悬臂梁式环形谐振腔微压传感特性研究

发布时间：2022-02-12 15:07

　　硅压力传感器是各类传感器中应用最广泛的一种,目前量程小于1KPa的高精度硅微压力传感器基本上依靠国外进口,而工业控制、军用设备和医疗仪器等方面均对微小压力的测量提出迫切要求,因此进行低量程硅微压传感器的研究,实现相关技术的突破具有非常重要的意义。基于绝缘体上硅的光学环形谐振腔是实现集成光学芯片的核心功能单元,因其具有很高的探测极限而被广泛应用在高灵敏度传感领域。将环形谐振腔集成在悬臂梁上,应用于微压传感在集成度、灵敏度和量程等方面具有很大优势,因此本文针对悬臂梁式环形谐振腔微压传感结构展开讨论与研究。本文首先介绍了环形谐振腔的耦合传输特性,结合纳米尺度波导的倏逝波耦合、力光耦合和光弹效应详细阐述了基于悬臂梁的微压传感检测机理。同时,对悬臂梁进行了建模仿真和力学分析。根据环形谐振腔的几个特征参数,以传感器灵敏度为出发点,进行了结构设计和参数优化。分析了微压传感结构的灵敏度并得到其理论值为73pm/kPa,动态范围为30kPa。利用紫外光刻、电子束光刻、深硅刻蚀、反应离子刻蚀等微机电系统（MEMS,Microelectro-mechanical-systems）工艺进行了环形谐振腔和悬臂梁... 

【文章来源】：中北大学山西省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 国内外现状
    1.3 本文主要研究内容
第二章 微压传感检测机理
    2.1 环形谐振腔传输理论
    2.2 环形谐振腔特性指标
        2.2.1 谐振波长 λ_m
        2.2.2 自由频谱宽度FSR
        2.2.3 半高全宽FWHM
        2.2.4 品质因数Q
        2.2.5 精细度F
    2.3 环形谐振腔微压传感器工作原理
        2.3.1 倏逝波耦合原理
        2.3.2 力光耦合效应和光弹效应
        2.3.3 微压传感器工作原理
    2.4 本章小结
第三章 微压传感器的建模仿真与理论分析
    3.1 悬臂梁结构设计
        3.1.1 悬臂梁力学特性研究
        3.1.2 悬臂梁结构的静力学分析
        3.1.3 悬臂梁结构模态分析
    3.2 环形谐振腔结构参数分析
        3.2.1 谱线点漂移量与环腔周长的关系
        3.2.2 环腔性能对微压力检测的影响
    3.3 传感器灵敏度和动态范围
        3.3.1 传感器灵敏度
        3.3.2 传感器动态范围
    3.4 本章小结
第四章 传感器结构设计与加工
    4.1 材料选择
    4.2 版图绘制
    4.3 结构制备
    4.4 本章小结
第五章 环形谐振腔性能测试与分析
    5.1 环形谐振腔结构测试系统搭建
    5.2 测试结果分析
    5.3 环形谐振腔优化
    5.4 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 工作总结
    6.2 工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及取得的研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]适用于恶劣环境的MEMS压阻式压力传感器[J]. 伞海生,宋子军,王翔,赵燕立,余煜玺.  光学精密工程. 2012(03)
[2]Tunable filters based on an SOI nano-wire waveguide micro ring resonator[J]. 李帅,吴远大,尹小杰,安俊明,李建光,王红杰,胡雄伟.  半导体学报. 2011(08)
[3]基于MEMS技术的气体传感器[J]. 李珂,于世洁,尤政,赵嘉昊.  传感器与微系统. 2008(11)
[4]硅微微压传感器研究进展[J]. 夏文明,丁建宁,杨继昌.  传感器与微系统. 2006(09)
[5]基于柔性MEMS皮肤技术温度传感器阵列的研究[J]. 肖素艳,车录锋,李昕欣,王跃林.  光学精密工程. 2005(06)
[6]硅电容式压力传感器[J]. 王中文,王丽娟.  辽宁大学学报(自然科学版). 2005(02)

硕士论文
[1]硅基微环谐振腔温度可调谐滤波器特性的研究[D]. 王晓倩.中北大学 2013



本文编号：3621940