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.     

Effect of annealing temperature of Bi1.5Zn1.0Nb1.5O7 gate insulator on performance of ZnO based thin film transistors

The bottom-gate structure ZnO based thin film transistors (ZnO-TFTs) using Bi_1.5Zn_1.0Nb_1.5O₇ (BZN) thin films as gate insulator were fabricated on Pt/SiO₂/Si substrate by radio frequency magnetic sputtering. We investigated the effect of annealing temperature at 300, 400, and 500℃ on the performance of BZN thin films and ZnO-TFTs. XRD measurement confirmed that BZN thin films were amorphous in nature. BZN thin films annealed at 400℃ obtain the high capacitance density of 249 nF/cm², high dielectric constant of 71, and low leakage current density of 10^-7 A/cm² on/off current ratio and field effect mobility of ZnO-TFTs annealed at 400℃ are approximately one order of magnitude and two times, respectively higher than that of ZnO-TFTs annealed at 300℃. When the annealing temperature is 400℃, the electrical performance of ZnO-TFTs is enhanced remarkably. Devices obtain a low sub-threshold swing of 470 mV/dec and surface states density of 3.21×10¹²cm^-2.     

平行平板微型槽间气体的滑移流动

对平行平板微型槽中气体滑移流动的压强分布特性进行了研究。将压强和气体平均分子自由程的关系引入到一阶速度滑移边界条件中,求解Navier-Stokes方程,得到了显式的压强分布表达式。模拟计算结果表明,平行平板间滑移流动的气体压强分布曲线是上凸的下降抛物曲线。在边界滑移条件下,分析了平行平板微型槽在应用中由于微型槽中压力分布变化形成的气体阻尼问题,分析结果表明无滑移边界条件在微尺度流动分析中不再适用。     

柔性机构尺寸与形状优化新方法及实现

针对MEMS复杂器件优化困难的问题,提出了一种柔性机构尺寸与形状优化的新方法。该方法采用遗传算法(GA)与有限元方法(FE)联合的优化策略,用MATLAB软件作为"调度员",将ANSYS与MATLAB自带的遗传算法工具箱进行有机集成,共同完成柔性机构的优化功能。最后以一种柔性微杠杆机构为例,实现了提出的优化方法,给出了优化的结果。     

微机械轮式陀螺仪的结构分析

以轮式陀螺仪为研究对象,利用有限元方法分析了主要结构尺寸对其固有频率的影响.根据驱动模态和敏感模态的频率匹配,优化了陀螺的结构尺寸;通过谐响应分析确定了频率和振幅的关系,为结构设计和制备工艺提供了理论指导.     

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。     

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。     

聚酰亚胺多模干涉器结构的光学加速度传感器

针对电学原理的加速传感器在大温差、高电磁干扰的环境中的使用受限制,以及二氧化硅等无机材料制作的多模干涉器韧性差、折射率调节困难、尺寸较大等问题,提出了聚酰亚胺波导材料的多模干涉器结构集成光学加速度传感器。在外力作用下多模干涉器的输入/输出光场与干涉区会产生相对位移,导致各模式激励系数发生改变,通过输出场强的变化测得加速度。利用束传播法分析多模干涉结构以及环境温度与波导输出性能关系,以及有限元法分析力学结构对传感器性能的影响,结果表明这种传感器具有加工冗余度高、温度稳定性高和线性度较好等优点。     

特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。