弛豫铁电单晶三轴加速度传感器

该文提出了一种适用于低频测试的弛豫铁电单晶三轴加速度传感器的结构形式,加速度传感器每个坐标轴由一个单晶弯曲梁敏感元件组成。通过有限元仿真分析了弯曲梁结构中的单晶层厚度、基梁金属层厚度及基梁材料等结构尺寸参数对谐振频率及加速度灵敏度的影响,找到最优结构尺寸,研制了弛豫铁电单晶三轴加速度传感器样品并进行测试。测试结果表明,弛豫铁电单晶三轴加速度传感器各个方向的一致性良好,加速度灵敏度达86.1 mV/(m·s^-2),可以工作在10～400 Hz的低频段。     

MEMS压电式矢量水听器仿真与结构优化

针对微机电系统(MEMS)矢量水听器灵敏度低的问题,该文主要采用有限元频域分析法对一种新型结构的MEMS压电式矢量水听器进行了仿真与结构优化。对于一种新型具有U形槽悬臂梁结构的加速度灵敏度随压电层厚度或频率的变化进行了研究,优化了结构参数,提高了灵敏度。结果表明,当硅梁厚为16 μm,压电层厚为硅梁的51%时,可使结构的加速度灵敏度达最大。与单臂悬臂梁结构相比,双U形槽结构的加速度灵敏度及相应的矢量水听器灵敏度提高了11 dB。     

横向加速度传感器设计及特性研究

一般微机械加工的梁──岛结构加速度传感器，梁的平面都是与器件平面平行的，因此只能测量器件平面法向的加速度分量．我们提出了一种制作梁平面与器件平面相垂直的梁──岛结构的微机械加工方法，并用以设计和制造了一种可测量平行于器件平面的加速度分量的横向加速度传感器，为研制三维加速度传感器提供了新思路．     

准LIGA微加速度开关的研制

阐述了一种主要由质量块、折叠梁结构、触点电极和自锁/解锁机构组成的微型加速度开关的研制过程.设计过程中采用有限元软件Ansys进行结构模拟计算,确定了合适的结构参数;以硼硅玻璃为基底,采用准LIGA和牺牲层技术,分三层制作完成.经测试,开关性能较好,满足设计要求.     

硅微结构加速度传感器空气阻尼的研究

本文从理论上和实验上对硅压阻式加速度传感器的三种结构：悬臂梁、四梁和双岛－五梁的空气阻尼问题进行了研究．在这三种结沟中，四梁结构的质量块具有平行的运动方式，但是悬臂梁和双岛－五梁结构中的质量块既有平动又有转动，对这种非平动状态的空气阻尼的分析尚未见报道．本文从决定平板运动阻尼特性的Ｒｅｙｎｏｌｄｓ方程出发。在平板平动情况解的基础上推导了非个动板的阻尼力以及双面阻尼的阻尼力．用这些结果对三种结构进行了单面和双面阻尼设计，实验结果与理论分析相符．     

准LIGA微加速度开关的研制

阐述了一种主要由质量块、折叠梁结构、触点电极和自锁 /解锁机构组成的微型加速度开关的研制过程。设计过程中采用有限元软件Ansys进行结构模拟计算 ,确定了合适的结构参数 ;以硼硅玻璃为基底 ,采用准LIGA和牺牲层技术 ,分三层制作完成。经测试 ,开关性能较好 ,满足设计要求     

一种压电单晶矢量水听器的性能建模与分析

针对加速度型矢量水听器在低频段灵敏度偏低问题,根据铌锌酸铅-钛酸铅(PZN-PT)压电单晶的性能特点,设计了一种双悬臂梁结构压电单晶矢量水听器。建立了有限元模型,对矢量水听器的振动模态和接收性能进行了仿真计算,重点分析了几个主要材料和尺寸参数对水听器自由场灵敏度的影响。理论计算表明,采用压电单晶PZN-PT的矢量水听器经优化后其灵敏度可达-190 dB@250 Hz,与压电陶瓷PZT-5A的水听器相比,灵敏度提升了15 dB以上。     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

一种硅四层键合的高对称电容式加速度传感器

提出了一种利用体微机械加工技术制作的硅四层键合高对称电容式加速度传感器.采用硅/硅直接键合技术实现中间对称梁质量块结构的制作,然后采用硼硅玻璃软化键合方法完成上、下电极的键合.在完成整体结构圆片级真空封装的同时,通过引线腔结构方便地实现了中间电极的引线.传感器芯片大小为6.8mm×5.6mm×1.68mm,其中敏感质量块尺寸为3.2mm×3.2mm×0.84mm.对封装的传感器性能进行了初步测试,结果表明制作的传感器漏率小于0.1×10-9cm3/s,灵敏度约为6pF/g,品质因子为35,谐振频率为489Hz.     

准LIGA微加速度开关的研制

阐述了一种主要由质量块、折叠梁结构、触点电极和自锁／解锁机构组成的微型加速度开关的研制过程。设计过程中采用有限元软件Ansys进行结构模拟计算，确定了合适的结构参数；以硼硅玻璃为基底，采用准LIGA和牺牲层技术，分三层制作完成。经测试，开关性能较好，满足设计要求。     

环境振动测量电容式加速度传感器设计

设计了一种用于环境振动测量的高分辨率电容式加速度传感器,通过适当减小质量块的质量,不改变敏感电容的大小,降低了实现加速度传感器闭环控制对多晶硅固定电极刚度的要求,采用简单的加工工艺,多晶硅固定电极刚度就能满足加速度传感器闭环控制的需要.通过在传感器的三层电极上都刻蚀阻尼孔,减小阻尼,提高传感器的品质因子,传感器能提供μɡ级的分辨率.     

静电执行的MEMS多层膜材料参数在线提取方法

基于静电执行结构,结合能量法,推导出不等宽多层两端固支梁在静电作用下发生吸合(pull-in)现象时吸合电压的解析表达式,并用数值方法进行了拟合修正,用Coventorware软件进行的模拟表明所得拟合表达式具有较高的精度.由于吸合电压与梁的材料参数和几何尺寸有关,通过改变梁的几何尺寸可以得到不同的吸合电压值,从而得到梁各层材料的参数,即多层膜各层的材料参数     

静电执行的MEMS多层膜材料参数在线提取方法

基于静电执行结构,结合能量法,推导出不等宽多层两端固支梁在静电作用下发生吸合(pull-in)现象时吸合电压的解析表达式,并用数值方法进行了拟合修正,用Coventorware软件进行的模拟表明所得拟合表达式具有较高的精度.由于吸合电压与梁的材料参数和几何尺寸有关,通过改变梁的几何尺寸可以得到不同的吸合电压值,从而得到梁各层材料的参数,即多层膜各层的材料参数.     

单片集成三轴加速度传感器

基于硅压阻效应原理,单片集成三轴加速度传感器通过双惯性质量块和六梁结构组成敏感结构,其中四个L型梁对称布置用来测量x和y轴加速度;中间的对称双梁测量z轴加速度。通过工艺兼容技术,在同一芯片上制作出MEMS敏感结构和CMOS信号处理电路。利用ANSYS软件对所设计的结构进行了应力模拟分析,并对产品的加工工艺进行了描述。通过对研制出的单片集成三轴加速度传感器进行性能测试,验证了模拟分析的合理性,最终产品满足设计要求。所研制的产品具有体积小、可靠性高、易于批量生产等优点,可广泛应用于导航系统、汽车工业以及消费电子产品等领域。     

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RF MEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.     

RF MEMS开关吸合电压的分析

吸合电压是MEMS静电执行器的重要参数,针对RF MEMS开关,详细分析了开关在不同执行方式下的吸合电压.对于执行电压是脉冲方式而言,开关梁受迫振动,不同于准静态方式,此时使开关发生吸合的执行电压为动态吸合电压,计算表明比准静态吸合电压小8%.通过简化的弹性系数和精确的电容计算公式,详细分析了基于CPW的双端固支梁开关的准静态和动态吸合电压.分析了环境阻尼对动态吸合电压的影响,阻尼使得开关的两种吸合电压差别变小.最后分析了射频输入功率对开关吸合电压的影响,射频输入功率会降低吸合电压,如果输入功率足够大,吸合电压将会降为零,此时MEMS开关会发生自执行失效.     

MEMS压阻加速度传感器阻尼特性研究

研究了空气阻尼对MEMS压阻加速度传感器性能的影响,建立了传感器动力学模型和空气阻尼模型,分析了空气间隙大小与传感器阻尼系数的相互关系,通过控制空气间隙可以达到控制加速度传感器阻尼的目的。根据分析结果设计了三明治结构封装的传感器,应用有限元仿真软件,对传感器的应力和应变进行了仿真计算,完成传感器结构参数设计;采用MEMS体硅加工工艺和圆片级封装工艺,制作了MEMS压阻加速度传感器。测试结果表明,采用三明治结构封装形式,可以控制压阻加速度传感器的阻尼特性,为提高传感器性能提供了途径。     

一种半岛型结构谐振梁压力传感器

提出了一种新型结构压力传感器,器件由上下两硅片键合而成,上硅片制作半岛型结构氮化硅谐振梁,下硅片制作矩形压力膜.应用有限元软件对器件结构及灵敏度进行了计算机模拟分析,器件利用MEMS技术研制并采用电热激励压阻拾振方式进行了测试.实验及理论模拟分析结果证实新型结构可以大大提高压力传感器灵敏度.     

基于主动约束阻尼层的次镜支撑结构设计

为了提高空间望远镜次镜支撑结构的动力学性能,利用主动约束阻尼层对次镜支撑结构进行了设计,主动约束阻尼层在柔性结构表面覆盖阻尼材料和压电陶瓷材料,是对柔性结构进行振动抑制的有效手段。首先建立了主动约束阻尼层的有限元模型,采用比例微分控制算法对压电陶瓷进行闭环控制,分析了阻尼材料厚度和控制增益对支撑结构阻尼特性的影响,结果表明增大阻尼层厚度或增大控制增益能够提高结构阻尼特性,但增大阻尼层厚度同时也会降低压电陶瓷的驱动性能。对空间望远镜整体结构的分析结果显示,覆盖主动约束阻尼层后支撑结构的固有频率会略微降低,但是次镜位置的频率响应明显下降,次镜的面型精度也有提高。     

具有非平面埋氧层的新型SOI材料的制备

提出一种基于SDB技术的非平面埋氧层SOI材料制备方法.其关键技术包括:通过干法刻蚀、高压氧化和淀积二氧化硅获得高质量非平面埋氧层;通过化学气相淀积多晶硅来形成键合缓冲层,并运用回刻光刻胶和化学机械抛光来实现键合面的局部和全局平坦化;通过室温真空贴合、中温预键合和高温加固键合来进行有源片和衬底片的牢固键合.基于该技术研制了有源层厚度为21μm、埋氧层厚度为0.943μm、顶面槽和底面槽槽高均为0.9μm的具有双面绝缘槽结构的非平面埋氧层新型SOI材料.测试结果表明该材料具有结合强度高、界面质量好、电学性能优良等优点.