氮化铝压电微机电系统轮廓模式谐振器技术及应用

压电微机电系统(MEMS)为各种高性能滤波器、振荡器和传感器等提供了一个多功能平台。氮化铝(AlN)MEMS轮廓模谐振器(CMR)具有工作频率跨度大,品质因数高,体积小及能在单个芯片上集成多频器件且与集成电路(IC)技术兼容等优点,具有较好的应用前景。该文对AlN MEMS CMR的原理与典型结构、制备工艺及应用进行了综合性阐述,并分析了CMR技术未来的发展方向。     

氮化铝Lamb波谐振器的能量损耗分析研究

本文介绍了工作频率为400 MHz和2 GHz氮化铝Lamb波谐振器的结构设计、微纳制造及测试表征,研究了锚点损耗和声子间相互作用损耗对Lamb波谐振器品质因数（Q值）的影响,并分析了不同工作频率的Lamb波谐振器的主要能量损耗来源.研究发现：对于低频谐振器,锚点损耗为其主要能量损耗来源,因此减小支撑轴宽度可减少通过支撑轴泄漏至衬底的能量,进而提高Q值;对于高频谐振器,声子间相互作用损耗为其主要能量损耗来源,因此相比于金（Au）,采用铝（Al）作为叉指电极（IDT）材料的谐振器具有更高Q值.针对Lamb波谐振器的结构特点,设计了一套基于七步光刻工艺的微纳制程,成功制备了具有微型化释放腔体的Lamb波谐振器,并具备优异的性能.测试结果表明,工作频率为400 MHz和2 GHz的Al-IDT谐振器的串联品质因数（Qs）分别达到2 590和1 192.     

电热激励微悬臂梁谐振器输出电压影响因素研究

制作了电热激励硅 /二氧化硅双层微悬臂梁谐振器。对影响谐振器输出电压的因素研究结果表明 :减小梁宽度、硅层厚度、环境气压和温度 ,可增大微悬臂梁谐振器输出电压 ;输出电压随激励功率增加而增大 ;谐振器输出电压与谐振器根部压敏电桥电源电压成正比。最后论述了提高谐振器输出电压的可行途径     

弓型悬臂梁微静电谐振器力学建模

根据梁的小变形理论 ,对双侧支承微静电谐振器的弓型悬臂梁进行了理论建模和受力分析研究。推导出其受力和变形计算公式 ,研究表明 ,此种谐振器是五次超静定问题 ;在支承长度和工况相同的情况下 ,它比直脚型悬臂梁谐和蟹脚型悬臂梁的谐振幅度大 ;谐振频率和刚度系数随着纵向支撑长度L、横向短梁长度l3的增加而减小 ,随着梁宽b的增加而增加。     

弓型悬臂梁微静电谐振器力学建模

根据梁的小变形理论,对双侧支承微静电谐振器的弓型悬臂梁进行了理论建模和受力分析研究.推导出其受力和变形计算公式,研究表明,此种谐振器是五次超静定问题;在支承长度和工况相同的情况下,它比直脚型悬臂梁谐和蟹脚型悬臂梁的谐振幅度大;谐振频率和刚度系数随着纵向支撑长度L、横向短梁长度l3的增加而减小,随着梁宽b的增加而增加.     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。     

弓型悬臂梁微静电谐振器力学建模

根据梁的小变形理论，对双侧支承微静电谐振器的弓型悬臂梁进行了理论建模和受力分析研究。推导出其受力和变形计算公式，研究表明，此种谐振器是五次超静定问题；在支承长度和工况相同的情况下，它比直脚型悬臂梁谐和蟹脚型悬臂梁的谐振幅度大；谐振频率和刚度系数随着纵向支撑长度L、横向短梁长度l3的增加而减小，随着梁宽b的增加而增加。     

静电驱动可调微机械电容

利用简单MEMS技术制作了高品质因数的射频可调微机械电容.此电容由静电驱动,利用WYKO NT1100光学表面轮廓仪测量在不同外加直流电压下可变电容的表面轮廓和位移等信息.测试结果表明,电容的吸合电压为13.5V,电容可调比为1.31∶1,在1GHz下品质因数为51.6,电容值为0.79pF.     

静电驱动可调微机械电容

利用简单MEMS技术制作了高品质因数的射频可调微机械电容.此电容由静电驱动,利用WYKO NT1100光学表面轮廓仪测量在不同外加直流电压下可变电容的表面轮廓和位移等信息.测试结果表明,电容的吸合电压为13.5V,电容可调比为1.31∶1,在1GHz下品质因数为51.6,电容值为0.79pF.     

氮化铝面内伸缩模态谐振器的研究现状

综述了氮化铝面内伸缩模态的射频MEMS谐振器。氮化铝面内伸缩模态谐振器(contour-mode resonator,CMR)利用了氮化铝薄膜的压电效应,由器件的机械谐振再通过机电转化实现谐振功能,基本结构为电极层-氮化铝层-电极层。当前研究的两种典型的器件结构为方形振子梳齿电极结构和圆盘振子电容式结构。概述了氮化铝CMR的制备工艺,并重点介绍了磁控溅射法生长薄膜和ICP刻蚀等主要工艺环节。分别对氮化铝CMR的谐振频率、品质因子、温度稳定性和动态电阻等主要性能参数进行了理论分析,针对谐振器各参数的提升给出了具体的改进方向,同时讨论了某些性能的提升所带来的负面影响。氮化铝CMR具备面内集成的优点,随着器件频率的提高,将在无线通信领域具有广阔的应用前景。     

缩短微机械圆盘谐振器缝隙的电极移动法

针对现有微机械(Micromechanical,也称MEMS)圆盘谐振器串联动态电阻过大的问题,该文提出了电极移动法,将其它MEMS器件的可调性能引入MEMS圆盘谐振器,在现有最窄缝隙工艺条件下实现了电极-圆盘缝隙的进一步缩减,降低了串联动态电阻。该文给出了悬置电极的设计方法,推导了电极移动后有效缝隙宽度的表达式,提出了可防电极接触短路的微小圆孔状凹陷设计,并给出了加入凹陷后的有效缝隙宽度表达式。通过ANSYS仿真结果可知,分别加载2.10 V和66.38 V偏置电压后,0.1 m和1 m电极-圆盘缝隙缩小为0.0016 m和0.01 m。对于0.1~1.1 m缝隙谐振器,串联动态电阻变为原来的10-8倍以下。     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风。这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件，采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟，研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系，分析了影响微麦克风机电性能的多种因素，给出了优化的器件结构和工艺流程。     

压电发电微电源国外研究进展

微加工技术极大地促进了各类传感器系统的微型化、集成化,使微机电系统(MEMS)功能越来越强,功耗、体积越来越小,而微能源部分却日益成为MEMS微型化设计的瓶颈。该文系统介绍了一种在MEMS应用中有极具发展潜力的能源供应方式——压电微能源。压电微能源可通过收集环境能量来发电,具有长寿命、高能量密度、与MEMS工艺兼容等优点,在微系统中具有广泛的应用前景。     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风.这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件,采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟,研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系,分析了影响微麦克风机电性能的多种因素,给出了优化的器件结构和工艺流程.     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风。这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件,采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟,研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系,分析了影响微麦克风机电性能的多种因素,给出了优化的器件结构和工艺流程。     

一种新型压电驱动微流体混合器

设计了一种新型的压电驱动微流体混合器(micromixer)，采用计算流体力学(CFD)的方法对其性能进行了仿真研究。结果显示，该混合器可在很大程度上提高微量流体的混合效率，在雷诺数为16、悬臂梁振动频率为200Hz时，充分混合两微量流体仅需0．158，对应的最小混合长度仅为0．9mm，这基本可以满足目前大多数微流体系统应用的需要。     

水平静电驱动式多晶3C-SiC折叠悬臂梁谐振器微结构

介绍了一种微机械叉指静电驱动折叠悬臂梁谐振器的设计和制作方法.将Rayleigh分析法和有限元分析法结合起来分析调整器件尺寸和材料参数对器件性能的影响.制作了三种不同悬臂梁宽度的微机械横向谐振器件,经实验检测它们的谐振频率分别为64.5,147.2,255.5kHz,与模拟结果符合得很好.该结果显示由于具有很高的杨式模量,利用多晶3C-SiC材料体系制作的谐振器件能够具有更高的谐振频率.     

水平静电驱动式多晶3C-SiC折叠悬臂梁谐振器微结构

介绍了一种微机械叉指静电驱动折叠悬臂梁谐振器的设计和制作方法.将Rayleigh分析法和有限元分析法结合起来分析调整器件尺寸和材料参数对器件性能的影响.制作了三种不同悬臂梁宽度的微机械横向谐振器件,经实验检测它们的谐振频率分别为64.5,147.2,255.5kHz,与模拟结果符合得很好.该结果显示由于具有很高的杨式模量,利用多晶3C-SiC材料体系制作的谐振器件能够具有更高的谐振频率.     

RF-MEMS谐振器和滤波器研究进展

介绍了基于梳状、梁式、圆盘三种结构的射频微机电系统( RF-MEMS)谐振器及滤波器,并对RF-MEMS谐振器及滤波器的结构与性能参数进行讨论;分析RF-MEMS谐振器及滤波器设计和制造中的有关问题及其处理方法;RF-MEMS谐振器及滤波器性能优异,能与其他器件实现片上集成,且与集成电路工艺兼容,在射频无线通信系统中的...     

硅基双轴谐振式微机械加速度计的设计与仿真

分析了谐振式微机械加速度计的工作机理,提出了一种新颖的硅基双轴谐振式微机械加速度计的结构形式。该结构采用一个质量块敏感两个正交方向的加速度,设计的弹性支撑结构巧妙地实现了正交方向的解耦,且结构稳定性好。用MATLAB软件分析了结构参数对性能指标的影响,用ISIGHT软件优化出结构参数,用ANSYS仿真软件对结构进行了静态分析和模态分析,验证了提出结构的设计思想和优化参数的可行性,设计了可实现的工艺流程。