基于納機電系統(tǒng)的微小質(zhì)量檢測方法研究.pdf

1、隨著微機械加工技術(shù)的提高，NEMS走進人們的視野。NEMS在計量學(xué)、基礎(chǔ)科學(xué)、生物醫(yī)療等方面的潛力極大增加了研究人員對納米器件的研究熱情。其中NEMS器件對微小質(zhì)量的檢測是很重要的一部分。目前大部分對NEMS器件的研究都是在超高真空甚至超低溫度下進行的。本文的主要研究目標就是用NEMS諧振器實現(xiàn)在線的微小質(zhì)量檢測。
　　論文通過調(diào)研闡述了目前國內(nèi)外主要的微小質(zhì)量檢測方法及NEMS相對其他方法的優(yōu)勢，也對比了目前用NEMS器件檢測微

2、小質(zhì)量的兩種主要方法:位移檢測法、頻移檢測法。出于在線檢測的目的，本文選擇了頻移檢測法。之后闡述了NEMS諧振器通過頻率偏移檢測微小質(zhì)量的原理以及研究難點。
　　論文通過比較NEMS諧振器的幾種主要的驅(qū)動和檢測方法，選擇了靜電激勵和壓阻檢測方法。通過對靜電激勵的理論分析，說明了靜電力對諧振器頻率的調(diào)制作用。基于激勵和檢測方法，設(shè)計了懸臂梁、雙端固支梁、兩種U型梁、兩種H型梁共六種硅納米梁，并利用ANSYS軟件對設(shè)計的梁結(jié)構(gòu)進行模態(tài)

3、仿真。
　　本論文闡述了壓阻檢測的基本原理，基于這些原理設(shè)計了壓阻環(huán)，并對壓阻區(qū)域的應(yīng)力進行有限元仿真，獲得壓阻區(qū)的平均應(yīng)力。之后介紹了基于絕緣體上硅(SOI)材料的NEMS諧振器的加工流程、存在的問題及解決方案。
　　預(yù)檢測電路的設(shè)計采用差頻檢測方法，主要包括偏置電路和輸出濾波電路兩部分，通過Pspice對電路進行仿真。最后設(shè)計并制作了PCB電路板，對電路性能進行測試。實驗結(jié)果表明，電路基本滿足需求，但是偏置電路的頻率范圍