大位移低电压的静电斥力微驱动器的设计与仿真研究

发布时间：2017-04-24 11:10

  本文关键词：大位移低电压的静电斥力微驱动器的设计与仿真研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：射频微机电系统(RF MEMS)是微机电技术在射频领域的具体应用,体现了微机电技术与射频技术的结合。在这其中,RF MEMS开关是射频微机电系统中应用最广泛,研究最深入的器件;RF MEMS开关体积小、质量轻、功耗低、响应速度快、易于IC集成的优点,让其广泛应用于移动通信、卫星、航空航天、汽车、雷达等领域。然而,RF MEMS开关的可靠性问题严重阻碍着RF MEMS开关的商业化趋势。针对这一问题,国内外的研究学者提出多种解决方法,尽管这些办法在一定程度上可以缓解开关的可靠性问题,但是都没有解决RF MEMS开关的可靠性问题。为了解决RF MEMS开关的可靠性问题,我们分析了RF MEMS开关的失效模型,了解到导致RF MEMS开关的可靠性问题的内部原因是开关介质层的电荷积累问题。要彻底的消除介质层的电荷积累问题,就要从开关的驱动原理上入手,改变施加在介质层两边的高电场。因此,静电斥力驱动被提出可以消除开关介质层的电荷积累问题。然而,静电斥力驱动由于自身驱动机理的原因,其驱动电压过高导致静电斥力驱动一直无法得到大规模的推广。因此,为了解决RF MEMS开关的可靠性问题,并且进一步推动RF MEMS开关的大范围的应用,我们在静电斥力驱动基本结构的基础上,设计一种能解决RF MEMS开关可靠性问题,同时也能解决驱动电压过高、满足RF MEMS开关的实用化要求的大位移低电压的静电斥力微驱动器。首先通过有限元仿真软件COMSOL Multiphysics在实验上进行验证,进一步的对静电斥力驱动基本结构进行了结构优化,并且进一步的在一定范围内引入了静电引力驱动,形成了静电混合驱动结构,初步完成了微驱动器的结构设计。并且,进一步的通过仿真软件COMSOL Multiphysics在理论上进行了验证,新设计的微驱动器结构极大的增大了可动极板的最大形变量,并且有效降低了驱动电压,初步实现了大位移、低电压的设计目的;进一步的使应用微驱动器的RF MEMS开关能解决开关可靠性问题的困扰,其较低的驱动电压也能促进开关的推广应用。
【关键词】：静电斥力 微驱动器 RF MEMS开关 COMSOL Multiphysics
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TH703;TH-39
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 绪论10-22
• 1.1 概述10
• 1.2 RF MEMS开关的相关研究背景10-15
• 1.2.1 MEMS发展背景10-11
• 1.2.2 RF MEMS开关发展背景11-15
• 1.3 RF MEMS开关发展现状15-17
• 1.4 RF MEMS开关可靠性问题概述17-18
• 1.5 课题研究意义18
• 1.6 研究的主要内容18-22
• 第二章 RF MEMS开关的可靠性问题22-30
• 2.1 引言22
• 2.2 RF MEMS开关的可靠性问题分析22-25
• 2.2.1 失效模型分析22-24
• 2.2.2 介质充电产生原理24-25
• 2.3 介质充电的解决方法25-26
• 2.4 静电斥力驱动的可靠性分析26-27
• 2.5 仿真软件介绍27-29
• 2.6 本章小结29-30
• 第三章 静电斥力驱动结构仿真分析30-54
• 3.1 前言30
• 3.2 静电斥力工作原理30-33
• 3.2.1 静电斥力驱动基本结构30-31
• 3.2.2 静电斥力产生原理31-33
• 3.3 静电斥力驱动的可行性验证33-41
• 3.3.1 静电斥力驱动仿真验证33-39
• 3.3.2 静电斥力基本结构的实验验证39-41
• 3.4 静电斥力驱动基本结构参数仿真41-50
• 3.4.1 可动极板长度仿真分析42-43
• 3.4.2 可动极板厚度仿真分析43-44
• 3.4.3 可动极板宽度仿真分析44-45
• 3.4.4 可动极板与固定极板垂直间距仿真分析45
• 3.4.5 固定极板之间水平间距仿真分析45-47
• 3.4.6 固定极板参数仿真47-50
• 3.5 静电斥力分析模型50-53
• 3.6 本章小结53-54
• 第四章 静电斥力驱动结构优化54-62
• 4.1 前言54
• 4.2 静电斥力驱动结构优化54-61
• 4.2.1 改变可动极板的结构54-58
• 4.2.2 改变固定极板结构58-61
• 4.3 本章小结61-62
• 第五章 静电混合驱动结构设计62-70
• 5.1 前言62
• 5.2 H型可动极板的参数仿真62-65
• 5.2.1 可动极板支撑臂长度仿真分析63-64
• 5.2.2 可动极板支撑臂宽度仿真分析64-65
• 5.3 引入静电引力驱动结构65-68
• 5.4 本章小结68-70
• 第六章 总结与展望70-74
• 6.1 本文所完成的工作70-71
• 6.2 下一步的工作展望71-74
• 参考文献74-80
• 致谢80-82
• 攻读硕士期间发表的论文及获得的成果82

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1 杜瑶芳;U(Ⅵ)在伊利石及磁性伊利石上的吸附研究[D];兰州大学;2015年

2 于洋;大位移低电压的静电斥力微驱动器的设计与仿真研究[D];太原理工大学;2016年

  本文关键词：大位移低电压的静电斥力微驱动器的设计与仿真研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：324080