本文關(guān)鍵詞：壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：基于微機電系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的面內(nèi)橫向微驅(qū)動器是一種能夠在面內(nèi)產(chǎn)生水平運動的微型驅(qū)動器,具有面內(nèi)范圍限制小、擴展性強、易于單片集成等優(yōu)點。壓電式MEMS面內(nèi)橫向運動驅(qū)動器具有輸出力/位移大、響應(yīng)速度快、工作頻率高、控制精度好等優(yōu)點,在高性能驅(qū)動器和傳感器領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值。 本課題設(shè)計一種壓電式MEMS面內(nèi)橫向微驅(qū)動器,運用壓電驅(qū)動機制理論,分析了橫向壓電驅(qū)動原理和驅(qū)動機制,研究了驅(qū)動器的運動學和動力學行為,建立了結(jié)構(gòu)參數(shù)與MEMS橫向驅(qū)動器性能之間的數(shù)學模型；結(jié)合有限元方法,驗證了理論分析模型,研究關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對MEMS橫向驅(qū)動器性能的影響,獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)與性能之間的關(guān)系和優(yōu)化的結(jié)構(gòu)參數(shù)。 采用溶膠-凝膠法分別在SiO2/Si(100)和LaNiO3(LNO)/SiO2/Si(100)襯底上制備LNO下電極薄膜和Nb0.02-Pb(Zro.6Tio.4)03(PNZT)壓電薄膜,對其物相分析、微結(jié)構(gòu)表征和電性能進行測試研究。X-射線衍射(XRD)分析結(jié)果表明,兩種薄膜結(jié)晶良好,均呈鈣鈦礦相結(jié)構(gòu),PNZT薄膜在LNO薄膜上能夠?qū)崿F(xiàn)良好的生長,其中LNO薄膜呈110)擇優(yōu)取向,PNZT薄膜主要呈(012)、(104)、(202)晶面的衍射峰。掃描電子顯微鏡(SEM)表征結(jié)果顯示LNO薄膜和PNZT薄膜表面均致密,晶粒尺寸分布均勻,PNZT薄膜和LNO薄膜的厚度分別約為1.6gm和600nm,薄膜厚度均勻,晶界明顯,晶粒尺寸在縱向分布均勻,具有好的薄膜質(zhì)量。四探針法測試得到LNO薄膜電阻率平均為1.34mΩ·cm,具有良好導電性,說明本課題制備的LNO薄膜能夠作為下電極薄膜。PNZT/LNO薄膜的鐵電性能顯示,薄膜的最大剩余極化強度(Pr)為12.68μC·cm-2,矯頑場(Ec)平均值為38.56kV·cm-1。經(jīng)過疲勞測試后,薄膜的鐵電性能未出現(xiàn)明顯下降,說明本課題制備出的薄膜樣品鐵電性能良好。 設(shè)計并對壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的制作工藝進行了研究。采用光刻、濺射和刻蝕等MEMS微加工技術(shù)并結(jié)合PNZT口LNO薄膜的溶膠-凝膠制備工藝,研究了壓電薄膜微圖形化和深硅刻蝕等工藝。通過對比PNZT薄膜的濕法刻蝕、干法刻蝕以及剝離(lift-off)工藝,得到干法刻蝕比濕法刻蝕精度顯著提高,而lift-off工藝則可以實現(xiàn)更高精度的PNZT薄膜微圖形。通過對比SF6與O2和SF6與Ar刻蝕氣體不同工藝條件的深硅刻蝕結(jié)果,得到使用Ar代替02能夠明顯抑制側(cè)向深硅刻蝕,提高深硅刻蝕的各向異性。
【關(guān)鍵詞】：MEMS 橫向微驅(qū)動器 壓電式 有限元仿真 薄膜微圖形化 微加工制作
【學位授予單位】：北方工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TH-39;TB383.2
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 1 緒論8-19
• 1.1 MEMS概述8-10
• 1.1.1 微機電系統(tǒng)(MEMS)及其特點、應(yīng)用8-9
• 1.1.2 MEMS加工工藝9-10
• 1.2 壓電特性與壓電薄膜10-13
• 1.2.1 壓電效應(yīng)與逆壓電效應(yīng)10-11
• 1.2.2 PZT基壓電薄膜11-12
• 1.2.3 LNO導電電極薄膜12-13
• 1.3 MEMS面內(nèi)橫向微驅(qū)動器國內(nèi)外發(fā)展狀況13-17
• 1.3.1 靜電式微驅(qū)動器13-14
• 1.3.2 電熱式微驅(qū)動器14-15
• 1.3.3 電磁式微驅(qū)動器15
• 1.3.4 壓電式微驅(qū)動器15-17
• 1.4 本論文研究目的及意義17-18
• 1.5 本論文主要研究內(nèi)容18-19
• 2 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器設(shè)計、分析與優(yōu)化19-36
• 2.1 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計19
• 2.2 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的工作原理19-20
• 2.3 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的理論分析20-26
• 2.3.1 水平放大機構(gòu)的運動學分析20-21
• 2.3.2 水平放大機構(gòu)的動力學分析21-23
• 2.3.3 壓電橋形梁的動力學分析23-26
• 2.4 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的有限元與優(yōu)化技術(shù)研究26-35
• 2.4.1 有限元模型建立參數(shù)設(shè)置26-29
• 2.4.2 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器性能分析及優(yōu)化29-35
• 2.5 本章小結(jié)35-36
• 3 硅基壓電薄膜制備、表征及性能36-47
• 3.1 LNO下電極薄膜的制備、表征和性能36-40
• 3.1.1 LNO溶膠的制備36-38
• 3.1.2 LNO薄膜的制備38
• 3.1.3 表征與性能38-40
• 3.2 PNZT壓電薄膜的制備、表征和性能40-45
• 3.2.1 PNZT溶膠的制備41-43
• 3.2.2 PNZT薄膜的制備43
• 3.2.3 表征與性能43-45
• 3.3 本章小結(jié)45-47
• 4 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的制作工藝研究47-61
• 4.1 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器工藝流程設(shè)計47
• 4.2 壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的制作工藝47-59
• 4.2.1 PECVD法制備SiO_2薄膜47-49
• 4.2.2 LNO和SiO_2薄膜圖形化49-52
• 4.2.3 PNZT薄膜圖形化52-55
• 4.2.4 上電極制備及深硅刻蝕工藝55-59
• 4.3 本章小結(jié)59-61
• 結(jié)論61-63
• 參考文獻63-66
• 附錄66-89
• 申請學位期間的研究成果及發(fā)表的學術(shù)論文89-90
• 致謝90

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 陳傳忠,包全合,姚書山,雷廷權(quán);脈沖激光沉積技術(shù)及其應(yīng)用[J];激光技術(shù);2003年05期

  本文關(guān)鍵詞：壓電式MEMS面內(nèi)橫向驅(qū)動器的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：326306