硅基反铁电厚膜场致相变应变驱动微振镜的设计与制造

发布时间：2020-05-21 13:08

【摘要】：激光通信在传输处理信息方面的优势使其在空间通信领域占据了日益重要的地位,激光通信系统的驱动构件主要有机械式和非机械式。其中,通过机械控制通信系统中的反光镜来达到光束偏转的目的,目前还是实现空间光通信的主要途径。本文针对目前机械式偏转系统不稳定、响应慢、精度不高、体积和重量大的难点,进行了PLZT反铁电厚膜场致相变应变特性的研究,并对由该效应驱动的微振镜进行了设计与制造。首先进行了PLZT厚膜与硅衬底的异质集成制造及其相关研究。研究了Pb过量和引入缓冲层对PLZT厚膜微观结构的影响,得出了在Pb过量10%、并引入100nm缓冲层的情况下,PLZT薄膜具有最为优良的性能。研究了PLZT反铁电膜材料在温度和电场作用下的相变特性,揭示了其在多场耦合作用下的相变应变规律。其次通过COMSOL 5.0仿真分析软件对不同结构参数(长度L、宽度W、厚度T)的桥式结构进行了模态、应力及挠度分析。揭示了反铁电微振镜结构在电场驱动作用下的应变、驱动位移、频率响应、光束偏转角度参数等之间的关系,并设计了加工工艺流程。最后通过溶胶凝胶技术及多步退火法,在4英寸Pt/Ti/SiO2/Si衬底上制备了3μm的PLZT厚膜。研究了PLZT厚膜湿法腐蚀性、硅基底湿/干法刻蚀性,并进行了桥结构微振镜器件的加工制造。通过MEMS微加工技术,包含光刻技术、湿(干)法刻蚀、薄膜沉积技术、剥离等微加工工艺进行了微振镜器件的制造,实现了PLZT功能厚膜材料与硅基微加工技术的结合。搭建了测试平台,对器件挠度进行了测试,经过计算获得了微振镜桥结构的最大偏转角度745.8μrad,达到了光束偏转器件对于角度偏转的要求。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TH703

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本文编号：2674348