硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器及其動態(tài)測試技術(shù)的研究.pdf

1、論文在調(diào)研和分析硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器及MEMS動態(tài)測試技術(shù)研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,從器件的光機電特性理論分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計與建模仿真、柔性硅微機械工藝加工技術(shù)和三維微運動精密測量技術(shù)等方面系統(tǒng)地開展了新型硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器及其動態(tài)測試技術(shù)的研究,主要完成了以下五個方面的工作:1.系統(tǒng)地調(diào)研和分析了硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器及MEMS動態(tài)測試技術(shù)研究的重要意義、應(yīng)用領(lǐng)域、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢.2、討論和分析了硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器的動力學(xué)特性、機械

2、沖擊響應(yīng)特性、微鏡的動態(tài)變形特性和自重特性等力學(xué)理論問題;討論和分析了基于側(cè)壁驅(qū)動與底座驅(qū)動的扇形非線性電場靜電致動方式與基于垂直扭轉(zhuǎn)梳齒結(jié)構(gòu)的場致轉(zhuǎn)動靜電致動方式等硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器靜電驅(qū)動系統(tǒng)的致動機理等電學(xué)理論問題;討論和分析了硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器的光耦合插入損耗特性、微鏡鏡面的光學(xué)散射特性以及用于犧牲層釋放的腐蝕孔的光學(xué)衍射特性等光學(xué)理論問題,首次獲得了七種因素共同作用下硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器光耦合插入損耗的統(tǒng)一的數(shù)學(xué)表達(dá)

3、式.在對硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器的光機電特性系統(tǒng)地理論研究的基礎(chǔ)上提出了硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器的結(jié)構(gòu)設(shè)計準(zhǔn)則.3、提出了單軸雙梁厚度差分結(jié)構(gòu)、單軸雙柔性折疊梁結(jié)構(gòu)、單軸雙梁垂直扭轉(zhuǎn)梳齒結(jié)構(gòu)、雙軸四梁差動復(fù)合微鏡結(jié)構(gòu)以及以上四種基本結(jié)構(gòu)組合后的衍生結(jié)構(gòu)等五種工藝加工技術(shù)兼容的新型的硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器,對器件關(guān)鍵結(jié)構(gòu)薄厚度、高耐疲勞扭轉(zhuǎn)梁進(jìn)行了局部加強的變形補償設(shè)計,建立了器件的三維實體模型以及兩維降階模型,對提出的新結(jié)構(gòu)硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光

4、致動器進(jìn)行了系統(tǒng)的靜力學(xué)、動力學(xué)、靜電場、力電耦合和流體固體耦合的建模仿真與優(yōu)化設(shè)計,同時設(shè)計并分析了三種可實現(xiàn)單芯片集成的彈性光纖定位夾緊結(jié)構(gòu).4、提出了組合體硅微加工技術(shù)與表面硅微加工技術(shù)、兼容同一套光刻版圖、可分別基于SOI晶片和普通Si晶片、適應(yīng)于制造提出的各種新結(jié)構(gòu)單晶硅和多晶硅硅微機械扭轉(zhuǎn)鏡光致動器的三套柔性加工工藝流程,開展了一系列重要工藝步驟的單項工藝試驗,對工藝流程與工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化,針對加工過程中出現(xiàn)的具有普遍意義