多晶SiC梳齿驱动器的结构分析与优化设计.pdfVIP

摘要 多 晶 SI C 梳齿驱动器 的结构分析与优化设计 学科名称 : 微 电子学与 固体 电子学 导师 : 马剑平 副教授 狐砂律 研 究生 : 高洁 签名: 御 了言’ 答辩 日期 : 2006.3 摘要 微机 电系统 (M EM )s 基 于现代科学技术微 型化和智能化 的发展趋 势而产生 ，由微驱动 器 、微型传感器 、信 号处理和控 制 电路组成 。作为 M E M S 的核心器件 ，微驱动器 既要求材 料性 能优越 ，又要求应用 设计尽 可 能合理 。作 为 目前 M EM S 中普遍 使用 的 si 材料 ，不 能用 于诸如高温 ，强辐射和强腐蚀 性等极端环境下 。碳化硅材料 以其优越 的 电学 、机械和化学性 能成 为替代硅材料 的首选材料 ，受到越来越 多研 究者 的关注 。论文针对 目前微执行器发展 的 趋势和需求 ，对 多晶碳化硅材料静 电梳齿驱动器 ，采用有 限元分析方法进行 了结构分析与优 化 设计 。主要 工作如 下 : 第一，通 过对 目前 M E M S 发展状况 ，碳化硅材料 的特 性及其在 M E M S 中应用现状 的分 析 ，论证 了设计分析 多 晶碳化硅 材料静 电梳齿驱动器 的必要性 。通过对 静 电梳齿驱动器原理 的深入分析 ，获取 了设计 中用 到 的一些关键参数及指标 。 第二，使用有 限元分析软件 ，建立 01 梳齿 多 晶碳化硅 静 电梳 齿驱动 结构 的有 限元模 型 ， 对 该结构进行模态分析 ，得 到 了前 6 阶 固有频率和振 型 。并将 该结构 与相 同几何参数 的硅静 电梳齿驱动器进行 了 比较 ，结果表 明，前者具有较 高 的固有频率 ，与理论预言相符合 。通过 对 不 同参数 的多 晶碳化硅静 电梳 齿器进行模态分析 ，系统分析 了不 同参数对 结构 固有频率 的 影 响 ，为优 化 设计提供 理论 依据 。 第三 ，根据静 电梳 齿驱动器 的性 能指标 ，利用有 限元软件 ，首先对 多 晶碳化硅静 电梳齿 驱动器 的固有频率进 行优化 设计 。其 次 ，特别针对 灵敏度进 行 了优 化 设计 ，得 到灵敏度较 高 的结构参数 。最后 ，在模态分析 的基础上 ，对 多晶碳化硅材料静 电梳齿驱动器采用简化模型 (R O M )，进 行谐 响应 分析 ，谐振频 率为 131 K H z，与模 态分析结果相 符 。在 IOV 驱动 电压 下最大位移 达 到 o.llum 。说 明 了设计 的正确性 。 关键 词 : 多 晶 si C ; 静 电梳 齿驱动器 : 模态分析 ; 优化 设计 ; 谐 响应 分析 A b straCt S T R U C T U R A L A N A L Y S IS A N D O P T !M U M D E S IG N O F P O L Y .S IC E L E C T R O S T A T IC C O M B 一D R IV E A C T U A’I.O R S ubj ect :M ieroe leetron ies and S o lid E leetron ies A d v is o r:A s s o e ia te P ro fe s so r M a J ia n P in g S ig n a tu re : 沁 夕卿 呀 G ra d u a te S tu d e n t:G a o J ie