盤結(jié)構(gòu)電容式MEMS諧振器相關(guān)性能研究.pdf

1、微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)由于具有體積小、集成度高以及與 IC工藝兼容性好等優(yōu)點(diǎn)，因而廣泛應(yīng)用于汽車導(dǎo)航、生物醫(yī)學(xué)以及軍事領(lǐng)域等。在眾多MEMS器件中，電容式圓盤諧振器由于具有功耗低、諧振頻率高、Q值高等優(yōu)勢，已逐步取代傳統(tǒng)石英晶體基準(zhǔn)并廣泛應(yīng)用于振蕩器、濾波器等無線通信系統(tǒng)中。據(jù)此，本文對電容式圓盤諧振器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。
　　第1章闡述了研究的目的和意義。首先介紹了MEMS的基本系統(tǒng)組成、主要特點(diǎn)以及發(fā)展?fàn)顩r；然后簡要說明了MEM

2、S的制造工藝；接著介紹了MEMS的應(yīng)用以及相關(guān)產(chǎn)品；再者，針對研究的MEMS圓盤諧振器，介紹了幾種常見的諧振器；最后簡單說明了文章所需分析的內(nèi)容與安排。
　　第2章研究了MEMS圓盤諧振器的基本原理。首先介紹了圓盤諧振器的基本運(yùn)行原理；然后重點(diǎn)分析了圓盤諧振器的主要參數(shù)：諧振頻率、有效質(zhì)量、運(yùn)動電阻、品質(zhì)因數(shù)、輸出電流以及功率處理能力等；最后，分析了圓盤諧振器的等效電子電路以及靜電彈簧軟化效應(yīng)。
　　第3章研究了強(qiáng)慣性沖擊下

3、MEMS圓盤諧振器的可靠性。首先對雙端支撐的圓盤諧振器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了簡要分析；然后對圓盤諧振器分別受到階躍加速度和脈沖加速度下的可靠性進(jìn)行了理論分析；最后，通過文獻(xiàn)中的特定圓盤尺寸，得出了不同偏置電壓下圓盤所能承受的最大慣性加速度；結(jié)果表明，當(dāng)外界階躍沖擊為13000g時，諧振器可靠性降低為原來的75％；而當(dāng)圓盤受到脈沖沖擊時，若脈沖寬度與幅度乘積為10000μm/s，圓盤的可靠性降為原來的85%。
　　第4章研究了形變對圓盤諧振器

4、的電氣剛度影響。重點(diǎn)研究了圓盤分別受到徑向靜電力、縱向慣性力時的形變量，并以此分析電氣剛度的改變量；研究結(jié)果表明：當(dāng)圓盤受到徑向靜電力時，若間隙降為50nm且電壓達(dá)到50V，徑向形變量可以達(dá)到間隙的2.05%，電氣剛度改變6.15%；當(dāng)圓盤受到縱向慣性力時，若圓盤的半徑為100μm且慣性加速度為10000g，其最大形變量可以達(dá)到圓盤厚度的2.4%，電氣剛度改變2.4%。
　　第5章研究了DRIE工藝下的傾斜效應(yīng)對MEMS圓盤諧振器

5、的影響。首先分析了DRIE工藝下的傾斜效應(yīng)形成原理；其次分析了傾斜效應(yīng)對圓盤諧振器的電容量、靜電力、電氣剛度、運(yùn)動電阻和輸出電流的影響，并進(jìn)行了相應(yīng)的ANSYS仿真；結(jié)果表明，當(dāng)傾斜角度為??0.1o時，實(shí)際電容量、靜電力、電氣剛度和輸出電流減小為原來的0.76、0.6、0.47和0.32，而運(yùn)動電阻變?yōu)樵瓉淼?.15倍；最后，分別計算了傾斜效應(yīng)對單個圓盤以及圓盤陣列諧振頻率的影響，得到了靜電調(diào)諧所需的最優(yōu)調(diào)諧電壓；結(jié)果表明，當(dāng)傾斜角度