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基于电容式MEMS器件的静电斥力驱动研究
  • ISSN号:0254-3087
  • 期刊名称:仪器仪表学报
  • 时间:2014.8.15
  • 页码:1738-1743
  • 分类:TN403[电子电信—微电子学与固体电子学] TH703[机械工程—仪器科学与技术;机械工程—精密仪器及机械]
  • 作者机构:[1]太原理工大学信息工程学院微纳系统研究中心,太原030024, [2]太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室,太原030024
  • 相关基金:国家自然科学基金(51205275,51205276)、山西省青年科技研究基金(2013021017-1)、国家863计划(2013AA041100)、山西省科技重大专项(20121101004)、山西省高等特色学科建设([2012]45)资助项目
  • 相关项目:低频振动体系中环境能量捕获的关键问题研究
中文摘要:

“粘连”失效常见于电容式静电驱动MEMS器件,通过建立“粘连”失效模型分析得出静电引力驱动机制导致的介质充电是其失效的根本原因。为消除介质充电问题,提出了一种新型的基于静电斥力的驱动机制:通过向固定极板施加电压,利用驱动结构周围形成的不均匀电场在可动极板垂直方向上产生合力,使可动极板向上弯曲运动。结合静电斥力典型驱动结构,通过COMSOL Multiphysics仿真分析结构尺寸、驱动电压与极板最大形变量的关系。仿真结果表明:在静电斥力结构中,驱动电压与可动极板长度呈线性关系,但与垂直间距呈非线性关系,会出现突降。此外,在结构尺寸固定的情况下,驱动电压与极板最大形变量几乎呈线性关系,这与静电引力驱动中无法通过改变驱动电压线性控制形变量不同。

英文摘要:

Stiction is a major failure mode in many electrostatically driven capacitive MEMS devices.A failure model is built;analysis concludes that the stiction failure due to dielectric charging is mainly caused by the driving mechanism of electrostatic attraction.To eliminate the dielectric charging problem,a novel driving mechanism based on electrostatic repulsion is proposed.When a bias voltage is applied to the fixed electrodes,a non-uniform electric field around micro actuator is formed and a net force is produced in the vertical di-rection of the movable electrode,which makes the movable electrode bend upward.The relationship between the structure dimension, applied voltage and maximum displacement is studied with COMSOL Multiphysics simulation considering the typical structure of electro-static repulsion.The simulation results show that in the electrostatic repulsion structure,the applied voltage has a linear relationship with the length of the movable electrode plate,but has a nonlinear relationship with the gap between fixed and movable electrodes.In addi-tion,the applied voltage has a linear relationship with the maximum displacement of movable electrode under fixed structure dimension condition,which is different from the situation in electrostatic attractive structure where the displacement could not be linearly controlled thought changing the applied voltage.

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期刊信息
  • 《仪器仪表学报》
  • 中国科技核心期刊
  • 主管单位:中国科学技术协会
  • 主办单位:中国仪器仪表学会
  • 主编:张钟华
  • 地址:北京东城区北河沿大街79号
  • 邮编:100009
  • 邮箱:yqyb@vip.163.com
  • 电话:010-84050563
  • 国际标准刊号:ISSN:0254-3087
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2179/TH
  • 邮发代号:2-369
  • 获奖情况:
  • 1983年评为机械部科技进步三等奖,1997年评为中国科协优秀科技期刊三等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 美国化学文摘(网络版),荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),英国英国皇家化学学会文摘,中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:42481