三端梁结构MEMS红外光源设计与仿真研究 被引量：3

1

作者 李海生 许高斌 +1 位作者 冯建国 马渊明 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2023年第4期43-46,共4页

设计并研究了一种三端梁结构的微机电系统(MEMS)红外光源,用于非色散红外吸收光谱气体传感器。MEMS红外光源以硅(Si)为基底,铂/钛(Pt/Ti)层为加热单元和传感单元,采用圆环状电阻结构实现了低功耗和良好的温度均匀性。光源采用三梁固支... 设计并研究了一种三端梁结构的微机电系统(MEMS)红外光源,用于非色散红外吸收光谱气体传感器。MEMS红外光源以硅(Si)为基底,铂/钛(Pt/Ti)层为加热单元和传感单元,采用圆环状电阻结构实现了低功耗和良好的温度均匀性。光源采用三梁固支悬浮薄膜结构,有效地降低了辐射区热量向基底的传导。红外光源采用预释放的工艺方法,解决了Si基释放不完全导致的热传导过大的问题。在玻璃衬底淀积铜作为反射层,并与Si结构层进行阳极键合,使红外光有效地向正面发射并通过悬膜射出,提高红外光利用率。设计的MEMS红外光源结构简单,具有良好的可靠性,易于规模化制造。 展开更多

关键词 微机电系统 红外光源 三端梁结构 金属反射层

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基于双螺旋式加热器的柔性MEMS流量传感器 被引量：1

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作者 王琪 冯建国 +2 位作者 马渊明 陈兴 许高斌 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2024年第2期41-44,共4页

针对传统流量传感器的量程限制,提出了一种基于双螺旋结构加热器的柔性基底微机电系统(MEMS)热式流量传感器。在基底上打出均匀通孔阵列以降低热传导损耗,两对测温电阻对称分布在加热器两侧,以获得较宽量程,在微小流量与大流量下均表现... 针对传统流量传感器的量程限制,提出了一种基于双螺旋结构加热器的柔性基底微机电系统(MEMS)热式流量传感器。在基底上打出均匀通孔阵列以降低热传导损耗,两对测温电阻对称分布在加热器两侧,以获得较宽量程,在微小流量与大流量下均表现出较高灵敏度。采用基于惠斯通电桥的检测电路实现输出电压的测量,同时保持加热器与环境温度恒定温差200 K,对电阻自热进行补偿。传感器工作温度-100~400℃,量程为0~60 m/s;低流速下灵敏度约为12.75 V/(m·s^(-1)),分辨率可达0.001 mm/s,高流速下灵敏度约为1.4 mV/(m·s^(-1)),功耗低至1.3 mW。 展开更多

关键词 微机电系统 热流量 双螺旋结构 热温差式 柔性

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多负载环境下微加速度计的可靠性建模与分析

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作者 关存贺 许高斌 +3 位作者 蒋京奇 王焕章 陈兴 马渊明 《中国机械工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期860-868,共9页

针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲... 针对多负载环境下微电子机械系统(MEMS)微加速度计易出现的敏感结构断裂及材料疲劳退化问题,提出了一种基于全概率理论的微加速度计可靠度预估模型。该模型结合齐次泊松过程和Wiener退化过程,分别表征单位时间内作用在微加速度计上的冲击载荷次数以及器件在振动负载下的疲劳退化过程,完成了微加速度计在广义极端冲击、广义δ-冲击和广义混合冲击条件下的可靠度建模。对比分析了三种模型预估的可靠度随时间的变化规律,分析得出,广义混合冲击模型的可靠度计算结果更具有指导意义。进一步对广义混合冲击模型进行参数敏感性分析,研究结果表明,冲击强度与冲击次数对微加速度计的可靠度具有显著影响。 展开更多

关键词 微加速度计 多负载环境 可靠性 全概率理论

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新型高g值压阻式加速度计设计 被引量：10

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作者 许高斌 花翔 +2 位作者 杜林云 马渊明 陈兴 《仪表技术与传感器》 CSCD 北大核心 2020年第10期42-46,83,共6页

提出了一种新型压阻式加速度计结构,采用微杠杆放大质量块的等效惯性力,将微杠杆结构输出端作为压敏电阻梁,采用双边对称结构设置4根差分压敏电阻梁,构成惠斯登电桥进行测量,提升灵敏度。通过有限元ANSYS与COMSOL仿真软件对结构参数进... 提出了一种新型压阻式加速度计结构,采用微杠杆放大质量块的等效惯性力,将微杠杆结构输出端作为压敏电阻梁,采用双边对称结构设置4根差分压敏电阻梁,构成惠斯登电桥进行测量,提升灵敏度。通过有限元ANSYS与COMSOL仿真软件对结构参数进行设计与优化。该加速度计量程为2000 g,具有高谐振频率294 kHz,采用微杠杆结构将应力放大2倍,交叉轴干扰较低,其应力分别为敏感轴的3.8%和4.6%,以及10倍于量程的抗过载能力。最后设计一套基于标准微机电系统(MEMS)的加工工艺流程,基于SOI技术,利用等离子体硅深加工工艺制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,提高加速度计可靠性。 展开更多

关键词 压阻式 加速度计 微杠杆 惠斯登电桥 MEMS 抗过载

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SOI特种高g值MEMS加速度计设计与分析 被引量：16

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作者 许高斌 汪祖民 陈兴 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2010年第6期561-568,共8页

基于SOI技术,利用ICP体硅深加工,设计分析了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用三梁-扇形质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效的消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测量精度。论... 基于SOI技术,利用ICP体硅深加工,设计分析了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用三梁-扇形质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效的消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测量精度。论文建立了理论模型,并利用ANSYS软件对传感器进行模拟分析与验证,理论与模拟分析结论吻合较好。分析表明,加速度计在X轴向和Y轴向灵敏度分别为1.2μv/g和1.18μv/g;谐振频率分别为479kHz和475kHz。可实现对量程高达25万g加速度的测量。 展开更多

关键词 加速度计 SOI 扇形结构 U型压敏电阻

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碳纳米管场效应晶体管设计与应用 被引量：8

6

作者 许高斌 陈兴 +1 位作者 周琪 王鹏 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2010年第10期969-978,共10页

碳纳米管具有一些独特的电学性质,在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展,新的工艺技术也随之产生。纳米器件的"由下至上"制作工艺,是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的,在新工艺基础之上,可以利用纳米... 碳纳米管具有一些独特的电学性质,在纳米电子学有很好的应用前景。随着纳米技术的发展,新的工艺技术也随之产生。纳米器件的"由下至上"制作工艺,是在纳米技术和纳米材料的基础之上发展起来的,在新工艺基础之上,可以利用纳米管、纳米线的性质制作成各种新的电子器件。由于碳纳米管可以和硅在电子电路中扮演同样的角色,随着基于碳纳米管的纳米电路研究的深入发展,电子学将在真正意义上从微电子时代进入纳电子时代。从分析碳纳米管分立场效应晶体管典型结构特点入手,分析阐述了碳纳米管构建的典型纳米逻辑电路结构特征及碳纳米管在柔性纳米集成电路方面的应用。 展开更多

关键词 碳纳米管 场效应晶体管 纳米逻辑门电路 柔性纳米集成电路 纳米电子学

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不等高梳齿电容式三轴MEMS加速度传感器 被引量：9

7

作者 许高斌 朱华铭 陈兴 《电子测量与仪器学报》 CSCD 2011年第8期704-710,共7页

利用ICP体硅深加工,本文设计分析了一种三轴三质量块的电容式加速度传感器。水平方向采用定齿偏置配置梳齿式,垂直方向采用不等高对称梳齿式;对称的布局方式,解决了各个轴向的相互干扰问题。利用有限元分析工具对设计进行模拟,证实了设... 利用ICP体硅深加工,本文设计分析了一种三轴三质量块的电容式加速度传感器。水平方向采用定齿偏置配置梳齿式,垂直方向采用不等高对称梳齿式;对称的布局方式,解决了各个轴向的相互干扰问题。利用有限元分析工具对设计进行模拟,证实了设计的合理性和可行性。X、Y轴向和Z轴向的灵敏度分别为1.2 fF/g和1.0 fF/g,量程为±50 g。 展开更多

关键词 电容式加速度传感器 三轴 不等高梳齿 MEMS

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EAST真空室内磁场模型的建立与验证 被引量：2

8

作者 许高斌 李坤 +3 位作者 王月媖 马渊明 陈兴 沈飙 《核聚变与等离子体物理》 CSCD 北大核心 2017年第3期319-324,共6页

利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证。通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误... 利用毕奥萨伐尔定律,通过对EAST内部等离子体电流的运动状态的研究,建立了EAST内部的磁场数学模型,并利用Matlab对实验数据的拟合分析,对模型进行了分析验证。通过误差分析,进而改进模型,研究表明改进后的模型与实验数据能较好吻合,误差较小。相关研究和结论对托卡马克真空室内磁场测量具有一定的指导意义,为进一步研究基于MEMS技术的超导托卡马克装置电磁测量诊断系统的微纳磁敏传感器奠定理论基础。 展开更多

关键词 全超导托卡马克 等离子体电流 毕奥萨伐尔定律 磁场模型

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基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器 被引量：1

9

作者 许高斌 花翔 +2 位作者 王亚洲 马渊明 陈兴 《真空科学与技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期500-505,共6页

设计了一种基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器,采用动态波长调谐原理。加速度传感单元由二氧化硅支撑梁与中心质量块组成,在质量块底部与衬底层硅基凹槽内,利用薄膜沉积技术制备分布式布拉格反射镜(DBR)构成F-P光学微腔。设计... 设计了一种基于Fabry-Perot腔的高精度MEMS加速度传感器,采用动态波长调谐原理。加速度传感单元由二氧化硅支撑梁与中心质量块组成,在质量块底部与衬底层硅基凹槽内,利用薄膜沉积技术制备分布式布拉格反射镜(DBR)构成F-P光学微腔。设计了新型折叠支撑梁和维持器件可靠性的限位块结构。研究给出质量块位移引起腔长变化,导致透射波长偏移的关系,结合S型支撑梁挠曲度与系统加速度的关系,得到加速度与透射波长的函数,其线性度大于99.99%。通过有限元仿真软件对结构参数进行设计与优化,由仿真结果得出设计的加速度传感器工作频率为510 Hz,测量范围为±5 g,得到加速度-波长灵敏度为54.8 nm/g,最高分辨率可达1 mg设计可应用于自主导航、重力测量与资源勘探等。 展开更多

关键词 Fabry-Perot腔 加速度传感器 波长调谐 MEMS 反射镜

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基于蒙特卡洛仿真的MEMS陀螺仪可靠度分析 被引量：1

10

作者 许高斌 徐礼建 +2 位作者 余智 马渊明 陈兴 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2021年第1期61-66,88,共7页

文章基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)陀螺仪的工作原理,从灵敏度的角度提出频率匹配失效数学模型,针对MEMS陀螺仪中的典型结构微悬臂梁,给出微悬臂梁的黏附失效数学模型;基于蒙特卡洛仿真,利用Matlab软件分别对2... 文章基于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)陀螺仪的工作原理,从灵敏度的角度提出频率匹配失效数学模型,针对MEMS陀螺仪中的典型结构微悬臂梁,给出微悬臂梁的黏附失效数学模型;基于蒙特卡洛仿真,利用Matlab软件分别对2个模型进行可靠度计算,并考虑了温度对频率匹配失效的影响以及湿度对黏附失效的影响;对模型中随机变量的偏移作敏感性分析,讨论随机变量变化对可靠度的影响。结果表明,L型内外梁的宽度与厚度、长梁长度等参数变化对频率匹配的影响巨大,增加微悬臂梁的厚度、减小长度,降低材料单位面积的黏附能,都可提高微悬臂梁黏附失效可靠度。 展开更多

关键词 可靠度 微机电系统(MEMS)陀螺仪 敏感性分析 蒙特卡洛仿真

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SOI高g值压阻式加速度传感器与工艺实现

11

作者 许高斌 陈兴 +2 位作者 马渊明 卢翌 汪祖民 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第7期674-677,共4页

基于SOI技术,利用电感耦合等离子体硅深加工,设计制备了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用扇形敏感质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效地消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测... 基于SOI技术,利用电感耦合等离子体硅深加工,设计制备了一种新型平面内振动高g值压阻式加速度计。该加速度计包括X轴向与Y轴向单元,采用扇形敏感质量块平板内振动结构。对称的布局方式,有效地消除了灵敏度的交叉干扰,提高了传感器的测量精度。测试系统分析出加速度传感器的灵敏度是1.170μV/g。研究表明该加速度传感器可实现对量程高达25×104g加速度的测量。 展开更多

关键词 高G值 压阻式加速度传感器 SOI 扇形敏感质量块 双U型压敏电阻

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平面扭转式强磁场测量微传感器的设计与分析 被引量：3

12

作者 王月媖 许高斌 +2 位作者 王超超 陈兴 马渊明 《合肥工业大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2020年第10期1352-1356,共5页

文章针对托卡马克内部复杂的强磁场环境,设计了一种可用于测量X或Y方向强磁场分量的平面扭转式微传感器结构,其测量范围为0.05~1.50 T;并进行了优化设计和模拟仿真。仿真分析结果表明,该结构在线圈通入正弦电流的情况下,结构分辨率可达1... 文章针对托卡马克内部复杂的强磁场环境,设计了一种可用于测量X或Y方向强磁场分量的平面扭转式微传感器结构,其测量范围为0.05~1.50 T;并进行了优化设计和模拟仿真。仿真分析结果表明,该结构在线圈通入正弦电流的情况下,结构分辨率可达122.860 pF/T,谐振频率可达41.1 MHz。该传感器可为超导托卡马克装置未来千秒长脉冲准稳态磁场测量诊断系统提供相关解决方案和技术积累。 展开更多

关键词 微机电系统(MEMS) 强磁场传感器 托卡马克 洛伦兹力

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