一种新型的MEMS单矢量水听器研究

依据压阻效应原理,利用微电子机械系统( MEMS)制作技术设计并制作出一种新型的水声接收换能器-MEMS单矢量水听器,期望利用敏感材料的压阻效应以及水听器精巧的微结构,实现矢量水听器的低频特性和小型化。通过有限元软件ANSYS对水听器微结构进行了静态仿真,利用MEMS微机械加工工艺制作出水听器微结构并对水听器进行了封装,采用振动台标定和水下驻波场测试相结合的方法完成了水听器的测试。测试结果表明：结合压阻效应原理和MEMS技术制作矢量水听器具有可行性。该水听器不但体积小、质量轻、结构简单,而且具有“8”字型的指向特性,单个水听嚣就能对水下水平面内的声源目标进行定向探测。     

高灵敏度宽频带阵列式仿生矢量水听器研究

针对MEMS仿生矢量水听器灵敏度和频带相互制约,不能同时满足宽频带高灵敏度测量的问题,在单个MEMS矢量水听器的基础上,设计了由四个单元构成的2×2单片集成微敏感结构阵列,实现了水听器的高灵敏度和宽频带。通过理论分析和ANSYS仿真分析,确定阵列微结构的尺寸,采用硅微机械加工工艺完成了阵列微结构的加工,最后在水声一级计量站对封装好的水听器进行了灵敏度和指向性校准测试。测试结果表明:该阵列式仿生矢量水听器未加前置放大时灵敏度达到-189 dB,频响范围20～5 000 Hz,具有良好的"8"字型指向性。     

频谱仪快速测定窄线宽激光器线宽

针对传统光谱仪和F-P 干涉仪分辨率不能满足窄线宽激光器线宽的测量要求, 基于延时自外差法搭建测试平台.设置频谱分析仪分辨率参数抑制噪声实验, 通过使用20 km 延时光纤、80 MHz声光移频器和50:50 光纤耦合器, 通过光电探测器实现光电转换并利用频谱分析仪分析测试信号.对频谱分析仪分辨带宽RBW 和视觉带宽VBW 以及扫频范围(Scan Range)进行优化设置, 在不降低测试灵敏度的情况下, 将重叠信号分辨开, 使其不会过多滤掉高频成分而失真并对线宽功率谱峰值进行洛伦兹曲线拟合.最后得到了1 550 nm 波长可调谐光纤激光器(1 520~1 570 nm)的线宽值约为161 kHz, 为频谱仪的参数优化设置及窄线宽激光器线宽标定提供了相关参考.     

GaAs基微机械加工技术

为了进一步提高传感器的灵敏度,提出了利用GaAs半导体材料来突破硅的极限,阐明了GaAs材料的优越特性和发展GaAs基MEMS的必要性.概述了GaAs微机械加工的刻蚀技术、体微机械加工技术和表面微机械加工技术的特点,对相应的GaAs微机械加工工艺进行了举例分析,并介绍了国内首次制作的GaAs基MEMS微结构,为GaAs MEMS的进一步发展奠定了基础.     

基于硅晶圆键合工艺的MEMS电容式超声传感器设计

针对目前电容超声传感器多采用表面工艺制备,存在振膜应力大、厚度均匀性控制差且表面需要沉积分立电极而造成传感器灵敏度低、归一化位移小、频率易偏差的缺点,提出基于硅晶圆键合工艺的MEMS电容超声传感器。采用应力小、厚度均匀的SOI顶层硅作为敏感单元的一体化全振微传感薄膜,无需沉积分立电极,易于加工且频率偏差小。通过下电极的区域化定义及巧妙互联,避免了非活跃区的寄生电容。通过ANSYS及MATLAB对所设计的5种工作频率在124 kHz～484 kHz之间、满足水下成像需求的传感器结构进行性能分析,表明传感器的电容变化量为650.62 fF/Pa～10.827 fF/Pa,满足现有条件的信号检测,输出电压灵敏度可达1.700 mV/Pa。与同频率指标的传统基于牺牲工艺而制备的金属-氮化膜堆栈结构对比表明,本结构频率可预测性高,偏差仅为0.0535%;振膜变形更均匀,归一化位移提高0.0432%以上;灵敏度平均提高11.9249 dB。     

垂直纳米光栅耦合器耦合效率分析与测试

介绍了基于Sol纳米光栅耦合器的理论研究及测试方法,系统研究了光栅参数对光栅耦合效率的影响,在占空比为1:1的基础上,对不同光栅槽深作了相应的理论分析,同时,还对不同角度的入射光作了相应的研究,经过仿真在入射角为10°时,对于波长为l 550 nm的入射光其耦合效率最高.除此之外,通过在光栅表面添加增透膜使其耦合效率在...     

红外CH_4检测仪的设计

设计了一种应用红外吸收光谱原理的红外CH4气体检测仪。该检测仪用红外热释电传感器作为敏感元件,以C8051F040单片机作为智能控制单元,实现了CH4体积分数的准确测量。介绍了气室的结构设计、微弱信号的放大和数据采集的设计。通过实验数据分析,该气体检测仪具有测量精度高、稳定性好、低功耗等优点,满足了实际情况的需要。     

基于GaAs/AlAs腐蚀自停止的新型水听器工艺

针对感应耦合等离子（ICP）刻蚀气室气体分布不均匀性所导致的被刻蚀台面中间厚、边缘薄及干法刻蚀后残余应力大等缺点,进行了GaAs／AlAs的选择性湿法腐蚀工艺研究．腐蚀液为50％一水柠檬酸（C6H8O7·H2O）溶液与30％双氧水（H2O2）的混合物,当二者体积比为3：1时,GaAs／AlAs的选择比达到79以上．用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）对腐蚀后的试验片测试后发现,该体积比腐蚀液腐蚀的试验片具有表面粗糙度低、刻蚀各向异性好、选择比高等优点,能够满足传感器加工的需要;结合试验结果,设计了一种待加工梁厚3μm的外延材料结构,并对传感器的加工工艺进行了优化;最后,采用ANSYS对所设计的结构进行了仿真分析,仿真结果表明,该结构具有可行性,可实现水平面内的声学探测．     

硅微矢量水声传感器的封装及测试方法研究

针对目前矢量水声传感器存在的高灵敏度、低频检测以及小型化等问题,提出了一种新型的硅微MEMS矢量水声传感器.利用敏感材料的压阻效应?传感器精巧的微结构以及硅微MEMS技术,实现矢量水声传感器的低频特性和小型化的可行性.以声场中的刚硬圆柱在声波作用下的声散射问题作为切入点,对传感器的同振原理进行分析,并基于该机理以及传感器的特殊结构,提出采用注入蓖麻油的方法实现微结构的柱体与所处介质质点同振.分别采用振动台标定和驻波场测量的方法完成了传感器的灵敏度、频响以及指向性的测试,最后对2种测试结果进行了分析和比较.研究结果表明:所研制的水声传感器具有较低的工作频率,其水下自由场声压灵敏度值为-207.6 dB(0 dB=1 V/μPa,测试频率为200 Hz),指向性图的零点深度为50.9 dB.     

一种新型压阻式加速度传感器的设计与加工

提出了一种新型的基于AlAs/InxGa1-xAs/GaAs共振隧穿纳米薄膜结构的压阻式加速度计结构,运用MATLAB软件对敏感结构参数进行了计算,并利用ANSYS软件对加速度计结构进行了静态和模态分析,首次采用空气桥和控制孔加工工艺对共振隧穿二极管和悬臂梁-质量块结构进行了加工,并对加工出来的加速度计结构进行了频响特性实验。