【摘要】：微機電(MEMS)器件對加工工藝具有高度的敏感性,所以,在設計之初就考慮工藝偏差對成品率的影響至關重要。MEMS可制造性設計正是針對這個問題,通過補償設計技術降低工藝偏差對器件成品率的影響,這是提高成品率的關鍵途徑,是迫切需要解決的問題。本文從工藝偏差對微機械器件性能造成的具體影響角度出發(fā),以典型的微機械器件——固支梁與梳狀諧振器為研究對象,以有限元仿真與理論推導為手段,分別仿真分析了工藝偏差對固支梁的諧振頻率、振幅、吸合電壓的影響,以及工藝偏差對靜電驅(qū)動梳狀諧振器的諧振頻率與振幅的影響。針對固支梁,本文利用有限元分析的手段,分別從幾何尺寸偏差、DRIE工藝導致的梯形剖面形狀、footing效應導致的底部過刻蝕、TMDE工藝造成的波紋剖面形狀以及各向異性刻蝕中會出現(xiàn)的圓弧拐角幾個方面,分析了這些工藝偏差對固支梁的前五階模態(tài)的頻率、振幅以及吸合電壓的影響。發(fā)現(xiàn)長度對固支梁的諧振頻率影響最大,幾何尺寸與過刻蝕對振幅影響較大,吸合電壓受厚度影響比較明顯,而固支梁的寬厚比發(fā)生變化時,會改變其模態(tài)分布。本文分別修正了在梯形剖面形狀、底部過刻蝕、波紋剖面形狀情況下固支梁的諧振頻率公式,與有限元分析結果進行比較,驗證了公式的正確性。對于梳狀諧振器,本文從幾何尺寸偏差、DRIE工藝導致的梯形剖面形狀、footing效應導致的底部過刻蝕、TMDE工藝造成的波紋剖面形狀以及力學參數(shù)誤差的角度出發(fā),利用有限元仿真,分析了工藝偏差對梳狀諧振器的諧振頻率、振幅的影響,并分別修正了在梯形剖面形狀、底部過刻蝕、波紋剖面形狀情況下梳狀諧振器的諧振頻率公式,同時比較了有限元分析結果與理論計算結果,驗證了公式的正確性。研究表明,梳狀諧振器的彈性梁寬度對諧振頻率影響最大,剖面形狀為梯形形狀時,對諧振器的諧振頻率影響亦較大,彈性梁的寬厚比發(fā)生變化時,影響諧振器的模態(tài)分布。本論文在分析常見工藝偏差形式的基礎上,研究了這些偏差對器件性能的影響并進行了大量的分析計算,對有關計算理論提出了修正。論文工作為進一步開展MEMS可制造性設計建立了基礎,為后續(xù)工作提供了有益的參考。
【學位授予單位】：東南大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TH-39;TH16

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本文編號：2550377