一种双稳态电磁型射频MEMS开关的设计与测试

设计了一种低电压驱动的双稳态电磁型射频MEMS开关.与驱动电压高这几十伏的静电型射频MEMS开关相比,其驱动电压可低至几伏,因此应用时无需增加电荷泵等升压电路.开关可在磁场驱动下实现双稳态切换,稳态时无直流功率消耗.分析了工作磁场的分布特点,进行了结构设计仿真;并使用HFSS软件和粒子群算法进行了射频参数仿真、结构参数优化及主要结构参数显著性研究,得出了影响开关射频传输性能的主要结构参数;采用表面牺牲层工艺制作了原理样机并进行了射频性能参数的测试.结果表明,开关样机在DC～3 GHz工作频率区间内,插入损耗小于0.25 dB,隔离度大于40 dB.     

锥形纤毛式MEMS矢量水听器的设计

微电子机械系统(MEMS)矢量水听器具有高灵敏度、低频探测能力和"8"字指向性等特点,在水下探测时表现出良好的性能。双层纤毛结构在相同悬臂梁负荷的前提下能够有效提高水听器的灵敏度,但在二次集成中仍然存在上纤毛发生偏斜的情况,并影响水听器的灵敏度和指向性。为了解决这一问题,提出了一种锥形纤毛式微结构。首先分析了双层纤毛式结构在实际操作中出现的一些问题,然后通过ANSYS仿真软件对锥形纤毛式微结构进行静力学分析、模态分析和流固耦合分析。最后,通过比较校准法对锥形纤毛式水听器进行灵敏度和指向性测试。测试结果显示,锥形纤毛式微结构不仅能避免二次集成中出现的问题,而且可以将灵敏度提高约0.9 dB,并将纤毛质量减小15%,展现出很好的工程应用前景。     

基于四螺旋梁-质量块的MEMS压电能量采集器北大核心

设计了一种四螺旋悬臂梁-质量块结构的压电能量采集器,将环境振动能转换为电能。采用有限元分析软件（COMSOL Multiphysics）建立结构模型,仿真结构固有频率,计算不同振动频率下器件的位移、应力、应变和电势以及不同加速度下的电压输出,仿真得到结构的一阶谐振频率为102 Hz,为后期测试提供指导。利用溶胶-凝胶工艺完成锆钛酸铅（PZT）压电薄膜的制备,通过微电子机械系统（MEMS）工艺和引线键合工艺完成器件结构制造,将四个螺旋梁上的压电单元串联以实现输出最大化。性能测试结果表明：器件固有频率为110 Hz,输出电压随加速度的增大而线性增大,3g加速度下输出电压峰峰值为140 m V。     

一种振动测量用电容式硅基MEMS加速度计

为了解决目前微电子机械系统(MEMS)加速度计在振动测量领域量程小和振动测量精度低等问题,基于绝缘体上硅(SOI)加工工艺,设计并制作了一款梳齿电容式MEMS加速度计。通过提高工作模态频率和干扰模态频差,提升了加速度计振动环境适应性;加速度计量程达到±50g,非线性度0.2%,横向灵敏度0.17%,分辨率优于0.5mg,体积9 mm×9 mm×2.7 mm,功率损耗30 mW。针对随机振动环境对加速度计的输出精度进行了实验验证,结果表明,MEMS加速度计与标准传感器的输出误差为2.69%,能够满足大部分工程应用需求。     

一种新型MEMS压阻式SiC高温压力传感器

提出采用SiC材料来构造特殊环境下使用的MEMS压阻式高温压力传感器。分析了国际上特种高温压力传感器发展的主流趋势和技术途径,根据该领域应用需求、SiC材料特点和成本的多方权衡,开发了压阻式SiC高温压力传感器。通过理论模型结合ANSYS软件进行敏感结构的仿真和设计,解决了SiC压力传感器加工工艺中材料刻蚀、耐高温金属化、敏感电阻制备等关键技术难点,最终加工形成SiC高温压力传感器芯片。经过高温带电测试,加工的SiC压力传感器能够在550℃的环境温度下、700 kPa压力范围内输出压力敏感信号,传感器非线性指标达到1.054%,芯片灵敏度为0.005 03 mV/kPa/V,证明了整套技术的有效性。     

用于X波段移相器的RF MEMS开关设计

针对某片上集成开关线式MEMS移相器设计了一款串联接触式悬臂梁开关。该移相器要求结构紧凑,工作频段为X波段,工作电压低于27V。利用Ansoft HFSS软件仿真分析了开关关键结构参数对电磁性能的影响,包括传输线断开间距d,接触金属与传输线之间的垂直间距h,接触金属的宽度B,总结了各参数对开关电磁性能的影响趋势,确定了本设计中各结构参数的最优取值;利用MEMS CAD软件CoventorWare对初始设计的开关进行机电耦合仿真,确定了开关的详细结构参数。仿真结果表明,设计的串联接触式悬臂梁开关驱动电压约为18V;中心频率为10GHz时,开关闭合态回波损耗为0.02dB,隔离度为36dB,导通态下,插入损耗为0.028dB。     

一种非谐振式MEMS电磁能量收集器

介绍了一种新型非谐振式微电子机械系统(MEMS)电磁振动能量采集器的设计、微加工和表征测试.该能量收集器由MEMS结构、线圈、小型化NdFeB磁体和陶瓷基板组成.建立结构模型对结构固有频率、位移和应力进行仿真.利用MEMS技术制备能量收集器结构和Al线圈等关键部件,并结合嵌有永磁体的陶瓷基板进行组装,在组装过程中使用C...     

悬臂梁接触式RF MEMS串联开关工艺设计

报道了一款用于X波段的悬臂梁接触式RF MEMS串联开关的微加工工艺设计。首先,介绍了该悬臂梁接触式MEMS串联开关的基本工作原理;然后,简单描述了其结构组成和尺寸参数;最后,对掩膜版和对位标记的设计做了相应介绍。工艺方案设计包括初步工艺设计和根据实际加工条件的方案优化设计。初步工艺方案中加工步骤繁琐并需要两层牺牲层,制作难度大,难以保证较高的成品率。考虑实际加工条件的优化设计,采用聚酰亚胺作为牺牲层,使得牺牲层减少到一层。利用PECVD工艺沉积SixNy和溅射Au工艺得到了悬臂梁结构,简化了工艺流程,可提高工艺成品率。     

引信MEMS延时保险机构性能仿真分析

引信保险机构是否具有延时功能以区分后坐跌落和发射两种不同环境是引信保险机构的关键性能指标之一。基于MEMS制造工艺,结合引信安保机构安全性能的设计准则,提出了一种具有延时解保功能的MEMS引信保险机构。采用动力学仿真软件对后坐机构在跌落(15 000g和20 000g两种情况,300μs)和发射(10 000g,10ms)两种环境下的运动和动态特性进行仿真,并分析其结果曲线。结果表明,该保险机构在垂直跌落情况下(最不利的情况)不会解保,在发射后坐力的作用下则可安全解除保险,证明了该MEMS引信保险机构具有延时解保功能并且可以有效区分跌落和发射两种不同环境。     

基于MEMS的压阻式一体化矢量水听器

随着水下探测技术的发展,为满足水听器更精准的定位和更远距离的探测要求,提出了一种基于微电子机械系统(MEMS)的压阻式一体化矢量水听器.设计了一套能够将硅纤毛与二氧化硅悬臂梁相集成的工艺方案,以期解决长期以来由于纤毛二次集成带来的一致性误差.对水听器的性能进行有限元仿真分析,通过应力仿真得出理论上能够将其灵敏度提高约1...     

宽范围可调MEMS集成滤波器的设计与制作

基于MEMS平面螺旋电感和MEMS可调平行板电容设计并制作了一种宽可调范围的集成可调带通滤波器。理论分析并计算了可调滤波器电感和可调电容的取值范围,利用HFSS设计得到各元件结构参数,并使用AnsoftDesigner分析软件对可调滤波器电路进行了模拟仿真。设计得到的可调滤波器中心频率调节范围为400～700MHz,可调率达75%,实现了宽范围可调,3dB相对带宽范围为5%～10%,插入损耗小于5dB,芯片尺寸为20mm×6mm×0.4mm。给出了一套基于MEMS平面工艺的MEMS集成可调滤波器的制作流程,实现了MEMS集成可调滤波器的工艺制作及测试。测试结果表明,获得的可调滤波器实现了通带频率宽范围可调。     

焊料键合实现MEMS真空封装的模拟

结合典型的焊料键合MEMS真空封装工艺,应用真空物理的相关理论,建立了封装腔体的真空度与气体吸附和解吸、气体的渗透、材料的蒸气压、气体通过小孔的流动等的数学模型,确定了其数值模拟的算法．通过实验初步验证了模拟结果的准确性,分析了毛细孔尺寸对腔体和烘箱真空度的影响,实现了MEMS器件真空封装工艺的参数化建模与模拟和仿真优化设计．     

基于微机械圆盘谐振器的振荡器

基于微机械谐振器的硅振荡器是微波通信系统中的关键器件。制作了工作于径向体声学振动模态的微机械谐振器,通过分析微机械谐振器的电参数,并以此谐振器为基础进行振荡器的设计。针对圆盘形微机械谐振器工作过程中阻抗较大的问题,通过多级放大来补偿信号经过谐振器时引起的衰减和相位变化。振荡器包括两部分放大电路,基本振荡回路的多级放大保证振荡器正常起振,输出多级放大保证振荡器的输出达到一定的功率。所设计的振荡器阻抗44kΩ,振荡频率143.33MHz,为大阻抗条件下振荡器的设计提供一定的参考。     

用MEMS光开关实现高性能光互连网络

建立了1Gbps传输结构的高性能光互连网络，来提高计算机群系统的网络性能。它利用微机电系统(MEMS)光开关和PCI总线全带宽网络接口卡构成光互连链路。全带宽PCI接口卡总线峰值传输速率为132Mbytes／s，光信号传输速率可达1Gbps以上。用MEMS制做的全光开关减少了光—电之间的转换，提供的开关方式与数据的波长、速率和信号格式无关。因而，利用这种网络结构，可以最大限度地减少网络延迟和网络通信开销，极大地提升了机群系统的总体性能。     

MEMS THz滤波器的制作工艺

基于MEMS技术制作了太赫兹(THz)滤波器样品,研究了制作滤波器的工艺流程方案,其关键工艺技术包括硅深槽刻蚀技术、深槽结构的表面金属化技术、阳极键合和金-硅共晶键合技术。采用4μm的热氧化硅层作刻蚀掩膜,成功完成了800μm的深槽硅干法刻蚀;采用基片倾斜放置、多次离子束溅射和电镀加厚的方法完成了深槽结构的表面金属化,内部金属层厚度为3~5μm;用硅-玻璃阳极键合技术和金-硅共晶键合技术实现了三层结构、四面封闭的波导滤波器样品加工。测试结果表明,研制的滤波器样品中心频率138GHz,带宽15GHz,插损小于3dB。     

电阻悬浮的MEMS热膜式气体流量传感器设计

设计了一种新型电阻悬浮结构的热膜式气体流量传感器,具有测量精度高、灵敏度好、抗压能力强、微加工工艺简单等特点。采用ANSYS软件对传感器芯片在不同流速下的温度场进行了有限元仿真,得出了上下游温差与流速的关系曲线。通过比较热膜电阻非悬浮与悬浮时的导热损失和压力分布,得到了将热膜电阻悬浮的流量传感器的性能要优于一般传感器的结论,其灵敏度为一般传感器的3.6倍。分析表明,传感器的响应时间仅为0.17 ms,比一般传感器快了好几倍;流速在0～0.5 m/s和0.5～2.5 m/s时,传感器输出信号都有较好的线性度,使其能够应用于小流量和大流量的测量当中;流道高度为150μm时,流量为0～2.7 L/h。根据工艺条件和仿真结果,确定了传感器芯片的结构尺寸和微加工工艺流程。     

高灵敏度Si基纤毛式MEMS湍流传感器

为了满足湍流探测高灵敏度、高分辨率的要求,提出了一种新型纤毛微电子机械系统(MEMS)湍流传感器。基于MEMS技术制作了硅十字梁敏感受力结构,通过橡胶探头的受力振动传递水中的湍流信号,凭借传感器头部的导流罩来保证传感器的高分辨率探测。对MEMS湍流传感器进行理论和仿真分析,其一阶共振频率达到481.04 Hz。经过海洋环境模拟机测试实验,结果显示其在50 MPa压力下保持了完好的结构和良好的性能,验证了其水下的可靠性。在湍流实验平台进行测试,通过比较标定法得出其灵敏度为1.92×10^-4 V·m·s^2/kg,满足海洋湍流测试要求。