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MEMS悬空结构上纳米材料的EHD打印工艺优化研究
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作者 林鑫烨 刘亚东 +3 位作者 姚冠宇 吴昊 唐祯安 余隽 《仪表技术与传感器》 北大核心 2025年第1期14-19,共6页
电流体动力学(EHD)打印具有非接触、精度高和材料选择灵活等优点,可应用于MEMS悬空结构上沉积各种纳米材料从而实现传感器微型化。以悬空微热板上打印气敏薄膜为研究对象,采用高速摄像机对EHD打印进行实验观测,结合有限元仿真进行墨水... 电流体动力学(EHD)打印具有非接触、精度高和材料选择灵活等优点,可应用于MEMS悬空结构上沉积各种纳米材料从而实现传感器微型化。以悬空微热板上打印气敏薄膜为研究对象,采用高速摄像机对EHD打印进行实验观测,结合有限元仿真进行墨水受力分析,研究了微滴和锥射流2种稳定的EHD打印模式的形成过程,通过将悬空的MEMS桥式结构纳入EHD打印仿真模型中,分析了MEMS悬空结构对EHD打印效果的影响。根据研究结果优化打印工艺参数,实现了SnO 2纳米气敏材料在微热板阵列上的批量化EHD打印,打印稳定性好,纳米材料分布均匀。 展开更多
关键词 电流体动力学打印 纳米材料 微机电系统 悬空结构 有限元仿真
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MEMS电热驱动器多场耦合模型及温度特性
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作者 谢海鹏 曹云 +3 位作者 孔啸宇 朱恒伯 陈旺生 席占稳 《哈尔滨工业大学学报》 北大核心 2025年第4期142-150,共9页
为研究微小尺度下MEMS电热驱动器的温度特性,考虑空气对驱动器动态热平衡的影响,提出了一种基于空气对流传热的电-热-流-固多场耦合模型。根据能量守恒方程以及气体对流换热和热传导等理论,建立MEMS电热驱动器的电-热-流-固多场耦合模型... 为研究微小尺度下MEMS电热驱动器的温度特性,考虑空气对驱动器动态热平衡的影响,提出了一种基于空气对流传热的电-热-流-固多场耦合模型。根据能量守恒方程以及气体对流换热和热传导等理论,建立MEMS电热驱动器的电-热-流-固多场耦合模型,并进行了有限元仿真。搭建MEMS电热驱动器温度特性试验平台,将恒定电压激励下的驱动器温度响应试验结果与电-热-流-固多场耦合模型以及传统传热模型仿真结果进行对比分析,结果表明:相较于基于恒定对流换热系数及经验公式的模型,采用电-热-流-固多场耦合模型得到的结果准确性更高,稳态温度分布误差在0.8%~7.6%之间;驱动器各表面的对流换热系数分布不均匀;对流换热系数在上表面、下表面及竖直壁面分别呈现先下降后上升、上升以及先上升后下降的趋势,但在3个特征面上对流换热系数几乎同时达到稳态,此时驱动器温度也达到稳态。基于空气对流换热不均匀特性,所获得的电热驱动器温度特性为MEMS电热驱动器在微机电系统中的应用奠定了基础。 展开更多
关键词 电热驱动器 温度特性 对流换热 电-热-流-固 微机电系统(mems)
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考虑边缘效应的静电驱动MEMS振子非线性振动定性研究
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作者 李佰洲 韩建鑫 +1 位作者 黄仪 崔良玉 《振动与冲击》 北大核心 2025年第1期10-19,共10页
应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的... 应用非线性动力学理论定性研究了考虑边缘效应的静电驱动微机电系统(micro-electromechanical system,MEMS)振子的非线性主共振问题。首先,应用微分求积法的空间离散处理得到了系统的单自由度动力学方程;其次,应用分岔理论研究了系统的静态分岔特征,推导并定义了无量纲临界立方刚度、一次吸合电压和二次吸合电压;然后,应用多尺度方法得到了系统的频响函数,定义了小幅振动频响软硬特性转换的无量纲临界电压;最后,结合动态吸合条件与软硬转换临界控制方程,讨论了系统的主共振以及阱间跳跃的动态规律。该研究对于定性掌握静电驱动MEMS振子的静动态吸合及主共振响应规律具有理论及工程参考价值。 展开更多
关键词 微机电系统(mems)振子非线性振动 分岔 吸合 边缘效应
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基于lift-off工艺的RF MEMS开关触点平坦化方法
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作者 杨彪 诸葛明华 +1 位作者 吴国才 容炎森 《微纳电子技术》 2025年第2期116-121,共6页
采用表面微加工工艺制备射频微机电系统(RF MEMS)开关,开关触点的平坦化是一项关键工艺,直接影响RF MEMS开关的机械和电学性能。设计静电驱动接触式的RF MEMS开关结构,然后通过在触点上进行套刻制备光刻胶岛、蒸镀制备铝牺牲层,利用lift... 采用表面微加工工艺制备射频微机电系统(RF MEMS)开关,开关触点的平坦化是一项关键工艺,直接影响RF MEMS开关的机械和电学性能。设计静电驱动接触式的RF MEMS开关结构,然后通过在触点上进行套刻制备光刻胶岛、蒸镀制备铝牺牲层,利用lift-off工艺解决触点与牺牲层平坦化的问题。再采用电镀工艺制备金悬臂梁,使用氢氧化钠溶液腐蚀铝释放获得RF MEMS开关。通过原子力显微镜(AFM)、聚焦离子束显微镜(FIB)等仪器对样品进行形貌测量,数据显示开关触点与铝牺牲层的高度差约为27.36 nm,悬臂梁与下方平面的左右空隙差约为22 nm,结果表明通过该方法能够实现开关触点与牺牲层的高度平坦化。 展开更多
关键词 射频微机电系统(RF mems)开关 开关触点 牺牲层 平坦化 lift-off工艺
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L波段硅基多层堆叠MEMS耦合器
5
作者 汪蔚 李志东 +2 位作者 王伟强 周嘉 武亚宵 《微纳电子技术》 CAS 2024年第6期125-130,共6页
基于射频传输理论设计并制备了一款Si基多层堆叠微电子机械系统(MEMS)耦合器。该耦合器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。利用电磁仿真软件进行了建模仿真,并经过金属图形化、硅基通孔(TSV)、晶圆减薄、晶圆... 基于射频传输理论设计并制备了一款Si基多层堆叠微电子机械系统(MEMS)耦合器。该耦合器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。利用电磁仿真软件进行了建模仿真,并经过金属图形化、硅基通孔(TSV)、晶圆减薄、晶圆键合等MEMS工艺完成器件制备。采用三层硅片进行堆叠,信号传输时,通过上下两层金属的层间距离对耦合度进行调整,相比常规的平面耦合具有更小的横向尺寸。同时,为了减小信号传输过程中的辐射效应,在信号线周围设计了接地通孔,实现对耦合器的全屏蔽,使其免受外部电磁场的影响。所制备的硅基多层堆叠MEMS耦合器的频带范围为0.75~1.25 GHz,性能指标良好,尺寸仅为5.5 mm×6.0 mm×1 mm,相比常规的平面耦合结构缩小了50%,相比多层印制电路板(PCB)结构缩小了20%。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) 耦合器 全屏蔽 高阻硅 多层
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X波段Si基片集成脊波导MEMS环行器
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作者 汪蔚 李志东 +2 位作者 田松杰 高纬钊 刘博达 《微纳电子技术》 CAS 2024年第4期156-161,共6页
基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模T... 基于波导传输理论设计并制备了一款Si基片集成脊波导(RSIW)微电子机械系统(MEMS)环行器,该环形器以高阻硅作为衬底材料,采用高精度三维MEMS加工工艺制备而成。通过在基片集成波导(SIW)结构中添加脊梁结构,形成RSIW传输结构,使传输主模TE10模的截止频率比矩形波导TE10模的低,从而实现相同频率下更小的器件尺寸。同时,通过电磁仿真软件对射频匹配和磁场分布进行了精确的建模仿真,完成了Si基片集成脊波导MEMS环行器的仿真设计。制备了尺寸为6 mm×6 mm的环行器样品并进行了测试,结果验证了仿真设计的准确性,其工作频率为8~12 GHz,回波损耗大于20 dB,隔离度大于18 dB,插入损耗小于0.5 dB。实现优良微波特性的同时,相比于常规的SIW结构环行器尺寸缩小了20%左右。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) 环行器 基片集成脊波导(RSIW) 高阻硅 脊梁结构
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基于微形变分析的电容式MEMS加速度计温漂误差精密估计方法
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作者 齐兵 程建华 +1 位作者 赵砚驰 汪籽粒 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期2437-2445,共9页
针对传统的电容式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)加速度计(capacitive MEMS accelerometers,CMA)温漂误差(temperature drift error,TDE)补偿方法存在非精准溯源TDE致使TDE估计精度低、反复尝试估计模型构型导致构... 针对传统的电容式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)加速度计(capacitive MEMS accelerometers,CMA)温漂误差(temperature drift error,TDE)补偿方法存在非精准溯源TDE致使TDE估计精度低、反复尝试估计模型构型导致构建过程复杂繁琐的问题,提出基于微形变分析的CMA TDE精密补偿方法。首先,通过微形变分析内部结构精准溯源TDE,基于径向基函数神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)构建改进型TDE精密估计模型;其次,基于专家经验和模糊理论提出Expert-Fuzzy辅助决策下TDE估计模型辨识方法,为改进模型提供有效的构型指导;然后,设计升温试验测试CMA,构建传统模型和改进模型并通过对比其输出偏置稳定性评估TDE估计性能。实验结果表明,改进模型构建过程大大简化,补偿后CMA偏置稳定性提升约35%。本方法能够更加精准地估计TDE,有效解耦硅基材料的温度依赖性并提升CMA的环境适应性。 展开更多
关键词 微机电系统 温漂误差估计 微形变分析 Expert-Fuzzy辅助决策 径向基函数神经网络
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基于MEMS水听器的水下探测系统设计与实现 被引量:1
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作者 裴嘉裕 张国军 +2 位作者 荆博原 柳燕 张文栋 《微纳电子技术》 CAS 2024年第3期101-111,共11页
微电子机械系统(MEMS)水听器作为声呐的核心部件,具有灵敏度高、低频特性好的优势,在进行水下探测时,可同时得到水下声场的声压及振速信息,被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器(UUV)等水下平台,实现对水下目标的实时探测。以现场可编... 微电子机械系统(MEMS)水听器作为声呐的核心部件,具有灵敏度高、低频特性好的优势,在进行水下探测时,可同时得到水下声场的声压及振速信息,被广泛应用于声呐浮标、无人水下航行器(UUV)等水下平台,实现对水下目标的实时探测。以现场可编程门阵列(FPGA)为控制核心,基于MEMS水听器,选择合理的存储协议和能量检测算法,设计并实现了一套应用于声呐浮标的水下探测系统,并开展了室内测试与室外湖试实验。室内测试结果显示,MEMS水听器的矢量通道灵敏度约为-210 dB@100 Hz,可测带宽为10~2000 Hz,具有平滑的“8”字指向性;标量通道具有全向性,灵敏度为-189.5 dB@100 Hz,可测带宽为10~1250 Hz;系统功耗约1.55 W,同步采样率为10 kHz,存储容量为64 GB,可实现信号的实时检测以及对3路模拟信号和3路数字信号的存储。湖试实验结果表明,该系统在水下能够稳定工作,可以连续工作约23 h,经数据处理分析,系统采集到的水声信号正常,对目标信号的探测性能良好。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) 水听器 声呐浮标 水下探测 现场可编程门阵列(FPGA)
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用于三轴MEMS加速度计的集成数字调理电路 被引量:1
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作者 王晓 任臣 杨拥军 《微纳电子技术》 CAS 2024年第6期138-147,共10页
基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有... 基于0.18μm互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺,设计了一种用于三轴微电子机械系统(MEMS)加速度计的集成数字调理电路,实现了三轴加速度信号的数字后处理。该数字调理电路采用级联积分梳状(CIC)与有限冲击响应(FIR)相结合的滤波器形式,有效滤除了带外的量化噪声,提高了输出信号的信噪比;零位采用四阶多项式拟合温补算法,标度因数采用二阶多项式拟合温补算法,有效降低了加速度输出随温度的漂移,提升了加速度计的测量精度。此外,FIR滤波器采用时分复用的实现形式,温补模块采用串行实现形式,有效减小了芯片面积,最终芯片面积为1.5 mm^(2)。测试结果表明,滤波器符合设计值,三轴MEMS加速度计的零偏不稳定性为15μg,速率随机游走为0.035 m/s/√h,温补后零偏全温区变化量为3.55mg,提升了5.4倍;温补后标度因数全温区变化量为0.0026,提升了4.1倍,电路性能良好。 展开更多
关键词 数字调理电路 微电子机械系统(mems) 加速度计 级联积分梳状(CIC)滤波器 有限冲击响应(FIR)滤波器 时分复用 温度补偿
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高频压电MEMS微镜设计与仿真
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作者 张浩 汪洋 武震宇 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第2期76-80,共5页
阵列化微镜设计可以实现微镜的高频工作。本文采用将驱动器隐藏在六边形镜面下方的设计方案来实现微镜阵列单元的制备,减小了微镜尺寸。在镜面内部引入了柔性结构匀散应力,降低微镜应力断裂风险,提高了微镜的可靠性,采用六边形密排的方... 阵列化微镜设计可以实现微镜的高频工作。本文采用将驱动器隐藏在六边形镜面下方的设计方案来实现微镜阵列单元的制备,减小了微镜尺寸。在镜面内部引入了柔性结构匀散应力,降低微镜应力断裂风险,提高了微镜的可靠性,采用六边形密排的方式可以实现大于90%的占空比。所设计的微镜可以实现倾斜、偏转和活塞3种工作自由度,工作频率达到了23 000 Hz以上,共振偏转角度可以达到6.5°。对比传统的微镜阵列设计,本文设计提高了空间利用率和致动效率。 展开更多
关键词 微机电系统 压电驱动 微镜阵列 高频
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X波段MEMS硅腔折叠基片集成波导环行器芯片
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作者 高纬钊 杨拥军 +2 位作者 汪蔚 翟晓飞 周嘉 《微纳电子技术》 CAS 2024年第3期120-125,共6页
通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进... 通信系统向小型化、高性能、集成化的快速发展对射频组件的体积和电性能提出了苛刻的要求。设计了一种X波段硅腔折叠基片集成波导(FSIW)环行器芯片。当基片集成波导(SIW)工作于主模时,将中央的对称面等效为虚拟磁壁,沿着窄边对电磁场进行多次折叠,形成FSIW。以该技术作为设计思路,提高空间利用率,实现了FSIW整体结构的小型化。将FSIW的优势融入环行器中心结设计,使设计的环行器芯片具有高功率容量、低插入损耗、体积小、质量轻的优点。基于微电子机械系统(MEMS)工艺,以高阻硅为衬底材料,制备了该硅腔FSIW环行器芯片,芯片整体尺寸为6.5 mm×6 mm×2.5 mm,工作频率为8.5~11.5 GHz,回波损耗>18.5 dB,带内插入损耗<0.4 dB,隔离度>20 dB。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) 折叠基片集成波导(FSIW) 环行器 射频组件 小型化 硅腔
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MEMS心音传感器及检测电路优化设计
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作者 刘佳琦 张国军 +1 位作者 崔建功 史鹏程 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期102-111,共10页
对基于微电子机械系统(MEMS)技术的心音传感器声敏结构进行了优化且设计了其检测电路。首先,针对心音信号的特点,设计了二次集成的扁平状仿生纤毛结构,对该结构进行仿真,确定了纤毛的尺寸参数和梁上最大应力1.2×10^(5) N/m^(2),对... 对基于微电子机械系统(MEMS)技术的心音传感器声敏结构进行了优化且设计了其检测电路。首先,针对心音信号的特点,设计了二次集成的扁平状仿生纤毛结构,对该结构进行仿真,确定了纤毛的尺寸参数和梁上最大应力1.2×10^(5) N/m^(2),对纤毛进行特征频率仿真,在硅油域中结果为711 Hz;其次由扁平状纤毛结构X轴接收噪声时梁上的应力仿真结果可知该结构具有抗干扰能力;最后设计了后端的放大电路和滤波电路并对传感器封装后进行测试。测试结果表明,该结构的信噪比达到了27 dB,较传统的圆柱形纤毛提高了35%,且其抗干扰能力也优于传统的圆柱形纤毛。优化过后的MEMS心音传感器具有抗干扰、低噪声、低成本、采集的信号不失真等优势,可为临床心音信号的采集提供关键核心部件。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems)技术 心音传感器 处理电路 心音信号 信噪比
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粒子群优化算法在MEMS压力传感器电桥电阻计算与零偏补偿中的应用
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作者 王帆 王津津 +1 位作者 王伟忠 杨拥军 《微纳电子技术》 CAS 2024年第8期142-149,共8页
采用粒子群优化(PSO)算法对微机电系统(MEMS)压力传感器电桥电阻进行了优化设计和验证。基于PSO算法的基本原理,建立电桥参数模型,充分利用冗余的测量数据配置优化条件,通过迭代运算得到了传感器惠斯通电桥电阻数值解,并将其作为零偏补... 采用粒子群优化(PSO)算法对微机电系统(MEMS)压力传感器电桥电阻进行了优化设计和验证。基于PSO算法的基本原理,建立电桥参数模型,充分利用冗余的测量数据配置优化条件,通过迭代运算得到了传感器惠斯通电桥电阻数值解,并将其作为零偏补偿的依据。然后根据计算和测试结果进行了零偏补偿,对补偿后结果进行了验证。结果表明,计算输出零偏值与实测输出零偏值之间的相对误差<1%;补偿后传感器的零偏值控制在0.5mV以内,实测零偏满量程误差≤0.1%。研究证明采用该算法模型可有效计算出MEMS压力传感器的电桥电阻参数,基于其计算结果的补偿方案可提升传感器电桥精度。 展开更多
关键词 压力传感器 惠斯通电桥 微机电系统(mems) 粒子群优化(PSO)算法 零偏补偿
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一种基于压电驱动的扭转式MEMS电场传感器设计与仿真优化
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作者 刘阳 饶宇飞 +6 位作者 李海峰 王誉铮 魏诗超 马斌 杨庆 柯锟 廖伟 《科学技术与工程》 北大核心 2024年第28期12211-12219,共9页
电力传感技术是实现新型电力系统数字化转型的关键,其中电场参量是重要的监测对象之一。提出一种基于压电驱动的扭转式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器。该微机电系统电场传感器的通过驱动结构带动屏蔽电... 电力传感技术是实现新型电力系统数字化转型的关键,其中电场参量是重要的监测对象之一。提出一种基于压电驱动的扭转式微机电系统(micro-electro-mechanical system,MEMS)电场传感器。该微机电系统电场传感器的通过驱动结构带动屏蔽电极在感应电极表面周期性振动实现电场的调制测量。其压电驱动结构为4个对称分布的L型压电悬臂梁,屏蔽电极和感应电极为两对交错耦合的梳齿电极构成。接着通过COMSOL仿真软件建立了结构的固体力学-静电耦合模型,计算了敏感结构的谐振频率和振动幅值。结果显示:结构的工作模态下的谐振频率可达到25047 Hz,在3 V的交流驱动电压下屏蔽电极末端位移为85.06μm。进一步通过参数扫描方式对敏感结构的关键参数进行仿真分析。优化了梳齿电极的长度、宽度、间距、个数等参数以及感应电极长度、感应电极宽度、梳齿电极的个数和感应电极间距。最后完成了传感器的测试。测试结果表明:该传感器的灵敏度为3.24 mV/(kV/m),测量误差最大仅为3.75%。 展开更多
关键词 微机电系统(mems) 电场传感器 压电驱动 COMSOL
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面向MEMS质谱仪离子源的场发射针尖阵列研制及性能
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作者 吴章旭 程玉鹏 +5 位作者 李山 朱五林 沈琛 胡郑蕊 徐椿景 陈池来 《微纳电子技术》 CAS 2024年第9期100-107,共8页
针对微电子机械系统(MEMS)质谱仪应用中对高工作气压和高电子电流的需求,同时保持MEMS技术在体积和质量上的优势,研制了一种用于MEMS质谱仪离子源的基于场发射原理的针尖阵列。通过MEMS加工技术实现了最大44个/mm^(2)的针尖密度,并在4和... 针对微电子机械系统(MEMS)质谱仪应用中对高工作气压和高电子电流的需求,同时保持MEMS技术在体积和质量上的优势,研制了一种用于MEMS质谱仪离子源的基于场发射原理的针尖阵列。通过MEMS加工技术实现了最大44个/mm^(2)的针尖密度,并在4和6英寸(1英寸=2.54 cm)的硅基晶圆上完成平行批量制造。实验结果显示,1600个针尖组成的阵列在3.4×10^(-3)Pa气压下最大发射电流达到1.28 mA,在23.71 Pa的气压下达到92.93μA,同时单片集成结构使其具备与永磁体结合的放电增强能力,磁场下针尖阵列的最大放电电流提升175.79%。初步的测试结果证实了场发射针尖阵列作为离子源在MEMS质谱仪中的应用潜力。 展开更多
关键词 质谱仪 微电子机械系统(mems) 针尖阵列 离子源 场发射 电子发射
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一种用于MEMS加速度计温度性能提升的双质量全差分结构
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作者 陈鹏旭 任臣 杨拥军 《微纳电子技术》 CAS 2024年第7期120-125,共6页
微电子机械系统(MEMS)加速度计作为应力敏感器件,很容易受到外界应力的影响,尤其是对温度应力非常敏感,MEMS加速度计的温度性能成为了制约加速度计性能提升的关键因素。为了提高MEMS加速度计的温度性能,减小温度漂移,提出了一种新型的... 微电子机械系统(MEMS)加速度计作为应力敏感器件,很容易受到外界应力的影响,尤其是对温度应力非常敏感,MEMS加速度计的温度性能成为了制约加速度计性能提升的关键因素。为了提高MEMS加速度计的温度性能,减小温度漂移,提出了一种新型的双质量、全差分MEMS敏感结构方案。通过双质量的差分效果,可以将外界温度变化引起的变形差分掉,从而降低加速度计的温度系数,提高温度性能。利用有限元仿真的手段,优化双质量结构的布局,验证加速度计的温度漂移结果。实验结果表明,加速度计温度性能得到了有效提升。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) 加速度计 双质量全差分结构 温度性能 有限元分析
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用于海洋三维温度场监测的MEMS温压一体式传感器
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作者 曹书野 张弛 +4 位作者 和欣 黄健 周继明 吴梦希 刘军山 《微纳电子技术》 CAS 2024年第10期91-99,共9页
海水温度和深度信息的采集在水文、气象、渔业、生态保护等领域具有重要意义。基于微机电系统(MEMS)技术研制了一种用于海水温度及深度检测的温压一体式传感器。该传感器采用双面设计,利用薄膜式铂电阻传感单元和压阻式压力传感单元分... 海水温度和深度信息的采集在水文、气象、渔业、生态保护等领域具有重要意义。基于微机电系统(MEMS)技术研制了一种用于海水温度及深度检测的温压一体式传感器。该传感器采用双面设计,利用薄膜式铂电阻传感单元和压阻式压力传感单元分别检测温度和深度信息。两种传感单元均可通过MEMS工艺进行制作,且制作工艺互相兼容,因此,该传感器具有尺寸小、易于大批量制造、可与CMOS集成等优点。经对该传感器性能进行测试,温度传感单元在0~40℃范围内的电阻温度系数为0.27%/℃,测量精度为±0.04℃,同一批次样品电阻温度系数标准偏差为±0.0049%/℃;压力传感单元的量程为0~10 MPa,在该量程范围内其有良好的线性度(R^(2)=0.9993)、灵敏度(14.14 mV/MPa)和批量一致性(灵敏度的标准偏差为±0.896 mV/MPa)。此外,利用温度传感单元信号对压力传感单元在不同温度下的输出电压进行温度-压力解耦,解耦后压力传感单元在5~35℃温度范围内的最大相对误差由8.42%降低至1.07%。开发的MEMS温压一体式传感器满足了海水温度和深度检测的性能需求,有望解决海洋三维温度场监测的难题,在海洋环境保护和水文信息采集等领域有着广泛的应用前景。 展开更多
关键词 温度传感器 压力传感器 微机电系统(mems)传感器 海洋环境检测 多传感信号解耦
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压电AlN MEMS的新进展(续) 被引量:1
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作者 赵正平 《微纳电子技术》 CAS 2024年第5期1-31,共31页
Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN... Si基微电子机械系统(MEMS)经过三十余年的发展已进入智能微系统的发展阶段,已成为当今MEMS技术创新发展的主流。当今半导体材料技术的科研已进入超宽禁带半导体的探索开发阶段,超宽禁带半导体AlN不但在功率电子学有较好的前景,而且AlN薄膜具有较好的压电性能,与CMOS工艺相兼容,压电AlN MEMS首先在手机应用的射频谐振器、滤波器方面取得突破,实现量产,近年来压电AlN MEMS已成为MEMS技术创新发展的热点。介绍了压电AlN MEMS在掺杂薄膜材料制备、新器件结构设计、新工艺、可靠性和应用创新等方面的最新进展,包含掺钪AlN薄膜研制、AlN薄膜多层结构、AlScN薄膜性能、AlN薄膜制备;体声波(BAW)谐振器与固体安装谐振器(SMR)、薄膜体声波谐振器(FBAR)和薄膜压电MEMS、轮廓模式谐振器(即兰姆波谐振器)、混合谐振器、AlN压电微机械超声换能器(PMUT)等结构创新;有利于CMOS集成,批量高可靠,压电AlN薄膜的晶圆量产,AlScN器件工艺优化;AlN MEMS热疲劳和抗辐照;谐振器与滤波器、能量收集器、物质和生物传感与检测、指纹传感器、图像器和麦克风、通信、微镜传感、柔性传感等方面研究成果。分析和评价了压电AlN MEMS关键技术进步和发展态势。 展开更多
关键词 微电子机械系统(mems) ALN 掺钪AlN薄膜 薄膜体声波谐振器(FBAR) 轮廓模式谐振器 压电微机械超声换能器(PMUT)
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Laboratory evaluation of a low-cost micro electro-mechanical systems sensor for inclination and acceleration monitoring
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作者 Antonis Paganis Vassiliki NGeorgiannou +1 位作者 Xenofon Lignos Reina El Dahr 《Deep Underground Science and Engineering》 2025年第1期46-54,共9页
In this study,the design and development of a sensor made of low-cost parts to monitor inclination and acceleration are presented.Αmicro electro-mechanical systems,micro electro mechanical systems,sensor was housed i... In this study,the design and development of a sensor made of low-cost parts to monitor inclination and acceleration are presented.Αmicro electro-mechanical systems,micro electro mechanical systems,sensor was housed in a robust enclosure and interfaced with a Raspberry Pi microcomputer with Internet connectivity into a proposed tilt and acceleration monitoring node.Online capabilities accessible by mobile phone such as real-time graph,early warning notification,and database logging were implemented using Python programming.The sensor response was calibrated for inherent bias and errors,and then tested thoroughly in the laboratory under static and dynamic loading conditions beside high-quality transducers.Satisfactory accuracy was achieved in real time using the Complementary Filter method,and it was further improved in LabVIEW using Kalman Filters with parameter tuning.A sensor interface with LabVIEW and a 600 MHz CPU microcontroller allowed real-time implementation of highspeed embedded filters,further optimizing sensor results.Kalman and embedded filtering results show agreement for the sensor,followed closely by the lowcomplexity complementary filter applied in real time.The sensor's dynamic response was also verified by shaking table tests,simulating past recorded seismic excitations or artificial vibrations,indicating negligible effect of external acceleration on measured tilt;sensor measurements were benchmarked using highquality tilt and acceleration measuring transducers.A preliminary field evaluation shows robustness of the sensor to harsh weather conditions. 展开更多
关键词 field monitoring Kalman filter laboratory evaluation micro electro mechanical systems(mems) monitoring node shaking table
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Accuracy improvement of GPS/MEMS-INS integrated navigation system during GPS signal outage for land vehicle navigation 被引量:15
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作者 Honglei Qin Li Cong Xingli Sun 《Journal of Systems Engineering and Electronics》 SCIE EI CSCD 2012年第2期256-264,共9页
To improve the reliability and accuracy of the global po- sitioning system (GPS)/micro electromechanical system (MEMS)- inertial navigation system (INS) integrated navigation system, this paper proposes two diff... To improve the reliability and accuracy of the global po- sitioning system (GPS)/micro electromechanical system (MEMS)- inertial navigation system (INS) integrated navigation system, this paper proposes two different methods. Based on wavelet threshold denoising and functional coefficient autoregressive (FAR) model- ing, a combined data processing method is presented for MEMS inertial sensor, and GPS attitude information is also introduced to improve the estimation accuracy of MEMS inertial sensor errors. Then the positioning accuracy during GPS signal short outage is enhanced. To improve the positioning accuracy when a GPS signal is blocked for long time and solve the problem of the tra- ditional adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) method with poor dynamic adaptation and large calculation amount, a self-constructive ANFIS (SCANFIS) combined with the extended Kalman filter (EKF) is proposed for MEMS-INS errors modeling and predicting. Experimental road test results validate the effi- ciency of the proposed methods. 展开更多
关键词 functional coefficient autoregressive (FAR) global po- sitioning system (GPS) micro electromechanical system mems inertial navigation system (INS) self-constructive adaptive neuro- fuzzy inference system (SCANFIS).
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