环形氮化铝压电MEMS谐振器的支撑结构设计研究
RF MEMS
RF MEMS:着眼未来射频以及混合信号技术近些年有了巨大的进步同时在无线通信快速增长的市场中占有重要地位。
在新摩尔定律下更高集成度的CMOS技术促进了这一成功。
同时，一些射频器件技术尤其是那些采用MEMS技术制作的用来进行频率选择的压电材料器件。
另一方面，已经存在有许多无线服务比如各种各样的无线通信标准以及许多新出现的系统比如“超宽带”以及“无线传感网络”。
这些服务使用不同的频率，不同的带宽，同时各种各样的解调系统使得单一的系统不能稳定运行。
这些都导致整个业界向着“软件无线电”的方向发展。
这个理念经过多年的讨论引出了“认知无线电”的概念。
认知无线电的希望能够通过改变软件来改变射频功能而不像现在这样改变硬件才能达到相同的目的。
很明显传统的有高数据传输速率和较大动态范围的数模转换并不足以实现这一功能。
而人们认为射频MEMS是一个很有前途充满竞争力的技术。
接下来会介绍下射频MEMS的发展现状，包括开关，电容电感，振荡器/滤波器。
未来的射频MEMS不仅仅着眼于“可调谐”，“可选择”以及“集成”，同时还希望实现“模式匹配”，“改进谐振器在无线应用方面的性能”以及“发现射频MEMS的新功能”。
未来的射频MEMS不仅仅是技术上的讨论，也应该包括射频MEMS的国际标准以及无线通信产品。
软件无线电是一种多模式的无线射频系统，这种系统可以使用一个数字系统和一台硬件来改变和实现多种射频功能。
Joseph Mitola在1999年提出这种系统的代表性结构包括射频电路，宽带数模/模数转换，实施软件以及窄带数模/模数转换除此之外还有用户界面。
这个概念已经从他自身的原有功能扩展到了分析用户需求上，比如说这涉及到了关于频带，拟定，软件，硬件，用户应用偏好以及现在的“认知无线电”。
有两种方法来实现认知无线电，一个是利用多种网络来实现各个基于服务的网络间的无缝连接；另外一种是动态频谱的方法。
近些年，人们认为最好是将两种方法合成一种。
基于压电陶瓷的激光频率调谐技术
基于压电陶瓷的激光频率调谐技术张欣婷;安志勇;亢磊【摘要】在充分研究各种激光调谐方法优缺点的基础上,针对其调谐范围、调谐速率、调谐线性等方面存在的不足,提出一种基于压电陶瓷的激光频率调谐技术.该方法将压电陶瓷与光纤光栅激光器的布拉格光栅进行粘结,通过调整压电陶瓷的驱动电压来带动布拉格光栅的伸缩,实现波长(即频率)的调谐.同时,利用虚拟仪器中的计算机软件拟合技术,校正压电陶瓷输入电压与输出位移之间的非线性,使系统呈线性频率调谐,以提高测量精度.实验结果表明,当压电陶瓷的驱动电压变化126 V时,可实现0.8 nm(即100 GHz)的调谐范围.【期刊名称】《应用光学》【年(卷),期】2015(036)006【总页数】6页(P965-970)【关键词】频率调谐;压电陶瓷;轴向应力调谐;线性化校正;虚拟仪器【作者】张欣婷;安志勇;亢磊【作者单位】长春理工大学光电信息学院,吉林长春130012;长春理工大学,吉林长春130022;长春理工大学,吉林长春130022;中国中车长春轨道客车股份有限公司,吉林长春100083【正文语种】中文【中图分类】TN216随着激光测量系统在各类光电仪器中的广泛应用，对其调谐技术的要求也越来越高，主要体现在调谐范围、调谐速度、调谐线性等方面。
传统的激光调谐技术主要有声光调谐、电光调谐、温度调谐、电流调谐等。
声光调谐速度慢，调谐范围在MHz的量级，需要外置声光频移器；电光调谐速度快，可达μs量级，但多为调幅，用于光通信；温度调谐速度慢，且调谐范围小；电流调谐速度较快，在ns量级，调谐范围宽，但制作较复杂。
本系统是与中车集团长春轨道客车股份有限公司合作的针对大尺寸三维形貌测量项目的一个关键技术，项目要求在2 m～18 m的测量范围内，测距精度能达到0.02 mm+10 μm/m。
计算可知，需要激光器调谐频率100 GHz，即0.8 nm，调谐周期2 ms。
由此可见，本系统的调谐范围并不大，但调谐速度较快，且为了保证测量精度，需要调谐过程具有很好的线性。
压电MEMS传感器介绍及原理解析
压电MEMS传感器介绍及原理解析一、压电效应及压电材料1、压电效应压电材料是指受到压力作用在其两端面会出现电荷的一大类单晶或多晶的固体材料，它是进行能量转换和信号传递的重要载体。
最早报道材料具有压电特性的是法国物理学家居里兄弟，1880年他们发现把重物放在石英晶体上，晶体某些表面会产生电荷，电荷量与压力成正比，并将其成为压电效应。
压电效应可分为正压电效应和逆压电效应两种。
某些介电体在机械力作用下发生形变，使介电体内正负电荷中心发生相对位移而极化，以致两端表面出现符号相反的束缚电荷，其电荷密度与应力成比例。
这种由“压力”产生“电”的现象称为正压电效应。
反之，如果将具有压电效应的介电体置于外电场中，电场使介质内部正负电荷位移，导致介质产生形变。
这种由“电”产生“机械变形”的现象称为逆压电效应。
2、压电材料（1）压电单晶压电单晶是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。
这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。
如石英晶体、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
压电单晶材料的生长方法包括水热法、提拉法、坩埚下降法和泡生法等。
（2）压电陶瓷压电陶瓷则泛指压电多晶体，是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体，具有压电性的陶瓷称压电陶瓷。
压电陶瓷材料具有良好的耐潮湿、耐磨和耐高温性能，硬度较高，物理和化学性能稳定。
压电陶瓷材料包括钛酸钡BT、锆钛酸铅PZT、改性锆钛酸铅、偏铌酸铅、铌酸铅钡锂PBLN、改性钛酸铅PT等。
（3）压电薄膜压电薄膜材料是原子或原子团经过或溅射的方法沉积在衬底上而形成的，其结构可以是费静态、多晶甚至是单晶。
压电薄膜制备的器件不需要使用价格昂贵的压电单晶，只要在衬底上沉积一层很薄的压电材料，因而具有经济和省料的特点。
而且制备薄膜过程中按照一定取向来沉积薄膜，不需要进行极化定向和切割等工艺。
另外，利用压电薄膜制备的器件应用范围广泛、制作简单、成本低廉，同时其能量转换效率高，还能与半导体工艺集成，符合压电器件微型化和集成化的趋势。
微玻璃半球谐振陀螺的结构设计及工艺研究
微玻璃半球谐振陀螺的结构设计及工艺研究摘要半球谐振陀螺是利用Coriolis效应工作的振动惯性器件，由于这种陀螺具有较高的精度和可靠性，而且拥有较长的工作寿命，所以其极具发展潜力。
MEMS是将微电子技术与机械工程融合在一起的一种工业技术，其具有微型化、智能化、多功能、高集成度和适于大批量生产的特点。
本论文提出了基于MEMS技术的微型玻璃半球谐振陀螺的设计构想，设计并制备出不同结构的微型玻璃半球谐振陀螺，具有高性能、小体积和低成本的优点。
本文首先介绍了微型半球谐振陀螺的研究背景和国内外现状，分析了半球谐振陀螺的工作原理。
在此基础上，本文提出了基于吹塑成型的微玻璃半球谐振子结构，并通过有限元仿真对微玻璃半球谐振子进行了模态分析和谐响应分析，得到其谐振频率；提出了环形电极和硅电极两种结构，对两种电极结构与谐振子的有效平均距离进行了计算。
然后针对上述微玻璃半球谐振子结构及电极结构特点，分别设计了基于同步吹塑成型和基于硅-玻璃-硅三层阳极键合的微玻璃半球谐振陀螺的工艺制备流程，并完成了芯片的加工制备。
最后，利用扫描电子显微镜和原子力显微镜对微玻璃半球谐振陀螺进行形貌表征，分析表明基于同步吹塑成型的微玻璃半球谐振子与环形电极的距离为73微米，基于硅-玻璃-硅三层阳极键合的微玻璃半球谐振子与硅电极的距离为8±2微米，谐振子的平均表面粗糙度R a为0.217纳米，环形电极与谐振子形成的电容值C c为0.07226pF，硅电极与半球谐振子间的电容为C s为0.927pF，均在合理的参数范围内。
关键词：MEMS，微玻璃半球谐振子，电极结构，吹塑成型Design and Fabrication of Micro-glass Hemispherical ResonantGyroscopeAbstractHemispherical resonant gyroscope (HRG) is a vibration inertial device which is used to the Coriolis effect. HRG has an extremely development potential because it has many advantages, include high precision, high reliability and long-life cycle. Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS) is an industrial technology which is merged by microelectronics technology and mechanical engineering. MEMS have many advantages include miniaturization, intelligent, multifunction, high integration and applied batch production. This thesis is presented a design concept of micro glass HRG that is based on MEMS technology. The micro glass HRGs have different electrodes structure that are designed and fabricated and have many advantages include high performance, small size and low cost.First, the research background and the research status in China and in foreign countries are introduced and the working principle of the HRG is analyzed in this thesis. Then, the micro glass HRG structure based on the blow molding is presented and the modal analysis and harmonic response analysis of the structure are simulated by finite element analysis software. Circular glass electrodes structure and silicon electrodes structure are presented, and the effective average distance between hemispheric shell resonator and two new electrode structures are calculated respectively. Next, the fabrication processes of the two electrode structures based on the blow molding and based on the silicon-glass-silicon anodic bonding are designed and fabricated. Finally, the micro glass HRG is characterized by scanning electron microscope (SEM) and atomic force microscope (AFM). The distance between hemispheric shell resonator and circular electrode is 73μm, and the distance between hemispheric shell resonator and silicon electrode is 8±2μm. The average roughness of hemispheric shell resonator is 0.217nm. These parameters measured by SEM and AFM are reasonable for the micro glass HRG. The capacitance between the hemispheric shell resonator and circular glasselectrodes(C c) is 0.07226pF, and the capacitance between the hemispheric shell resonator and silicon electrodes(C s) is 0.927pF.Keywords: MEMS, micro glass HRG, electrode structure, blow molding.目录1. 绪论 (1)1.1课题研究的意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1 国外研究现状 (2)1.2.2 国内研究现状 (9)1.3本课题主要研究内容 (10)2.微玻璃半球谐振陀螺的工作原理 (13)2.1微玻璃半球谐振陀螺的工作原理 (13)2.2微玻璃半球谐振陀螺的工作模式 (14)2.3微玻璃半球谐振陀螺的激励与检测 (16)2.3.1微玻璃半球谐振陀螺的激励 (16)2.3.2微玻璃半球谐振陀螺的检测 (17)2.4本章小结 (18)3. 微玻璃半球谐振陀螺结构设计与分析 (19)3.1微玻璃半球谐振陀螺的结构设想 (19)3.1.1环形玻璃电极的微玻璃半球谐振陀螺 (19)3.1.2硅电极的微玻璃半球谐振陀螺 (19)3.2微玻璃半球谐振陀螺的结构 (20)3.3微玻璃半球谐振子的结构 (22)3.3.1微玻璃半球谐振子的模态分析 (22)3.3.2微玻璃半球谐振子的谐响应分析 (25)3.4微玻璃半球谐振陀螺电极的结构 (26)3.4.1环形玻璃电极结构 (27)3.4.2硅电极结构 (30)3.4.3两种电极结构的比较 (31)3.5本章小结 (32)4. 微玻璃半球谐振陀螺工艺加工及表征 (34)4.1微玻璃半球谐振子吹塑成型的原理 (34)4.2基于环形电极的微玻璃半球谐振陀螺工艺加工流程 (35)4.2.1 基于环形电极的微玻璃半球谐振陀螺的版图设计 (36)4.2.2 基于环形电极的微玻璃半球谐振陀螺工艺流程 (37)4.3基于硅电极的微玻璃半球谐振陀螺工艺加工流程 (41)4.3.1 基于硅电极的微玻璃半球谐振陀螺的版图设计 (41)4.3.2.基于硅电极的微玻璃半球谐振陀螺的工艺流程 (43)4.4微玻璃半球谐振陀螺的表征 (46)4.4.1 普通光学显微镜的整体形貌观测 (47)4.4.2 扫描电子显微镜的观测 (49)4.4.3 原子力显微镜的观测 (52)4.4.4 电容测试 (52)4.5 本章小结 (53)5.总结与展望 (54)5.1工作总结 (54)5.2论文创新点 (55)5.3工作展望 (55)参考文献 (57)攻读硕士期间发表的论文及所取得的研究成果 (62)致谢 (63)1. 绪论1.1课题研究的意义随着社会的进步和科技的发展，人类发现一些旋转的物体具有独特的物理现象，并通过这些物理现象可以感测旋转运动体的旋转特性，比如角速度、角加速度等。
光学环形谐振腔的偏振分析
参考文献
[1] K. Killian, M. Bumendo, W. Holinger. High performance fiber optic gyroscope with noise reduction [J]. SPIE, 1994, 2292: 225-263. [2] S. Ezkiel, R. Balsamo. Passive ring resonator gyroscope [J]. Applied Physics Letters, 1977, 30(9): 478 –480. [3] P. Mottier, P. Pouteau. Solid state optical gyrometer integrated on silicon [J]. Electronics Letters, 1997, 33(23): 1975 –1977. [4] K. Suzuki, K. Takiguchi, K. Hotate. Monolithically integrated resonator microoptic gyro on silicon planar lightwave circuit [J]. Journal of Lightwave Technology, 2000, 18(1): 66-72. [5] Pantazis Mouroulis. Fiber ring resonator with power exchange between polarization modes: experiment [J]. Applied Optics, 1992, 31(12): 2025-2029. [6] 李佳程. 被动式谐振腔光纤陀螺研究 [D]. 上海：上海交通大学，2000. [7] 李佳程，张炎华. 被动式谐振腔光纤陀螺的偏振分析 [J]. 上海交通大学学报，1999，33（10）：1307-1309. [8] 张旭琳，马慧莲，金仲和等. 谐振式光纤陀螺中偏振波动的影响 [J]. 传感技术学报，2003，6（2）：150-154.
氮化铝陶瓷组分设计及大尺寸辅热型静电吸盘制造和应用
氮化铝陶瓷组分设计及大尺寸辅热型静电吸盘制造和应用1. 引言1.1 概述在现代制造行业中，静电吸盘是一种常见的辅助工具，用于固定和操纵细小物体。
而随着科学技术的发展，氮化铝陶瓷作为一种优良的材料，成为了制造大尺寸辅热型静电吸盘的理想选择。
本文将对氮化铝陶瓷组分设计及其在大尺寸辅热型静电吸盘制造和应用方面进行探讨。
1.2 文章结构本文总共分为五个部分。
首先，在引言部分，我们将概述本论文的主要内容，并介绍文章的结构安排。
其次，在第二部分，我们将详细介绍氮化铝陶瓷及其组分设计原则，并阐明其中重要组分的功能。
接着，第三部分将聚焦于大尺寸辅热型静电吸盘的制造过程，包括制备材料和方法、工艺流程以及解决制造难点所采取的方案。
然后，在第四部分中，我们将探讨大尺寸辅热型静电吸盘在实际应用中的领域介绍、优势和特点，并结合实际案例进行深入分析。
最后，在第五部分中，我们将总结研究结果并展望未来可能的研究方向。
1.3 目的本文旨在通过对氮化铝陶瓷组分设计及大尺寸辅热型静电吸盘制造和应用进行系统探讨，为制造业界提供关于氮化铝陶瓷制备以及静电吸盘应用方面的重要参考。
同时，我们也希望能够揭示出目前大尺寸辅热型静电吸盘存在的问题，并提出相关的未来研究方向，以推动这一领域的进一步发展与创新。
2. 氮化铝陶瓷组分设计2.1 氮化铝陶瓷介绍氮化铝陶瓷是一种具有优异性能的材料，广泛应用于高温、高压、高速等极端环境下的工业领域。
其优越的热传导性能、高强度和较好的耐腐蚀性使其成为许多领域中不可或缺的材料。
2.2 组分设计原则在进行氮化铝陶瓷组分设计时，需要考虑以下几个原则：2.2.1 纯度和纯度控制：在氮化铝陶瓷的组分设计中，保持材料的纯度是非常重要的。
较高的纯度可以提供更好的机械和电学性能，并有效延长材料的使用寿命。
2.2.2 配比控制：合理选择各组分之间的配比可以调整氮化铝陶瓷材料的物理、化学性质，以满足不同应用场景下对材料性能的要求。
压电曲壳结构动力形状控制及优化设计
压电曲壳结构动力形状控制及优化设计下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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不同约束下压电陶瓷振子振动特性研究
摘要:压电陶瓷振子是超声波换能器核心构件,与弧形结 构 进 行 连 接 时,施 加 不 同 的 固 定 方 式 和 约 束 条 件 会 对 换能器的综合性能产生影响．为了使压电陶瓷振子在良好的性能下工作,针对压电陶瓷振子频率特性进行了 理 论分析．在此基础上,设计了圆弧形压电陶瓷振子,运用有 限 元 分 析 方 法 对 压 电 陶 瓷 振 子 进 行 了 模 态 分 析 和 谐 响应分析,得出了在不同约束条件下的振动特性和导纳特性的变化规律,为压电陶瓷振子与球形结构的连接 方 式 提 供 依 据 ,从 而 使 整 体 结 构 的 工 作 性 能 符 合 预 期 目 标 ． 关 键 词 :弧 形 压 电 陶 瓷 ;振 动 ;导 纳 ;约 束 条 件 中 图 分 类 号 :TB５５２ 文 献 标 志 码 :A
0 引言
压电陶瓷作为 换 能 器 重 要 元 件,在 与 其 他 结 构连接时 能 够 实 现 机 械 能 与 电 能 之 间 的 相 互 转 化 ,被 广 泛 应 用 于 各 种 换 能 器 中 ．为 更 好 设 计 和 优 化压电陶瓷振子,在 深 入 分 析 压 电 陶 瓷 的 振 动 模 式和状态的 基 础 上[１],研 究 了 不 同 约 束 条 件 下 压 电陶瓷振子固有 频 率 和 振 型 特 性．目 前 压 电 陶 瓷 振子有两种:一种 是 把 片 状 结 构 与 金 属 或 者 把 两 片压电陶瓷之间进行粘贴[２Ｇ５];另一种是通 过 热 胀 冷缩把压电 陶 瓷 圆 管 与 金 属 圆 管 复 合[６],得 到 复 合 压 电 振 子 的 振 动 状 态 ．目 前 ,通 过 对 不 同 约 束 条 件下的压电陶瓷振动频率特性分析来确定其结构 连接方式的研究 相 对 较 少．本 文 应 用 有 限 元 方 法 对压电陶瓷进行 模 态 分 析 和 谐 响 应 分 析,确 定 不 同约束条件下频率特性和响应特性的变化规律, 根 据 工 作 需 要 ,选 择 不 同 的 约 束 形 式 ,为 压 电 陶 瓷 的连接方式提供理论基础．
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环形氮化铝压电MEMS谐振器的支撑结构设计研究
诸政;吕世涛;张敖宇;孙海燕;赵继聪
【期刊名称】《传感器与微系统》
【年(卷),期】2022(41)3
【摘要】基于有限元仿真研究了方环和圆环形谐振器的静态位移点,并分析了支撑轴位置对谐振器性能的影响,提出了优化设计方案:对于方环形谐振器,在对角处设置双端侧向支撑以降低其锚点损耗;对于圆环形谐振器,采用单端侧向支撑以及三端底部支撑相结合的器件结构,在保证电学信号引出的同时,提升器件的品质因数Q。
针对所设计的器件结构特征,设计了一种基于七步光刻工艺的微纳制程,并成功实现器件的高成品率制备。
测试结果表明:前者的Q值和机电耦合系数k_(eff)^(2)分别为1707.4和0.98%,后者的Q值和k_(eff)^(2)分别为1844.7和1.58%。
相比于四端支撑环形谐振器,优化设计的支撑结构使得器件Q值得到大幅提升。
此外,还分析研究了不同表面电极材料对环形谐振器的性能影响。
【总页数】5页(P24-27)
【作者】诸政;吕世涛;张敖宇;孙海燕;赵继聪
【作者单位】南通大学信息科学技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP212;TN4
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