文档介绍：硕士学位论文
题目 MEMS 微镜阵列单元设计研究
研究生郑丽云
专业机械电子工程
指导教师陈国金教授
完成日期 2015 年 03 月
万方数据
杭州电子科技大学硕士学位论文
MEMS 微镜阵列单元设计研究
研究生: 郑丽云
指导教师: 陈国金教授
2015 年 03 月
万方数据
Dissertation Submitted to Hangzhou Dianzi
University for the Degree of Master
Design and Research on MEMS
Micro-Mirror Arrays
Candidate: Zheng Liyun
Supervisor: Prof. Chen Guojin
March,2015
万方数据
杭州电子科技大学
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指导教师签名: 日期: 年月日
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杭州电子科技大学硕士学位论文
摘要
MEMS 技术是一个前沿的技术研究领域,广泛涉及到包括机械学、电子学和光学等在内
的多个学科,并且相互之间产生交叉耦合作用,被称作是一项面向 21 世纪能够广泛应用的新
兴技术。而微反射镜阵列是近些年来伴随 MEMS 技术的进步而逐渐得到应用的一种微光学器
件,随着微加工技术的不断发展,它在现代光纤通讯、投影显示等相关领域的运用日益广泛。
本文对扭臂结构的 MEMS 微镜阵列单元进行了设计研究。首先,对微梁的基础力学知识
进行了阐述,总结了其中几种常见的弹性梁结构,分析了多种弹性梁的力学特点。而后,通
过对比目前 MEMS 中的几种主要驱动方式,提出选用扭臂结构式 MEMS 微镜阵列单元的结
构模型。并在简要介绍其工作原理的基础上,结合微反射镜阵列单元中每个部分的不同特点,
设计出了微镜阵列单元各部分结构尺寸。并对所设计的微镜单元中扭臂的扭转运动进行了重
点分析,通过比较静电力矩及恢复力矩随扭转角度的变化关系,得到了产生静电 Pull-in 现象
的根本原因。同时,针对简化后的扭臂式微反射镜单元模型,讨论了对于静电 Pull-in 现象的
分析方法,并得到用于描述 Pull-in 现象的参数化分析公式。
在后续章节中以结构-静电耦合场为基础,利用 ANSYS 软件并对所设计单元包括在模态、
谐响应频率以及吸合电压等在内的静态和动态特性参数进行研究,用以验证所设计出的微反
射镜阵列单元的结构合理性。论文最后结合微驱动器工作性能要求及制作工艺的实现,提出
了微反射镜阵列单元总体工艺流程设计。针对金属双层布线工艺进行重点研究,选取合适的
双层布线金属以及绝缘层材料,并针对金属镀层的剥离、绝缘层的沉积和反应离子刻蚀工艺
进行了介绍。通过分析聚酰亚***的特性,研究了包括固化、孔槽制作及释放在内的牺牲层制
作工艺,随后借助氧等离子干法刻蚀工艺释放出牺牲层,制得可动的微反射镜结构。
在论文最后对于全文主要工作和存在的问题进行了总结,并提出了今后的重点研究方向。
关键词: MEMS,微镜阵列单元,Pull-in 现象,机电耦合,牺牲层制作