MEMS动态测试技术

阐述了基于频闪成像、计算机视觉和干涉测量的MEMS动态测试技术、基于激光多普勒测振的MEMS动态测试技术以及基于其他原理和方法的MEMS动态测试技术等的测试原理、测试方法与研究现状,指出了MEMS动态测试技术进一步的研究方向。     

大气状态下AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的机理分析

通过AFM针尖诱导氧化加工Ti膜的实验得到了凸出的Ti膜氧化物高度与偏置电压成线性关系,并和针尖扫描速度成负对数关系,在前人的基础上深化了AFM针尖诱导氧化加工的机理和理论模型,分析得到了合适的加工条件即:偏压为8V,扫描速度为0 .1μm/ s.     

基于隧道效应的纳米级振动传感器的研究

从研究STM仪器对振动的敏感性出发，对基于隧道效应的纳米振动传感器的理论、技术及实现方法进行了初步的研究和探索，研制了具有压电陶瓷结构的传感器样机模型，并进行了振动检测试验。结果表明，基于隧道效应的测振传感器具有很高的灵敏度、良好的频率特性和与STM仪器一致的振动响应特性。     

基于弯曲测试技术的纳米梁厚度的精密测量

针对广泛应用的扫描电镜和台阶仪在测量纳米厚度时存在的破坏性和近似性等局限性，提出了一种基于弯曲测试技术实现纳米梁厚度精密测量的方法．该方法的核心思想是悬浮结构在载荷的作用下产生初始弯曲直至其下表面与衬底接触的过程中形成的载荷一位移曲线会出现斜率明显不同的两个直线段，其交点代表了悬浮结构下表面与衬底之间的初始接触，由此可测量出该悬浮结构下表面与衬底之间的间隙，从而间接得到结构的厚度值．分别采用原子力显微镜（AFM）和纳米压痕仪作为测试平台对单晶硅固支纳米梁进行了厚度测量，两种测量仪器得到了一致性较好的测量结果．讨论了测量随机误差、系统误差以及数据计算误差等对测试结果的影响和相应的误差降低方法．     

MEMS/NEMS表面3-D轮廓测量中基于模板的相位解包裹方法

相位解包裹是使用相移显微干涉法测量MEMS/NEMS表面3-D轮廓时的重要步骤.本文针对普通的相位解包裹方法在复杂轮廓或包含非理想数据区的表面轮廓测量中的局限性,提出一种基于模板的广度优先搜索相位展开方法.通过模板的使用,先将非相容区域标记出来,在相位解包裹的过程中绕过这些区域,即可得到准确可靠的相位展开结果.通过具体的应用实例可以证明,使用不同模板可以根据不同应用的需要灵活而准确地实现微纳结构表面3-D轮廓测量中的相位展开.     

基于相位相关技术的MEMS旋转角度的高分辨力测量方法

实现MEMS微结构周期运动过程中各个时刻的旋转角度及其动态特性参数的高分辨力测量, 为提高MEMS器件的性能和可靠性分析提供重要参考。针对频闪成像技术获得的微结构运动图像序列,提出了一种基于相位相关技术与Radon变换技术相结合的旋转角度测量方法。该方法通过Radon变换将图像的空间坐标转换为极坐标的参数空间,使得空间坐标的旋转投影为参数坐标得平移运动,再通过相位相关技术的亚像素运动估计算法,可得到物体旋转角度的高分辨力测量结果。实验结果表明,该方法旋转角度测分辨力优于0.01°。该方法可以有效的减少由于旋转产生形变对测量结果的影响,提高测量结果的稳定性和减少测量误差。     

基于MEMS微触觉测头和纳米测量机的扫描测量平台

将自主开发的基于MEMS工艺的微触觉测头与纳米坐标测量平台相结合,构建高性能的扫描测量平台,提高了微结构和器件扫描测量的精度和分辨力.基于微触觉测头的测量原理,研究了微触觉测头应用于纳米坐标测量平台的反馈控制方法以及控制转换参数的标定方法,讨论了扫描平台不同扫描方式对测量的影响.实验进行了相对平整表面和非平整表面形貌的扫描测量,结果表明,相对平整和非平整表面进程回程重复扫描差值的标准偏差分别为15.519 nm 和23.088 nm,系统具有较高的测量重复性.     

利用显微激光多普勒测量纳米梁的残余应力

采用基于显微激光多普勒(MicroLD)技术的共振频率法,测量了纳米梁谐振器的残余应力。首先,根据梁的横向弯曲振动理论建立了轴向力作用下固支梁的振动偏微分方程,并根据轴向力的拉压性质解得方程的唯一解形式。随后,由被测梁的应力状况确定可采用最优化方法或数值迭代方法计算残余应力值,并提出结合有限元模态分析方法验证计算结果的正确性。最后,采用MicroLD测振系统对SiC-W固支梁谐振器的幅频响应特性进行了测试。计算结果表明,被测的一组梁的平均残余应力分散性较大,说明加工工艺不能消除结构内的残余应力,且不能控制残余应力的均匀性。     

基于位置和压力的笔迹识别方法

针对当前生物测量学中签名鉴定方法发展的要求,基于光学微小角度检测和压电陶瓷(PZT)微力检测原理,研制了一种多参数签名鉴定电笔原型.该笔能检测X、y向的运笔特征和Z向的笔迹力,沿笔轴的Z向检测采用PZT力传感器,对X和y向的检测采用二维(2-D)角度传感器检测笔管对应X和Y坐标书写力的2-D倾斜角.为了使电笔的结构更加紧凑、移动更加灵活和仿真性强,采用无线传输的方式将所采集的信号传到PC机上处理验证.对汉字笔面和字母进行了三维(3-D)特征检测的可行性验证试验.结果表明,该方法具有可行性,并为笔迹识别判断提供了实验依据.     

基于光流技术MEMS平面微运动特性的测量

实现MEMS动态测试技术中平面微运动特性的测量，关键是记录MEMS运动过程中的瞬间运动状态，并恢复MEMS面内的运动历程．为此，介绍了光流技术，并提出利用邻域优化法进行微结构运动的光流计算．组建了基于频闪成像的MEMS平面运动测试系统，通过该系统获得MEMS谐振器周期运动不同相位下的清晰图像序列．利用邻域优化计算该图像序列的光流，选取合适的邻域大小和阈值，得到了MEMS谐振器在特定驱动频率下的运动幅度-相位图及其拟合曲线，从而获得微谐振器在此驱动频率下的运动幅度值为2．12μm．实验结果表明，该方法是准确有效的．