碳纳米管在MEMS微电极中的应用研究

采用丝网印刷技术,将配制好的碳纳米管浆料涂敷到金属衬底上,形成碳纳米管薄膜,用四探针仪及表面轮廓仪分别测量了薄膜的方块电阻和表面粗糙度.结果表明,将碳纳米管球磨1 h,以质量比10%～12%与有机溶剂混合配制成浆料,丝网印刷后在真空烘箱内加热至100℃,干燥1 h,最后350℃烧结40 min,所获得的碳纳米管薄膜具有较好的导电性和较平整的表面.根据测量结果,优化了工艺参数,并结合微细加工技术获得了碳纳米管MEMS微电极.

微器件用Ni-W合金薄膜热稳定性的研究

研究了低应力柠檬酸胺-1-羟基乙烷二膦酸(HEDP)镀液体系中电流密度、pH值、脉冲参数和热处理条件等对Ni-W合金薄膜硬度的影响。结果表明,电镀工艺条件对硬度提高有限,热处理对Ni-W合金薄膜的硬度有明显提高。同时研究对比了沉积态及550℃热处理后Ni和Ni-W硬度、干摩擦条件下耐磨性以及微观结构的变化。实验发现:多晶的Ni薄膜经过热处理后,晶粒尺寸显著长大,硬度、耐磨性约下降2/3;而Ni-W合金薄膜经过热处理后,微观结构由非晶转变成纳米晶,薄膜仍保持良好的耐磨性,硬度提高了1倍。Ni-W合金薄膜优异的热稳定性,有望在特殊环境下取代Ni薄膜在MEMS器件上获得应用。

适于MEMS器件的低应力Ni-W纳米晶薄膜的制备

以高强度、高耐腐蚀性Ni-W合金为研究对象,探讨了柠檬酸胺-HEDP体系中,各种电沉积工艺参数以及热处理条件对Ni-W合金薄膜应力的影响规律及其在微喷嘴模具上的应用.研究结果表明,在优化的工艺条件下,可获得应力为230 MPa、硬度高达988 HV、无裂纹的纳米晶Ni-W薄膜材料,为其在MEMS微器件、微模具制备上的应用提供了有效途径.

新型高抗粘紫外纳米压印光刻胶的工艺研究

为了减少紫外纳米压印技术脱模过程中的接触粘附力,开发了一种新型高流动、抗粘的紫外纳米压印光刻胶。光刻胶以BMA为聚合单体,添加特定配比的交联剂和光引发剂配置而成。紫外纳米压印实验在本课题组自主研发的IL-NP04型纳米压印机上完成。实验得到光刻胶掩膜膜厚为1.21μm,结构尺寸深246nm,周期937.5nm。实验结果表明,在没有对石英模板表面进行修饰的情况下,该光刻胶依然表现出高可靠性和高图形转移分辨率,有效减少了紫外纳米压印工艺中的模板抗粘修饰的工艺步骤。

基于Zigbee的GPS相对定位技术

传统机器人使用的超声或者视觉等传感器定位的方法在定位距离及成本方面存在瓶颈,且容易受到阻碍物的影响。本文利用了Zigbee传感器网络低功耗、低成本、高稳定性的特点以及GPS位置差分定位消除定位节点间系统误差提高精度的特性。实现了一种采用以ARM7为控制平台,以Zigbee无线网络为通讯平台,基于GPS位置差分定位的相对定位技术。并成功地运用在了机器人群组在较广范围内的定位。

基于微加速度计的AIR-MOUSE的研究

本文研究了一种基于微加速度计原理的空中鼠标。该鼠标采用微加速度计来检测手部运动的角度和速度等参数,并通过射频无线传输和USB接口实现与计算机的通信。本文介绍微加速度计、微控制器、无线射频模块、USB通讯等的集成研究,并对无线传输模块的软硬件做了详细阐述。

MEMS中Ni-W合金薄膜力学性能的研究

研究了柠檬酸胺—1—羟基乙烷二膦酸(HEDP)镀液体系中Ni-W的力学性能。通过紫外曝光的光刻、电铸和注塑(UV-LIGA)技术制备出微拉伸试样和单轴微拉伸测试系统进行拉伸试验。结果表明:在Ni-W薄膜试样尺寸为5μm×50μm×100μm条件下,其杨氏模量约为100.4 GPa,抗拉强度为1.96 GPa,应变约为3.6%。

PZT厚膜拾振器微图形化工艺研究

采用sol-gel方法制备了PZT铁电厚膜,构成了SiO2/Si/SiO2/Ti/Pt/PZT/Ti/Pt形式的拾振器敏感元结构。基于半导体光刻技术,通过干法刻蚀电极和化学湿法刻蚀PZT厚膜等技术,成功地实现了敏感元的微图形化,解决了Pt/Ti下电极刻蚀难、制作的PZT膜形貌不好和上电极容易起壳等问题,为基于PZT厚膜的高性能拾振器的研制打下了良好的基础。

压电型微悬臂梁制备中RIE刻蚀硅工艺的研究

介绍了一种压电型微悬臂梁的制作工艺流程,重点研究了其中硅的反应离子刻蚀(RIE)工艺,分析了工艺参数对刻蚀速率、均匀性和选择比的影响,提出通过适当调整气体流量、射频功率和工作气压,以加快刻蚀速率,改善均匀性,提高选择比。研究表明,在SF6流量为20 mL/min,射频功率为20 W,工作气压为8.00 Pa的工艺条件下,硅刻蚀速率可以提高到401 nm/min,75 mm(3 in.)基片范围内的均匀性为±3.85%,硅和光刻胶的刻蚀选择比达到7.80。为制备压电悬臂梁或其它含功能薄膜的微结构提供了良好的参考。

碳纳米管场发射压力传感器结构设计与测试

研制出了碳纳米管场发射压力传感器。在结构设计中提出了场发射压力传感器台阶双层阳极变形膜结构,计算机模拟证明,这种结构具有大量程与高灵敏度的优点。同时对这种结构的形变特性进行了实验测试,为传感器结构的整体尺寸设计提供了依据。最后对这种新型传感器的性能进行了测试,表明传感器的灵敏度为0.22μA/kPa(5kPa^101kPa)。

铁硅铝/锰锌铁氧体复合软磁薄膜成型工艺及磁性能研究

研究了基于高饱和磁感应强度的铁硅铝软磁材料的复合软磁材料薄膜的低温成型工艺和磁性能。绝缘包覆工艺上,使用高电阻率的锰锌铁氧体软磁粉末做绝缘剂。粘结工艺上,使用水玻璃做粘结剂,低温固化粘结。与传统工艺比,低温成型工艺与微加工工艺兼容。应用该工艺制作了软磁薄膜,采用超景深三维显微系统VHX-2000观测复合材料的微观结构;运用振动样品磁强计测试薄膜的静态磁性能参数;使用交流磁化率测量仪测试薄膜动态磁性能参数。针对软磁磁粉颗粒度、绝缘包覆、粘结成型等不同工艺因素,制作了薄膜样品,总结了不同工艺因素对薄膜综合磁性能的影响。

基于微加速度传感器的无线鼠标的设计

研究基于微加速度传感器的无线鼠标的设计,讨论了MEMS无线鼠标的软件、硬件设计和系统组成,给出了M atlab环境下系统的模型和算法。模拟结果说明:无线鼠标的设计是合理可行的,提出的二次积分近似算法是简捷有效的。

UV-LIGA镍薄膜材料的力学性能测试与分析

利用LIGA或UV-LIGA技术制备的镍,特别适合作为微器件的结构材料。材料的力学性能在微器件的仿真设计和实际使用中起到重要作用。主要利用常规的力学试验机和自行搭建的微拉伸平台,通过单轴拉伸方法测试了电流密度为20mA/cm2的UV-LIGA镍薄膜的力学性能。3种测试方法的结果呈现了一致的规律性变化——弹性模量显著降低,强度显著提高,表明UV-LIGA镍具有与块体镍显著不同的力学性能。通过X射线衍射分析(XRD),测量了该电流密度下试样的择优取向和晶粒尺寸,通过场发射扫描电镜(SEM)观察了试样的表面形貌和拉伸断口,并初步地分析了UV-LIGA镍力学性能的变化原因。该测试结果为微器件的仿真设计提供了重要的参考依据。

MEMS微结构电沉积层均匀性的有限元模拟

利用有限元软件ANSYS对MEMS微电铸Ni工艺进行电场模拟,研究了光刻胶厚度、线宽以及片内辅助电极参数对微结构表面电场分布均匀性的影响。根据模拟结果,利用微电铸试验研究了微结构单元尺寸以及辅助极距离和大小对于微结构层厚度均匀性的影响。模拟和试验结果均表明,微结构单元尺寸是影响其均匀性的主要因素之一,合理添加片内辅助极是提高微结构铸层厚度均匀性的有效方法。而且,有限元分析软件ANSYS可以对微结构的电镀过程进行有效的模拟分析。

一种用于微拉伸系统的MEMS弹簧设计与制作

针对微拉伸测试系统支撑梁因塑性变形带来的误差,采用UV-LIGA技术制备出S型支撑弹簧来代替刚性梁,这样即可测量大变形薄膜的力学性能。实验结果表明,用UV-LIGA工艺制备的Ni金属S形弹簧具有良好的均匀性,在较大的变形范围内有很好的线弹性。

一种MEMS薄膜材料的力学性能测试方法

介绍了一种用于MEMS薄膜材料力学特性测试的单轴拉伸试验方法。其特点是微小试件两端固定,且与加载机构集成在基片上,从而可减少操作工作量,提高对准精度。整个机构以微细加工方法制成,硅类试件以干法蚀刻成型,金属类试件以电镀方法成型,其余加载机构以湿法刻蚀制成。试验表明:使用此机构可以简单且高精度地对薄膜试件进行拉伸试验,获得多项力学性能参数,从而为MEMS器件设计和分析提供可靠的理论基础。

基于加速度采集系统的无线输入设备的研究

研究基于加速度采集系统的无线输入设备,介绍了硬件系统的组成和工作原理,重点讨论了有限状态机FSM和COM组件软件技术的应用,用C++语言给出了FSM的实现框架和COM接口函数的描述,并基于加速度信息采集平台用C#语言开发了一个测试程序,既充分展示了采用FSM和COM技术的优点,同时说明了基于该系统的虚拟键盘鼠标系统实现方案的可行性。

一种用于测试坡莫合金薄膜机械性能的拉伸模型

坡莫合金(Ni80Fe20)薄膜是微机电系统常用的磁性材料之一.介绍了一种用于测试其机械性能的单轴拉伸试验模型.此模型的特点是微小试件两端固定、且与加载机构集成在基片上,从而可减少操作工作量、提高对准精度.整个机构以微细加工方法制成:坡莫合金拉伸试件以光刻和电镀技术成型,其余的加载机构以湿法蚀刻制成.实验表明:使用此机构可以简单且高精度地对薄膜试件进行拉伸试验,获得多项力学性能参数,从而为MEMS器件设计和分析提供可靠的理论基础.

一种新型的全局互连结构及其加工方法

随着特征尺寸的缩小,互连成为制约集成电路性能提高和成本下降的主要因素。为了降低互连延迟,提出了一种全新的全局互连结构,即利用掩膜电镀和CMP技术形成三维的铜互连结构,再利用牺牲层技术将三维结构镂空,得到悬空的全局互连结构。该结构可大大地降低全局互连对延迟的影响。

静电悬浮转子微陀螺信号发生电路有源带通滤波器设计

信号发生电路是静电悬浮转子微陀螺系统的重要组成部分。介绍了DDS信号发生电路的原理及基本构成和微陀螺信号电容检测的要求、特点以及主要技术指标,并根据具体带宽、中心频率的要求,设计了具有不同参数的有源滤波电路。通过电路模拟仿真实验表明了该电路的可行性之后,在具体实验的操作过程中,成功滤去了DDS信号发生电路所产生的低频直流偏置和高频噪声,从而提高了电路的整体信噪比和控制精度,并为后续静电悬浮转子微陀螺检测控制电路提供了较为理想的信号源。