一种新型挠性轴内置式扭摆微加速度计的设计

针对扭摆式加速度计的结构特点，为了有效利用硅片面积和提高质量块质量，设计了一种新型挠性轴内置于质量块的扭摆式加速度计，该结构具有检测电极和力反馈电极。根据结构设计参数，推导出中心敏感电容、等效质量、机械灵敏度的参数表达式。利用扭摆加速度计的数学模型，建立了加速度计表头系统级模型，并结合接口电路进行闭环整体仿真，调整校正环节参数，得到闭环系统性能指标。最后进行初步开环测试，测得加速度计的灵敏度为33mV/g，非线性度2.29%。     

微机械陀螺的误差抑制电路研究

分析了微机械陀螺的正交误差和同相误差的来源及特点,提出了利用静电力反馈控制来抑制误差的技术方案.该方案利用反馈静电力在检测模态上产生等效电刚度和电阻尼,从而影响陀螺仪驱动和检测模态之间的刚度和阻尼耦合系数,进而抑制误差.为实现误差抑制设计了带有反馈校正环节的闭环检测电路并完成了仿真,仿真结果表明校正环节能够使系统的幅值和相位裕度达到25 dB和36.5°.对微机械陀螺进行频谱分析和性能测试比较,结果表明闭环检测情况下,误差量较开环测试减小了50%,标度因子的非线性度从2.89%减小到1.47%、带宽增加了15 Hz、零偏稳定性提高了1.3倍.     

基于PDMS薄膜的微透镜制作方法

提出了一种基于聚二甲基硅氧烷(PDMS)薄膜的软模压印制作微透镜的方法。首先,采用具有钝化层的普通硅片作为基底加工出PDMS薄膜;然后,将薄膜粘于刻有对应孔径的硅模板上,薄膜在负压作用下产生凹陷,滴入快速固化的光固化树脂,固化后得到反向的模具作为制备微透镜结构的母板;最后,通过两次复制模具的方法,在PDMS上得到和母板一致的微透镜。实验测试了微透镜的厚度、焦距和成像效果,结果表明所得微透镜具有良好的表面形貌和聚光效果。这种制作方法可以极大地缩短微透镜的加工时间,并降低成本,为制作微透镜提供了一种简捷的方法。     

一种细胞分选芯片的设计、制作和实验

基于尺寸差异原理设计制作了一种-PDMS键合的细胞分选芯片。采用MEMS加工工艺,分别制作出特征尺寸都是20μm的3种不同形状分选孔阵列的硅基片和PDMS盖片,使用电晕放电仪实现硅－PDMS键合。用聚苯乙烯微球和MG-63人骨肉瘤细胞进行实验,微球实验说明了不同形状分选孔阵列的分选结果特征,细胞实验实现了不同大小MG－63细胞的分选,为最终实现不同种细胞分选打下了基础。     

支持任意流程的微机电系统设计工具

论述了微机电系统设计工具的发展概况,并针对微机电系统的多样性对设计工具的需求提出了一种可支持任意流程的微机电系统设计工具架构。该架构以系统级行为建模与仿真、器件级物理建模与仿真和工艺级版图设计与工艺仿真三个设计层级为主干,但特别地提出以六个数据自动传递接口来连接任意两个设计层级。这样,三个设计层级通过六个数据自动传递接口构成一个设计闭环,使得用户可以从任意一个设计层级开始设计,并完成设计循环,提供了在设计流程上的最大柔性。以网表、标准格式的实体模型和版图文件分别作为这三个层级设计数据的出入口,并设计了相应的信息提取算法及程序,实现了任意两个级别之间的数据自动传递,从而可以支持在该架构下的全部六种设计流程。所进行的设计实例表明,基于该工具可以针对不同的微机电系统器件选择最优的设计路线,是对当前通用微机电系统结构化设计方法的发展和提高,可显著提高设计效率。     

一种从器件三维实体到工艺版图的MEMS CAD技术

研究了标准三维实体文件和版图文件的格式,在此基础上提出了一种在MEMS CAD中从三维实体到工艺版图的转换方法,实现了直接基于文件到文件的三维实体到工艺版图的转换,使用C++语言开发了相应的转换接口。通过典型MEMS器件——微机械加速度计和微机械陀螺的多种结构,验证了三维实体到二维版图转换的可行性与效率。结果表明,这种转换方法切实可行,且效率较高,为实现MEMS自顶向下与基于任意流程的设计方法、简化版图绘制、提高设计效率提供了一种有效的途径。