硅基PZT压电驱动MEMS光开关的设计与优化

采用压电多层悬臂梁理论分析模型 ,研究了一种新型PZT压电复合多层膜悬臂梁驱动光开关的机械性能 ,探讨了结构参数与悬臂梁机械性能的关系及影响光开关机电性能的因素。提出了一种新的硅基PZT压电复合膜悬臂梁驱动光开关的制作方法。给出了 2 5V工作电压下优化的器件结构 ,并对理论分析结果与压电复合多层膜悬臂梁的有限元耦合场分析结果进行了比较     

硅基PZT压电驱动MEMS光开关的设计与优化

采用压电多层悬臂梁理论分析模型，研究了一种新型PZT压电复合多层膜悬臂梁驱动光开关的机械性能，探讨了结构参数与悬臂梁机械性能的关系及影响光开关机电性能的因素。提出了一种新的硅基PZT压电复合膜悬臂梁驱动光开关的制作方法。给出了25V工作电压下优化的器件结构，并对理论分析结果与压电复合多层膜悬臂梁的有限元耦合场分析结果进行了比较。     

硅基PZT压电驱动微开关的设计和优化

采用压电多层微悬臂梁理论分析模型，研究了一种新型PZT压电复合多层膜微悬臂梁驱动微开关的机械性能，提出了一种新的硅基PZT压电复合多层薄膜微悬臂梁驱动微开关的制作方法。利用有限元分析软件ANSYS7.O对微悬臂梁结构进行了模态分析，探讨了结构参数与微悬臂梁运动特性的关系及影响压电薄膜微开关性能的因素，进一步模拟了0．3V工作电压下微开关的位移。结果表明，经优化后的压电薄膜微开关可进一步应用到集成化芯片系统中。     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风.这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件,采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟,研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系,分析了影响微麦克风机电性能的多种因素,给出了优化的器件结构和工艺流程.     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风。这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件,采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟,研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系,分析了影响微麦克风机电性能的多种因素,给出了优化的器件结构和工艺流程。     

硅基压电悬臂梁式微麦克风的设计与优化

设计了一种硅基PZT压电悬臂梁式微麦克风。这种微麦克风采用压电多层膜悬臂梁作为声压感受器件，采用有限元耦合场分析的方法对压电复合膜悬臂梁进行了有限元分析和模拟，研究了压电复合多层膜悬臂梁的结构参数与力学性能的关系，分析了影响微麦克风机电性能的多种因素，给出了优化的器件结构和工艺流程。     

基于MOEMS技术的一种F-P光开关的设计与制作

研制了一种用于WDM光通信系统的多层介质膜Fabry-Perot腔结构式光开关,面积为1.5mm×1.5mm.光开关采用多层复合膜消除内应力,防止产生过度变形;中心的十字复合梁有利于提高机械灵敏度,降低驱动电压.体硅腐蚀出的硅杯既减小了光开关的插损,又便于端面输入输出光纤的精确对准与固定,有效降低封装成本.制成的开关转换电压为20V,关态隔离度为87%,开态插损为0.15dB.其结构和工艺简单,易于与IC工艺相结合形成规模生产,如增加膜的层数便能制成基于F-P干涉仪结构的滤波器.     

基于MOEMS技术的一种F-P光开关的设计与制作

研制了一种用于WDM光通信系统的多层介质膜Fabry-Perot腔结构式光开关,面积为1.5mm×1.5mm.光开关采用多层复合膜消除内应力,防止产生过度变形;中心的十字复合梁有利于提高机械灵敏度,降低驱动电压.体硅腐蚀出的硅杯既减小了光开关的插损,又便于端面输入输出光纤的精确对准与固定,有效降低封装成本.制成的开关转换电压为20V,关态隔离度为87%,开态插损为0.15dB.其结构和工艺简单,易于与IC工艺相结合形成规模生产,如增加膜的层数便能制成基于F-P干涉仪结构的滤波器.     

基于压电变压器的小型化开关功率放大器研究

首先基于压电陶瓷变压器(PT)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高,体积小,质量轻等优点,与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化。然后以典型的悬臂梁结构为控制对象,选用PZT作为传感器和驱动器,实现了对模型1阶弯曲模态的主动控制。通过实验,验证了所设计的开关功率放大器的可行性。     

基于压电陶瓷的光开关结构设计与实验研究

提出一种新型的基于压电陶瓷以及微流控技术的阵列光开关,重点研究了该光开关波导层的光功率损耗.运用Opti-FIBER软件对波导层波导的耦合损耗进行了分析与仿真,实验测量了不同情况下光开关的耦合损耗.仿真及实验研究表明,该光开关理论最低插入损耗值为0.042 524 dB,光开关速度为100 μs.该光开关具有结构简单、...     

蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计了一种新型的蝴蝶式多层压电悬臂梁。为了研究该装置中每个压电双晶梁的发电性能,建立了在自由端外力作用下压电悬臂梁的输出电压理论模型,以此用来分析压电双晶梁的开路输出电压。制作了多层压电发电装置,并搭建实验平台对装置的发电电压进行实验测试,将实验测试数据与理论计算结果进行比较,两者误差小于10%。将发电装置中的6层压电片串联后研究发现,装置的发电电压基本不变,而发电功率可达单层的6倍,说明该新型蝴蝶式多层压电悬臂梁结构可提高发电能力。     

由复合薄膜测定单层薄膜的杨氏模量

本文介绍了由复合薄膜测定单层薄膜的杨氏模量的一种新方法。考虑到圆膜形成时的初始变形 ,本文采用了球壳模型 ,通过测量圆形复合薄膜在集中载荷作用下的变形 ,获得其中单层薄膜材料的杨氏模量。以 PZT/Pt/Ti/Si O2 复合薄膜试样为例 ,测得单层 PZT薄膜的杨氏模量为 1 1 9± 1 2 GPa。这一数据应用于 PZT微悬臂梁的振动分析 ,发现 ANSYS谐振模拟和实验测试结果相符。     

一体双驱对称式压电悬臂梁微驱动器

设计了一种一体化加工的双驱对称式压电悬臂梁微驱动器。对压电驱动器工作原理、压电驱动器在准静态工况与共振工况下的输出特性进行了理论分析,确定压电驱动器几何尺寸。介绍了压电驱动器的多层复合结构与一体双驱的实现方式。制作了压电驱动器样机,并通过有限元仿真分析与测试实验相结合的方式得到压电驱动器的阻抗特性与输出特性曲线。将压电驱动器运用在轮式机器人,验证了设计的可行性。     

等强度压电复合悬臂梁的理论建模与数值仿真

通过理论分析和数值模拟验证了三角形压电复合悬臂梁的等强度假设,并推导了三角形压电复合悬臂梁准静态电压输出理论表达式。采用ANSYS 11.0对三角形压电复合悬臂梁的模态特性进行了分析,确定了层合厚度比对其固有频率的影响规律,对比了采用不同基底材料的压电梁电压输出理论值和模拟值。理论和模拟结果表明三角型压电复合悬臂梁在最优层合厚度比下的最大电压输出约为5V,其谐振频率约为62Hz。     

环形叉指电极型压电鼓膜驱动器的制备及其性能测试

制备了一种基于Pb(Zr52)O₃(P ZT52)材料的自适应光学用压电驱动器。驱动器采用鼓膜结构, 其工作区域由主动层—PZT52压电层和被动层—ZrO₂/Si复合层两部 分构成。PZT52压电层 采用环形叉值电极(IDT)驱动。采用Si(100)单晶作为衬底,并采用 溶胶-凝胶(Sol-gel) 法在其上制备ZrO₂阻挡层和PZT52压电层,其中引入PbTiO₃(PT) 种子层有利 于PZT52膜层的(110)择优取向。随后在其上热 蒸镀Al顶电极,并采用光刻方法制备图形,得到的IDT电极最大环形直径为 10.5mm,电极间距为0.05mm,中心非激活区 域直径为2mm。鼓膜结构则通过对Si衬底背部 进行各向异性湿法刻蚀(ODE)得到,保留的支持层厚度为5～10μm, 直径为 12mm。测试结果表明,压电驱动器阵列单元在100kV/cm驱动下,可产生6.5μm左右的形 变量。最后利用有限元分析方法(FEM)拟合了压电驱动器单元的面型,并分析了其形变模式 产生的内部原因。     

一种基于压电薄膜逆压电效应的新型集成微镜

设计了一种采用锆钛酸铅(PZT)压电薄膜悬臂梁作为驱动机理的500μm×500μm微镜结构。该微镜主要由4个悬臂梁与1个反射镜组成,4个悬臂梁起支撑微镜的作用,即微镜主要利用微悬臂梁自由端头的小挠度来实现垂直方向的位移。提出了与互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺相兼容的制作方法,利用有限元软件ANSYS7.0对压电微镜的反射镜平整度、结构机械强度、线性度、响应速度和功耗等性能进行了研究,并与数值计算结果进行了比较,结果表明此微镜达到了快速、高精度、低功耗的设计要求。     

MEMS微拾振器制备工艺研究

采用微机电系统(MEMS)技术制作了悬臂梁式压电微拾振器,该技术主要包括:sol-gel法制备PZT压电膜、干法刻蚀、湿法化学刻蚀、UV-LIGA等工艺。研制的拾振器悬臂梁结构尺寸为:长2000μm,宽600μm,硅膜厚度12μm,PZT压电膜厚1.5μm,Ni质量块长600μm、高500μm。测试表明其固有频率为610Hz,适合低频振动源环境的应用。在1gn加速度谐振激励下,电压输出达562mV。     

新型的AlGaN/PZT材料紫外/红外双波段探测器

提出了一种可以同时同位置探测紫外和红外信号的新型探测结构,分析了该结构的合理性,并对器件工艺进行了设计、分析和验证,制备出了AlGaN/PZT原型器件.该结构以AlGaN多层材料和PZT复合薄膜为基础,利用AlGaN宽禁带半导体的本征吸收和铁电薄膜的热电转化功能,实现对紫外和红外信号的电学响应.对该结构中各膜层的透射和吸收进行了测试和分析,在小于6 μm的光谱测试范围内,宝石衬底的透过率约为80%,而AlGaN多层外延结构和多孔SiO2隔离层都对红外光吸收很少.结果证明:该结构可以实现不同吸收层对入射光束不同波段的吸收.以AlGaN器件工艺和溶胶-凝胶法制备PZT膜层为基础,研究了器件工艺,并最终研制出了首个AlGaN/PZT探测器件.     

考虑疲劳寿命的压电悬臂梁结构优化设计方法

提出了一种插入式的压电悬臂梁结构,通过将其末端质量块转化成等效惯性力和惯性力矩,得出了求解其固有频率的理论公式。在此基础上,设计了一系列一阶固有频率相同、长宽比不同的压电悬臂梁。通过ANSYS模态分析发现,理论计算和仿真结果的误差均在5%以内,证明了这种求解压电悬臂梁固有频率方法的可行性。通过瞬态分析得出,随着长宽比的增大,压电悬臂梁的输出电压及压电层的最大应力随长宽比呈近似线性关系增大,这种线性关系对于压电悬臂梁的性能预测很有意义。最后通过疲劳分析软件nCode DesignLife,求解出了各压电悬臂梁的疲劳寿命,并以此为依据,选取了最优的结构设计方案。为压电悬臂梁的结构优化设计建立了一种新的、相对完整的方法。     

基于MFC驱动的结构热变形物理模拟方法

该文提出一种基于压电纤维复合材料(MFC)的结构热变形物理模拟方法,建立了悬臂梁结构热变形与MFC驱动变形的相关性方程,并与有限元仿真进行对比验证。面向复合材料层合板以结构热变形模拟为目标,利用优化的方法反求出MFC的驱动电压,从而指导MFC驱动实验。结果表明,对于均质悬臂梁的弯曲变形,仿真结果与理论表达式一致;面向层合板的弯扭耦合变形、MFC驱动变形与热变形的测点位移误差均在5%内,验证了该文提出的物理模拟方法的有效性。