MEMS可制造性分析与研究

发布时间：2019-10-17 04:39

【摘要】：微机电(MEMS)器件对加工工艺具有高度的敏感性,所以,在设计之初就考虑工艺偏差对成品率的影响至关重要。MEMS可制造性设计正是针对这个问题,通过补偿设计技术降低工艺偏差对器件成品率的影响,这是提高成品率的关键途径,是迫切需要解决的问题。本文从工艺偏差对微机械器件性能造成的具体影响角度出发,以典型的微机械器件——固支梁与梳状谐振器为研究对象,以有限元仿真与理论推导为手段,分别仿真分析了工艺偏差对固支梁的谐振频率、振幅、吸合电压的影响,以及工艺偏差对静电驱动梳状谐振器的谐振频率与振幅的影响。针对固支梁,本文利用有限元分析的手段,分别从几何尺寸偏差、DRIE工艺导致的梯形剖面形状、footing效应导致的底部过刻蚀、TMDE工艺造成的波纹剖面形状以及各向异性刻蚀中会出现的圆弧拐角几个方面,分析了这些工艺偏差对固支梁的前五阶模态的频率、振幅以及吸合电压的影响。发现长度对固支梁的谐振频率影响最大,几何尺寸与过刻蚀对振幅影响较大,吸合电压受厚度影响比较明显,而固支梁的宽厚比发生变化时,会改变其模态分布。本文分别修正了在梯形剖面形状、底部过刻蚀、波纹剖面形状情况下固支梁的谐振频率公式,与有限元分析结果进行比较,验证了公式的正确性。对于梳状谐振器,本文从几何尺寸偏差、DRIE工艺导致的梯形剖面形状、footing效应导致的底部过刻蚀、TMDE工艺造成的波纹剖面形状以及力学参数误差的角度出发,利用有限元仿真,分析了工艺偏差对梳状谐振器的谐振频率、振幅的影响,并分别修正了在梯形剖面形状、底部过刻蚀、波纹剖面形状情况下梳状谐振器的谐振频率公式,同时比较了有限元分析结果与理论计算结果,验证了公式的正确性。研究表明,梳状谐振器的弹性梁宽度对谐振频率影响最大,剖面形状为梯形形状时,对谐振器的谐振频率影响亦较大,弹性梁的宽厚比发生变化时,影响谐振器的模态分布。本论文在分析常见工艺偏差形式的基础上,研究了这些偏差对器件性能的影响并进行了大量的分析计算,对有关计算理论提出了修正。论文工作为进一步开展MEMS可制造性设计建立了基础,为后续工作提供了有益的参考。
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TH-39;TH16

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