基于绝缘液体充填封装RFMEMS开关特性分析

提出并设计一种采用绝缘液体充填封装的RF MEMS开关,分析其工作原理,并以高压油、蓖麻油、甘油为绝缘液体充填封装,仿真分析绝缘液体对RF MEMS开关的驱动电压、冲击速度、响应时间、开关电容等方面的影响。结果表明:绝缘液体充填封装有效地将驱动电压降为原来的1/εr,降低上极板对下极板的冲击速度。对3种液态封装材料性能分析,蓖麻油效果最好:阈值电压下降了一半,约为10 V;当驱动电压为20 V时,响应时间为40.6μs,优于高压油(91.3μs)、甘油(89.9μs),冲击速度约为1.26 m/s。     

RF MEMS压控振荡器的研制及相位噪声特性研究

利用RF MEMS可变电容作为频率调节元件,制备了中心频率为2 GHz的MEMS VCO器件.RF MEMS可变电容采用凹型结构,其控制极板与电容极板分离,并采用表面微机械工艺制造,在2 GHz时的Q值最高约为38.462.MEMS VCO的测试结果表明,偏离2.007 GHz的载波频率100kHz处的单边带相位噪声为-107 dBc/Hz,此相位噪声性能优于他们与90年代末国外同频率器件.并与采用GaAs超突变结变容二极管的VCO器件进行了比较,说明由于集成了RF MEMS可变电容,使得在RF MEMS可变电容的机械谐振频率近端时,MEMS VCO的相位噪声特性发生了改变.     

一种提高电容式力传感器线性度的结构设计

在MEMS电容式力传感器中,力被变换为电容的变化,再用电路检测电容的变化以反映力的信号。这种力-电容变换方式的一个缺点是在大量程下,由于电容变化量与极板位移之间的非线性,检测输出与被检测的力之间具有较为严重的非线性关系。本文提出一种用力-极板位移之间的非线性抵消极板位移-电容变化量之间的非线性的结构方式,用瑞利-里兹法计算了结构中具有"硬弹簧"特性的梁的受力与变形之间的非线性关系。实验结果表明,采用这种设计的结构非线性降低了约1/3。     

RF MEMS开关的静电斥力驱动研究

针对射频微机电系统(RF MEMS)开关工作时因介质充电而发生“粘连”失效的问题,提出了利用静电斥力驱动替代传统的静电引力驱动方式,使RF MEMS开关在工作时介质层不存在电势差,从根源上消除介质充电.通过COMSOL仿真软件,分析了静电斥力的产生机理,重点探究了静电斥力驱动结构中尺寸参数对可动极板位移的影响,并通过结构优化有效降低了驱动电压,为开关后续设计提供了参考.     

MEMS器件的计算机辅助设计方法和仿真研究

MEMS技术的进一步发展依赖于MEMS器件计算机辅助设计的发展和水平的提高。系统级仿真和多能量场耦合是MEMS器件计算机辅助设计的核心环节。提出了一种MEMS器件设计的参考方法,并对系统级仿真这一难点做了深入阐述。     

基于XML的MEMS设计过程描述语言

在分析和细化MEMS多种器件设计流程的基础上,建立了通用的MEMS Top-Down设计过程模型。参考工作流过程定义语言XPDL,并对其进行了扩展和修改,充分考虑微机械系统设计过程的特点,提出了一种基于XML的MEMS设计过程描述语言(MDPDL),介绍了其设计和实现的基本思想,用实例验证了该语言的有效性。     

一种结合温差式和风速计式的新结构MEMS热式流量计

在器件结构上结合了温差式和风速计式两种检测原理,设计并制造了一种新型结构的MEMS热式流量计.在对温差式流量计的灵敏度、量程等特性进行了有限元仿真的基础上,优化设计了器件结构.同时,提出了一种利用Matlab/Simu-link时域仿真实现热源控制电路设计的方法.采用MEMS微加工技术研制了新型结构的热式流量计.测试结果表明该新设计比传统MEMS热式流量计灵敏度提高近4倍.     

系统级设计方法及其在力学特性集成测试中的应用

随着对微尺度下MEMS材料力学特性研究的深入,片上集成测试方法应用愈加广泛.针对MEMS系统具有多能量域耦合的特点,应用基于MEMS宏模型技术的系统级设计工具来获得整个系统的行为特性已成为研究热点.概述了几种建立MEMS宏模型的基本方法,并对其中的节点法进行了详细阐述,利用CoventorWare软件设计了一种测试多晶硅杨氏模量的集成测试结构,首次将系统级设计方法引入集成测试结构的设计,提高了设计效率,仿真结果可靠.     

基于有限元分析的MEMS热电制冷器仿真设计研究

优化的结构对设计具有较高热电转换效率的微型MEMS热电制冷器具有重要的意义。应用伽辽金有限元法构造了热电效应的耦合控制方程组,通过计算机仿真,采用数值计算的方法考察了微型MEMS热电制冷器模型中P,N级材料长短,横截面积和基底材料厚度的变化对微型MEMS热电制冷器件热电转换效率的影响,对设计高效的微型MEMS热电制冷器件提供了一种理论依据。     

MEMS薄膜热流传感器研制

基于微加工技术设计制备了一种微机电系统(MEMS)薄膜热流传感器。采用COMSOL软件,对不同结构参数MEMS薄膜热流计进行仿真模拟,通过对仿真结果对比和分析,优化热流传感器的设计参数。根据优化的设计参数利用MEMS工艺制备薄膜热流计。搭建了标定系统,对所制备的MEMS薄膜热流计进行性能测试和标定。实验结果表明:薄膜热流计的电压输出响应曲线的变化趋势和仿真结果一致,此外,薄膜热流计的输出电压和热流密度呈良好的线性关系。     

Solid-based CAPP for surface micromachined MEMS devices

Process planning for a MEMS device is almost always conducted manually by the designer to date. As the structures of MEMS devices become more and more complicated, in order to release the designers from the hard and tedious work and speed up the development of MEMS products, such a situation should be changed. In this study, a solid based CAPP method for surface micromachined MEMS device is presented. With this method, a MEMS device is designed with a traditional CAD system, and its process planning is conducted automatically based on the solid model created. The process features with engineering semantics are extracted first. Then, the process layer model is constructed with each process layer of the model being coincident with the fabrication layer of surface micromachining. Finally, the masks are synthesized and the fabrication process is generated. Furthermore, to guarantee the manufacturability of the designed MEMS device, a systematic evaluation method is proposed. The proposed design and CAPP methods enable designers to concentrate on functional and shape design of MEMS devices.     

MEMS switches controlled multi-split ring resonator as a tunable metamaterial component

Based on the multisplit-ring resonator (MSRR) with MEMS switches, a tunable metamaterial component is proposed in this paper to realize multiband applications. Numerical simulations are carried out to verify the tunable capacity of the proposed structure. The simulated results show that the resonance frequency of the metamaterial component shifts to higher frequencies when the MEMS switches are at different states, and depends strongly on the place, state and microbeam height of MEMS switches. Moreover, the large tunable range can be obtained by controlling the up state or down state of MEMS switches, while the small tunable range can be obtained by controlling microbeam height of MEMS switches. That is, such controlling ways can realize both rough and minor tunable metamaterial component. The tunable method proposed in this paper is of great practical values in designing tunable metamaterial and negative refractive index material.     

A MEMS reconfigurable DGS resonator for K-band applications

A MEMS reconfigurable defected-ground-structure (DGS) resonator using two-dimensional (2-D) periodic DGS for coplanar waveguide (CPW) transmission line and RF MEMS series-resistive switches is proposed. The introduced MEMS reconfigurable DGS resonator has approximately a fixed bandwidth of 8.1 GHz over a wideband frequency range (K-band). The proposed structure can be designed easily for other frequency bands by changing the number of unit-cells of the 2-D PDGS. A cascaded two parallel-resonance circuit model for the MEMS reconfigurable DGS resonator has been introduced as well. The equivalent circuit parameters extraction methods have also been derived. Simulations based on the proposed circuit model are in a very good agreement with the electromagnetic (EM) simulations, which suggests that the MEMS reconfigurable DGS resonator is an inductive controlled reconfigured structure. The structure is designed in CPW environment on a high-resistivity silicon substrate. It is therefore suitable for monolithic integration with standard IC process.     

用于系统级仿真的MEMS器件宏模型研究现状

微机电系统(MEMS)的未来在于有稳定数量且不断壮大的新型产品能成功地转化为商品,这关键在于将计算机引入到MEMS设计、制造全过程。阐述了MEMS CAD的复杂性和困难。对MEMS CAD的分层设计思想作了简要介绍,着重对现有的MEMS器件宏模型的建模方法和模型的描述与其国内外研究现状与发展方向进行介绍和总结,认为宏模型研究的重点将是器件非线性特性的有效表达和建模过程自动化的计算机实现,并对今后的研究发展提出一些建议。     

阈值去噪与RBF神经网络在MEMS陀螺仪误差补偿中的应用

针对现有MEMS陀螺仪中随机误差较大,导致器件输出信噪比低进而影响其应用范围的现状,提出一种基于小波阈值去噪与梯度径向基( RBF)神经网络结合的MEMS陀螺漂移非平稳时间序列建模预测方法。首先采用Allan方差法分析了MEMS陀螺仪的主要随机误差,随后利用小波阈值去噪分离出MEMS陀螺误差模型中的白噪声及漂移误差,最后采用RBF神经网络对漂移数据进行建模。通过实验对文中所述的误差补偿方法进行验证,表明了方法的有效性,对于基于MEMS陀螺仪的惯导系统精度提高具有重要意义。     

基于永磁薄膜的MEMS磁传感器设计与制作

提出了一种基于永磁薄膜的新型MEMS磁传感器,磁传感器由MEMS扭摆、CoNiMnP永磁薄膜和差分检测电容等部分组成。分析了磁传感器的磁敏感原理和电容检测原理,提出了器件的结构参数并对器件进行了模态仿真。利用MEMS加工技术成功制作了MEMS磁传感器样品,并进行了测试。测试结果表明:得到的MEMS磁传感器的电容灵敏度可达到27.7 fF/mT,且具有良好的线性度。根据现有的微小电容检测技术,传感器的磁场分辨率可达到36 nT。     

Passive Reduced-Order Macromodeling Algorithm for Microelectromechanical Systems

In this paper, we present a passive reduced-order macromodeling algorithm for second-order dynamic systems of linear microelectromechanical systems (MEMS) devices. The proposed reduction algorithm is based on congruent transformations. The system equations of MEMS devices, given by finite-element methods (FEMs), are converted to state-space forms that are compatible with passive Krylov subspace methods. To achieve this, a modified matrix equation is proposed for second-order MEMS dynamics. In addition, the generalized procedure is provided for first-order heat transfer problems and second-order structure dynamic problems to ensure that the discretized FEM system satisfies all the necessary conditions to guarantee the passivity of the reduced-order system. Finally, numerical examples are provided to demonstrate the validity of the proposed passive reduction technique.     

小波阈值去噪和FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法

为解决MEMS陀螺输出信号中噪声大、随机漂移严重的问题,提出了一种小波阈值去噪和函数系数自回归FAR建模结合的MEMS陀螺数据处理方法。采用小波阈值去噪法对MEMS陀螺输出信号去噪,提高其信噪比;为克服常用的自回归AR模型无法解决MEMS陀螺随机漂移存在的非线性问题,引入FAR模型对MEMS陀螺的随机漂移进行建模。实验结果表明,此数据处理方法可有效抑制MEMS陀螺输出噪声,且与AR模型相比,FAR模型能更精确地对MEMS陀螺随机漂移进行建模及预测。     

基于ARMA建模的MEMS陀螺随机误差补偿改进算法研究

基于MEMS技术生产的MEMS器件,具有体积小、重量轻、成本低、耐冲击性、高可靠性等特点,它被广泛应用于动态水平测量装置当中。但是由于外界环境的干扰,MEMS器件的测量精度一直难以达到实际应用水平。分析了在动态水平测量当中影响MEMS器件测量精度的各种因素之后,提出了一种基于ARMA模型的针对MEMS陀螺器件随机误差补偿的改进型算法。以某型号的陀螺的随机误差为研究对象进行实验验证,结果表明,MEMS陀螺的测量精度在滤波之后有了明显的提高。经过改进后的卡尔曼滤波器和引入自适应渐消因子的卡尔曼滤波器,在静态环境下,它们的误差标准差分别降为原始误差的3.75%和4.8%,动态环境下的滤波精度也得到有效提高。证明该方法是可行的和有效的,具有较大的工程实践意义。