基于大高宽比CD-AFM探针的设计与制备

针对传统原子力显微镜(AFM)探针和关键尺寸原子力显微镜(CD-AFM)探针受限于针尖有效扫描高度较低,无法对深沟槽和大悬垂侧壁结构进行精准扫描成像的问题,提出了一种大高宽比针尖结构的新型CDAFM探针设计与制备方案。开发的新型CD-AFM探针针尖有效高度为5.1~5.8μm,高宽比达到14,相较于传统硅基CD-AFM探针,其有效高度提升了约4倍。利用开发的探针完成了标称深度为2.3μm、深宽比为4.6的深沟槽样品测试。

基于ScAlN薄膜的高频PMUT阵列的设计与制造

高频压电微机械超声换能器(PMUT)应用于各种场景,如指纹识别、无损检测、医疗成像。在当前非侵入式血管成像应用中,存在换能器使用锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)及局限于1-D PMUT阵列的问题。设计并制作了一种基于ScAlN材料压电薄膜的2D-PMUT阵列。为了进一步得到阵列最佳的输出性能,降低栅瓣影响,设计了间距为波长的1/2(300μm)的并联六边形阵列,增大了填充因子,降低了阻抗,提高了输出电流。采用SOI晶片作为PMUT的基本结构,设计了微机电系统(MEMS)工艺流程,并完成了晶片制作。通过扫描电子显微镜和聚焦离子束切割确定PMUT的形貌和结构尺寸,并且测得在水中的谐振频率为2.36 MHz。仿真与测试结果表明,测试误差为9.2%,位移灵敏度较好,有望满足非侵入式血管成像应用需求。

声压增强型压电微机械超声换能器

压电微机械超声波换能器(PMUT)在医疗成像、测距、无损检测和流量感应等领域有着广阔的应用前景。针对传统结构PMUT输出声压较低的问题,该文提出了一种集成亥姆霍兹谐振腔的声压增强型PMUT。构建了声压增强型PMUT的等效电路模型,模拟并对比分析了声压增强型PMUT和传统PMUT的轴上声压。结果表明在70 kHz谐振频率下,声压增强型PMUT沿z轴的输出声压比传统的PMUT沿z轴的输出声压高约42%。测距结果表明,集成了亥姆霍兹谐振腔的PMUT最远测距能力达到2.62 m,比传统结构的PMUT提升了27%。这种结构为PMUT在提升测距能力和拓宽应用场景方面提供了一种新思路。

基于压电微机械超声换能器的扫描式手势识别传感器

超声手势识别是实现非接触交互的重要方式之一。基于压电微机械超声换能器(PMUT)的手势识别传感器具有功耗低、体积小、不受环境光影响等优点,当前主要是基于PMUT阵列的方式实现,提出了一种基于单振元PMUT的扫描式手势识别传感器。该传感器由PMUT及电磁驱动单元组成,设计并制备了1.6 mm×1.6 mm的单振元PMUT,振膜半径为500μm,谐振频率为108 kHz,完成了PMUT与电磁驱动单元集成,电磁驱动单元驱动PMUT实现手势扫描,利用多层感知机(MLP)模型完成了手势识别测试。实验结果表明:该扫描式手势识别传感器可实现检测距离为150~600 mm、角度为180°范围内的6种手势识别,平均识别准确率最高为85.66%。

用于减小PMUT“盲区”的回波检测方法

收发一体式压电微机械超声波换能器(PMUT)的接收信号存在较长的拖尾,导致近场原始回波难以区分,造成测量盲区,对此提出了一种在拖尾段识别回波信号的方法。该方法利用解调对数放大器非线性压缩接收信号并进行包络处理,得到拖尾段具有明显极值点特征的包络曲线,并通过包络曲线极值点识别回波峰值。选取8组谐振频率不一的PMUT器件对该方法进行测试验证。结果表明,在最远测距大于300 cm的情况下,测量盲区缩减至10 cm附近,该方法具有一定的有效性与普适性。

基于PZT薄膜的高频压电式微机械超声换能器的仿真与制备

压电式微机械超声换能器(PMUT)是当前生物医学超声成像领域的研究热点.锆钛酸铅(PbZrO_(3)-PbTiO_(3),PZT)压电薄膜是近年来微机械超声换能器使用的核心压电材料.基于PZT压电薄膜,使用有限元软件COMSOL Multiphysics创建了三维有限元仿真模型,并在(0,1)模态下研究了压电薄膜结构的几何参数,其谐振频率达到222.12 MHz,有效机电耦合系数(keff)为5.13%.采用光刻和刻蚀方法制备了PZT压电薄膜的PMUT单元原型器件.该器件的空腔结构完整,谐振频率在(0,1)模态下为25.87 MHz,仿真与测试结果相似,振动模态较纯,振动位移性能较好.研究结果表明:采用PZT压电薄膜的PMUT在高分辨率、高频医学超声成像中具有较好的应用前景.

基于压电微机械超声换能器的液体密度测量传感器

液体产品的密度检测是审核产品品质的重要手段之一。针对当前传统密度检测装置体积大、功耗高、不易在线检测的问题,该文设计并制作了一种基于压电微机械超声换能器(PMUT)的液体密度测量传感器。该传感器由两个PMUT(半径为500μm,空气中谐振频率为136 kHz)组成,分别作为发射端与接收端。实验测试结果表明,该传感器的谐振频率与液体密度成线性关系,在776~1150 kg/m^(3)密度范围内具有良好的响应,其灵敏度为17 Hz/kg/m^(3)。

面向嵌入式平台多视图立体视觉深度感知

针对目前基于神经网络的多视图立体视觉(multi-view stereo,MVS)深度估计算法存在参数量大、内存消耗严重,难以满足当下低算力嵌入式平台的需求.提出基于MVS2D极线注意力机制与MobileNetV3-Small的MVS深度感知网络(Mobile-MVS2D).该网络采用编码器-解码器的结构,使用MobileNetV3-Small网络进行编码特征提取,对源图像与参考图像之间不同特征层的尺度信息耦合采用极线注意力机制,解码阶段引入SE-Net与跳跃连接扩展解码特征细节,提升预测精度.实验结果表明,提出的模型在ScanNet数据集中在深度图的评价指标中展现较高的精度.在与视觉SLAM结合下可以展现出较准确的三维重建效果,具有较好的鲁棒性.在Jeston Xavier NX上推理精度为Float16尺寸为640×480的图片组,仅需0.17 s,GPU消耗仅需1 GB,能够满足低算力嵌入式平台的需求.

掩模电镀镍微结构的镀层均匀性研究

在给定的电镀液组分下,对掩模电镀微结构的厚度均匀性及镀层横截面轮廓进行了研究,讨论了影响微结构镀层厚度均匀性的主要因素,分析了镀层横截面轮廓随电流密度的改变而变化的原因。电镀液中无添加剂时,镀层均匀性与阴极极化度及电镀边缘效应直接相关;电镀液中有添加剂时,本实验所使用添加剂所具有的并存吸附状态是影响镀层均匀性的主要因素。通过实验得到可获得良好均匀性镀层的电镀参数为:i=(6±2)mA/cm2,t=25℃。

原子力显微镜探针批量制备工艺分析

为实现低成本原子力显微镜(AFM)探针的制备,开展了基于6英寸(1英寸=2.54 cm)绝缘衬底上的硅(SOI)的AFM探针制备方法的研究,实验分析了采用KOH湿法腐蚀纳米硅针尖的时间对针尖形貌的影响,给出了纳米硅针尖的缺陷类型以及产生缺陷针尖的原因,同时针对深硅干法刻蚀过程中散热不均的现象,提出采用导热系数高的黏接材料来改善散热问题。实验结果表明,基于6英寸SOI制备的AFM探针悬臂梁厚度偏差为±0.5μm,成品率大于90%,对制备的自锐式AFM探针与商用AFM探针进行了测试对比,自制AFM探针的扫描质量达到了当前商用探针的水平,满足形貌表征的需求。

用于微镜制作的叠层光刻胶工艺及残余应力控制

对应用于微反射镜制作的叠层光刻胶牺牲层工艺及微反射镜表面残余应力控制进行了研究。讨论了光刻胶牺牲层在电镀时的污染问题,提出了用电镀结束后重新制作光刻胶牺牲层的方法来保证牺牲层表面质量。同时提出蒸发-电镀相结合的工艺,解决了上层光刻胶溶剂穿过中间结构层浸入底层光刻胶的问题,并通过控制蒸发与电镀过程中应力状态不同的两层金属薄膜的厚度解决了微反射镜镜面存在残余应力问题。最后成功释放了620μm×500μm×2μm,悬空高12μm的微反射镜结构。

采用碰撞测试和回归机制的非完整约束机器人快速扩展随机树运动规划

本文提出一种改进的快速扩展随机树(rapidly-exploring random trees,RRT)运动规划方法,用于非完整微分约束下的机器人运动规划.针对类似目标偏好与双向RRT(bi-directional RRT,bi-RRT)等目标区域导向的RRT运动规划所存在的局部极小问题,结合回归检测与碰撞检测机制,设计了一种碰撞检测与回归机制(collision-test and regression mechanism,CR)机制.该方法使得机器人在规划过程中能获取到全局障碍物信息,从而避免对已扩展节点的重复搜索,以及重复对边缘节点的回归测试和避障检测.该机制使得机器人可加快跳出局部极小区域,提高运动规划实的时性.将改进的RRT运动算法在容易产生局部极小值的环境中仿真测试,结果表明该算法在不显著影响其他性能的前提下,可以明显提高规划的实时性.

毫米级无源微悬臂梁力值传感器件设计与制作

随着微纳技术、生物医学、航空航天等领域的发展,微小力值的计量得到了越来越广泛的应用。针对无源悬臂梁力值传感器的使用需求,研究了影响悬臂梁弹性系数的因素,设计了一组弹性系数为0.041-21.125N/m的无源悬臂梁力值传感器件,采用基于绝缘体上硅（SOI）硅片微机电系统（MEMS）工艺对器件进行制备,实验结果表明,制备的器件尺寸精度达到0.2%,器件的均匀性和成品率均可控。

四川省疾控机构仪器设备维护保养现状及对策

为保证实验室提供公正、准确的检测数据,针对目前疾病预防控制机构(下简称疾控机构)实验室仪器设备维护保养工作中缺乏维修维护经费,对医学工程专业人才队伍建设不够重视,基层疾控机构仪器设备维保问题突出等进行讨论。提出了落实经费保障,提高工程技术人员的专业素质和能力,重视仪器设备售后管理和服务,并在省、市、县三级疾控系统内部建立仪器硬件、软件与数据平台的开放共享机制等建议,以提高实验室仪器设备维护保养水平,保证疾病预防控制工作质量。

应用信息化技术提高计量管理水平的措施分析

计量管理是实验室温度管理中的重要环节,将直接影响到到培养箱温度,进而影响到微生物菌群的培养结果。文章通过论述应用信息化技术在计量管理中的应用,进一步分析利用信息化技术提高实验室计量管理水平的措施。

硅基自锐式纳米针尖一次成型制作工艺的研究

对采用KOH溶液腐蚀单晶硅制备自锐式纳米针尖的一次成型制作工艺进行了研究,为提高自锐式纳米针尖的纵横比,根据各向异性腐蚀针尖的自锐效应模型,分析了腐蚀溶液的浓度及掩模形状对针尖形状的影响,得到了提高自锐式纳米针尖纵横比的条件,实验结果表明,在15mol/L,60℃的KOH腐蚀液中采用五边形掩模可获取纵横比约等于1,针尖曲率半径小于10nm的自锐式纳米针尖,针尖侧壁由{113}晶面组成。

高灵敏度AlGaN/GaN HEMT生物传感器设计及制作

目前AlGaN/GaN高电子迁移率晶体管(HEMT)生物传感器表面修饰及分子识别元件固定需在金属或氧化物门电极上进行,针对金属或氧化物门电极的存在增加了器件的制作难度,提高了制作成本,同时还影响了传感器灵敏度的提高等问题,提出了进行"生物分子膜"门电极的研究。传感器的表面采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)进行修饰作为分子识别元件固定的基底,该方法在降低传感器的制作成本的同时,提高了传感器的灵敏度,传感区域为长度L=5μm、宽度W=160μm的传感器测量质量浓度为0.1ng/mL的山羊免疫球蛋白(IgG)时,传感器源漏间电流呈现约30μA的电流降。该传感器反应速度快,适用于实时监测,在环境监控、医疗等领域有着良好的应用前景。

新型高频硅基超声雾化器的结构仿真及制作

设计并制作了一种液路自对准的高频硅基超声雾化器,利用有限元分析软件对器件的特性进行了系统的仿真分析,得到施加30V的激励电压后器件的阻抗特性,相应谐振频率下的位移、应力分布及变幅杆各部分振动位移随时间的瞬态变化图。结果表明,仿真分析与理论设计相符。最后,通过微机电系统(MEMS)工艺制备了谐振频率为1 MHz的硅基超声雾化器,为后期实验测试打好基础。

加强基层医学计量设备管理的做法

在基层医疗单位管理过程中,医疗计量设备的管理,将会影响整个地区的医疗行业的发展。在医疗单位计量设备管理过程中,如果能够有效地展开管理将会对医疗工作提供有效的支持,充分发挥单位内所有计量设备的效能。完成这一目标,需要医疗单位各级领导的共同努力,各级单位密切配合工作人员高度重视,使整个计量管理工作更加科学合理,为医疗单位的管理工作奠定良好的基础,对此,笔者根据近几年的管理经验,分析了如何加强基层医疗单位计量设备管理,希望能够切实提升基层医疗单位计量设备的管理水平。

高动态位移ScAlN基超声换能器的设计及制作

超声探测作为重要的感知技术,其探测性能一直是学术界研究的热点。针对薄膜超声换能器谐振位移低,导致输出声压较低,从而影响探测性能的问题,该文提出了一种高动态位移的薄膜ScAlN基超声换能器结构,该结构直径为360μm,中心处膜层由4根悬梁支柱固支,通过微机电系统(MEMS)微纳加工技术制作了换能器阵列。测试结果表明,该器件谐振频率下,中心处动态位移可达2.16μm/V。此外,该结构使膜层振动模态转变为输出声压更高的活塞型模态,相关工作为空气介质中长距离超声测距传感器的研究奠定了基础。