基于拉曼光谱仪的MEMS动态应力测试系统

微机电系统(MEMS)动态应力的瞬态特性决定了传统的应力测试系统无法直接满足它的测试需要.介绍了一种依据高频调制原理设计实现的基于拉曼光谱仪的MEMS动态应力测试系统,该测试系统是一个典型的光-机-电集成的MEMS测试系统.利用此测试系统时硅微谐振器支撑梁根部的单点进行了动态应力测试,测试结果与理论分析相吻合.实验表明,此测试系统具有高精度、非接触式、无损伤等特点,能很好地满足MEMS动态应力测试的需求.     

利用新设计磨具对铌酸锂晶片的减薄及减薄后的测试

铌酸锂晶体具有较强的热释电效应,由铌酸锂制作的红外传感器敏感头受到科研人员的广泛关注。将晶片与硅衬底在200°C和压力100N的条件下键合,利用自行设计的磨具将铌酸锂减薄到40微米,磨料由水与刚玉以1∶1的比例制成。本文讨论了铌酸锂键合的过程,减薄的过程及厚度测试,通过拉曼光谱分析残余应力,通过原子力显微镜测试样品表面粗糙度。研究结果表明,通过自行设计的磨具研磨的晶片厚度最大差值7微米,较为均匀;研磨后晶片表面粗糙度为118纳米,较为粗糙;键合后存在一定的残余应力。制作好的铌酸锂晶片符合制作红外传感器敏感头的要求。     

GaAs基微机械加工技术

为了进一步提高传感器的灵敏度,提出了利用GaAs半导体材料来突破硅的极限,阐明了GaAs材料的优越特性和发展GaAs基MEMS的必要性.概述了GaAs微机械加工的刻蚀技术、体微机械加工技术和表面微机械加工技术的特点,对相应的GaAs微机械加工工艺进行了举例分析,并介绍了国内首次制作的GaAs基MEMS微结构,为GaAs MEMS的进一步发展奠定了基础.     

GaAs基共振隧穿微加速度计的研究

研究了一种新型的GaAs基压阻式共振隧穿微加速度计结构.该微加速度计的压敏元件采用AlAs/In0.1Gao.9As双势垒共振隧穿纳米薄膜结构.加速度计的压敏元件和悬臂梁的加工分别利用空气桥工艺和控制孔工艺.对加工出来的加速度计结构进行振动台实验,初步测得传感器的灵敏度为7.6 mV/g,线性度为0.16%.     

基于GaAs/AlAs腐蚀自停止的新型水听器工艺

针对感应耦合等离子（ICP）刻蚀气室气体分布不均匀性所导致的被刻蚀台面中间厚、边缘薄及干法刻蚀后残余应力大等缺点，进行了GaAs／AlAs的选择性湿法腐蚀工艺研究．腐蚀液为50％一水柠檬酸（C6H8O7·H2O）溶液与30％双氧水（H2O2）的混合物，当二者体积比为3：1时，GaAs／AlAs的选择比达到79以上．用原子力显微镜（AFM）和扫描电镜（SEM）对腐蚀后的试验片测试后发现，该体积比腐蚀液腐蚀的试验片具有表面粗糙度低、刻蚀各向异性好、选择比高等优点，能够满足传感器加工的需要；结合试验结果，设计了一种待加工梁厚3μm的外延材料结构，并对传感器的加工工艺进行了优化；最后，采用ANSYS对所设计的结构进行了仿真分析，仿真结果表明，该结构具有可行性，可实现水平面内的声学探测．     

双势垒量子阱薄膜力电耦合特性实验

用分子束外延方法在(001)GaAs衬底上生长了AlAs/InGaAs双势垒量子阱薄膜结构.介绍了量子阱薄膜在(110)与(110)方向单轴压应力作用下的力电耦合实验,测试出量子阱薄膜在室温下随着外加压力变化的I-V曲线.测试结果表明:量子阱薄膜I-V曲线的共振峰在(110)方向单轴应力作用下向正偏压方向漂移,在(110)方向应力作用下向负偏压方向偏移,并分析了量子阱薄膜力电耦合效应的物理成因.该结果与基于量子阱力电耦合特性的介观压阻理论的研究结果相吻合.     

基于FPGA的超声相控阵发射系统设计

为了实现水下超声成像系统中超声信号的相控阵发射,提出并设计了一种基于FPGA的超声相控阵发射系统。分析了相控聚焦的发射原理,利用FPGA丰富的I/O引脚和内部逻辑资源实现了八通道超声相控阵激励信号的发射,并设计了信号调理电路对激励信号进行D/A转换及放大,以有效驱动压电换能器。通过实验测试表明,该系统可以实现超声信号的相控聚焦发射,相控延时精度达到2.5 ns,发射信号稳定,系统集成度高,可以应用于水下超声成像的实现。     

面向微流控封装应用的PDMS表面无裂纹改性

基于PDMS的微流控系统的键合封装技术需要PDMS表面具有良好的粘合力和亲水性,作为PDMS表面改性技术,等离子体处理工艺(Plasma)具有高效、快捷、操作简单等特点,但它存在"回复"和裂纹问题。文中介绍了一种结合Plasma和表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)的二次处理工艺。先利用Plasma技术对PDMS表面进行无裂纹亲水处理,再利用十二烷基硫酸钠溶液对其表面进行二次处理。既可以避免PDMS表面出现裂纹,又可以使PDMS表面亲水性长久的保持。通过实验验证,两次处理后接触角减小为21°,表面粗糙度达到1.71 nm,且表面无裂纹,并经过键合测试后,经过二次处理的PDMS与玻璃和PDMS实现了长久的键合,验证了该工艺技术可行,为微流控系统的键合封装提供了技术基础。     

磁性液体离心密封深沟球轴承设计与试验

将磁性液体特殊的零泄漏密封性能与流体离心密封可获较高压强的特性有机结合,在动力学计算分析基础上,开展磁性液体离心密封件的磁场仿真模拟,实施磁性液体离心密封深沟球轴承的优化设计与试制。在对两组轴承分别实施无密封处理及磁性液体离心密封处理后,本实验将两组轴承置于密闭空间内并对其运转时释放的微粒进行探测实验。实验发现未经密封处理的轴承释放出大量微粒,而实施磁性液体密封处理的轴承对密闭空间几乎没有明显微粒释放。结果表明,这种磁性液体离心密封的深沟球轴承能有效地减少润滑剂的散失和磨损微粒的排放,适用于高度洁净和真空的特殊环境。     

硅微矢量水声传感器的封装及测试方法研究

针对目前矢量水声传感器存在的高灵敏度、低频检测以及小型化等问题,提出了一种新型的硅微MEMS矢量水声传感器.利用敏感材料的压阻效应?传感器精巧的微结构以及硅微MEMS技术,实现矢量水声传感器的低频特性和小型化的可行性.以声场中的刚硬圆柱在声波作用下的声散射问题作为切入点,对传感器的同振原理进行分析,并基于该机理以及传感器的特殊结构,提出采用注入蓖麻油的方法实现微结构的柱体与所处介质质点同振.分别采用振动台标定和驻波场测量的方法完成了传感器的灵敏度、频响以及指向性的测试,最后对2种测试结果进行了分析和比较.研究结果表明:所研制的水声传感器具有较低的工作频率,其水下自由场声压灵敏度值为-207.6 dB(0 dB=1 V/μPa,测试频率为200 Hz),指向性图的零点深度为50.9 dB.