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Design and Simulation of Silicon-based NiCrAu MEMS Torsion Micromirror with Tilted Back-electrode
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作者 LUOYuan ZHANGYi 《Semiconductor Photonics and Technology》 CAS 2005年第1期69-72,共4页
Torsion micromirror is a key structure of optical devices in micro-electro-mechanical system(MEMS), such as MEMS optical switches, MEMS variable optical attenuator, MEMS scanning micromirror array and so on. A silicon... Torsion micromirror is a key structure of optical devices in micro-electro-mechanical system(MEMS), such as MEMS optical switches, MEMS variable optical attenuator, MEMS scanning micromirror array and so on. A silicon-based NiCrAu MEMS torsion micromirror is theoretically analyzed. It is shown that in order to have 15° rotation, the driven voltage should be about 20V and the thickness of the supporting beam must be controlled in the range of submicron orders of magnitude. This very thin beam makes the structure more unstable and unreliable, and also makes the fabrication more complicated. Based on parallel back-electrode analysis and testing, a tilted back-electrode has been designed to replace the parallel back-electrode in order to decrease the driven voltage and difficulty of fabricating processing. By theoretical analysis and simulation, a conclusion can be drown that the thickness can be improved from submicron to micron by using tilted back-electrode when using the same driven voltage. Tilted back-electrode is very effective to improve the stability and reliability of the micromirror structure. 展开更多
关键词 MEMS torsion micromirror tilted back-electrode
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Stability analysis of quasicrystal torsion micromirror actuator based.on the strain gradient theory
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作者 Yunzhi Huang Miaolin Feng Xiuhua Chen 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第3期119-131,I0003,共14页
Electrostatic torsional micromirrors are widely applied in the fields·of micro-optical switches,optical attenuators,optical scanners,and optical displays.In previous lectures,most of the micromirrors were twisted... Electrostatic torsional micromirrors are widely applied in the fields·of micro-optical switches,optical attenuators,optical scanners,and optical displays.In previous lectures,most of the micromirrors were twisted along the urtiaxial or biaxial direction,which limited the range of light reflection.In this·paper,a quasicrystal torsional micromirror that can be deflected in any direction is designed and the dynamic model of the electrostatically driven micromirror is established.The static and dynamic phenomena and pull-in characteristics are analyzed through the numerical solution of the strain gradient theory.The results of three kinds of mirror deflection directions are compared and analyzed.The results show the significant differences in the torsion models with different deflection axis directions.When the deflection angle along the oblique axis reaches 45°,the instability voltage is the smallest.The pull-in instability voltage increases with the increment ofphonon-phason coupling elastic modulus and phason elastic modulus.The perrriittivity of quasicrystal,the strain gradient parameter,and the air damping influence the torsion of the micromirror dynaniic system.A larger pull-in instability voltage generates with the decrease of surface distributed forces. 展开更多
关键词 QUASICRYSTALS torsion micromirror INSTABILITY Strain gradient theory
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Model Order Reduction for Coupled Dynamic Characterization of Torsional Micromirrors
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作者 SHI Jian ZHANG Shuyou 《Chinese Journal of Mechanical Engineering》 SCIE EI CAS CSCD 2011年第5期829-835,共7页
Numerical solutions could not perform rapid system-level simulation of the behavior of micro-electro-mechanical systems(MEMS) and analytic solutions for the describing partial differential equations are only availab... Numerical solutions could not perform rapid system-level simulation of the behavior of micro-electro-mechanical systems(MEMS) and analytic solutions for the describing partial differential equations are only available for simple geometries.Model order reduction(MOR) can extract approximate low-order model from the original large scale system.Conventional model order reduction algorithm is based on first-order system model,however,most structure mechanical MEMS systems are naturally second-order in time.For the purpose of solving the above problem,a direct second-order system model order reduction approach based on Krylov subspace projection for the coupled dynamic study of electrostatic torsional micromirrors is presented.The block Arnoldi process is applied to create the orthonormal vectors to construct the projection matrix,which enables the extraction of the low order model from the discretized system assembled through finite element analysis.The transfer functions of the reduced order model and the original model are expanded to demonstrate the moment-matching property of the second-order model reduction algorithm.The torsion and bending effect are included in the finite element model,and the squeeze film damping effect is considered as well.An empirical method considering relative error convergence is adopted to obtain the optimal choice of the order for the reduced model.A comparison research between the full model and the reduced model is carried out.The modeling accuracy and computation efficiency of the presented second-order model reduction method are confirmed by the comparison research results.The research provides references for MOR of MEMS. 展开更多
关键词 model order reduction torsional micromirror moment-matching
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微机电系统扭转微镜面驱动器的研制 被引量:8
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作者 李四华 刘玉菲 +1 位作者 高翔 吴亚明 《Journal of Semiconductors》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第4期756-760,共5页
提出了一种新颖的采用键合减薄工艺制作的微机电系统扭转微镜面驱动器,该种微镜面驱动器工艺制作简便可行.通过对研制的微镜面驱动器进行测试,该驱动器在18V驱动电压时可以达到0.3°的扭转角度,微镜面的频率响应时间小于1ms.同时该... 提出了一种新颖的采用键合减薄工艺制作的微机电系统扭转微镜面驱动器,该种微镜面驱动器工艺制作简便可行.通过对研制的微镜面驱动器进行测试,该驱动器在18V驱动电压时可以达到0.3°的扭转角度,微镜面的频率响应时间小于1ms.同时该驱动器具有较大的微反射镜面,面积达到600μm×700μm,试验结果表明微镜面驱动器将可以应用于光通信领域. 展开更多
关键词 微机电系统 扭转微镜面 驱动器 键合减薄
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微镜扭转-弯曲耦合变形静态特性分析 被引量:7
5
作者 赵建平 陈花玲 +1 位作者 陈玲莉 陈天宁 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第11期1179-1181,1185,共4页
给出了仅考虑微镜扭转运动的静力学分析模型,在分析微镜扭转梁因非线性静电力引起弯曲变形的基础上,建立了静电驱动微镜扭转-弯曲耦合非线性静力学模型.2种模型的临界吸合电压、临界吸合转角以及微镜转角随电压的变化关系与试验结果对... 给出了仅考虑微镜扭转运动的静力学分析模型,在分析微镜扭转梁因非线性静电力引起弯曲变形的基础上,建立了静电驱动微镜扭转-弯曲耦合非线性静力学模型.2种模型的临界吸合电压、临界吸合转角以及微镜转角随电压的变化关系与试验结果对比表明:所建耦合静态模型更符合实际情况,微镜垂直方向的位移和微扭转梁宽度的变化对微镜的临界吸合电压和临界吸合转角影响显著. 展开更多
关键词 扭转微镜 临界吸合电压 耦合静态特性
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基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜(英文) 被引量:1
6
作者 栗大超 吴文刚 +3 位作者 袁勇 陈庆华 郝一龙 胡小唐 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2006年第05A期1750-1753,共4页
为了改善硅微机械扭转微镜的机电耦合特性,降低器件的驱动电压并提高其工作可靠性,提出了几种新颖的基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜.提出的硅微机械扭转微镜将垂直扭转梳齿静电驱动结构、侧壁平行板电容静电驱动结构有机结合,... 为了改善硅微机械扭转微镜的机电耦合特性,降低器件的驱动电压并提高其工作可靠性,提出了几种新颖的基于复合静电驱动结构的硅微机械扭转微镜.提出的硅微机械扭转微镜将垂直扭转梳齿静电驱动结构、侧壁平行板电容静电驱动结构有机结合,实现了两种静电驱动方式的复合驱动,同时设计了内外双镜面结构,通过内外双镜面结构,实现了微镜的差动复合驱动,理论分析、模拟仿真与测试结果表明,通过上述两个方面新颖的设计,新结构显著降低了器件的驱动电压.同时为了提高器件的工作可靠性,在设计折叠梁柔性支撑结构时,将梁的不同位置设计成不同的厚度,对于硅微机械扭转微镜扭转过程中容易疲劳的梁部分加大了其厚度,从而在不影响器件扭转性能的前提下,明显提高了器件的可靠性.利用有限元方法对器件的力学特性和机电耦合特性进行了系统的仿真,获得了影响器件机电特性的关键结构参数.器件基于SOI晶片,采用表面硅工艺与体硅工艺相结合的方式加工制造,采用SOI晶片显著降低了微镜镜面的表面粗糙度,提高了其光反射能力.最后利用原子力显微镜对微镜镜面的表面粗糙度进行了测量和分析,实验结果表面微镜表面具有16nm的表面粗糙度,完全可以满足光学应用的需要. 展开更多
关键词 MEMS 扭转微镜 硅微加工 SOI 复合驱动 表面粗糙度
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基于垂直扭转梳齿驱动结构的硅微机械扭转微镜的设计加工与表征(英文) 被引量:2
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作者 栗大超 吴文刚 +2 位作者 袁勇 郝一龙 胡小唐 《纳米技术与精密工程》 EI CAS CSCD 2006年第2期122-127,共6页
为了改善扭转微镜的机电耦合特性和光学特性,提出了一种新的基于SOI硅片的垂直扭转梳齿静电驱动结构.通过有限元与边界元方法,对不同厚度扭转梁的机电耦合特性进行了数值模拟,得到了相应的阈值电压和吸合电压,并提出了几种新的折叠梁结... 为了改善扭转微镜的机电耦合特性和光学特性,提出了一种新的基于SOI硅片的垂直扭转梳齿静电驱动结构.通过有限元与边界元方法,对不同厚度扭转梁的机电耦合特性进行了数值模拟,得到了相应的阈值电压和吸合电压,并提出了几种新的折叠梁结构,以进一步改善器件的机电耦合特性;通过力学分析,从理论上推导了垂直扭转梳齿静电驱动方式微镜的最大扭转角度、阈值电压、扭转刚度以及固有频率,获得了结构参数对器件机电耦合特性的影响机制;最后,利用比例散射理论讨论了表面粗糙度、入射光束波长和入射角度等参数对微镜表面光学反射性能的影响,并利用原子力显微镜测量了微镜的表面粗糙度.理论模拟与实验研究表明,基于SOI硅片和垂直扭转梳齿结构的硅微机械扭转微镜可显著降低器件的驱动电压,提高器件的机电耦合特性和微镜表面的光学反射特性. 展开更多
关键词 光学微镜 垂直扭转 梳齿驱动 折叠梁 光学反射 硅微加工
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阵列光开关驱动结构制作工艺的研究
8
作者 贾翠萍 董玮 +3 位作者 仲志成 周敬然 李元元 陈维友 《半导体光电》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第3期361-362,366,共3页
采用KOH溶液湿法腐蚀制作阵列光开关的微反射镜上电极。腐蚀表面的不平整影响了光开关的驱动扭臂结构的制作。采用合理配比的HF,HNO3和CH3COOH腐蚀剂对制作的微反射镜阵列硅片进行抛光处理,抛光后微反射镜表面和腐蚀的(110)面均有较大... 采用KOH溶液湿法腐蚀制作阵列光开关的微反射镜上电极。腐蚀表面的不平整影响了光开关的驱动扭臂结构的制作。采用合理配比的HF,HNO3和CH3COOH腐蚀剂对制作的微反射镜阵列硅片进行抛光处理,抛光后微反射镜表面和腐蚀的(110)面均有较大的改善,并且抛光不影响器件的结构,最后制作出了均匀一致的光开关阵列扭臂驱动结构。 展开更多
关键词 光开关 KOH腐蚀 微反射镜 扭臂
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端面约束单晶硅直梁MEMS扫描微镜应力特性研究
9
作者 穆参军 张飞岭 +2 位作者 张宁 赵本刚 吴亚明 《机械强度》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期225-230,共6页
结合微机电系统(micro-electronic-mechanical system,MEMS)扫描微镜结构以及单晶硅材料正交各向异性的特点,理论分析端面约束单晶硅直梁MEMS扫描微镜的应力特性,得到器件工作时扭转梁上正确的应力分布及其特征,所得结论与有限元仿真结... 结合微机电系统(micro-electronic-mechanical system,MEMS)扫描微镜结构以及单晶硅材料正交各向异性的特点,理论分析端面约束单晶硅直梁MEMS扫描微镜的应力特性,得到器件工作时扭转梁上正确的应力分布及其特征,所得结论与有限元仿真结果进行比较。结果表明由于端部约束效应的影响,作用在MEMS扫描微镜上的驱动力矩分别通过纯扭转力矩和横向弯矩,在扭转梁上传递,导致在扭转梁产生正应力、附加剪切应力和扭转剪切应力,其中扭转剪切应力最大值位于扭转梁中部截面长边中点处,而正应力和附加剪切应力最大值分别位于约束端部截面四角处和截面短边中点处。随着扭转梁截面形状趋近于窄的矩形,端面约束效应会愈加明显,约束端部截面的正应力越大于其他两种应力,经过有限元分析获得与分析解较为一致的结果。 展开更多
关键词 微机电系统 扫描微镜 约束扭转 单晶硅直梁 横向弯矩 扭转力矩
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MEMS光开关静电驱动结构的研究
10
作者 贾翠萍 朱海丰 《科学技术与工程》 2010年第5期1252-1254,共3页
对MEMS光开关的悬臂驱动结构进行了设计,考虑到采用湿法腐蚀技术制作的微反射镜与设计尺寸偏差较大,会对光开关的性能产生一定影响,提出了一种扭臂和微反射镜相平行的光开关悬臂驱动结构,该种结构能够实现大面积微反射制作的同时,而不... 对MEMS光开关的悬臂驱动结构进行了设计,考虑到采用湿法腐蚀技术制作的微反射镜与设计尺寸偏差较大,会对光开关的性能产生一定影响,提出了一种扭臂和微反射镜相平行的光开关悬臂驱动结构,该种结构能够实现大面积微反射制作的同时,而不提高光开关的驱动电压,具有结构紧凑,便于集成的优点。采用该悬臂驱动结构,成功制作了8×8光开关阵列,单面微反射镜面积达到180μm×600μm,在65V的驱动电压下,能够实现微反射镜180μm的大位移。 展开更多
关键词 微反射镜 扭臂 驱动电压
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一种新型静电驱动的单轴扭转微镜
11
作者 王丛舜 熊春阳 +2 位作者 杨振川 张大成 方竞 《微纳电子技术》 CAS 2003年第7期419-421,共3页
基于MEMS技术的微镜在投影显示、光学扫描和光通信等领域中都具有重要的应用价值。本文提出了一种新型的静电驱动的单轴扭转微镜 ,这种MEMS微镜采用标准体硅工艺和绝缘连接工艺制成。由于驱动力作用线和扭转中心之间存在一定的距离 ,使... 基于MEMS技术的微镜在投影显示、光学扫描和光通信等领域中都具有重要的应用价值。本文提出了一种新型的静电驱动的单轴扭转微镜 ,这种MEMS微镜采用标准体硅工艺和绝缘连接工艺制成。由于驱动力作用线和扭转中心之间存在一定的距离 ,使得微镜在梳齿驱动器的横向静电力驱动下 ,发生一定角度的扭转。测试中发现了微镜初步设计中的薄弱环节 。 展开更多
关键词 静电驱动 单轴扭转微镜 梳齿驱动器 体硅工艺 MEMS技术
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串联电容对MEMS扭转微镜吸合角的影响 被引量:2
12
作者 罗伟 杨国珂 叶坤涛 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2014年第4期98-101,105,共5页
采用对比扭转微镜的静电力矩与机械回复力矩随角度的变化规律的方法,对串联电容后,扭转微镜吸合角的变化规律进行了数值仿真和解析分析。结果表明:扭转微镜在保持尺寸参数的前提下,串联电容后,其吸合角增大,系统稳定性提高;串联的电容... 采用对比扭转微镜的静电力矩与机械回复力矩随角度的变化规律的方法,对串联电容后,扭转微镜吸合角的变化规律进行了数值仿真和解析分析。结果表明:扭转微镜在保持尺寸参数的前提下,串联电容后,其吸合角增大,系统稳定性提高;串联的电容值不同,扭转微镜的吸合角也不同,且随着串联电容值的增大,吸合角逐渐减小。为扭转微镜在尺寸参数已经固定的情况下,如何扩展其偏转角范围提供了理论指导。 展开更多
关键词 微机电 扭转微镜 电容 吸合角
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大角度扭转微镜的静态特性分析 被引量:4
13
作者 王振霖 陈学康 曹生珠 《科学技术与工程》 2008年第16期4675-4679,共5页
大角度扭转微镜是一种静电驱动的MEMS微致动器。微镜的大角度扭转会引起极板间电场分布的显著变化,使得极外电场的对微镜的影响变得不容忽略。此外,微镜受静电力作用时,悬臂梁会产生扭转和弯曲两种变形,悬臂梁的弯-扭耦合效应的影响也... 大角度扭转微镜是一种静电驱动的MEMS微致动器。微镜的大角度扭转会引起极板间电场分布的显著变化,使得极外电场的对微镜的影响变得不容忽略。此外,微镜受静电力作用时,悬臂梁会产生扭转和弯曲两种变形,悬臂梁的弯-扭耦合效应的影响也是必须考虑的。综合考虑了这两类影响,推导出了适用于分析大角度扭转微镜静态特性的解析公式。 展开更多
关键词 大角度扭转微镜 静态特性 耦合
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MEMS扭转微镜动态特性的有限元仿真分析
14
作者 王振霖 陈学康 曹生珠 《真空与低温》 2008年第2期82-85,共4页
使用有限元方法分析了MEMS扭转微镜在真空无阻尼状态下的各项动力学特征,包括模态分析、谐响应分析、瞬态响应分析等,获得了微镜器件的模态固有频率、振型以及谐响应频率,重点研究了扭转微镜的不同部位振动状态之间的差别。
关键词 微机电系统 扭转微镜 动态特性 有限元
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复合结构磁扭转微镜光纤电流传感器的研究
15
作者 黄梅红 王巨锋 庄其仁 《激光与光电子学进展》 CSCD 北大核心 2016年第7期113-120,共8页
提出一种复合结构微机电系统(MEMS)磁扭转微镜光纤电流传感器,传感部分由磁扭转微镜和双光纤准直器组成。介绍了MEMS扭转微镜的结构及电流传感原理。对电流传感器模型进行分析,结果表明,选择合适的准直器端面与微镜的距离,可以避免信号... 提出一种复合结构微机电系统(MEMS)磁扭转微镜光纤电流传感器,传感部分由磁扭转微镜和双光纤准直器组成。介绍了MEMS扭转微镜的结构及电流传感原理。对电流传感器模型进行分析,结果表明,选择合适的准直器端面与微镜的距离,可以避免信号失真。利用归一化光强峰峰值作为交变电流来测量输出信号时,电流测量灵敏度随电流测量值的变化而变化,且被测电流的电流强度接近0时,测量灵敏度也接近0。因此采用归一化光强线性矫正信号处理方法,得到了很好的输出线性响应曲线,使电流测量灵敏度不受电流变化的影响。最后实验验证了理论分析和模拟仿真结果的正确性,实验测得的归一化光强线性矫正响应灵敏度约为0.034/A。 展开更多
关键词 信号处理 光纤电流传感器 微机电系统 磁扭转微镜
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