基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)和仿真分析.pdf

1、光微機(jī)電系統(tǒng)作為微機(jī)電系統(tǒng)的重要分支，已經(jīng)在日常生活和工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著光電子器件的多功能化、小型化、集成化以及光通信技術(shù)的發(fā)展，光微機(jī)電系統(tǒng)將得到進(jìn)一步的發(fā)展。與此同時(shí)，基于氮化鎵半導(dǎo)體材料而開(kāi)發(fā)的發(fā)光二極管(LED)和激光二極管（LD）已經(jīng)進(jìn)入市場(chǎng)，而且其市場(chǎng)前景巨大。因此把具有連續(xù)波長(zhǎng)分布的氮化物發(fā)光器件集成到硅基光微機(jī)電系統(tǒng)從而制備新型光微系統(tǒng)或光電子器件成為一個(gè)具有廣闊前景的新研究領(lǐng)域。微驅(qū)動(dòng)器作為光微機(jī)電系統(tǒng)中的一

2、個(gè)核心組成部分，由于氮化鎵材料在光微機(jī)電系統(tǒng)中具有重大的應(yīng)用前景，對(duì)基于氮化鎵微驅(qū)動(dòng)器的研究是必不可少的。在微驅(qū)動(dòng)器中，由于靜電驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制作工藝成熟等特點(diǎn)在微機(jī)電系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛。
　　本文對(duì)基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器展開(kāi)研究分析。首先概述了微機(jī)電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和特點(diǎn)，介紹了課題的相關(guān)研究背景和意義，對(duì)靜電微驅(qū)動(dòng)器以及基于氮化鎵的靜電微驅(qū)動(dòng)器的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹，詳細(xì)闡述了靜電微驅(qū)動(dòng)器的原理以及面臨的挑戰(zhàn)。然后利用有

3、限元軟件COMSOL Multiphysics分別對(duì)二維和三維結(jié)構(gòu)的氮化鎵靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了建模仿真，在20V驅(qū)動(dòng)電壓下，兩種結(jié)構(gòu)的靜電微驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)位移大小分別為1.21μm和0.34μm。分析討論了微驅(qū)動(dòng)器主要的結(jié)構(gòu)參數(shù)以及所施加的驅(qū)動(dòng)電壓對(duì)驅(qū)動(dòng)位移的影響。同時(shí)利用有限元模態(tài)分析方法對(duì)氮化鎵微驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)動(dòng)模態(tài)進(jìn)行了分析，得到了所設(shè)計(jì)的靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器的前六階模態(tài)的固有頻率以及相對(duì)應(yīng)的模態(tài)振型，并具體分析了各個(gè)模態(tài)的運(yùn)動(dòng)方向以及扭

4、轉(zhuǎn)變形情況，通過(guò)結(jié)果的比較分析，得到了微驅(qū)動(dòng)器的工作模態(tài)，確定其固有頻率為58.6KHz。
　　本文最后設(shè)計(jì)了一種基于硅基氮化鎵的靜電梳狀微驅(qū)動(dòng)器的可調(diào)微鏡，通過(guò)改變施加的驅(qū)動(dòng)電壓方式，能夠?qū)崿F(xiàn)微鏡在水平面內(nèi)以及垂直方向上的正交可調(diào)，理論分析了這種正交驅(qū)動(dòng)情況下的耦合位移，然后通過(guò)仿真與非耦合情況下的驅(qū)動(dòng)位移進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在小電壓范圍內(nèi)，兩者的驅(qū)動(dòng)位移相差不大，但當(dāng)驅(qū)動(dòng)電壓增加后，由于邊緣電場(chǎng)的增強(qiáng)，導(dǎo)致耦合情況下的驅(qū)動(dòng)