利用微运动分析仪研究MEMS器件的运动特性

介绍了一种计算机控制的微运动分析仪（MMA）,用来研究微机电系统（MEMS）中可动部件的运动特性。它采用了2种光学无损测量方法：计算机微视觉方法用于面内运动测量;相移干涉方法用于离面运动测量。这个高度集成的系统包括了高性能成像系统、驱动电路、数据采集和分析软件。MMA利用频闪照明方法冻结器件的快速运动,可以测量1Hz～10MHz频率的三维运动特性,达到了nm级分辨力。通过研究一个微加工多晶硅微谐振器的运动特性来说明MMA的强大功能。     

多光束共焦三维测量系统误差的标定及校正

由于具有 非接触、精度高、测量速度快的特点,多光束共焦测量已经成为一种重要的光学三维测量手段。文章分析了系统中存在的像差,并对第二类像差（焦平面弯曲） 提出了测量和标定的方法,即通过测量平面镜来获取系统误差,通过对测量结果的球面拟合来进行标定,利用值即可进行系统误差的校正。采用此种方法可简光学系统设计,降低系统制造费用。最后给出了试验的结果。     

基于压电材料的引线键合微夹持器设计

引线微夹持器是IC/LED键合系统的关键模块.该文综合采用压电智能材料与柔性联接的组合结构,设计了键合系统的引线微夹持器.利用有限元法,计算了微夹持器的振动模态与静力特性,获得了系统的固有频率、振动模态及电信号驱动下的支臂端部张开量.在实验上,通过高速摄像系统的跟踪实验,捕获了系统支臂端部的运动行为,获得了系统张开量与驱动电压的关系;并用激光非接触测量技术,获得系统端部的振动特性.该文计算与实验均为引线微夹持器的可靠性应用提供基础.     

微光机电系统技术的研究与应用(下)

二 光学研究和应用 微光学平台是微光机电系统技术应用的一个典型例子,它主要用于光学测量和实验。传统的光学系统平台体积大,系统中的元件是先分开制造然后组装而成,装配量很大,成本很高。而微光学平台体积小,系统中的元件可集加工在单一芯片上,对准精度高．可成批生产,成本低。这些优点使微光学平台相对于传统的光学系统有很大的优势。所以．该方面的研究是微光机电系统研究的最基本部分。研究包括各种微铰链（图７（ａ））、微反射镜（图７（ｂ））、微衍射透镜（Ｆｒｅｓｎｅ１,多阶二元微透镜（图７（ｃ））、微折射透镜（图７…     

带有静电自检测功能的高灵敏度加速度传感器

研究了一种带有自检功能的在平面内自限制压阻式加速度传感器．为实现该加速度传感器，提出了一套新的体硅微机械工艺，使用普通硅片取代SOI硅片来制作器件．传感器采用在深槽侧壁（悬臂梁弯曲的表面）制作压阻的方法，灵敏度比在硅表面上制作压阻的传统器件高近一倍．传感器利用集成在内的静电驱动器，实现电自检测功能．     

低电压驱动的MEMS F-P可调光学滤波器研究

基于微机电系统（MEMS）技术,研制了一种新颖的光学腔与静电驱动器分离的Fabry-Pérot（F-P）可调谐滤波器。从光学设计、MEMS结构设计、制造工艺与器件测试等开展了F-P可调谐滤波器的研究,成功制备了工作在以1550 nm波长为中心、调谐范围为40 nm和驱动电压低于30 V的MEMS F-P可调滤波器。测试...     

仿生超疏水表面在微夹持器钳口端面的应用研究

微夹持器是微操作系统的重要组成部分。作为微操作系统末端执行器,微夹持器钳口端面在工作过程中容易出现磨损、吸附杂质、结冰或结霜等问题,而且目前微夹持器大多是一体化加工而成,整体更换将造成资源浪费。本文设计了一种可拆卸式微夹持器,利用中心波长为1064 nm的纳秒激光器,在执行操作的钳口端面上加工出粗糙的微纳结构,使用无毒害的硬脂酸溶液浸泡改性,获得仿生超疏水表面。通过电化学实验,测试了仿生超疏水表面在酸、盐和碱环境中的耐腐蚀性能,通过自清洁、抗结冰和抗菌实验测试了该表面的防污、防冻和防菌性能。实验结果表明：仿生超疏水表面能够有效抵抗酸、盐和碱环境中的腐蚀,具有良好的防腐性能;有效防止灰尘、水滴和细菌等杂质粘附于钳口端面,保证钳口端面的清洁与卫生;在低温环境中,有效防止端面结霜或结冰,使微夹持器能够在恶劣环境中正常工作。     

Innova高精度尺寸光学测量机

Micro—Metric公司开发的Innova光学测量系统可用于半导体、光电器件和微机电系统（MEMS）装置等微小尺寸的点到点（PTP）和视场（FOV）非接触式测量。视场测量的最小尺寸为0．5μm,测量精度可达0．010μm（10nm）;除可手动进行单点测量外,还可通过编程进行全自动逐点顺序测量。     

MEMS微电磁驱动器磨损对光开关性能的影响分析

光开关中运动元件的磨损对光学元件的位置精度有重要影响。介绍了MEMS微电磁驱动器磨损对光开关光学性能影响的理论分析,采用光纤光学理论计算了磨损所引起的光开关的附加插入损耗,结果表明,所采用的微电磁驱动器磨损引起的附加插入损耗小于0.02 dB,其磨损特性可以满足光通信开关的要求,实验结果证明了理论分析的正确性。此方法对光开关和MEMS微驱动器的研究具有指导意义。     

聚焦离子束致形变微纳加工研究进展

聚焦离子束技术（ focused ion beam,FIB）由于其高精度刻蚀、定点加工、实时成像等优势,常用于精密加工、TEM制样等领域。其工作机理通常为：刻蚀、淀积与成像。而基于FIB新的加工手段正在被探索和研究,其中就包括两种聚焦离子束致形变技术,分别为聚焦离子束应力引入致形变技术（ FIB?stress induced deformation,FIB?SID）和聚焦离子束物质再分布致形变技术（ FIB?material?redistribution induced deformation,FIB?MRD）。前者通过控制FIB辐照时离子注入与溅射之间的竞争关系实现悬臂梁的多角度弯曲,后者利用粒子与物质作用时的瑞利不稳定性构建纳米结构,在一定意义上扩充了聚焦离子束的应用范围。运用上述方法可以加工三维微纳螺旋,悬浮光滑纳米弦以及大规模阵列化纳米网孔等多样化微／纳功能构件,在微流控系统,太赫兹通信,光学天线等领域具有很强的应用前景。     

一种MEMS热驱动可变电容的分析模拟

文中设计并分析了一个MEMS热驱动可变电容,它的下极板固定于衬底,上极板通过热致动器驱动。热致动器由冷臂和热臂组成,一端通过锚点固定于衬底,一端连接在电容器上极板。热驱动器通过电压驱动使MEMS电容器上极板上下运动。文中作者使用有限元方法模拟了150～300μm加热臂长在0～4 V电压条件下的电容变化值和温度变化,有限元模拟结果表明其电容变化率最大可达10倍。     

多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态分析

考虑缓冲层和电极层,建立了一个多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态模型来评估微悬臂梁的致动器的静态性能。对此模型致动器的自由端挠度和致动力进行模拟,同时将得到的结果与有限元模型结果进行对比验证模型的正确性。对比可知,理论模型与有限元模型相符。这项研究为压电致动器的结构设计和性能改善提供了帮助。     

Polymer MEMS actuators for underwater micromanipulation

Conventional MEMS actuators are not suitable for underwater applications such as cell grasping due to two main reasons: 1) their required actuation voltage are typically higher than 2 V, which would cause electrolysis in water and 2) they have small displacement/deflection due to their inherent driving principles. In this paper, three-different types of novel polymer-based MEMS underwater actuators developed in our laboratory are discussed: 1) ionic conducting polymer films (ICPF) actuator, which actuates by stress gradient induced by ionic movement due to electric field; 2) parylene thermal actuator, which actuates due to the induced stress gradient across a structure made of different layers of materials with different thermal expansion coefficients; and 3) polyaniline (PANI) actuator, which actuates due to its volumetric change caused by a reversible electrochemical oxidation-reduction (redox) reaction. All these polymer micro actuators can be actuated underwater with large deflections and require less power input than conventional MEMS actuators. The experimental results from characterizing these prototype actuators are presented in this paper.     

应用于流动控制的MEMS传感器和执行器

出现于20世纪80年代后期的微机械技术可以制作出微米尺度的传感器和执行器。这些微器件与信号调节和处理电路集成后,组成了可执行分布式实时控制的微电子机械系统(MEMS)。这种性能为流动控制研究开辟了一个崭新的研究领域。利用MEMS技术设计和制作了一种传感器和一种执行器。实验证明,采用体硅腐蚀的工艺制作微流体器件是可行的,同时可以避免牺牲层腐蚀和释放的复杂工艺。     

微纳米分子系统研究领域的最新进展——IEEE NEMS 2014国际会议综述

2014年4月13日至16日,第9届IEEE国际纳米／微米工程及分子系统大会（IEEE—NEMS2014）在美国夏威夷召开,来自世界各地的300多位专家、学者齐聚一堂,分享其在徽纳米科技领域的最新研究成果。本文从生物医疗应用、纳米自组装技术、纳米新材料、新型微传感器与执行器等4个角度,详细介绍和阐述本次会议上涌现的徽纳米科技领域的研究成果,并对其将在人类生产生活中所起到的重要作用和发展趋势进行分析和展望。     

管道微机器人中压电执行器的研究

微执行器作为微机械系统的核心单元,一直是微机械发展关键。文章介绍了一种应用于管道微机器人的足式压电执行器。在交变电压作用下,该压电执行器将压电体的弯曲振动转化成其弹性足沿管壁的移动,从而实现执行器的运动。在分析其工作原理的基础上,研制了压电微执行器的驱动电源,并进行了简单的实验研究。研究表明该执行器具有结构简单,易于微型化,响应快,驱动方便等特点。     

基于压电驱动的靶球筛选操作机理及实验研究

针对惯性约束聚变中靶球筛选操作的粘着问题,提出一种基于压电驱动控制的微操作方法,并结合微机电系统(MEMS)技术和微驱动方法,研制压电驱动操作模块用于实验研究.首先,分析微尺度对象粘着机理并进行粘着接触模型的建立,并在此基础上提出对操作工具施加振动,利用惯性力作用克服粘着力的动态操作方法;同时,结合靶球筛选操作的特点,分析操作控制策略;最后建立了基于压电驱动的微操作实验系统.针对直径Φ50～400 μm的靶球对象进行操作实验,成功实现了靶球样品的高效、准确拾取和释放,拾取和释放成功率大于90％.     

压电驱动微型喷雾器的研究

研究开发了一种压电驱动微型喷雾器。利用微机械加工技术,制作微米级的喷孔阵列,基于喷墨打印机原理,微喷换能器采用压电驱动方式在其较高阶谐振状态下工作。实验分析了这种微喷换能器的阻抗特性、谐振状态下振动特性以及微型喷雾器的工作性能。实验结果表明,这种喷雾器喷出的雾滴直径大小集中,工作稳定且容易控制喷雾量。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务.基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2～3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况.采用共晶键合的工艺制备了以PZ...     

MEMS微执行器平板运动稳定性研究

在MEMS静电执行器设计中,由于吸合效应的存在,导致微执行器调节范围受到限制.首先,对微执行器吸合效应产生的原因及其影响进行了分析与阐述.然后,针对吸合效应所带来的问题,给出了多种解决方法,以及与这些方法相关的技术进展.最后,对这些方法的性能及优缺点进行了总结.这些解决MEMS微执行器吸合效应的方法分为三种:利用反馈方...