基于微观尺寸穿孔结构的MEMS器件下拉现象的研究
发布时间：2021-02-14 15:32
微机电系统是一项革命性的高新技术产业,在军事领域、航空航天、生物医学等领域都具有潜在应用,倍受各国政府和专家的高度重视。微执行器作为构成微机电系统的元件之一,是微机电系统的核心部分,是微机电系统的操作和执行单元,用于提供微机电系统所需的动力。其中,静电驱动微执行器是应用最广泛的执行器之一。在静电驱动的微执行器中,Pull-in现象是限制执行器行程范围的一个重要因素,其包括静态和动态两种。另外,在微器件尺寸影响因素中,阻尼效应对于Pull-in参数影响显著,器件的尺寸越小,阻尼效应的影响越大,对微器件的工作效率造成了一定的影响。在微执行器的制造中,为了减小阻尼,提出了穿孔板的设计概念,因此本文基于穿孔板结构,研究微执行器的Pull-in现象。本文使用Matlab和ANSYS仿真软件作为辅助工具,对两端固支穿孔板静电微执行器结构进行静态和动态特性分析,得到Casimir力、压膜阻尼、品质因数等因素对Pull-in参数的影响。研究表明:不考虑微观尺寸时,空气压膜阻尼效应的存在会导致动态Pull-in电压增大,Pull-in位移减小;考虑微观尺寸时,由于Casimir力的存在,Pull-in电...
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转式NEMS致动器侧视示意图
的临界角度和 Pull-in 电压小于 van derWaals 力矩，因此 Casimir 力对 Pull-in 电压影在微观力的作用下，只要间距足够小，即使不添加驱动电压，也会发生 Pull-in 现象图 1.6 旋转式 NEMS 致动器侧视示意图MarynaLishchynska[18]等人基于微机械悬臂梁结构，如图 1.7(a)所示，结合残余应力梯了预测静电偏转和 Pull-in 电压的模型，并通过实验模型进行验证，实物验证图如图 1。研究表明，考虑残留应力梯度下的 Pull-in 电压比没有考虑的要小。同时，Mhchynska 等人的研究成果也为悬臂式[19-23]静电驱动 MEMS 器件的设计、分析和优化种有效的方式。
人的研究成果也为悬臂式[19-23]静电驱动 MEMS 器件的设计、式。(a) 结构示意图 (b) 实物图图 1.7 静电负载的微机械悬臂梁o 等人着重研究了压膜阻尼效应对圆形板电容式执行器 Pull-i行器示意图如图 1.8 所示。他们通过建立一个连续模型来分和有限阶近似法，得到动态 Pull-in 位置和电压的解，以五阶l-in 参数。研究表明，压膜阻尼效应会增大动态 Pull-in 电压。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机械结构中考虑边界滑移的穿孔平板压膜阻尼分析[J]. 高春晖,高世桥,金磊,刘海鹏,牛少华. 北京理工大学学报. 2017(06)
[2]梳齿式静电微驱动器稳定性分析与结构优化[J]. 单体强,齐杏林,周晓东,范志锋. 微纳电子技术. 2016(07)
[3]静电微梁器件的降阶模型及其动态Pull-in不稳定性研究[J]. 林谢昭,胡振明,黄健萌. 仪表技术与传感器. 2016(05)
[4]Nonlinear beam formulation incorporating surface energy and size effect: application in nano-bridges[J]. A.KOOCHI,H.HOSSEINI-TOUDESHKY,M.ABADYAN. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(05)
[5]Sensitivity analysis of pull-in voltage for RF MEMS switch based on modified couple stress theory[J]. Junhua ZHU,Renhuai LIU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(12)
[6]空气阻尼对扭臂式静电驱动结构pull-in电压的影响[J]. 刘军,李海华,胡克想,王庆康. 半导体光电. 2015(04)
[7]MEMS穿孔板微执行器Pull-in特性分析[J]. 付文文,方玉明,刘婷. 电子器件. 2014(03)
[8]MEMS技术现状与发展前景[J]. 谷雨. 电子工业专用设备. 2013(08)
[9]MEMS器件平板运动结构的空气阻尼分析[J]. 张雄星,王伟,彭首军. 西安工业大学学报. 2010(04)
[10]基于ANSYS悬臂梁式微开关动态特性的分析[J]. 丁芳,李艳芳. 中国民航大学学报. 2008(06)
博士论文
[1]包含Casimir效应的微纳米机械系统动力学及其量子特性[D]. 聂文杰.清华大学 2014
[2]微结构的静电驱动特性研究[D]. 王洪喜.西安电子科技大学 2006
硕士论文
[1]穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究[D]. 付文文.南京邮电大学 2014
[2]Casimir力作用下的纳米级静电执行器的Pull-in现象分析[D]. 王蔚.南京邮电大学 2013
[3]悬臂梁式微开关特性分析研究[D]. 张曰浩.烟台大学 2013
[4]MEMS惯性器件参数辨识及误差补偿技术研究[D]. 乔会敏.沈阳理工大学 2013
[5]基于MEMS的静电控制加速度微开关分析及测试[D]. 郝亚锋.西安电子科技大学 2011
[6]量子效应对微纳机械系统稳定性的影响[D]. 童梓洋.华东师范大学 2008
[7]悬臂梁式微开关的动态分析研究[D]. 李艳芳.中国民航大学 2008
[8]MEMS静电驱动结构运动特性控制方法[D]. 于尚民.北京邮电大学 2007
本文编号：3033478
【文章来源】：南京邮电大学江苏省
【文章页数】：68 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
旋转式NEMS致动器侧视示意图
的临界角度和 Pull-in 电压小于 van derWaals 力矩，因此 Casimir 力对 Pull-in 电压影在微观力的作用下，只要间距足够小，即使不添加驱动电压，也会发生 Pull-in 现象图 1.6 旋转式 NEMS 致动器侧视示意图MarynaLishchynska[18]等人基于微机械悬臂梁结构，如图 1.7(a)所示，结合残余应力梯了预测静电偏转和 Pull-in 电压的模型，并通过实验模型进行验证，实物验证图如图 1。研究表明，考虑残留应力梯度下的 Pull-in 电压比没有考虑的要小。同时，Mhchynska 等人的研究成果也为悬臂式[19-23]静电驱动 MEMS 器件的设计、分析和优化种有效的方式。
人的研究成果也为悬臂式[19-23]静电驱动 MEMS 器件的设计、式。(a) 结构示意图 (b) 实物图图 1.7 静电负载的微机械悬臂梁o 等人着重研究了压膜阻尼效应对圆形板电容式执行器 Pull-i行器示意图如图 1.8 所示。他们通过建立一个连续模型来分和有限阶近似法，得到动态 Pull-in 位置和电压的解，以五阶l-in 参数。研究表明，压膜阻尼效应会增大动态 Pull-in 电压。
【参考文献】：
期刊论文
[1]微机械结构中考虑边界滑移的穿孔平板压膜阻尼分析[J]. 高春晖,高世桥,金磊,刘海鹏,牛少华. 北京理工大学学报. 2017(06)
[2]梳齿式静电微驱动器稳定性分析与结构优化[J]. 单体强,齐杏林,周晓东,范志锋. 微纳电子技术. 2016(07)
[3]静电微梁器件的降阶模型及其动态Pull-in不稳定性研究[J]. 林谢昭,胡振明,黄健萌. 仪表技术与传感器. 2016(05)
[4]Nonlinear beam formulation incorporating surface energy and size effect: application in nano-bridges[J]. A.KOOCHI,H.HOSSEINI-TOUDESHKY,M.ABADYAN. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2016(05)
[5]Sensitivity analysis of pull-in voltage for RF MEMS switch based on modified couple stress theory[J]. Junhua ZHU,Renhuai LIU. Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2015(12)
[6]空气阻尼对扭臂式静电驱动结构pull-in电压的影响[J]. 刘军,李海华,胡克想,王庆康. 半导体光电. 2015(04)
[7]MEMS穿孔板微执行器Pull-in特性分析[J]. 付文文,方玉明,刘婷. 电子器件. 2014(03)
[8]MEMS技术现状与发展前景[J]. 谷雨. 电子工业专用设备. 2013(08)
[9]MEMS器件平板运动结构的空气阻尼分析[J]. 张雄星,王伟,彭首军. 西安工业大学学报. 2010(04)
[10]基于ANSYS悬臂梁式微开关动态特性的分析[J]. 丁芳,李艳芳. 中国民航大学学报. 2008(06)
博士论文
[1]包含Casimir效应的微纳米机械系统动力学及其量子特性[D]. 聂文杰.清华大学 2014
[2]微结构的静电驱动特性研究[D]. 王洪喜.西安电子科技大学 2006
硕士论文
[1]穿孔板静电微执行器的Pull-in现象研究[D]. 付文文.南京邮电大学 2014
[2]Casimir力作用下的纳米级静电执行器的Pull-in现象分析[D]. 王蔚.南京邮电大学 2013
[3]悬臂梁式微开关特性分析研究[D]. 张曰浩.烟台大学 2013
[4]MEMS惯性器件参数辨识及误差补偿技术研究[D]. 乔会敏.沈阳理工大学 2013
[5]基于MEMS的静电控制加速度微开关分析及测试[D]. 郝亚锋.西安电子科技大学 2011
[6]量子效应对微纳机械系统稳定性的影响[D]. 童梓洋.华东师范大学 2008
[7]悬臂梁式微开关的动态分析研究[D]. 李艳芳.中国民航大学 2008
[8]MEMS静电驱动结构运动特性控制方法[D]. 于尚民.北京邮电大学 2007
本文编号：3033478
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