X波段MEMS可变电容的设计与制作

对一种适合于X波段通信系统的RF MEMS可变电容进行了结构设计和工艺实现。该电容用高阻硅作为衬底材料,采用凹形和T形梁结构,整个结构由金材料组成;静电驱动,采用驱动信号与微波信号分离的方法。用有限元分析软件Ansys对该电容进行了模拟,随着驱动电压的变化,电容上极板产生位移变化,电容值相应地发生变化;设计了相应的工艺流程,实现了X波段MEMS可变电容的工艺制作和测试,该工艺与集成电路工艺兼容。S参数测试结果表明,在9GHz时Q值可达32.5,电容调节范围为28.8%。     

高阻硅基铝硅合金弹性膜MEMS相移器

级联式MEMS相移器可通过悬浮于共平面波导之上的微机械可调电容的变化,来改变传输线的特性阻抗和相速,达到相移的目的.文中讨论了MEMS相移器特性对微机械电容和下拉电压的要求,并通过轻质量的铝硅合金弹性膜,获得了较低的下拉电压.测试结果表明,相移器的下拉电压不大于40V,且当控制电压大于10V时,即有明显的相移.该MEMS相移器制备于电阻率大于4000Ω*cm的高阻硅衬底上,获得了较好的传输特性,在整个测试频段1～40GHz,S21均小于3dB,并在25V时获得了大于25°的相移量.     

高阻硅基铝硅合金弹性膜MEMS相移器

级联式MEMS相移器可通过悬浮于共平面波导之上的微机械可调电容的变化,来改变传输线的特性阻抗和相速,达到相移的目的.文中讨论了MEMS相移器特性对微机械电容和下拉电压的要求,并通过轻质量的铝硅合金弹性膜,获得了较低的下拉电压.测试结果表明,相移器的下拉电压不大于40V,且当控制电压大于10V时,即有明显的相移.该MEMS相移器制备于电阻率大于4000Ω*cm的高阻硅衬底上,获得了较好的传输特性,在整个测试频段1～40GHz,S21均小于3dB,并在25V时获得了大于25°的相移量.     

用于射频领域的高调节范围MEMS压控电容

在分析了传统平行极板MEMS压控电容的基础上,提出了一种新型的高调节范围MEMS压控电容。与传统的平行极板电容不同的是,它由三对极板构成。其中一对是起电容作用的极板,另外两对是控制极板。交流信号通过电容极板传输,而直流控制电压施加在控制极板上。使用有限元分析软件Ansys对该电容进行了模拟,得出其调节范围达214％,大大超出了传统的平行极板电容在调节范围上的自然限制(50％)。另外,设计了该电容的工艺流程。其工艺流程较简单,很容易集成在标准的RF电路中。     

硅基铝T形梁MEMS可变电容的设计与模拟

提出了一种新颖的运用于射频通信系统VCO中的RFMEMS可变电容。该电容使用平行板和T形梁结构,使用硅衬底,整个结构由铝材料组成,结构简单,与集成电路工艺兼容,从而能够实现片上可变电容。通过静电力驱动上极板向下运动,电容值相应地发生改变,当上极板加电压从2.4V变化到4.3V时,电容值从0.25pF变化到0.33pF,变化率为中心电容的27%。使用Coventor软件对该器件进行了模拟,给出的模拟结果包括容量、调节范围、瞬时响应、Pullin电压和运用该可变电容的VCO的电路模拟。     

高调节范围RF MEMS压控电容的设计与模拟

对传统平行极板MEMS压控电容的局限性进行了理论分析,提出了一种新型的高调节范围MEMS压控电容.它的特点在于使用了三对极板,其中的一对是电容极板,另外两对是控制极板.电容极板用于传输交流信号,而直流控制电压施加在控制极板上.使用有限元分析软件Ansys对其进行了建模与仿真,得出其调节范围高达214%,大大超出了传统的平板电容在调节范围上的自然限制(50%).设计了该电容的工艺流程.其工艺流程比较简单,很容易集成在标准的CMOS集成电路中.     

高调节范围RF MEMS压控电容的设计与模拟

对传统平行极板MEMS压控电容的局限性进行了理论分析,提出了一种新型的高调节范围MEMS压控电容.它的特点在于使用了三对极板,其中的一对是电容极板,另外两对是控制极板.电容极板用于传输交流信号,而直流控制电压施加在控制极板上.使用有限元分析软件Ansys对其进行了建模与仿真,得出其调节范围高达214%,大大超出了传统的平板电容在调节范围上的自然限制(50%).设计了该电容的工艺流程.其工艺流程比较简单,很容易集成在标准的CMOS集成电路中.     

高调节范围RFMEMS压控电容的设计与模拟

对传统平行极板MEMS压控电容的局限性进行了理论分析，提出了一种新型的高调节范围MEMS压控电容，它的特点在于使用了三对极板，其中的一对是电容极板，另外两对是控制极板，电容极板用于传输交流信号，而直流控制电压施加在控制极板上，使用有限元分析软件Ansys对其进行了建模与仿真，得出其调节范围高达214％，大大超出了传统的平板电容在调节范围上的自然限制(50％)，设计了该电容的工艺流程，其工艺流程比较简单，很容易集成在标准的CMOS集成电路中。     

基于MEMS工艺的电热致动器研究进展

基于MEMS工艺的电热致动器具有与集成电路兼容的驱动电压、大的致动位移和致动力,比静电致动器、压电致动器和磁致动器有更大的优势,是现阶段致动方式的研究热点.高精度、高可靠度、可控和稳定性好的电热致动器是未来研究的新方向.针对MEMS微加工工艺制作的固体材料电热致动器,综述了电热致动器的结构形式、典型应用、模型建立以及测试方法的研究现状和主要研究成果.对电热致动器的结构设计、建模分析和测试技术方面的关键技术和存在的主要问题进行了分析和展望,以期为基于MEMS工艺的电热致动器的设计、分析和测试提供借鉴和参考.     

分割电极片状压电致动器——(二)位移特性及狭缝宽度对其影响的实验研究

研究了悬臂梁式分割电极片状压电致动器的位移特性。理论分析表明，分割电极狭缝宽度会减小致动器自由端的位移输出，但当狭缝宽度小于致动器电极宽度的１０％时，可忽略狭缝宽度的影响。致动器端部位移的测试结果大于理论计算值。与现有磁头悬浮臂尺寸相近的致动器，在２０Ｖ～５０Ｖ的电压驱动下均可获得１μｍ～２μｍ的致动位移。对９８５０道／厘米的密度磁盘，该位移能覆盖至少一个磁道宽度，满足磁头定位两级伺服系统对第二级致动器位移的基本要求。     

Pulse drive and capacitance measurement circuit for MEMS electrostatic actuators

In this paper we present an electronic circuit for position or capacitance estimation of MEMS electrostatic actuators based on a switched capacitor technique. The circuit uses a capacitive divider configuration composed by a fixed capacitor and the variable capacitance of the electrostatic actuator for generating an output signal that is a function of the input voltage and capacitive ratio. The proposed circuit can be used to simultaneously actuate and sense position of an electrostatic MEMS actuator without extra sensing elements. This approach is compatible with the requirements of most analog feedback systems and the circuit topology of pulsed digital oscillators.     

基于光学聚焦方法的热驱动微执行器位移测量

随着微机电系统（MEMS）设计日趋成熟,度量问题越来越成为微系统技术中的热点。使用改进的拉普拉斯求和方法（SML）和深度估计法来测量热度驱动微夹持器末端的弯曲程度。实验中,使用了10幅在42℃时微夹持器的水下工作图像来验证这种光学聚焦方法,结果证明使用光学聚焦方法可以测量出作为驱动器反馈输入的末端弯曲大小,实现对驱动器运动的精确控制。     

弯曲悬臂梁静电执行器驱动特性的实验研究

研究了一种弯曲悬臂梁静电执行器。该悬臂梁一端固支 ,另一端自由翘离基底。在静电力作用下 ,悬臂梁粘连的位置和长度会改变 ,使得执行器的电压 位移特性严重依赖加载历史。研究了在不同电压加载方式下 ,悬臂梁粘连点、端部位移的变化 ,以及这种变化对驱动电压的影响。实验研究了悬臂梁在方波电压下的振动 ,并设计实验系统测量了吸下和弹起时间     

低驱动电压电容式RF MEMS开关结构设计优化

RFMEMS开关将成为微波、高频信号控制的关键器件。针对其驱动电压过高,不能满足现代通信系统低电压的要求,推导了电容式RFMEMS开关驱动电压的理论公式;基于降低开关柔顺结构的弹性系数、驱动电极上极板与可变电容上极板分离的思路,优化设计了三种具有不同的连接梁和支撑梁结构形式的开关微桥柔顺结构。第一种结构为驱动电极板和电容上极板之间以双直梁连接;第二种结构以一组弹性折叠梁代替结构一中的双直梁;第三种结构是在结构二的基础上,改变了起支撑作用的弹性折叠梁的方向。使用MEMS CAD软件CoventorWare对开关结构进行了机电耦合仿真,仿真结果表明开关的驱动电压小于3V。     

LC大功率滤波器

传统LC滤波器采用聚四氟乙烯印制板做为电容或另加栽电容周为聚四氟乙烯板材的导热性能不好,如果板材太薄功率耐压值又不够,所以一般可承受功率在几百瓦。为了进一步提高LC滤波器的功率容量,本文利AnsoftDesigner软件对滤波器进行仿真,采用导热性能更好的AL203陶瓷基板电容替代聚四氟乙烯印制板,并对AL203瓷基板和聚四氟乙烯板温升进行简单的计算,以225MHz-500MHz带通滤波器为例,设计了一种LC大功率滤波器,此滤波器可承受功率大于2000瓦。     

静电梳齿驱动器薄膜变形反射镜

提出一种大冲程静电梳齿驱动器微机械薄膜变形反射镜,理论上研究了静电梳齿驱动器微机械薄膜变形反射镜的静电驱动力和变形位移与驱动电压的关系,分析了变形反射镜的驱动稳定性,比较了平板电容驱动器与纵向梳齿驱动器的驱动能力.结果表明,变形反射镜的静电驱动力和变形位移没有关系;在相同的面积下,纵向梳齿驱动器的驱动力比平板电容驱动器的驱动力大很多.     

A new MEMS based variable capacitor with wide tunability,high linearity and low actuation voltage

We have proposed a new RF MEMS variable capacitor to achieve high linearity, wide tunability and low actuation voltage. The idea is based on increasing the linear region in the gap between the plates of the capacitor. It is done by adding a fixed-fixed beam below the fixed-free beam. The fixed-free beam is one plate of the capacitor. The voltage is applied to the fixed-free beam. In the vicinity of the pull-in voltage, the fixed-free beam losses its equivalent stiffness. The fixed-fixed beam is located in the vicinity of pull in situation of the fixed-free beam. This condition increases the equivalent stiffness of the fixed-free beam and allows the beam to continue moving down linearly and consequently increases the maximum capacitance of the structure. Geometrical and material property effects of the second beam on the linearity, tunability and voltage are investigated. The governing nonlinear equation for static deflection of the beam based on the Euler–Bernoulli beam theory has been presented.     

Two movable-plate nitride-loaded MEMS variable capacitor

A microelectromechanical systems (MEMS) variable capacitor having two movable plates loaded with a nitride layer is proposed. A trench in the silicon substrate underneath the capacitor is used to decrease the parasitic capacitance. The use of an insulation dielectric layer on the bottom plate of the MEMS capacitor increases the capacitor's tuning range and eliminates stiction. Experimental and theoretical results are presented for two capacitors having different capacitance values. The measured tuning range is found to be 280% at 1 GHz. The achievable tuning range far exceeds that of the traditional parallel-plate MEMS variable capacitors. The proposed MEMS variable capacitor is built using the MetalMUMP's process.