基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動器的設計和仿真分析.pdf

1、光微機電系統(tǒng)作為微機電系統(tǒng)的重要分支，已經(jīng)在日常生活和工業(yè)中得到了廣泛的應用。隨著光電子器件的多功能化、小型化、集成化以及光通信技術(shù)的發(fā)展，光微機電系統(tǒng)將得到進一步的發(fā)展。與此同時，基于氮化鎵半導體材料而開發(fā)的發(fā)光二極管(LED)和激光二極管（LD）已經(jīng)進入市場，而且其市場前景巨大。因此把具有連續(xù)波長分布的氮化物發(fā)光器件集成到硅基光微機電系統(tǒng)從而制備新型光微系統(tǒng)或光電子器件成為一個具有廣闊前景的新研究領域。微驅(qū)動器作為光微機電系統(tǒng)中的一

2、個核心組成部分，由于氮化鎵材料在光微機電系統(tǒng)中具有重大的應用前景，對基于氮化鎵微驅(qū)動器的研究是必不可少的。在微驅(qū)動器中，由于靜電驅(qū)動結(jié)構(gòu)簡單、制作工藝成熟等特點在微機電系統(tǒng)中應用最為廣泛。
　　本文對基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動器展開研究分析。首先概述了微機電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點，介紹了課題的相關研究背景和意義，對靜電微驅(qū)動器以及基于氮化鎵的靜電微驅(qū)動器的發(fā)展現(xiàn)狀進行了介紹，詳細闡述了靜電微驅(qū)動器的原理以及面臨的挑戰(zhàn)。然后利用有

3、限元軟件COMSOL Multiphysics分別對二維和三維結(jié)構(gòu)的氮化鎵靜電梳狀微驅(qū)動器進行了建模仿真，在20V驅(qū)動電壓下，兩種結(jié)構(gòu)的靜電微驅(qū)動器的驅(qū)動位移大小分別為1.21μm和0.34μm。分析討論了微驅(qū)動器主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及所施加的驅(qū)動電壓對驅(qū)動位移的影響。同時利用有限元模態(tài)分析方法對氮化鎵微驅(qū)動器的運動模態(tài)進行了分析，得到了所設計的靜電梳狀微驅(qū)動器的前六階模態(tài)的固有頻率以及相對應的模態(tài)振型，并具體分析了各個模態(tài)的運動方向以及扭

4、轉(zhuǎn)變形情況，通過結(jié)果的比較分析，得到了微驅(qū)動器的工作模態(tài)，確定其固有頻率為58.6KHz。
　　本文最后設計了一種基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動器的可調(diào)微鏡，通過改變施加的驅(qū)動電壓方式，能夠?qū)崿F(xiàn)微鏡在水平面內(nèi)以及垂直方向上的正交可調(diào)，理論分析了這種正交驅(qū)動情況下的耦合位移，然后通過仿真與非耦合情況下的驅(qū)動位移進行對比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小電壓范圍內(nèi)，兩者的驅(qū)動位移相差不大，但當驅(qū)動電壓增加后，由于邊緣電場的增強，導致耦合情況下的驅(qū)動