本文關(guān)鍵詞：基于圖形化SOI襯底的氮化鎵微驅(qū)動器的研究

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【摘要】：光微機電系統(tǒng)(MOEMS)由于其微型化、可集成化、可批量生產(chǎn)等優(yōu)點成為21世紀(jì)研究的熱點,廣泛應(yīng)用于光通信系統(tǒng)、光學(xué)顯示、光電子器件等領(lǐng)域,推動了通信、醫(yī)療、軍事、航空航天等事業(yè)的快速發(fā)展。作為MOMES的驅(qū)動單元,靜電梳齒結(jié)構(gòu)微驅(qū)動器的研究具有巨大的現(xiàn)實意義。另外,第三代寬半導(dǎo)體材料氮化鎵具有寬直接禁帶、發(fā)光性能優(yōu)異,在高溫、高頻、大功率工作條件下性能優(yōu)越等優(yōu)點,成為MOEMS的理想材料。氮化鎵的生長基片主要是藍(lán)寶石、碳化硅、硅/SOI基片。由于SOI基片上可以生長出較大面積的氮化鎵薄膜,且與硅的微加工技術(shù)兼容,SOI基氮化物的新型集成器件可能成為一個有發(fā)展前途的研究方向。因此,本文對基于圖形化SOI襯底的氮化鎵靜電梳狀微驅(qū)動器進行了研究。本文利用COMSOL有限元軟件對硅基GaN靜電驅(qū)動器進行了建模仿真,分析了結(jié)構(gòu)參數(shù)對靜電梳狀微驅(qū)動器性能的影響。對硅基GaN靜電驅(qū)動器的前六階模態(tài)的本征頻率與振型進行了分析,得到一階模態(tài)和三階模態(tài)。在硅基GaN靜電驅(qū)動器研究的基礎(chǔ)上,設(shè)計了基于SOI襯底的氮化鎵可動微光柵,該光柵利用靜電梳狀驅(qū)動器,在水平和垂直方向?qū)崿F(xiàn)正交運動。利用導(dǎo)模共振理論對光柵進行了仿真,得到共振峰在25.742μm的光柵設(shè)計。從理論上對水平與垂直位移進行了公式推導(dǎo),然后用COMSOL軟件仿真優(yōu)化,并對氮化鎵可動微光柵進行了模態(tài)分析。器件設(shè)計完成后,在圖形化SOI襯底上采用分子束外延生長氮化鎵從而完成該器件的制備。最后,通過實驗測試了微光柵在驅(qū)動器帶動下產(chǎn)生的位移。水平位移的理論值與實際值之間存在偏差,而垂直位移與電壓的平方呈線性關(guān)系。為了研究在圖形化SOI襯底上采用氮化鎵分子束外延得到的多量子阱的光學(xué)性能,用激光拉曼光譜儀測試了氮化鎵膜的光致發(fā)光光譜,并對光譜進行了分析。
【關(guān)鍵詞】：微機電系統(tǒng) 梳狀靜電微驅(qū)動器 圖形化SOI襯底 氮化鎵 光柵
【學(xué)位授予單位】：南京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TH-39;TN304.2
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 專用術(shù)語注釋表9-10
• 第一章 緒論10-23
• 1.1 引言10-16
• 1.1.1 MEMS的發(fā)展歷史10-12
• 1.1.2 MEMS國內(nèi)外研究狀況12-15
• 1.1.3 MEMS的加工工藝15-16
• 1.2 GaN材料性能以及在MEMS中的應(yīng)用16-18
• 1.3 課題研究的背景和意義18-21
• 1.3.1 課題研究的背景18-20
• 1.3.2 課題研究的意義20-21
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容21-23
• 第二章 MEMS驅(qū)動器及靜電梳齒驅(qū)動器工作原理23-32
• 2.1 引言23
• 2.2 微驅(qū)動器的分類23-25
• 2.3 靜電微驅(qū)動器工作原理25-31
• 2.3.1 平行平板驅(qū)動器工作原理25-28
• 2.3.2 靜電梳狀驅(qū)動器工作原理28-31
• 2.4 靜電微驅(qū)動器的優(yōu)缺點31
• 2.5 本章小結(jié)31-32
• 第三章 硅基氮化鎵靜電梳狀微驅(qū)動器的仿真分析32-41
• 3.1 前言32
• 3.2 有限元分析和COMSOL Multiphysics32-34
• 3.3 硅基氮化鎵靜電微驅(qū)動器的仿真分析34-40
• 3.3.1 模型建立34-36
• 3.3.2 模擬仿真分析36-38
• 3.3.3 靜電微驅(qū)動器模態(tài)分析38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-41
• 第四章 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵的設(shè)計和加工41-58
• 4.1 前言41
• 4.2 MOMES以及微光柵的應(yīng)用41-42
• 4.3 基本結(jié)構(gòu)42-43
• 4.4 光柵設(shè)計43-45
• 4.4.1 亞波長光柵和導(dǎo)模共振原理43-44
• 4.4.2 光柵模擬仿真分析44-45
• 4.5 可動光柵微鏡的梳狀靜電驅(qū)動設(shè)計45-54
• 4.5.1 正交驅(qū)動原理45-48
• 4.5.2 模型建立48-49
• 4.5.3 模擬仿真結(jié)果分析及優(yōu)化49-53
• 4.5.4 模態(tài)分析53-54
• 4.6 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵的微加工54-57
• 4.7 本章小結(jié)57-58
• 第五章 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵的實驗與特性測試58-66
• 5.1 前言58
• 5.2 測試儀器58-59
• 5.3 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵微鏡59-62
• 5.3.1 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵微鏡的FE-SEM圖59-61
• 5.3.2 基于圖形化SOI襯底的氮化鎵可動光柵的位移61-62
• 5.4 InGaN/GaN多量子阱薄膜光致發(fā)光光譜特性研究62-65
• 5.4.1 光致發(fā)光光譜（PL）62-63
• 5.4.2 InGaN/GaN多量子阱薄膜的光學(xué)特性63-65
• 5.5 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 本論文工作總結(jié)66-67
• 6.2 未來進一步工作展望67-68
• 參考文獻68-71
• 附錄1 攻讀碩士學(xué)位期間撰寫的論文71-72
• 附錄2 攻讀碩士學(xué)位期間參加的科研項目72-73
• 致謝73

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3 徐凱宇;唐s，

本文編號：994945