用于硅基氮化镓可调微镜的梳齿型微驱动器的研究

摘要

基于微机电系统(MEMS)技术的可调微镜在通信、计算、投影、成像等领域具有较好的发展趋势。微驱动器作为一种驱动机构，为实现微镜的连续可调提供了关键的技术支撑。近年来，微驱动器在结构的设计上已经比较成熟，但使用材料仍相对比较单一。氮化镓作为新一代半导体的代表，与无法自行发光的传统硅材料相比，是一种理想的短波长发光材料。它与硅基材料有着不同的物理特性，因此把氮化镓材料集成到硅基光微机电系统从而制备新型微系统或微器件可以扩展MEMS的适用领域。基于静电驱动的梳齿型微驱动器是一种性能优良的驱动方式，具有无迟滞、响应快、动态范围大等优点，在微驱动器中有着最广泛的应用。
　　本文提出并设计了一种用于硅基氮化镓(GaN)可调微镜的梳齿型微驱动器。首先介绍了MEMS系统的概念、应用以及发展现状，描述了氮化镓材料的特性和课题研究的背景及意义，概述了静电梳齿型驱动的基本原理。然后利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立了该器件的几何结构模型，对器件的结构(梳齿间隔、梳齿个数、梳齿长宽、支撑梁长宽等)进行了仿真优化，得出施加200 V电压时，微镜位移1.93μm。之后对器件进行模态分析，得出前六阶的模态振型与相应的谐振频率，描述各模态的运动情况。
　　此外，采用MEMS制备工艺加工出了用于氮化镓可调微镜的梳齿型微驱动器，并对其驱动特性进行测试。测试结果表明，所制作的微驱动器的位移随着电压的变化呈二次方关系，与仿真结果基本一致。当施加200 V的电压时，微驱动器可平移1.08μm。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 课题研究背景和意义

1.3 静电梳齿型可调微镜的研究现状

1.4 基于硅基氮化镓可调微镜微驱动器的研究现状

1.5 论文的主要工作和研究内容

第二章 MEMS微驱动原理

2.1 各种微驱动器的工作方式

2.2 静电微驱动原理

2.3 几种微驱动器的比较

2.4 本章小结

第三章 基于硅基氮化镓可调微镜梳齿型微驱动器的仿真

3.1 MEMS设计技术的分析

3.2 有限元法

3.3 基于硅基氮化镓可调微镜梳齿型微驱动器的仿真分析

3.4 本章小结

第四章 基于氮化镓可调微镜梳齿型微驱动器的加工与测试

4.1 MEMS加工工艺

4.2 基于硅基氮化镓可调微镜梳齿型微驱动器的加工与制作

4.3 可调微镜梳齿型微驱动器的测试

4.4 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 工作展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间申请的专利

附录3 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢