HI,欢迎来到学术天下网

基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器的设计和仿真分析

分享到:
  • 论文详细
作者:
郑煌晏
导师:
胡芳仁
学科专业:
光学工程 
文献出处:
南京邮电大学 2015年
关键词:
微机电系统论文  静电微驱动器论文  氮化镓论文  模态分析论文  微镜论文  

摘要:光微机电系统作为微机电系统的重要分支,已经在日常生活和工业中得到了广泛的应用。随着光电子器件的多功能化、小型化、集成化以及光通信技术的发展,光微机电系统将得到进一步的发展。与此同时,基于氮化镓半导体材料而开发的发光二极管(LED)和激光二极管(LD)已经进入市场,而且其市场前景巨大。因此把具有连续波长分布的氮化物发光器件集成到硅基光微机电系统从而制备新型光微系统或光电子器件成为一个具有广阔前景的新研究领域。微驱动器作为光微机电系统中的一个核心组成部分,由于氮化镓材料在光微机电系统中具有重大的应用前景,对基于氮化镓微驱动器的研究是必不可少的。在微驱动器中,由于静电驱动结构简单、制作工艺成熟等特点在微机电系统中应用最为广泛。本文对基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器展开研究分析。首先概述了微机电系统的发展现状和特点,介绍了课题的相关研究背景和意义,对静电微驱动器以及基于氮化镓的静电微驱动器的发展现状进行了介绍,详细阐述了静电微驱动器的原理以及面临的挑战。然后利用有限元软件COMSOL Multiphysics分别对二维和三维结构的氮化镓静电梳状微驱动器进行了建模仿真,在20V驱动电压下,两种结构的静电微驱动器的驱动位移大小分别为1.21μm和0.34μm。分析讨论了微驱动器主要的结构参数以及所施加的驱动电压对驱动位移的影响。同时利用有限元模态分析方法对氮化镓微驱动器的运动模态进行了分析,得到了所设计的静电梳状微驱动器的前六阶模态的固有频率以及相对应的模态振型,并具体分析了各个模态的运动方向以及扭转变形情况,通过结果的比较分析,得到了微驱动器的工作模态,确定其固有频率为58.6KHz。本文最后设计了一种基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器的可调微镜,通过改变施加的驱动电压方式,能够实现微镜在水平面内以及垂直方向上的正交可调,理论分析了这种正交驱动情况下的耦合位移,然后通过仿真与非耦合情况下的驱动位移进行对比分析,结果发现,在小电压范围内,两者的驱动位移相差不大,但当驱动电压增加后,由于边缘电场的增强,导致耦合情况下的驱动位移要大于非耦合情况下的驱动位移。

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究背景及意义

1.2.1 课题研究背景

1.2.2 课题研究意义

1.3 静电微驱动的研究现状

1.4 基于氮化镓的静电微驱动器的研究现状

1.5 MEMS设计分析技术的发展现状

1.6 论文的主要工作和研究内容

第二章 MEMS微驱动器原理

2.1 前言

2.2 微驱动器原理

2.2.1 压电微驱动器

2.2.2 电磁微驱动器

2.2.3 热微驱动器

2.2.4 形状记忆合金微驱动器

2.3 静电微驱动器原理

2.3.1 平行板电容静电微驱动器

2.3.2 梳状电容静电微驱动器

2.4 几种微驱动器的比较

2.5 静电微驱动器特点以及面临的挑战

2.5.1 静电微驱动器特点

2.5.2 静电微驱动器面临的挑战

2.6 本章小结

第三章 基于氮化镓静电梳状微驱动器的模拟仿真分析

3.1 前言

3.2 有限元法

3.2.1 有限元法原理

3.2.2 有限元法特点

3.3 基于硅基氮化镓的静电梳状微驱动器的二维仿真分析

3.3.1 模型的建立

3.3.2 静电梳状微驱动器的二维仿真分析

3.4 基于氮化镓的静电梳状微驱动器的三维仿真分析和模态分析

3.4.1 基于氮化镓的静电梳状微驱动器的三维仿真分析

3.4.2 基于氮化镓的静电梳状微驱动器的模态分析

3.5 本章小结

第四章 基于硅基氮化镓静电微驱动器的可调微镜设计和仿真分析

4.1 前言

4.2 微镜阵列的应用

4.3 基于硅基氮化镓静电微驱动器的可调微镜设计

4.4 基于硅基氮化镓正交静电微驱动器的理论分析

4.4.1 弹性支撑横梁的弹性系数

4.4.2 基于硅基氮化镓正交静电微驱动器的耦合位移分析

4.5 基于硅基氮化镓正交静电微驱动器的仿真结果分析

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢