本文關(guān)鍵詞：MEMS微鏡陣列單元設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：MEMS技術(shù)是一個(gè)前沿的技術(shù)研究領(lǐng)域，廣泛涉及到包括機(jī)械學(xué)、電子學(xué)和光學(xué)等在內(nèi)的多個(gè)學(xué)科，并且相互之間產(chǎn)生交叉耦合作用，被稱作是一項(xiàng)面向21世紀(jì)能夠廣泛應(yīng)用的新興技術(shù)。而微反射鏡陣列是近些年來(lái)伴隨MEMS技術(shù)的進(jìn)步而逐漸得到應(yīng)用的一種微光學(xué)器件，隨著微加工技術(shù)的不斷發(fā)展，它在現(xiàn)代光纖通訊、投影顯示等相關(guān)領(lǐng)域的運(yùn)用日益廣泛。 本文對(duì)扭臂結(jié)構(gòu)的MEMS微鏡陣列單元進(jìn)行了設(shè)計(jì)研究。首先，對(duì)微梁的基礎(chǔ)力學(xué)知識(shí)進(jìn)行了闡述，總結(jié)了其中幾種常見(jiàn)的彈性梁結(jié)構(gòu)，分析了多種彈性梁的力學(xué)特點(diǎn)。而后，通過(guò)對(duì)比目前MEMS中的幾種主要驅(qū)動(dòng)方式，提出選用扭臂結(jié)構(gòu)式MEMS微鏡陣列單元的結(jié)構(gòu)模型。并在簡(jiǎn)要介紹其工作原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合微反射鏡陣列單元中每個(gè)部分的不同特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了微鏡陣列單元各部分結(jié)構(gòu)尺寸。并對(duì)所設(shè)計(jì)的微鏡單元中扭臂的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了重點(diǎn)分析，通過(guò)比較靜電力矩及恢復(fù)力矩隨扭轉(zhuǎn)角度的變化關(guān)系，得到了產(chǎn)生靜電Pull-in現(xiàn)象的根本原因。同時(shí)，針對(duì)簡(jiǎn)化后的扭臂式微反射鏡單元模型，討論了對(duì)于靜電Pull-in現(xiàn)象的分析方法，并得到用于描述Pull-in現(xiàn)象的參數(shù)化分析公式。 在后續(xù)章節(jié)中以結(jié)構(gòu)-靜電耦合場(chǎng)為基礎(chǔ)，利用ANSYS軟件并對(duì)所設(shè)計(jì)單元包括在模態(tài)、諧響應(yīng)頻率以及吸合電壓等在內(nèi)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)特性參數(shù)進(jìn)行研究，用以驗(yàn)證所設(shè)計(jì)出的微反射鏡陣列單元的結(jié)構(gòu)合理性。論文最后結(jié)合微驅(qū)動(dòng)器工作性能要求及制作工藝的實(shí)現(xiàn)，提出了微反射鏡陣列單元總體工藝流程設(shè)計(jì)。針對(duì)金屬雙層布線工藝進(jìn)行重點(diǎn)研究，，選取合適的雙層布線金屬以及絕緣層材料，并針對(duì)金屬鍍層的剝離、絕緣層的沉積和反應(yīng)離子刻蝕工藝進(jìn)行了介紹。通過(guò)分析聚酰亞胺的特性，研究了包括固化、孔槽制作及釋放在內(nèi)的犧牲層制作工藝，隨后借助氧等離子干法刻蝕工藝釋放出犧牲層，制得可動(dòng)的微反射鏡結(jié)構(gòu)。 在論文最后對(duì)于全文主要工作和存在的問(wèn)題進(jìn)行了總結(jié)，并提出了今后的重點(diǎn)研究方向。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 微鏡陣列單元 Pull-in現(xiàn)象 機(jī)電耦合 犧牲層制作
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TH-39
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 微機(jī)電系統(tǒng)的概念描述與特點(diǎn)10-11
• 1.2 MEMS 起源和發(fā)展歷程11-13
• 1.3 MEMS 典型應(yīng)用及研究實(shí)例13-14
• 1.3.1 MEMS 微鏡陣列簡(jiǎn)介13
• 1.3.2 微鏡陣列在光通信領(lǐng)域中的應(yīng)用13-14
• 1.3.3 微鏡陣列在投影顯示領(lǐng)域中的應(yīng)用14
• 1.4 微鏡陣列在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀14-16
• 1.4.1 國(guó)外的發(fā)展現(xiàn)狀14-15
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀15-16
• 1.5 本文主要內(nèi)容16-17
• 第2章 微機(jī)電系統(tǒng)理論基礎(chǔ)17-27
• 2.1 微梁力學(xué)基礎(chǔ)17-23
• 2.1.1 應(yīng)力與應(yīng)變18-19
• 2.1.2 懸臂梁彎曲分析19-22
• 2.1.3 懸臂梁扭轉(zhuǎn)分析22-23
• 2.2 MEMS 微驅(qū)動(dòng)器23-26
• 2.2.1 靜電驅(qū)動(dòng)方式24
• 2.2.2 壓電驅(qū)動(dòng)方式24-25
• 2.2.3 電磁驅(qū)動(dòng)方式25-26
• 2.2.4 熱驅(qū)動(dòng)方式26
• 2.3 本章小結(jié)26-27
• 第3章 微鏡陣列單元設(shè)計(jì)與工作穩(wěn)態(tài)分析27-41
• 3.1 引言27
• 3.2 結(jié)構(gòu)模型及工作原理27-28
• 3.3 微鏡單元尺寸設(shè)計(jì)28-32
• 3.3.1 微鏡面的尺寸28-30
• 3.3.2 微鏡單元的間距30
• 3.3.3 微鏡支柱30-31
• 3.3.4 扭臂設(shè)計(jì)31
• 3.3.5 微鏡單元設(shè)計(jì)尺寸31-32
• 3.4 微鏡單元的靜態(tài)模型32-40
• 3.4.1 靜電力矩32-34
• 3.4.2 扭臂力矩34-35
• 3.4.3 微鏡工作穩(wěn)態(tài)分析35-38
• 3.4.4 幾何參數(shù)對(duì)微鏡單元穩(wěn)態(tài)特性的影響38-40
• 3.5 本章小結(jié)40-41
• 第4章 微鏡陣列單元有限元模擬分析41-56
• 4.1 有限元及其在耦合場(chǎng)中的應(yīng)用41-43
• 4.1.1 有限元的基本概念41
• 4.1.2 ANSYS 軟件簡(jiǎn)介41-42
• 4.1.3 耦合場(chǎng)分析42-43
• 4.2 微鏡單元的 ANSYA 分析步驟43-49
• 4.2.1 建立幾何模型43-44
• 4.2.2 網(wǎng)格劃分44-45
• 4.2.3 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)場(chǎng)和電場(chǎng)物理環(huán)境文件45-46
• 4.2.4 創(chuàng)建降階模型46
• 4.2.5 有限元仿真參數(shù)化模型的建立46-49
• 4.3 有限元仿真結(jié)果分析49-55
• 4.3.1 模態(tài)分析49-52
• 4.3.2 諧響應(yīng)分析52-54
• 4.3.3 微鏡吸合特性分析54-55
• 4.4 本章小結(jié)55-56
• 第5章 微鏡陣列單元制作工藝流程設(shè)計(jì)56-69
• 5.1 微鏡單元設(shè)計(jì)概述56-60
• 5.1.1 微鏡單元設(shè)計(jì)材料選取56-57
• 5.1.2 微鏡單元制備工藝流程57-60
• 5.2 下電極的制作60-62
• 5.2.1 光刻工藝60-61
• 5.2.2 下電極鋁薄膜薄膜淀積61-62
• 5.3 金屬線間絕緣層的布置62-64
• 5.3.1 二氧化硅絕緣層布置的技術(shù)要求62
• 5.3.2 化學(xué)氣相沉積法制取二氧化硅62-63
• 5.3.3 二氧化硅的刻蝕63-64
• 5.4 鏡面電極的制作64
• 5.5 懸浮微鏡結(jié)構(gòu)的制作64-67
• 5.5.1 犧牲層材料的選用要求64
• 5.5.2 犧牲層的選取64-65
• 5.5.3 運(yùn)用聚銑亞胺旋涂犧牲層65-66
• 5.5.4 化學(xué)鍍鎳法制作微鏡支柱66-67
• 5.5.5 犧牲層的釋放67
• 5.6 本章小結(jié)67-69
• 第6章 總結(jié)與展望69-71
• 6.1 全文總結(jié)69
• 6.2 工作展望69-71
• 致謝71-72
• 參考文獻(xiàn)72-75
• 附錄75

【參考文獻(xiàn)】

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

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  本文關(guān)鍵詞：MEMS微鏡陣列單元設(shè)計(jì)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：287691