微电子机械系统中转速测量的光学方法

利用显微测量技术和CCD图像传感器的线性积分成像特性,将数字图像处理技术与时间积分成像技术用于微电子机械系统(MEMS)中的转速测量。只需分别摄取被测物体上的标志点在静止状态下的时间积分图像和运动状态下的时间积分图像,即可测得物体在该段曝光时间内的转速。该方法对实验设备及实验条件要求较宽松。实验表明该方法对微系统中近似匀速转动时转速的测量是完全可行的,且具有较高的精度。     

一种解耦的微机械陀螺研究

设计了一种解耦的微机械陀螺，它能够极大地降低正交误差信号的影响，从而大大地提高佗螺的性能；制造了一批样机，进行了初步的驱动特性和敏感特性的实验研究。研制结果表明，陀螺性能符合设计要求。     

基于数字式MEMS传感器的声阵列成像系统设计*

常规驻极体传声器阵列成像系统存在数据采集系统复杂、体积大的问题,因而阵列传感器数量一般不超过60个,成像质量较差。为此,本文以数字式MEMS声传感器基础设计了260个传感器的声阵列,数据采集系统由FPGA控制,并嵌入到前端阵列中,后端是在另一个FPGA控制下的1个DSP芯片和2个PC104模块组成的集成系统,其中高速DSP芯片完成阵列信号处理以实现声成像功能。该系统能够实现对普通车间环境下机械设备噪声、气体泄漏噪声的现场成像测试,形成动态声像图。测试表明,该系统抗干扰能力强、声像分辨率高、成像速度快,实用效果良好。     

Fatigue damage evolution in silicon films for micromechanical applications

In this paper we examine the conditions for surface topography evolution and crack growth/fracture during the cyclic actuation of polysilicon microelectromechanical systems (MEMS) structures. The surface topography evolution that occurs during cyclic fatigue is shown to be stressassisted and may be predicted by linear perturbation analyses. The conditions for crack growth (due to pre-existing or nucleated cracks) are also examined within the framework of linear elastic fracture mechanics. Within this framework, we consider pre-existing cracks in the topical SiO₂ layer that forms on the Si substrate in the absence of passivation. The thickening of the SiO₂ that is normally observed during cyclic actuation of Si MEMS structures is shown to increase the possibility of stable crack growth by stress corrosion cracking prior to the onset of unstable crack growth in the SiO₂ and Si layers. Finally, the implications of the results are discussed for the prediction of fatigue damage in silicon MEMS structures.     

微电子机械系统中的若干固体力学问题

简述了微电子机械系统若干固体力学问题研究的现状，包括：微构件材料的基本力学性能；微构件的力学分析与计算；微系统的失效分析研究；微系统的驱动等，并阐述了微系统力学问题中涉及的表面效应和尺度效应，提出了微系统多类型力作用，多种因素交叉，多学科耦合，非线性突出的特点和研究方向。     

A phenomenological and extended continuum approach for modelling non-equilibrium flows

This paper presents a new technique that combines Grad’s 13-moment equations (G13) with a phenomenological approach to rarefied gas flows. This combination and the proposed solution technique capture some important non-equilibrium phenomena that appear in the early continuum-transition flow regime. In contrast to the fully coupled 13-moment equation set, a significant advantage of the present solution technique is that it does not require extra boundary conditions explicitly; Grad’s equations for viscous stress and heat flux are used as constitutive relations for the conservation equations instead of being solved as equations of transport. The relative computational cost of this novel technique is low in comparison to other methods, such as fully coupled solutions involving many moments or discrete methods. In this study, the proposed numerical procedure is tested on a planar Couette flow case, and the results are compared to predictions obtained from the direct simulation Monte Carlo method. This test case highlights the presence of normal viscous stresses and tangential heat fluxes that arise from non-equilibrium phenomena, which cannot be captured by the Navier–Stokes–Fourier constitutive equations or phenomenological modifications.      

氮离子注入硅表面的力学性能及其微摩擦磨损行为研究

以单晶硅作为研究对象,选用离子注入剂量分别为5 ×1014 ions/cm2、6 ×1015ions/cm2和1 ×1017ions/cm2,注入能量为110 keV的氮离子注入单晶硅片,利用原位纳米力学测试系统对氮离子注入前后单晶硅片的硬度和弹性模量进行测定,在UMT-2型微摩擦磨损试验机上对氮离子注入前后单晶硅片的往复滑动微摩擦磨损性能进行研究.结果表明,氮离子注入后单晶硅片的纳米硬度和弹性模量减小,且注入剂量越大,其降低越明显.氮离子注入后单晶硅片的减摩性能提高,其摩擦系数大幅度降低,在载荷达到一定值后,氮离子注入层被迅速磨穿,摩擦系数迅速增加并产生磨痕.其磨损机制在小载荷下以粘着磨损为主,在大载荷下以材料的微疲劳和微断裂为主.     

静电微电机微转子接触动力学特性分析

提出静电微电机中转子和固定轴承间相互接触的数学模型，对微尺度下的接触应力和应变 特性进行理论推导，分析静电微电机几何参数、静电力、材料特性及加载电压对接触宽度、 应力和应变特性的影响，对比研究不同工况下接触宽度、接触应力和应变的变化，并就相同 的问题进行有限元分析，探讨摩擦系数对接触区von Mises应力、应变和接触压力 的影响，结果表明有限元模拟所得接触应力和应变分布与数学 模型的解析值较为相似.     

MEMS微梁粘着动力分析

针对严重影响MEMS性能和可靠性的微梁粘着问题,根据W-S微观连续介质理论,建立了粘着力数学模型;针对粘着力对微梁刚度的强非线性影响,利用单元离散法,通过对粘着力时空变量相分离,对500μm×1μm×0.1μm表面镀金的微悬臂梁粘着进行了动力仿真,发现了“跳跃粘着”现象,从而为微梁的系统研究提供理论基础。     

单晶硅表面改性及其微观摩擦学性能研究进展

评述了单晶硅表面改性及其微观摩擦磨损性能研究现状和进展,就单晶硅微观机械性能和摩擦磨损性能、单晶硅表面沉积薄膜和氧化层的微观机械和摩擦学性能及硅材料表面离子注入和表面纳米化等相关研究进行了归纳总结;指出应当继续深化硅材料表面改性技术及改性层微观摩擦学性能的研究,特别是应当加强硅材料表面离子注入及表面纳米化的研究,从而满足MEMs／NEMs等高技术领域的应用和发展需要．