薄膜单点力传感器

针对处于点啮合状态下物体间啮合力的检测问题,提出薄膜单点力传感器。根据物体间啮合力较大的实际检测状况,利用碳二硫化钼压敏电阻油墨的轴向实心柱式压阻效应实现对点啮合物体间啮合力的检测。在研究现有成熟的丝网印制工艺基础上,通过丝网印制技术制作了薄膜单点力传感器,其厚度为0.15 mm。试验测试与分析可知,薄膜单点力传感器能够检测出点啮合物体间的啮合力;并且该传感器具有良好的性能,如灵敏度为 962.5 Ω/N,分辨率为0.002 N。     

仪器柔度对压入法测试结果的误差影响与校准

分析了仪器柔度及其标定精度对压人法测试微机电系统（MEMS）材料弹性模量和硬度结果的误差影响规律,并得出了系统误差公式。通过溯源分析,认为柔度标定误差是压人法测试的3个基本源误差之一。利用间接法对微压人测试仪柔度进行了标定和校准,校准后得到的单晶硅（100）弹性模量和硬度测试值分别为151．5GPa和12．8GPa,与文献值符合较好,而未校准直接得到的测试值明显偏低。理论分析和实验结果均表明：仪器柔度的准确标定和位移校准是获得压人法可靠测试结果的必须步骤。     

一个实用的矩形件优化排样启发式算法

仔细研究了传统矩形件优化排样近似算法及存在的主要问题，提出一个新的启发式算法。该算法根据最后板材的实际排放情况，采用了多种排放策略，克服了原算法的在零件数较少时的缺陷。在此基础上用Visual C 6．0开发了一个实用的矩形件计算机辅助排样系统。实际应用表明，新算法可获得比原近似算法更好的优化排样结果。笔者给出了算法的具体实现方法和步骤．     

基于探针形式的三维硅微力传感器

为满足三维微力测量的需求,以MEMS体硅压阻工艺技术为基础,研制了一种基于微探针形式,具有μN级三维微力测量和传感能力的半导体压阻式三维微力硅微集成传感器。传感器采用相互迟滞的4个单端固支硅悬臂梁,支撑中间的与微力学探针结合在一起的质量悬块的结构形式,在4mm×4mm的硅基半导体芯片上用MEMS体硅工艺集成而成。通过ANSYS数值仿真的方法分析了三维硅微力传感器结构的应力特点,解决了三维微力之间的相互干扰问题,并对传感器性能进行了测试。结果表明,其X、Z方向的线性灵敏度分别为0.1682、0.0106mV/μN,最大非线性度分别为0.19%FS和1.1%FS。该传感器具有高灵敏度、高可靠性、小体积、低成本等特点。     

CMUTs机电耦合系数解析式及其对功耗的影响

电容式微加工超声换能器(CMUTs)在便携式超声成像与治疗、家庭超声诊断系统、基于超声波的非接触式人机接口等领域具有极其可观的应用前景。实现低功耗、高机电耦合系数CMUTs的研发是解决上述应用需求的关键,而这就需要对CMUTs机电耦合系数的变化规律及其对功耗的影响具有更深入的理解。针对圆形和方形薄膜CMUTs,利用基于固定电容和自由电容比值的原理建立了圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式,同时利用有限元仿真和对已有CMUTs芯片机电耦合系数的试验测试来验证理论解析式的正确性;开展了机电耦合系数的参数化研究;建立了CMUTs功耗与偏置电压之间的函数关系。结果表明圆形和方形薄膜CMUTs的机电耦合系数解析式能在低于塌陷电压96%的偏置电压范围内准确分析不同偏置电压下的机电耦合系数。在相同偏置电压下,机电耦合系数随着空腔高度增加而降低,但随着薄膜半径增大而增加;在相同偏置电压/塌陷电压比下,具有不同结构参数的CMUTs机电耦合系数相同。此外,从功耗与机电耦合系数的内在关系研究中可知通过减小塌陷电压或提高在低偏置电压下的机电耦合系数则可实现低功耗和高机电耦合系数这两种相互制约的性能参数...     

一种粗糙面双站散射非定常迭代算法

发展了一种残差光滑平方化共轭梯度(RSCGS)方法.通过残差光滑技术和平方化共轭梯度法的结合,使该方法既有收敛迅速的特点,同时又保持良好的收敛性质.在电磁离散矩阵方程求解计算中,该方法能加速迭代收敛和改善迭代收敛性质.最后利用该方法计算了当TE、TIM高斯波束入射在高斯粗糙导体表面和复合粗糙导体表面的双站散射系数,计算结果表明了该方法的有效性.     

负载刚度对电热微执行器输出性能的影响分析

针对微机电系统中电热微执行器和位移放大机构都具有柔性的事实,从理论上分析了作为负载系统的柔性位移放大机构对微执行器输出位移的影响,并用有限元方法对二者的工作性能进行了仿真.结果表明,电热微执行器外接负载的刚度和执行器本身刚度的比值是影响整个组合器件性能的重要因素.最后用深层反应离子刻蚀技术(DRIE)在硅隔离衬底(SOI)上加工了电热微执行器和柔性位移放大机构,并对其进行了测试,测试结果与有限元分析结果符合得很好.     

基于TiN涂层/玻璃基体的热压印模板的制备与性能

对于热压印光刻而言,制备具有精确几何结构、良好耐磨损性能以及长使用寿命模板至关重要.在分析现有Si或SiO2模板使用性能基础上,提出了在TiN涂层/玻璃基体上制备热压印模板.首先采用直流磁过滤电弧在玻璃上沉积TiN薄膜,然后,通过聚焦离子束在薄膜上加工出最小线宽71nm的栅型结构,最后,使用所加工的模板,进行热压印实验,获得了良好的压印结果.实验结果表明,TiN作为模板材料可以获得高保真度的纳米图案,并且由于TiN比Si或SiO2具有更高硬度和强度,玻璃基体也具有很好的机械性能,由TiN/玻璃系统制备的压印模板的机械性能和使用寿命较之Si或SiO2基模板得到很大提高.     

采用概率法进行柔性铰链的设计和分析

采用概率法对柔性铰链进行了设计 ,从柔性铰链转角刚度、转动中心偏移、最大应力 3个方面 ,分析了设计中值得注意的问题 ,着重讨论了蒙特卡诺模拟法在柔性铰链设计中的应用 ,建立了参数化模型 ,利用有限元仿真对柔性铰链的主要参数进行设计 ,通过与常规确定性设计结果比较 ,表明采用概率法设计柔性铰链更符合实际情况。     

纳米压入法测量中初始接触点判断问题研究

对于纳米压入法,在加载过程中,压头尖与试样表面的初始接触点必须判断准确,初始接触点判断的精度将对测量结果产生很大的影响.本文利用西安交通大学精密工程研究所研制的微力微位移测试仪,对初始接触点判断的相关问题进行了深入研究.在压头尖与试样表面接触前,由电容测微仪测得的位移值是加载装置空载下的输出值;而当压头尖与试样表面接触后,压头与试样之间将产生作用力,使电容测微仪的测量值偏离加载装置空载下的输出曲线趋势.分别用一直线和一多项式曲线对压头无载荷和有载荷作用时测得的电压位移曲线进行拟合,拟合直线和曲线的交点即可作为初始接触点.大量的实验表明,运用上述方法可使初始接触点的判断精度在±10nm.