微-納機電諧振器特性研究.pdf

1、近年來，微小尺度的微機械傳感器由于具有多種重要的特性和應用而備受人們的關注。而以微機械傳感器中最有吸引力工作方式-諧振方式工作的微機電諧振器也得到了廣泛的研究。伴隨著尺寸的縮小，納機電諧振器也應運而生。 本論文選取自己實驗室設計制作的三種結構的微/納機電諧振器為對象，對諧振器的靜態(tài)、動態(tài)及輻照特性進行了研究。三種結構分別為微尺寸的懸臂梁-質量塊結構和折疊梁質量塊結構，納尺寸的兩端固支梁結構，其縱向尺度達到100nm。研究的主要內

2、容和結論如下： 結合理論分析了懸臂梁質量塊諧振器和折疊梁質量塊結構中諧振部分的運動方程及系統(tǒng)振動時的有效諧振頻率。利用應力分布與位移的關系，理論估算了壓阻效應，為諧振器的設計提供了參考。推導了基于MOSFET原理工作的納尺寸諧振梁溝道電流的表達式。引入了梁運動時的等效柵壓，利用軟件仿真了引入等效柵壓后，一定頻率柵壓控制作用下諧振器發(fā)生振動后的溝道電流頻譜。 對微機械諧振器進行了靜態(tài)測試和動態(tài)測試。得到了兩器件擴散電阻的壓

3、阻效應分別為6％0和1.8‰。測得在高真空條件下懸臂梁質量塊系統(tǒng)的諧振頻率為10.6350kHz，折疊梁質量塊系統(tǒng)諧振頻率為20.820kHz。 納機械諧振器的靜態(tài)測試得到了MOSFET效應。得到的溝道電流隨柵壓和漏源電壓的變化符合典型MOSFET的輸出特性。諧振器的穩(wěn)定性測試說明了納機電諧振器在空氣環(huán)境下不穩(wěn)定，在持續(xù)通電的情況下器件容易損壞。在真空環(huán)境中器件穩(wěn)定性較好。為了消除寄生信號的影響，給出了一種差頻檢測方法，并證實了

4、可行性。 進行了微機械諧振器Co60γ射線和電子的輻照實驗。輻照結果表明γ射線輻照下諧振器機械特性受到了影響，諧振頻率下降，輸出頻率曲線劣化。理論分析了實驗結果，確定了整個輻照損傷進而導致機械性能變化的關系鏈。 通過本論文的工作，成功測得了微米尺寸的諧振器的動態(tài)特性。測得了納米尺寸諧振器的靜態(tài)MOSFET效應，為MOSFET檢測方法的應用提供了基礎。對諧振器機械特性的輻照損傷研究工作也為諧振器的抗輻照研究提供了一定的理論