors

In the last decade,pyrolyzed-carbon-based composites have attracted much attention for their applications in micro-supercapacitors.Although various methods have been investigated to improve the performance of pyrolyzed carbons,such as conductivity,energy storage density and cycling performance,effective methods for the integration and mass-production of pyrolyzed-carbonbased composites on a large scale are lacking.Here,we report the development of an optimized photolithographic technique for the fine micropatterning of photoresist/chitosan-coated carbon nanotube (CHIT-CNT) composite.After subsequent pyrolysis,the fabricated carbon/CHIT-CNT microelectrode-based micro-supercapacitor has a high capacitance (6.09 mF.cm-2) and energy density (4.5 mWh.cm-3) at a scan rate of 10 mV.s-1.Additionally,the micro-supercapacitor has a remarkable long-term cyclability,with 99.9％ capacitance retention after 10,000 cyclic voltammetry cycles.This design and microfabrication process allow the application of carbon microelectromechanical system (C-MEMS)-based micro-supercapacitors due to their high potential for enhancing the mechanical and electrochemical performance of micro-supercapacitors.