考虑漏电场的扭转式微执行器Pull-in机理分析

论文摘要

微型化始终是当代科学技术发展的重要方向。随着微电子技术的发展,基于MEMS（微机械系统）技术的微传感器、微执行器得到了快速发展,在其各种驱动方式中,静电驱动占有重要地位,因此对静电微执行器的研究是非常必要的。在静电微执行器中,存在做快速吸合现象,也被称为pull-in失稳现象,它是静电微执行器的一个重要特征。现今国内外对于静电微执行器pull-in失稳问题的研究非常多,但考虑静电微执行器边缘效应的研究还是微乎其微。由于微型化器件灵敏度的增大,所以获得精确的pull-in点的相关参数都是非常必要的。本文在分析了国内外相关研究工作的基础上,基于能量法进行分析扭转式静电微执行器的pull-in失稳现象,把扭转式静电微执行器的边缘漏电场考虑到模型中去,建立更符合实际的物理模型,通过与ANSYS软件实际仿真结果相比较,论证了建立模型的准确性。本文首先通过求解忽略微执行器边缘电场效应的pull-in失稳参数,介绍了微执行器的pull-in机理,并重点分析了扭转式微执行器电极相对于极板的位置不同而对微执行器pull-in参数的影响和控制。然后介绍了漏电场对微执行器pull-in参数的影响,建立相关的漏电场的模型,在考虑漏电场的情况下,得出了pull-in现象的相关数据。通过实例分析,分别考察了扭转式微执行器的各项参数的变化对于pull-in电压和pull-in点的影响。最后通过ANSYS有限元分析软件建立出扭转式静电微执行器结构,考虑了上下极板之间的边缘效应进行求解,得出实际数据,通过与模型求解的数据相比较分析,说明了模型的精确性,并给出模型的适用范围。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 MEMS 技术的概述
• 1.1.1 MEMS 简述
• 1.1.2 MEMS 主要研究内容
• 1.1.3 MEMS 的研究现状
• 1.2 静电微执行器的概述
• 1.2.1 微执行器的比较
• 1.2.2 静电驱动微执行
• 1.3 PULL-IN 现象
• 1.4 论文的主要工作和创新点
• 1.5 论文的结构安排
• 第二章 静电微执行器的PULL-IN 机理
• 2.1 力矩法
• 2.1.1 平行式微执行器的失稳模型
• 2.1.2 扭转式微执行器的失稳模型
• 2.1.3 电极的位置对微执行器参数的影响
• 2.2 能量法
• 2.2.1 能量法概述
• 2.2.2 扭转式微执行器的pull-in 参数
• 2.3 本章小结
• 第三章 考虑边缘效应的扭转式微执行器模型
• 3.1 引言
• 3.1.1 保角变换
• 3.1.2 保角应用
• 3.2 SCHWARZ-CHRISTOFFEL 变换
• 3.2.1 概述
• 3.2.2 边缘电场效应
• 3.2.3 电容模型
• 3.3 扭转式微执行器的漏电场模型
• 3.4 本章小结
• 第四章 考虑边缘效应的PULL-IN 现象
• 4.1 考虑宽度边缘效应
• 4.2 考虑长度边缘效应
• 4.3 考虑长度及宽度的边缘效应
• 4.4 模型4 的PULL-IN 机理分析
• 4.5 考虑厚度边缘效应
• 4.6 本章小结
• 第五章 有限元分析
• 5.1 有限元分析方法
• 5.2 二维有限元法
• 5.3 微执行器的模型建模
• 5.4 ANSYS 仿真结果与比较
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结和展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者在硕士研究生期间发表论文情况