微剪切应力传感器的加工工艺

提出了一种感测单元不直接接触流场的微剪切应力传感器结构,详细阐述了其感测单元MEMS制作工艺。采用热氧化硅掩膜方法解决了硅深刻蚀的选择比问题;优化后的硅深刻蚀工艺参数:刻蚀功率1600 W、低频(LF)功率100 W,SF6流量360 cm3/min,C4F8流量300 cm3/min,O2流量300 cm3/min。采用Cr/Au掩膜,30 ℃恒温低浓度HF溶液解决了玻璃浅槽腐蚀深度控制问题;喷淋腐蚀和基片旋转等措施提高了玻璃浅槽腐蚀表面质量。采用上述MEMS工艺制作了微剪切应力传感器样品,样品测试结果表明:弹性悬梁长度和宽度误差均在2 m以内、玻璃浅槽深度误差在0.03 m以内、静态电容误差在0.2 pF以内,满足了设计要求。     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5 μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55 μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微环滤波器进行热光调制,在21.4 ℃～60 ℃温度范围内实现了4.8 nm波长范围的可调谐滤波特性,热光调谐效率达到0.12 nm/℃.研究了基于单环和双环的多通道上下载滤波器,实验结果表明多通道滤波器的信号传输存在串扰,主要是不同信道之间的串扰,尤其在信号上载时,会在相邻信道产生较大串扰.     

微机械谐振式加速度计的研究现状及发展趋势

微机械谐振式加速度计(MMRA)是通过检测加速度施加前后谐振器谐振频率变化实现对加速度检测的。该传感器具有频率信号输出、稳定性好、灵敏度高、精度高等优点,己成为MEMS传感器的重要发展方向之一。详细讨论了微机械谐振式加速度计设计中的关键技术,难点及对应解决方案、发展趋势。其中,关键技术包括机械结构、激励与检测方式以及谐振器刚度改变方式。分析了谐振器的三种机械结构以及微杠杆工艺误差造成的不对称性;根据谐振器材料的压电特性,可将MMRA分为压电MMRA和非压电MMRA,压电MMRA的激励与检测方式都是压电激励/压电检测,非压电MMRA主要为静电激励/电容检测;讨论了轴向应力和静电刚度这两种谐振器刚度改变方式的原理和适用范围。微机械谐振式加速度计主要存在四个技术难点:机械耦合、温度特性、工艺误差、组装与封装,并针对这四点给出了相应的解决方案。集成,静电刚度,新材料,多轴以及更高的性能指标将是今后微机械谐振式加速度计的主要发展趋势。     

白光干涉型光纤加速度计的误差分析

针对所研制的一种能够测量加速度直流信号的光纤加速度计,建立了影响该加速度计测量准确度的光学原理误差、交叉灵敏度误差以及温度引起的误差模型,并对该模型进行了仿真和实验分析.结果表明:随着信噪比增加以及光谱采样间隔减小,解调算法的测量误差水平降低,测量准确度可达到4.5×10-5g;在1倍重力加速度下交叉灵敏度误差为1.8mg;当环境温度20℃时,温度每升高(降低)1℃,会使标度因数增加(减小)0.79‰.     

聚合物波导微环谐振器的无热化设计

从波导微环谐振器的谐振方程出发,推导出了波导微环谐振器的无热化条件和谐振波长温度依赖特性表达式,分析了硅衬底PSQ聚合物波导微环谐振器滤波功能的温度特性。通过选择合适的聚合物衬底来取代传统的硅衬底,可极大地减小聚合物波导微环谐振器的温度敏感性,给出了聚合物衬底选择的方法。研究结果表明,所设计的全聚合物波导微环谐振器,在温度从20～65℃范围内谐振波长漂移量最大值为-0.0085 nm,温度依赖波长漂移率最大值为-0.00090 nm/K,实现了无热化。     

场发射栅孔阵列的制备

 采用硅的局部氧化技术以及湿法刻蚀技术,利用2.6 μm的光刻掩模板在n型硅片上形成了栅极孔径为1 μm的场发射阴极的栅极空腔阵列,实现了用大阵点尺寸的栅极掩模板制备较小尺寸栅孔阵列。硅的湿法刻蚀溶液采用各向同性的硝酸和氢氟酸混合溶液,刻蚀后空腔的深度和宽度均随刻蚀时间线性增加。同时,由于刻蚀溶液具有较高的Si/SiO₂ 刻蚀选择比,栅极孔径随刻蚀时间增大的速度远低于深度和宽度增大的速度,栅极孔径主要取决于掩模的尺寸和氧化层的厚度。通过选择掩模板的尺寸以及氧化层的厚度,采用局部氧化技术和湿法刻蚀技术能够制备出微米或亚微米的场发射阴极的栅极空腔阵列。     

基于绝缘硅的微环谐振可调谐滤波器

采用电子束光刻和感应耦合等离子刻蚀等工艺,研制了一种基于绝缘硅材料的的微环谐振可调谐滤波器.滤波器微环半径为5μm左右,波导截面尺寸为(350～500 nm)×220 nm不等.测试结果表明,波导宽度为450 nm时器件性能最为理想,其自由频谱宽度为16.8 nm,1.55μm波长附近的消光比为22.1 dB.通过对微...     

星载长波红外测风干涉仪的热漂移效应

星载长波红外气辉成像干涉仪可实现对临近空间平流层区域大气风场信息的遥感观测。然而,长波红外对温度更加敏感,因此会给干涉仪引入更多的误差来源。鉴于此,借鉴平流层风场干涉仪（Stratospheric Wind Interferometer for Transport,SWIFT）的设计参数,在临边观测正演仿真的基础上,开展了关键部件的相位热漂移研究及背景辐射的热不稳定分析,给出了仪器温度变化引起的风场误差,提出了通过校准泡对光程差相位的监测减小测风误差的方案。不确定度分析表明,如果SWIFT仪器关键部件的温度变化率控制在10-3 K/s,Michelson干涉仪和F-P滤光片因热漂移产生的测风误差分别为37 m/s和20 m/s。当校准泡对光程差相位的监测精度达到10-3 rad时,热漂移引入的误差可降至1 m/s以内。该研究将为星载全天时临近空间长波红外测风干涉仪的设计及研制提供重要的理论指导。     

温度对潜望式激光通信终端SiC反射镜性能影响

分析了温度梯度和均匀温度对潜望式激光通信终端反射镜形变的影响,利用椭圆域上的Zerni-ke多项式对椭圆反射镜的波前进行拟合,计算由于热形变导致的波前畸变误差,给出了星间激光通信终端反射镜均方根值、发射光束瞄准误差、接收端光强随温度梯度和均匀温度的变化关系。结果表明:温度梯度对反射镜的影响只是引起峰值光强的漂移和少许下降,当温度梯度为14℃/m时瞄准误差达2.1μrad。均匀温度会引起接收端的光强分布变化,从而导致很大的瞄准误差和光强衰减,当均匀温度与参考温度的差值小于0.6℃时,由波前畸变误差引起的瞄准误差小于1μrad,当差值大于0.6℃时,瞄准误差突然增大到几μrad,接收端光强分布发生变化,此时反射镜热形变引起的像散项对光强分布起重要作用。     

基于原子力显微镜的石墨烯表面图案化摩擦调控

摩擦可调控的石墨烯作为固体润滑剂在微/纳机电系统中具有巨大的应用潜力.本文采用导电原子力显微镜对附着在Au/SiO_2/Si基底上的石墨烯进行氧化刻蚀,比较了在不同刻蚀参数下石墨烯纳米图案的摩擦性能,并且通过开尔文力显微镜分析了不同刻蚀参数对纳米图案氧化程度的影响.结果表明:施加负偏压可以在石墨烯表面制造出稳定可调的氧化点、线等纳米级图案,氧化点的直径和氧化线的宽度都随着电压的增大而增大;增加石墨烯的厚度可以提高纳米图案的连续性和均匀性.摩擦力随着针尖电压的增大而增大,这是由于电压增大了弯液面力和静电力.利用这些加工的纳米级图案可以精确地调控石墨烯表面的摩擦大小.通过导电原子力显微镜刻蚀技术实现石墨烯表面纳米摩擦特性的可控,为石墨烯在微/纳米机电系统中的摩擦行为研究和具有图案表面的纳米器件的制备提供了新的思路和方法.     

ZnO薄膜硅微压电矢量水听器

提出了一种基于ZnO压电薄膜的硅微压电矢量水听器,其核心部件是利用微电子机械系统(MEMS)技术制作的悬臂梁结构压电加速度计。由近似解析和有限元分析,得出加速度计的灵敏度和谐振频率,并在此基础上对其进行了优化设计。研制了MEMS压电加速度计,并装配后构成MEMS矢量水听器。测试结果表明:加速度灵敏度在20~1,200 Hz范围内约为0.83 mV/(m/s2)。经过液柱法测量,在1 kHz时,MEMS矢量水听器等效声压灵敏度为-229.5 dB (ref.1V/μPa),比同类型压阻式MEMS矢量水听器的灵敏度高17 dB以上。      

磁性量子元胞自动机功能阵列的实验研究

采用电子束光刻、热蒸镀和剥离工艺在室温下制备了多组磁性量子元胞自动机器件功能阵列. 实验研究了曝光剂量和曝光时间对三个不同间距参数磁性量子元胞自动机阵列图案的影响, 发现100 pA电子束束流和0.38 μs曝光时间可获得理想的阵列图案. 对制备的反相器阵列结构进行了磁力显微测试, 结果显示了正确的逻辑功能, 成功实现了不同间距参数功能阵列的实验制备. 此外, 实验还发现纳磁体阵列制备中容易出现缺陷, 模拟结果表明丢失纳磁体缺陷导致了信号传递反相.     

Design and fabrication of planar blazed grating for LC rear-projection display system

Design and fabrication of planar blazed grating for single-panel LC rear-projection display system are presented. The structure of planar blazed grating is designed to disperse the incident visible light and achieve a high diffraction efficiency in a specified direction corresponding to a specified order. Two economical fabrication methods are studied. By ultrahigh-precision cutting technology, the continuous-relief planar gratings with the structure line width 0.96 and 1.5 μm are fabricated. In addition, other grating with the structure line width 2.5 μm is fabricated by using excimer laser dragging. Comparing the two fabrication results, the second one has smoother surface and smaller spacing error but the vertex angle is not enough sharp and the structure line width is limited.     

Parameter Study on Far-Field Sub-Diffraction-Limited Hyperlens

Influence of hyperlens structure parameters, such as curvature radius and layer number, and incident wavelength on the beam propagation is numerically investigated by FDTD. It is found that the intensity and the full width at half maximum (FWHM) of the output beam can be controlled by the structure parameters and operating wavelength. The optimized structureparameters and operating wavelength are obtained, which will be of great significance in design and fabrication of optical hyperlens with high resolution.     

超级质子-质子对撞机中束流热屏的热-结构耦合模拟分析

束流热屏(beam screen)是新一代高能粒子对撞机中的重要部件,用于将束流在管道中运行时产生的热量转移到冷却系统中,同时通过束流热屏上的排气孔将残余气体输送至冷管壁上,维持良好的真空度.然而,在转移热负载的过程中,温度变化产生的形变会影响束流热屏的结构稳定性.如何在保证束流热屏良好传热性能的情况下,尽量减小形变是优化束流热屏结构设计的关键问题之一.本文采用ANSYS软件对束流热屏模型的传热性能和力学性能进行了模拟,并优化了束流热屏结构设计,增强其传热性能和结构稳定性.对于束流热屏外屏的内表面,采用减小铜涂层厚度的方式来降低运行过程中产生的洛伦兹力.相关理论模型计算结果表明:与厚度为100μm的铜涂层工况相比,当铜涂层的厚度在0到100μm之间变化时,厚度为75μm的铜涂层可以使束流热屏外屏的最大形变降低70.9%,同时使束流热屏的最高温度升高1.1%.对于束流热屏内屏,采用间隔布置支撑肋片的设计方案对束流热屏的结构进行加固处理,提高束流热屏整体的结构稳定性.计算结果表明:与未加支撑肋片的工况相比,当相邻两个支撑肋片之间的间隔为1个排气孔时,束流热屏内屏的最大形变可降低86.8%,同时使束流热屏的最高温度降低7.69%.研究成果为新一代高能粒子加速器真空系统中关键部件束流热屏的设计提供重要的理论参考.     

微光成型法微细光束紫外光源的研制

简要介绍了光成型法的原理以及在微细加工领域应用所需解决的关键问题。着重就选取经济性好的球形高压汞灯作为光源发光体 ,通过对聚光系统结构和聚光能力 ,导光光路的传导方式和光能传递效率以及缩微光路的成像性质的综合分析 ,并结合各级传输的光束特性进行优化设计 ,选取两平凸透镜聚光系统和光纤导光方式 ,并利用显微物镜的微缩特性 ,研制成紫外光光源。该光源可产生直径为数微米的微细光斑 ,现已应用于微细光成型法进行微型结构的成型制造研究     

测量强流电子加速器输出电压的电容分压器

研制了一种结构简单、拆装方便的自积分电容分压器,用于测量强流电子加速器二极管输出电压。介绍了电容分压器的结构,计算了其电容量,并通过仿真的方法分析了前端电阻及其杂散参数对测量波形的影响,结果表明:当前端电阻杂散电容较大时,测量波形出现过冲现象;而前端电阻对地电容较大时,会影响测量波形的前沿。将电容分压器用于测量强流电子加速器二极管输出电压,并运用水电阻分压器对其进行了标定,所测得波形与电阻分压器基本一致,分压比为563 007,可以用于测量半高宽为100 ns的高压脉冲。     

基于位置敏感器件的光学法盐度检测技术研究

盐水浓度的变化会引起其对光的折射率的变化 ,对于固定的倾斜入射光线 ,折射率的变化会导致出射光线发生偏移 ,利用位置敏感器件 (PSD)检测光线偏移量的大小 ,便可以得到待测盐水的浓度。基于差动折射率测量原理 ,引入了一个装有蒸馏水的参考水槽 ,从而有效地减小了温度漂移对盐度测量带来的影响。初步的实验结果表明了方法的正确性 ,盐度测量的分辨力可达 0 .0 12‰ ,重复性精度好于± 0 .3‰。对测量数据做了详细的论述 ,并对影响测量精度的一些主要因素进行了细致的分析。结果表明 ,该方法的温度漂移和光源强度变化对测量结果的影响很小。     

多程放大器输出焦斑相对于靶的漂移

 对激光光路中光学元件矩阵分别施加“随机微扰”,用光线追踪程序计算光学元件几何参数失调对放大器漂的移影响。并给出漂移量的统计计算结果。