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新型掺碳二氧化硅-薄膜体声波谐振器结构及其仿真验证: 2016年; 一定厚度的低声阻抗支撑层可以在薄膜体声波谐振器(FBAR)与衬底之间形成声学隔离层,防止声波泄漏到衬底当中。掺碳二氧化硅(CDO)是一种低声阻抗材料,对FBAR具有较好的温度补偿效果,可以作为FBAR与衬底之间的声学隔离层,从而构成一种新型的CDO-FBAR。为了分析CDO-FBAR与通孔型FBAR相比性能是否退化,以及CDO声学隔离层所需厚度,采用多物理场耦合仿真软件分析了CDO-FBAR和通孔型FBAR的谐振频率、Q值、有效机电耦合系数和S参数,并提取了CDO-FBAR纵向振动位移。分析结果表明:CDO-FBAR的谐振频率整体向下漂移;CDO声学隔离层导致S参数的寄生干扰;由于声学损耗增加,Q值略有降低,其中并联谐振点处的Q值降幅更大;有效机电耦合系数略有降低;声波传播到声学隔离层中9μm处就完全衰减,即只需要9μm厚的CDO声学隔离层就能在FBAR与衬底之间形成有效的声学隔离。由此,仿真验证了这种新颖的CDO-FBAR结构的可行性。; 赵俊武高杨雷强; 关键词：声阻抗薄膜体声波谐振器

微机械谐振式加速度计的研究现状及发展趋势被引量：14: 2017年; 微机械谐振式加速度计(MMRA)是通过检测加速度施加前后谐振器谐振频率变化实现对加速度检测的。该传感器具有频率信号输出、稳定性好、灵敏度高、精度高等优点,己成为MEMS传感器的重要发展方向之一。详细讨论了微机械谐振式加速度计设计中的关键技术,难点及对应解决方案、发展趋势。其中,关键技术包括机械结构、激励与检测方式以及谐振器刚度改变方式。分析了谐振器的三种机械结构以及微杠杆工艺误差造成的不对称性;根据谐振器材料的压电特性,可将MMRA分为压电MMRA和非压电MMRA,压电MMRA的激励与检测方式都是压电激励/压电检测,非压电MMRA主要为静电激励/电容检测;讨论了轴向应力和静电刚度这两种谐振器刚度改变方式的原理和适用范围。微机械谐振式加速度计主要存在四个技术难点:机械耦合、温度特性、工艺误差、组装与封装,并针对这四点给出了相应的解决方案。集成,静电刚度,新材料,多轴以及更高的性能指标将是今后微机械谐振式加速度计的主要发展趋势。; 高杨雷强赵俊武吕军光; 关键词：谐振器谐振频率灵敏度

MEMS壁面剪切应力传感器研究进展被引量：4: 2016年; 壁面剪切应力的时间特性是用于反映单个动量运输过程中非稳态结构的一个测量参数,也是湍流中相干位点的一个表征方法,是一个重要的壁面湍流的物理量。目前,主要基于近壁或壁面处的平均速度梯度和换热率与壁面切应力成正比的基础上对MEMS壁面剪切应力开展研究。因此,对MEMS壁面剪切应力传感器进行综述。根据不同的测量方式,MEMS剪切应力传感器主要分为直接测量和间接测量两种类型。对每种测量方法的原理、研究现状、优点和限制进行分析。MEMS技术使得剪切应力传感器取得显著的进步,提高空间和时间分辨率,以及测量结果的准确度。但MEMS剪切应力传感器还需要进一步发展,并且量化测量中的不确定度,才能成为一种可靠的剪切应力测量技术。最后,对未来MEMS剪切应力传感器的发展方向进行总结。; 雷强高杨王雄; 关键词：MEMS 传感器剪切应力

高性能氮化铝差分谐振式加速度计的结构设计被引量：5: 2018年; 提出了一种高性能氮化铝(Al N)差分谐振式加速度计结构。通过引入两级微杠杆来放大质量块的惯性力,提高灵敏度;采用"I"形支撑梁来降低横向灵敏度;利用差频检测方案降低温度共模误差的影响。该加速度计主要由质量块、支撑梁、双级微杠杆和谐振器组成,并通过理论分析和有限元仿真优化了它们的结构参数。模态分析表明两个谐振器的基频大约为373.3 k Hz,与干扰模态的频率差大约为9.4 k Hz,有效地实现了模态隔离。根据灵敏度的仿真结果,Al N差分谐振式加速度计的灵敏度64.6 Hz/g,线性度为0.787%,横向灵敏度为0.0033 Hz/g。热仿真的结果表明单个谐振器的温度灵敏度约为490 Hz/℃,加速度计输出差频的温度灵敏度为–0.83 Hz/℃,证明了差频检测方案可以降低温度共模误差的影响。上述所有仿真结果验证了该加速度计结构设计的可行性。; 高杨韩超雷强; 关键词：谐振式加速度计氮化铝支撑梁

微剪切应力传感器的加工工艺: 2017年; 提出了一种感测单元不直接接触流场的微剪切应力传感器结构,详细阐述了其感测单元MEMS制作工艺。采用热氧化硅掩膜方法解决了硅深刻蚀的选择比问题;优化后的硅深刻蚀工艺参数:刻蚀功率1600W、低频(LF)功率100W,SF6流量360cm3/min,C4F8流量300cm3/min,O2流量300cm3/min。采用Cr/Au掩膜,30℃恒温低浓度HF溶液解决了玻璃浅槽腐蚀深度控制问题;喷淋腐蚀和基片旋转等措施提高了玻璃浅槽腐蚀表面质量。采用上述MEMS工艺制作了微剪切应力传感器样品,样品测试结果表明:弹性悬梁长度和宽度误差均在2μm以内、玻璃浅槽深度误差在0.03μm以内、静态电容误差在0.2pF以内,满足了设计要求。; 袁明权雷强王雄; 关键词：高超声速飞行器硅深刻蚀

氮化铝双端固支音叉谐振器的结构设计被引量：1: 2017年; 基于氮化铝双端固支音叉(AlN DETF)的谐振式传感器具有尺寸小、稳定性和可靠性好、时间响应快等特点。为了提高灵敏度和分辨率,需要分析AlN DETF谐振器的振梁结构参数对灵敏度和信号功率的影响。在有限元仿真软件中建立AlN谐振器的多物理场模型,进行预应力特征频率分析,仿真验证单个振梁结构参数对灵敏度的影响。在振梁厚度保持恒定的情况下,对仿真结果的数据进行后处理,得到信号功率与振梁长度、宽度的关系。结果表明,相对灵敏度、信号功率随振梁长度、宽度的变化趋势相反。因此,需要根据工艺水平和结构强度等因素,综合考虑AlN谐振器的信号功率和相对灵敏度,对两者进行权衡。仿真分析了优化后AlN DETF谐振器的性能,±10μN范围内的灵敏度为56 Hz/μN,信号功率为6.8×10-4 nW,Q值为958。; 雷强高杨赵俊武吕军光; 关键词：微传感器灵敏度信号功率

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雷强