NEMS諧振器非線性及混頻特性研究.pdf

1、納機(jī)電系統(tǒng)（NEMS）在基礎(chǔ)研究及應(yīng)用方面越來(lái)越受到人們的重視。高頻NEMS諧振器為典型NEMS器件，具有超小的質(zhì)量和超高的品質(zhì)因子，在質(zhì)量傳感和力傳感方面具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)。另外，性能優(yōu)越的NEMS諧振器可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)混頻，在無(wú)線通信、高頻信號(hào)處理等領(lǐng)域也具有極其廣闊的應(yīng)用前景。然而，NEMS諧振器相比MEMS諧振器在靜電激勵(lì)下非線性效應(yīng)更明顯，在一定程度上給應(yīng)用帶來(lái)限制。鑒于此，本文建立靜電力激勵(lì)下的NEMS諧振器振動(dòng)方程，重點(diǎn)從實(shí)驗(yàn)

2、上考察了NEMS諧振器的非線性振動(dòng)特性及混頻特性。
　　 理論方面，將更優(yōu)化的形函數(shù)引入到固支梁振動(dòng)模型中，并從彈簧質(zhì)量系統(tǒng)推導(dǎo)了靜電力激勵(lì)下的H型NEMS諧振器振動(dòng)方程，并針對(duì)多種邊緣效應(yīng)對(duì)振動(dòng)方程進(jìn)行了修正，并指出退化后的H型梁模型同樣適用于固支梁振動(dòng)模型，詳細(xì)地分析了修正后的H型納米梁的振動(dòng)方程，著重討論了K對(duì)納米梁彈簧“變軟”和“變硬”的影響。
　　 非線性方面，考察了4組H型納米梁非線性振動(dòng)特性，厚度均為200

3、nm，長(zhǎng)度從8μm-15μm，重點(diǎn)討論了15μm長(zhǎng)的H型納米梁在不同靜電激勵(lì)下的非線性特性。在小激勵(lì)下，該納米梁諧振頻率為3.65MHz，品質(zhì)因子為12.0。分析了機(jī)械非線性項(xiàng)和靜電力非線性項(xiàng)共同作用對(duì)納米梁頻率偏移的影響。在不同交流激勵(lì)條件下，考察了直流偏壓的改變對(duì)納米梁諧振頻率和品質(zhì)因子的影響，分析了彈簧“變軟”和“變硬”效應(yīng)。并利用Ansys仿真軟件分析了錨區(qū)腐蝕深度對(duì)納米梁振動(dòng)頻率的影響。
　　 混頻方面，從實(shí)驗(yàn)上詳細(xì)研